О СОВМЕСТНОЙ РАБОТЕ ВЕНТИЛЯТОРОВ ПОДПОРА И ДЫМОУДАЛЕНИЯ

Автор Караджи Вячеслав Георгиевич кандидат технических наук, в течение 13 лет

(1979-1992) работал в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ). В этот период времени В. Г. Караджи специализировался в сфере разработки и исследований радиальных вентиляторов, С 1992 по 1997 rг. автор работали в ОАО «МОВЕН», где В. Г. Караджи возглавлял научно-технический центр.

Введение

Рассмотрим распространённый вариант системы противодымной вентиляции с совместной работой вентилятора подпора (обеспечивает подачу снаружи свежего воздуха) и вентилятора дымоудаления (удаляет продукты горения с повышенной температурой).

Рисунок 1

КАЖУЩАЯСЯ СИТУАЦИЯ

Рассмотрим систему, показанную условно на рисунке 1. Пусть в системе есть только воздух. На входе в рабочую зону он имеет температуру окружающей среды (условно принимаем, что это стандартные атмосферные условия), на выходе из рабочей зоны имеет температуру повышенную, пусть 400^оС. Производится расчёт объёмного расхода по горячему газу и соответствующие потери давления для вентилятора ДУ. После этого, учитывая, что объёмная производительность вентилятора не зависит от температуры перемещаемой среды, принимается, что объёмная производительность при условиях свежего воздуха будет такая же. На эту же объёмную производительность, с учётом потерь давления в сети ПД, подбирается вентилятор подпора. Всё, кажется, правильно. Но это только кажется. Рассмотрим реальную ситуацию.

КАК ОНО ЕСТЬ НА САМОМ ДЕЛЕ

Для начала рассмотрим ситуацию просто для воздуха, без продуктов горения.

Свежий приточный воздух попадает в помещение (Рабочая зона на рисунке) с секундной массой м1 и объёмной производительностью L1. В зоне горения этот воздух нагревается, пусть в стационарном режиме (после переходных процессов в начале горения) его температура становится 400^оС. Поскольку система замкнутая и нет образования дополнительной газообразной массы (приняли, что имеем дело просто с воздухом), то воздух в зоне горения должен нагреться до 400^оС. Это значит, что его плотность изменится в (273+20)/(273+400) = 0,435, т.е. уменьшится в 2,3 раза. А объёмная производительность вентилятора ДУ, для соблюдения массового баланса м1, должна увеличиться в 2,3 раза. Это означает, что для соблюдения условий сохранения массы в такой системе для рабочего режима  400^оС объёмная производительность вентилятора ДУ должна в 2,3 раза превышать объёмную производительность вентилятора подпора. Если не соблюдать это условие и задавать вентиляторам ПД и ДУ одинаковую объёмную производительность, то на рабочем режиме вентилятор ДУ сможет удалять только 0,435 долей горячего воздуха и система противодымной вентиляции «задохнётся». Возникают также проблемы с проведением испытаний такой системы в «холодных» условиях, поскольку в «холодной» системе температуры и плотности везде одинаковы, а объёмные расходы будут существенно отличаться (в 2,3 раза). Соответственно, в режиме «холодной» проверки будут отличаться и потребляемые мощности.

Это означает, что подбирать вентиляторы ПД и ДУ по равной объёмной производительности на рабочем горячем режиме нельзя и испытывать такие системы надо по-другому. (я уже писал об этом в чате ранее — влияние ДУ на КДУ). Надо, чтобы объёмные производительности вентиляторов ПД и ДУ для горячего режима отличались в пропорции абсолютных температур горячей и холодной частей. Надо либо пропорционально увеличивать объёмную производительность вентилятора ДУ, либо пропорционально уменьшать объёмную производительность вентилятора ПД. Поскольку вентиляторы ПД обычно осевые, то с ними это сделать довольно трудно. Поскольку вентиляторы ДУ чаще центробежные, то они допускают такие решения. Если правильно подобрать вентилятор ДУ (вентилятор должен иметь «плато» давления влево от «горячей» рабочей точки. Тогда для холодных испытаний его объёмную производительность можно будет уменьшить в соответствии с указанной выше пропорцией температур (для 400^оС это будет 2,3 раза) без повышения давления вентилятора и повышения потребляемой мощности, т.е. для проведения «холодных» испытаний не нужен будет запас мощности 2,3 раза (для 400^оС). Снижение производительности вентилятора для таких испытаний можно прямым дросселированием канала, например, на выходе вентилятора. При «горячей» работе этот клапан всегда будет открыт и не будет мешать работе системы.  Такие центробежные вентиляторы по схеме «свободное колесо» или со спиральным корпусом выпускает, например, ООО «Аэрдин».

Плотность и состав продуктов горения: что происходит с газами при пожаре

Теперь кратко, для оценки, посмотрим, к чему приведёт не просто нагрев воздуха, а горение основных веществ во время пожара и какие при этом генерируются газы. Сейчас не будем рассматривать вредности и токсические воздействия (хотя они могут быть важнее всего остального), а рассмотрим их плотности. Проще всего воспользоваться «услугами» ИИ, что и было сделано.

При горении дерева генерируются углекислый газ, угарный газ, частицы сажи, водяной пар, оксиды азота. Это основное.

При горении облицовочного пластика генерируются углекислый газ, угарный газ, диоксины, хлористый водород, фенол, оксиды азота и другие.

При горении ДСП генерируются углекислый газ, угарный газ, оксиды азота, циановодород, фенол, формальдегиды.

Плотности некоторых из перечисленных газов при нормальных атмосферных условиях: воздух 1,2 кг/м3; углекислый газ – 1,98 кг/м3; угарного газа 1,16-1,25 кг/м3; оксиды азота от 1,34 до 1,98 кг/м3; хлористый водород 1,55 кг/м3; фенол примерно 4 кг/м3; формальдегид 1,29 кг/м3; циановодород 1,13 кг/м3.

Учитывая, среди перечисленных веществ в газообразном состоянии есть очень ядовитые или очень токсичные и они в больших концентрациях в продуктах горения вряд ли присутствуют, можно предполагать, что плотность продуктов горения, приведённая к нормальным условиям, предположительно, будет в диапазоне 1,3-1,4 кг/м3. Будет больше плотности воздуха, но не намного. Можно, конечно, искать более конкретные данные из информации от специалистов в пожарном деле, но для общего рассмотрения этой информации достаточно. Важно понять, что приведённая к нормальным условиям плотность газов, перемещаемых вентилятором ДУ будет от 1,2 до 1,4 кг/м3, т.е. вентилятор ДУ будет иметь в 1-1,17 раз большую потребляемую мощность и на столько же должен создавать большее давление, чем при перемещении чистого воздуха. В остальном, приведенные выше выводы никак не отличаются от рассмотренных для воздух процессов.