中庭建筑的回廊排煙策略數(shù)值模擬探討

1、2013 年 4 月Refrigeration and Air ConditioningApr. 2013.186191文章編號：1671-6612（2013）02-186-06中庭建筑的回廊排煙策略數(shù)值模擬探討王澤宇 1劉明非 1波 2袁中原 2雷（1.中國建筑西南設(shè)計研究院成都610081；2.西南交通大學(xué)成都610031）【摘 要】 針對中庭建筑中的回廊，以巴基斯坦某項目為例，采用火災(zāi)動力學(xué)數(shù)值模擬軟件 FDS（Fire DynamicsSimulation）對中庭中回廊的火災(zāi)場景進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬內(nèi)容包括火災(zāi)溫度場、CO 濃度場分布、 能見度分布等。通過對煙氣蔓延特性的分析和判斷，優(yōu)化

2、中庭建筑中回廊的排煙系統(tǒng)設(shè)計?！娟P(guān)鍵詞】 中庭建筑的回廊；數(shù)值模擬；機(jī)械排煙系統(tǒng)中圖分類號 TU83文獻(xiàn)標(biāo)識碼 BNumerical Simulation Research of Smoke Exhaust in the Corridor around Atrium of the BuildingWang Zeyu1Liu Mingfei1Lei bo2Yuan Zhongyuan2( 1.China Southwest Architectural Design and Research Institute, Chengdu, 610081;2.Southwest Jiaotong Unive

3、rsity, Chengdu, 610031 )【Abstract】 Through using Fire Dynamics Simulation software, this paper simulates the corridor smoke control system when fire accident occurs in the building with atrium which is located in Pakistan. The simulation results include fire temperature field, the CO concentration d

4、istribution field, visibility, etc. Through analyzing smoke spread characteristics, this paper proposes optimum design advices for smoke control design in the corridor of the building with atrium.【Keywords】 corridor; simulation; mechanical smoke control system0 引言中庭建筑中的回廊是建筑各層房間連通疏散 樓梯的重要通道，房間發(fā)生火災(zāi)時，

5、人員經(jīng)過回廊 疏散到防煙樓梯間，回廊的排煙系統(tǒng)必須保證煙層 高度高于疏散人員高度，為逃生人員贏得更多的時 間1。此外，由于中庭是一個多層共享空間，一旦 起火，火災(zāi)蔓延速度快，煙氣擴(kuò)散迅速，煙氣可以 在中庭內(nèi)迅速擴(kuò)展到與之相連的其它各樓層，從而 引發(fā)多個起火點，使得后期撲救難以準(zhǔn)確找到火源 位置，增加了滅火困難2,3。如果中庭與回廊之間 設(shè)置防火卷簾，回廊為一個相對封閉的空間，按照高層建筑防火設(shè)計規(guī)范中走道排煙的相關(guān)要求 設(shè)計排煙系統(tǒng)，排煙情況相對簡單。如果中庭與回 廊之間沒有用防火卷簾隔開，回廊與中庭為一個連通空間，回廊的排煙仍然按照高規(guī)中走道排煙的相關(guān)要求設(shè)計，排煙效果究竟能否達(dá)到預(yù)期效果

6、呢？帶著這個疑問，本文采用火災(zāi)動力學(xué)數(shù)值模擬 軟件 FDS（Fire Dynamics Simulation），研究中庭建 筑中回廊與中庭為一個連通空間的情況下回廊的 煙氣流動特性、排煙系統(tǒng)設(shè)計方法。1火災(zāi)場景模型建筑模型概況：實例項目為一地處巴基斯坦伊 斯蘭堡的酒店建筑，建筑高度 160m，地上 32 層， 典型平面如圖 1，建筑內(nèi)部包含一個 152m 高回廊 式超高階梯形中庭，各層客房回廊與中庭相連，模 型如圖 2 所示。作者（通訊作者）簡介：王澤宇（1980-），男，工學(xué)碩士，工程師，E-mail：stanta163 收稿日期：2012-12-27第 27 卷第 2 期王澤宇，等：中庭建

