大空間會議廳排煙量確定方法及對比分析

廉 毅

同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司

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大空間會議廳排煙量確定方法及對比分析

廉 毅

同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司

通過對典型大空間會議建筑的煙氣控制FDS數(shù)值模擬研究，比較按不同方法確定的排煙量對大空間會議建筑排煙效果的影響，并就排煙量大小、排煙效果、排煙效率以及計算確定依據(jù)等方面，對各種排煙量計算方法對比分析，以探求較為科學(xué)合理的排煙量計算方法,為大空間會議建筑的排煙設(shè)計提供參考。

大空間會議廳 排煙量確定方法 排煙效果 FDS數(shù)值模擬

1 引言

隨著國家經(jīng)濟實力、政治影響力的大幅度提升，會議建筑在規(guī)模和數(shù)量上不斷增長，功能和形式上不斷突破。這類建筑由于其建筑結(jié)構(gòu)與使用功能的特殊性，向煙氣控制領(lǐng)域提出新的挑戰(zhàn)。但從現(xiàn)有消防設(shè)計規(guī)范來看，并未制定專門針對大空間建筑的設(shè)計規(guī)范，而可以參照借鑒的規(guī)范中也沒有對這類建筑的消防設(shè)計做出充分明確的規(guī)定，很多方面設(shè)計者和消防審批人員無法掌握設(shè)計與驗收尺度。

本文通過對某會議中心大空間會議廳的煙氣控制數(shù)值模擬，分析不同計算方法確定的排煙量對排煙效果的影響，并就排煙量大小、排煙效果以及排煙效率進行比較，探求大空間會議建筑較為科學(xué)合理的排煙量計算方法。

2 大空間建筑排煙量計算方法

大空間建筑排煙量的計算目前可以參考以下三種方式：

2.1 面積指標(biāo)法

當(dāng)機械排煙系統(tǒng)負(fù)擔(dān)一個防煙分區(qū)時，排煙量按防煙分區(qū)面積60 m3/h.m2計算確定；當(dāng)一個排煙系統(tǒng)負(fù)擔(dān)多個防煙分區(qū)時，排煙量按最大防煙分區(qū)面積120 m3/h.m2計算確定。

2.2 換氣次數(shù)法

換氣次數(shù)法主要參照中庭排煙量計算方法，即中庭體積小于或等于17000 m3時，其排煙量按其體積的6次/h換氣計算； 中庭體積大于17000 m3時，其排煙量按其體積的4次/h換氣計算；但最小排煙量不應(yīng)小于102000 m3/h。

2.3 煙縷流量法

煙縷流量法根據(jù)煙縷流模型計算排煙量，其原理是排煙量應(yīng)大于等于煙氣生成量，以保證足夠的煙氣層高度確保人員安全疏散，排煙量按照煙縷流類型，根據(jù)清晰高度、火災(zāi)模型熱釋放量、煙縷質(zhì)量流量及煙縷溫度等參數(shù)計算確定。

軸對稱型煙縷的質(zhì)量流量表示為：

(1)

(2)

(3)

ΔT=Qc/MρCP

(4)

(5)

式中：Qc—熱釋放量的對流部分，一般取值為0.7Q(kW)；Z—燃料面到煙層底部的高度(m)(取值應(yīng)大于等于最小清晰高度)；Z1—火焰極限高度(m)；Mρ—煙縷質(zhì)量流量(kg/s)；V—排煙量(m3/s)；ρo—環(huán)境溫度下氣體的密度(kg/ m3)；To—環(huán)境的絕對溫度(K)；T—煙氣的絕對溫度(K)；ΔT—煙氣平均溫度與環(huán)境溫度的差(℃)；CP—空氣的定壓比熱，一般取1.02(kJ/kg.K)。

3 工程實例分析

某會議中心為一類高層建筑，地上建筑面積51597.6 m2，建筑高度59.5m，裙房共3層，首層為多功能宴會廳，二層為中小會議室，三層為大型多功能會議廳。

本節(jié)選用三層大空間會議廳作為研究對象，結(jié)合FDS數(shù)值模擬進行煙氣控制分析，確定合理的排煙量計算方法。

3.1 大空間會議廳概況及FDS模擬模型

如圖2所示，大空間會議廳廳內(nèi)建筑面積4000 m2，地面標(biāo)高10.2 m，屋頂為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，最高點標(biāo)高21.5 m，室內(nèi)吊頂凈高度7 m，根據(jù)建筑設(shè)計，建立會議廳FDS模型如圖3所示。

3.2 確定排煙量

3.2.1 按凈高大于6 m面積超過100 m2房間確定排煙量

會議廳面積為4000 m2凈高達(dá)到7 m，整個會議廳為一個防煙分區(qū)，會議廳排煙量按防煙分區(qū)面積60 m3/h.m2計算，因此會議廳的排煙量為240000 m3/h。

