Эффективность функционирования при пожаре отдельной противопожарной системы: На прим. противодым. защиты многоэтаж. зданий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Смирнов, Сергей Петрович

• Смирнов, Сергей Петрович
• кандидат технических наук
• 1996

Оглавление диссертации кандидат технических наук Смирнов, Сергей Петрович

ВВЕДЕНИЕ

1.АНАЛИЗ РАБОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ И

1.1 Анализ факторов, способствующих гибели людей при пожаре в многоэтажном здании.

1.2 Обзор исследований функционирования системы противодымной защиты (СПДЗ) многоэтажного здания при пожаре

1.3 Исследования эффективности функционирования сложных систем.

1.4 Выводы и задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СПДЗ МНОГОЭТАЖНОГО

ЗДАНИЯ ПРИ ПОЖАРЕ.

2.1 Выбор критериев функционирования СПДЗ

2.2 Математическая модель газообмена в здании при пожаре.

2.3 Проверка работоспособности модели в условиях натурных экспериментов

2.4 Входные и выходные параметры СПДЗ.

2.5 Метод определения эффективности функционирования противопожарной системы при пожаре.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ СПДЗ НА ЕЁ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИ ПОЖАРЕ.

3.1 Выбор представительной группы зданий.

3.2 Влияние входных параметров СПДЗ на ее функционирование.

3.3 Определение наиболее существенных входных параметров

СПДЗ.

4. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СПДЗ

4.1 Математическая модель и алгоритм расчёта для отдельной противопожарной системы

4.2 Определение вероятностных характеристик входных параметров СПДЗ.

4.3 Проведение расчётов для СПДЗ типовых зданий

5. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1 Разработка рекомендаций по повышению эффективности функционирования СПДЗ некоторых типовых зданий.

5.2 Методы расчёта параметров подсистем дымоудаления и притока воздуха в зданиях повышенной этажности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эффективность функционирования при пожаре отдельной противопожарной системы: На прим. противодым. защиты многоэтаж. зданий»

Проблема обеспечения безопасности людей при пожаре в многоэтажных зданиях возникла естественным образом в связи с ростом этажности городской застройки и ограниченными возможностями технических средств, применявшихся ранее для спасения людей из мало-и среднеэтажных зданий. Устойчивая тенденция развития крупных и средних городов во всём мире в "высоту" и "глубину" однозначно вытекает из возрастания затрат на освоение земли, инженерное оборудование зданий [1], а также введения, в частности в России, платы за использование - земли.

Ограниченность материальных ресурсов (в связи с продолжающимся в России спадом производства и потребления [2,3]), которые могут быть предоставлены народным хозяйством на реализацию противопожарной защиты зданий, заставляет более обоснованно относится к действующим и проектируемым техническим средствам обеспечения пожарной безопасности зданий.

Обеспечение пожарной безопасности жилых и общественных зданий сопряжено с разработкой и реализацией адекватных средств противопожарной защиты, в первую очередь средств защиты людей.

В соответствии со стандартом [4] одной из важнейших противопожарных систем, которая оказывает непосредственное влияние на обеспечение безопасности людей при пожаре, является система про-тиводымной защиты (СПДЗ) многоэтажного здания. Поэтому представлялось необходимым создание расчётного метода количественной оценки эффективности функционирования при пожаре в первую очередь именно для этой противопожарной системы.

В настоящее время эффективность функционирования СПДЗ оценивается в единичных (из-за дороговизны проведения) натурных экспериментах по признаку отсутствия дыма в некоторых объёмах здания. При этом невозможность полного учёта в экспериментах внешних воздействий во всём диапазоне их изменения не позволяет распространить полученные результаты на условия функционирования СПДЗ, отличающиеся от имевшихся в экспериментах.

Вопросами противодымной защиты, и более широко - газообменом зданий при пожаре - занимались многие отечественные и зарубежные исследователи ( Е.Батчер [5], А.Парнэл [5], М. Ферье [6], Н.Разумов [7], М.Грудзинский [8], В.Дубовик [9], М.Стецовский [10], Л.Карпов [И], В.Есин [12] и др.). Проведенные ими работы позволили практически реализовать в массовом и индивидуальном строительстве разработанные схемы противодымной защиты. Совершенно в другой плоскости проводились исследования эффективности применения, замены, эксплуатации различных технических систем противопожарной защиты, которые относятся к сложным системам. В свою очередь, функционирование сложных систем при различных внешних воздействиях исследовалось применительно к радиоэлектронным устройствам, средствам автоматики, некоторым конструкциям, военным объектам и т.д. Причём в отношении противодымной защиты (которая была отнесена к средствам автоматики) исследовались события, которые могут повлиять на сам факт включения её в работу (М.Брагин [13]). Заведомо предполагалось, что это и есть выполнение системой своей задачи.

Данная работа представляет собой попытку синтеза указанных направлений исследований применительно к одной из противопожарных системам, в частности - к СПДЗ. Результаты выполненных в данной работе исследований позволяют количественно оценивать качество ее функционирования при пожаре, вследствие чего появляется возможность более обоснованно подходить к вопросу устройства СПДЗ в тех или иных зданиях.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание расчётного метода количественной оценки эффективности функционирования при пожаре противопожарной системы (на примере СПДЗ многоэтажного здания жилого или общественного назначения) .

