1、1排烟量和送风比对地下街烟气控制的模拟研究摘要：以淮南市某地下商业街其中一防火分区为研究对象，采用模拟软件 FDS 进行了火灾烟气控制的数值模拟，对顶棚机械排烟条件下，排烟量和送风比对室内火灾烟气有效控制的影响进行了研究，模拟分析结果表明，在顶棚机械排烟时，排烟量对室内烟气控制的影响较大。当排烟量为 115m?/（m?h）时，可以达到很好的烟气控制效果，送风比对此的影响较小；当排烟量和送风比过大时，使室内烟气紊流加剧，火场情况混乱。研究结果为此类狭长型地下建筑火灾的控制和人员疏散提供参考。 关键词：顶棚机械排烟；FDS 数值模拟；烟气控制；排烟量；送风比 中图分类号：X924.4 文献标志码：
2、A WT文章编号：1672-1098（2012）04-0071-04 作者简介：刘晓洁（1987-） ，女，河南滑县人，在读硕士，研究方向为安全理论与技术。 随着我国城市化进程发展和人口增长，地下建筑得到了广泛开发和充分利用。地下商业建筑向地面开口面积小，人员密集，通常处于通风不良的状态。火灾发生时温度升高和火灾蔓延传播快，生成大量的烟气和有毒有害气体。因此必须对火灾烟气实施有效的控制措施。 目前针对地下空间火灾烟气运动和控制的研究，大多针对排烟口位置和排烟量对烟气分布规律的研究1-2，而关于排烟量和送风比对烟气2分布规律影响的研究尚较少。本文采用 FDS5.4 软件，对不同排烟量和送风比对地
3、下商业街火灾烟气控制效果进行模拟对比和研究，以期为此类建筑的火灾预防和烟气控制提供指导。 1 物理模型 选取淮南市某地下商业街的一个防火分区为对象建立模型（见图 1） 。该防火分区长 75m，宽 21m，高 3.5m，设有两个大小相同的疏散口，宽3m，高 3.5m，排烟口设为 5 个，每个排烟口长 0.8m，宽 0.6m，高3.5m；补风口设为 10 个，每个补风口长 0.4m，宽 0.4m，高 3.5m。 2 火灾场景及工况参数设定 考虑较为不利的火灾场景，取火灾荷载密度 q=600MJ/m?3。采用 t?增长模型，火源最大热释放速率为 8MW，火源面积为 4m?，距离地面 0.3m，火灾增
4、长系数由下式4确定。计算得 =0.1145，即 Q=0.1145t?。 采用模拟软件 FDS5.4 进行计算，对墙壁、地面与顶棚均采用厚壁假设，环境温度取 20。对于有疏散口或机械排烟的工况，假设在起火时刻即 t=0 时即开始工作。 3 模拟结果与分析 1）烟气层高度分析。室内发生火灾时，室内环境分为上部空间热浮力作用下的烟气层和下部空间的冷空气层。火源上方形成向上流动的火羽流不断卷吸冷空气层中的新鲜空气，并将其运输到烟气层中，烟气层界面将不断下降。烟气层只有保持在人群头部以上，才能保证人员不受到烟气热流辐射的威胁。当烟气层高度保持 2m 以上时，人员可以安全疏散7。 3工况 1 时，烟气层高
5、度在起火时间为 100s 时开始下降，400s 后稳定在 0.5m；工况 6 时，烟气层高度在起火时间为 120s 时开始下降，250s后高度稳定在 1.5m；工况 2 时，烟气层高度在起火时间为 150s 时下降并最终稳定在 1.9m；工况 5 时，烟气层高度控制效果不明显，烟气紊流加剧，火灾现场混乱程度加重；当送风比为 60%（工况 2）时，曲线图分析如上所述；工况 3 时，120s 时烟气层高度开始下降，300s 后趋于稳定，控制在 1.8m。工况 4 时，130s 时烟气层高度开始下降，但是波动很大，基本可以控制在 1.9m（见图 2） 。说明排烟量为 115m3/（m2?h）时烟气层
