李 英， 王 艷

（1．安徽省馬鞍山市公安消防支隊，安徽 馬鞍山 243000；2．安徽省合肥市公安消防支隊，安徽 合肥 230001）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程加快，我國汽車擁有量的日漸增多，汽車的存放也順理成章成為交通管理中的重要問題。地下車庫由于建筑面積大，管理較集中等優(yōu)勢也隨之得到普及應(yīng)用。然而，在地下車庫給人們帶來便利的同時，也帶來了一系列的安全問題，其中消防問題尤為突出。近年來也發(fā)生了多起地下車庫火災(zāi)案件，如2012年7月13日凌晨，位于合肥市銅陵北路附近的香江生態(tài)麗景C區(qū)某地下車庫發(fā)生火災(zāi)，至少造成了30輛電動車燒毀。

地下車庫處于一種高密閉的狀態(tài)，與外部相連接的通道少，且可燃物較多，這就決定了地下車庫發(fā)生火災(zāi)時具有熱釋放速率大，蔓延迅速，撲救難度大，危害性高等特點［1，2］。因此，如何解決好地下停車場的通風(fēng)和防排煙設(shè)計問題是地下停車場設(shè)計中的一個重要問題。在實際地下車庫的防排煙和通風(fēng)設(shè)計中，既需要滿足平時通風(fēng)要求，排除汽車尾氣產(chǎn)生的污染物，送入新鮮空氣，以使有害物含量達到國家規(guī)定的衛(wèi)生標準的要求；又要滿足火災(zāi)時的排煙要求，以保證火災(zāi)發(fā)生時，限制煙氣的擴散，排除已產(chǎn)生的煙氣，保證人員和車輛撤離現(xiàn)場，減少傷亡，保障消防人員安全有效地撲救火災(zāi)。

圖1 兩種不同朝向的地下車庫排煙口

現(xiàn)行的消防規(guī)范中對地下車庫的排煙做出了相關(guān)規(guī)定?！镀噹?、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》［3］中規(guī)定，每個防煙分區(qū)應(yīng)設(shè)置排煙口，排煙口宜設(shè)在頂棚或靠近頂棚的墻面上；排煙口距該防煙分區(qū)內(nèi)最遠點的水平距離不應(yīng)超過30m?！督ㄖO(shè)計防火規(guī)范》［4］對建筑機械排煙系統(tǒng)的最小排煙量進行了相關(guān)規(guī)定。然而，規(guī)范中對機械排煙口的朝向并沒有明確規(guī)定。經(jīng)過實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，排煙主管道上機械排煙口的設(shè)計主要為下方開口型和側(cè)方開口型（如圖1）。此外，排煙主管道的設(shè)計高度在規(guī)范中也未提及。因此筆者就地下車庫的排煙口高度及朝向問題開展了數(shù)值模擬研究，對比其不同排煙設(shè)計條件下的排煙效果，并希望在實際工程中有所借鑒。

1 模型建立

1．1 排煙方案介紹

筆者選取了某一商業(yè)中心的地下二層車庫作為研究對象。根據(jù)設(shè)計，車庫占地面積共21400 m2，分為8個防火分區(qū)。其中，筆者選擇防火分區(qū)八作為模擬計算空間，此防火分區(qū)為3983m2，頂棚高3m，由擋煙垂壁分隔為左右兩個防煙分區(qū)（分區(qū)1和分區(qū)2），符合規(guī)范要求（如圖2）。地下車庫設(shè)置機械排煙和補風(fēng)設(shè)備，排煙量按規(guī)范設(shè)計，為6次／h，補風(fēng)量為排煙的一半。起火位置設(shè)置為防煙分區(qū)1某處停車位，近似為一個2m×4m的火源，并考慮上海市工程建設(shè)規(guī)范DGJ 08－88－2000《民用建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》［5］，設(shè)置汽車燃燒產(chǎn)生的熱釋放速率為3MW。下方開口型排煙口距離頂棚高度分別設(shè)置為0m，0．5m和1m，并設(shè)置側(cè)方開口型排煙口的正中位于距頂棚0．5m和1m處（即保持平均高度相同）。表1為考慮不同排煙口高度及朝向的火災(zāi)及排煙場景設(shè)計方案。