3.2.2 按換氣次數(shù)確定排煙量

會議廳體積28000 m3，排煙量按其體積的4次/h換氣次數(shù)計算，所以會議廳的排煙量為112000m3/h。

1-1俯視圖

1-2側(cè)視圖

圖2 會議廳平面圖

圖3 FDS模擬模型圖

3.2.3 按煙縷流量法確定排煙量

煙縷流量法中機械排煙目標(biāo)就是在允許疏散時間內(nèi)將煙層控制在火災(zāi)區(qū)域內(nèi)的一定安全高度之上。整個會議廳劃分2個防煙分區(qū)，單個防煙分區(qū)面積2000 m2，擋煙垂壁底部距離地面6 m，會議廳排煙系統(tǒng)單個防煙分區(qū)排煙量計算結(jié)果見表1。

3.3 煙氣控制對比分析

3.3.1 排煙效果比較

由圖4可以看出，模擬結(jié)束時刻，面積法的煙層高度最高，煙縷流量法的煙層高度最低；面積法由于排煙量大，排煙過程中對煙層造成較大擾動；但三種方法確定的排煙量在模擬時間(1200 s)內(nèi)均可將煙層高度控制在2 m以上,即均滿足人員可耐受條件。

表1 會議廳排煙系統(tǒng)單個防煙分區(qū)排煙量計算結(jié)果

1-1面積法

1-2換氣次數(shù)法

1-3煙縷流量法

3.3.2 排煙量大小比較

根據(jù)上述三種方法的計算結(jié)果，按煙縷流量法確定排煙量最小，按換氣次數(shù)確定的排煙量和按房間面積確定的排煙量分別是其1.44倍和3.08倍。

雖然煙縷流量法的最終煙層界面高度略低一些，但仍能保證在2m以上，即是說仍能滿足人員安全疏散的要求。而前兩種方法(尤其面積法)確定的排煙量過大，這種情況下不僅會造成煙層界面的較大波動，也可能帶來財力、物力的浪費及施工難度。

3.3.3 排煙效率比較

如圖5所示，360 s時，面積法的排煙口抽吸的基本為冷空氣，換氣次數(shù)法抽吸的為熱煙氣與冷空氣的混合氣體，而煙縷流量法排出的基本均為熱煙；1200 s時，也是煙縷流量法排出的熱煙溫度、濃度最高。

t=360 s(面積法)

t=1200 s(面積法)

t=360 s(換氣次數(shù)法)

t=1200 s(換氣次數(shù)法)

t=360 s(煙縷流量法)

t=1200 s(煙縷流量法)

因而可以看出，煙縷流量法的排煙效率較高，其他兩種方法(尤其面積法)確定的排煙量過大，排煙口的抽吸作用過于強烈，以至于穿透熱煙層，直接抽吸其下方的冷空氣，不僅浪費，而且加速了熱煙氣層與冷空氣間的混合，造成局部煙層界面下降。

3.3.4 排煙量確定依據(jù)比較

面積法僅按建筑面積計算排煙量，換氣次數(shù)法考慮建筑面積、高度因素，兩種方法均較為單一片面，取值也偏于保守，從模擬結(jié)果來看，實際排煙效果并不理想。

煙縷流量法綜合考慮了火災(zāi)荷載、建筑空間尺寸、清晰高度等因素，根據(jù)經(jīng)驗公式確定理論最小排煙量，確定的排煙量與產(chǎn)煙量基本相當(dāng)，在較好地控制煙層界面下降的同時，又能避免抽吸冷空氣，提高排煙效率。

4 結(jié)論

對面積法、換氣次數(shù)法與煙縷流量法三種排煙量計算方法進行對比研究分析認(rèn)為：煙縷流量法較傳統(tǒng)的面積法及換氣次數(shù)法，考慮的因素更為全面，確定的排煙量更為合理；同時證明對于大空間會議建筑，并非排煙量越大，排煙效果越好，需綜合考慮火災(zāi)荷載、建筑結(jié)構(gòu)、清晰高度等因素，特別應(yīng)權(quán)衡產(chǎn)煙量與排煙量的守恒關(guān)系，在保證排煙設(shè)計可靠性的前提下，提高排煙效率。

[1] 李引擎.建筑防火性能化設(shè)計[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005:1-3.

[2] National Fire Protection Association, Guide for Smoke Manangement Systems in Malls,Atria, and Large Areas (NFPA92B), 2000.

[3] 李思成.中庭防排煙系統(tǒng)性能化設(shè)計.暖通空調(diào)，2003，33(4):71-74.

The method for determining and comparative analysis of smoke extraction volume of the large space conference hall

LianYi

(TongjiArchitecturaldesign(Group)Co.,Ltd)

Through FDS numerical simulation study of smoke control in the typical large space conference building, smoke exhausting impact of smoke extraction volume determined by different methods on the large space conference hall is compared. On the aspects of smoke extraction volume, smoke exhausting effects, smoke exhausting efficiency and smoke exhausting calculation basis, calculation methods of smoke extraction volume are comparative analyzed to explore a more scientific and reasonable smoke extraction volume calculation method and provide a reference for the design of smoke extraction system for the large space conference building.

large space conference hall method for determining smoke extraction volume smoke exhausting effect FDS numerical simulation

1006-8244(2015)02-035-04

廉毅，同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司，工程師，主要從事暖通空調(diào)工程、防排煙工程設(shè)計與咨詢。

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