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 путейустройство 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 эвакуациимест спасения людейпомещений, требующих постоянного присутствия персоналамест 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».

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 методикарасчета 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.