机械排烟

机械排烟（精选8篇）

机械排烟 篇1

我国采用盾构施工的隧道越来越普遍,为了充分利用盾构隧道圆形断面,一些城市在圆隧道内构建上、下层车道,形成双层道路 隧道,使其在既 有的土建 边界条件下,隧道的通行 能力翻倍,如我国最 早的盾构 双层隧道———上海崇明岛长江隧道,武汉在建的三阳路公路地铁合建的双层盾构隧道等。双层隧道具有出入口多、行车通道多、净空断面小等特点,一旦火灾发生,烟气更难扩散,损失更加惨重,研究双层隧道火灾的通风排烟尤为重要。

根据烟气的运动特性,隧道多采用顶部排烟,而双层隧道没有充足的顶部空间来设置集中排烟道,故采用侧向排烟的方式来控制隧道烟气的蔓延。针对双层隧道的特点,采用FDS,对其侧向排烟模式在火灾条件下的排烟情况进行模拟计算,研究不同排烟口面积、间距、数量对双层隧道侧向通风排烟效果的影响。

1模型建立与火灾场景

1.1隧道模型

越江隧道结 构:外径、内径分 别为14.5 m和13.3m。盾构隧道结构横断面按双层行车道布置,每管隧道分上下两层,上、下层各布置两条行车道,路面宽度均为8.5m,行车道限界高4.5m,隧道右侧布置上下层之间的楼梯道及检修逃生通道,左侧布置上下层车道共用的排烟道,隧道内管线利用其余富裕空间布置。该排烟道上至上层行车道侧墙顶,下至中隔板底以下1m,面积约6m2,如图1所示。

模型尺寸参照该隧道参数进行简化:考虑计算的精确性及计算量,隧道模型取外半径为7m,内半径为6.5m;取车道宽8m,车道板厚0.5m,上车道最大高度为6m,下车道行车高度为5m,两侧隔墙厚度都取0.5m;考虑到烟气在隧道中扩散的距离较远,取隧道模型长度为805m。

1.2计算场景及参数设计

隧道上下两层车道都采用侧向排烟。由于下车道的排烟口紧挨着车道板,下车道内的排烟口相比上车道的排烟口的排烟位置更高,更有利于排烟。考虑最不利条件,上层车道排烟困难,将火灾设在上层隧道的中部。为使计算更加精确且方便,将整个模型划分为8个计算区域(见图2),每个计算区域的网格尺寸划分不同,分别满足2或3或5的n次方,其中火源 附近的网 格尺寸为0.25m×0.25m×0.25m,距离火源最远的网格尺寸为0.5m×0.5m×0.5m。

2模拟结果与分析

2.1排烟口面积的影响

(1)排烟口流量分析。模拟计算时,对排烟口进行编号,以火源为对称中心,火源上游编号为负,火源下游编号为正,距离火源越远排烟口编号越大。各排烟口流量统计如图3所示。由图3可知,排烟口面积越大,流量分配越不均匀,-1号和1号排烟口的流量随着排烟口的增大逐渐减小,-2号和2号排烟口的流量随排烟口的增大而逐渐增大,与张玉春等对特长公路隧道中排烟方式研究的结果相同。这是由于-2号和2号排烟口距离两端的风机更近,排烟时的风压更大;当排烟口增大时,排烟阀的气流阻力减小,而离风机最近的排烟阀的阻力最小,故其排烟量会增加。还可以看到4个排烟口的流量之和均大于排烟风机的总排烟流量120m3/s,由于高温烟气从排烟阀进入排烟道后经过排烟道内空气、墙壁等的冷却作用,烟气温度下降,体积减小,故总流量减少。

各排烟口流速统计如图4所示。由图4可知,排烟口面积为2m2的流速都在15m/s以上,而排烟口面积为4m2和6m2的流速均在10m/s以下。排烟口的排烟速率应适当,过大易导致吸穿现象发生,使排烟口只吸收空气而不排出烟气。据相关标准,排烟口的排烟速率不应大于10m/s。同时,排烟口过大,流速过小使得排烟阀尺寸偏大,造成工程成本增大。由此可以看出4m2的排烟口较合适。

(2)隧道温度及能见度对比分析。为利于人员逃生,一般设定极限温度为68℃,能见度下限为10m。图5和图6分别为火灾发生1000s后距离隧道地面高2m处各点的温度和能见度分布图。从温度分布图看,三种工况下隧道2m处的温度除火源附近较高外,其余大部分地方都低于68℃。排烟口大小对温度的影响并不十分明显,三条温度分布曲线在一定程度上可认为是重合的。从能见度分布图可以得出相似的结论,排烟口大小对火灾稳定后隧道能见度分布影响较小。因为当火源功率达到最大、火灾稳定后,火灾产生热烟气量也达到稳定,而隧道的总排烟量是固定不变的。所以,火灾后期烟气蔓延的范围和隧道内能见度以及温度情况受排烟口的影响不大。

2.2排烟口数量的影响

(1)排烟口流量分析。表2记录了二、四工况中各排烟口的排烟流量。由表2可知,工况四中距离火源最近的两个排烟口的流量只有工况二中该处排烟口流量的一半。热烟流没有在火源附近得到有效地控制,更多的烟气蔓延到两边较远的地方。这可能是由于排烟口多,火源附近的两个排烟口排烟风压减小,对热烟流的抽吸能力弱;同时,离火源最远的两个排烟口由于距离排烟风机更近,风压更大,抽吸作用强,除了将一部分新鲜空气吸入排烟口外,同时对热烟气产生较强的抽吸作用,使其快速向两边蔓延,不利于烟气的集中排放。此结果与王忠等对胶州湾海底隧道的防排烟研究结果相同。即一定程度上,4个排烟口优于6个排烟口。

不同时间记录隧道中烟气分布如图7、图8所示。可知,在火灾发生初期,烟气在隧道中分层都很明显,对人员疏散非常有利;随着排烟口打开,烟气分层结构遭到破坏 ,在火灾发生400s后烟气下沉较为明显,几乎侵占整个隧道断面,越往后隧 道中烟气 浓度越高,逃生环境 越差。但通过对比两 工况的Smokeview视屏文件 可以发现,开4个排烟口比开6个排烟口的烟雾分层现象更为明显。这是因为排烟口少,对热烟流的扰动就越少,说明适当减少排烟口数量是有利于排烟的。

(2)隧道温度及能见度对比分析。不同排烟口数量下不同时刻隧道内能见度分布,如图9所示。

由图9可知,在400s以前两工况隧道的能见度都比较理想,都大于10m,而600s后部分地方的能见度则下降到10m以下。尽管排烟口开启的数量不同,但两种工况隧道的能见度分布规律却基本相同,即能见度沿隧道长度方向呈“W”型分布,火源附近和隧道两头能见度较高,中间部分能见度较低。随着时间的推移,火源处的能见度逐渐降低,隧道两端 的低能见 度范围也 逐渐加宽。大部分区域内,4个排烟口时的能见度要明显高于6个排烟口。随着火灾的进行这种差距在逐渐减小,但在火源附近还是4个排烟口 时的能见 度要明显 高于6个排烟口,即4个排烟口优于6的排烟口。两工况下隧道温度变化也有相似的结果。

2.3排烟口间距的影响

(1)排烟口流量分析。图10记录了火灾稳定后在工况二、五、六中各排烟口的排烟流量变化。可知,三种工况下4个排烟口流量基本相同,排烟流量没有因为排烟间距的增加而发生明显的变化。由图11排烟口温度变化可知,对于距离火源较远的排烟口,随着间距的增大排烟温度下降很明显。这是由于排烟口间距越大,烟气从产生到最后排出所经过的距离较长,与隧道壁和隧道低层低温空气热交换充分。对于距离火源较近的排烟口,随着间距的增加,所排烟气的温度反而有所上升,这是由于排烟口位于隧道一侧,排烟口最高处低于 隧道顶部2m,且火源附近区段热烟气温度较高,浮力较大,沉降不明显。所以相对而言,距离火源较近的排烟口排烟较为困难,一定程度上排烟口间距增大有利于人员疏散安全。