7、筑的回廊排煙策略數(shù)值模擬探討·187·圖 1 酒店客房層典型平面圖Fig.1 Typical Guest room Layer Plan of Hotel圖 2 建筑模型Fig.2 Building Model人員逃生環(huán)境判斷標(biāo)準(zhǔn)：本模擬計算主要參考美國大空間建筑煙氣控制規(guī)范 NFPA92B4和上海 市民用建筑防排煙技術(shù)規(guī)程的相應(yīng)指標(biāo)參數(shù)對 火災(zāi)時人員疏散情況加以分析判斷，主要包括：（1）在逃生時間內(nèi)人員高度的煙氣溫度不超 過 60；（2）在火源 30m 以外對應(yīng)的煙氣溫度不超過150；（3）人員高度 CO 濃度不超過 500ppm；（4）小房間內(nèi)人員高度處能見度不小于 5

8、m， 中庭及回廊內(nèi)不小于 10m?；鹪茨Ｐ透艣r：火源模型主要參照上海市民 用建筑防排煙技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，本次模型的客房、 走道、中庭等均設(shè)置了噴淋，客房熱釋放率峰值取 為 1.5MW，火災(zāi)增長速率取為 0.047kW/s25?；馂?zāi)場景描述：起火點位于建筑第 7 層客房內(nèi)，中庭排煙風(fēng)機(jī) 關(guān)閉，僅開啟回廊排煙系統(tǒng)，回廊與中庭連接處設(shè) 置擋煙垂壁，擋煙垂壁高度為吊頂向下突出 500mm。 工況一：每層回廊為一個防煙分區(qū)，設(shè)置2個排煙口，排煙總量為51000m3/h（建筑面積×60），排 煙口的布置如下圖3。工況二：每層回廊劃分為2個防煙分區(qū)（采用擋 煙垂壁劃分），每個防煙分區(qū)設(shè)置2個排煙口，

9、走 廊共計 4 個 排煙口， 每個防煙 分區(qū)排煙 量為 25500m3/h（每個防煙分區(qū)面積×60），火災(zāi)時靠近 著火房間位置的排煙口及其排煙風(fēng)機(jī)開啟，排煙口 布置圖如圖4所示。工況三：排煙口的設(shè)置方式與工況二相同，每個防煙分區(qū)排煙量加大到為51000m3/h（建筑面積×120）。圖3 一個防煙分區(qū)排煙口布置圖Smoke Vent Arrangement for One Smoke ZoneFig.3圖 4 兩個防煙分區(qū)排煙口布置圖Smoke Vent Arrangement for Two Smoke ZonesFig.4·188·制冷與空調(diào)2013

10、年2模擬結(jié)果2.1工況一煙氣流動特性預(yù)測（1）煙氣蔓延圖 5 為工況一的煙氣蔓延圖，從圖中可知，火 災(zāi)后 100s 煙氣將充滿整個著火房間，并在火災(zāi)發(fā)生 120s 后蔓延到相鄰回廊中?；馂?zāi)發(fā)生后 200s，煙氣越過回廊向中庭上部擴(kuò)散至建筑 13 層高度處 的梯形拐點處，并在該處聚集。最終，由于回廊風(fēng) 機(jī)的排煙作用，建筑 13 層以上中庭空間的煙氣量 較少。（a）100s（b）120s（c）200s圖 5 煙氣蔓延圖（d）600sFig.5 Smoke Spread of Fire Accident（2）溫度分布圖 6 為火災(zāi)發(fā)生后 600s 時的煙氣溫度分布圖， 從圖（a）可以看出，回廊頂壁煙

11、氣溫度在靠近火 災(zāi)房間位置處超過 150，但遠(yuǎn)離火災(zāi)房間 30m 外 的頂壁溫度低于 150，滿足逃生要求。從圖（b）可以看出，回廊人員高度處的煙氣溫度在靠近火災(zāi)房間位置處超過 60，但遠(yuǎn)離火災(zāi)房間 30m 外的 溫度低于 60。另外，整個中庭的溫度遠(yuǎn)低于60，滿足人員逃生要求。（a）回廊輻射溫度俯視圖（b）回廊接觸溫度俯視圖圖 6 溫度分布圖Temperature Field of Fire Accident圖 8 為火災(zāi)發(fā)生后 600s 時的人員能見度分布Fig.6（3）CO 濃度分布圖 7 為火災(zāi)發(fā)生后 600s 時的 CO 濃度分布圖，從中可以看出，除火源附近外回廊人員高度處的 CO

