Огнестойкость воздуховодов систем дымоудаления городских автотранспортных тоннелей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Солнцев, Николай Дмитриевич

• Солнцев, Николай Дмитриевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Солнцев, Николай Дмитриевич

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1. Состояние обстановки с пожарами и чрезвычайными ситуациями (ЧС) в транспортных тоннелях.

1.2. Особенности пожарной опасности автотранспортных тоннелей и путепроводов.

1.3. Система дымоудаления - как элемент комплексной системы противопожарной защиты городских автотранспортных тоннелей.

1.4. Обзор ранее выполненных работ на схожие темы.

1.5. Формулирование цели и задач исследования.

Глава 2. Разработка комплексной методики расчета огнестойкости и огнезащиты воздуховодов системы дымоудаления городских автотранспортных тоннелей

2.1. Общие положения комплексной методики.

2.2. Основные положения методики расчета параметров огнезащиты воздуховодов системы дымоудаления.

2.3. Расчет тепломассопереноса в системе дымоудаления с целью определения температуры дымовых газов перед вентилятором и теплового состояния основных элементов канала дымоудаления.

2.3.1. Постановка комплексной сопряженной задачи тепломассопереноса в системе дымоудаления при пожаре (теплотехническая задача).

2.3.2. Расчет динамики развития пожара в пожарном отсеке (дымовой зоне) подземного сооружения (тоннеля) и температурного режима огневого воздействия на воздуховоды.

2.3.3. Расчет нестационарной теплопередачи через обогреваемые и не обогреваемые стенки воздуховода с огнезащитой.

2.3.4. Расчет изменения температуры дымовых газов, движущихся внутри воздуховода (канала дымоудаления), по его длине.

2.3.5. Расчет теплопередачи от дымовых газов к железобетонным конструкциям через не обогреваемые стенки воздуховода и воздушную прослойку.

2.3.6. Расчет теплоотдачи от дымовых газов к железобетонным конструкциям канала дымоудаления.

2.3.7. Численное решение сформулированной сопряженной задачи.

2.4. Статический расчет воздуховодов системы дымоудаления в условиях пожара.

Глава 3. Экспериментальная проверка полученного решения теплотехнической задачи

3.1. Нормативные требования при проведении испытаний на огнестойкость воздуховодов систем дымоудаления.

3.2. Сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными.

Глава 4. Расчет огнестойкости и требуемых толщин огнезащиты воздуховодов дымоудаления Лефортовского тоннеля глубокого заложения

4.1. Краткая характеристика объекта (Лефортовского тоннеля глубокого заложения).

4.2. Комплексная система противопожарной защиты Лефортовского тоннеля глубокого заложения.

4.3. Анализ конструктивного исполнения воздуховода дымоудаления тоннеля, а также условий его работы при пожаре.

4.3.1. Принципиальная схема работы вытяжного вентиляционного канала (дымоудаления) при пожаре.

4.3.2. Конструктивное исполнение воздуховода дымоудаления из транспортной зоны тоннеля.

4.4. Определение требуемых толщин огнезащиты рассматриваемых конструкций.

4.4.1. Особенности постановки задачи о нестационарной теплопередаче в рассматриваемой системе.

4.4.2. Основные результаты расчетов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Огнестойкость воздуховодов систем дымоудаления городских автотранспортных тоннелей»

Многие крупнейшие города России, мегаполисы, такие как Москва, переживают автомобильный бум. Автомобильные дороги перегружены. Средняя скорость движения автотранспорта в часы «пик» - около 12 км/ч [65], что ниже расчетной скорости (60 км/ч) в 5 раз.

Постоянные заторы на улицах усугубляют ситуацию: автомобили, длительно работающие в неоптимальном режиме - холостого хода, выделяют повышенное количество токсичных веществ. Поэтому в настоящее время принимаются меры к тому, чтобы разгрузить улицы, строительство объектов транспортного назначения приобрело масштабный характер. Один из путей -устройство автотранспортных тоннелей под селитебной территорией.

