移動(dòng)鼓風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)的排煙效果實(shí)測(cè)與數(shù)值模擬

歐明輝

（福建省消防救援總隊(duì)，福建 福州350003）

隨著工業(yè)化和城市化的推進(jìn)及建筑技術(shù)的快速發(fā)展，大空間建筑越來越多出現(xiàn)在生產(chǎn)和生活過程中。大型倉庫、大面積辦公場(chǎng)所、城市商業(yè)綜合體、大型地下商業(yè)街等大空間建筑大量涌現(xiàn)。大空間建筑很大程度解決了生產(chǎn)和生活的功能需求，但是該類場(chǎng)所的消防安全問題也日益突出。由于大空間場(chǎng)所特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)致多數(shù)大空間建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性大，且滅火救援困難。大空間場(chǎng)所一方面具有較大的儲(chǔ)煙空間，一定程度上延長了人員可用安全疏散時(shí)間，但另一方面，人員必要的安全疏散時(shí)間較一般場(chǎng)所長，且大空間場(chǎng)所煙氣蔓延迅速，容易產(chǎn)生火災(zāi)的快速蔓延。同時(shí)，外部滅火救援力量很難準(zhǔn)確撲救內(nèi)部火災(zāi)、排煙困難，滅火救援非常困難。

大空間場(chǎng)所通常具有可燃物質(zhì)多，火災(zāi)時(shí)產(chǎn)煙量大等特點(diǎn)。以大型倉庫為例，倉庫內(nèi)常存放有大量可燃物質(zhì)，加之火災(zāi)時(shí)相對(duì)密閉的空間，不完全燃燒將產(chǎn)生大量的煙氣。大空間場(chǎng)所內(nèi)空間大，起火區(qū)域可能位于建筑物的內(nèi)部，距離外墻較遠(yuǎn)，自然排煙效果差，對(duì)于排煙系統(tǒng)的排煙效果要求高。一旦，該類場(chǎng)所排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，火災(zāi)時(shí)煙氣不能及時(shí)排出建筑物，大量煙氣的聚集一方面嚴(yán)重威脅建筑物內(nèi)部的人員安全疏散，另一方面導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)條件惡劣，無法有效開展滅火救援行動(dòng)。

大空間建筑火災(zāi)時(shí)，由于起火處可能距離排煙風(fēng)機(jī)較遠(yuǎn)，排煙風(fēng)機(jī)的衰減效應(yīng)較大，必須設(shè)置有效的排煙風(fēng)道，方能起到加好的排煙效果。對(duì)于排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。大空間場(chǎng)所的火災(zāi)排煙問題仍是當(dāng)前大空間建筑場(chǎng)所滅火救援工作的難點(diǎn)之一。大空間建筑由于具有有別于一般建筑的特有結(jié)構(gòu)和空間特點(diǎn)，火災(zāi)時(shí)煙氣排放非常困難，困擾著大空間建筑物的滅火救援，同時(shí)加速了火災(zāi)在建筑物內(nèi)部的蔓延。與此同時(shí)，部分工業(yè)建筑由于設(shè)計(jì)階段，排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致實(shí)際排煙效果不佳，無法提供有效的滅火救援撲救場(chǎng)地，將嚴(yán)重影響該類場(chǎng)所的滅火救援效率。

圖1 室外空曠環(huán)境測(cè)試風(fēng)速分布圖

為了解決大空間場(chǎng)所的排煙問題，特別是前期消防設(shè)計(jì)施工時(shí)未安裝集中排煙管道的建筑場(chǎng)所，提出了基于大功率鼓風(fēng)機(jī)的排煙方案。為了探索鼓風(fēng)條件下煙氣的蔓延規(guī)律，采用風(fēng)速儀實(shí)測(cè)分析了不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)于場(chǎng)所空間的鼓風(fēng)效果。采用火災(zāi)試驗(yàn)的方法嚴(yán)重影響生產(chǎn)和生活，試驗(yàn)成本非常高。對(duì)此，采用國際廣泛認(rèn)可的火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件FDS，根據(jù)實(shí)際的空間建筑結(jié)構(gòu)建立模擬物理模型，根據(jù)火災(zāi)實(shí)際的燃燒情況，設(shè)置火源參數(shù)，模擬煙氣的產(chǎn)生和蔓延過程，以掌握不同火災(zāi)場(chǎng)景下煙氣的蔓延擴(kuò)散規(guī)律。進(jìn)而，基于火災(zāi)煙氣的蔓延過程，分析可行的煙氣控制措施，優(yōu)化排煙系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效排煙。

