СП 120.13330.2022. Приложение В МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ТОННЕЛЬНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

В.1

Оценку достаточности проектных решений по тоннельной вентиляции в режиме противодымной защиты проводят на основании результатов расчета тоннельной вентиляции участка метрополитена, переводимого в аварийные режимы, для следующих сценариев пожаров:

а) для станции - при пожаре вагона в центре поезда на каждом пути станции;

б) для каждого участка перегонного тоннеля, ограниченного станционными и перегонными вентиляционными шахтами или выходом на поверхность земли на каждом пути, - при пожаре стационарных объектов (кладовые, кабели и др.) в тоннелях с использованием продольной системы тоннельной вентиляции;

в) для участка перегонного тоннеля с максимальным уклоном - при пожаре стационарных объектов (кладовые, кабели и др.) в тоннелях с использованием полупоперечной системы тоннельной вентиляции;

г) для каждого участка тоннеля соединительных веток с депо и смежной линией метрополитена, ограниченного вентиляционными шахтами или выходами на поверхность земли, - при пожаре стационарных объектов (кладовые, кабели и др.).

Обеспечение условия достаточности производительности УТВ и адекватности схемы тоннельной вентиляции может быть достигнуто созданием такого воздухообмена на станции и (или) в тоннелях, при котором создаются условия непроникновения дыма на пути эвакуации пассажиров (устойчивость воздушного потока): для станции - с уровня платформы в вестибюль; для тоннеля - в направлении эвакуации людей, и определяется выполнением условия

Vр > Vкр, (В.1)

где Vр - расчетная скорость воздушного потока при работе тоннельной вентиляции в аварийном режиме;

Vкр - критическая (требуемая) скорость, обеспечивающая незадымление путей эвакуации.

Формула (В.1)

Vр > Vкр, (В.1)

где Vр - расчетная скорость воздушного потока при работе тоннельной вентиляции в аварийном режиме;

Vкр - критическая (требуемая) скорость, обеспечивающая незадымление путей эвакуации.

Vр > Vкр (В.1)

где Vр - расчетная скорость воздушного потока при работе тоннельной вентиляции в аварийном режиме;

Vкр - критическая (требуемая) скорость, обеспечивающая незадымление путей эвакуации.

В.2

Для определения расчетной скорости воздуха Vр в трактах вентиляционной сети метрополитена допускается использовать методики, рекомендации, программное обеспечение и иные документы.

В.3

В зависимости от состава проектируемого объекта метрополитена расчетная модель должна содержать следующие элементы тоннельной вентиляции: станции, наклонный ход, вестибюли с дверями наружу, шахты УТВ, вентиляторы, профиль участка линии, связи с поверхностью земли и др.

В.4

В расчетной схеме (модели) следует учитывать:

а) для сценария пожара по В.1, перечисление а) - участок вентиляционной сети (трассы), включающий рядом расположенные станции с прилегающими тоннелями, а для пересадочной станции - в том числе смежную станцию с прилегающими тоннелями;

б) для сценариев пожара по В.1, перечисления б), в) на каждом участке перегонного тоннеля между УТВ на каждом пути - участок трассы не менее чем с двумя УТВ с каждой стороны от очага пожара, а при наличии соединительных веток и веток в депо - УТВ и порталы данных сооружений;

в) для сценария пожара по В.1, перечисление г) - аналогично перегонным тоннелям.

В.5

При составлении расчетной схемы следует учитывать:

а) наличие остановленных в тоннелях поездов с пассажирами (поезд, следом идущий за поездом, который прибыл с пожаром на станцию), которые должны обосновываться анализом на основе максимальной парности движения поездов в час пик;

б) неплотность дверей типа "метро" в вестибюле;

в) вестибюльные подпорные вентиляционные установки.

В.6

Местные аэродинамические сопротивления (например, вентиляционные отверстия, проемы в вентиляционных каналах) принимают в качестве ветвей вентиляционной сети. Вентиляционные агрегаты в схеме представляют в качестве источников напора.

В.7

Проводят упрощение схемы вентиляционной сети путем замены параллельно и последовательно включенных в схему аэродинамических сопротивлений эквивалентными. Так, для последовательного включения сопротивлений используют выражение

Rоб = ∑(I…M) RI, (В.2)

где Rоб - общее сопротивление, Па·с2·м-6;

M - количество последовательно включенных сопротивлений;

RI - сопротивление ветви, Па·с2·м-6.

