Удаление продуктов горения из смежного с горящим помещения

Расчет удаления продуктов горения из смежного с горящим помещения применяют, когда пожар развивается в соседнем помещении, а дым удаляется уже из смежного объема: коридора, холла или другого сообщающегося пространства. Результат расчета - массовый и объемный расход удаляемых продуктов горения из смежного помещения, а также средняя температура дымового слоя.

Расчет выполняется по МД.137-13. Для него нужны данные не только по смежному помещению, но и по горящему помещению: пожарная нагрузка, геометрия и проемность.

Граница с расчетом горящего помещения. Если удаление дыма рассчитывается непосредственно из объема, где развивается пожар, это другой расчет внутри того же направления: Удаление продуктов горения из горящего помещения.

Что рассчитывается#

Основной результат - массовый и объемный расход удаляемых продуктов горения из смежного помещения, средняя температура дымового слоя.
Методика - расчет по МД.137-13 для коридора, холла или иного сообщающегося пространства, куда поступают продукты горения из соседнего помещения.
Что нужно на входе - описание не только смежного помещения, но и горящего помещения: пожарная нагрузка, размеры, проемность. Без этих данных расход дыма в смежном объеме посчитать нельзя.
Три способа задания пожарной нагрузки - по массе пожарной нагрузки, по плотности пожарной нагрузки в МДж/м², по плотности пожарной нагрузки в кг/м².

Проемность горящего помещения. В проемность включаются только проемы, через которые в горящее помещение может поступать воздух. Неучтенные или лишние проемы изменяют расчетную проемность и, как следствие, расход дыма.

Исходные данные#

Пожарная нагрузка горящего помещения#

Нужна масса и низшая теплота сгорания пожарной нагрузки либо один из вариантов задания удельной пожарной нагрузки.

Горящее помещение#

Площадь пола, высота и проемы помещения, из которого дым поступает в коридор. Именно здесь формируется пожарный сценарий.

Смежное помещение#

Для коридора или иного смежного объема задаются длина, площадь, высота, температура и отношение толщины дымового слоя к высоте помещения.

Эвакуационный выход и тип здания#

Ширина и высота двери по пути эвакуации из смежного помещения и тип здания влияют на итоговый расход удаляемых продуктов горения.

Как задавать пожарную нагрузку#

Для этого расчета нужны масса пожарной нагрузки и низшая теплота сгорания. Эти величины можно получить разными путями в зависимости от того, какие исходные материалы уже есть по помещению.

Дальше показаны три рабочих сценария. Для каждого разобрано, откуда берутся исходные данные и как переносить их в таблицу пожарной нагрузки.

Способ 1. По помещению уже выполнен расчет категории по пожарной опасности#

Сценарий для случаев, когда пожарная нагрузка уже собрана в расчете категории помещения и ее нужно перенести в таблицу без повторного пересчета.

Если для помещения уже определена категория В1-В4, данные по пожарной нагрузке обычно берут из этого расчета. Исходные значения готовит специалист по пожарной безопасности, а проектировщик использует их дальше в расчете противодымной вентиляции без повторного пересчета категории.

Пример. Рассмотрим помещение уборочного инвентаря. В нем размещены древесина, ткань и полистирол. По расчету категории известны массы материалов, их низшая теплота сгорания и итоговая удельная пожарная нагрузка.

Площадь помещения: 5,8 м².
Высота помещения: 3 м.
Площадь размещения пожарной нагрузки: 10 м².
Древесина: 5 кг при 13,8 МДж/кг.
Ткань: 3 кг при 16,2 МДж/кг.
Полистирол: 5 кг при 47,14 МДж/кг.

Суммарная пожарная нагрузка составит:

$$Q = 5 \cdot 13{,}8 + 3 \cdot 16{,}2 + 5 \cdot 47{,}14 = 353{,}3 \text{ МДж}$$

Удельная пожарная нагрузка составит:

$$q = \frac{Q}{S} = \frac{353{,}3}{10} = 35{,}33 \text{ МДж/м}^2$$

При таких исходных данных помещение попадает в диапазон категории В4. Для текущего расчета нужен не вывод по категории, а строки таблицы пожарной нагрузки: масса и теплота сгорания по каждому материалу.

