排煙量和送風(fēng)比對(duì)地下街煙氣控制的模擬研究

摘要：以淮南市某地下商業(yè)街其中一防火分區(qū)為研究對(duì)象，采用模擬軟件FDS進(jìn)行了火災(zāi)煙氣控制的數(shù)值模擬，對(duì)頂棚機(jī)械排煙條件下，排煙量和送風(fēng)比對(duì)室內(nèi)火災(zāi)煙氣有效控制的影響進(jìn)行了研究，模擬分析結(jié)果表明，在頂棚機(jī)械排煙時(shí)，排煙量對(duì)室內(nèi)煙氣控制的影響較大。當(dāng)排煙量為115m3/（m2·h）時(shí)，可以達(dá)到很好的煙氣控制效果，送風(fēng)比對(duì)此的影響較??；當(dāng)排煙量和送風(fēng)比過(guò)大時(shí)，使室內(nèi)煙氣紊流加劇，火場(chǎng)情況混亂。研究結(jié)果為此類狹長(zhǎng)型地下建筑火災(zāi)的控制和人員疏散提供參考。

關(guān)鍵詞：頂棚機(jī)械排煙；FDS數(shù)值模擬；煙氣控制；排煙量；送風(fēng)比

中圖分類號(hào)：X924.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

[WT]文章編號(hào)：1672-1098（2012）04-0071-04

作者簡(jiǎn)介：劉曉潔（1987-），女，河南滑縣人，在讀碩士，研究方向?yàn)榘踩碚撆c技術(shù)。

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程發(fā)展和人口增長(zhǎng)，地下建筑得到了廣泛開(kāi)發(fā)和充分利用。地下商業(yè)建筑向地面開(kāi)口面積小，人員密集，通常處于通風(fēng)不良的狀態(tài)?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)溫度升高和火災(zāi)蔓延傳播快，生成大量的煙氣和有毒有害氣體。因此必須對(duì)火災(zāi)煙氣實(shí)施有效的控制措施。

目前針對(duì)地下空間火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)和控制的研究，大多針對(duì)排煙口位置和排煙量對(duì)煙氣分布規(guī)律的研究[1-2]，而關(guān)于排煙量和送風(fēng)比對(duì)煙氣分布規(guī)律影響的研究尚較少。本文采用FDS5.4軟件，對(duì)不同排煙量和送風(fēng)比對(duì)地下商業(yè)街火災(zāi)煙氣控制效果進(jìn)行模擬對(duì)比和研究，以期為此類建筑的火災(zāi)預(yù)防和煙氣控制提供指導(dǎo)。

1物理模型

選取淮南市某地下商業(yè)街的一個(gè)防火分區(qū)為對(duì)象建立模型（見(jiàn)圖1）。該防火分區(qū)長(zhǎng)75m，寬21m，高3.5m，設(shè)有兩個(gè)大小相同的疏散口，寬3m，高3.5m，排煙口設(shè)為5個(gè)，每個(gè)排煙口長(zhǎng)0.8m，寬0.6m，高3.5m；補(bǔ)風(fēng)口設(shè)為10個(gè)，每個(gè)補(bǔ)風(fēng)口長(zhǎng)0.4m，寬0.4m，高3.5m。

2火災(zāi)場(chǎng)景及工況參數(shù)設(shè)定

考慮較為不利的火災(zāi)場(chǎng)景，取火災(zāi)荷載密度q=600MJ/m2[3]。采用t2增長(zhǎng)模型，火源最大熱釋放速率為8MW，火源面積為4m2，距離地面0.3m，火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)由下式[4]確定。計(jì)算得α=0.1145，即Q=0.1145t2。

采用模擬軟件FDS5.4進(jìn)行計(jì)算，對(duì)墻壁、地面與頂棚均采用厚壁假設(shè)，環(huán)境溫度取20℃。對(duì)于有疏散口或機(jī)械排煙的工況，假設(shè)在起火時(shí)刻即t=0時(shí)即開(kāi)始工作。

3模擬結(jié)果與分析

1）煙氣層高度分析。室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，室內(nèi)環(huán)境分為上部空間熱浮力作用下的煙氣層和下部空間的冷空氣層?；鹪瓷戏叫纬上蛏狭鲃?dòng)的火羽流不斷卷吸冷空氣層中的新鮮空氣，并將其運(yùn)輸?shù)綗煔鈱又?，煙氣層界面將不斷下降。煙氣層只有保持在人群頭部以上，才能保證人員不受到煙氣熱流輻射的威脅。當(dāng)煙氣層高度保持2m以上時(shí)，人員可以安全疏散[7]。