1 鼓風(fēng)式排煙機(jī)排煙效果實(shí)測(cè)分析

1.1 大空間無遮擋情況下鼓風(fēng)效果實(shí)測(cè)分析

選用5.0×104m3/h 風(fēng)量的移動(dòng)式汽油鼓風(fēng)機(jī)，測(cè)試了室外空曠場(chǎng)所條件下，低功率、中功率、大功率情況下風(fēng)速分布情況。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，采用選用的移動(dòng)式大功率鼓風(fēng)排煙機(jī)，風(fēng)機(jī)前方風(fēng)速最高可以達(dá)到18m/s 的風(fēng)速。隨著距離的增加，風(fēng)速會(huì)出現(xiàn)衰減，且距離相同時(shí)，在風(fēng)機(jī)前方中心處的風(fēng)速最大。以不低于0.5m/s 捕獲風(fēng)速為基準(zhǔn)，對(duì)于室內(nèi)的大空間環(huán)境，有效排煙安全距離可達(dá)12m。

采用選用的移動(dòng)排煙風(fēng)機(jī)，不同功率（檔位）下，風(fēng)機(jī)前方風(fēng)速隨距離的衰減規(guī)律基本一直。鑒于隨著通風(fēng)距離的增加，風(fēng)速衰減明顯，因此，應(yīng)急排煙時(shí)，因盡可能將移動(dòng)排煙風(fēng)機(jī)靠近煙氣聚集區(qū)域，以便實(shí)現(xiàn)更換的排煙效果。

1.2 大空間成品倉庫鼓風(fēng)效果實(shí)測(cè)分析

采用選用的移動(dòng)排煙風(fēng)機(jī)，對(duì)某大型成品倉庫進(jìn)行了通風(fēng)排煙實(shí)測(cè)。成品倉庫長度約為80m，寬度約為40m，成品按照預(yù)先劃定的區(qū)域堆放，堆放高度約1.6m。成品倉庫大致由延長度方向的過道分為2 側(cè)擺放，中間過道寬度為1.8m，倉庫建筑層高約3.1m。

實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在無外界干擾情況下，采用選用的移動(dòng)鼓風(fēng)式排煙風(fēng)機(jī)，沿倉庫中間過道鼓風(fēng)排煙，此時(shí)，堆放的成品貨物形成了未封閉的風(fēng)道，在距離風(fēng)機(jī)前方約40m 處，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)速達(dá)到0.5m 以上的通風(fēng)排煙效果。

圖2 成品倉庫過道處風(fēng)機(jī)通風(fēng)排煙效果

將兩臺(tái)鼓風(fēng)排煙機(jī)沿同一風(fēng)向鼓風(fēng)，接力排煙，在試驗(yàn)成品倉庫形成的未封閉風(fēng)道條件下，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，可以實(shí)現(xiàn)排煙風(fēng)機(jī)前方約70m 長度的排煙效果，即可以實(shí)現(xiàn)離風(fēng)機(jī)最遠(yuǎn)處風(fēng)速在0.5m/s 之上。

將移動(dòng)排煙風(fēng)機(jī)添加墊板后放置于成品堆垛之上，朝向排煙窗方向鼓風(fēng)排煙，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，距離排煙風(fēng)機(jī)前方約30 處可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)速為0.5m/s。結(jié)果表明，采用2 臺(tái)移動(dòng)鼓風(fēng)式排煙機(jī)能夠有效解決多數(shù)丙類大空間廠房和倉庫的排煙問題。

1.3 大空間辦公場(chǎng)所鼓風(fēng)效果實(shí)測(cè)分析

采用移動(dòng)鼓風(fēng)排煙機(jī)在大面積辦公室進(jìn)行了實(shí)測(cè)試驗(yàn)。選取的試驗(yàn)辦公室建筑面積約600m2，長約25m，寬約24m。辦公桌椅沿寬向成排布置，留有3 個(gè)縱向過道，寬度約1.4m，橫向過道8 個(gè)，寬度約1.3m。