Как переносить в расчет

Выберите режим По массе пожарной нагрузки, кг.
Каждый материал переносите отдельной строкой таблицы.
Вручную заполняются только Mi и Qpнi.
mi рассчитывается автоматически после ввода строк.
Если материалов больше одного, добавляйте строки через кнопку +.

Как выглядит заполнение по массе пожарной нагрузки#

Доступные режимы:

По массе пожарной нагрузки, кг
По плотности пожарной нагрузки, МДж/м²
По плотности пожарной нагрузки, кг/м²

i	Mi (кг)	mi	Qpнi (МДж/кг)
1	5	0.385	13,8
2	3	0.231	16,2
3	5	0.385	47,14
Итого	13	1.000	рассчитывается автоматически

Mi: масса i-го вещества или материала в составе пожарной нагрузки.
mi: относительная массовая доля. Рассчитывается автоматически после ввода строк таблицы.
Qpнi: низшая теплота сгорания i-го вещества или материала в составе пожарной нагрузки.

Способ 2. Задана удельная пожарная нагрузка в МДж/м²#

Сценарий для случаев, когда пожарная нагрузка уже задана в энергетической форме. Здесь достаточно режима ввода по плотности пожарной нагрузки без ручного набора строк Mi.

Если пожарная нагрузка уже задана в энергетической форме, расчет использует это значение без перечня отдельных материалов. Такой вход типичен для готовых расчетов и справочных источников.

Пример. Для квартир площадью до 100 м² расчетное значение плотности пожарной нагрузки может быть принято равным 600 МДж/м² по справочному источнику СИТИС СПН-1. Для такого сценария средняя теплота сгорания пожарной нагрузки принимается равной:

Удельная пожарная нагрузка: 600 МДж/м².
Площадь помещения: 30 м².
Принятая средняя теплота сгорания: 13,8 МДж/кг.

$$Q_{p\text{ср}} = 13{,}8 \text{ МДж/кг}$$

При площади пола 30 м² масса пожарной нагрузки определяется так:

$$M = \frac{g \cdot F}{Q_{p\text{ср}}} = \frac{600 \cdot 30}{13{,}8} \approx 1305 \text{ кг}$$

Пересчет массы нужен только для проверки. В программе этот сценарий заполняется через режим плотности пожарной нагрузки в МДж/м².

Как переносить в расчет

Выберите режим По плотности пожарной нагрузки, МДж/м².
Введите значение плотности пожарной нагрузки в поле qп1.
Введите среднюю теплоту сгорания в поле Qpнср.
Таблица строк Mi / mi / Qpнi в этом режиме не заполняется.

Как выглядит заполнение по плотности в МДж/м²#

Доступные режимы:

По массе пожарной нагрузки, кг
По плотности пожарной нагрузки, МДж/м²
По плотности пожарной нагрузки, кг/м²

Поле	Значение	Размерность
Плотность пожарной нагрузки `qп1`	600	МДж/м²
Средняя теплота сгорания `Qpнср`	13,8	МДж/кг

Что вводится вручную: в этом режиме вручную задаются только плотность пожарной нагрузки и средняя теплота сгорания.
Чего здесь нет: таблица строк Mi / mi / Qpнi в этих режимах не заполняется.

Способ 3. Задана удельная пожарная нагрузка в кг/м²#

Сценарий для случаев, когда по помещению уже известна массовая удельная пожарная нагрузка и ее можно сразу задать в режиме ввода по кг/м².

Этот вариант применяют, когда по помещению известна массовая удельная пожарная нагрузка. В этом случае расчет сразу заполняют через режим плотности пожарной нагрузки в кг/м², без ручного набора строк Mi.

Пример. Для жилой части зданий гостиниц и гостиничных комплексов удельная пожарная нагрузка может быть принята равной 50 кг/м². В качестве материала пожарной нагрузки принимается древесина, поэтому средняя теплота сгорания принимается равной:

Удельная пожарная нагрузка: 50 кг/м².
Площадь помещения: 30 м².
Принятая средняя теплота сгорания: 13,8 МДж/кг.

$$Q_{p\text{ср}} = Q_{pн\text{д}} = 13{,}8 \text{ МДж/кг}$$

Если площадь горящего помещения составляет 30 м², масса пожарной нагрузки определяется так:

$$M = g \cdot F = 50 \cdot 30 = 1500 \text{ кг}$$

Промежуточный расчет массы нужен только для проверки исходных данных. В программе этот сценарий заполняется через режим плотности пожарной нагрузки в кг/м².