Для достижения этой цели решены следующие задачи:

- усовершенствован метод расчёта газообмена здания при пожаре в условиях функционирования СПДЗ;

- обоснованы критерии выполнения СПДЗ своего функционального назначения;

- определено влияние на эти критерии входных параметров СПДЗ (внешних воздействий), и из них выбраны наиболее значимые;

- определены статистические характеристики наиболее значимых входных параметров СПДЗ;

- разработан расчётный метод количественной оценки эффективности функционирования при пожаре отдельной противопожарной системы;

- показана применимость разработанного метода для оценки эффективности функционирования СПДЗ всех анализируемых в работе многоэтажных зданий;

- предложены способы повышения эффективности функционирования СПДЗ для ряда зданий с различными планировочными решениями;

- разработаны методы определения требуемых и фактических параметров СПДЗ в условиях, отличающихся от расчётных.

Объект исследования - одна из систем противопожарной защиты многоэтажных зданий - система противодымной защиты - в условиях влияния на неё различных внешних воздействий (входных параметров).

Предметом исследования являлась эффективность функционирования СПДЗ при пожаре в многоэтажном здании.

Теоретической основой исследования являлся комплекс работ, проведенных ранее советскими и зарубежными исследователями в различных областях знаний: гидравлики, теплообмена, радиоэлектроники, строительной механики и т.д.

Исследования осуществлялись с применением методов математического моделирования, теории вероятностей, анализа стохастического функционирования сложных систем и экспериментального подтверждения используемых моделей и исходных данных.

Научная новизна работы. Обоснованы критерии выполнения СПДЗ своего функционального назначения. Определены граничные условия для расчёта газообмена здания при функционировании СПДЗ. Выведена зависимость для расхода протекающих через вентилятор газов при наличии входного сопротивления вентилятора. Определены входные и выходные параметры СПДЗ. На основе расчёта газообмена здания при функционировании СПДЗ определена реакция СПДЗ на изменение 27 входных параметров системы для 8 зданий повышенной этажности различных планировочных решений. Выявлены наиболее значимые входные параметры СПДЗ: скорость и направление ветра, положение оконных проёмов в помещении очаге пожара, порядковый номер этажа пожара. Определены статистические характеристики входных параметров СПДЗ. Эффективность функционирования при пожаре отдельной противопожарной системы предложено оценивать как вероятность нахождения входных параметров системы в области их допустимых значений. Разработаны алгоритмы определения границы этой области, реализующие: 1) метод градиента наискорейшего спуска; 2) метод секущих плоскоетей. Разработан метод численного интегрирования плотности распределения входных параметров системы, позволяющий при ограниченном числе интервалов интегрирования получать значение искомой вероятности (0-1) с погрешностью < 0.005.

Практическая ценность работы. Разработан расчётный метод количественной оценки эффективности функционирования при пожаре отдельной противопожарной системы, позволяющий проводить, в частности, оценку функционирования СПДЗ многоэтажного здания на основе "холодных" аэродинамических испытаний. В целях улучшения функционирования СПДЗ при пожаре показана желательность вскрытия оконных проёмов в очаге пожара и (при определённых условиях) в лестничных клетках с подпором воздуха (лестничных клетках 2 типа) . Выявлена необходимость отказа от подачи воздуха в весь объем лестничной клетки 2 типа для зданий высотой более 30 этажей. Предложены способы организации подачи приточного воздуха для "запирания" дыма на этаже пожара с использованием шахты лифтов. Определена вероятность выполнения задачи СПДЗ для 8 зданий повышенной этажности различных планировочных решений. Рассмотрены способы её кардинального увеличения для 6 зданий различных планировок. Показано, что отсутствие в системе противодымной защиты подсистемы организованной подачи воздуха на этаж пожара нецелесообразно. Разработаны вычислительные программы по определению фактических и требуемых параметров вентиляционного оборудования СПДЗ. Определены возможные условия функционирования клапанов и вентиляторов ды-моудаления в зданиях высотой до 50 этажей при дымоудалении из поэтажного коридора и непосредственно из очага пожара, а также допустимые геометрические параметры клапанов и шахт дымоудаления. Показана необходимость отказа от понятия "наиболее тяжелый вариант расчёта" при проектировании СПДЗ.

Практическое внедрение результатов работы проведено при разработке:

- изобретения "Устройство для предотвращения задымляемости многоэтажных зданий" (A.c. N1258438, 1986.);

- изобретения "Устройство дымозащиты высотного здания" (A.c. N1265643, 1988.);

- пособия "Удаление дыма из зданий и сооружений" к СНиП 2.04.05-86 (Промстройпроект, 1988.);

- рекомендаций "Испытание клапанов вентиляционных систем противодымной защиты зданий" (ВНИИПО МВД СССР, 1987.)

- методических рекомендаций "Автоматизированное проектирование систем обеспечения пожарной безопасности объектов народного хозяйства" (ВНИИПО МВД СССР, 1989.);

- рекомендаций по повышению пожарной безопасности зданий Российской Государственной Библиотеки (Москва, 1993.);

- предложений по повышению безопасности людей при пожаре в инженерном и административном корпусе П/0 "АПАТИТ" (Кировск, 1994.);

- предложений по повышению эффективности функционирования СПДЗ здания гостиницы "АРКТИКА" (Мурманск, 1995.);

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на IX и X Всесоюзных конференциях "Процессы горения и проблемы тушения пожаров" (Москва 1987, 1989г.), Всесоюзном совещании- семинаре "Проблемы обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений" (Москва 1989 г.), XIII Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность-95".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ; получено 2 авторских свидетельства на изобретения.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений. Диссертация содержит 238 стр. машинописного текста, 76 рис., 36 табл., 158 наименований библиографии.