12、濃度小于 50ppm，滿足人員逃生要求。且整個 中庭的煙氣 CO 濃度幾乎為 0，滿足人員逃生要求。（4）能見度分布圖，從中可以看出，回廊人員高度處的能見度在靠近火災(zāi)房間位置處小于 10m，但遠(yuǎn)離火災(zāi)房間 30m 外的能見度大于 10m，滿足人員逃生要求，整個中 庭的人員能見度接近 30m，這是由于中庭空間較 大，對煙氣有足夠的稀釋作用。第 27 卷第 2 期王澤宇，等：中庭建筑的回廊排煙策略數(shù)值模擬探討·189·圖 7 CO 濃度分布圖Fig.7 CO Concentration Distribution Field圖 8 能見度分布圖Fig.8 Visibility D

13、istribution Field2.2工況二煙氣流動特性預(yù)測（1）煙氣蔓延圖 9 為工況二的煙氣蔓延圖，從圖中可知，火 災(zāi)后 100s 煙氣將充滿整個著火房間，在火災(zāi)發(fā)生120s 后蔓延到相鄰回廊中，并在火災(zāi)發(fā)生后 200s充滿回廊?；馂?zāi)發(fā)生后 300s，煙氣越過回廊向中庭上部擴(kuò)散至建筑 13 層高度處的梯形拐點處，并在 該處聚集。最終，由于回廊風(fēng)機(jī)的排煙作用，煙氣 無法擴(kuò)散至建筑 13 層以上。（a）100s（b）120s（c）200s圖 9 煙氣蔓延圖（d）300s（e）600sFig.9 Smoke Spread of Fire Accident（a）回廊輻射溫度俯視圖（b）回廊接觸溫

14、度俯視圖圖 10 溫度分布圖Fig.10 Temperature Field of Fire Accident圖（b）可以看出，回廊人員高度處的煙氣溫度在（2）溫度分布圖 10 為火災(zāi)發(fā)生后 600s 時的煙氣溫度分布圖，從圖（a）可以看出，回廊頂壁煙氣溫度在靠 近火災(zāi)房間位置處超過 150，但遠(yuǎn)離火災(zāi)房間30m 外的頂壁溫度低于 150，滿足逃生要求。從靠近火災(zāi)房間位置處超過 60，但遠(yuǎn)離火災(zāi)房間30m 外的溫度低于 60。整個中庭的溫度遠(yuǎn)低于60，滿足人員逃生要求。（3）CO 濃度分布·190·制冷與空調(diào)2013 年圖 11 為火災(zāi)發(fā)生后 600s 時的 CO 濃度分布

15、圖，從中可以看出，除火源附近外回廊人員高度處的 CO 濃度小于 50ppm，滿足人員逃生要求。整個中 庭的煙氣 CO 濃度幾乎為 0，滿足人員逃生要求。（4）能見度分布圖 12 為火災(zāi)發(fā)生后 600s 時的人員能見度分布 圖，從中可以看出，回廊人員高度處的能見度在靠 近火災(zāi)房間位置處小于 10m，但遠(yuǎn)離火災(zāi)房間 30m 外的能見度大于 10m，滿足人員逃生要求。整個中 庭的人員能見度接近 30m，這是由于中庭空間較 大，對煙氣有足夠的稀釋作用。2.3工況三煙氣流動特性預(yù)測（1）煙氣蔓延圖 13 為工況三的煙氣蔓延圖，從圖中可知， 火災(zāi)后 100s 煙氣將充滿整個著火房間。最終，由 于回廊風(fēng)機(jī)的