Как переносить в расчет

Выберите режим По плотности пожарной нагрузки, кг/м².
Введите значение удельной пожарной нагрузки в поле qп2.
Введите среднюю теплоту сгорания в поле Qpнср.
Таблица строк Mi / mi / Qpнi в этом режиме не заполняется.

Как выглядит заполнение по плотности в кг/м²#

Доступные режимы:

По массе пожарной нагрузки, кг
По плотности пожарной нагрузки, МДж/м²
По плотности пожарной нагрузки, кг/м²

Поле	Значение	Размерность
Плотность пожарной нагрузки `qп2`	50	кг/м²
Средняя теплота сгорания `Qpнср`	13,8	МДж/кг

Что вводится вручную: в этом режиме вручную задаются только плотность пожарной нагрузки и средняя теплота сгорания.
Чего здесь нет: таблица строк Mi / mi / Qpнi в этих режимах не заполняется.

СИТИС как источник пожарной нагрузки. Справочник СИТИС может использоваться как внешний источник данных по пожарной нагрузке горящего помещения. Из него в расчет берут удельную пожарную нагрузку и, при необходимости, среднюю теплоту сгорания. В программе для такого случая используют режим По плотности пожарной нагрузки, МДж/м², а не таблицу строк Mi / Qpнi.

Как выглядит расчет#

Экран расчета включает три режима задания пожарной нагрузки, блок горящего помещения с таблицей проемов и блок смежного помещения с итоговыми расчетными полями.

Скриншот программы «Удаление продуктов горения из смежного с горящим помещения»

Блок горящего помещения и проемности#

После пожарной нагрузки программа переходит к геометрии горящего помещения и к таблице проемов. Именно здесь чаще всего теряется практический смысл расчета: в таблицу нужно заносить не одну дверь по памяти, а все проемы, через которые в помещение реально может поступать воздух.

Площадь пола горящего помещения Ff - 20 м².
Высота горящего помещения hn - 2,7 м.
Объем помещения V - считается автоматически.
Площадь проемов - считается автоматически.
Проемность помещения П - считается автоматически.
Удельная приведенная пожарная нагрузка к площади пола g0 - считается автоматически.
Что задается вручную: площадь и высота горящего помещения, а также ширина и высота каждого проема.
Что считает программа: объем помещения, площадь проемов, производные параметры пожарной нагрузки и саму проемность помещения.

Блок смежного помещения и итоговых полей#

После проемов задаются параметры коридора или другого смежного помещения, затем тип здания и дверь по пути эвакуации. Итоговые расчетные поля появляются в том же блоке и сразу показывают расчетный расход.

Поле	Значение	Размерность	Статус
Температура воздуха в горящем помещении `tr`	25	°C	вручную
Температура воздуха в горящем помещении `Tr`	считается автоматически	K	авто
Высота смежного помещения (коридора) `H`	2,7	м	вручную
Площадь смежного помещения (коридора) `Ac`	22,5	м²	вручную
Длина смежного помещения (коридора) `lc`	15	м	вручную
Отношение толщины дымового слоя к высоте `hsm/H`	0,55	-	вручную
Предельная толщина дымового слоя `hsm`	1,49	м	авто
Температура воздуха в смежном помещении (коридоре) `trk`	26	°C	вручную
Температура воздуха в смежном помещении (коридоре) `Trk`	299	K	авто
Температура газов, поступающих из горящего помещения `T0`	считается автоматически	K	авто
Усредненная температура дымового слоя `Tsm`	537,6	K	авто
Усредненная температура дымового слоя `tsm`	264,6	°C	результат

Тип здания и эвакуационный выход:

Тип здания: Жилое / Общественное.
Поправочный коэффициент на тип здания ksm: 1,2.
Ширина двери по пути эвакуации ad: 0,9 м.
Высота двери по пути эвакуации Hd: 2 м.
Площадь двери по пути эвакуации Ad: 1,8 м².
Плотность дымового слоя ρsm: 0,657 кг/м³.

