楊平　呂品

摘 要：排煙口布置方式對于火災(zāi)時期的排煙系統(tǒng)的排煙效果影響較大，為了對比分析排煙口布置方式對側(cè)室-通道結(jié)構(gòu)火災(zāi)時期排煙效果的影響，利用FDS火災(zāi)模擬軟件對“側(cè)室-通道”結(jié)構(gòu)火災(zāi)時期排煙口順通道走向上的不同布置方式的排煙效果進行了模擬研究。對比分析了排煙口均勻布置與集中布置、靠近疏散出口布置與靠近火源布置四種工況條件下的排煙效果；結(jié)果表明：排煙口均勻布置比集中布置時疏散出口區(qū)域煙氣溫度低5.4%，能見度提高10%；靠近火源布置比靠近疏散出口布置時疏散出口區(qū)域煙氣溫度低11.5%。

關(guān)鍵詞：地下商業(yè)街；排煙口；數(shù)值模擬；排煙效果

中圖分類號：TU922；X913.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-1098（2014）03-0060-04

研究對象“側(cè)室-通道”結(jié)構(gòu)是相對于隧道類狹通道和一些學(xué)者研究的“房間-走廊”結(jié)構(gòu)[1]而提出的，“側(cè)室-通道”結(jié)構(gòu)最主要的是一些人防商業(yè)兩用的地下商業(yè)街。這類結(jié)構(gòu)由于空間密閉，通道狹長，人員密集，火災(zāi)時期煙氣溫度高、有害氣體濃度高、人員疏散與救援困難等特點，并且火災(zāi)中人員的死亡主要是由于煙氣造成的[2-3]，防排煙系統(tǒng)設(shè)計成為不可或缺的一部分，其中排煙口的水平布置是一個關(guān)鍵性問題；排煙口水平位置確定不當(dāng)，火災(zāi)時期排煙效果就很難保證，若將排煙口設(shè)置在煙氣蔓延的一維水平運動階段時，將明顯加劇煙氣層界面的湍流卷吸，導(dǎo)致排煙效果不理想[4]，當(dāng)前“側(cè)室-通道”結(jié)構(gòu)建筑的排煙口布置方式一般參考規(guī)范對排煙口的水平布置方式，即“排煙口距離所在防煙分區(qū)最遠(yuǎn)端不超過30 m”[5]和“與附近安全出口沿走道方向相鄰邊緣之間的最小水平距離不應(yīng)小于 1.50 m” [6]，很難滿足設(shè)計要求，不少學(xué)者對排煙口在垂直方向上的布置方式的排煙效果進行過研究[7-8]，均能給出排煙口靠頂棚布置能夠提高排煙效率的結(jié)論，但是對于排煙口在水平方向上的布置方式的排煙效果并未過多探討；本文針對排煙口在水平方向上的不同布置方式的排煙效果進行了一系列對比研究，得出了一些結(jié)論。

1 模型簡介

1.1 工程模型

選用某地下商業(yè)街一個防火分區(qū)為研究對象，該分區(qū)中通道尺寸（防煙分區(qū)使用面積）：75m×6m×3m，疏散出口位于分區(qū)兩端，疏散出口尺寸為2.5 m×3 m；排煙口布置于通道頂棚，尺寸為0.8 m×0.6 m（見圖1）。根據(jù)規(guī)范采用排煙量每平方米面積不小于60 m3/h（計算排煙風(fēng)機風(fēng)量時應(yīng)考慮10%～20%的漏風(fēng)量），為了避免補風(fēng)量對排煙效果的影響，假設(shè)補風(fēng)量為50%，補風(fēng)口均勻布置于通道側(cè)壁下部，補風(fēng)口尺寸為0.4 m×0.4 m。

