1、地铁通风排烟系统评价指标的实验研究摘要：由于地铁大多处于地下封闭空间内，通风刹胭系统的好坏越来越受到人们的关注，它不仅可以改善地铁空间的空气质量，还可以在发生火灾时，控制烟气的流动.因此本文整理出一套通风排烟系统的评价指标，并在缩小尺寸模型内运用有效的测量方法进行风速、温度等参数的实验测定，经过分析，整理出的评价指标可以对地铁环境的实际侧丝工作起到一定的建议与指导作用.关键词：地铁;风速;风量;评价指标0 引言对于火灾运行模式下地铁排烟系统，从防排烟的目的和效果出发，需要相应的评价指标.这些指标的提出，对于地铁车站通风及防排烟系统的设计及工程验收有一定的指导意义。1 评价指标介绍1.1(地铁设
2、计规范)GB50157 一 2003 关于防排烟系统的规定1条款中规定:地下车站站台、站厅火灾时的排烟量，应根据一个防烟分区的建筑面积按 1M3/(m2min)计算，当车站站台发生火灾时，应保证站厅到站台的楼梯和扶梯口处具有不小于 1.5m/s 的向下气流.1.2 地铁排烟系统效能评价指标1.2.1 冲淡系数(换气次数)在排烟中换气次数定义为冲淡系数，当建筑物内聚集一定浓度的烟气 c0 时，如烟气浓度不再增加，通过排烟系统排出烟气和新鲜空气的补充经过时间 t 达到烟气浓度。时，有以下关系:冲淡次数用干评价排烟系统的有效性，其意义在于如发生火灾时，要保证在一定时间内建筑物内的能见度，冲淡次数大，
3、提高能见度的时间短，便于救护工作开展.1.2.2 排风效率根据评价通风空调系统的通风效率，提出适合评价排烟系统的排风效率.对于一个机械排烟系统，不考虑房间围护结构的渗风，室外新风为Gn，总排风量为 Ge，由于排烟管道漏风等这样如果已知新风量与排风量，就能得到排风效率.排风效率对于系统的评价非常重要，在实际工程中由于风道的泄露，排风效率低下，火灾中管道道泄漏可能导致防烟分区实效.1.2.3 气流流速通过一定的气流速度，控制烟气的扩散，是排烟系统功能之一，对于地铁，在站台与站厅之间的楼梯口处通常采用气流防烟，在区间隧道中也采用不使烟气倒流的临界风速防烟.我国地铁规范规定当车站站台发生火灾时，应保证
4、站厅到站台的楼梯和扶梯口处具有不小于 1.5 m/s的向下气流，以防止热烟气的烟囱效应使其窜到站厅层.但是对于不同的极值火灾热释放率，临界气流速度应不相同。同时，通过挡烟垂壁和喷淋作用可以减小临界气流速度，所以气流流速的设定应根据火灾极值热释放率的大小及其它防烟设施特性确定。1.2.4 其他气流组织评价指标“排热效率2” 、 “排污效率3” 、 “实际新风换气次数 nROAC 4”、 “不均匀系数2”这些评价舒适空调系统的指标对于评价地铁火灾同样适用.这些指标通过评价排烟口的安装位置、间距及形式等对排烟系统的性能有所影响.1.3 地铁火灾人员安全逃生微环境评价指标1.3.1 能见度能见度(s定
5、义为距对比度减少至-0.02 这点的距离.火场能见度与很多因素有关，包括烟气的散射及吸收系数、室内的亮度等，还依赖于逃生者的视力及其眼睛对光强的适应状态。SFPE消防工程手册提出的能见度数值为 13 m.澳大利亚消防工程师指南给出了小空间能见度临界值大于 5m，大空间能见度临界值大于 10 m.大量的测试和研究，得出了火场能见度与烟气消光系数 K 之间的经验关系:对于发光物体:KS=8;对于反光物体:KS=35.1.3.2 温度尽管大部分火灾伤亡缘于吸入有毒烟气，但火灾最明显的危害仍在于其产生的热量，火焰及高温烟气会辐射出大量的热量.人体皮肤温度升到约 450C 时即有痛感，吸入 1500 C
