對內(nèi)部設(shè)步行街場所排煙方案優(yōu)化的探究 / 朱安強(qiáng)

摘要：建筑內(nèi)步行街是目前大型綜合體大多采用的建筑形式，此類建筑的煙氣控制方案一直是性能化防火設(shè)計(jì)的重要組成部分。文章以性能化的設(shè)計(jì)理念，通過數(shù)值模擬的方法，以某工程為例，對其煙氣控制方案進(jìn)行了研究并得出相關(guān)結(jié)論。文章假設(shè)火災(zāi)環(huán)境下，探究在采用機(jī)械排煙的前提下，優(yōu)化中庭和回廊的排煙效果。

關(guān)鍵詞：消防;建筑內(nèi)步行街;數(shù)值模擬;排煙

隨著體驗(yàn)式商業(yè)的不斷發(fā)展，室內(nèi)綜合體建筑在我國各城市中不斷涌現(xiàn)，這類建筑大多采用建筑內(nèi)步行街形式建造，有效的煙氣控制方案是降低此類建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性的重要措施之一。本文將以某工程為例，對建筑內(nèi)步行街的煙氣控制方案進(jìn)行研究。

1? 工程概況

某一大型綜合體，地上的面積是328597m2，地下的面積是186892m2。建筑內(nèi)步行街每一層的面積如表1所示。

1.1? 火災(zāi)場景設(shè)計(jì)

1.1.1? 火源位置

建筑內(nèi)步行街內(nèi)的中庭由于占地面積較大，常常作為展銷區(qū)域，甚至演出場地，可燃物集中，人員密集。本著假想最不利點(diǎn)的原則，假設(shè)起火點(diǎn)是在最大中庭的首層中央處，在此基礎(chǔ)上探究建筑內(nèi)步行街的煙氣優(yōu)化控制方案。

1.1.2? 火災(zāi)規(guī)模

大型商業(yè)綜合體的建筑內(nèi)步行街內(nèi)的中庭等空間常常被用于商品展示、節(jié)日促銷活動等而被臨時布置小型展臺以及其他可燃物。因此把建筑內(nèi)步行街的火災(zāi)評定成t2快速火，依據(jù)火災(zāi)的增長系數(shù)=0.04689kW/s2，將火源規(guī)模設(shè)定為8MW。

1.2? 模型建立

文章依據(jù)實(shí)際工程的設(shè)計(jì)情況，為使模擬更具真實(shí)性，建立與該項(xiàng)目建筑內(nèi)步行街的尺寸比例為1∶1的計(jì)算模型。在保證結(jié)果精度的前提下，為了方便建模，本文將采用網(wǎng)格劃分方法，將火源附近按照0.1×0.1×0.1m劃分，其他區(qū)域按照0.5×0.5×0.5m劃分。

模擬計(jì)算時采用的主要參數(shù)設(shè)置為：模擬時間為1800s;火災(zāi)規(guī)模為8MW。

采取自然方法排煙時，自然排煙窗為頂部開窗，沿步行街東西走向均勻布置在建筑內(nèi)步行街的頂棚，采用自然補(bǔ)風(fēng)方式進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)。

采取機(jī)械方法排煙時，沿步行街東西走向頂部均勻設(shè)置排煙口。當(dāng)風(fēng)速為6m/s時，最大的距離小于30m，到安全出口之間大于5m。

2? 自然排煙方案研究

2.1? 方案設(shè)計(jì)

針對該項(xiàng)目建筑內(nèi)步行街的自然排煙口有效面積的設(shè)計(jì)進(jìn)行討論，分析不同方案中煙氣流動情況。具體的自然排煙口有效面積設(shè)計(jì)如表2所示。