(2)隧道温度及能见度对比分析。由图12可以得出隧道能见度分布的大致规律,即能见度呈近似“W”字形分布。在火源两边30~60m的范围内有一个能见度急剧下降的区段(在400s和600s比较明显,800s后趋于平缓),该区段的起始位置在各工况的-1号和1号排烟口附近。由于火源处的烟气温度较高,浮力大,不易沉降,故而火源附近烟气分层明显,隧道的能见度高;当烟气蔓延到排烟口附近时,排烟口所产生的气流迫使隧道顶部烟气向排烟口移动,对烟气层产生了扰动,破坏了烟气的分层,使得烟气从此处开始沉降,能见度开始迅速降低。随着火灾的进行,隧道产生的烟气量逐步积累,排烟口处沉降的烟气逐渐向火源处蔓延,火源附近的能见度也随之下降,隧道中能见 度分布不 再变化剧 烈,于是出现 了800s时相对平缓的能见度曲线图。

整体来看,排烟口间距对火灾烟气控制的影响不大。对比400s时各工况的能见度曲线图可以看出,火源附近能见度较高的区域随着排烟口间距的增大而延长,这对于火灾初期人员迅速逃生是有利的。但距离进一步延长会增加烟气的扩散距离,对隧道内人员的安全不利,且一旦火灾规模增大,烟气量增大,排烟口间距过大,排烟口相对减少,不利于排烟。因此,相对而言90m的间距较为合适。

观察不同时间隧道的温度分布曲线图(见图13),可以得到相似的结果。因此,适当增加排烟口间距可以延长从火灾发生到隧道中能见度开始迅速降低的时间,同时增加了安全区间的长度,为火灾初期人员迅速通过附近的门洞逃生提供了有利条件。

3结论

(1)对于无纵向风条件下的侧向排烟,排烟口面积、开启数量以及间距都只在火灾发生初期对烟气的蔓延起一定的控制作用。当火源功率达到最大、火灾稳定后,火灾产生热烟气量也达到稳定,而隧道的总排烟量是固定不变的,所以火灾后期烟气蔓延的范围和隧道内能见度以及温度情况受上述三种变量的影响不大。

(2)排烟口面积对火灾稳定后排烟口的排烟流量、人行道处的能见度及温度等的影响不大。考虑到排烟口面积太小(2m2),流速过大,容易产生吸穿现象,面积太大(6m2)会增大工程投资,选择4m2的排烟口比较合适。

(3)在相同间距条件下,开启6个排烟口时,火灾附近的排烟口排烟量都较开启4个排烟口时小,更多的烟气在隧道中没能及时排出;且开启6个排烟口 比开启4个对烟气层的扰动更多,烟气沉降 更快。故选择 开启4个排烟口更有利于人员逃生。

(4)适当增加排烟口间距可以延长从火灾发生到隧道中能见度开始迅速降低的时间,增加了安全区间的长度;同时较小的排烟口间距会增加工程成本,相比而言排烟口间距选择90m比较合适。

摘要：双层隧道具有空间利用率高,通行量大等优点,但由于顶部空间有限,多采用侧向排烟的方式控制隧道火灾时烟气的蔓延。以某越江隧道为例,采用火灾动态模拟软件FDS,改变排烟口数量、面积、间距,设计6个火灾场景,定量分析侧向排烟口的设置对机械排烟效果的影响。分析各排烟口流量、流速,分析隧道内温度分布、能见度分布。结果表明:在火源功率20 MW、无纵向风条件下,排烟口面积、排烟口开启数量以及排烟口间距都在火灾发生初期对烟气的蔓延起控制作用;提出在排烟口面积为4m2、排烟口间距为90m、火灾时开启4个排烟口时,排烟效果更经济合理。

关键词：双层隧道,侧向排烟口,机械排烟,排烟效率,排烟口间距,能见度

机械排烟 篇2

1.排烟风机应设置在专用的风机房内或室外屋面上，风机房应采用耐火极限不低于2.0h的隔墙和1.5h的楼板及甲级防火门与其它部位隔开。当条件受到限制时，可设置在专用空间内，空间四周的围护结构应采用耐火极限不低于1.0h的不燃烧体，风机两侧应有600mm以上的空间。当必须与其他风机合用机房时，应符合下列条件：

1）机房内应设有自动喷水灭火系统；

2）机房内不得设有用于机械加压送风的风机与管道；

3）排烟风机与排烟管道上不得设有软接管。

2.排烟管道必须采用不燃材料制作，当采用金属管道时，管道内风速不宜大于20m/s；当采用内表面光滑的混凝土等非金属材料管道时，不宜大于15m/s。4.4.5当吊顶内有可燃物时，吊顶内的排烟管道应采用不燃烧材料进行隔热，并应与可燃物保持不小于150mm的距离。

3.当火灾确认后，同一排烟系统中着火防烟分区的排烟口或自动排烟阀应呈开启状态，

其他防烟分区的排烟阀或排烟口应呈关闭状态，

4.排烟系统与通风、空气调节系统宜分开设置。当合用时，应符合下列条件：

1）系统的风口、风道、风机等应满足排烟系统的要求；

2）当火灾被确认后，应能开启排烟区域的排烟口和排烟风机，并在15s内自动关闭与

排烟无关的通风、空调系统。

5.排烟井道应采用耐火极限不小于1h的隔墙与相邻区域分隔；当墙上必须设置检修门时，应采用丙级防火门；水平排烟管道穿越防火墙时，应设排烟防火阀；当穿越两个及两个以上防火分区或排烟管道在走道的吊顶内时，其管道的耐火极限不应小于1h；排烟管道不应穿越前室或楼梯间，如确有困难必须穿越时，其耐火极限不应小于2h。

6.排烟口的设置应符合下列要求：

1）排烟口应设在储烟仓内；

2）火灾时由火灾自动报警装置联动开启排烟区域的排烟口或自动排烟阀，且在现场设置手动开启装置；

3）排烟口的设置宜使烟流方向与人员疏散方向相反，排烟口与安全出口的距离不应小

于1.5m(尽量远离安全出口)；

4）排烟口的风速不宜大于10m/s。

7.利用吊顶空间进行间接排烟时，封闭式吊顶其吊平顶上设置的烟气流入口的颈部烟气速度不宜大于2.7m/s，且吊顶应采用不燃烧材料；房间的排烟口设在格栅吊顶内时，吊顶的开孔率不应小于吊顶净面积的25%。

高层建筑防排烟系统设计 篇3

【关键词】高层建筑；防排烟设计；要点；

引言：随着我国城市建设水平的不断提高，高层建筑日益增多，消防安全问题也就随之成为一大问题。很多重大，特大的火灾事故一多半都是在高层建筑设计不够完善，对防排烟系统的技术要求不能做到合理化设计，从而造成了人员大量的伤亡和财产的巨大损失，其主要是火灾现场的浓烟与烈焰影响力较大，它给受困人员逃出远离火灾事故现场增添了许多阻碍，黑漆漆的浓烟使人视线不清，看不到逃生的出口，另外也造成了呼吸道受阻，严重呼吸困难。重者还会因为吸入太多黑烟而至死亡。也阻碍了营救人员的营救工作，错过了最佳救人的时间和机会。对于设计者来说怎样合理设计也是一大挑战，要知道高层建筑和地下建筑发生火灾时，烟气的危害很严重。为了及时排除有害烟气，确保建筑物内人员顺利疏散、安全逃离，在设计过程中设置防烟、排烟设施是很重要的。

