Г. А. Савенко, аспирант, НИУ МГСУ

Введение и цель исследования

На момент формирования материалов для данной статьи, на Интернет-ресурсе «УЦ-ТАКИР» опубликована статья [1] от 20.02.2023, анализирующая методы определения расчетных параметров систем приточной противодымной вентиляции в лифтовую шахту (далее ППВ в ЛШ). Рассматриваются существующие методики, а именно МР к СП 7.13130.2013 «Расчетное определение основных параметров противодымной вентиляции зданий [2] и Р НП «АВОК» 5.5.1–2023 «Системы противодымной вентиляции жилых и общественных зданий [3]. Приведенная в анализе литература ссылается на редакцию Р НП АВОК 2018 года, однако актуальной версией является вышедший документ 2023 года. Выхода дополняющих, корректирующих или опровергающих материалов по вопросу определения расчетных параметров от автора публикации не последовало.

В рамках данной статьи предлагается более детально рассмотреть методы определения расчетных параметров при работе системы приточной противодымной вентиляции в лифтовую шахту, определить разночтения публикации и сформировать выводы на основе теоретических и экспериментальных изысканий.

Нормативные требования и методы расчёта

Основной задачей при расчете ППВ в ЛШ является обеспечение избыточного давления в лифтовой шахте по отношению к смежным помещениям (лифтовой холл, вестибюль, коридор и т.п.) с целью невозможности распространения продуктов горения по другим этажам с этажа пожара в здании. Согласно требованию, п.7.16 (б) [4], эта величина составляет 20 ÷ 70 Па.

Первым допущением автора публикации является утверждение, характеризующее метод определения расхода по [2] «Расход воздуха, необходимый для создания избыточного давления в шахте лифта, определяется исходя из скорости воздуха в открытых дверях лифтовой шахты и коэффициента местного сопротивления (КМС) узла «кабина-шахта» при открытых дверях кабины и шахты на основном посадочном этаже. КМС узла «кабина-шахта» определен эмпирическим путем».

Действующие требования нормативной документации не регламентируют обеспечение скорости в проеме лифтовой двери лифтовой шахты. При различных конфигурациях объемно-планировочных решений лестнично-лифтовых узлов существует необходимость обеспечения скорости в проеме двери лестничных клеток (при эвакуации из лестницы в коридор/вестибюль/холл), в проеме двери тамбур-шлюза/лифтового холла (все подходящие под это требование положения сформулированы в п.7.14) [4]. Такое же утверждение следует из используемых для расчета формул для определения расхода на первом посадочном этаже здания.

По Р НП «АВОК» 5.5.1–2023 массовый расход воздуха, уходящего через щель между кабиной и шахтой лифта на 1-м посадочном этаже здания, G_шл1, кг/с, определяют по формуле:

где μ – коэффициент расхода щели между кабиной и шахтой лифта, принимают равным 0,64;

δ – ширина щели между кабиной и шахтой лифта, м (δ – 0,03 м – для пассажирских лифтов; δ – 0,05 м – для грузовых лифтов согласно ГОСТ Р 53780);

П – периметр дверей шахты лифта, м;

ρ_п– плотность приточного воздуха, кг/м³;

△Р_шл1 – избыточное давление в шахте лифта на уровне 1-го посадочного этажа, Па, принимают равным 20 Па.

К_в – добавочный коэффициент на щели вентиляционных отверстий в кабине лифта, (1,15, 1,2 и 1,25 для лифтов грузоподъемностью 400, 630 и 1000 кг соответственно);

По МР к СП 7.13130.2023 массовый расход воздуха из лифтовой шахты на уровне нижнего надземного этажа, G_li , кг/с, определяют по формулам 2-5:

2. лифтовая шахта находится в ядре здания. Выгороженный лифтовой холл отсутствует

3. лифтовая шахта находится в ядре здания. Выгороженный лифтовой холл присутствует

4. лифтовая шахта находится около наружной стены здания. Выгороженный лифтовой холл отсутствует

5. лифтовая шахта находится около наружной стены здания. Выгороженный лифтовой холл присутствует

где  ρ_l  – плотность приточного воздуха, кг/м³;

