排煙系統(tǒng)ASET預(yù)測(cè)結(jié)果性能化評(píng)估

●張穎瑋

(銀川市消防支隊(duì)，寧夏銀川 750001)

ASET(Available Safety Evacuate Time)是指火災(zāi)發(fā)展到致使環(huán)境條件達(dá)到人體耐受極限的時(shí)間，稱為“人員可用的安全疏散時(shí)間”。確定這個(gè)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)與“熱煙氣層”有關(guān)。當(dāng)建筑內(nèi)火災(zāi)環(huán)境不能滿足以下條件之一時(shí)，我們認(rèn)為火災(zāi)環(huán)境已經(jīng)達(dá)到人體的耐受極限:(1)2m以上空間內(nèi)的煙氣平均溫度大于180℃;(2)2m以下空間內(nèi)的煙氣溫度超過(guò)50℃;(3)2m以下空間內(nèi)的可視度小于10m;(4)2m以下空間內(nèi)的CO2濃度超過(guò)1%(體積百分比);(5)2m以下空間內(nèi)的CO濃度超過(guò)2 500ppm。確定ASET以最先達(dá)到上述某一條件的時(shí)間為準(zhǔn)，這通常需要通過(guò)火災(zāi)模擬的方法預(yù)測(cè)。在火災(zāi)模擬設(shè)置火災(zāi)場(chǎng)景時(shí)，需要考慮排煙系統(tǒng)的情況。下面以某商業(yè)防火分區(qū)中庭排煙系統(tǒng)是否失效來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

1 評(píng)估計(jì)算對(duì)象

計(jì)算對(duì)象包含有商場(chǎng)第二層及部分中庭的某防火分區(qū)，該防火分區(qū)的建筑面積為6 512m2，建筑室內(nèi)凈空高度為3.5m，中庭高度為13.1m，該區(qū)域商業(yè)部分設(shè)有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，設(shè)有機(jī)械排煙系統(tǒng)。為使計(jì)算更具合理性、有效性，計(jì)算起火位置設(shè)在商業(yè)部分靠近中庭的商鋪內(nèi)，見(jiàn)圖1。

圖1 計(jì)算對(duì)象結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 設(shè)計(jì)火災(zāi)

設(shè)計(jì)火災(zāi)時(shí)應(yīng)首先通過(guò)火災(zāi)危險(xiǎn)性與火災(zāi)荷載分析，確定火災(zāi)荷載、火災(zāi)增長(zhǎng)速率與最大熱釋放速率。影響火災(zāi)規(guī)模大小的因素有燃料的火焰特性和對(duì)火的反應(yīng)特性、擺放方式及其分布、是否有滅火系統(tǒng)和火場(chǎng)通風(fēng)條件、建筑空間特性等。因?yàn)榭扇嘉锏男再|(zhì)、燃燒質(zhì)量及燃燒面積等均與熱釋放速率有很大關(guān)系。

在商業(yè)建筑中，可能的火災(zāi)起源有電器故障、可燃物過(guò)熱、易燃易爆物品管理不善或操作不當(dāng)、故意縱火、吸煙等。商業(yè)建筑中的可燃物構(gòu)成也比較復(fù)雜，包括木材、塑料、纖維、泡沫、電線電纜等，難以對(duì)所有可燃物都進(jìn)行模擬計(jì)算，在模擬計(jì)算過(guò)程中將火災(zāi)荷載轉(zhuǎn)化為具有同等荷載的木材。目前，對(duì)火災(zāi)荷載的確定主要還是通過(guò)調(diào)查結(jié)果和計(jì)算分析相結(jié)合的方式，參考日本調(diào)查報(bào)告并結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，得到商場(chǎng)的火災(zāi)荷載為480MJ·m－2。

因?yàn)橥瑯拥幕馂?zāi)荷載，如果火災(zāi)增長(zhǎng)速率不同，則危險(xiǎn)性不同，造成的損失也不同。因此，火災(zāi)模擬時(shí)需要確定火災(zāi)增長(zhǎng)速率的大小?；馂?zāi)早期發(fā)展速率的計(jì)算需綜合考慮可燃物(αf)、墻及頂棚材料(αm)的作用。根據(jù)Moc’s Notification 1441(2000)得到的計(jì)算公式 α = αf+ αm，其中，αf=2.6 ×10－6q15/3(式中q1為可移動(dòng)火災(zāi)載荷密度)，αm的值由墻面內(nèi)裝修材料的可燃等級(jí)來(lái)確定。由于計(jì)算對(duì)象用途為商場(chǎng)，計(jì)算得到αf=0.076 5，裝修材料采用A級(jí)不燃裝修材料αm=0.003 5，則火災(zāi)增長(zhǎng)速率 α =0.08kW·s－2。

火災(zāi)在經(jīng)歷了早期的發(fā)展之后，將進(jìn)入完全燃燒階段，在這個(gè)階段火災(zāi)的熱釋放速率將達(dá)到最大。對(duì)完全燃燒和后期衰減過(guò)程，在火災(zāi)安全評(píng)價(jià)中，一般保守假設(shè)水系統(tǒng)有效控火條件下最大熱釋放速率保持不變。模擬時(shí)，參照上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》(DGJ08－88－2000)，選取“設(shè)有噴淋的商場(chǎng)，對(duì)應(yīng)熱釋放量為5MW”，考慮到各種不確定性因素，保守的取火災(zāi)安全系數(shù)為1.2，預(yù)測(cè)模擬時(shí)最大熱釋放量確定為6MW(對(duì)應(yīng)達(dá)到該值的時(shí)間為273.85s)。通過(guò)上述分析和計(jì)算得到計(jì)算對(duì)象的設(shè)計(jì)火災(zāi)參數(shù)(見(jiàn)表1)。

