抽水蓄能電站地下廠房防排煙系統數值模擬研究

作者簡介：

張楠（1994— ），女，漢族，山東莘縣人，碩士研究生，工程師，研究方向：暖通空調設計。

摘要：本文對河北尚義抽水蓄能電站的地下廠房運營期間的排煙系統性能進行了數值模擬預測研究。計算結果表明，地下廠房不同位置發生火災時的排煙效果以及預留的人員逃生時間各不相同。對發生在主變洞一、二層1MW的火災，19000m3/h的機械排煙來說，建議逃生時間分別為258s、279s。對分別發生在副廠房四、五、六、八層1MW的火災，19000m3/h的機械排煙來說，建議逃生時間分別為228s、189s、83s、193s。模擬不同著火情況下，設置機械排煙相比于未設置機械排煙的情況，逃生時間延長了最短6s、最長91s。需要改進機械排煙設施來爭取火災發生時人員逃生的寶貴時間。

關鍵詞：機械防排煙；地下廠房；火災；數值模擬

引言

抽水蓄能電站是能向上水庫抽水蓄能的水電站，一般用于電網的調峰、調頻、調相及事故備用^[1]。由于抽水蓄能電站地下廠房建筑深埋地下，建筑本身具有冷熱負荷小的優勢^[2]。但深埋地下又會導致火災發生時逃生困難，因此地下廠房建立防排煙措施尤為重要。我國的抽水蓄能電站中現在主要采用自然通風和自然排煙、機械加壓送風和機械排煙或兩者混合的方式設置防、排煙系統^[3]。需要根據不同廠房的特點選取相應的排煙系統設計，廠房內的各項設備需滿足安全運行的標準，以保證各類機電設備的穩定通暢運行^[4]。而火災產生的煙氣通過排風洞的排風道及豎井排至地面。^[5]。本文以河北尚義抽水蓄能電站的主變洞、副廠房為對象展開研究，通過對不同火災工況下的模擬分析，得到地下廠房內火災煙氣蔓延的規律，從而為該類型地下建筑設計運行方案提供數據參考。

一、研究對象與方法

本次研究對象為主變洞和副廠房。研究采用數值模擬仿真方法對地下廠房煙霧擴散情況、排煙系統排煙情況、人員逃生等進行計算，為地下廠房的防排煙設計提供參考。

（一）物理幾何模型

圖1為本研究的地下主變洞、副廠房（以第五層為例）的幾何模型示意圖。

（二）邊界條件設置

模擬的火源設置為液態火，火源位置分別位于地下廠房各層處。火源單位面積的熱釋放速率（HRR）根據現行標準進行確定。查閱《建筑防煙排煙系統技術標準》（GB51251—2017），對于房間高度超過8m的廠房按未設置自動噴水滅火系統的廠房建筑計算，火災達到穩態時的熱釋放速率為8MW，計算得到單位面積熱釋放速率（HRR）為8000kW/m2。主變洞走廊和副廠房按設置自動噴水滅火系統的廠房建筑計算，火災達到穩態時的熱釋放速率為1MW，計算得到單位面積熱釋放速率（HRR）為1000kW/m2。

二、結果與討論

（一）主變洞火災機械排煙模擬

圖2展示了火源位于主變洞一層時，1MW的火災發生100s后被熄滅，進行19000m3/h的機械排煙900s以及機械防煙，主變洞排煙效果隨時間變化的動態模擬，以及與未進行排煙的對比。從圖中可以看到火災發生后，產生的煙霧開始蔓延至樓道并向上層擴散，同時火災煙霧還沿樓道橫向蔓延。火災發生40s后，煙霧擴散至主變洞二層，火災發生100s后，火災煙霧蔓延至一層樓道中部，主變洞二層已經向四周擴散煙霧，此時火災被熄滅，火災產生的煙霧則繼續蔓延。火災熄滅約300s后，主變洞頂部基本被煙霧充滿。至火災發生600s后，主變洞一層、二層的整個空間已基本被煙霧填充，同時模擬機械排煙風機未運行的情況，發現機械排煙效果明顯。

對于發生于主變洞一層的火災，逃生人員應從遠離火源一側的樓梯口逃生，在有機械排煙情況下煙霧在火災發生后40s蔓延至主變洞二層，火災發生后258s煙霧蔓延至主變洞一層地面處，相比無機械排煙時煙霧擴散慢6s，并且煙霧濃度明顯減少，因此人員逃生時間最好不超過258s。

通過模擬結果可知，當火源位于主變洞二層時，1MW的火災發生100s后被熄滅，進行19000m3/h的機械排煙900s以及機械防煙，主變洞排煙效果隨時間變化的動態模擬，以及與未進行排煙的對比。可以看到火災發生后，產生的煙霧開始蔓延至樓道，同時火災煙霧還沿樓道橫向蔓延。火災發生26s后，煙霧擴散至主變洞二層頂部，火災發生100s后，火災煙霧蔓延至二層樓道中部，此時火災被熄滅，火災產生的煙霧則繼續蔓延。火災熄滅約300s后，主變洞二層樓道頂部基本被煙霧充滿。至火災發生600s后，主變洞二層的整個空間已基本被煙霧填充，煙霧一直未擴散至主變洞一層。同時模擬機械排煙風機未運行的情況進行對照，發現機械排煙效果明顯。

