半地下停車庫(kù)自然排煙—補(bǔ)風(fēng)方式的FDS數(shù)值模擬

唐 妙 李夢(mèng)君

(佛山市公安消防支隊(duì)南海大隊(duì)，廣東佛山 528200)

近年來，隨著人民的生活水平大幅度的提高，城市交通中使用的中、小型汽車數(shù)量飛速增長(zhǎng)。特別是近幾年來家用轎車的普及，給城市交通、環(huán)境等帶來了巨大的壓力，為了有效解決停車用地緊張的問題，地下停車庫(kù)或停車場(chǎng)應(yīng)運(yùn)而生。受通風(fēng)、采光、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等諸多因素的影響，最為常見的是半地下車庫(kù)。由于現(xiàn)行的GB 50067-97汽車庫(kù)、修車庫(kù)、停車場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范中沒有半地下車庫(kù)的概念，因此，對(duì)于此類停車庫(kù)的排煙補(bǔ)風(fēng)方式都統(tǒng)一按照地下車庫(kù)的要求設(shè)置，即面積大于2 000 m2的地下車庫(kù)應(yīng)設(shè)置機(jī)械排煙設(shè)施。在實(shí)際工作中忽略了其高側(cè)窗及采光通風(fēng)口，這樣一概而論的要求，必然造成資源的消耗和浪費(fèi)。因此，研究半地下車庫(kù)的排煙方式是非常必要的。目前對(duì)地下建筑火災(zāi)煙氣蔓延規(guī)律研究的方法主要有實(shí)驗(yàn)研究和計(jì)算機(jī)模擬。國(guó)內(nèi)進(jìn)行該方面實(shí)驗(yàn)研究的有公安部四川消防科研所承擔(dān)的“九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目《地下商業(yè)街火災(zāi)煙氣流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究》［1］。模擬研究目前主要采用美國(guó)NIST開發(fā)的CFAST和FDS軟件。本文主要采用FDS火災(zāi)動(dòng)力學(xué)軟件來模擬半地下車庫(kù)的排煙補(bǔ)風(fēng)方式。

1 火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)

本文以某住宅小區(qū)的局部開敞式地下停車庫(kù)作為模擬對(duì)象，由于其建筑面積約4萬(wàn)m2，車庫(kù)面積較大，不便于對(duì)整個(gè)車庫(kù)模擬，因此從中選取第六防火分區(qū)進(jìn)行研究。圖1為第六防火分區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖。該分區(qū)建筑面積為3 243.69 m2，其中消防水池、生活水池、泵房、風(fēng)機(jī)房、主樓疏散樓梯建筑面積為455.74 m2;防火分區(qū)內(nèi)設(shè)117個(gè)車位，層高為3.8 m。一側(cè)設(shè)有可開啟外窗，窗高2.54 m，面積約為88.9 m2，地下車庫(kù)頂板設(shè)有三個(gè)采光通風(fēng)井，面積分別為 30.8 m2，21.1 m2，88.6 m2。

根據(jù)第六分區(qū)的實(shí)際設(shè)置情況，考慮火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)定的主要影響因素，設(shè)定火災(zāi)場(chǎng)景如下:地下車庫(kù)主要危險(xiǎn)源為停放的汽車。假定起火源是由第六防火分區(qū)中央的一輛汽車引發(fā)火災(zāi)然后引燃周圍的汽車，火源面積為2 m2。假設(shè)最不利情況，噴淋失效。

2 數(shù)值模型的建立

在建立數(shù)值模型的過程中，采用規(guī)則控制容積，將所選分區(qū)看作長(zhǎng)方體。在火災(zāi)場(chǎng)景模型圖中網(wǎng)格尺寸設(shè)為0.4 m×0.4 m×0.2 m，在火源區(qū)加密，網(wǎng)格為0.2 m ×0.2 m ×0.2 m。

設(shè)計(jì)兩種不同的自然排煙補(bǔ)風(fēng)方式(單獨(dú)采光井自然排煙及采光井自然排煙和高側(cè)窗自然補(bǔ)風(fēng)方式)建模，并且把這兩種排煙補(bǔ)風(fēng)方式定義為算例1，2。

算例1:單獨(dú)采光井自然排煙情況。地下車庫(kù)頂板設(shè)有三個(gè)采光通風(fēng)井，面積分別為 30.8 m2，21.1 m2，88.6 m2，總面積合計(jì)140.5 m2，自然排煙口面積約占所選分區(qū)總面積的4.3%。主要參數(shù)設(shè)置為進(jìn)出車口通道為開口狀態(tài);排煙口設(shè)置為開啟、火源位置處在所選分區(qū)中央;假設(shè)一輛小車著火，火源釋放熱量為公式Qf=at2，其中，a=0.046 9，Qmax=4 MW(噴淋失效)，Qmax=1.5 MW;模擬計(jì)算時(shí)間為900 s和600 s。

算例2:采光井自然排煙和高側(cè)窗自然補(bǔ)風(fēng)方式情況。采光井總面積同上，高側(cè)窗高2.54 m，補(bǔ)風(fēng)面積為88.6 m2。

