機(jī)械排煙與水噴淋作用下大空間倉(cāng)室火災(zāi)及煙氣特性研究.pdf

1、在現(xiàn)代的很多大空間建筑中，由于使用功能的需要，可燃物并不是均勻地分布在大空間地面，而是集中在一些相對(duì)較小的空間內(nèi)，形成了一些火災(zāi)載荷比較高的區(qū)域，比如大廳中的零售商店、小餐廳等。于上世紀(jì)90年代提出了一種新的大空間防火設(shè)計(jì)方案一“倉(cāng)室火災(zāi)安全設(shè)計(jì)概念(Cabins Fire Saletv Concept)”，把大空間內(nèi)火災(zāi)載荷較高的區(qū)域設(shè)計(jì)為倉(cāng)室，對(duì)其采取有效的消防保護(hù)措施，把火災(zāi)和煙氣控制在倉(cāng)室內(nèi)，防止火災(zāi)和煙氣進(jìn)一步蔓延到大空間中去

2、，以達(dá)到保護(hù)大空間整體消防安全的目的。 如何設(shè)計(jì)倉(cāng)室中的消防保護(hù)措施才能滿足消防安全的要求，是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。倉(cāng)室中的消防保護(hù)措施包括火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、水噴淋系統(tǒng)和機(jī)械排煙系統(tǒng)等幾個(gè)方面。探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可以及早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)；水噴淋系統(tǒng)可以抑制倉(cāng)室內(nèi)火災(zāi)增長(zhǎng)速度，控制火災(zāi)的發(fā)展，在有些情況下還能達(dá)到撲滅火災(zāi)的效果；而機(jī)械排煙系統(tǒng)可以及時(shí)地抽走倉(cāng)室內(nèi)可燃物燃燒產(chǎn)生的大量煙氣，盡量使得煙氣保持在開(kāi)口以上不會(huì)溢出到大空間中去。

3、本文首先針對(duì)四周補(bǔ)氣的倉(cāng)室，在較大的火源功率下，通過(guò)全尺寸的實(shí)驗(yàn)討論了Zukoski模型、McCaffrey模型和Heskestad模型用于倉(cāng)室火災(zāi)機(jī)械排煙作用下預(yù)測(cè)煙氣生成量的適用范圍，結(jié)果表明Heskestad模型的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值比較符合，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)Heskestad模型進(jìn)行了初步的修正，得到了較大火源功率下控制煙氣從倉(cāng)室不發(fā)生溢出所需要的風(fēng)機(jī)風(fēng)量與火源功率以及所控制的煙氣層高度之間的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。并在此基礎(chǔ)上分析了四周補(bǔ)氣倉(cāng)

4、室內(nèi)機(jī)械排煙效率的問(wèn)題，對(duì)影響機(jī)械排煙效率的三個(gè)因素火源功率、煙氣層高度和風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行了比較，明確了火源功率是其主要影響因素；根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給出了用于四周補(bǔ)氣倉(cāng)室內(nèi)機(jī)械排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率推薦值約為60％。 采用高位排煙時(shí)，基于McCaffrey模型，通過(guò)修正系數(shù)的方法得到了不同煙氣層高度下煙氣生成量的預(yù)測(cè)模型；修正系數(shù)隨著煙氣層高度的變化而發(fā)生變化；煙氣層高度較高時(shí)，修正系數(shù)大于1，在煙氣層高度處于煙氣羽流區(qū)的情況；煙氣層高度較

5、低時(shí)，修正系數(shù)小于1，在煙氣層高度處于連續(xù)火焰區(qū)的情況；煙氣層的高度既不是很高也不是很低時(shí)，修正系數(shù)的變化是：開(kāi)始的時(shí)候接近煙氣層較高的情況，修正系數(shù)大于1，然后隨著煙氣層高度的減小而減小，最后接近煙氣層較低的情況，修正系數(shù)小于1，總體在1附近波動(dòng)，在煙氣層高度處于間歇火焰區(qū)的情況。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出了在煙氣羽流區(qū)的修正系數(shù)約為1.84，在間歇火焰區(qū)的修正系數(shù)約為1；而在連續(xù)火焰區(qū)的修正系數(shù)約為0.67；給出了修正系數(shù)與煙氣層高度之間的