在排除空調(diào)系統(tǒng)干擾后，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在辦公室安全出口處設(shè)置排煙風(fēng)機(jī)朝向排煙窗鼓風(fēng)排煙，選取合適點(diǎn)位后（排煙風(fēng)機(jī)的高度高于辦公桌椅的高度），可以實(shí)現(xiàn)排煙窗處風(fēng)速在0.8m/s 以上，直線排煙距離約為30m，既能夠達(dá)到鼓風(fēng)排煙的效果。

2 不同火災(zāi)場(chǎng)景下大型辦公室火災(zāi)煙氣蔓延規(guī)律

2.1 火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)

辦公室場(chǎng)所聚集有辦公桌椅、辦公文件和相關(guān)書籍，且電子化辦公環(huán)境下，各類電氣線路密布，引發(fā)火災(zāi)的因素較多。其中，影響火災(zāi)煙氣蔓延規(guī)律的因素主要有辦公室火災(zāi)規(guī)模、消防設(shè)施啟動(dòng)情況、建筑物的尺寸及結(jié)構(gòu)、外界風(fēng)速情況。其中，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)能夠有效抑制火災(zāi)的規(guī)模，因此，辦公室場(chǎng)所的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的有效性將影響煙氣的產(chǎn)生量。

表1 大型辦公室火災(zāi)煙氣蔓延場(chǎng)景設(shè)計(jì)

2.2 數(shù)值模型構(gòu)建

以某大型辦公室為研究對(duì)象，辦公室建筑面積約600m2，長25m，寬24m，辦公室設(shè)有6 個(gè)安全出口，安全出口的尺寸為寬1.5m，高2.5m，3 個(gè)排煙窗，尺寸為高1m，寬2m。辦公室層高約3.2m。

圖3 構(gòu)建的大型辦公室物理模型

2.3 不同工況下煙氣蔓延規(guī)律分析

按照可信最不利原則，設(shè)計(jì)火源1s 達(dá)到設(shè)定的最高火源功率（1.5MW），辦公室門和排煙窗設(shè)為開啟狀態(tài)，不同工況情況下，模擬煙氣的蔓延情況如圖4～圖6 所示。

圖4 自然排煙時(shí)不同時(shí)刻煙氣蔓延情況

圖5 開啟1 臺(tái)鼓風(fēng)排煙機(jī)時(shí)不同時(shí)刻煙氣蔓延情況

圖6 開啟2 臺(tái)鼓風(fēng)排煙機(jī)時(shí)不同時(shí)刻煙氣蔓延情況

3 結(jié)論

3.1 選用移動(dòng)鼓風(fēng)式排煙風(fēng)機(jī)，在無集中排煙風(fēng)道的高大空間建筑不利情況下，至少可以保障距離風(fēng)機(jī)口前方12m 的安全距離，前沿風(fēng)速能夠達(dá)到0.5m/s 風(fēng)速以上?？梢詾榫o急情況下人員疏散提供相對(duì)安全的疏散通道。對(duì)于由貨物物品堆垛形成的非封閉通道，有效排煙距離可達(dá)40m。

3.2 鼓風(fēng)式排煙機(jī)能夠有效壓制煙氣的蔓延，加速煙氣的排除；采用一臺(tái)鼓風(fēng)排煙機(jī)時(shí)基本能夠保障過道處能見度在10m 以上，但會(huì)出現(xiàn)煙氣的回流現(xiàn)場(chǎng)；同時(shí)采用2 臺(tái)鼓風(fēng)排煙機(jī)，能夠減少煙氣回流，可保障重要側(cè)區(qū)域減少煙氣干擾。應(yīng)急排煙過程中，可采用一臺(tái)鼓風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)對(duì)準(zhǔn)火災(zāi)煙氣和排煙口進(jìn)行正壓排煙，另外一臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)可用于控制某側(cè)煙氣的回流，為人員安全疏散和滅火救援創(chuàng)造有利條件。

3.3 在建筑未配置基于排煙管道的排煙系統(tǒng)的情況下，配置移動(dòng)式鼓風(fēng)排煙機(jī)能夠有效提升火災(zāi)時(shí)的排煙能力，是解決大空間場(chǎng)所排煙難題的有效思路。采用2 臺(tái)移動(dòng)鼓風(fēng)式排煙機(jī)能夠有效解決多數(shù)丙類大空間廠房和倉庫的排煙問題。