ρ_r – плотность внутреннего воздуха, кг/м³;

ρ_a – плотность наружного воздуха, кг/м³;

ξ_l – коэффициент местного сопротивления узла «кабина — шахта» при открытых дверях кабины и шахты на основном посадочном этаже;

ξ_d – коэффициент местного сопротивления проема;

n – количество кабин лифтов в шахте, шт.;

m –количество дверей лифтового холла на текущем этаже, шт;

F_dl – площадь дверей лифтовой шахты при выходе из кабины, м²;

F_dr – площадь двери защищаемого лифтового холла, м²;

g – ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²);

h₂ – отметка уровня на 2-м надземном этаже, м;

h_dl1 – высота двери лифтовой кабины на 1-м надземном этаже, м;

h_dl2 – высота двери лифтовой кабины на 2-м надземном этаже, м;

k_aww – коэффициент ветрового напора;

k_awo – то же, для противоположного фасада;

v²_a – величина скорости ветра, м/с.

Принимая во внимание то, что, преобразовав и упростив зависимости 2-5 мы получим эквивалентный вид формулы 1 (за исключением учета влияния ветрового давления на образованный перепад между шахтой и выходом из нее, что увеличивает изначальный расход дополнительно на 5-7%).

Анализ допущений и результаты

Главным отличием является принимаемая площадь истечения воздуха на основном посадочном этаже. МР к СП 7.13130.2023 указывает на необходимость расчета расхода воздуха через площадь открытой двери лифтовой кабины F_dl, м². Метод МР НП АВОК указывает на необходимость расчета расхода воздуха через щель между лифтовой кабиной и порталом шахты (δ • П), м².

Второе допущение автора публикации. Предлагаемая ширина щели для пассажирского и грузового лифта принимается из положений ГОСТ Р 53780 и отступление от регламентируемых значений ширины зазора является нарушением требований нормативной документации, что ни одна из методик не должна допускать при выполнении расчетов. Утверждение: «Метод исходит из ошибочного предположения о постоянном размере ширины щели между кабиной и шахтой лифта по всему периметру двери. Значение величины зазора (щели) дано с ошибкой», вводит читателей в заблуждение, поскольку принимаемая ширина зазора использует большее допустимое значение, дающее определенный запас по расходу при меньших допустимых зазорах. Приводимые иллюстрации свидетельствуют лишь о том, что сдача объекта в эксплуатацию проходила без соблюдения соответствующих требований. Также нет свидетельства о том, что в данную лифтовую шахту организован подпор воздуха при включении в здании сигнала «пожар».

Третьим допущением автора публикации является попытка сравнения предыдущей редакции Р НП АВОК без последующего анализа новой версии. Требования к вентиляционным отверстиям в лифтовых кабинах основываются технологической необходимостью проветривания кабины. Если в «тело» кабины внедрен вентилятор, обеспечивающий расчетный воздухообмен, то учет утечек воздуха через решетки не имеет смысла, поскольку преодолеть конструкцию вентилятора за счет перепада давления от 20-70 Па-труднореализуемая задача.

Обычно отверстия предусмотрены без работающего вентилятора и основная подвижность воздуха обеспечивается за счет движения лифта. При пожаре в здании, алгоритм работы всех лифтовых кабин (в том числе и для транспортирования подразделений пожарной охраны) одинаковый – спуститься на основной посадочный этаж и открыть двери. Из курса школьной физики известно, что движение жидкостей и газов происходит за счет разницы давлений на противоположных участках. Величину расхода, также, определяет сопротивление, преодолеваемое движущийся средой. Из этого следует, что равномерно организованные решетки, не имеющие прямого контакта с шахтой, создают значительное сопротивление для движения воздуха. Предполагая худший вариант, при котором вместо движения через открытую щель между кабиной и порталом, воздух частично пройдет через вентиляционные щели кабины и выйдет вместе с основным расходов, в Р НП «АВОК» 5.5.1–2023 был добавлен корректирующий коэффициент , чтобы предусмотреть дополнительный запас на учет маловероятного (худшего) варианта.

