Оценка аэротермодинамических характеристик противопожарной системы противодымной вентиляции при помощи программного комплекса для конечно-элементного моделирования

Введение. Проведенное исследование включало инженерный расчет параметров противодымной вентиляции помещений фитнес-клуба и последующее конечно-элементное моделирование процессов дымоудаления с использованием программного комплекса. Сравнение результатов двух методов позволяет оценить как точность инженерных методов, так и адекватность математической модели.

Цель и задачи. Цель исследования состоит в комплексной оценке аэродинамических характеристик и эффективности функционирования противопожарной системы противодымной вентиляции помещения фитнес-клуба в многофункциональном здании с использованием комбинированного подхода, включающего инженерный расчет и конечно-элементное моделирование. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• выполнить инженерный расчет массового расхода дыма, располагаемого давления для естественной системы;
• провести серию расчетов в программном комплексе для конечно-элементного моделирования с целью определения полей аэродинамических параметров (скорость, давление) и визуализации потоков дымовоздушной смеси для теплого и холодного периодов года.

Методы. Для решения задач обосновано использование математического моделирования аэродинамических процессов в системах противодымной вентиляции помещений зданий для определения параметров, определяющих эффективность ее работы.

Выводы. Проведенный инженерный расчет и последующее конечно-элементное моделирование работы системы противодымной вентиляции помещений фитнес-клуба многофункционального комплекса позволили получить детальную картину распределения основных аэродинамических параметров в различных режимах эксплуатации и показали хорошую согласованность по ключевым параметрам: расходу дыма, скоростям и давлениям.

1. Пузач С.В., Калмыков С.П. Численное моделирование задымления помещений при пожаре с учетом различных типов пожарной нагрузки // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2024. № 33 (2). С. 42–49. DOI: 10.22227/0869-7493.2024.33.02.42-49. EDN NNKXIS.

2. Есин В.М., Калмыков С.П. Обоснование расхода удаляемого из поэтажных коридоров дыма при пожаре в зданиях повышенной этажности // Пожарная безопасность. 2022. № 3 (108). С. 76–85. DOI: 0.37657/vniipo.pb.2022.46.16.009. EDN YZYMKR.

3. Klote J.H., Milke J.A., Turnbull P.G., Kashef A., Ferreira M.J. Handbook of smoke control engineering // ASHRAE. 2012. 512 p. URL: https://sciarium.com/file/110940/

4. Li L., Du F., Yang Y., Wei L., Huang F., Gao Z. et al. Research on the smoke mass flow rate in one-dimensional spreading stage in tunnel with multiple fire sources // Case Studiesin Thermal Engineering. 2022. No. 31. Р. 101801. DOI: 10.1016/j.csite.2022.101801. EDN GVPAHR.

5. Veloo P., Quintiere J.G. Convective heat transfer coefficient in compartment fires // Journal of Fire Sciences. 2013. No. 31 (5). Рр. 410–423. DOI: 10.1177/0734904113479001

6. Mvogo Рh.О., Samedi О.Z., Changement P., Zaida Ju.T., Nzie W., Fouda H.E. et al. Investigative Study on Convective Heat Transfer inside Compartment during Fire Situation // Journal of Combustion. 2022. No. 2022. 12 p. DOI: 10.1155/2022/6559812. EDN CNUMDG.

7. Баркалов Б.В. Основания норм проектирования аварийной противодымной вентиляции // Водоснабжение и санитарная техника. 1990. № 9.

8. Ярош А.С., Чалаташвили М.Н., Кроль А.Н., Попова Е.А., Романова В.В., Сачков А.В. Анализ математических моделей развития опасных факторов пожара в системе зданий и сооружений // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2019. № 1. С. 50–56. EDN TUFIDN.

9. Матюшин А.В., Гомозов А.В., Иващук Р.А. Моделирование динамики опасных факторов пожара в помещениях с людьми, нуждающимися в спасении, с учетом наличия неплотностей в притворах дверей // Пожарная безопасность. 2013. № 4. С. 63–68. EDN RPZXCH.

10. Баркалов Б.В. Очаг пожара как основание для проектирования противодымной вытяжной вентиляции // Водоснабжение и санитарная техника. 1991. № 2.

11. Королева Т.И., Безяев А.А., Иващенко Н.Ю. Методика расчета системы дымоудаления зданий повышенной этажности // Проблемы энергосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах : сб. ст. XX Междунар. науч.-практ. конф. 2019. С. 85–89. EDN WGJDXG.

12. Матюшин А.В., Гомозов А.В., Иващук Р.А. Методика расчета динамики опасных факторов пожара в помещениях при наличии неплотностей в притворах дверей (щелей) // Пожарная безопасность. 2015. № 4. С. 92–100. EDN VCMJXR.

13. Saarinen P.E., Kalliomäki P., Tang J.W., Koskela H. Large eddy simulation of air escape through a hospital isolation room single hinged doorway — validation by using tracer gases and simulated smoke videos // PLOS One. 2015. No. 10 (7). P. e0130667. DOI: 10.1371/journal.pone.0130667

14. Martin D., McLaughlin B., Arup P.E. Influence of gap sizes around swinging doors with builders hardware on fire and smoke development. San Francisco, CA, USA, 2018. URL: https://www.commdoor.com/GapSizeAroundSwingingDoors.pdf

15. ANSYS Fluent Theory Guide // ANSYS. Inc. 2021. URL: https://dl.cfdexperts.net/cfd_resources/Ansys_Documentation/Fluent/Ansys_Fluent_Workbench_Tutorial_Guide_2021_R2.pdf

16. Масленский В.В. Улучшение условий труда операторов технологических и мобильных машин в условиях нагревающего микроклимата : дис. … канд. техн. наук. Ростов н/Д, 2021. EDN ETLEXA.

17. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха / под ред. И.Г. Староверова // Справочник проектировщика. М. : Стройиздат, 1992. 416 с. URL: https://www.c-o-k.ru/library/document/37906; https://djvu.online/file/rLDTj4NMJOeKj

18. Данилов А.И., Маслак В.А., Вагин А.В., Сиваков И.А. Численное моделирование пожара в вагоне метрополитена // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2017. № 26 (10). С. 27–35. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.10.27-35. EDN ZUFYAP.

19. Есин В.М., Калмыков С.П., Носков К.А. Расчет расходов воздуха в клапане дымоудаления из коридоров при периодических и приемо-сдаточных испытаниях систем противодымной защиты жилых зданий // Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2018. № 6. С. 44–53. EDN XWXGWT.

20. Есин B.М., Калмыков C.П. Сравнение методик расчета требуемых параметров вентиляционных систем противодымной защиты многоэтажных зданий // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2014. № 23 (6). С. 47–52. EDN SNVTPD.

21. Пузач С.В., Калмыков С.П. Оценка эффективности работы системы дымоудаления из помещений при пожаре с учетом различных типов пожарной нагрузки // Пожарная безопасность. 2025. № 3 (120). С. 28–39. DOI: 10.37657/vniipo.pb.2025.120.3.003. EDN DJEAJF.

22. Болодьян И.А., Пузач С.В., Барановский А.С. Численное моделирование пожара в автодорожном тоннеле. Выбор расчетной сетки // Пожарная безопасность. 2021. № 3 (104). С. 47–54. DOI: 10.37657/vniipo.pb.2021.72.64.005. EDN QLXVFB.