1、高层建筑防排烟系统相关规范要求的要点

1.1 防烟楼梯间，消防电梯前室的防烟设施要按照消防规范进行设计，在顶棚或者靠近顶棚的墙上的排烟口与附近安全出口沿走道方向最小相邻的最小水平距离不能小于1.5m，设计师在设计时要尽量把排烟口布置在与人流疏散的方向相反，简单说就是远离疏散口。这样就可最大限度的发挥排烟功效。

1.2超过20米的内走道，在面积超过五十平方米的地下无窗户房间里设置机械排烟设施，与其同时各种机械排烟系统必须符合消防规范要求的消防补风系统。《高规》第8.4.1.1条规定，长度超过20米无直接自然通风的走道，尽管有直接自然通风但长度超过了六十米或四十米的内走道均要设置机械排烟；《建筑设计防火规范》GB50016--87（2001年版）第5.1.1A条规定，长度超过了20m没有直接自然通风的走道但是长度超过了40m的疏散内走道处应设有机械排烟；《人民防空工程设计防火规范》GB50098-98（2001年版）第6.1.2条规定，总长度大于20m的疏散走道应设有机械排烟。由于设计者的疏忽或对规范不熟悉的原因常常造成在一些工程项目中出现未设计排烟系统，不符合规范要求的现象。

1.3地下各类用房分别采用窗井排风，补风及屋顶高空排放两种排烟方式。这样的情况就需要设机械排烟库房，汽车库等采用双速风机的排风兼排烟系统及补风系统。《汽车库，修车库，停车场设计防火规范》规定：面积超过2000㎡的地下汽车库应该设置机械排烟系统，排烟系统也可与通风系统合用；而防烟分区的最大建筑面积可达2000㎡，但防烟分区不应跨越防火分区。根据此规定，在每2000㎡车库中，只要设一个排烟系统即可，排烟量按换气次数不小于6次/h计算确定，排烟风机可采用离心风机或轴流风机。

1.4在机械排烟系统、机械通风系统、空调系统的风道上，按规范所要求的部位处设置防排烟防火阀和普通防火阀。

1.5在建筑层数小于20层的高层建筑的防烟设计中这样写“在发生火灾时，开启着火层及上下层加压送风口。”但是在《高规》第8.3.4条中得出根据各种计算公式的理论依据，加压送风量与疏散通道需要的正压值开启门的数量相匹配。

1.6内走道设机械排烟系统，排烟风机放置在屋顶，排烟口为远控板式排烟口。平常关闭，根据火灾信号开启，280℃自动熔断；一楼楼梯间，如果其前室没有外窗，就应设加压送风系统，风机设置在屋顶；排烟风机入口前设防火排烟阀，280℃自动熔断，并连锁关闭排烟风机；前室每层设置经常关闭型加压送风口，当某层发生火灾时，该层及上层的风口自动开启，并且连锁开启对应的屋顶正压送风机，加压送风口同时开启手动的防火阀。

2、高层建筑防排烟系统方式的采用

2.1机械排烟和自然排烟系统方式

机械排烟-独立的排烟系统，该排烟系统独立控制，设计管理比较方便，保证在火灾时能够正常运行，但是长时间放置就会失效，而且设计较复杂。 机械排烟方式主要是使用加压排烟方式，因此机械排烟方法要比自然排烟方式在设计过程中考虑和注意的要多，所以要将着重按照机械排烟系统设计的过程展开分析。首先确定主要参数，接着确定送风量。

自然排烟系统刚开始投资较低，受用于小型建筑，其工作原理就是利用自然条件作用力（由于温度的上升而产生的温度气压，外界的风力等）使得室内空气之间形成有效的对流，这时就可以将烟气自然排出室外。主要是在建筑的阳台，走廊或者外墙进行安装设置。这种自然排烟方式构造简单，经济，并不需要专门的排烟设备而且在平时还可兼作换气用。

自然排烟方式的主要3个步骤：首先计算室内最大的烟气量，再依据室内的建筑条件进行在火灾中最大烟气量的估算；计算出室内要求的最大排烟量，根据火灾中室内最大的排烟量及其标准量计算得到室内所需要的最大排烟量；计算和设计排烟口。当在前面的两个步骤中所确定的最大排烟量后对室内排烟口的位置和大小进行合理计算和设计。

最为引起设计者注意的就是开窗面积要严格按照上述步骤规定实施，除了开窗面积符合要求外，窗子必须是可开启的外窗，不能是内窗，固定窗，防火窗，外门等。

2.2加压系统一般设置成只在紧急情况下，就是在发生火灾时才投入运行，而在平时就停止運行，即一段式运转。对于不同的室内条件，应选择合适的系统运行方式和压力控制措施，为了安全也应该在系统中设置预防系统超压的泄压装置，在必要时减小压力，从而保证机械送风的有效性。

2.3 高层建筑和多层建筑在防排烟消防设计中的不同分析

依照建筑的高度将建筑分为低层建筑即1-3层；多层建筑即4-6层；中层建筑即7-9，以及高层建筑即10层以上。多层建筑一般以居民建筑为主，所以实际的防排烟系统的选择和设计有很大的不同。主要是防烟设施选择的不同：多层建筑中由于内部方面结构比较多，各个区域建筑面积不大，所以一般不设置防烟系统；多层建筑面积大，一般多采用挡烟隔墙这种防烟设施，而对于高层建筑来说就必须设置防烟设施，并且根据建筑形式的不同，选择标准防烟系统中的一种即可。

2.4多层建筑与高层建筑有着明显的区别，多层建筑常常采用自然排烟方式，特别是对于多层居民建筑。高层建筑有的也采用自然排烟方式但对于高度超过50米的公共建筑以及超过100米的其他建筑的防烟楼梯间及前室，消防电梯间前室不采用自然排烟方式。

3、结语：

随着社会经济的快速发展，人们对物质及其各个方面的需求也不断的提高，各种形状各异的建筑拔地而起，因此在设计建筑物时，对于消防进行的设计就极为重要了，由于相关的研究仍然存在着相对的滞后性以及许多复杂的实际问题，从而造成了在制定过程中出现较大的难度，跟不上建筑行业的发展步伐。至此希望有许多的更好更有效的相关研究出现，完善建筑排烟系统与暖通空调设计，在发生火灾的同时能够更有效地保护火灾中的受难者的人身财产安全，提升防范火灾措施的有效利用率。

参考文献

[1]李艳群 关于暖通空调设计中存在的问题《期刊论文》-科园月刊2008（7） .

[2]徐明，规范与实践-再谈工程设计中的防火及排烟问题（J）。暖通空调2007，（3）.

消防机械排烟系统优化设计探讨 篇4

1 排烟量的计算

研究表明,排烟系统在接近或稍低于实际排烟量下运行时,排烟系统是有效的,下层冷空气不会卷入到排烟系统中,排烟系统在远远超出实际排烟量下运行时,下层新鲜冷空气会被卷入到排烟系统中,因而排烟系统效率降低,但热烟气层仍保持在可接受的高度上,故排烟系统仍然不会失效。但工程应用中,设计理论风量不精确,施工质量差漏风严重,实测风量与理论值偏差较大。

(1)国家规范中的计算方法。

GB 50045-95(2005年版)《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称“高规”)中规定了排烟风机的排烟量计算方法与原则。其中担负一个防烟分区排烟或净空高度不大于6 m的不划防烟分区的房间时,应按每平方米面积不小于60 m3/h计算(单台风机最小排烟量不小于7 200 m3/h)。担负两个或两个以上防烟分区排烟时,应按最大防烟分区面积每平方米不小于120 m3/h计算。

