環境風對中庭自然排煙效果的影響分析

摘要：本文就某室內步行街中庭的消防排煙系統設計進行了探討，針對不滿足規范要求的設計，設定最不利火災場景，用數值模擬的方法驗證其自燃排煙的效果。模擬了火災時步行街中庭內不同場景的煙氣蔓延情況，獲得能見度、CO體積分數等參數。

關鍵詞：中庭；自然排煙效果；影響

1建立模型和工況設置

1.1模型的建立

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

1.2設定火災模型

火災的熱釋放速率和增長速率的設計是否合理直接關系到最后的分析結果，甚至有可能直接影響到最終結果。在FDS模擬計算中，通常采用t2火的熱釋放速率模型。步行街中庭處設置自動跟蹤定位射流滅火系統，該場景考慮火災時自動跟蹤定位射流滅火系統未啟動的不利情況，參照有關規程中關于無噴淋的中庭火災規模為4.0MW的規定，該場景最大熱釋放速率設定為4.0MW。考慮火災增長類型為快速t2火，α取0.04689KW/s2，火災以快速火方式增長到4.0MW，其后維持該熱釋放速率穩定燃燒。

1.3火災場景設計

起火位置如圖1，該處距疏散樓梯間的距離較近，火災發生后易影響附近樓梯間使用。該室內商業步行街的兩個中庭采光頂為鋼結構，頂部和側部均可設置自然排煙口，側面開窗會受到自然風的影響。查閱當地氣象資料可知：受地形影響，該市終年多東南和西北兩個風向。年平均風速3.4m/s，平均風速每年3月份最強，為5.6m/s。為能直觀地表明頂部排煙與側面排煙的差異性，設置分析場景進行模擬計算分析，在極端的情況下將風速加倍處理，所得的模擬場景如表1所示。其中自然排煙設計中的百分數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模擬結果

為了探究室外風對中庭上部自然排煙效果的影響，分別分析左、右、上、下四個方向在以下三種條件下的排煙有效率以及火災危險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的四周開設高側窗用來自然排煙，側面開窗的面積占中庭地面面積的26%，通過在采光頂側面四周設置的質量流量探測器來收集通過各個排煙窗口的質量流量數據。在中庭頂部只開高側窗進行自然排煙的情況下，各個高側窗在無風條件下的排煙量只跟其開窗面積有關，由于左、右兩個排煙窗的面積是上、下兩個排煙窗的兩倍，因此其排煙量也是大約兩倍的關系。4個高側窗在無風條件下平均的排煙量為99.2kg/s。根據軸對稱羽流的質量流率公式可知，當計算高度Z>火焰高度時，步行街4MW的火源產生的羽流質量流量為136.5kg，此時高側窗自然排煙的效率為72.7%。

3三種排煙方式在不同風速時的排煙效率

在開啟的自然排煙窗的面積相近的情況下，風速對自然排煙的效果具有非常大的影響。隨著風速增大，中庭頂部自然排煙的效率快速下降。其中，只采用側面開窗排煙的方式下降幅度最大（26.8%），側面開窗+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，朝向上空進行排煙，受到外界室外風的影響相對側面開窗排煙的方式要小。在采用側面開窗的方式進行自然排煙時，往往受到風向和風速的干擾。當室外風面向排煙窗吹時，該朝向的排煙窗不僅不能排煙，還容易引起室外風的“入侵”，造成煙氣的倒灌現象。另外，僅就某一固定風速而言，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，熱煙氣到達頂棚后可直接通過排煙口排出中庭，不必像側面開窗排煙那樣熱煙氣到達頂棚后需要經過一次轉折才能從一側排煙窗排出。由于側面開窗+頂棚開窗的自然排煙方式其頂棚開窗的面積偏小，側面開窗的面積與單采用側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，仍發揮了明顯的促進排煙作用，側面開窗+頂棚開窗排煙的效率在三種實驗風速條件下都比單采用側面開窗的排煙方式要高。

4結語

總之，排煙設計對排煙效果有著至關重要的影響，自然排煙口設置位置、排煙口面積和環境風速的影響等都會影響自然排煙效果。所以，以上對環境風對中庭自然排煙效果影響的研究很有意義。

參考文獻：

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[2]蔡崇慶，姜學鵬，袁月明.排煙口間距對隧道集中排煙煙氣層吸穿影響的模擬[J].安全與環境學報.2014.

（作者單位：煙臺市建筑設計研究股份有限公司）

作者簡介：劉麗玉（1986.1-），女，山東煙臺人，天津城建大學供熱供燃氣通風及空調工程碩士研究生，暖通工程師，研究方向：建筑暖通。