（a）防火分區(qū)俯視圖

（b）防火分區(qū)主視圖

圖1 工程模型示意圖1.2 火源模型

排煙口布置方式是相對于而言，在火源位置選取上，為了滿足最遠(yuǎn)疏散距離不超過40 m的要求，確定火源位于防火分區(qū)中間位置的側(cè)室內(nèi)，側(cè)室尺寸6 m×6 m×3 m，門洞為2m×2.5m。由于未設(shè)置噴淋系統(tǒng)的地下商業(yè)街火災(zāi)在轟燃前的熱釋放速率可達(dá)2 MW以上[9]，設(shè)定火源為1.5 MW快速火，火災(zāi)增長系數(shù)為0.046 9 kW/s-2，火源位于側(cè)室中間部位。

1.3 測點布置與確定模擬工況

由于主要研究疏散出口區(qū)域的煙氣參數(shù)，考慮到火災(zāi)過程中，人員疏散時煙氣溫度的對人員產(chǎn)生的危害性較大，以及能見度在人員疏散過程中的重要性，所以在靠近疏散出口區(qū)域1.8 m高度分別均勻?qū)ΨQ設(shè)置6個溫度測點和6個能見度測點；在高度1.8 m處設(shè)置能見度、溫度、煙氣水平蔓延速度切片。為了對比排煙口水平方向布置方式對排煙效果的影響，分別對水平方向均勻布置、集中布置、靠近疏散出口布置和靠近火源點布置四種工況條件下的排煙效果進行了對比分析。工況1（均勻布置）為5個排煙口均開啟，排煙量均勻分配；工況2（集中布置是相對于工況1而進行定義的）為開啟兩端排煙口A1、A2和通道中間位置排煙口C，3個排煙口平均分配排煙量；工況3（靠近疏散出口布置）為開啟通道內(nèi)靠近兩端疏散出口的4個排煙口A1、A2、B1、B2，4個排煙口平均分配排煙量；工況4（靠近火源布置）為開啟通道內(nèi)靠近火源的3個排煙口B1、B2、C，3個排煙口平均分配排煙量（見表1）。

1.4 數(shù)值模擬方法與邊界條件

火災(zāi)發(fā)生后，煙氣由發(fā)生火災(zāi)的側(cè)室涌入通道，發(fā)生在通道內(nèi)的煙氣流動是三維非穩(wěn)態(tài)的不規(guī)則流動。運用當(dāng)前火災(zāi)模擬軟件Fire Dynamics Simulator（FDS）能夠很好的模擬出火災(zāi)煙氣流動過程中的各種速度、壓力、溫度等參數(shù)的變化；采用FDS模擬軟件的大渦模擬（LES），該模型是目前解決流體動力學(xué)問題最常用的，并且能夠得到很好的模擬結(jié)果。模擬軟件對于邊界條件均給出了默認(rèn)值，考慮到工程模型實際，選環(huán)境溫度為T0=20 ℃，對于通道的壁面統(tǒng)一處理為混凝土。

2 模擬的結(jié)果的對比分析

2.1 不同工況條件下疏散出口區(qū)域煙氣參數(shù)變化趨勢

不同工況條件下疏散出口區(qū)域1.8 m高度煙氣溫度與能見度隨時間的變化趨勢如圖2～圖3所示。由于煙氣水平蔓延受阻侵入人員疏散高度，所以能否延遲疏散出口區(qū)域的煙氣溫度與能見度達(dá)到危險值是判定排煙系統(tǒng)排煙效果的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 疏散出口區(qū)域1.8 m高度煙氣溫度 由圖2可見，火災(zāi)發(fā)展前期，工況3疏散出口區(qū)域煙氣溫度最先開始升高且高于其他工況，這主要是由于工況3通道內(nèi)靠近火源位置的排煙口C未開啟，造成大量高溫?zé)煔庠谕ǖ纼?nèi)蔓延；工況1、2、4在火災(zāi)發(fā)展前期疏散出口區(qū)域煙氣溫度的發(fā)展趨勢上沒有較大區(qū)別，這主要是由于三種工況條件下通道內(nèi)靠近火源位置的排煙口C均處于開啟狀態(tài)，故可以判斷靠近火源布置的排煙口（C）在火災(zāi)發(fā)展前期對于延遲疏散出口區(qū)域溫度達(dá)到危險臨界值有明顯的優(yōu)勢。

