摘要：本文就某室內(nèi)步行街中庭的消防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，針對不滿足規(guī)范要求的設(shè)計(jì)，設(shè)定最不利火災(zāi)場景，用數(shù)值模擬的方法驗(yàn)證其自燃排煙的效果。模擬了火災(zāi)時(shí)步行街中庭內(nèi)不同場景的煙氣蔓延情況，獲得能見度、CO體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)。

關(guān)鍵詞：中庭；自然排煙效果；影響

1建立模型和工況設(shè)置

1.1模型的建立

以某商業(yè)步行街中庭建筑為例，合理簡化后得到模型圖，如圖1。該步行街含有兩個(gè)貫通一到三層的中庭，中庭的上部設(shè)有自然采光的透明采光頂，并開有可以進(jìn)行自然排煙的高側(cè)窗和天窗，墻壁的性質(zhì)設(shè)置為混凝土，火源設(shè)置在室內(nèi)步行街地面中心處。

1.2設(shè)定火災(zāi)模型

火災(zāi)的熱釋放速率和增長速率的設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到最后的分析結(jié)果，甚至有可能直接影響到最終結(jié)果。在FDS模擬計(jì)算中，通常采用t2火的熱釋放速率模型。步行街中庭處設(shè)置自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)，該場景考慮火災(zāi)時(shí)自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)未啟動的不利情況，參照有關(guān)規(guī)程中關(guān)于無噴淋的中庭火災(zāi)規(guī)模為4.0MW的規(guī)定，該場景最大熱釋放速率設(shè)定為4.0MW。考慮火災(zāi)增長類型為快速t2火，α取0.04689KW/s2，火災(zāi)以快速火方式增長到4.0MW，其后維持該熱釋放速率穩(wěn)定燃燒。

1.3火災(zāi)場景設(shè)計(jì)

起火位置如圖1，該處距疏散樓梯間的距離較近，火災(zāi)發(fā)生后易影響附近樓梯間使用。該室內(nèi)商業(yè)步行街的兩個(gè)中庭采光頂為鋼結(jié)構(gòu)，頂部和側(cè)部均可設(shè)置自然排煙口，側(cè)面開窗會受到自然風(fēng)的影響。查閱當(dāng)?shù)貧庀筚Y料可知：受地形影響，該市終年多東南和西北兩個(gè)風(fēng)向。年平均風(fēng)速3.4m/s，平均風(fēng)速每年3月份最強(qiáng)，為5.6m/s。為能直觀地表明頂部排煙與側(cè)面排煙的差異性，設(shè)置分析場景進(jìn)行模擬計(jì)算分析，在極端的情況下將風(fēng)速加倍處理，所得的模擬場景如表1所示。其中自然排煙設(shè)計(jì)中的百分?jǐn)?shù)指的是可開啟的排煙窗的總面積與中庭地面面積的比值。

2模擬結(jié)果

為了探究室外風(fēng)對中庭上部自然排煙效果的影響，分別分析左、右、上、下四個(gè)方向在以下三種條件下的排煙有效率以及火災(zāi)危險(xiǎn)性對人員疏散造成的影響。首先對于模擬工況A1，其只在中庭頂部采光頂?shù)乃闹荛_設(shè)高側(cè)窗用來自然排煙，側(cè)面開窗的面積占中庭地面面積的26%，通過在采光頂側(cè)面四周設(shè)置的質(zhì)量流量探測器來收集通過各個(gè)排煙窗口的質(zhì)量流量數(shù)據(jù)。在中庭頂部只開高側(cè)窗進(jìn)行自然排煙的情況下，各個(gè)高側(cè)窗在無風(fēng)條件下的排煙量只跟其開窗面積有關(guān)，由于左、右兩個(gè)排煙窗的面積是上、下兩個(gè)排煙窗的兩倍，因此其排煙量也是大約兩倍的關(guān)系。4個(gè)高側(cè)窗在無風(fēng)條件下平均的排煙量為99.2kg/s。根據(jù)軸對稱羽流的質(zhì)量流率公式可知，當(dāng)計(jì)算高度Z>火焰高度時(shí)，步行街4MW的火源產(chǎn)生的羽流質(zhì)量流量為136.5kg，此時(shí)高側(cè)窗自然排煙的效率為72.7%。

3三種排煙方式在不同風(fēng)速時(shí)的排煙效率

在開啟的自然排煙窗的面積相近的情況下，風(fēng)速對自然排煙的效果具有非常大的影響。隨著風(fēng)速增大，中庭頂部自然排煙的效率快速下降。其中，只采用側(cè)面開窗排煙的方式下降幅度最大（26.8%），側(cè)面開窗+頂棚開窗次之（23.5%），頂棚開窗的自然排煙方式最小（12.4%）。這主要是由于中庭頂部開窗排煙的方式，其開窗位置在最上部，朝向上空進(jìn)行排煙，受到外界室外風(fēng)的影響相對側(cè)面開窗排煙的方式要小。在采用側(cè)面開窗的方式進(jìn)行自然排煙時(shí)，往往受到風(fēng)向和風(fēng)速的干擾。當(dāng)室外風(fēng)面向排煙窗吹時(shí)，該朝向的排煙窗不僅不能排煙，還容易引起室外風(fēng)的“入侵”，造成煙氣的倒灌現(xiàn)象。另外，僅就某一固定風(fēng)速而言，三種開窗面積相近的自然排煙的開窗方式其排煙效率也有明顯差別。頂棚開窗自然排煙的方式排煙效率最高，這主要是由于熱煙氣的浮力上升的作用，熱煙氣到達(dá)頂棚后可直接通過排煙口排出中庭，不必像側(cè)面開窗排煙那樣熱煙氣到達(dá)頂棚后需要經(jīng)過一次轉(zhuǎn)折才能從一側(cè)排煙窗排出。由于側(cè)面開窗+頂棚開窗的自然排煙方式其頂棚開窗的面積偏小，側(cè)面開窗的面積與單采用側(cè)面開窗的排煙方式的開窗面積相差不大，因此兩者的排煙效率比較接近。盡管側(cè)面開窗+頂棚開窗的自然排煙方式中頂棚排煙的面積比較小，仍發(fā)揮了明顯的促進(jìn)排煙作用，側(cè)面開窗+頂棚開窗排煙的效率在三種實(shí)驗(yàn)風(fēng)速條件下都比單采用側(cè)面開窗的排煙方式要高。

4結(jié)語

總之，排煙設(shè)計(jì)對排煙效果有著至關(guān)重要的影響，自然排煙口設(shè)置位置、排煙口面積和環(huán)境風(fēng)速的影響等都會影響自然排煙效果。所以，以上對環(huán)境風(fēng)對中庭自然排煙效果影響的研究很有意義。

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（作者單位：煙臺市建筑設(shè)計(jì)研究股份有限公司）

作者簡介：劉麗玉（1986.1-），女，山東煙臺人，天津城建大學(xué)供熱供燃?xì)馔L(fēng)及空調(diào)工程碩士研究生，暖通工程師，研究方向：建筑暖通。