圖2 地下車庫模擬計算區(qū)域示意圖

表1 不同排煙口朝向及高度場景設(shè)置方案

1．2 FDS模型建立

筆者采用由美國國家標準技術(shù)研究院（NIST）開發(fā)的火災(zāi)動力學(xué)模擬軟件（FDS）進行對上述場景的模擬，這是一種計算流體力學(xué)（CFD）軟件，廣泛應(yīng)用于計算燃燒引起的流體流動，是一個由公認的政府權(quán)威機構(gòu)開發(fā)的軟件，并且經(jīng)過了大型及全尺寸火災(zāi)實驗的驗證。本文建立了如圖3所示的FDS計算模型。模型內(nèi)部空間通過網(wǎng)格填充，分為兩種不同網(wǎng)格。在火源附近區(qū)域，網(wǎng)格尺寸取為邊長0．25m的立方體，其他區(qū)域網(wǎng)格尺寸定為邊長0．5m的立方體，網(wǎng)格邊界與外界聯(lián)通。設(shè)置環(huán)境初始條件溫度20℃，模擬時間為900s，并根據(jù)火災(zāi)發(fā)生特點，火源設(shè)置為t2快速火，增長系數(shù) 取為0．04689kW／s2，因此汽車燃燒253s之后達到最大熱釋放速率3MW。

建筑的煙氣危險高度的定義為［6］:

其中Hman為人的平均身高，約為1．6m，Hc為建筑吊頂高，將危險高度橫截面近似設(shè)為2m。在FDS模型建立中，在危險高度橫截面進行了火災(zāi)場景中的主要典型參數(shù)比較，包括溫度、CO濃度和能見度。此外，在車庫不同位置設(shè)置5個煙氣層高度和豎向溫度測點，獲得不同位置處煙氣層高度的下降曲線，其中測點1為火源正上方，測點2－5分別為防火分區(qū)幾個和相鄰防火分區(qū)聯(lián)通的出入口，距離火源的距離各不相同，亦如圖3所示。

圖3 兩種自然排煙方案FDS建模

2 模擬結(jié)果與討論

2．1 不同高度下方開口型排煙口排煙效果

表2列出了工況1－3情況下，改變排煙口高度排煙時，煙氣危險高度截面的溫度、CO濃度和能見度分布情況，并借鑒消防性能化設(shè)計中的 臨 界 判 據(jù)［7，8］（溫 度50 ℃，CO 濃 度 500 ppm，能見度10m），在圖中用黑線表示模擬完成后車庫中已達危險的區(qū)域范圍。對比三個工況的危險高度截面的溫度分布，可以發(fā)現(xiàn)危險高度截面出現(xiàn)超過50℃的區(qū)域不大，但隨著排煙口高度的下降，車庫中的溫度有所升高，危險區(qū)域范圍略有擴大但并不明顯，CO濃度分布規(guī)律也較為類似。然而，從危險高度截面的能見度圖中來看，隨著排煙口高度下降，能見度較低區(qū)域（10m以下）有著較明顯的明顯擴大。對比各測點煙氣層高度下降曲線，除火源上方外，煙氣首先蔓延到測點5附近，引起了測點5處煙氣層高度的下降。從測點5處煙氣的到達時間來看，三個工況分別為198s，193s和182s，隨著排煙口高度下降，煙氣層開始下降的時間有所縮短，同時煙氣層高度也略有降低，這說明隨著排煙口高度的下降，排煙效率是逐漸降低的，這更加不利于車庫內(nèi)的人員疏散。

2．2 不同高度側(cè)方開口型排煙口排煙效果

表3列出了工況4－5情況下，改變排煙口高度排煙時，煙氣危險高度截面的溫度、CO濃度和能見度分布情況對比三個工況的危險高度截面的溫度分布。從危險高度截面的溫度和CO濃度分布中來看，可以發(fā)現(xiàn)危險高度截面已達危險的區(qū)域范圍不大，與工況1－3較為類似，且兩個工況之間的差異并不明顯。而從能見度分布情況來看，900s時在車庫危險高度截面上有部分區(qū)域能見度較低（低于10 m）。對比兩個工況，認為工況4排煙口位置較高，略好于工況5的排煙效果。對比各測點煙氣層高度下降曲線，除火源上方外，煙氣同樣首先蔓延到測點5附近，引起了測點5處煙氣層高度的下降。從測點5處煙氣的到達時間來看，兩個工況分別為196s和192s，煙氣層高度下降曲線差異不明顯。隨著排煙口高度下降，煙氣層開始下降的時間略有縮短，同時煙氣層高度也略有降低，但總體上各火災(zāi)典型參數(shù)差異并不十分明顯，說明不同高度側(cè)方開口型排煙口排煙效果差異不大，較高位置的排煙口排煙效率略高。