但是在多个防烟分区共用一套排烟系统时,这种方法也存在弊端。排烟风机风量按照最大防烟分区L=S×120 m3/h来计算,而排烟口(如图1中的C4分区)按照该防烟分区每平方米面积60 m3/h来计算大小,只打开该排烟口时,管道内风口风速会远大于规范要求,而且图中A1分区与C4分区的面积相差越大,问题越严重。

目前情况下,针对500 m2以下房间排烟量的计算方法,建议采取以下方法:如图1中无论排烟风机担负几个防烟分区,都采用最大防烟分区L=S×60 m3/h,加上10%～30%的漏风量,做为排烟风机的设计风量。同时规定风量不应小于7 200 m3/h。这样可以简化计算,而且有利于合理选择计算风口、风管及风机,避免风管、风机选型的浪费。

同时,要进一步研究火灾烟气理论,例如《上海市建筑防排烟技术规程》已提出性能化的方法计算理论排烟量。还要进一步研究工程应用技术,特别是针对500 m2以下房间,设定合理的排烟量,选定排烟风机的参数,并针对开启不同排烟口时不同管路特征系数、风机工作特性曲线进行校核,定量分析,提高排烟系统设计的精度,发挥排烟系统应有的作用。

(2)走道排烟量的计算方法。

按国家规范,排烟面积为走道的地面面积与连通走道的无窗房间或设固定窗的房间面积之和,不包括有开启外窗的房间面积,同时房间连接走道的门可以是一般门,未规定是防火门。同时,走道机械排烟系统一般都为竖向布置,担负两个以上防烟分区,则走道排烟量应当根据最大排烟面积按L=S×120 m3/h计算,计算出的排烟量会远大于房间排烟量。

“高规”指出,当房间发生火灾后,房间的排烟口开启,同时启动排烟风机排烟,人员进行疏散,烟气如继续扩散到走道,走道的排烟口打开,同时启动排烟风机排烟。因此,排烟系统的设计,比较注重气流的组织,理想状态下应当是从正压送风的楼梯流向走道再流向着火房间,走道排烟量过大时,将破坏上述压力分布。

笔者建议走道排烟量仍应当以走道的面积为基础,按每平方米面积不小于60 m3/h计算,工程设计中规定一个固定值,同时,不宜大于房间的排烟量。走道与房间的报警联动逻辑关系也应当优化。房间烟感报警并打开排烟口时,走道排烟不应同时动作,而是等到走道烟感报警后再启动走道排烟系统,规范应当进一步研究并作出

具体的规定。

2 大空间办公排烟设计

高层、超高层建筑办公楼通常采用如图2的平面布置形式。房间与走道隔墙(图中虚线所示)根据使用需要进行二次分隔,多数采用无走道和房间隔墙的大空间形式。其中排烟系统采用两个竖井,水平风管上分别设置有走道排烟口和房间排烟口,排烟风机的选型按走道和房间排烟量之和计算。该设计可能存在3个方面的问题:

(1)当只开启走道排烟口A1、A2时,排烟量远大于走道所需排烟量,因此改进的设计是将两台风机并联,走道和房间同时排烟时,再开启两台风机,但联动控制将更复杂。

(2)当走道和房间同时排烟时,如开启图2中A1、B1,经计算可知,A1排烟口的实际风量将远大于理论值。

(3)当取消走道、房间隔墙,采用大空间办公形式时,所有风口开启,管路特征系数改变较大,风机风量增大但压力减少,因此有必要重新校核,选择开启部分排烟口。

3 排烟风量的均衡

(1)规范要求,排烟口应尽量设置在防烟分区的中心部位,排烟口到该防烟分区最远点的水平距离不应超过30 m。当同一防烟分区设有多个排烟口时,如在汽车库排烟设计中(常采用排烟、排风合用系统),如图3所示。

其中,排烟(排风)口C1、C2、C3、C4均为常开风口。但实际运行中,同一风管上有多个风口时,C1的风量远大于理论值,而C4的风量接近于零,C1风口的尺寸越大,这种现象越明显。图2中当走道和房间同时排烟时,也存在这个问题。虽然C4到该防烟分区最远点的水平距离为30 m,满足规范要求,但实际意义不大。因此,应当研究技术措施,调整各风口的风量,并在规范中进一步明确。

(2)排烟、排风合用系统中,如图4所示,排烟、排风竖井与水平风管处设有280 ℃电动排烟防火阀。平时排风时,各层电动排烟防火阀保持常开,火灾时,着火层排烟防火阀保持常开,其他各层排烟防火阀联动关闭。高层、超高层建筑中,需要联动关闭的阀门较多,常因阀门联动关闭性能不稳定,造成排烟量不足。规范中应当限制排烟、排风合用系统的应用,并加强风阀执行机构与报警联动模块技术的研究,确保风阀动作状态显示简单直观、运行可靠稳定。

4 排烟口

(1)排烟口的位置。

建筑结构设计中,通常将排烟竖井集中设置在核心筒内,靠近楼梯间、电梯井等位置,如图5所示。

为满足排烟口到安全出口的距离不小于1.5 m的要求,需要接水平风管。但由于工程中走道吊顶内管道众多,留给水平风管的空间就更小。大部分的设计、施工会选择减小水平风管的长度或直接在竖井上开设排烟口,排烟口与安全出口的距离很小。因此,设计上仅仅满足1.5 m的要求还不够,走道的排烟口应尽量布置在与人流疏散方向相反的位置处,规范应当在正文部分强调这一点。建筑平面设计中,首先要将排烟竖井的位置远离安全出口,减小水平风管的长度。

(2)板式排烟口。

在采用板式排烟口时,有的设计不合理,板式排烟口打开后,出现如图6所示的问题,减小了风管的截面面积。可以将板式排烟口平面旋转90°,消除阀板对风管的影响。

(3)挡烟垂壁。

国家规范中要求,防烟分区宜采用吊顶下不小于500 mm的不燃烧体进行分隔。但工程实例中,特别是地下车库排烟系统中,设计通常采用建筑的梁作挡烟设施,而排烟系统的管道一般是沿着梁底布置,出现排烟口位置低于挡烟垂壁下沿的情况,如图7所示。

应当延长挡烟垂壁并低于排烟口的标高,形成有效的防烟分区。规范应进一步规定,挡烟垂壁不小于500 mm,且要使排烟口处于储烟仓内,两个条件需同时满足。

5 排烟阀与排烟防火阀

根据设计形式的不同,排烟口采用板式排烟口、多页排烟口、排烟阀等不同形式。一般设计如图8所示。

一是A处设280 ℃排烟防火阀,平时常开,280 ℃ 关闭,B、C处设排烟阀或排烟口;二是A处设280 ℃排烟防火阀,平时常闭,联动打开,B、C处设多页风口;三是A处设280 ℃排烟防火阀,平时常开,280 ℃ 关闭,B、C处设排烟防火阀,平时常闭,联动打开,280 ℃ 关闭;四是A处不设阀, B、C处设排烟防火阀,平时常闭,联动打开,280 ℃ 关闭。国家标准《建筑通风和排烟系统用防火阀门》中规定了排烟阀、排烟防火阀、排烟口的产品特性,因此针对上述第3、第4两种设计形式,关于B、C处排烟口是否设置280 ℃熔断争议最大,设计也经常采用。规范中应当进一步明确上述几种形式的应用范围。

6 结 语

优化消防机械排烟系统设计,能够在火灾发生时及时排除烟气,保证人员安全疏散所需的清晰高度,并给消防人员有效地开展灭火救援工作提供有利条件,最大限度地减少火灾事故中的人员伤亡数量。工程实例中,在设计、施工、设备、材料方面还存在一些问题,需要科技人员进一步研究,将烟气理论研究和工程应用技术相结合,将烟气理论计算与系统风量校核相结合,发现和解决实际工程中的问题,对于发挥机械排烟系统应有的功能,保障建筑消防安全具有重要作用。

参考文献

[1]GB50016-2006,建筑设计防火规范[S].