Анализ пожаров в тоннелях показывает, что ликвидация чрезвычайных ситуаций требует огромных материальных и людских ресурсов и тщательно разработанных технических решений.

Актуальность работы:

В последнее время из-за быстрого роста автотранспортного парка крупных городов строительство объектов транспортного назначения приобрело масштабный характер. Одним из таких объектов являются тоннели.

Для обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений была разработана комплексная система их противопожарной защиты [57]. Одной из систем, играющих ключевую роль в противопожарной защите сооружения, является система комплексной противодымной защиты. Она предназначена для исключения заполнения образующимися при пожаре продуктами горения (дымом, токсичными газовоздушными смесями) жизненно важных зон: путей эвакуации; мест спасения людей; помещений, требующих постоянного присутствия персонала; мест проведения боевой работы спец. подразделений по ликвидации чрезвычайной ситуации. Надежное функционирование этой системы при пожаре особенно важно в крупных со сложной планировкой подземных сооружениях и тоннелях.

Актуальность данной работы обуславливается следующими факторами:

- отсутствием норм и правил (в том числе и противопожарных) для проектирования, монтажа и эксплуатации систем дымоудаления в городских автотранспортных тоннелях;

- отсутствием методики, специально адаптированной для расчетов огнестойкости и параметров огнезащиты воздуховодов дымоудаления городских автотранспортных тоннелей и позволяющей учитывать специфику эксплуатации системы дымоудаления в реальных условиях пожара.

- наличием небольшого отечественного опыта по проектированию, монтажу и эксплуатации систем дымоудаления в подобных сооружениях;

- отсутствием теоретических и экспериментальных исследований в области обеспечения пожарной безопасности людей, материальных ценностей, а также конструкций автотранспортных тоннелей, , включая элементы системы дымоудаления при пожаре.

Цель работы:

Разработка методики расчета температуры дымовых газов и стенок воздуховодов системы дымоудаления городских автотранспортных тоннелей (для определения параметров их напряженно-деформированного состояния), являющейся составной частью комплексной методики расчета огнестойкости и требуемых толщин огнезащиты воздуховодов системы дымоудаления автотранспортных тоннелей.

Указанная цель предопределила следующие задачи исследования:

1. Исследование комплексной системы противопожарной защиты городских автотранспортных тоннелей, включая систему дымоудаления с целью ее оптимизации применительно к конкретному объекту;

2. Исследование параметров динамики развития пожара в объеме тоннеля, его температурного режима и распределения температуры газовой среды, воздействующей на воздуховод по его длине;

3. Исследование параметров теплопередачи через обогреваемые и не обогреваемые стенки воздуховода;

4. Определение зависимостей температуры дымовых газов, движущихся внутри воздуховода от:

- схемы движения дымовых газов внутри воздуховода;

- температуры наружной газовой среды;

- массовой скорости поступления горячих газов из дымовой зоны через клапаны дымоудаления;

- скорости движения дымовых газов внутри воздуховода и их плотности;

- интенсивности теплообмена дымовых газов, движущихся внутри воздуховода, с газовой средой дымовой зоны и воздухом неаварийной зоны тоннеля через стенку воздуховода;

- толщины воздушной прослойки между необогреваемыми стенками воздуховода и конструкциями сооружения.

5. Определение огнестойкости элементов системы дымоудаления реального объекта (на примере Лефортовского тоннеля глубокого заложения).

Научная новизна диссертации состоит в том, что впервые:

- разработан алгоритм решения сопряженной задачи расчета мгновенных распределений температуры дымовых газов по длине канала дымоудаления и нестационарных температурных полей в его стенках;

- получено численное решение уравнений сохранения энергии и массы дымовых газов, движущихся внутри воздуховода дымоудаления при пожаре в тоннеле (в одномерном приближении);

- найдено приближенное аналитическое решение интегральным методом задачи о нестационарной теплопередаче от дымовых газов к железобетонной обделке тоннеля через стальную стенку воздуховода и воздушную прослойку;

- получены экспериментальные данные о параметрах работы типичной огнезащиты воздуховодов при огневых испытаниях, использованные для проверки правильности численных решений основных блоков сопряженной задачи.

