利用地鐵車站電梯豎井輔助排煙的探討★

閆 淑 霞

(常州工學院土木與建筑工程學院，江蘇 常州 213032)

利用地鐵車站電梯豎井輔助排煙的探討★

閆 淑 霞

(常州工學院土木與建筑工程學院，江蘇 常州 213032)

地鐵車站一般在車站中間或一端設殘疾人專用電梯，如果電梯井采用站臺直達地面的方式，則電梯井可看作是車站的豎向通道，對常見電梯形式做了總結，提出利用電梯井進行輔助排煙的策略，并對電梯井排煙的動力進行了理論分析，從而為地鐵站煙氣控制提供了利用已有結構進行排煙的新策略。

電梯豎井，煙氣控制，地鐵車站

0 引言

為了方便殘疾人或行動不便的人乘坐地鐵，地鐵車站在車站中間或端部一般設置無障礙電梯或專用電梯。根據(jù)熱煙氣向上運動的特性，電梯豎井作為豎向通道，煙氣在此處的運動規(guī)律與電梯井是否可以作為排煙設施或者疏散通道有很大關系，因此值得研究?？紤]到煙囪效應的存在和普通電梯在高溫煙氣作用下容易出現(xiàn)故障而停運等因素，對于電梯能否用于火災時的人員疏散人們的普遍認識不一致[1]。目前，學者對地面上的高層建筑豎向通道內煙氣運動規(guī)律以及建筑利用豎向通道的煙囪效應改善通風狀況的研究較多。李林杰[2]圍繞煙囪效應，湍流混合作用，熱浮力，外界風等作用力，對高層建筑樓梯井、豎井內的煙氣運動規(guī)律進行研究，分析了火災功率、樓梯井結構、開口形式等對煙氣流動速度、中性面位置的影響等。張旭濤[3]對高層建筑利用電梯豎井的排煙系統(tǒng)進行研究，并對某高層建筑電梯豎井頂部開口面積比、加壓送風量、電梯口縫寬度與著火層常閉排煙口尺寸進行優(yōu)化，得出電梯豎井能夠達到較好的排煙效果。張靖巖等[4]考慮到機械排煙系統(tǒng)在火災造成的電力實施中斷時將失去排煙作用，合理的自然排煙方式可以是很好的替代方案。郭敏等[5]提出利用太陽能加強煙囪效應的通風系統(tǒng)，研究表明這種方式能夠較好地達到地下通風換氣效果。

地鐵車站一般為地下建筑，與外部空間空氣交換處少，特別是對于有屏蔽門系統(tǒng)的車站，站臺空間相對更封閉，火災時的熱動力效應不同于地面建筑，因此其煙囪效應發(fā)揮效力的大小值得研究。煙氣控制的一個理念是根據(jù)煙氣傳播的動力及途徑，利用站內建筑結構對火災煙氣進行合理的疏導，保證人員疏散通道的安全。因此對于電梯豎井內煙氣運動規(guī)律的研究有兩個相反的方向可供選擇，一是利用電梯豎井排煙的可行性，二是研究電梯井在火災中能否發(fā)揮疏散作用。文章將對電梯井排煙的可行性進行分析。

1 地鐵站無障礙電梯形式

地鐵站人員出入車站的主要豎向通道是電動扶梯或樓梯；為方便特殊需要在站中間或端部設有無障礙電梯或專用電梯，如圖1～圖4所示。

單獨電梯井如圖3所示，尺寸為2.3 m×2.2 m，島式站臺寬度10 m。專用電梯井如圖4所示，尺寸4.5 m×4.5 m左右。對于分為站臺層、站廳層的車站，按站廳上覆土4 m，則電梯井高度為15 m左右；在某些垂直換乘的車站、包含設備層的深埋車站等，則電梯豎井高度可達20 m以上。廣州市軌道交通六號線，由于地質條件復雜，地鐵線路和車站均需要較大的埋深，有的車站埋深近35 m[6]。因此，從影響煙囪效應的重要因素之一的煙囪高度來講，可根據(jù)不同高度分別研究煙氣運動效果。

2 車站壓力分布

煙氣運動的動力是壓力差，包括[7,8]兩個方面：

1)煙自身的可流動性：本身由于高溫氣體比周圍空氣密度低而形成的浮力。

2)建筑物正?？諝饬鲃訉馂臒煔膺\動的影響。主要指煙囪效應、建筑物孔隙形成的空氣流動、機械通風系統(tǒng)作用對煙氣流動的影響。

地鐵車站內各種壓力作用下的氣流運動如圖5所示。在站臺火災工況下，機械排煙系統(tǒng)的運行模式為站臺排煙，站廳送風，形成站廳至站臺氣流，防止煙氣向站廳擴散。因此對車站區(qū)域壓力場的影響為站臺排風負壓效應、站廳送風正壓效應。站臺火災生成熱煙氣，氣體溫度升高，從而氣體體積增大，形成煙氣熱正壓效應，同時，燃燒消耗氧氣，又有一定的耗氧負壓效應。樓梯井對外開口受室外風影響，若處于負壓區(qū)可以加強豎井排煙效果。但由于室外風的隨機性，本研究暫未考慮其影響。