При параллельном соединении

Rоб = RN/(∑(J…N) √(RN/RJ))^2, (В.3)

где RN - N-е параллельно включенное сопротивление;

N - число параллельно включенных сопротивлений;

J - номер сопротивления.

Формула (В.2)

Rоб = ∑(I…M) RI, (В.2)

где Rоб - общее сопротивление, Па·с2·м-6;

M - количество последовательно включенных сопротивлений;

RI - сопротивление ветви, Па·с2·м-6.

Rоб = ∑(I…M) RI (В.2)

где Rоб - общее сопротивление, Па·с2·м-6;

M - количество последовательно включенных сопротивлений;

RI - сопротивление ветви, Па·с2·м-6.

Формула (В.3)

Rоб = RN/(∑(J…N) √(RN/RJ))^2, (В.3)

где RN - N-е параллельно включенное сопротивление;

N - число параллельно включенных сопротивлений;

J - номер сопротивления.

Rоб = RN/(∑(J…N) √(RN/RJ))^2 (В.3)

где RN - N-е параллельно включенное сопротивление;

N - число параллельно включенных сопротивлений;

J - номер сопротивления.

В.8

Если сопротивления параллельных ветвей равны, то общее сопротивление определяют по выражению

Rоб = R/N2. (В.4)

Формула (В.4)

Rоб = R/N2. (В.4)

Rоб = R/N2 (В.4)

В.9

Аэродинамическое сопротивление трения вентиляционного тракта (воздуховода, тоннеля, станции, кассового зала вестибюля и т.п.) определяют по формуле

Rлин = αлин·L·P/S^3, (В.5)

где αлин - коэффициент аэродинамического сопротивления воздуховода, Па·с2·м-2;

L - длина выработки тоннеля, м;

P - периметр выработки тоннеля, м;

S - площадь поперечного сечения выработки тоннеля, м2.

Формула (В.5)

Rлин = αлин·L·P/S^3, (В.5)

где αлин - коэффициент аэродинамического сопротивления воздуховода, Па·с2·м-2;

L - длина выработки тоннеля, м;

P - периметр выработки тоннеля, м;

S - площадь поперечного сечения выработки тоннеля, м2.

Rлин = αлин·L·P/S^3 (В.5)

где αлин - коэффициент аэродинамического сопротивления воздуховода, Па·с2·м-2;

L - длина выработки тоннеля, м;

P - периметр выработки тоннеля, м;

S - площадь поперечного сечения выработки тоннеля, м2.

В.10

Аэродинамическое сопротивление вентиляционных шахт определяют по формуле

Rв.ш = αст·Lст·Pст/Sст^3 + ξст·ρ/2Sст^2 + αвт·Lвт·Pвт/Sвт^3 + ξвт·ρ/2Sвт^2, (В.6)

где αст , αвт - коэффициенты аэродинамического сопротивления ствола и вентиляционного тоннеля (при его наличии) шахты;

Lст, Lвт - длина соответственно ствола шахты и вентиляционного тоннеля, м;

Sст, Sвт - площади поперечного сечения ствола шахты и ее вентиляционного канала, м2;

Pст, Pвт - периметры ствола и вентиляционного тоннеля, м;

ξст , ξвт - коэффициенты местного сопротивления для шахтного ствола и вентиляционного канала (вентиляционной камеры). Эти величины приняты одинаковыми для всех вентиляционных шахт и равными ξст = 16 , ξвт = 10 ;

ρ - плотность воздуха, кг/м3.

Формула (В.6)

Rв.ш = αст·Lст·Pст/Sст^3 + ξст·ρ/2Sст^2 + αвт·Lвт·Pвт/Sвт^3 + ξвт·ρ/2Sвт^2, (В.6)

где αст , αвт - коэффициенты аэродинамического сопротивления ствола и вентиляционного тоннеля (при его наличии) шахты;

Lст, Lвт - длина соответственно ствола шахты и вентиляционного тоннеля, м;

Sст, Sвт - площади поперечного сечения ствола шахты и ее вентиляционного канала, м2;

Pст, Pвт - периметры ствола и вентиляционного тоннеля, м;

ξст , ξвт - коэффициенты местного сопротивления для шахтного ствола и вентиляционного канала (вентиляционной камеры). Эти величины приняты одинаковыми для всех вентиляционных шахт и равными ξст = 16 , ξвт = 10 ;

ρ - плотность воздуха, кг/м3.