說明:主要參數(shù)設(shè)置同算例1。

3 計(jì)算結(jié)果模擬分析

火場(chǎng)的溫度和能見度是衡量火災(zāi)危險(xiǎn)性的兩個(gè)重要指標(biāo)。澳大利亞的《Fire Engineering Guideline》第 4.3.4.2 條規(guī)定［2］:距地面2 m以下空間內(nèi)煙氣溫度不能超過60℃，能見度要大于10 m。另外關(guān)于人員危險(xiǎn)臨界條件的確定方法，以煙氣層距地面的高度S滿足關(guān)系:S=1.6+0.1H(H為樓板高度)時(shí)認(rèn)為達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)。本車庫(kù)S大約為2 m，所以我們分別研究安全時(shí)刻在900 s和600 s時(shí)，1.8 m高度處溫度、能見度以及煙氣層高度隨時(shí)間的變化。

1)算例1的計(jì)算結(jié)果分析。

圖2a)，2b)，2c)和2d)分別為1.8 m 高度處900 s單采光井自然排煙在噴淋失效時(shí)溫度場(chǎng)分布圖、1.8 m高度處600 s單采光井自然排煙能見度分布圖及900 s單采光井自然排煙能見度分布圖及煙氣層高度變化圖。從圖2a)可知，在火源中心附近及區(qū)域上方的兩個(gè)死角處溫度較高，但其溫度均低于60℃，其他區(qū)域溫度遠(yuǎn)低于60℃;圖2b)可看出，絕大多數(shù)區(qū)域的能見度低于10 m;從圖2c)可看出，900 s單采光井自然排煙能見度更差，幾乎所有區(qū)域的能見度都低于10 m;從圖2d)可知，單獨(dú)采光井自然排煙方式的煙氣層從430 s開始下降到1.8 m以下。因此，采用單采光井自然排煙方式，整個(gè)分區(qū)已經(jīng)基本處于危險(xiǎn)狀況，這對(duì)車庫(kù)內(nèi)人員的逃生造成很大的威脅。

圖3a)，3b)和3c)分別為1.8 m高度處900 s單采光井自然排煙在噴淋有效時(shí)溫度場(chǎng)分布圖、1.8 m高度處600 s單采光井自然排煙能見度分布圖及900 s單采光井自然排煙能見度分布圖。從圖3a)可看出，溫度場(chǎng)和能見度都較無(wú)噴淋時(shí)有所改善;但從圖3b)可看出，火源附近及區(qū)域死角處能見度較差，中間一部分區(qū)域能見度較好;從圖3c)中可看出，幾乎整個(gè)區(qū)域的能見度都較差。所以，采光井自然排煙不論有無(wú)噴淋的排煙效果都較差，不利于人員的逃生。

2)算例2的計(jì)算結(jié)果分析。

圖4a)，4b)，4c)和4d)分別為噴淋失效時(shí)采光井自然排煙和高側(cè)窗自然補(bǔ)風(fēng)方式在1.8 m高度處900 s時(shí)溫度場(chǎng)分布圖，600 s時(shí)能見度分布圖，900 s時(shí)能見度分布圖及煙氣層高度變化圖。從圖4a)可看出，火源附近及高側(cè)窗附近溫度較高，但均低于60℃，其他區(qū)域溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于60℃。從600 s采光井自然排煙和高側(cè)窗自然補(bǔ)風(fēng)方式能見度分布圖可看出，只有火源附近能見度低于10 m，其他區(qū)域能見度都大于10 m，圖4b)與4c)相比較，除了火源附近能見度低于10 m，在區(qū)域右上死角能見度也相對(duì)較低，但能見度也高于10 m，其他區(qū)域能見度遠(yuǎn)高于10 m，由圖4d)可知，采光井自然排煙和高側(cè)窗自然補(bǔ)風(fēng)方式的煙氣層高度在2.5 m左右，這對(duì)車庫(kù)內(nèi)的人員不會(huì)造成威脅。

圖5a)，5b)和5c)分別為有噴淋時(shí)采光井自然排煙和高側(cè)窗自然補(bǔ)風(fēng)方式在1.8 m高度處900 s時(shí)溫度場(chǎng)分布圖、600 s時(shí)能見度分布圖及900 s時(shí)能見度分布圖。從圖中可看出，與無(wú)噴淋相比較，溫度場(chǎng)更低，能見度更高。因此，在噴淋有效時(shí)，采光井自然排煙和高側(cè)窗自然補(bǔ)風(fēng)方式效果更好。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過設(shè)計(jì)火災(zāi)場(chǎng)景，設(shè)置兩個(gè)模擬算例，通過對(duì)比研究分析對(duì)人體構(gòu)成危險(xiǎn)的能見度、溫度場(chǎng)和煙氣層安全高度等參數(shù)，應(yīng)用FDS模擬計(jì)算半地下車庫(kù)自然排煙補(bǔ)風(fēng)方式的有效性。通過FDS模擬的計(jì)算結(jié)果分析表明，采光通風(fēng)井+高側(cè)窗補(bǔ)風(fēng)的自然排煙方式可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣的控制，阻止火勢(shì)擴(kuò)大，安全疏散時(shí)間較多，在有噴淋作用下，排煙效果更佳。基于經(jīng)濟(jì)成本考慮，自然排煙—補(bǔ)風(fēng)方式對(duì)該類地下車庫(kù)防排煙具有借鑒意義。

［1］蘭 彬，錢建民.國(guó)內(nèi)外防排煙技術(shù)研究的現(xiàn)狀和研究方向［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2001(2):17-18.

［2］ABCD，2001.Fire Enigineering Guidelines，Australian Building Codes Board，Sydney Australia.