因此，電梯豎井內的煙氣運動將是煙氣浮力效應和內外壓差不形成的煙囪效應的綜合作用結果。通風系統(tǒng)作用下站廳至站臺形成的氣流，在排煙系統(tǒng)及燃燒消耗氧氣的作用下使站臺趨向于負壓狀態(tài)，火災煙氣的高溫熱膨脹性和站廳火災送風則使站臺趨向處于正壓的狀態(tài)。若使豎井內空氣獲得向上運動的動力，則站臺壓力高于室外壓力。壓力差的變化將是兩種趨勢綜合作用的結果。如果壓力差大于煙氣流動途徑的阻力，則可以實現(xiàn)煙氣的順利排出。其中煙氣浮力的影響程度取決于電梯豎井距離火源的距離，電梯井距離火源越近，煙氣溫度越高，則電梯井排煙效果越好。

3 電梯豎井壓力分布

車站內電梯井除地面出口外均位于地下，不同于地面建筑的電梯井可存在連續(xù)空氣交換，考慮到站臺火災工況下，站廳人員可通過直接與地面連接的出入口疏散，因此對于利用電梯井排煙或利用電梯疏散兩種模式，均設置為站廳處電梯門處于關閉狀態(tài)。因此整個電梯井的開口可以簡化為站臺和地面兩個開口，如圖6所示。

Klote等人[9]假設在豎向通道內外的氣體溫度是均勻的，通過理論分析，確定了出口質量流量為:

(1)

進口質量流量為:

(2)

進出口流量相等，根據(jù)式(1),式(2)可知豎向通道中性面位置為：

(3)

從式(1)，式(2)可以看出，通過進、出口的流量與豎向高度、溫差、開口面積成正比。從式(3)可以看出，中性面高度與開口面積二次方成反比，與溫度一次方成反比，因此，中性面的位置主要受到開口面積的影響，豎向通道內的溫度對中性面位置的影響較小。

對于地鐵車站的電梯豎井，與Klote計算模型的區(qū)別在于，進口和出口外側環(huán)境溫度不相等。出口處溫度為室外空氣溫度，進口處溫度受站臺煙氣溫度影響比室外環(huán)境溫度高，因此其豎向作用力與豎向高度、溫差成正比，相對于Klote模型小。

4 結語

通過調研常規(guī)地鐵站，電梯井高度在15 m左右，部分車站達35 m左右，因此根據(jù)煙囪效應，高度是決定煙囪效應強弱的重要因素，可以對電梯井是否能夠排煙展開進一步分析。分析了車站內壓力分布情況，受到機械排煙系統(tǒng)運行模式及容量、火災功率等因素影響，具體排煙效果需要通過實驗或數(shù)值計算驗證。文章對于地下建筑利用已存在結構進行排煙提供一種新的方向。

[1] 司 戈.高層建筑火災時利用電梯組織人員疏散的可行性[J].消防技術與產(chǎn)品信息,2004(10):43-48,147-154.

[2] 李林杰.高層建筑豎向通道內煙氣輸運規(guī)律及著火房間火行為特性研究[D].合肥：中國科學技術大學博士學位論文，2014.

[3] 張旭濤.利用電梯豎井的高層建筑排煙系統(tǒng)研究[D].北京：華北電力大學博士學位論文,2015.

[4] 張靖巖，霍 然，王浩波,等.高層建筑中利用豎井進行排煙的可行性分析[J].工程力學,2006，23(7):147-154.

[5] 郭 敏，廖義德，譚文鑫,等.基于煙囪效應的地下建筑通風系統(tǒng)研究[J].武漢工程大學學報,2010(32)：11.

[6] 高俊霞，史聰靈，鐘茂華.深埋地鐵防排煙設計研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術,2006，2(6)：12-17.

[7] 趙國凌.防排煙工程[M].天津：天津科技翻譯出版公司,1991.

[8] [英]E.G.巴舍.防火設計中的煙控[M].王 磊，譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1990.

[9] John H.Klote. A General Routine For Analysis of Stack Effect.NISTNR 4588,1991.

Studyonthefeasibilityofusingaccessibleelevatorshaftextractingfiresmokeinmetrostation★

YanShuxia

(CivilandConstructionEngineeringInstitute,ChangzhouInstituteofTechnology,Changzhou213032,China)

The elevator shaft connecting the platform and the outside is a vertical channel in a subway station. This paper survey the geometry of the elevator shaft and put forward the idea that using elevator shaft to exhaust fire smoke. According to the theoretical analysis of smoke movement force, the paper give a possibility strategy of using existing construction to exhaust fire smoke.

elevator shaft, smoke management, metro station

2017-10-06★:常州工學院自然科學基金項目(項目編號：YN1414)

閆淑霞(1979- )，女，博士，講師

1009-6825(2017)35-0123-02

U231.5

A