半地下停車庫自然排煙—補風方式的FDS數值模擬

唐 妙 李夢君

(佛山市公安消防支隊南海大隊，廣東佛山 528200)

近年來，隨著人民的生活水平大幅度的提高，城市交通中使用的中、小型汽車數量飛速增長。特別是近幾年來家用轎車的普及，給城市交通、環境等帶來了巨大的壓力，為了有效解決停車用地緊張的問題，地下停車庫或停車場應運而生。受通風、采光、經濟、環保等諸多因素的影響，最為常見的是半地下車庫。由于現行的GB 50067-97汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范中沒有半地下車庫的概念，因此，對于此類停車庫的排煙補風方式都統一按照地下車庫的要求設置，即面積大于2 000 m2的地下車庫應設置機械排煙設施。在實際工作中忽略了其高側窗及采光通風口，這樣一概而論的要求，必然造成資源的消耗和浪費。因此，研究半地下車庫的排煙方式是非常必要的。目前對地下建筑火災煙氣蔓延規律研究的方法主要有實驗研究和計算機模擬。國內進行該方面實驗研究的有公安部四川消防科研所承擔的“九五”國家重點科技攻關項目《地下商業街火災煙氣流動特性實驗研究》［1］。模擬研究目前主要采用美國NIST開發的CFAST和FDS軟件。本文主要采用FDS火災動力學軟件來模擬半地下車庫的排煙補風方式。

1 火災場景設計

本文以某住宅小區的局部開敞式地下停車庫作為模擬對象，由于其建筑面積約4萬m2，車庫面積較大，不便于對整個車庫模擬，因此從中選取第六防火分區進行研究。圖1為第六防火分區結構示意圖。該分區建筑面積為3 243.69 m2，其中消防水池、生活水池、泵房、風機房、主樓疏散樓梯建筑面積為455.74 m2;防火分區內設117個車位，層高為3.8 m。一側設有可開啟外窗，窗高2.54 m，面積約為88.9 m2，地下車庫頂板設有三個采光通風井，面積分別為 30.8 m2，21.1 m2，88.6 m2。

根據第六分區的實際設置情況，考慮火災場景設定的主要影響因素，設定火災場景如下:地下車庫主要危險源為停放的汽車。假定起火源是由第六防火分區中央的一輛汽車引發火災然后引燃周圍的汽車，火源面積為2 m2。假設最不利情況，噴淋失效。

2 數值模型的建立

在建立數值模型的過程中，采用規則控制容積，將所選分區看作長方體。在火災場景模型圖中網格尺寸設為0.4 m×0.4 m×0.2 m，在火源區加密，網格為0.2 m ×0.2 m ×0.2 m。

設計兩種不同的自然排煙補風方式(單獨采光井自然排煙及采光井自然排煙和高側窗自然補風方式)建模，并且把這兩種排煙補風方式定義為算例1，2。

算例1:單獨采光井自然排煙情況。地下車庫頂板設有三個采光通風井，面積分別為 30.8 m2，21.1 m2，88.6 m2，總面積合計140.5 m2，自然排煙口面積約占所選分區總面積的4.3%。主要參數設置為進出車口通道為開口狀態;排煙口設置為開啟、火源位置處在所選分區中央;假設一輛小車著火，火源釋放熱量為公式Qf=at2，其中，a=0.046 9，Qmax=4 MW(噴淋失效)，Qmax=1.5 MW;模擬計算時間為900 s和600 s。

算例2:采光井自然排煙和高側窗自然補風方式情況。采光井總面積同上，高側窗高2.54 m，補風面積為88.6 m2。

說明:主要參數設置同算例1。

3 計算結果模擬分析

火場的溫度和能見度是衡量火災危險性的兩個重要指標。澳大利亞的《Fire Engineering Guideline》第 4.3.4.2 條規定［2］:距地面2 m以下空間內煙氣溫度不能超過60℃，能見度要大于10 m。另外關于人員危險臨界條件的確定方法，以煙氣層距地面的高度S滿足關系:S=1.6+0.1H(H為樓板高度)時認為達到危險狀態。本車庫S大約為2 m，所以我們分別研究安全時刻在900 s和600 s時，1.8 m高度處溫度、能見度以及煙氣層高度隨時間的變化。