6、經(jīng)驗(yàn)擬合關(guān)系式，比較符合于指數(shù)關(guān)系。同時(shí)，得到了采用高位排煙時(shí)，將煙氣控制在倉(cāng)室內(nèi)而不溢出的風(fēng)機(jī)排煙風(fēng)量與不同火源功率和不同煙氣層高度的半經(jīng)驗(yàn)公式。采用低位排煙時(shí)，煙氣層高度的界面比較低，一般都處在連續(xù)火焰區(qū)。由于有大量的空氣被排煙風(fēng)機(jī)直接吸走，導(dǎo)致機(jī)械排煙效率大大降低。機(jī)械排煙效率隨著火源功率的增加而增加，給出了機(jī)械排煙效率與火源功率之間的經(jīng)驗(yàn)擬合關(guān)系式，比較符合于指數(shù)關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出低位排煙時(shí)的平均機(jī)械排煙效率約為26.5％，得到

7、了基于McCaffrey模型的機(jī)械排煙速率模型，同時(shí)還給出了排煙風(fēng)機(jī)風(fēng)量隨著火源功率和煙氣層高度變化的半經(jīng)驗(yàn)公式。在相同的條件下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到低位排煙所需要的排煙量比高位排煙時(shí)大得多，約是高位排煙量的5倍。采用FDS對(duì)低位排煙的倉(cāng)室火災(zāi)進(jìn)行數(shù)值模擬，雖然預(yù)測(cè)的煙氣層平均溫度偏高，但可以有效反映出倉(cāng)室內(nèi)流場(chǎng)流動(dòng)狀況，大量的空氣被排煙風(fēng)機(jī)抽走，同時(shí)預(yù)測(cè)出的低位排煙時(shí)倉(cāng)室內(nèi)的煙氣層高度也與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。 通過(guò)全尺寸的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水噴淋

8、作用下倉(cāng)室內(nèi)控火與滅火兩種效果轉(zhuǎn)換存在臨界壓力，該臨界壓力隨著火源功率的增加而增加，揭示了壓力的變化所引起的倉(cāng)室內(nèi)煙氣的平均溫升、O<,2>濃度、CO濃度、煙氣生成量的變化規(guī)律和溢出煙氣在大空間內(nèi)的充填規(guī)律。水噴淋的作用可以有效降低倉(cāng)室內(nèi)的平均溫升，抑制火災(zāi)的發(fā)展：煙氣中O<,2>濃度的變化規(guī)律是先下降，在水噴淋啟動(dòng)時(shí)達(dá)到最低，之后02濃度會(huì)增加，滅火作用時(shí)O<,2>濃度先有一個(gè)突然增加，然后再緩慢增加，而控火作用時(shí)O<,2>濃度是持續(xù)

9、增加；CO濃度在水噴淋啟動(dòng)后急劇增加，控火時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)峰值，滅火時(shí)只有一個(gè)峰值；當(dāng)噴淋壓力低于臨界壓力時(shí)，CO生成量隨著壓力的增加而增加，當(dāng)噴淋壓力高于臨界壓力時(shí)，CO生成量隨著壓力的增加而減少，在臨界壓力時(shí)CO生成量達(dá)到最多。大空間內(nèi)的平均溫升很低，但是噴淋啟動(dòng)后從倉(cāng)室溢出的煙氣能很快充滿大空間，影響人員的安全疏散；其煙氣生成量與CO生成量的變化趨勢(shì)一致。 通過(guò)全尺寸實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水噴淋和機(jī)械排煙共同作用下倉(cāng)室內(nèi)控火和滅火兩種效果

10、轉(zhuǎn)換存在一系列的臨界壓力和風(fēng)量組合，揭示了不同壓力和風(fēng)量組合下倉(cāng)室內(nèi)煙氣的平均溫升、CO濃度的變化規(guī)律以及溢出煙氣在大空間內(nèi)的充填規(guī)律。水噴淋壓力是關(guān)鍵的參數(shù)，而風(fēng)機(jī)風(fēng)量只是次要的參數(shù)，兩者的效果相反。提出了“等效壓力”的概念來(lái)取代風(fēng)機(jī)的抵消作用，達(dá)到了與水噴淋單獨(dú)作用下倉(cāng)室火災(zāi)及煙氣特性變化趨勢(shì)的一致性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證控火作用時(shí)，CO和煙氣的生成量隨著噴淋壓力增加而增加，隨著風(fēng)機(jī)風(fēng)量增加而減少；而推測(cè)出在滅火作用時(shí)，CO和煙氣的生成量隨