Rв.ш = αст·Lст·Pст/Sст^3 + ξст·ρ/2Sст^2 + αвт·Lвт·Pвт/Sвт^3 + ξвт·ρ/2Sвт^2 (В.6)

где αст , αвт - коэффициенты аэродинамического сопротивления ствола и вентиляционного тоннеля (при его наличии) шахты;

Lст, Lвт - длина соответственно ствола шахты и вентиляционного тоннеля, м;

Sст, Sвт - площади поперечного сечения ствола шахты и ее вентиляционного канала, м2;

Pст, Pвт - периметры ствола и вентиляционного тоннеля, м;

ξст , ξвт - коэффициенты местного сопротивления для шахтного ствола и вентиляционного канала (вентиляционной камеры). Эти величины приняты одинаковыми для всех вентиляционных шахт и равными ξст = 16 , ξвт = 10 ;

ρ - плотность воздуха, кг/м3.

В.11

Коэффициенты аэродинамического сопротивления определяют по формуле

α = 9,81·0,015/[1,74 + 2,0·lg(D/d0)]^2, (В.7)

где D - диаметр или высота сооружения (вентиляционного тракта), м;

D = 4S/P, (В.8)

d0 - высота выступа шероховатости бетонной поверхности, м.

Формула (В.7)

α = 9,81·0,015/[1,74 + 2,0·lg(D/d0)]^2, (В.7)

где D - диаметр или высота сооружения (вентиляционного тракта), м;

α = 9,81·0,015/[1,74 + 2,0·lg(D/d0)]^2 (В.7)

где D - диаметр или высота сооружения (вентиляционного тракта), м;

Формула (В.8)

D = 4S/P, (В.8)

D = 4S/P (В.8)

В.12

Аэродинамические сопротивления вентиляторов принимают в соответствии с их аэродинамическими характеристиками по рабочей точке, соответствующей их работе без нагрузки.

В.13

Местные аэродинамические сопротивления определяют по формуле

Rm = ξmρ/2S^2, (В.9)

где ξm - коэффициент местного сопротивления;

S - площадь поперечного сечения потока, м2.

Формула (В.9)

Rm = ξmρ/2S^2, (В.9)

где ξm - коэффициент местного сопротивления;

S - площадь поперечного сечения потока, м2.

Rm = ξmρ/2S^2 (В.9)

где ξm - коэффициент местного сопротивления;

S - площадь поперечного сечения потока, м2.

В.14

Коэффициенты местного сопротивления определяют по формулам:

- при повороте струи:

ξm = 0,57δ^2, (В.10)

где δ - угол поворота, рад;

- при внезапном сужении потока:

ξm = (1/ε − 1), (В.11)

где ε - величина, зависящая от соотношения S2/S1;

- при внезапном расширении потока:

ξm = (S2/S1 − 1)^2. (В.12)

Сопротивления вентиляционных проемов определяются из выражения:

ξm = ρ/(2Sпр^2·μ), (В.13)

где Sпр - площадь проема, м2;

μ - расходный коэффициент проема, μ = 0,64 .

Формула (В.10)

ξm = 0,57δ^2, (В.10)

где δ - угол поворота, рад;

- при внезапном сужении потока:

ξm = 0,57δ^2 (В.10)

где δ - угол поворота, рад;

- при внезапном сужении потока:

Формула (В.11)

ξm = (1/ε − 1), (В.11)

где ε - величина, зависящая от соотношения S2/S1;

- при внезапном расширении потока:

ξm = (1/ε − 1) (В.11)

где ε - величина, зависящая от соотношения S2/S1;

- при внезапном расширении потока:

Формула (В.12)

ξm = (S2/S1 − 1)^2. (В.12)

ξm = (S2/S1 − 1)^2 (В.12)

Формула (В.13)

ξm = ρ/(2Sпр^2·μ), (В.13)

где Sпр - площадь проема, м2;

μ - расходный коэффициент проема, μ = 0,64 .

ξm = ρ/(2Sпр^2·μ) (В.13)

где Sпр - площадь проема, м2;

μ - расходный коэффициент проема, μ = 0,64 .

В.15

Если вентиляционный канал вдоль станции используется для удаления дыма, то при расчете аэродинамических сопротивлений общую площадь постоянно открытых вентиляционных отверстий принимают близкой к площади поперечного сечения соответствующего вентиляционного канала. Поперечные сечения стволов и каналов шахт УТВ принимают равными сечениям вентиляционных каналов в тоннеле.

В.16

Для замкнутой вентиляционной сети существует топологическая зависимость

k = m - n + 1, (В.14)

где k - число независимых циклов;

m - число ветвей (или ребер);

n - число узлов.