Итог расчета:

Поле	Значение	Размерность
Усредненная температура дымового слоя `Tsm`	537,6	K
Массовый расход удаляемых продуктов горения `Gsm`	3,05	кг/с
Объемный расход удаляемых продуктов горения `Lsm`	16750	м³/ч

Что задается вручную: геометрия коридора, температуры, тип здания и размеры двери по пути эвакуации.
Что получается на выходе: программа рассчитывает температуру дымового слоя, плотность дыма и итоговый массовый и объемный расход.
Что показывать в руководстве: ключевые результаты для страницы расчета - Tsm в K, Gsm в кг/с и Lsm в м³/ч.

Что проверить по геометрии. Длина коридора считается не по одному прямому участку, а по реальному пути распространения дыма. Если суммарная длина непрерывного коридора выходит за пределы 60 м, это уже вопрос к архитектурному и пожарному решению, а не к одному расчетному полю.
Для двустворчатой двери по пути эвакуации одну створку берут только тогда, когда ее ширины достаточно для эвакуации. Если одной створки недостаточно, в расчет должна идти полная ширина открываемого проема.

Автоматически рассчитываемые поля. Расчетные поля, которые программа определяет сама, не нужно заполнять вручную. Сюда относятся, в частности, проемность помещения, производные параметры пожарной нагрузки, температура дымового слоя и итоговый расход удаляемых продуктов горения.

Рабочий порядок#

Подтвердите тип задачи#
Проверьте, что пожар развивается в соседнем объеме, а удаление дыма требуется из коридора или иного сообщающегося пространства.
Выберите способ задания пожарной нагрузки#
Если по помещению уже есть расчет категории, используйте режим по массе. Если известна только удельная пожарная нагрузка, рабочим входом обычно становится режим по плотности.
Заполните пожарную нагрузку выбранным способом#
Либо строки Mi и Qpнi, либо поля qп1 или qп2 вместе со средней теплотой сгорания Qpнср.
Задайте параметры горящего помещения#
Введите площадь пола и высоту. После этого внесите все проемы, через которые в него может поступать воздух: двери, окна и другие открывающиеся проемы.
Заполните параметры смежного помещения#
Задайте высоту, площадь, длину, температуру и отношение толщины дымового слоя к высоте. Для коридоров длина считается по реальному пути распространения дыма, а не по одному прямому участку.
Задайте тип здания и эвакуационный выход#
Введите тип здания и параметры двери по пути эвакуации из смежного помещения. Если на выходе стоит двустворчатая дверь, берут одну створку только когда ее ширины достаточно для эвакуации.
Проверьте итоговые результаты#
Сравните температуру дымового слоя, массовый и объемный расход. Если расчет подтвержден, формируйте отчет и при необходимости переходите к аэродинамике.

Практический пример#

Коридор общественного здания, кладовая офисной мебели#

Полный цикл по разъяснению ФГБУ ВНИИПО МЧС России: пожарная нагрузка, проемность, параметры коридора, результат.

Источник условия задачи#

Исходные условия взяты из разъяснения ФГБУ ВНИИПО МЧС России. Пример включает полный набор исходных данных: пожарную нагрузку, проемность горящего помещения, параметры смежного помещения и эвакуационного выхода.
Открыть разъяснение ФГБУ ВНИИПО МЧС России

Задача. Рассматривается общий коридор помещений общественного здания, сообщающийся, в том числе, с кладовой офисной мебели. Коридор длиной 60 м, шириной 2 м и высотой 3 м имеет эвакуационный выход в лестничную клетку через дверной проем высотой 2 м и шириной 1,2 м.
Кладовая площадью 30 м² и высотой 3 м сообщается с указанным коридором через дверной проем высотой 2 м и шириной 1,4 м. Удельная пожарная нагрузка в кладовой составляет 50 кг/м² эквивалентной древесины. Требуется определить объемный расход продуктов горения, подлежащих удалению из коридора при возникновении пожара в кладовой. Температура воздуха в кладовой и коридоре принимается 20 °C. Соотношение толщины дымового слоя и высоты смежного помещения принимается 0,5.