2.2? 數(shù)值模擬及分析

2.2.1? 模擬結(jié)果

（1）1800s時，各工況下的煙氣流動如圖1所示。

（2）1800s時，各工況下的溫度分布如圖2所示。

2.2.2? 結(jié)果分析

（1）根據(jù)煙氣蔓延情況，在設(shè)定的火災(zāi)場景中，隨著自然排煙口有效面積的增大，煙氣層高度不斷升高。當(dāng)自然排煙口有效面積達(dá)到地面面積2%時，在半小時內(nèi)，煙氣層沉降至地上三層，當(dāng)自然排煙口的面積占地面面積的10%以上時，煙氣往往只會在頂層積聚。

（2）根據(jù)各頂層溫度的分布來看，在假設(shè)的火災(zāi)模擬情景中，隨著自然排煙口有效面積的增大，建筑內(nèi)步行街受煙氣影響的范圍不斷減小，頂層回廊內(nèi)距回廊地面2m處的平面上，溫度有較高浮動的范圍不斷縮小。當(dāng)自然排煙口有效面積占地面面積比例達(dá)到10%以上時，頂層回廊距地面2m處時，溫度有較大升高的范圍基本可控制在發(fā)生火災(zāi)的中庭附近。

（3）該建筑內(nèi)步行街空間體量巨大，具有良好的蓄煙能力，根據(jù)煙氣蔓延及頂層回廊溫度的分布情況，當(dāng)自然排煙口有效面積設(shè)計(jì)為占地面面積10%時，排煙效果較2%、5%的工況有了大幅度提升，當(dāng)自然排煙口的面積增大至地面面積的15%、20%時，排煙的效果逐漸增強(qiáng)。因此，在設(shè)定的火災(zāi)場景中，自然排煙口有效面積占地面面積10%以上時，可保障建筑內(nèi)步行街人員安全疏散的同時，縮小煙氣蔓延范圍。

3? 機(jī)械排煙方案研究

3.1? 方案設(shè)計(jì)

3.1.1? 方案一

中庭回廊之間未設(shè)置擋煙垂壁，為同一防煙分區(qū)，按照換氣次數(shù)法，換氣次數(shù)取4次，體積取中庭回廊整體體積進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)排煙量達(dá)到524616m3/h時，那么機(jī)械排煙口就要均勻分布在建筑內(nèi)步行街頂部。

3.1.2? 方案二

中庭回廊之間未設(shè)置擋煙垂壁，為同一防煙分區(qū)，按照換氣次數(shù)法，換氣次數(shù)取5次，體積取中庭回廊整體體積進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)排煙的總量達(dá)到655770m3/h時，那么機(jī)械排煙口就要均勻分布在建筑內(nèi)步行街頂部。

3.1.3? 方案三

中庭回廊之間未設(shè)置擋煙垂壁，為同一防煙分區(qū)，按照換氣次數(shù)法，換氣次數(shù)取6次，體積取中庭回廊整體體積進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)排煙總量達(dá)到786924m3/h時，那么同樣排煙口也要均勻分布在建筑內(nèi)步行街頂部。

3.1.4? 方案四

根據(jù)NFPA92提供的軸對稱羽流公式[4]，得出假設(shè)的火災(zāi)場景中排煙總量為535320m3/h。采用防煙設(shè)施，劃分為四個煙控區(qū)域，每個煙控區(qū)域取排煙量計(jì)算值的1/2，是267660m3/h。當(dāng)其中一個煙控區(qū)域受到火災(zāi)威脅時，則該煙控區(qū)域排煙系統(tǒng)打開。

3.1.5? 方案五

采用體積換氣次數(shù)法來測算中庭的排煙總量，當(dāng)運(yùn)用機(jī)械排煙系統(tǒng)時，它的抽排量為135296m3/h;如果使用垂壁把每一層回廊沿走向分隔為4個煙控區(qū)域，每個煙控區(qū)域按面積再計(jì)算排煙量，取60m3/m2·h計(jì)算。