對于發生于主變洞二層的火災，逃生人員應從遠離火源一側的樓梯口逃生，由于煙霧在火災發生后279s蔓延至主變洞一層地面，相比無機械排煙情況下減緩28s，且蔓延到地面時的煙霧濃度明顯下降，因此人員

逃生時間最好不超過279s。

（二）副廠房火災機械排煙情況模擬

圖3展示了火源位于副廠房四層時，1MW的火災發生，19000m3/h的機械排煙以及機械防煙同步進行，火災100s后被熄滅，機械排煙繼續運轉900s，著火層的排煙效果隨時間變化的動態模擬。從圖中可以看到火災發生后，產生的煙霧開始蔓延至樓道并逐漸通過樓道向其他房間擴散。火災發生10s后，煙霧由著火房間擴散至樓道，火災發生34s后，火災煙霧充滿樓道并擴散至樓梯前室。火災發生約100s后，副廠房著火層基本被煙霧掩蓋。火災熄滅后，煙霧繼續擴散，火災熄滅后機械排煙228s，煙霧蔓延至樓梯間。火災熄滅后機械排煙1000s后，煙霧基本被排盡。

對于發生于副廠房四層的火災，逃生人員應從樓梯口逃生，由于煙霧迅速擴散至樓道中，并且火災發生后228s時煙霧擴散至樓梯間，相比于未進行機械排煙慢94s，因此人員逃生時間最好不超過228s。

通過模擬結果可知，火源位于副廠房五層時，1MW的火災發生，19000m3/h的機械排煙以及機械防煙同步進行，火災100s后被熄滅，機械排煙繼續運轉900s，著火層的排煙效果隨時間變化地動態模擬。可以看到火災發生后，產生的煙霧開始蔓延至樓道并逐漸通過樓道向其他房間擴散。火災發生10s后，煙霧由著火房間擴散至樓道，火災發生50s后，火災煙霧充滿樓道并擴散至樓梯間。火災發生64s后煙霧擴散至樓梯前室。火災熄滅后，煙霧繼續擴散，但始終未擴散至樓梯間，火災熄滅后繼續機械排煙900s，煙霧濃度明顯下降。

對于發生于副廠房五層的火災，逃生人員應從樓梯口逃生，由于煙霧迅速擴散至樓道中，并且火災發生后189s時樓梯前室已基本被煙霧充滿，人員逃生時間最好不超過189s。

通過模擬結果可知，火源位于副廠房六層時，1MW的火災發生，19000m3/h的機械排煙以及機械防煙同步進行，火災100s后被熄滅，機械排煙繼續運轉900s，著火層的排煙效果隨時間變化的動態模擬。火災發生后，產生的煙霧開始蔓延至樓道并逐漸通過樓道向其他房間擴散。火災發生10s后，煙霧由著火房間擴散至樓道，火災發生50s后，樓道被火災煙霧基本充滿。火災發生約100s后，副廠房著火層基本被煙霧遮蔽。火災熄滅后，煙霧繼續擴散，排煙風機繼續工作，機械排煙900s后，濃霧下降明顯。

對于發生于副廠房六層的火災，逃生人員應從樓梯口逃生，由于煙霧迅速擴散至樓道中，并且火災發生后83s時煙霧擴散至樓梯間，人員逃生時間最好不超過83s。

通過模擬結果可知，火源位于副廠房八層時，1MW的火災發生，19000m3/h的機械排煙以及機械防煙同步進行，火災100s后被熄滅，機械排煙繼續運轉900s，著火層的排煙效果隨時間變化地動態模擬。火災發生后，產生的煙霧開始蔓延至樓道并逐漸通過樓道向其他房間擴散。火災發生10s后，煙霧由著火房間擴散至樓道，火災發生100s后，火災煙霧充滿樓道并擴散至樓梯間。火災發生約160s后，副廠房著火層基本被煙霧掩蓋。火災熄滅后，煙霧繼續擴散，火災熄滅后機械排煙900s后，濃霧下降明顯。

對于發生于副廠房八層的火災，逃生人員應從樓梯口逃生，由于煙霧迅速擴散至樓道中，并且煙霧在火災發生后94s時充滿樓道比無機械排煙慢35s，在火災發生后193s時蔓延至樓梯間比無機械排煙慢94s，因此人員逃生時間最好不超過193s。

結語

本文對河北尚義抽水蓄能電站地下廠房火災排煙系統性能進行了數值模擬。從模擬結果可以看出，機械排煙系統的設置使逃生時間發生了較大的變化，具體結論如下。第一，主變洞發生1MW火災，主變洞最短258s煙霧到達主變洞一層地面，建議著火樓層人員逃生時間不超過258s；第二，副廠房發生1MW火災，副廠房最短83s煙霧到達樓梯間或前室，建議人員逃生時間不超過80s。

參考文獻

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