6、高度控制效果最好，送风比对烟气层高度的影响不如排烟量明显。 2）能见度分析。火灾产生的烟气中含有大量的固体颗粒和水蒸汽，这些成分对光线有减弱作用，使火场内的能见度降低。能见度的降低使人不能迅速辨识方向逃离火场，严重影响了火灾中人员的安全疏散。人们处于不熟悉的环境时，能见度不小于 10m 为安全状态8。 工况 1 没有实施机械排烟，火场内能见度在 100s 时降至 10m 以下，工况 6 实施机械排烟，能见度在 200s 时降至 10m 以下。继续增大排烟量（即工况 2） ，能见度高度 270s 时下降到 10m 以下。工况 5 时，排烟量增大至 150m?/（m?h） ，这时可以发现，能见度在
7、 290s 时下降到 10m 以下，不如工况 2 影响明显（见图 3a） ，工况 2、工况 3 能见度基本都在 280s左右降至 10m 以下，工况 4 能见度在 290s 时降至 10m，工况 2工况 4的能见度最终分别稳定在 2.5m、3.2m、3.4m（见图 3b） 。说明送风比对能见度的影响大大小于排烟量对其的影响。 3）温度分析。室内火灾发生时，大量可燃物质在燃烧产生烟气的同4时，放出大量的热，导致烟气温度急剧上升。对人员造成伤害。取 2m 以下空间内的烟气温度不超过 60为相对安全状态9。 工况 6 在 180s 时测点温度达到 60，最高温度 140；工况 2 在220s 时测点
8、温度达到 60，最高温度 94；工况 5 在 260s 测点温度达到 60，最高温度 80，但是在模拟时间的最后 100s 内温度变化较大（见图 4） 。这说明在送风比相同时，适当增大排烟量，可使烟气温度得到有效控制。工况 2工况 4 测点温度随时间变化趋势大致相同，各工况中测点温度达到 60的时间和最高温度相差不大。这说明送风比对温度随时间变化影响很小。 4 结论 1）顶棚机械排烟条件下，机械排烟量对室内烟气控制影响明显。适当增加排烟量对室内烟气层高度、能见度及烟气温度有很好的控制效果。但是当排烟量过大时，对三者影响较小，反而会使得火场内紊流更加混乱，当机械排烟量为 115m?/（m?h）时
9、可以取得较理想的烟气控制效果。2）顶棚机械排烟条件下，送风比对于室内烟气控制影响并不明显，提高送风比可以使能见度有 0.7m 左右的提升，但是对室内烟气层高度控制和温度控制并没有良好的效果。在同等条件下，建议使用不大于 70%的送风比。 参考文献： 1袁书生，张健.地下商场内火灾烟气运动及控制的大涡模拟J.中国科学技术大学学报，2007，37（1）：61-69. 52杜杨，杨小凤，郭春，等.地下狭长受限空间火灾实验及大涡数值模拟研究J.工程热物理学报，2006，27（7）：167-170. 3马千里，倪照鹏，黄鑫，等.大型商业建筑室内步行街商铺火灾荷载调查研究J.中国安全生产科学技术，2011
10、，7（4）：52-56. 4宋文华，刘子萌，王鹏.公共聚集场所防火设计中的火灾场景设计研究J.中国安全科学学报，2008，18（11）：85-90. 5中华人民共和国建设部，国家质量监督检验检疫总局.GB50016-2006 建筑设计防火规范S.北京：中国计划出版社，2006. 6赵江平，冯文兴，武来喜.建筑火灾烟气中 CO 迁移规律的 FDS 模拟J.中国安全科学学报，2008：16-20. 7程远平，李增华.消防工程学M.徐州：中国矿业大学出版社，2008：16-20. 8霍然，袁永宏.性能化建筑防火分析与设计M.合肥：安徽科学技术出版社，2003：216-222. 9李引擎.建筑防火性能化设计M.北京：化学工业出版社，2005：6-8. （责任编辑：何学华，吴晓红）