Расход воздуха, аэродинамическое сопротивление, депрессия вентиляторов и депрессия пожара выражаются через стандартную плотность воздуха в виде:

q = (ρc/ρ)qc,

r = (ρc/ρ)rc, (В.15)

h = (ρc/ρ)hc,

hп = −ρ0glпsin α(1 − T0/Tг + (10S^0,5)Q/(0,15Slп)·ln(T0/Tг)),

где qc, rc, hc, hп - расход воздуха, аэродинамическое сопротивление, депрессия, соответствующие стандартной плотности воздуха, депрессия пожара соответственно;

lп - длина зоны очага пожара, м;

α - угол наклона ветви к горизонтальной плоскости, град.;

T0 - исходная температура, К;

Tг - температура газов в зоне очага пожара, К;

S - сечение ветви, м2;

Q - мощность очага пожара, МВт, принимают по таблице В.1.

С учетом выражений (В.14), (В.15) первый и второй законы Кирхгофа для вентиляционных сетей примут вид:

∑(j=0…m) aijqj·ρj/ρc = 0, i = 1, 2,..., n − 1, (В.16)

∑(j=0…m) sijrjqj^2 = ∑(j=1…m) εijhBi + g∑ρiΔzi, i = 1, 2,..., m − n + 1. (В.17)

Эти законы описывают движение потока воздуха в вентиляционной сети с учетом работы вентиляторов и естественной тяги. В численных расчетах влияние давления и температуры воздуха на его плотность ρ учитывают по формуле

ρ = 3,41·10^−3p/(t + 273), (В.18)

где p - давление воздуха, Па;

t - температура воздуха, °C.

В выражении (В.17) депрессия вентилятора учитывается его напорной характеристикой, определяемой по формуле

hВ = a0 + a1q + a2q2 + ... + aiqr, (В.19)

где ai - коэффициенты полинома;

i = 0, 1, ..., r - целые числа, определяющие степень полинома.

Таким образом, системы уравнений, выведенные на основе законов Кирхгофа для вентиляционной сети, описывают процесс движения воздуха по сетям при заданных температурных условиях, источниках депрессии (вентиляционные установки, пожар, естественная депрессия) и глубине заложения каждого участка сети.

Формула (В.14)

k = m - n + 1, (В.14)

где k - число независимых циклов;

m - число ветвей (или ребер);

n - число узлов.

k = m - n + 1 (В.14)

где k - число независимых циклов;

m - число ветвей (или ребер);

n - число узлов.

Формула (В.15)

r = (ρc/ρ)rc, (В.15)

r = (ρc/ρ)rc (В.15)

Формула (В.16)

∑(j=0…m) aijqj·ρj/ρc = 0, i = 1, 2,..., n − 1, (В.16)

∑(j=0…m) aijqj·ρj/ρc = 0, i = 1, 2,..., n − 1 (В.16)

Формула (В.17)

∑(j=0…m) sijrjqj^2 = ∑(j=1…m) εijhBi + g∑ρiΔzi, i = 1, 2,..., m − n + 1. (В.17)

∑(j=0…m) sijrjqj^2 = ∑(j=1…m) εijhBi + g∑ρiΔzi, i = 1, 2,..., m − n + 1 (В.17)

Формула (В.18)

ρ = 3,41·10^−3p/(t + 273), (В.18)

где p - давление воздуха, Па;

t - температура воздуха, °C.

ρ = 3,41·10^−3p/(t + 273) (В.18)

где p - давление воздуха, Па;

t - температура воздуха, °C.

Формула (В.19)

hВ = a0 + a1q + a2q2 + ... + aiqr, (В.19)

где ai - коэффициенты полинома;

i = 0, 1, ..., r - целые числа, определяющие степень полинома.

hВ = a0 + a1q + a2q2 + ... + aiqr (В.19)

где ai - коэффициенты полинома;

i = 0, 1, ..., r - целые числа, определяющие степень полинома.

Таблица В.1

В.17

На основании данных численного решения системы уравнений:

а) определяются расчетные значения скоростей Vр для всех ветвей расчетной модели вентиляционной сети;

б) определяются расчетные значения расходов и перепадов давлений на участках вентиляционной сети;

в) проводится анализ выполнения условия (В.1) по каждому сценарию;

г) разрабатывается алгоритм включения вентиляторов УТВ.

Полученные расчетные данные воздухораспределения вентиляционной сети могут быть использованы как граничные условия по вентиляции при расчете опасных факторов пожара полевым методом.