3.2? 數(shù)值模擬及分析

3.2.1? 模擬結(jié)果

（1）30min時，根據(jù)數(shù)值模擬得出的頂層煙氣的分布情況如圖3。

（2）30min時，根據(jù)數(shù)值模擬得出的頂層溫度分布情況如圖4。

3.2.2? 結(jié)果分析

（1）當(dāng)采用換氣次數(shù)法計(jì)算機(jī)械排煙量，根據(jù)模擬情況可知，該建筑內(nèi)步行街在設(shè)定的火災(zāi)場景中，頂層回廊溫度均保持在50℃以下。當(dāng)排煙量達(dá)到6次/h時，排煙的量設(shè)計(jì)數(shù)值相對較大，就能及時排出熱煙氣，溫度較高的區(qū)域被控制在著火中庭附近的頂層回廊內(nèi)，受高溫影響范圍與方案一、方案二相比，較小。

（2）運(yùn)用NFPA92推薦的羽流軸對稱公式測算該火災(zāi)場景中的機(jī)械排煙情況，結(jié)論與采用4次/h的換氣法測算數(shù)值基本相同。將該建筑內(nèi)步行街設(shè)定為四個煙控區(qū)域，每個區(qū)域取計(jì)算排煙量的1/2。根據(jù)模擬測算結(jié)果看出，頂層回廊受煙氣影響較大，煙氣沉降至地上二層。相比之下，其他方案效果要優(yōu)于方案四的效果。

（3）根據(jù)模擬結(jié)果，采用中庭和各層回廊分別設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)的方案對建筑內(nèi)步行街具有很好的保護(hù)效果，頂層溫度有較大幅動的部位被控制在著火中庭附近的首層回廊，煙氣層被控制在頂層，地上一至三層未受到煙氣的嚴(yán)重威脅。此外，對各層回廊劃分煙控分區(qū)，根據(jù)火災(zāi)煙氣蔓延情況開啟各分區(qū)的機(jī)械排煙系統(tǒng)，對控制煙氣擴(kuò)散范圍具有很好的效果。

4? 結(jié)論與展望

本文在文獻(xiàn)調(diào)研、工程案例分析的基礎(chǔ)上，對建筑內(nèi)步行街建筑的煙氣控制方案分別進(jìn)行自然排煙和機(jī)械排煙的研究，得出主要結(jié)論如下：

4.1? 通過模擬某建筑內(nèi)步行街自身排煙系統(tǒng)排煙

根據(jù)模擬結(jié)果，在典型火災(zāi)場景中，該建筑內(nèi)步行街自然排煙口有效面積占地面面積比例設(shè)置為10%以上時，可將室內(nèi)煙氣蔓延控制在一定范圍的前提下為及時疏散人員贏得時間。

4.2? 以某建筑內(nèi)步行街為例，對廣泛應(yīng)用的幾種機(jī)械排煙方案進(jìn)行模擬研究

結(jié)果表明，運(yùn)用集中排煙的方案時，排煙的量以6次/h的換氣頻次來測算，效果最佳;當(dāng)中庭、回廊兩部分單獨(dú)設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)時，排煙效果與中庭回廊整體按換氣次數(shù)6次/h設(shè)計(jì)機(jī)械排煙量的方案效果基本一致。兩種方案都能在將室內(nèi)煙氣蔓延控制在一定范圍的前提下為及時疏散人員提供保證。此外，對建筑內(nèi)步行街劃分煙控分區(qū)有利于控制煙氣蔓延范圍，對于保證人員安全疏散有積極作用。

參考文獻(xiàn)：

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Research on the optimization of smoke

exhaust scheme in internal pedestrian street

Zhu Anqiang

Chongming District Fire and Rescue Brigade of Shanghai

Abstract：Pedestrian streets in buildings are currently the most widely adopted architectural form in large-scale complexes. The smoke control scheme of such buildings has always been an important part of performance-based fire protection design. Based on the performance-oriented design idea， this paper takes a project as an example to study its flue gas control scheme through numerical simulation， and draws relevant conclusions. This paper assumes a fire environment and explores the optimization of the atrium and corridor smoke exhaust effects in the case of mechanical smoke exhaust.

Keywords：fire protection;pedestrian streets in buildings;numerical

simulation;smoke exhaust