В примере заполняются следующие поля:

№	Поле	Значение	Размерность	Комментарий
1	Масса пожарной нагрузки Mi	1500	кг	`50 кг/м² × 30 м²`
2	Теплота сгорания Qpнi	13,8	МДж/кг	Для древесной нагрузки
3	Площадь пола горящего помещения	30	м²	Кладовая
4	Высота горящего помещения	3	м	По условию задачи
5	Ширина i-го проема ai	1,4	м	Ширина дверного проема из кладовой в коридор
6	Высота i-го проема hi	2	м	Высота дверного проема из кладовой в коридор
7	Начальная температура воздуха в помещении	20	°C	Температура воздуха в кладовой
8	Высота смежного помещения	3	м	Коридор
9	Площадь смежного помещения	120	м²	Коридор `60 × 2 м`
10	Длина смежного помещения	60	м	По условию задачи
11	Отношение толщины дымового слоя к высоте	0,5	-	В пределах рекомендаций методики
12	Температура воздуха в смежном помещении	20	°C	Температура воздуха в коридоре
13	Тип здания	Общественное	-	Выбирается в расчете
14	Ширина двери по пути эвакуации	1,2	м	Ширина двери выхода из коридора на лестничную клетку
15	Высота двери по пути эвакуации	2	м	Высота двери выхода из коридора на лестничную клетку

Что учитывается в проемности. В разъяснении ФГБУ ВНИИПО МЧС России к п. 3 приложения 1 МД.137-13 указано: при определении проемности помещения П учитываются проемы, через которые в помещение может поступать воздух.

Результаты расчета#

Ключевые результаты примера:

№	Поле	Значение	Размерность
1	Усредненная температура дымового слоя в смежном помещении (коридоре)	371	K
2	Массовый расход удаляемых из смежного помещения (коридора) продуктов горения	4,07	кг/с
3	Объемный расход удаляемых из смежного помещения (коридора) продуктов горения	15410	м³/ч

Сопоставление с ВНИИПО. Результаты Аэропро.Эксперт по этому примеру совпадают с результатами, приведенными в разъяснении специалистов ФГБУ ВНИИПО МЧС России.

Расчетные зависимости (справочно)#

В этом расчете есть два разных слоя. Сначала определяется пожарная нагрузка горящего помещения, затем по ней и геометрии смежного объема рассчитываются температура дымового слоя и требуемый расход удаления.

Определение пожарной нагрузки#

Зависимость	Когда применяется
$M_i = q \cdot F_f$	Если по помещению задана удельная пожарная нагрузка в `кг/м²`. Масса пожарной нагрузки определяется через площадь пола горящего помещения.
$M_i = \frac{q_p \cdot F_f}{Q_{pнi}}$	Если пожарная нагрузка задана в `МДж/м²`. Энергетическая нагрузка переводится в массу через теплоту сгорания принятого материала.
$m_i = \frac{M_i}{\sum M_i}$	Если состав пожарной нагрузки известен по нескольким веществам или материалам. Формула задает относительную массовую долю каждого компонента.
$Q_{pнср} = \sum (m_i \cdot Q_{pнi})$	Используется для получения средней теплоты сгорания смеси, когда пожарная нагрузка состоит из нескольких компонентов.

Расчет дыма в смежном помещении#

Зависимость	Что определяет
$P = \frac{\sum (A_i \cdot \sqrt{h_i})}{V^{2/3}}$	Проемность горящего помещения по тем проемам, через которые в него может поступать воздух.
$T_0 = 0{,}8 \cdot T_{0\max}$	Температуру газов, поступающих из горящего помещения в смежный объем.
$h_{sm} = \left(\frac{h_{sm}}{H}\right) \cdot H$	Толщину дымового слоя в смежном помещении.
$T_{sm} = T_{rk} + 1{,}22 \cdot (T_0 - T_{rk}) \cdot \ldots$	Среднюю температуру дымового слоя в смежном помещении с учетом длины коридора и геометрии слоя.
$A_d = a_d \cdot H_d$	Площадь двери по пути эвакуации из смежного помещения.
$G_{sm} = k_{sm} \cdot A_d \cdot \sqrt{H_d}$	Массовый расход удаляемых продуктов горения.
$\rho_{sm} = \frac{353}{T_{sm}}$	Плотность дымового слоя по средней температуре.
$L_{sm} = 3600 \cdot \frac{G_{sm}}{\rho_{sm}}$	Итоговый объемный расход удаляемых продуктов горения.

$$T_{sm} = T_{rk} + \frac{1{,}22 \cdot (T_0 - T_{rk}) \cdot \left(2h_{sm} + \frac{A_c}{l_c}\right)}{l_c} \cdot \left(1 - \exp\left(-0{,}58 \cdot \frac{l_c}{2h_{sm} + \frac{A_c}{l_c}}\right)\right)$$

Дополнительные материалы#