圖3 疏散出口區(qū)域1.8 m高度能見度由圖3可見，火災(zāi)發(fā)展前期四種工況對出口區(qū)域的能見度改善上有明顯的區(qū)別，工況3相對于工況1和4，煙氣層向疏散高度侵入時間提前20～30 s；圖2與圖3所顯示規(guī)律基本一致。工況3劣于工況2，這主要是由于工況3和工況2靠近疏散出口區(qū)域的排煙口A1、A2處于開啟狀態(tài)，且工況3排煙口A1、A2所分配的排煙量要略大于工況2。

綜合上述分析可知，靠近火源布置的排煙口（C）在火災(zāi)發(fā)展前期對于延遲疏散出口區(qū)域溫度達(dá)到危險臨界值有明顯的優(yōu)勢；靠近疏散出口區(qū)域的排煙口（A1、A2）則會提前疏散出口區(qū)域能見度達(dá)到危險臨界值時間。

2.2 不同工況條件下疏散出口區(qū)域煙氣時均值

不同工況條件下火源功率達(dá)到最大值疏散出口區(qū)域距離疏散出口不同位置1.8m高度煙氣層溫度與能見度時均值如圖4～圖5所示。

由圖4可見， 均勻布置排煙口時（工況1）疏散出口區(qū)域的煙氣時均值為55 ℃， 比集中布置排煙口（工況2）58 ℃低5.4%；靠近火源布置排煙口時（工況4）疏散出口區(qū)域的煙氣溫度時均值為54.7 ℃，靠近疏散出口布置排煙口時（工況3）61 ℃低11.5%；工況4條件下煙氣溫度略低于工況1，主要是因為工況4屬于近火源布置方式，在煙氣蔓延初期排煙系統(tǒng)排出了大量高溫?zé)煔猓詥螐臒煔鉁囟瓤紤]，工況4要優(yōu)于工況1。

由圖5中疏散出口區(qū)域煙氣能見度時均值可見，工況2為最不利方式；均勻布置排煙口時（工況1）疏散出口區(qū)域的能見度時均值為9.5 m，比集中布置排煙口時（工況2）8.5 m提高10%?？拷鹪床贾门艧熆冢ür4）疏散出口區(qū)域的能見度時均值為9.0 m，略低于靠近疏散出口布置排煙口時（工況3）的9.3 m。此時工況3與工況1相近，主要是因為工況3條件下疏散出口區(qū)域排煙能力大大增強，能夠?qū)⑹枭⒊隹趨^(qū)域的煙氣大量排出，疏散出口區(qū)域能見度得到改善，但是由于工況3條件下，通道上層煙氣向通道兩端蔓延趨勢增強，煙氣層與下層空氣層之間的熱質(zhì)交換加強，下層空氣層溫度相對較高。

綜合上述分析可知，疏均勻布置排煙口與靠近火源布置排煙口排煙效果相當(dāng)；均勻布置排煙口時，疏散出口區(qū)域能見度提高；靠近火源布置排煙口時，疏散散出口區(qū)域煙氣溫度較低。

3 結(jié)論

1） “側(cè)室-通道”結(jié)構(gòu)采用機械排煙時，排煙口布置形式對排煙效果影響較大。排煙口均勻布置相對于集中布置，疏散出口區(qū)域煙氣溫度降低5.4%，能見度提高10%；排煙口靠近火源布置相對于靠近疏散出口布置，疏散出口區(qū)域煙氣溫度降低11.5%，能見度略有減小。

2） 對于“側(cè)室-通道”結(jié)構(gòu)建筑，在經(jīng)濟允許的前提下，應(yīng)適當(dāng)增加排煙口數(shù)量；在排煙量分上應(yīng)按照通道中一個防煙分區(qū)內(nèi)遠(yuǎn)離疏散出口的排煙口排煙能力適當(dāng)增強，而靠近疏散出口的排煙口的排煙能力適當(dāng)減小；工程應(yīng)用中在排煙口數(shù)量有限且均勻布置有困難時，可選擇盡量將排煙口布置在防火分區(qū)中部遠(yuǎn)離疏散出口位置可提高排煙效果。

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（責(zé)任編輯：何學(xué)華 吳曉紅）