Введение к работе
Актуальность. В современных условиях обеспечение безопасности людей при пожаре невозможно без инженерных систем, являющихся составной частью самого здания. С этой целью в нормативные документы введены требования об устройстве пожарной сигнализации, противопожарного водопровода, автоматического пожаротушения, системы противодымной защиты (СПДЗ) и других противопожарных систем.
Несмотря на совершенствование этих систем и увеличивающееся оснащение ими зданий, полной отдачи от них, в частности от СПДЗ, нет. Наиболее значимыми причинами этого являются недостатки массового обслуживания СПДЗ: при натурных обследованиях только около 20% СПДЗ оказалось возможным включить в работу. При этом вопрос обеспечения безопасности людей при пожаре, даже с функционирующей СПДЗ, остаётся открытым: современные нормы требуют отсутствия дыма только в определённых помещениях здания и только в единственной расчетной ситуации. Уровень информации, представленной в статистическом листке о пожаре, не позволяет достаточно объективно оценить ее достоверность, т.к. в нем отсутствует разъяснение признаков, по которым следует судить о выполнении задачи отдельной противопожарной системой. Описания реальных пожаров только в единичных случаях позволяют оценить функционирование отдельной противопожарной системы, в частности СПДЗ. При этом, как правило, ни положение проемов в здании, ни параметры внешних климатических условий, ни параметры пожара в описаниях не приводятся. Эффективность функционирования при пожаре отдельной противопожарной системы до настоящего времени оценивается по результатам единичных "холодных" и "огневых" испытаний. Игнорируется тот очевидный факт, что условия функционирования системы при пожаре будут всегда отличаться от заданных при проектировании и имевшихся при испытаниях (т.к. имеют стохастическую природу), а реакция системы на эти отличия неизвестна. Отсюда следует, что исходные данные, принятые при проектировании противопожарной системы, обоснованы в той же мере, что и "наиболее жесткий вариант расчета". Как отмечает академик В.в.Болотин, при применении таких понятий "имеет место использование теории вероятности без привлечения методов теории вероятности". Сравнивать СПДЗ различных схемных решений в зданиях с отличающейся планировкой на основании единичных экспё-
риментов также не представляется достаточно корректным.
С другой стороны, действующий на сегодня ГОСТ 12.1.004.91 в отношении обеспечения безопасности людей требует проведения ее расчетной оценки, одной из составляющих которой является определение вероятности выполнения задачи противопожарной защитой здания в целом. При этом расчётный (или иной) метод определения этой величины отсутствует как в отношении отдельной противопожарной системы, так и для их совокупности. Ранее исследований функционирования при пожаре противопожарных систем в условиях стохастических внешних воздействий на них не проводилось.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является создание расчётного метода количественной оценки эффективности функционирования при пожаре отдельной противопожарной системы. Так как СПДЗ является одной из основных систем, обеспечивающих безопасность людей при пожаре, указанный метод целесообразно разработать в первую очередь применительно к этой системе. Этот метод должен учитывать стохастическую природу функционирования противопожарной системы при пожаре и позволять проводить обоснованные сравнения различных схемных решений противопожарной системы при минимуме затрат на проведение экспериментов. Для достижения поставленной цели в отношении СПДЗ необходимо решить следующие задачи:
- определить пространства входных и выходных параметров СПДЗ
как сложной системы;
у. усовершенствовать метод и алгоритм расчёта газообмена здания при пожаре в условиях функционирования СПДЗ, позволяющий адекватно определять связь между входными и выходными параметрами СПДЗ;
обосновать критерии выполнения СПДЗ своего функционального назначения;
определить влияние на эти критерии входных параметров СПДЗ и выбрать из них наиболее значимые; определить статистические характеристики входных параметров СПДЗ;
разработать расчётный метод количественной оценки эффективности функционирования при пожаре отдельной противопожарной системы;
проверить применимость разработанного метода оценки эффективности функционирования отдельной противопожарной системы для
-- -5-.
СПДЗ зданий повышенной этажности различных планировок и схемных решений СПДЗ;
- разработать методы определения требуемых и фактических параметров СПДЗ в условиях, отличающихся от проектных.
Научная новизна работы. Обоснованы критерии выполнения СПДЗ своего функционального назначения. Определены граничные условия для расчета газообмена здания при функционировании СПДЗ. Выведена зависимость подачи вентилятора от перепада давлений на вентиляторе при наличии входного сопротивления вентилятора. Определены входные и выходные параметры СПДЗ. На основе расчета 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) метода секущих плоскостей. 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 проемов в очаге пожара и (при определенных условиях) в лестничных клетках с подпором воздуха (лестничных клетках 2 типа) . Выявлена необходимость отказа от подачи воздуха в весь объём 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 повышен-
ной этажности различных планировочных решений. Рассмотрены способы её кардинального увеличения для 6 зданий. Показано, что отсутствие организованной подачи приточного воздуха на этаж пожара нецелессообразно. Разработаны вычислительные программы по определению фактических и требуемых параметров вентиляционного оборудования СПДЗ. Определены возможные условия функционирования клапанов и вентиляторов дымоудаления в зданиях высотой до 50 этажей при дымоудалении из поэтажного коридора и непосредственно из очага пожара.
Практическое внедрение результатов работы проведено при разработке:
изобретения "Устройство для предотвращения задымляемости многоэтажных зданий" (А.с. N1258438, 1986.);
изобретения "Устройство дымозащиты высотного здания" (А. с. N1465681, 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.
Объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти
глав, выводов и приложений. Диссертация содержит стр. машино-
писного текста, рис., табл., наименований библиографии.
На защиту выносятся следующие результаты работы:
метод и алгоритм расчёта газообмена в здании при функционировании СПДЗ;
критерии выполнения СПДЗ своего функционального назначения;
множества входных и выходных параметров СПДЗ как сложной системы;
перечень наиболее значимых входных параметров СПДЗ;
статистические характеристики входных параметров СПДЗ:
два алгоритма определения границы области допустимых значений входных параметров отдельной противопожарной системы;
метод и алгоритм количественной оценки эффективности функционирования при пожаре отдельной противопожарной системы;
результаты расчетов вероятности выполнения СПДЗ своего функционального назначения при пожаре для 8 типовых зданий повышенной этажности;
методы определения проектных и фактических параметров СПДЗ зданий повышенной этажности.