[2]GB50045-95(2005年版),高层民用建筑设计防火规范[S].

[3]DGJ08-88-2006,建筑防排烟技术规程[S].

[4]GB15930-2007,建筑通风和排烟系统用防火阀门[S].

[5]霍然,李元洲,余明高,等.大空间建筑火灾机械排烟的初步研究[J].消防科学与技术,2001,20(4):3-5.

[6]张向阳,黄春辉,彭连臣.机械排烟设计中的性能化分析方法[J].消防科学与技术,2008,27(6):402-405.

[7]张靖岩,刘文利,包盼其,等.大空间建筑排烟效果的实验研究[J].消防科学与技术,2008,27(9):652-654.

[8]朱杰,霍然,付永胜.超高层建筑火灾防排烟研究[J].消防科学与技术,2007,26(1):54-57.

对防排烟系统的思考及介绍 篇5

关键词烟囱效应;浮升力;风压;膨胀力

中图分类号TU834文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0110-02

当发生火灾时,许多人都没有真正认识到这样一个事实:烟气是火灾中,对生命的主要杀手。物质燃烧时,会消耗大量的氧并产生大量炽热的烟气,其成分对人体危害很大。烟气可以在火源处,非常快地在建筑中蔓延,对生命和财产安全构成威胁。烟气会充满楼梯间、走道、前室等,阻碍人员的疏散和消防队员的扑救。防排烟系统将会减少烟气的侵害,从而对生命和财产起到保护作用。

防排烟系统就是利用有效的方法改变某一区域的空气压力,从而对烟气的运动进行控制。在这里将对防排烟系统在高层建筑中的应用进行讨论。

1烟气的运动原因:烟囱效应,浮升力,膨胀力,风压,空调系统

烟囱效应:当建筑物室外温度低于室内温度时,建筑物内的空气会向上运动。这一现象在楼梯间、电梯井、管井中更容易发现,特别对于冬季的高层建筑尤为明显,这一现象对于只有一层的建筑同样存在。相反当室外温度高于市内温度时,建筑物内的空气就会向下运动,这一现象称为逆烟囱效应。因此在这一现象的影响下,当发生火灾时,烟气可以从着火点扩散到很远的地方。如果火灾发生在建筑的中性面以下,烟气会进入上层;当发生在中性面以上,烟气只能进入更高的上层。

浮升力:火灾时高温烟气有向上的浮升力,使烟气产生运动,并随着烟气密度的减少而减少,浮升力的大小与着火点周围的空气温度有关。

膨胀力:与浮升力相近,火灾中随着热能的释放,会使周围空气体积快速膨胀,推动烟气向四周运动、弥漫。

风压:室外风对建筑物内烟气的运动也有明显的影响,特别是当建筑物的门窗敞开时,当敞开的窗在下风面时,负压会使室内的烟气排到室外,这有利于避免烟气在建筑物内扩散;然而当敞开的窗在迎风面时,外部正的风压会使室内的烟气快速扩散到整个楼道,并进入其它楼层,风压可以毫不费力地支配建筑物内空气的运动。

空调系统:在防排烟系统启动前要关闭空调系统,这时因为烟气会借助空调系统的送、回风管道在建筑屋内蔓延。虽然在火灾初期人们可以通过烟气在空调系统的传播,闻到焦糊的气味,提示有异常火情的出现,但是随着火势的加大,空调系统会将烟气带到建筑的每一个角落,危及生命安全,同时空调系统还会将新鲜空气带入着火区,加重火情。

烟气扩散的管理:要利于建筑物内人员的疏散,利于消防队员的扑救,利于对财产的保护。使用挡烟垂壁、隔墙、排烟口及排烟竖井等传统的方法对烟气的扩散进行管理。

挡烟垂壁:用在没有明显压差的烟气通道上,它可以有效减少烟气的扩散。

排烟口及排烟竖井:因为浮升力的作用,附近的烟气会通过排烟口排出室外,但当附近有水喷淋作用时,因浮升力的减弱,会减少烟气的排出。

随着机械防排烟在建筑物中的应用,很好的克服了传统方式的不足。防排烟系统通过风机改变不同区域,空气压力的变化,从而管理烟气及其它有毒气体的运动。

2烟气运动的控制

基本概念:无论采用何种方法,烟气运动的控制都是通过改变界面空气压力来实现的。我们不能通过关闭门窗等简单的方法来限制烟气的扩散,因为即使这样做了,烟气应可通过门窗缝隙及其它孔洞从着火点向外扩散,并通过烟囱效应扩散到其它楼层。图1所示烟气是如何在建筑物中扩散的。

图1烟气的扩散

图2所示通过改变界面的空气压力来限制烟气扩散。

图2正压控制烟气扩散

首先通过停止向着火区域送风的空调系统运行,开启该区域排烟来降低压力,同时启动周边区域的送风,形成正压区达到防止烟气扩散的目的。

我们认为正压送风和机械排烟相结合的方式是高层建筑应该首选的方案。对避难层、楼梯间及电梯前室采用正压送风方式,而对于走道、中庭及可燃物较多而又无窗的独立区域采用机械排烟的方式。

为了使用正压送风限制烟气扩散,必须划分防烟分区,一层或几层可以划分为一个独立区域,或者一层也可分成几个区域,不同区域的排烟阀应是独立的,并有密闭的门窗隔离。当有火警时通过给外围区域送风形成正压,来防止烟气扩散。如果是非专用系统,需要有精细的设计方案,来实现防排烟。

关于疏散楼梯间(前室)具有独立的送风系统,火警时通过正压,阻止烟气进入。在每一层都有防火门与走道分割,对于高层建筑,火警时人员只能通过这一通道撤离,所以防排烟的作用特别重要。必须要有足够的压力阻止烟气侵入,然而压力过大,又会使向外开启的疏散门难以打开,压力过小又不能阻止烟气侵入。

一个理想的正压送风系统,既要使楼梯间有足够的压力,使烟气不能进入,又不能压力过大,确保门可以打开的压力。

3楼梯间的正压送风控制

可分成两种模式,变速电机和恒速电机,正压风机安装在顶部,恒速送风模式只是简单的接通电机,送风量不会因开关门而有所变化,当开关门过多时,将会影响正压效果。该模式没有通向外部的泄气阀。变速模式可以调整因开关门所产生的压力变化,并有泄气阀通向室外,以避免压力过大。

有几种方法可以补偿压力的变化,压力可以通过电机速度的变化进行调整,通过管道将正压送向楼梯间,并维持一定的正压,也可通过旁路阀,控制送风量。当达到设计压力时,旁路阀打开,以避免压力过大。

当送风机安装在地面时,其旁路阀的工作方式,其动作由压力传感器发出。

也有案例用一层楼梯间的门,调整压力,该门可电动开闭,因为安保的缘故,通常为锁定状态,出现火情时由防排烟系统优先控制。用门调整存在一些问题,外部不同的风压可能会制约过量压力的外泄。还可设计一个排风口,当有过量压力时,通过专用风机,由排风口将过剩压力泄掉。

4有关电梯

在火警时如果能确保电梯的安全,将会给行动不便的人提供一种简单的撤离方法,然而大多数电梯都不具备防烟防火功能,不能用做疏散方案。电梯的排烟系统用于防止烟气通过电梯井进入其它楼层,对这一系统应给予极大的关注,电梯井如同天然的烟囱,会使烟气方便的进入其它楼层,因为电梯门并非完全密封,它应是防排烟系统的重要组成部分。显而易见的解决方法就是给电梯井加压送风。