Оба метода расчета легко проверить. При выполнении нормативных требований к различным элементам и конструкциям в здании, при следовании алгоритму по процедуре проведения пусконаладочных испытаний по ГОСТ Р 53300 на всех объектах расход на основном посадочном этаже фиксировался равным допустимой погрешности расчета ППВ в ЛШ по Р НП «АВОК» 5.5.1–2023.

Разницу в расчете утечек через закрытые двери на вышерасположенных этажах и основного посадочного этажа (дополнительный учет воздействия ветрового давления на образованный перепад между шахтой лифта и выходом из нее) предлагается рассмотреть в ниже приведенных расчетах для здания, со по следующими исходным данным.

Город – Москва (климатические параметры приняты по [7]);

Тип здания – жилое;

Количество этажей здания – 16 шт.;

Высота типового этажа – 3,36 м;

Шахта пассажирского лифта в ядре здания, грузоподъемностью 400 кг имеет площадь поперечного сечения кабины лифта 1,96 м² и площадь поперечного сечения лифтовой шахты 3,006 м²;

Шахта грузового лифта в ядре здания, грузоподъемностью 1000 кг имеет площадь поперечного сечения кабины лифта 3,22 м² и площадь поперечного сечения лифтовой шахты 4,509 м²;

Размеры двери лифтовой кабины – 2,41х0,9 м (не противопожарная);

Размеры двери выгороженного лифтового холла – 2,41х1,38 м;

Температура внутреннего воздуха до начала пожара – 20 ^оС.

Расчет сведен в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты расчета по различным методикам подпора в ЛШ

Выводы

1. Расход воздуха на этаже пожара по приведенным результатам варьируется от 2,5 до 5 раз. Расход на вентилятор варьируется от 2 до 3 раз. Закладываемые показатели увеличивают мощность используемого оборудования, как следствие увеличивается типоразмер и полный напор вентилятора, который будет создавать избыточное давление, превышающее допустимые 70 Па.
2. Метод определения расхода по площади открытой двери не имеет теоретической обоснованности ввиду значительного гидравлического сопротивления элементов кабины- шахты лифта. Результаты натурных испытаний на действующих объектах демонстрируют хорошую со относимость значений расхода через щель между кабиной и порталом при отсутствии нарушений монтажа компонентов инженерных систем и конструкций здания.
3. Подавая объем воздуха в шахту лифта, превосходящий фактические утечки, ухудшаем общий воздушный баланс в здании во время пожара. Увеличение перепада давления в лифтовой шахте неизбежно увеличивает перепад давления в выгороженном лифтовом холле, что с учетом работы системы на закрытую дверь и ряда дополнительных факторов может привести к превышению допустимого перепада давления на эвакуационных дверях лифтового холла/ПБЗ. Аналогично, рассматривая пожар на основном посадочном этаже здания (вестибюль/холл/зона ожидания) выходящий воздух без учета его в балансе систем ПДВ пойдет на развитие очага пожара, а в балансе систем ПДВ для 2 и более лифтов значительно увеличит расход вытяжного вентилятора без необходимых на то оснований.

Список литературы

1. Иваненко М.В. Подпор в шахту лифта. Сравнение методик ВНИИПО и АВОК / Иваненко М.В [Электронный ресурс].
2. МР к СП 7.13130.2013 Расчетное определение основных параметров противодымной вентиляции зданий: / И.И. Ильминский, Д.В. Беляев, П.А. Вислогузов, Б.Б. Колчев — М.: ФГУ ВНИИПО, 2013. – 58 с.
3. Р НП «АВОК» 5.5.1–2023 Системы противодымной вентиляции жилых и общественных зданий /А.Н. Колубков, Ю.А. Табунщиков, В.М. Есин [и др.]. — М.: НП АВОК, 2023. – 172 с.
4. СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности» с изменениями №1 и 2 (от 12 сентября 2020 года).
5. ГОСТ Р 53780-2010 «Лифты. Общие требования безопасности к устройству и установке» (от 14 октября 2010 года). ГОСТ Р 53300-2009 «Противодымная защита зданий и сооружений. Методы приемосдаточных и периодических испытаний» (от 1 января 2010 года).
6. СП 131.13330.2020 «Строительная климатология» с Изменением №1 и 2 (от 25 июня 2021 года).