表1 設(shè)計(jì)火災(zāi)參數(shù)

在進(jìn)行火災(zāi)模擬時(shí)，考慮計(jì)算對(duì)象中庭部位的機(jī)械排煙系統(tǒng)在火災(zāi)中是否失效，設(shè)計(jì)了兩種火災(zāi)場(chǎng)景，即火災(zāi)場(chǎng)景A和火災(zāi)場(chǎng)景B。其中，火災(zāi)場(chǎng)景A為中庭部位的機(jī)械排煙系統(tǒng)失效，火災(zāi)場(chǎng)景B為中庭部位的機(jī)械排煙系統(tǒng)正常工作。

3 預(yù)測(cè)模擬軟件及初始條件設(shè)定

運(yùn)用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件FDS模擬計(jì)算對(duì)象內(nèi)的煙氣蔓延情況。采用FDS進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)前，首先要確定一系列初始條件。在模擬中設(shè)定的初始條件為:(1)環(huán)境情況:假設(shè)計(jì)算區(qū)域內(nèi)外溫度均為20℃。壓力為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，計(jì)算區(qū)域內(nèi)風(fēng)速為0m·s－1。(2)起火地點(diǎn):為使評(píng)估結(jié)果更具真實(shí)性以及考慮人員安全疏散的重要性，選擇防火分區(qū)3中庭附近的商鋪為起火點(diǎn)，具體位置參見(jiàn)圖1。(3)開口情況:在火災(zāi)模擬過(guò)程中，考慮不利情況，該計(jì)算對(duì)象內(nèi)商業(yè)區(qū)與輕軌站廳開口處的防火卷簾失效。(4)排煙情況:考慮兩種不同排煙情況，即火災(zāi)場(chǎng)景A和火災(zāi)場(chǎng)景B(中庭排煙量按換氣次數(shù)6次/h)。(5)模擬時(shí)間:由于人員疏散時(shí)間通常在15min以內(nèi)完成，因此火災(zāi)模擬時(shí)間確定為15min，即900s。

4 火災(zāi)煙氣蔓延預(yù)測(cè)結(jié)果

4.1 火災(zāi)場(chǎng)景A煙氣蔓延模擬結(jié)果

火災(zāi)場(chǎng)景A煙氣蔓延模擬結(jié)果:(1)煙氣溫度:模擬過(guò)程中，上、下層煙氣溫度不斷上升;在模擬結(jié)束時(shí)，上層煙氣溫度達(dá)到160℃，下層煙氣溫度達(dá)到45℃。(2)CO2濃度:模擬過(guò)程中，CO2濃度不斷增加;在580s時(shí)，距離地面上方2m處的CO2濃度為1%。(3)CO濃度:在模擬過(guò)程中，CO濃度不斷增加;在模擬結(jié)束時(shí)，距離地面上方2m處的CO濃度最高達(dá)到100ppm。(4)能見(jiàn)度:在模擬過(guò)程中，能見(jiàn)度不斷降低;在579s時(shí)，距離地面上方2m處的能見(jiàn)度下降到10m左右。

4.2 火災(zāi)場(chǎng)景B煙氣蔓延模擬結(jié)果

火災(zāi)場(chǎng)景B煙氣蔓延模擬結(jié)果:(1)煙氣溫度:模擬過(guò)程中，上、下層煙氣溫度不斷上升;在模擬結(jié)束時(shí)，上層煙氣溫度達(dá)到150℃，下層煙氣溫度達(dá)到45℃。(2)CO2濃度:模擬過(guò)程中，CO2濃度不斷增加;在模擬結(jié)束時(shí)，距離地面上方2m處的CO2濃度未達(dá)到1%。(3)CO濃度:在模擬過(guò)程中，CO濃度不斷增加;在模擬結(jié)束時(shí)，距離地面上方2m處的CO濃度最高達(dá)到95ppm。(4)能見(jiàn)度:在模擬過(guò)程中，能見(jiàn)度不斷降低;在模擬結(jié)束時(shí)，距離地面上方2m處的能見(jiàn)度下降到11m左右。

4.3 模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)上述兩種火災(zāi)場(chǎng)景煙氣蔓延模擬結(jié)果，可以得到如表2的模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)表。由表2可知，火災(zāi)場(chǎng)景A(排煙失效)時(shí)，可用的安全疏散時(shí)間ASETA=579s;火災(zāi)場(chǎng)景B(排煙正常)時(shí)，可用的安全疏散時(shí)間ASETB＞900s。由此可知，當(dāng)建筑內(nèi)排煙系統(tǒng)正常工作時(shí)，可以為人員安全疏散提供更多的可用安全疏散時(shí)間，從而保證更多的人員能安全疏散。因此，在建筑使用過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)排煙系統(tǒng)的維護(hù)，以保證在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，排煙系統(tǒng)能在第一時(shí)間投入到工作狀態(tài)中，這一點(diǎn)對(duì)于建筑內(nèi)人員的安全疏散非常重要。

表2 煙氣蔓延模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

[1]上海大中型商場(chǎng)防火技術(shù)規(guī)定(2004年)[Z].

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