给电梯井加压,需要解决的问题是各层电梯门的漏风,以保证加压效果。现在大部分的电梯井还没有这样的设计。顶层的电梯机房因为布线的原因,常常有大的开口,即使给电梯井加压,还会存在另一个问题,就是当有烟气进入电梯井时,轿箱正在运行中,这会有活塞效应,有助于烟气进入前室或充满电梯井。例如电梯从上向下运行时,会在上部产生低压区,这样会方便烟气充满电梯井。现在对电梯井的防排烟问题还没有很好的解决方法,火灾时给电梯井加压的方式还在探索之中。电梯还不能用做火警时疏散。

5防排烟系统与报警灭火系统的差异

不同的系统起不同的作用报警灭火系统的作用是尽可能快的制约和扑灭火灾,防排烟系统受报警控制器的联动控制,在相同分区内当有一个或更多探头报警时触发防排烟系统,该系统也可手动控制。在特殊区域如空间较高的大堂也可通过手报联动。

烟气探测:火灾报警系统连接感烟感温探测器,防烟分区都将有探测器的存在,并且在火势扩大前报警,报警信号将触发防排烟系统。通常触发信号不使用手报,因为不能肯定火警时有人去按动它,它只能用做必要条件。例如手报报警时,可以给楼梯间送正压,但其它区域要等待感烟报警的触发。

设定和监视防排烟系统:当有感烟探测器报警时,防排烟系统要安预定的方式工作,并以第一个火警为依据。该系统要有最高的优先权。考虑会有不可预知的烟气存在,必需要有手动控制方式,允许消防人员通过手动启动防排烟系统。

防排烟控制柜是一个带图示的控制盘,反映整个楼宇的防排烟系统,并可以将设备状态反馈给操作员。由状态灯及手动开关组成,图示应该包括全部建筑的防烟分区、防排烟管道及送风排烟的气流箭头。手动控制要优先于自动控制。现在国内对于图示的要求还不是很严,这一点我们认为业主单位要给予足够的重视,特别是大型建筑结构复杂,火警时值班人员难免紧张,如有明确的图示会提高疏散效率并有助扑救。

以上为我们通过案例对防排烟系统的分析得出的一些心得,写出来仅供参考。

参考文献

[1]建筑安全防火设计手册.

[2]消防设计手册.

机械排烟 篇6

相关规范并没有对排烟系统启动时间作出具体要求。GB 4717-2005《火灾报警控制器》第5.2.2.2条规定,当有火灾探测器火灾报警信号输入时,控制器应在10 s内发出火灾报警声、光信号,对来自火灾探测器的火灾报警信号可设置报警延时,其最大延时不应超过1 min。GB 16806-1997《消防联动控制设备通用技术条件》第4.2.4条规定,消防联动控制设备在接收到火灾报警信号后,应在3 s内发出联动控制信号。特殊情况需要设置延时时,最大延时不应超过10 min。而火灾的探测时间则与探测器的类型、布置方式及火源的性质有关,不同种类的火灾探测器以及火灾探测器的布置位置对火灾探测时间都有较大影响。目前,还没有规范明确要求火灾探测器需在多长时间内报警,同样也没有要求防排烟系统的启动时间。然而,排烟系统的启动时间对扁平建筑空间的烟气控制是有显著影响的,过晚启动风机,有可能使得扁平商业建筑空间在防排烟系统启动前即达到威胁人员安全的状态。

笔者针对商业建筑机械排烟系统启动时间,通过全尺寸实验和理论分析相结合的方法,研究两种火灾探测器条件下,不同探测器布置距离对机械排烟系统启动时间的影响。

1 实验设计

此研究选取了某在建商场的一个防火分区为研究对象。 实验区尺寸为38 m(长)×21 m(宽)×5.4 m(高)。采用感温火灾探测器和感烟火灾探测器来测试火灾的探测时间,实验现场与探测器的布置,如图1所示。

根据DGJ08-88-2000《上海市民用建筑防排烟技术规程》,对有自动喷水灭火系统的商场,火源大小考虑为3.0 MW。由池火单位面积热释放速率计算可得,实验需使用直径为1.4 m的柴油池火作为火源,放置在实验区的中心位置。

在汽油的引燃作用下,柴油很快迅速点燃并剧烈燃烧。实验测得的各火灾探测器的探测时间如表1和表2所示,所有探测器均在1 min内探测到火灾,且基本上探测时间有随探测器与火源中心距离的增加而增大的趋势,但也发现了个别感温火灾探测器距离大反而先报警的情况。通过分析发现,这些探测时间较长的探测器与火源上方有结构梁的分隔。这表明,结构梁会减缓顶棚烟气前期温度的升高速度,使得其探测时间变长。

2 火灾探测器报警时间分析

2.1 感温火灾探测器

感温火灾探测器的原理主要是通过传感器感知周围气体的温度变化,以判断火灾的发生。当火灾发生时,燃烧会产生大量热量,使得空间内温度(尤其是顶棚附近)发生剧烈变化。因此,感温火灾探测器是对保护范围中某一点或某一区域温度变化进行响应的火灾探测器。

当探测器周围温度发生变化时,感温火灾探测器的探测部分与外界进行能量的交换,因此探测器应符合能量守恒定律,如图2所示。

热量主要通过对流的形式进入感温火灾探测器内部,因此其应满足式(1)。

undefined (1)

假设传感器原件的质量为m,则温度变化可以转换为式(2)。

undefined (2)

为了便于计算,Heskestad和Smith提出了时间常数的概念,时间常数是传感器质量、比热、热对流系数和传感器表面积的函数,如式(3)所示。通过实验发现,时间常数与探测器感应元件的形状、结构及材料有关,同时还近似与速度的1/2次方成反比,因而定义了探测器的响应时间常数tRTI,如式(4)所示。

undefined (3)

tRTI=τu1/2 (4)

式中:u为顶棚处羽流速度。

探测器响应时间tRTI只是探测器的一种属性,与外部参数无关,生产厂家在出厂时往往会给出探测器的响应时间常数。将式(4)代入式(2)得到式(5)。

undefined (5)

当t=0时,探测器传感器温度与环境温度相同,即:当探测器出现报警时,探测器传感器温度为感温火灾探测器动作温度。由此可以解得感温火灾探测器的探测时间,如式(6)所示。

undefined (6)

式中:T∞为顶棚处温度的最大值,℃;Tr为环境温度,℃。

Aplert通过大量的实验发现,对于稳态火源,羽流的温度场是火源功率和几何尺寸(包括空间高度H和与火源中心线的距离r)的函数。

对于温度分布,在火羽流撞击顶棚的影响范围内,即:r/H≤0.18时,温度分布由式(7)计算。

undefined (7)

式中:undefined为火源功率。

当羽流撞击顶棚后,运动方向发生改变,羽流温度也随着与火源中心线的增加而降低,即:r/H>0.18时,温度分布可由式(8)计算。

undefined (8)

根据对感温火灾探测器的理论分析,可以得到感温火灾探测器的探测时间随与火源中心线距离的变化关系,如图3所示。从图3可以发现,当探测器距火源中心线2 m时,探测器理论探测时间约为35 s;当探测器距火源中心线6 m时,探测器理论探测时间约为200 s。与实验结果相比,理论计算得到的结果明显大于实验结果,因此采用该理论来进行相关感温火灾探测器探测时间预测的结果偏于保守。

2.2 感烟火灾探测器

烟雾是早期火灾的重要特征之一,感烟火灾探测器就是基于这种火灾特征,能够对火灾产生的烟颗粒进行辨识的火灾探测器。感烟火灾探测器有各种各样的形式,但最常见的是点式光电感烟火灾探测器。这种探测器被广泛用于住宅、商场、娱乐、仓库等场所的火灾探测。光电感烟火灾探测器的原理是基于火灾烟气对光束的遮挡作用,当火灾烟气进入探测器腔体时,光束由于受到火灾烟气的遮挡,光路接收器上接收到的光强减弱,从而实现了光电信号的转换。

