建筑火災(zāi)煙氣控制淺談

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1、建筑火災(zāi)煙氣控制淺談?wù)罕疚氖紫葘?duì)建筑火災(zāi)煙氣流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了分析,介紹了著火房間內(nèi)外的壓力分布情況,著火房間門窗開啟時(shí)的氣體流動(dòng)情況以及煙囪效應(yīng),進(jìn)而分析煙氣的質(zhì)量生成率、溫度及分布情況、風(fēng)和建筑通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)煙氣流動(dòng)的影響情況，最后對(duì)提出了煙氣控制的幾種方式，并分析比較。關(guān)鍵詞：建筑火災(zāi)，煙氣流動(dòng)，煙氣控制1建筑火災(zāi)煙氣流動(dòng)的分析建筑物內(nèi)煙氣的流動(dòng)在不同燃燒階段表現(xiàn)是不同的。在火災(zāi)發(fā)生初期，煙氣由于其溫度高且密度小，便會(huì)伴隨著火焰向上升騰，遇到頂棚后，則轉(zhuǎn)為水平方向的層流流動(dòng)。試驗(yàn)研究表明，這種層流狀態(tài)可保持40-50m。煙氣沿著頂棚流動(dòng)時(shí)，如遇到梁或者擋煙垂壁就會(huì)反向

2、流動(dòng)，并逐漸在頂棚聚集，直到煙氣的厚度超過(guò)擋煙物體時(shí)，就會(huì)繞過(guò)擋煙物體流到其他的空間。此階段，煙氣擴(kuò)撒速度約為0.3m/s。轟然發(fā)生前，煙氣擴(kuò)散速度約為0.5-0.8m/s，此時(shí)煙氣層厚度已充滿走廊高度的一半。轟燃發(fā)生時(shí)，煙氣的噴出速度可達(dá)每秒數(shù)十米。當(dāng)然，煙氣在垂直方向上的流動(dòng)也是很迅速的。實(shí)驗(yàn)證明，煙氣在垂直方向上的流動(dòng)速度要比水平方向流動(dòng)速度快很多，一般可達(dá)3-5m/s。煙氣的流動(dòng)通常遵循由壓力高的地方向壓力低的地方流動(dòng)這個(gè)基本規(guī)律，倘若房間內(nèi)為負(fù)壓，那么煙氣就會(huì)通過(guò)通風(fēng)口進(jìn)入室內(nèi)。1.1著火房間內(nèi)外壓力分布著火房間內(nèi)外壓力分布如圖1所示。陰影區(qū)域?yàn)橹鸱块g內(nèi)外的

3、隔墻，陰影區(qū)域右側(cè)為著火房間，左側(cè)為室外，相應(yīng)的氣體溫度分別為tn，tw，相應(yīng)的密度分別為ρn，ρw，房間高度，即從地面到頂棚的垂直距離為H0。下面是以地面為基準(zhǔn)面，來(lái)分析垂直方向上著火房間內(nèi)外的壓力分布情況。圖1著火房間內(nèi)外壓力分布令著火房間內(nèi)外地面上的靜壓力分別為P1n，P1w，則距地面垂直距離為h處的室內(nèi)外的靜壓力分別為室內(nèi)P=ΔP1-ρngh室外P=ΔP1-ρwgh地面上室內(nèi)外的壓力差為ΔP1=P1n-P1w距地面h處的室內(nèi)外壓差為ΔPh=ΔP1+ρw-ρngh頂棚上的室內(nèi)外壓差為ΔP2=ΔP1+ρw-ρngH研究結(jié)果證明，在垂直于地面的某一高度位置上，必然會(huì)出

4、現(xiàn)室內(nèi)外壓力相等的情況，即室內(nèi)外壓力差為0，通過(guò)該位置的水平面就是該著火房間的中性面(層)，令中性面距地面的高度為h1，則有：ΔPh1=ΔP1+ρw-ρngh1=0當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，室內(nèi)的溫度必然會(huì)高于室外的溫度，即tn>tw，所以(ρn-ρw)>0。因此，就會(huì)得到:1在中性層以下，即hh1ΔPh=ΔP1+ρw-ρngh>ΔP1+ρw-ρngh1ΔPh>0由此可見，在中性面以下時(shí)，室外空氣的壓力始終比著火房間內(nèi)氣體的壓力高，這樣空氣就會(huì)由室外流入室內(nèi)；而在中性面以上時(shí)，室外空氣的壓

5、力始終比著火房間內(nèi)氣體的壓力低，這樣煙氣就會(huì)從室內(nèi)流向室外。1.2著火房間門窗開啟時(shí)的氣流流動(dòng)當(dāng)著火房間通向其他非著火區(qū)域的門窗開啟時(shí)，由于著火房間內(nèi)外氣體存在溫差，再加上門窗自身高度的影響，就會(huì)形成顯著的熱壓效應(yīng)，中性層就會(huì)在門窗的某一高度上出現(xiàn)。下面對(duì)著火房間開一個(gè)窗的情況進(jìn)行分析。如圖2所示，著火房間外墻有一窗孔開啟，窗孔高度為Hc，寬度為Bc。，室內(nèi)外氣體溫度分別為tn，tw，中性層N到窗孔上、下沿的垂直距離分別為h2，h1。在中性層以上距中性層垂直距離h處，室內(nèi)外壓力差為:ΔPh=ρw-ρngh從h處向上取微元高dh，所構(gòu)成的微元開口面積為dA=BCdh，根據(jù)

6、流體力學(xué)原理，可知圖2窗口中性層及壓力分布從該微元面積排出氣體的質(zhì)量流量為dM2=а2ρnΔPhdA=аBc2ρnρw-ρnghdh則中性層至窗口上源開口面積所排出氣體總質(zhì)量流量為M2=0h2dM2=0h2аBc2ρnρw-ρnghdh=2/3аBc2ρnρw-ρngh232同理，也可以求出流入中性層至窗口下元之間開口面積氣體的總流量M1=2/3аBc2ρnρw-ρngh2321.3煙囪效應(yīng)不論是否發(fā)生火災(zāi)，煙囪效應(yīng)都會(huì)對(duì)建筑物內(nèi)的空氣流動(dòng)產(chǎn)生影響，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使室內(nèi)氣體溫度升高，這樣就會(huì)加劇煙囪效應(yīng)的作用。當(dāng)建筑物內(nèi)部的氣體溫度比外界空氣溫度高時(shí)，由

7、于浮力的作用的存在，在建筑物內(nèi)的各種豎直通道中，如樓梯間、電梯間、管道井等，就會(huì)產(chǎn)生一股向上氣流，這種現(xiàn)象就被稱為正向煙囪效應(yīng)。建筑物內(nèi)外溫差較大或建筑物較高時(shí)、正向煙囪效應(yīng)就比較顯著。另外，單層的建筑物中也會(huì)產(chǎn)生正向煙囪效應(yīng)。當(dāng)建筑物內(nèi)部的氣體溫度比外界空氣溫度低時(shí)，在建筑物的各種豎井通道中，就會(huì)產(chǎn)生一股向下氣流，這種現(xiàn)象就是反向煙囪效應(yīng)。一般夏季的反向煙囪效應(yīng)比較顯著。對(duì)于豎井靠外墻布置、密封性較好建筑，如果外界環(huán)境的氣溫比較低，就會(huì)出現(xiàn)靠外墻布置的豎井中的溫度比建筑物內(nèi)部其他部位的溫度低的情況，此時(shí)，豎井中也會(huì)出現(xiàn)下降的氣流。正、反