Объект исследования: воздуховоды систем дымоудаления городских автотранспортных тоннелей.

Предметом исследования является процесс тепломассообмена при движении дымовых газов внутри воздуховодов систем дымоудаления.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанная с учетом диссертационных исследований комплексная методика наиболее адаптирована для применения в расчетах огнестойкости и параметров огнезащиты воздуховодов дымоудаления городских автотранспортных тоннелей. Она позволяет учитывать отличия условий сертификационных испытаний воздуховодов систем дымоудаления от условий их работы при реальных пожарах.

На защиту выносится:

- алгоритм решения сопряженной задачи расчета мгновенных распределений температуры дымовых газов по длине канала дымоудаления и нестационарных температурных полей в его стенках;

- приближенное аналитическое решение интегральным методом задачи о нестационарной теплопередаче от дымовых газов к железобетонной обделке тоннеля через стальную стенку воздуховода и воздушную прослойку.

Практическая реализация:

Результаты работы были реализованы при выполнении расчетов огнестойкости и параметров огнезащиты воздуховодов систем дымоудаления следующих объектов:

- автотранспортного тоннеля на участке 3-го транспортного кольца г. Москвы от Андреевской набережной до ул. Вавилова;

- железнодорожного тоннеля, входящего в состав подземного пространства на участке от Андреевской набережной до ул. Вавилова;

- подземного гаража-стоянки, входящего в состав подземного пространства на участке от Андреевской набережной до ул. Вавилова;

- Лефортовского тоннеля глубокого заложения.

По результатам проведенных расчетов были выполнены разделы проектов ТЭО, а также рабочая документация соответствующих объектов.

Кроме того, основные положения представленной методики вошли приложением «Расчет параметров огнезащиты воздуховодов» в проект МГСН 5.03-02 «Нормы проектирования городских автотранспортных тоннелей».

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Солнцев, Николай Дмитриевич

1. Проведен анализ. характернь1Х:.;пожаров и других чрезвычайных —ситуаций в подземных транспортных сооружениях, их причины, особенности пожарной опасности, как самих автотранспортных тоннелей, так и автотранспортных средств.2. На основании известньгх .методов, исследованы параметры динамики развития пожара в объеме тоннеля, его температурного режима и распределения температуры газовой среды, воздействующей на воздуховод по его длине (в зависимости от принятой концепции развития ЧС на рассматриваемом объекте);'" нестационарной теплопередачи через обогреваемые и не обогреваемые-ртенки воздуховода с огнезащитой.3. Разработана методика; расчета температуры дымовых газов и стенок воздуховодов системы дымоудаления автотранспортных тоннелей (для определения параметров их напряженно-деформированного состояния), ВКЛЮЧающая: •....-•.;\ мет. :,•:. !.' • алгоритм решения сопряженной задачи расчета мгновенных распределений температуры дымовых газов по длине канала дымоудаления и нестационарных температурных полей в его стенках; • численное решение

" уравнений сохранения энергии и массы дымовых газов, движущихся внутри воздуховода дымоудаления при пожаре в тоннеле (в одномерном приближении); • аналитическое решение интегральным методом задачи о нестационарной теплопередаче от дымовых газов к железобетонной обделке тоннеля через стальную стенку воздуховода и воздушную прослойку.4. На основе результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований и анализа современных публикаций по рассматриваемой проблеме разработана комплексная методика расчета огнестойкости и огнезащиты воздуховодов системы дымоудаления городских автотранспортных тоннелей. • -5 По -.разработанной- -методике проведены расчеты параметров огнезащиты конструкций вытяжного вентиляционного канала системы дымоудаления Лефортовского автотранспортного тоннеля глубокого заложения. Полученные по результатам проведенных расчетов параметры толщин огнезащитного покрытия венткороба в тоннеле к настоящему моменту реализованы.Основные положения представляемой методики вошли приложением «Расчет параметров огнезащиты воздуховодов» в проект МГСН 5.03-02 «Нормы проектирования городских автотранспортных тоннелей».6. Применение на практике,».разработанной методики обеспечивает дифференцированный подход,к назначению требуемых толщин огнезащиты с учетом конкретных - особенностей .. конструктивного исполнения воздуховодов и условий их работы при пожаре. Это дает возможность уменьшить расход огнезащитных составов и снизить стоимость работ по огнезащите конструкций.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Солнцев, Николай Дмитриевич, 2006 год