工況1時(shí)，煙氣層高度在起火時(shí)間為100s時(shí)開(kāi)始下降，400s后穩(wěn)定在0.5m；工況6時(shí)，煙氣層高度在起火時(shí)間為120s時(shí)開(kāi)始下降，250s后高度穩(wěn)定在1.5m；工況2時(shí)，煙氣層高度在起火時(shí)間為150s時(shí)下降并最終穩(wěn)定在1.9m；工況5時(shí)，煙氣層高度控制效果不明顯，煙氣紊流加劇，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)混亂程度加重；當(dāng)送風(fēng)比為60%（工況2）時(shí)，曲線圖分析如上所述；工況3時(shí)，120s時(shí)煙氣層高度開(kāi)始下降，300s后趨于穩(wěn)定，控制在1.8m。工況4時(shí)，130s時(shí)煙氣層高度開(kāi)始下降，但是波動(dòng)很大，基本可以控制在1.9m（見(jiàn)圖2）。說(shuō)明排煙量為115m3/（m2·h）時(shí)煙氣層高度控制效果最好，送風(fēng)比對(duì)煙氣層高度的影響不如排煙量明顯。

2）能見(jiàn)度分析?；馂?zāi)產(chǎn)生的煙氣中含有大量的固體顆粒和水蒸汽，這些成分對(duì)光線有減弱作用，使火場(chǎng)內(nèi)的能見(jiàn)度降低。能見(jiàn)度的降低使人不能迅速辨識(shí)方向逃離火場(chǎng)，嚴(yán)重影響了火災(zāi)中人員的安全疏散。人們處于不熟悉的環(huán)境時(shí)，能見(jiàn)度不小于10m為安全狀態(tài)[8]。

工況1沒(méi)有實(shí)施機(jī)械排煙，火場(chǎng)內(nèi)能見(jiàn)度在100s時(shí)降至10m以下，工況6實(shí)施機(jī)械排煙，能見(jiàn)度在200s時(shí)降至10m以下。繼續(xù)增大排煙量（即工況2），能見(jiàn)度高度270s時(shí)下降到10m以下。工況5時(shí)，排煙量增大至150m3/（m2·h），這時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，能見(jiàn)度在290s時(shí)下降到10m以下，不如工況2影響明顯（見(jiàn)圖3a），工況2、工況3能見(jiàn)度基本都在280s左右降至10m以下，工況4能見(jiàn)度在290s時(shí)降至10m，工況2～工況4的能見(jiàn)度最終分別穩(wěn)定在2.5m、3.2m、3.4m（見(jiàn)圖3b）。說(shuō)明送風(fēng)比對(duì)能見(jiàn)度的影響大大小于排煙量對(duì)其的影響。

3）溫度分析。室內(nèi)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，大量可燃物質(zhì)在燃燒產(chǎn)生煙氣的同時(shí)，放出大量的熱，導(dǎo)致煙氣溫度急劇上升。對(duì)人員造成傷害。取2m以下空間內(nèi)的煙氣溫度不超過(guò)60℃為相對(duì)安全狀態(tài)[9]。

工況6在180s時(shí)測(cè)點(diǎn)溫度達(dá)到60℃，最高溫度140℃；工況2在220s時(shí)測(cè)點(diǎn)溫度達(dá)到60℃，最高溫度94℃；工況5在260s測(cè)點(diǎn)溫度達(dá)到60℃，最高溫度80℃，但是在模擬時(shí)間的最后100s內(nèi)溫度變化較大（見(jiàn)圖4）。這說(shuō)明在送風(fēng)比相同時(shí)，適當(dāng)增大排煙量，可使煙氣溫度得到有效控制。工況2～工況4測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化趨勢(shì)大致相同，各工況中測(cè)點(diǎn)溫度達(dá)到60℃的時(shí)間和最高溫度相差不大。這說(shuō)明送風(fēng)比對(duì)溫度隨時(shí)間變化影響很小。

4結(jié)論

1）頂棚機(jī)械排煙條件下，機(jī)械排煙量對(duì)室內(nèi)煙氣控制影響明顯。適當(dāng)增加排煙量對(duì)室內(nèi)煙氣層高度、能見(jiàn)度及煙氣溫度有很好的控制效果。但是當(dāng)排煙量過(guò)大時(shí)，對(duì)三者影響較小，反而會(huì)使得火場(chǎng)內(nèi)紊流更加混亂，當(dāng)機(jī)械排煙量為115m3/（m2·h）時(shí)可以取得較理想的煙氣控制效果。

2）頂棚機(jī)械排煙條件下，送風(fēng)比對(duì)于室內(nèi)煙氣控制影響并不明顯，提高送風(fēng)比可以使能見(jiàn)度有0.7m左右的提升，但是對(duì)室內(nèi)煙氣層高度控制和溫度控制并沒(méi)有良好的效果。在同等條件下，建議使用不大于70%的送風(fēng)比。

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（責(zé)任編輯：何學(xué)華，吳曉紅）