6、 或者更高温度的热烟气将引起人体内部的灼伤5.人对高温烟气的忍耐是有限的，在 650C 时，可短时忍受;在 1200C时，15 min 内可产生不可恢复的损伤;1400C 时，可忍受 5 min;1700C 时，可忍受 1 min6.美国防火协会标准 130 要求逃生通道处的温度最大不能超过 600 C，前 6 min 的平均温度要少于 490C ,温度超过 660C 时人便难以忍受，这时消防人员救援、乘客逃生迟缓7.1.3.3 CO 浓度烟气毒性对人体的危害程度与烟气各组分的作用有关。SFPE消防工程手册中论述了人能在 CO 中的停留时间与 CO 浓度的关系，指出人在 CO 浓度为 1250
7、 mg/m3 的环境中的极限安全时间为 30 min.其中，625 mg/m3 为相对较低的浓度，在该浓度下可允许停留的时间较长.地铁空间相对封闭，毒性指标比较重要，为了更多的逃生时间，可采用 625 mg/m3 作为 CO 浓度的危险判定指标.1.3.4 烟气层高度火灾中的烟气层伴有一定热量、胶质、毒性分解物等，是影响人员疏散行走与救援行动的主要障碍.在疏散过程中，烟气层只有保持在疏散人群头部以上一定高度，才能使人员在疏散时不受热烟气流的辐射热威胁，并能避免从烟气中穿过.由干地铁一般净空高度较低，可认为烟气层在人员疏散过程中应保持在距地面 2.0 m 以上的位置.2 实验验证人员安全逃生微环
8、境评价指标可在火灾数值模拟中应用，它是危险状态的判据，地铁排烟系统效能评价指标可在工程验收和检测中应用.本文通过在缩小尺寸地铁模型开展实验，验证其指标特性.2.1 地铁模型缩尺寸地铁模型为钢结构，整体尺寸为:18mx6 mx6 m.分上下两层，分别设置为站厅、站台，根据实验安排模型可调整为岛式或是侧式.两层之间设有两个楼梯口，在站厅层和站台层各装配有两台风机和两个风道.风机可反转.数据采集包括在各个风口和断面处布置测温和测速传感器.采用发烟装置(烟饼)产生烟气，由于烟饼产生的烟气温度较低，热浮生力作用小，为了更好地模拟火灾中的烟气，用液化气火焰加热烟气.2.2 测点布置发烟装置摆放在地铁模型正
9、中央，在烟气出口的正上方(天花板)布置 5 个探头，向下大约相距 350mm 处布置三个探头，再向下大约 350 mm 处正中央布置 1 个探头，从多个位置来测出烟气的温度和速度.然后逐渐远离烟气出口，每相隔约 1500 mm 布置一个探头，来测量烟气的温度和速度，测点布置如图 1.2.3 实验数据的采集(1)火灾发展蔓延过程:进行火灾实验时，使用摄像机全程记录火灾发展过程.在部分实验中使用红外摄像仪拍摄火源照片。试验前要试拍，以保证角度准确，摄像清晰.(2)烟气温度:采用热电偶测量烟气温度.2.4 实验数据处理通过实验测得风机为从 30、50Hz 时的排风量为 6912、9922m3/h，两
10、个楼梯口处风速值平均分别为 1.82m/s 和 1.83m/s.(1)冲淡系数冲淡系数即换气次数根据换气次数(L 为风机排风量，v 为实验模型站台体积)，实验工况下，风机为30、50Hz 时的换气次数约为 22、30 次/小时.(2)排风效率Gn=13140m3/h;总排风量利用单点热线风速仪测得，为Ge=21650m3/h;E=Gn/Ge=13140/21650=0.61(3)气流流速楼梯口速度最小为 1.64m/s，符合站厅到站台的楼梯和扶梯口处具有不小于 1.5m/s 的向下气流.(4)不均匀系数该方法是在工作区内选择 n 个测点，分别测得各点的温度和速度，求其平均值为:通过在天津商业大学地铁模型实验室进行的热烟实验，我们得到:本模型能有效地控制站台烟气不向站厅蔓延.3 结论本文整理出一套适合地铁通风排烟系统的评价指标，并通过模型实验验证指标.建立的指标体系和测试方法为地铁运营管理工程检测提供有益的参考，为相关标准和规范制定提供参考.