1. Давыдкин Н. Ф., Стрессов B.J1. Огнестойкость конструкций подземных сооружений / Под ред. И.Я. Дормана. - М.: Информационно-издательский центр «ТИМР», 1998. - 296 с. (Руководство по пожарной безопасности подземных сооружений: В 5 т.; Т.1).

2. Страхов B.JI., Крутое A.M., Давыдкин Н.Ф. Огнезащита строительных конструкций / Под ред. Ю.А. Кошмарова. М.: Информационно11 гиздательский центр «ТИМР», 2000 433 с. (Руководство по пожарной безопасности подземных сооружений:,!*.5 т.; Т.2).

3. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении.- М.: Академия ГПС МВД России, 2000. 118 с.и < JU0!/

4. Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров. Под ред. Ю.А. Кошмарова, В.Е. Макарова. -М.: Стройиздат, 1990. 424 с.

5. Баратов А.Н., Андриянов Р.А., Королъченко А.Я. и др. Пожарная опасность строительных материалов.- М.: Стройиздат, 1988.- 380 с.

6. Зенков Н.И. Строительные'материалы и поведение их в условиях пожара. -М.:ВИПТШ МВД СССР, 1974.-176 с.

7. Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. — М.: Стройиздат, 1988. 143 с.

8. Милованов А. Ф. Огнестойкость железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1979.-224 с.

9. Милованов А. Ф. Расчет жаростойкости железобетонных конструкций. — М.: Стройиздат, 1986. 232 с.

10. Милованов А.Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре. -М.: Стройиздат, 1998. 304 с.

11. Астапенко В.М., Кошмаров Ю.А., Молчадский и др. Термогазодинамика пожаров в помещениях. -М.: Стройиздат, 1988. 448 с.

12. Кошмаров Ю.А., Башкирцев М.П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. -М.: ВИПТШ МВД СССР, 1987. 444 с.

13. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Е.В. Аметистов, Б.С. Белосельский, Б.Т. Емцев и др.; Под ред. В.А. Григорьева и В.М. Зррина. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 560 с.

14. Кошмаров Ю.А. Развитие пожара в помещении // Огнестойкость строительных конструкций. М.: ВНИИПО МВД СССР, 1977. Вып. 5. - С. 31451.( I OPI I 1

15. Кошмаров Ю.А. Газообмен помещения при пожаре // Пожарная профилактика. -М.: ВНИИПО МВД СССР, 1979. Вып. 15.-С. 3-29.

16. Аметистов Е.В., В.А. Григорьев, Б.Г. Емцев и др. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперименту Справочник М.:Энергоиздат, 1982. — 512с- .1 ,

17. Валеев Г.Н. Разработка пожарно-технических требований к поэтажным клапанам систем противодымной защиты многоэтажных зданий Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук-М. 1988 г.1 V «V \

18. Дечев Д.Д. Методика расчета огнестойкости строительных конструкций с учетом температурных режимов реальных пожаров Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук - М. 1990 г.

19. Рикардс Р.Б., Чате А.К. Геометрически нелинейное докритическое состояние анизотропных оболочек. Прикл. Механика, 1985, т.21, №12. С.-----------68-77.—. -. ----------------------------------- ------------------------------------------ -.• .

20. Оден Дж. Конечные элементы в. нелинейной механике сплошных сред. — М.:Мир, 1976. 464 с. . .

21. Блох Г.А., Журавлев Ю.А., Рыжков JI.H. Теплообмен излучением: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 432 с.