1)算例1的計算結果分析。

圖2a)，2b)，2c)和2d)分別為1.8 m 高度處900 s單采光井自然排煙在噴淋失效時溫度場分布圖、1.8 m高度處600 s單采光井自然排煙能見度分布圖及900 s單采光井自然排煙能見度分布圖及煙氣層高度變化圖。從圖2a)可知，在火源中心附近及區域上方的兩個死角處溫度較高，但其溫度均低于60℃，其他區域溫度遠低于60℃;圖2b)可看出，絕大多數區域的能見度低于10 m;從圖2c)可看出，900 s單采光井自然排煙能見度更差，幾乎所有區域的能見度都低于10 m;從圖2d)可知，單獨采光井自然排煙方式的煙氣層從430 s開始下降到1.8 m以下。因此，采用單采光井自然排煙方式，整個分區已經基本處于危險狀況，這對車庫內人員的逃生造成很大的威脅。

圖3a)，3b)和3c)分別為1.8 m高度處900 s單采光井自然排煙在噴淋有效時溫度場分布圖、1.8 m高度處600 s單采光井自然排煙能見度分布圖及900 s單采光井自然排煙能見度分布圖。從圖3a)可看出，溫度場和能見度都較無噴淋時有所改善;但從圖3b)可看出，火源附近及區域死角處能見度較差，中間一部分區域能見度較好;從圖3c)中可看出，幾乎整個區域的能見度都較差。所以，采光井自然排煙不論有無噴淋的排煙效果都較差，不利于人員的逃生。

2)算例2的計算結果分析。

圖4a)，4b)，4c)和4d)分別為噴淋失效時采光井自然排煙和高側窗自然補風方式在1.8 m高度處900 s時溫度場分布圖，600 s時能見度分布圖，900 s時能見度分布圖及煙氣層高度變化圖。從圖4a)可看出，火源附近及高側窗附近溫度較高，但均低于60℃，其他區域溫度遠遠低于60℃。從600 s采光井自然排煙和高側窗自然補風方式能見度分布圖可看出，只有火源附近能見度低于10 m，其他區域能見度都大于10 m，圖4b)與4c)相比較，除了火源附近能見度低于10 m，在區域右上死角能見度也相對較低，但能見度也高于10 m，其他區域能見度遠高于10 m，由圖4d)可知，采光井自然排煙和高側窗自然補風方式的煙氣層高度在2.5 m左右，這對車庫內的人員不會造成威脅。

圖5a)，5b)和5c)分別為有噴淋時采光井自然排煙和高側窗自然補風方式在1.8 m高度處900 s時溫度場分布圖、600 s時能見度分布圖及900 s時能見度分布圖。從圖中可看出，與無噴淋相比較，溫度場更低，能見度更高。因此，在噴淋有效時，采光井自然排煙和高側窗自然補風方式效果更好。

4 結語

本文通過設計火災場景，設置兩個模擬算例，通過對比研究分析對人體構成危險的能見度、溫度場和煙氣層安全高度等參數，應用FDS模擬計算半地下車庫自然排煙補風方式的有效性。通過FDS模擬的計算結果分析表明，采光通風井+高側窗補風的自然排煙方式可以有效實現對煙氣的控制，阻止火勢擴大，安全疏散時間較多，在有噴淋作用下，排煙效果更佳。基于經濟成本考慮，自然排煙—補風方式對該類地下車庫防排煙具有借鑒意義。

［1］蘭 彬，錢建民.國內外防排煙技術研究的現狀和研究方向［J］.消防科學與技術，2001(2):17-18.

［2］ABCD，2001.Fire Enigineering Guidelines，Australian Building Codes Board，Sydney Australia.