排煙系統ASET預測結果性能化評估

●張穎瑋

(銀川市消防支隊，寧夏銀川 750001)

ASET(Available Safety Evacuate Time)是指火災發展到致使環境條件達到人體耐受極限的時間，稱為“人員可用的安全疏散時間”。確定這個時間的標準與“熱煙氣層”有關。當建筑內火災環境不能滿足以下條件之一時，我們認為火災環境已經達到人體的耐受極限:(1)2m以上空間內的煙氣平均溫度大于180℃;(2)2m以下空間內的煙氣溫度超過50℃;(3)2m以下空間內的可視度小于10m;(4)2m以下空間內的CO2濃度超過1%(體積百分比);(5)2m以下空間內的CO濃度超過2 500ppm。確定ASET以最先達到上述某一條件的時間為準，這通常需要通過火災模擬的方法預測。在火災模擬設置火災場景時，需要考慮排煙系統的情況。下面以某商業防火分區中庭排煙系統是否失效來說明這個問題。

1 評估計算對象

計算對象包含有商場第二層及部分中庭的某防火分區，該防火分區的建筑面積為6 512m2，建筑室內凈空高度為3.5m，中庭高度為13.1m，該區域商業部分設有自動噴水滅火系統，設有機械排煙系統。為使計算更具合理性、有效性，計算起火位置設在商業部分靠近中庭的商鋪內，見圖1。

圖1 計算對象結構簡圖

2 設計火災

設計火災時應首先通過火災危險性與火災荷載分析，確定火災荷載、火災增長速率與最大熱釋放速率。影響火災規模大小的因素有燃料的火焰特性和對火的反應特性、擺放方式及其分布、是否有滅火系統和火場通風條件、建筑空間特性等。因為可燃物的性質、燃燒質量及燃燒面積等均與熱釋放速率有很大關系。

在商業建筑中，可能的火災起源有電器故障、可燃物過熱、易燃易爆物品管理不善或操作不當、故意縱火、吸煙等。商業建筑中的可燃物構成也比較復雜，包括木材、塑料、纖維、泡沫、電線電纜等，難以對所有可燃物都進行模擬計算，在模擬計算過程中將火災荷載轉化為具有同等荷載的木材。目前，對火災荷載的確定主要還是通過調查結果和計算分析相結合的方式，參考日本調查報告并結合我國實際情況，得到商場的火災荷載為480MJ·m－2。

因為同樣的火災荷載，如果火災增長速率不同，則危險性不同，造成的損失也不同。因此，火災模擬時需要確定火災增長速率的大小。火災早期發展速率的計算需綜合考慮可燃物(αf)、墻及頂棚材料(αm)的作用。根據Moc’s Notification 1441(2000)得到的計算公式 α = αf+ αm，其中，αf=2.6 ×10－6q15/3(式中q1為可移動火災載荷密度)，αm的值由墻面內裝修材料的可燃等級來確定。由于計算對象用途為商場，計算得到αf=0.076 5，裝修材料采用A級不燃裝修材料αm=0.003 5，則火災增長速率 α =0.08kW·s－2。

火災在經歷了早期的發展之后，將進入完全燃燒階段，在這個階段火災的熱釋放速率將達到最大。對完全燃燒和后期衰減過程，在火災安全評價中，一般保守假設水系統有效控火條件下最大熱釋放速率保持不變。模擬時，參照上海市地方標準《民用建筑防排煙技術規程》(DGJ08－88－2000)，選取“設有噴淋的商場，對應熱釋放量為5MW”，考慮到各種不確定性因素，保守的取火災安全系數為1.2，預測模擬時最大熱釋放量確定為6MW(對應達到該值的時間為273.85s)。通過上述分析和計算得到計算對象的設計火災參數(見表1)。

表1 設計火災參數

在進行火災模擬時，考慮計算對象中庭部位的機械排煙系統在火災中是否失效，設計了兩種火災場景，即火災場景A和火災場景B。其中，火災場景A為中庭部位的機械排煙系統失效，火災場景B為中庭部位的機械排煙系統正常工作。

3 預測模擬軟件及初始條件設定

運用火災動力學模擬軟件FDS模擬計算對象內的煙氣蔓延情況。采用FDS進行模擬預測前，首先要確定一系列初始條件。在模擬中設定的初始條件為:(1)環境情況:假設計算區域內外溫度均為20℃。壓力為1個標準大氣壓，計算區域內風速為0m·s－1。(2)起火地點:為使評估結果更具真實性以及考慮人員安全疏散的重要性，選擇防火分區3中庭附近的商鋪為起火點，具體位置參見圖1。(3)開口情況:在火災模擬過程中，考慮不利情況，該計算對象內商業區與輕軌站廳開口處的防火卷簾失效。(4)排煙情況:考慮兩種不同排煙情況，即火災場景A和火災場景B(中庭排煙量按換氣次數6次/h)。(5)模擬時間:由于人員疏散時間通常在15min以內完成，因此火災模擬時間確定為15min，即900s。

4 火災煙氣蔓延預測結果

4.1 火災場景A煙氣蔓延模擬結果

火災場景A煙氣蔓延模擬結果:(1)煙氣溫度:模擬過程中，上、下層煙氣溫度不斷上升;在模擬結束時，上層煙氣溫度達到160℃，下層煙氣溫度達到45℃。(2)CO2濃度:模擬過程中，CO2濃度不斷增加;在580s時，距離地面上方2m處的CO2濃度為1%。(3)CO濃度:在模擬過程中，CO濃度不斷增加;在模擬結束時，距離地面上方2m處的CO濃度最高達到100ppm。(4)能見度:在模擬過程中，能見度不斷降低;在579s時，距離地面上方2m處的能見度下降到10m左右。

4.2 火災場景B煙氣蔓延模擬結果

火災場景B煙氣蔓延模擬結果:(1)煙氣溫度:模擬過程中，上、下層煙氣溫度不斷上升;在模擬結束時，上層煙氣溫度達到150℃，下層煙氣溫度達到45℃。(2)CO2濃度:模擬過程中，CO2濃度不斷增加;在模擬結束時，距離地面上方2m處的CO2濃度未達到1%。(3)CO濃度:在模擬過程中，CO濃度不斷增加;在模擬結束時，距離地面上方2m處的CO濃度最高達到95ppm。(4)能見度:在模擬過程中，能見度不斷降低;在模擬結束時，距離地面上方2m處的能見度下降到11m左右。

4.3 模擬結果統計分析

根據上述兩種火災場景煙氣蔓延模擬結果，可以得到如表2的模擬結果統計表。由表2可知，火災場景A(排煙失效)時，可用的安全疏散時間ASETA=579s;火災場景B(排煙正常)時，可用的安全疏散時間ASETB＞900s。由此可知，當建筑內排煙系統正常工作時，可以為人員安全疏散提供更多的可用安全疏散時間，從而保證更多的人員能安全疏散。因此，在建筑使用過程中，應加強對排煙系統的維護，以保證在發生火災時，排煙系統能在第一時間投入到工作狀態中，這一點對于建筑內人員的安全疏散非常重要。

表2 煙氣蔓延模擬結果統計表

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