22. Зигелъ Р., ХауэллДж. Теплообмен.излучением. — М.: Мир, 1975. — 934 с.

23. Спэрроу Э.М., СессРД. Теплообмен излучением / Пер. с англ. С.З. Сорина и JI.M. Сорокопуда; Под ред. А.Т. Блоха. JL: Энергия, 1971. - 295 с.

24. Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник. М.: Энергия, 1978. - 480 с.

25. ХлевчукВ.Р., Артыкпаёв Е.Т. Огнезащита металлических конструкций зданий. -М.: Стройиздат, 1973."-97 с.

26. Миснар А. Теплопроводность твердых тел, жидкостей, газов и их композиций.-М.: Мир, 1968.

27. Головина Е. С. Высокотемпёратурные горения и газификация углерода. — М.: Энергоатомиздат, 1983. -:d(73 c. ;

28. Уонг X. Основные формулы и данные по теплообмену: Справочник. М.: Атомиздат, 1979. - 216 с.

29. Кулиниченко В.Р. Справочнйк(по .теплообменным расчетам. Киев: Техника, 1990.-165 с. 7 к ч 7 .

30. Биргер И.А. Некоторые математические методы решения инженерных задач. -М.: Оборонгиз, 1955. . ;

31. Батчер Ё., Парнэлл А. Опасность дыма и дымозащита. М.: Стройиздат, 1983.-153с.

32. Исхаков Х.И., Пахомов А.В., Каминский Я.Н. Пожарная опасность автомобиля. М.: Издательство «Транспорт», :! 987. - 87 с.

33. Власов С.Н., Маковский Л.В., Меркин В.Е. Аварийные ситуации при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей и метрополитенов. — М.: ТИМР, 1997. -184с.C.'-.Ui I U'lCv-KifC . .

34. Давыдкин Н.Ф., Кривошеее И.Н., Страхов B.JI., Гаращенко А.Н., Крутое A.M. Расчет прогрева в условиях пожара железобетонных конструкций подземных сооружений // НТЖ Пожаровзрывобезопасность. М.: 1996. №3. С. 15-22

35. Бутко A.M., Давыдкин Н.Ф., Парцевский В.В., Кайзер А. Огнезащитные материалы серии Signulan // Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникации. 1997. М.: ТИМР.№№4-5. с 67-72.

36. Кирюханцев Е.Е., Гаращенко А.Н., Давыдкин Н.Ф. "Прогрессивный метод огнезащиты воздухо- и газоводов системы пожарной безопасности здании» Монтажные и специальные работы в строительстве. № 3 М: Машиностроение. 1998.стр. 25-29.

37. Страхов В.Л., Давыдкин Н.Ф. Расчет огнестойкости воздухо- и газоводов противодымной защиты подземных сооружений // Альманах «Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций». 1998, №3. — с.36 — 44.1.» Л f

38. Страхов В.Л., Давыдкин Н.Ф., Гаращенко А.Н., Крутое A.M., Рудзинский В.П., Девлишев П.П. Расчет огнестойкости воздухо- и газоводов с компо« чзиционным теплоогнезащитным покрытием // Пожаровзрывобезопасность,1998, №4.-С. 53-64.

39. Страхов В.Л., Давыдкин Н.Ф., Гаращенко А.Н., Крутое A.M., ДевлишевВ.П. Повышение огнестойкости воздухо- и газоводов системы пожарнойt \ 'безопасности объектов с помощью композиционной огнезащиты // Подземное пространство мира, 1998. № 2. С.59 - 66.

40. Кирюханцев Е.Е., Гаращенко А.Н., Давыдкин Н.Ф. Прогрессивный метод огнезащиты воздухо- и газоходов системы пожарной безопасности зданий и сооружений // Монтажные и специальные работы в строительстве. № 3. - 1998. - С. 25-29.