16、排煙作用，火災(zāi)煙氣將被控制在著火 層。圖 11 CO 濃度分布圖Fig.11 CO Concentration Distribution Field（a）100s（b）600s圖 13 煙氣蔓延圖Fig.13 Smoke Spread of Fire Accident（2）溫度分布圖 14 為火災(zāi)發(fā)生后 600s 時的煙氣溫度分布 圖，從圖（a）可以看出，回廊頂壁煙氣溫度在靠 近火災(zāi)房間位置處超過 150，但遠(yuǎn)離火災(zāi)房間30m 外的頂壁溫度低于 150，滿足逃生要求。從 圖（b）可以看出，回廊人員高度處的煙氣溫度在 靠近火災(zāi)房間位置處超過 60，但遠(yuǎn)離火災(zāi)房間30m 外的溫度低于 60。由于該

17、工況下煙氣沒有 蔓延到中庭內(nèi)部，因此不予分析中庭的溫度分布。圖 12 能見度分布圖Fig.12 Visibility Distribution Field（a）回廊輻射溫度俯視圖（b）回廊接觸溫度俯視圖圖 14溫度分布圖Fig.14Temperature Field of Fire AccidentCO 濃度小于 5ppm，滿足人員逃生要求。由于該（3）CO 濃度分布圖 15 為火災(zāi)發(fā)生后 600s 時的 CO 濃度分布圖，從中可以看出，除火源附近外回廊人員高度處的工況下煙氣沒有蔓延到中庭內(nèi)部，因此不予分析中庭的 CO 濃度分布。第 27 卷第 2 期王澤宇，等：中庭建筑的回廊排煙策略數(shù)值模擬

18、探討·191·過回廊排煙系統(tǒng)排至室外，只有很少的煙氣蔓延到中庭空間；而同樣的排煙策略，只是把排煙量加大 一倍，所有煙氣都從回廊排煙系統(tǒng)排走，幾乎沒有 煙氣蔓延到中庭空間?？紤]到一個排煙系統(tǒng)同時為 幾個防煙分區(qū)服務(wù)時，按規(guī)范要求排煙風(fēng)機(jī)的排煙 量按最大防煙分區(qū)面積乘以 120 計算，因此當(dāng)火災(zāi) 剛發(fā)生還沒有蔓延到相鄰上一層的情況下，對于火 災(zāi)層的排煙量即為系統(tǒng)的排煙量。由此可見，當(dāng)中 庭與回廊無防火卷簾時，中庭回廊的煙氣控制策略 是：應(yīng)在回廊與中庭連接處設(shè)置擋煙垂壁，每層回 廊宜至少劃分為 2 個防煙分區(qū)，每個防煙分區(qū)排煙 口的布置不能僅僅局限于滿足規(guī)范小于 30m 的要 求

19、，而應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加排煙口均勻布置，方可有效排 走回廊上的煙氣，當(dāng)回廊周邊房間發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng) 就近開啟著火防煙分區(qū)的排煙風(fēng)機(jī)和排煙口。圖 15 CO 濃度分布圖Fig.15 CO Concentration Distribution Field（4）能見度分布圖 16 為火災(zāi)發(fā)生后 600s 時的人員能見度分布 圖，從中可以看出，回廊人員高度處的能見度在靠 近火災(zāi)房間位置處小于 10m，但遠(yuǎn)離火災(zāi)房間 30m 外的能見度大于 10m，滿足人員逃生要求。由于該 工況下煙氣沒有蔓延到中庭內(nèi)部，因此不予分析中 庭的能見度分布。4結(jié)論中庭建筑中的回廊應(yīng)獨立設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)， 如果回廊與中庭之間沒有防火卷簾分隔，每層回廊 宜至少劃分為兩個防煙分區(qū)，且每個防煙分區(qū)排煙 口的布置應(yīng)盡可能多個均勻布置，以使火災(zāi)煙氣快 速排除，一方面可以避免煙氣外溢擴(kuò)散，另一方面 可以保證人員的安全疏散。參考文獻(xiàn)：鐘偉,霍然,王浩波.中庭式建筑內(nèi)回廊排煙方法有效性的研究J.安全與環(huán)境學(xué)報,2007,7(3):107-109. 王榮輝,張村峰,賓雄由,等.中庭建筑回廊排煙方法的 模擬實驗研究J.火災(zāi)科學(xué),2006,15(3):178-183. 劉方,嚴(yán)治軍.中庭煙氣控制研究現(xiàn)狀與展望J.重慶建 筑大學(xué)學(xué)報,1999,21(6):1