高层建筑环形走廊机械排烟口合理布置优化研究

高层建筑环形走廊机械排烟口合理布置优化研究

刘化瑾

河南中核五院研究设计有限公司河南郑州450000

摘要：合理布置机械排烟口能够有效提高高层建筑疏散走道的排烟效率。本文通过模拟实验分析了高层建筑环形走廊机械排烟口合理布置对排烟的影响，希望对有关人士有帮助。

关键词：环形走廊；机械排烟口；优化

引言

随着我国经济和社会的快速发展，城市化进程逐渐加快，高层建筑得到了迅速发展，内走道也不再是单一的长条形走道，出现了Ｌ形、环形等特殊形式的走廊。这类场所人员密度大，火灾危险性大，安全出口又相对较少，一旦发生火灾，容易造成重大的人员伤亡和财产损失。目前，对于走廊机械排烟的研究大部分是针对条形走道，大多侧重于排烟量等方面，对环形走廊排烟口数量的研究相对较少。我国现行消防规范中对高层建筑机械排烟也做出了相关规定，但只是对机械排烟系统的最小和最大排烟量、排烟口风速、排烟口与安全出口的距离等方面做了规定，其中关于机械排烟口具体设置的规定很少。此外，调研发现，现阶段我国对于走道排烟的设计基本是根据普通建筑规范执行，特殊形式的走道是否具有适用性。而且，不少设计人员在设计中也未考虑如何设计机械排烟口才能实现火灾时最佳的排烟效果。因此，笔者通过FDS数值模拟的方法，对高层建筑环形走廊机械排烟口的数量问题开展研究，通过对比分析不同数量排烟口时环形走廊内烟气层温度、能见度等参数的变化情况，得到排烟口数量对排烟效果的影响规律。

1、模型建立

1.1物理模型

为研究环形走廊机械排烟口数量对排烟效果的影响规律，笔者选取一栋具有环形走廊的高层建筑作为研究对象。建筑为核心筒式高层建筑，共10层，高30ｍ，层高3ｍ，环形走廊位于建筑内部，无直接对外开口，长边和短边长度分别为16.5和9.5ｍ，宽度均为2.1ｍ。其中，PY1、PY2、PY3和PY4分别对应机械排烟口的位置。楼梯间和电梯间合用一个前室，前室门尺寸为1.6ｍ*2.1ｍ。建筑首层设置一个直通室外的开口。着火楼层设在第三层，着火房间位于远离前室门方向，房间尺寸为6.0ｍ*4.2ｍ*3.0ｍ，房门尺寸为0.9ｍ*2.1ｍ，房门为开启状态，楼层其他门窗设为关闭状态。

1.2工况设计

1.2.1排烟口的设定

拟取机械排烟口总面积为0.64ｍ２，根据机械排烟量和排烟口面积确定排烟口风速约为６m/s，符合相关规范“排烟口风速不应大于10ｍ/s”的要求。为研究排烟口数量对排烟效果的影响，在排烟口总面积一定的情况下，分别设计了1.2.4个排烟口的情况。环形走廊内只设１个排烟口时，排烟口的尺寸为800mm（宽）*800mm（高），设置在“PY1”处；设置２个排烟口时，排烟口的尺寸均为400mm宽）*800mm（高），设置在“PY1”和“PY2”处；设置４个排烟口时，排烟口尺寸均为400mm（宽）*400mm（高），均匀布置在“PY1~PY4”处。

图１建筑平面布局图

1.2.2火源的确定

设定火灾热释放速率为1.5MW。根据火灾发生特点，设置火源类型为快速增长火，增长系数取0.04689KW/m2。

1.2.3测点的设定

选取1.5m高度处烟气层温度和能见度作为评价指标，对排烟效果进行比较分析。在FDS模型建立中，在环形走廊1.5m高度处的水平面上均匀设置22个测点，最靠近起火房间的测点为１号测点，其余测点按顺时针方向依次编号为１~22号测点；在走廊不同位置设置９个竖向温度测点，对不同位置烟气层高度下降情况进行测量。

1.2.4模拟工况的设定

通过改变机械排烟口的数量，共设定了３组不同的模拟工况，模拟时间设为300s。其中，工况１为只设置１个排烟口的情况，工况２为设置２个排烟口的情况，工况３为设置４个排烟口的情况。３种不同工况下，只改变排烟口的数量，排烟口安装高度、排烟量、排烟口总面积、火源功率等其他参数均保持一致。

2、模拟结果分析

由于火灾发展的非稳态性，模拟结果分析中若仅取某一时间点的数据来表征整个机械排烟过程的效果，可能会造成很大的误差。通过分析发现，该模拟时间达到250s时，各项参数指标均逐渐趋于相对稳定状态，故笔者在对走廊温度、能见度和排烟效率等参数进行分析时，均取250~300s时间段内的平均值。

2.1烟气层温度分析

选取人眼高度处（1.5m高度）烟气层温度作为评价排烟效果的重要指标之一。烟气层稳定后，1.5m高度处各测点在不同工况下测得的烟气层温度，如图２所示。

图二

从图２中各测点反映的温度数据看，不同工况下、不同走廊段的烟气层温度表现出的变化规律并不完全一致。通过分析各测点在环形走廊中对应的位置发现，靠近着火房间的X1走廊烟气层温度相对较高，测点２处温度较低，之后随着与着火房间距离的拉大，温度逐渐升高；Y1走廊和X2走廊烟气层温度相对较低；Y2走廊温度又逐渐升高。总体可见，远离着火房间的Y1走廊和X2走廊温度低于近处的X1走廊和Y2走廊。通过几条曲线的波峰可以观察到，环形走廊中，转弯处的温度高于走廊内部的温度，这可能是由于火灾烟气在走廊转弯处撞击墙壁，流动受阻形成墙壁射流而大量聚积形成的温升效应。

通过比较不同工况下的温度分布发现，环形走廊内只设置１个机械排烟口时，走廊平均温度最高，最高温度约为63℃。随着排烟口数量增加到２个，走廊内平均温度逐渐降低，最高温度值也逐渐减小，只有55℃左右。

当增加到４个机械排烟口时，温度降低的却并不明显，甚至在X1、X2走廊段内温度还要高于只有２个排烟口时的温度，这也说明并不是在走廊内布置的排烟口越多其所能达到的排烟效果越好，排烟口数量的增多一方面会增加工程造价，影响建筑布局，另一方面会造成部分排烟口附近聚集的火灾烟气较少，排烟口开启时会排出大量周围的空气导致排烟效率低下。因此，综合考虑实际排烟效果及工程造价，建议该走廊内设置２个排烟口。

3、结论与展望

（１）所设模拟条件下，相对而言，距离着火房间较近的X1走廊和Y2走廊烟气温度较低，能见度较高；而距离着火房间较远的X2走廊和Y1走廊烟气温度较高，能见度较低；环形走廊转弯处的温度高于走廊中间位置的温度。

（２）在排烟量和排烟口总面积一定的情况下，设置２个排烟口时的排烟效果优于１个排烟口时的效果；设置４个排烟口时比仅设２个排烟口时排烟效果提升不明显。

（３）综合考虑排烟效果与实际工程造价成本，建议在不改变总排烟口面积的情况下，适当地增加排烟口数量以取得更好的排烟效果。

参考文献

[1]邱旭东,高甫生,王砚玲.高层建筑走廊机械排烟的数值模拟研究[J].暖通空调,2004(06):9-13.

[2]贾江美,苏彩云.防排烟系统浅析[J].内江科技,2007(10):119+139.