表2 不同高度下方開口型排煙口排煙效果

筆者分析了排煙口高度對排煙效率的影響作用。當(dāng)汽車火災(zāi)發(fā)生后，產(chǎn)生大量的煙氣，上升撞擊到頂棚后，沿著頂棚向相鄰區(qū)域蔓延，并在頂棚下方緩慢沉積，形成一定厚度的煙氣層［9］，煙氣層高度是緩慢下降的。因此排煙口越高，煙氣就越容易到達排煙口高度，更加有利于排出車庫，因此排煙效率也就越高。

2．3 不同朝向排煙口排煙效果的比較與分析

分別對比工況2和工況4，工況3和工況5（即同一高度的不同朝向排煙口），從危險高度截面的溫度和CO濃度分布中來看，側(cè)方開口型排煙口對應(yīng)的溫度和CO濃度都較下方開口型排煙口低，能見度達危險的區(qū)域范圍也較小。此外，從測點5處煙氣的到達時間來看，工況4－5也略長于工況2－3的模擬結(jié)果，這說明相同高度條件下，排煙口朝側(cè)向時，排煙效率較高，火災(zāi)發(fā)生后，更有利于排出煙氣，為車庫內(nèi)人員疏散爭取更多的時間。

筆者同時也分析了側(cè)方開口型排煙口排煙效率較高的原因。由于煙氣在頂棚下方的堆積，下方開口型排煙口只能直接作用于其表面附近的煙氣，對位置較低處的煙氣排煙效率有所降低；且如果一旦排煙速率過大，可能會發(fā)生煙氣層吸穿效應(yīng)（即吸入空氣量超過煙氣量，對排煙不利）［9，10］。相反，側(cè)方開 口型排 煙口對不同高度的煙氣都有一定的作用，較利于位置較低處煙氣的排出因此總體而言排煙效率較高。

3 結(jié)論與建議

本文以某商業(yè)中心地下二層車庫為研究對象，設(shè)計了5種不同排煙口朝向及高度的排煙模式，通過數(shù)值模擬方法研究其排煙效果的差異。通過研究表明，下方開口型排煙口高度越高，排煙效果越好，而側(cè)方開口型排煙口高度則影響不大。通過兩種類型排煙口朝向的計算結(jié)果對比分析認為，相同高度情況側(cè)方開口型排煙口排煙效率較下方開口型排煙口要高，因此更加有利于汽車庫內(nèi)的人員疏散。在工程建設(shè)中應(yīng)結(jié)合實際情況，盡可能多選擇側(cè)向開口的排煙類型。

表3 不同高度側(cè)方開口型排煙口排煙效果

1 于麗娜，趙 蕾．地下車庫火災(zāi)煙氣運動規(guī)律的實驗和 數(shù) 值 仿 真 ［J］．消 防 科 學(xué) 與 技 術(shù)，2011，30（10）:903－907．

2 王瑩，石必明，穆朝民．地下車庫油箱火災(zāi)煙氣流動數(shù)值模擬［J］．建筑科學(xué)，2011，27（8）:87－89．

3 GB50067－97．汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范［S］．

4 GB50016－2006．建筑設(shè)計防火規(guī)范［S］．

5 DGJ08－88－2000．民用建筑防排煙技術(shù)規(guī)程［S］．

6 建築物の防災(zāi)特性に応じた防火安全性の総合評価［A］．東京消防庁火災(zāi)予防審議會［C］．日本東京．平成13年3月．

7 霍 然，袁宏永．性能化建筑防火分析與設(shè)計［M］．合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2003．

8 范維澄，孫金華．火災(zāi)風(fēng)險評估方法學(xué)［M］．北京:科學(xué)出版社，2004．

9 霍 然，胡 源，李元洲．建筑火災(zāi)安全工程導(dǎo)論［M］．合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2009．

10 范維澄，王清安，姜馮輝，等．火災(zāi)學(xué)簡明教程［M］．合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1995．