光电感烟火灾探测器的响应时间与进入探测器腔体内的火灾烟气量有关,但现有的火灾模型并不能简单地预测烟气的分布。Brozovski研究发现,只有当感烟火灾探测器附近的空气流速达到某一临界速度后,烟气颗粒才能够进入探测器感烟元件内部,并很快使探测器触发并报警。对大部分感烟火灾探测器,临界速度约为0.15 m/s。

Aplert同时发现,对于速度分布,在火羽流撞击顶棚的影响范围之内,即r/H≤0.15时,速度分布可由式(9)计算。

undefined (9)

当羽流撞击顶棚后,速度方向发生改变,羽流速度也随着与火源中心线的增加而降低,即r/H>0.15时,这时速度分布可由式(10)计算。

undefined (10)

基于这一理论,可以得到感烟火灾探测器理论的保护范围。根据上述分析,由式(9)和式(10)可以计算得到距火源中心线不同距离处的速度分布,如图 4所示。从图 4中可以看出,在这种工况下,据火源中心线20 m范围内顶棚处速度都远大于临界速度0.15 m/s,因此,从理论分析的角度,感烟火灾探测器的保护范围可以远大于感温火灾探测器。

但在实际的消防系统设计中,考虑到探测时间的影响,GB 50116-1998《火灾自动报警系统设计规范》中规定了感烟火灾探测器的最大保护半径为5.8 m。在这一范围内,感烟火灾探测器都能较快速探测到火灾。

从实验结果看,距离火源中心线5.5 m处的感烟火灾探测器仅需15 s就能探测到火灾,快于距离更近的感温火灾探测器;其他感烟火灾探测器的探测时间也都在40 s之内。笔者对感温火灾探测器和感烟火灾探测器的保护范围进行了理论比较,感烟火灾探测器的保护面积要远大于感温火灾探测器,而感烟火灾探测器的探测时间要明显小于感温火灾探测器的探测时间。因此,在探测时间上感烟火灾探测器比感温火灾探测器性能更优。

3 机械排烟系统启动时间分析

防排烟系统的启动时间通常应包括火灾探测时间、报警延时时间和启动延时。其中,火灾报警延时时间和风机启动延时时间在相关规范中已有较为明确的规定,而且这些参数都是系统可设置的参数。根据GB 4717-2005第5.2.2.2条及GB 16806-1997第4.2.4条规定,通过实验测量与理论分析发现,所有的感烟火灾探测器和感温火灾探测器都能在60 s之内探测到火灾,在火灾报警延时和风机启动延迟时间总和设置不超过60 s条件下,再考虑50%的安全系数,在层高不超过6 m的建筑内可以认为机械排烟启动时间不超过180 s。

4 结 论

商业建筑空间的防排烟系统通常与火灾报警探测器联动。防排烟系统的启动时间通常应包括火灾探测时间、报警延时时间和启动延时三部分时间。笔者基于火灾动力学理论分析和实验,研究了探测器不同布置条件下的探测时间。通过实验测量与理论分析发现,感烟火灾探测器的探测时间要明显小于感温火灾探测器,所有的感烟火灾探测器和感温火灾探测器都能在60 s内探测到火灾,在火灾报警延时和风机启动延迟时间总和设置不超过60 s条件下,再考虑50%的安全系数,层高不超过6 m的建筑内可认为机械排烟启动时间不超过180 s。

参考文献

[1]DGJ08-88-2000,上海市民用建筑防排烟技术规程[S].

[2]Bjorn Karlsson,James G Quintiere,Enclosure Fire Dynamics[M].CRC Press,2000.

[3]Heskestad G.Investigation of a New Sprinkler Sensitivity Approval Test[R].The Plunge Test.FMRC Tech.Report22485,Factory Mutual Research Corporation,1151Providence Turnpike,Nor-wood,MA02062.

[4]Hollman JP.Heat Transfer[M].New York:McGraw-Hill;1976.

[5]Brozovski E.A preliminary approach to siting smoke detectors based on design fire size and detector aerosol entry lag time[C].Master of Science Thesis,Worcester Polytechnic Institute,Worcester,MA,1991.

不同类型裙房机械排烟设置的探讨 篇7

1 高层建筑裙房“房间”“厅室”机械排烟设计原则

对于建筑物中经常有人停留或可燃物较多的房间,在不能够实现自然排烟的情况下,当要对其进行机械排烟设计时,机械排烟设置依据就要以面积为基础,在《建规》中规定“公共建筑中经常有人停留或可燃物较多,且建筑面积大于300平方米的地上房间”,在《高规》中规定“面积超过100平方米,且经常有人停留或可燃物较多的房间设置排烟设施”,而房间设置在高层建筑的裙房内时,房间设置机械排烟设施的面积依据是“面积超过100平方米”还是“建筑面积大于300平方米”?对此,《高规》中并没有进行明确的说明,而在对高层建筑裙房防火分区进行划分时,《高规》规定“当高层建筑与其裙房之间设有防火墙等防火分隔设施时,其裙房的防火分区允许最大建筑面积不应大于2500平方米,”如此看来高层建筑裙房机械排烟设置大致可以分为三类:

(1)多层建筑(建筑高度不超过24m)与高层采用一个或多个面积较大的“公共走廊”连接(“公共走廊”带有商业营业功能,此时多层建筑可归类为高层建筑裙房)。由于公共走廊不仅仅承担的是人员通行的功能,还承担着商业服务功能,此时在建筑设计时宜将高层建筑与其走廊之间设置防火分隔设施,将公共走廊单独划分为一个或多个防火分区,从而相应的房间机械排烟设施设置依照《建规》第9.1.3条第二项进行机械排烟设施设置,而相连裙房的机械排烟设施设置也依照《建规》第9.1.3条进行设置。当“公共走廊”建筑面积较小,不适合单独进行防火分区划分时,可将“公共走廊”划入高层建筑防火分区,或划入裙房的防火分区,为了提高安全性,此时不可同时将高层、“公共走廊”、“裙房”同时划分为一个防火分区。当“公共走廊”属于高层建筑防火分区时,“公共走廊”的机械排烟设施设置依据《高规》第8.1.3.2条执行,裙房的机械排烟设施设置依据《建规》第9.1.3条执行,当“公共走廊”属于裙房防火分区时,其中的机械排烟设施设置依据《建规》第9.1.3条执行。

(2)多层建筑多边与高层建筑投影相连(即“裙房”),与高层建筑之间投影之间功能使用、人员疏散完全分隔,线缆井、管道井、通风管道完全实现分隔,并且设有防火墙等防火分隔设施,形成单独的防火分区,此时的机械排烟设施设置可依据《建规》第9.1.3条执行。但当多层建筑与高层建筑投影之间设置了防火墙等防火分隔设施,已形成单独的防火分区,但仅仅在功能使用、人员疏散出口、安全出口出现共用情况时,此时的机械排烟设施设置便要完全依据《高规》第8.1.3.2条执行。

(3)多层建筑多边与高层建筑投影相连(即“裙房”),与高层建筑之间投影之间无任何防火分隔,或之间形成若干个交叉相错的防火分区时(如高层建筑底层的商场、超市、家居城等),此时裙房与高层建筑投影范围已形成一个统一体,在机械排烟设施设置上便要严格遵循《高规》第8.1.3.2条。此种情况下,无论是建筑防火分区、机械防排烟设施设计、消防供水、火灾自动报警设置要依据《高规》,当实际建筑使用过程中,往往出现底层裙房部分单独的划分出一间或多间“房间”、“厅室”,与高层主体投影和裙房其它部分设置防火墙进行防火分隔,并且人员疏散、安全出口完全单独设置,在表面上看这些“房间”属于裙房,并且属于1.2所属的情况,可以遵照1.2进行排烟设计,但实际上,虽然这些“房间”、“厅室”因功能需要用防火墙完全分隔,但建筑作为一个整体结构是密不可分的,其设备管道、管线都互相连通,因此这样的建筑不能按1.2所属的情况按照《建规》第9.1.3条执行,仍应按规范所要求的《高规》第8.1.3.2条执行。另外,裙房、高层建筑的消防设防是不一样的,这样的“房间”、“厅室”如按《建规》设计,建筑的防火安全设计措施及自救能力均较弱,造成高层建筑局部消防安全设计“弱”的情况,为此,要想保证建筑整体的防火安全性能,这些“房间”、“厅室”要服从整体建筑的执行规范。