41. Елисеев В.Н., Страхов В.Л., Товстоног В.А., Атаманов Ю.М. Эксперимену «тальный комплекс для исследований процессов теплообмена и испытаний тепло- и огнезащитных материалов // Вестник МГТУ им. Баумана, № 3,1999.-С. 116-120.

42. Давыдкин Н.Ф., Страхов B.JI, Шурин Е.Т., Плотников А.Н., Орлов М.И. Оптимальное проектирование огнестойких воздухо- и газоводов противодымной защиты подземных сооружений // Подземное пространство мира, 1999. № 4. С.31 - 40.

43. Давыдкин Н.Ф., Бутко A.M., Плотников А.Н., Кайзер А. «Динамические1.а кзадачи для воздуховодов противодымной защиты подземных сооружений• <. >Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций». М.: ТИМР. №2. 2000. с.37-43.

44. Страхов B.JI., Гаращенко А.Н., Кузнецов Г.В., Рудзинский В.П.1чВысокотемпературный тепломассоперенос в слое влагосодержащегоv- V I Iогнезащитного материала // Теплофизика высоких температур. 2000, Т. 38, № 6. С. 958-962.

45. Давыдкин Н. Ф., Мешалкин Е.А. «Гибкие технологии проектирования систем пожарной безопасности объекта». — Пожарная безопасность №3 2000. с. 94-99.1.I

46. Кошмаров Ю.А. Новые методы расчета огнестойкости и огнезащиты1 'современных зданий и сооружений // Пожарная безопасность.№2. 2002.-с.91-98.

47. Давыдкин Н.Ф., Страхов В.Л., Мешалкин Е.А., Солнцев Н.Д. Пожарная опасность городских автотранспортных тоннелей и комплексная система их противопожарной защиты. // Подземное пространство мира. — М.:ТИМР. 2003. № 5. С. 43-47.

48. Давыдкин Н.Ф., Кузнецова Т.В.,,Мешалкин Е.А., Солнцев Н.Д., Любимов М.М. Системные решения безопасности автотранспортных тоннелей в мегаполисах // Ведущие компании. Комплексная автоматизация, безопасность и связь.- М.: Системсервис. 2004. С. 14-16.

49. Давыдкин Н.Ф., Страхов В.Л., Каледин Вл.О., Солнцев Н.Д. Расчет огнезащиты венткороба дымоудаления Лефортовского тоннеля глубокого заложения // Подземное пространство мира. М.: ТИМР. 2004. № 1. - С. 40-45.

50. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования. М.: Издательство стандартов. 1991.

51. Строительные нормы и правила. Пожарная безопасность зданий и сооружений: СНиП 21-01-97* -М.: Госсстрой России, 1999. 15 с.

52. Нормы пожарной безопасности.^ Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности: НПБ 236-97. -М.: ВНИИПО МВД России, 1997. 19 с.

53. Нормы пожарной безопасности. Воздуховоды. Метод испытания на огнестойкость: НПБ 239-97. ~ Mj- МВД России, 1997. 15 с.

54. Рабочая документация «Система пассивной противопожарной защиты автодорожного тоннеля глубокого заложения на участке трассы третьего транспортного кольца в районе Лефортово». М.: НПКЦ «Интерсигнал», 2003.М^ I I! ( )l I

55. Рабочая документация «Подсистема комплексной противодымной защиты автодорожного тоннеля глубокого заложения на участке трассы третьего транспортного кольца в районе Лефортово». М.: «Группа Модуль», 2003.

56. Рабочая документация. «Расчет параметров огнезащиты воздуховодов дымоудаления железнодорожного тоннеля, входящего в состав подземного»пространства на участке от Андреевской набережной до ул. Вавилова». — М: НПКЦ «Интерсигнал», 2001.

57. Испытание на огнестойкость стального воздуховода с огнезащитным покрытием «FIBROGAINE»/ Отчет о сертификационных испытаниях. М.: ВНИИПО МВД РФ, 2000.

58. Воздуховод огнестойкий с огнезащитным покрытием «Фиброгейн» /Отчет об испытаниях. М.: ВНИИПО МЧС РФ, 2002.