2 高层建筑裙房其它防火设计原则

在讨论了高层建筑裙房“房间”、“厅室”机械排烟设计原则后,我们不难看出,高层建筑裙房各项消防安全设计原则大致可以归类为1.1-1.3所列属的三项,特别是防火分区设置,这一项在《高规》第5.1.3条明确的进行了规定,防烟分区的设置原则大致也可以遵照防火上述情况进行划分,但当涉及到消防供水、消防用电、火灾自动报警装置等相关的设计问题时,由于这些系统大多是统一设置,由一个统一的控制系统、供水系统、消防用电电源统一供给或控制,因此裙房中的这些系统要与其相邻的高层建筑设计相同,依照《高规》进行防火设计。

3 结浯

机械排烟 篇8

随着我国社会经济的快速发展,城市规模不断扩大,在全国的大中型城市不断出现各种大型的地下商场及地下商业步行街。这种地下商业建筑面积大,通风条件差;功能分区复杂,人员密集。一旦发生火灾,烟气不易排出,烟气量大,极易造成人员缺氧、中毒、灼伤。同时地下发生火灾时,能见度大大降低,加上大多数顾客对环境不熟悉,对疏散造成困难。地下建筑另一个特点就是烟气运动方向与人的疏散方向相同,如烟气得不到控制,将会严重影响人员的安全疏散。因此采用切实可行的烟气控制措施,已经成为当前迫切需要解决的问题。

机械补风是地下建筑防排烟系统的一个重要组成部分,机械补风对地下建筑机械排烟效果有着很大的影响。我国《高层民用建筑设计防火规范》8.4.11条规定:“对设置机械排烟的地下室,应同时设置送风系统,且送风量不宜小于排烟量的50%。”但是对具体的机械送风速度、送风方向等都没有明确规定。

笔者针对某一大型地下商场的一个防火分区的实际情况,以发生火灾时确保人员安全疏散为目标,针对不同的补风条件设定不同的火灾场景,采用CFD计算模拟技术对其进行模拟分析,得到不同机械送风条件下烟气运动的规律,提出地下建筑送风的原则。

2 火灾场景设定

2.1 CFD火灾模型

笔者采用美国NIST的火灾动力学模拟软件FDS作为研究烟气运动规律的工具。FDS采用大涡模拟技术,针对火灾做了专门优化的一个计算流体力学模拟工具,已经在国际上广泛使用,并且证明它对建筑火灾模拟具有较好的模拟结果。

2.2 火灾场景

2.2.1 几何尺寸

笔者选取地下商场的一个防火分区,该防火分区是超市的一个部分,占地面积1 890 m2,吊顶后层高5 m,计算几何模型见图1,中间的方块为火源位置。

2.2.2 火灾规模

本着最不利原则,火灾规模参考《民用建筑防排烟技术规程》,当商场采用快速响应喷淋时,火灾的规模取3 MW。超市一般以固体可燃物为主,因此假定火灾发展速率为快速发展火。

2.2.3 机械排烟

我国《高层民用建筑设计防火规范》8.4.2.1条规定:“担负一个防烟分区排烟或净空高度大于6.00 m的不划分防烟分区的房间时,应按每平方米面积不小于60 m3/h计算。”该建筑虽然净空高度略小于6.00 m,但是考虑到此建筑面积庞大,而且存在疏散距离较长等问题,因此按不划分防烟分区,每平方米面积60 m3/h的排烟量计算。所以每小时排烟量为113 400 m3,共由7个面积为1 m2的机械排烟口负担。

2.2.4 机械补风

该分区用防火卷帘与其它分区分隔,在其周围不便于设置机械补风口,考虑把排烟管道设置在防火分区内部的柱子上,从底部进行补风。

作为研究的重点,笔者设定了3种补风方式,每一种补风方式的总补风量都是机械排烟量的50%,即56 700 m2/h,但是它们在补风方向和补风速度方面存在不同。

场景一: 每个补风口的补风速率为5 m/s,五个口补风方向如图2所示。

场景二: 每个补风口的补风速率为5 m/s,五个口补风方向如图3所示。

场景三: 每个补风口的补风速率为2 m/s,补风方向与场景一的相同,增加了补风面积。

3 计算结果

因为是以人员安全疏散为目标,笔者选取火灾时的火场中能见度来表征烟气的蔓延,并且给出在能见度达到危险状态时的能见度分布和补风口平面的速度场分布。

3.1 场景一

场景一在480 s时的能见度分布见图4所示,此时过补风口水平截面的速度场分布如图5所示。由图5的流场可以看出,由于五个补风口的速度都比较大,且方向正好围绕火源形成了一个大的涡旋,导致烟气运动紊乱,这是使得烟气在480 s时就达到危险状态的一个重要原因。

3.2 场景二

场景二在680 s时的能见度分布如图6所示,此时过补风口水平截面的速度场分布如图7所示。从流场分布图7看出,虽然补风口的速度仍然较大,但是改变了其中两个补风口的方向,因而没有形成类似于场景一中的那种涡旋,大大地减缓了烟气层下降的速度,使得烟气层到680 s才达到危险状态。

3.3 场景三

场景三在850 s时的能见度分布如图8所示,此时过补风口水平截面的速度场分布如图9所示。流场分布图9可以看出,虽然补风方向与场景一相同,但是增大了补风的面积,减小补风口速率,降低了补风口送风对整个流场的影响,没有造成流场的紊乱,使得烟气层达到危险状态的时间延长,有利于人员的安全疏散。

4 结 论

通过对相同防火分区相同排烟量,不同机械补风条件设置火灾场景进行的计算模拟分析表明,机械补风的方向和补风速率都会对机械排烟的效果产生很大的影响。补风速度较大时,如果补风方向正好围绕火源运动,造成烟气紊乱,导致烟气层下降较快;改变补风方向对排烟效果有一定的提高;如果把补风口的送风速度控制在2 m/s以下,则可以得到良好的排烟效果,有效地控制烟气的下降。

由于发生真实火灾时火源的位置是随机的,所以通过控制补风方向来提高排烟效果难以实现,而控制送风速度是容易实现的。因此,笔者建议机械补风的补风速度不超过2 m/s为宜。

参考文献

[1]GB 50045-95(2005年版),高层民用建筑设计防火规范[S].

[2]McGrattan,K.Fire Dynamics simulator(Version 4)technicalreference guide[S].National Institute of Standards andTechnology Special Publication 1018,2005.

[3]McGrattan,K and G Forney.Fire dynamics simulator(Version 4)user's guide[S].National Institute of Standards and TechnologySpecial Publication 1019,2005.

[4]Kashef,A.A computational and experimental study of fire growthand smoke movement in large spaces in CFD 2002[C].The TenthAnnual Conference of the Computational Fluid Dynamics Society ofCanada.Windsor:NRCC,2002.

[5]C J Macartney,G D Lougheed,E J Weckman.CFD investigationof balcony spill plumes in atria[C].In 12th Annual Conference ofthe CFD Society of Canada,Combustion and Smoke Management.Ottawa,2004.

[6]J Hietaniemi,S Hostikka,J Vaari.FDS simulation of fire spread—comparision of model results with experimental data[R].VTTWorking Papers.VTT Information Service,2004.