哈尔滨工业大学 建筑防排烟第四、五、六章

项目概述 新航站楼建筑面积为8万平方米； 在建筑形式上，用简单的几何大跨度结构 创造出一个大空间体。
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项目概述
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性能化防火设计研究内容
分析新航站楼内火灾危险源的分布、着火特性及热释 放速率； 分析火灾动力学特性和建筑结构的火灾响应特性，对 火灾达到危险状态的时间进行评估； 分析人群疏散特性，计算出人员疏散完毕时间，并结 合到达危险状态时间对人员能否安全疏散进行评估； 分析不同火灾探测报警方法，对不同火灾探测方法在 航站楼大空间内的适用性进行评估； 分析不同灭火系统的效能，对其延长达到火灾危险状 态时间、降低火灾损失、保护环境的作用进行评估。
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第5章 烟气流动及控制的实验测试
5.1 烟气流动及控制实验简介
一、烟气运动的盐水模拟相似试验 1、基本原理：
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烟气简化 1.烟气为无粘不可压流体 2.烟气流为纯浮力驱动的 湍羽流 3.忽略火源区之外烟气内 的化学反应 4.忽略烟气的辐射换热
盐水流简化 1.盐水流为无粘不可压流体 2. 选择合适的注入初速度,可 使盐水流达到湍流状态 3.盐水流内无内源 4.不考虑盐份在边界壁面上 的不可渗透性。
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实验过程： 场馆尺寸：80m×80m×17m，环境温度13 ℃。 热烟测试装置：燃料盘、水浴盘和发烟炉。 火源：工业甲基化酒精，火源功率1.5MW。
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3、烟气控制分析结论 1）人员疏散完毕之前，烟气层高度应保持在11.1m以上，烟气 层约需11min降到设计高度以下。 2）下层烟气温度低于60 ℃ ，上层烟气温度低于200 ℃，对人 员不会造成危险。 3）下层能见度将保持在人员耐受范围内，代表烟气中有害燃烧 产物浓度不会达到人员耐受极限。 4）大会堂所采用的防排烟设计方案合理
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二、烟气控制系统设计中遇到的问题
1 大展厅面积大(约20000m2)，空间高(顶棚高度为12-17m)，整个 区域为一个独立的防火分区。 防火分区超过国家规范规定；人员疏散、烟控系统设计和灭火系 统设计问题；防火分隔问题。 2 宴会厅单层面积约5000m2，整个区域贯穿三楼，形成一个开放 的大空间，顶棚高度17m，整个区域为一个独立的防火分区。 防火分区超过国家规范规定；烟控系统设计、灭火系统设计问题。 3 大会堂单层面积约6500m2，整个区域为一个开放的大空间，顶 棚高度16-19m，整个区域为一个独立的防火分区。 疏散设计问题：此区域人员将利用开放式天台作为暂时避难区。 烟控系统设计问题。
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二、热态试验 1 、热态实验是指在模拟火灾发生情况时所进行的 实验。 2、 采用的建筑物通常有三种类型：废旧建筑物、 在建或新建建筑物（进行内部装修之前）、专用建 筑物或火灾试验塔。 3 、火源形式
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4 、研究内容 1）发生火灾时建筑物着火区域内压力、温度变化。 2）火灾烟气的扩散流动规律，特别是在建筑物水 平通道和竖直通道中的流动规律，包括流动状态、 流动方向和速度、烟层的厚度、烟气温度的变化等。 3）火灾烟气的危害性，侧重于疏散通道中烟气的 光学浓度和烟气中有害气体的浓度、成分的研究。 4）正压送风防烟方式的工作机理、运行参数、送 风竖井和送风口的布置、泄压途径及其布置。 5）高层建筑防烟楼梯间和消防电梯采用不同防排 烟方式时的防排烟效能等。
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此区采用自然排烟，排烟口大小为120m2。采用自然补风，7条 6m2的风道直通室外，补风口与火灾探测系统联动。 （1）参数设定 环境温度：室内24 ℃ ，室外35 ℃. 火源：舞台的中间，快速时间平方火，达到设计火大小即维持 不变。 设计火灾：4000kW。 排风口大小：总排烟口为120m2(假设80个排烟口，分布于倾斜 的屋顶上部) 补风入口：由自动开启的风道提供。6m×1m×7个 系统开启时间：所有补风口和排烟口于90s后启动。
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WTC Tower 1 model simulation using FDS / Smokeview
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Photo of 3MW Fire from the Natural Gas Burner
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(a)
(b)
(a)Experiments characterizing PPV fan flow (b)Corresponding model simulations using FDS/Smokeview
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c 二层、三层典型会议区：机械排烟。各防烟分区排烟量 8.3m3/s，各防烟分区不超过500m2。 d 地下商场：防火分区同时为防烟分区，面积在2000m2以下。 设计烟气层高度为高于地面2.1m。 机械排烟系统由无开孔吊顶的下方抽烟，地下一、二层各防烟 分区排烟量为10m3/s 。
3）正压送风系统 对消防楼梯和消防专用电梯前室进行加压送风 建议对疏散走廊提供正压送风。规范要求疏散楼梯前室的余压 为25-30Pa，疏散走廊余压值应介于0-25Pa，建议设计采用15Pa。 加压送风量参考封闭避难层的要求，按每平方米 不小于30m3/h 计算。
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危险源辨识
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火灾危害性评估
大空间内烟气运动的全尺寸模拟实验与计算机模拟 结果比较：提出和验证了多空间区域模拟方法在计 算大空间烟气运动特性方面的合理性。 研究了新航站楼内不同火灾场景下烟气的运动特性 和排烟位置及速率对烟气运动的影响。 对火灾动力学演化进行了场模拟。 根据计算得到的火灾功率、火焰高度、烟气的温度 和烟层高度，分析了对钢结构的保护途径。
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三、评估模型 评估模型是性能化设计中最重要的分析工具和 手段。可以对各种设计方案在建筑火灾中的实 际应用效果进行测算和模拟，并判断能否实现 既定的量化性能指标。
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4.2 性能化防火设计方法与步骤 一、设计方法步骤
1、确定工程参数及具体评估内容 设计准备阶段 2、确定防火设计总体目标、功能目标 和性能目标 3、确定具体的性能指标和设计指标、建 立性能判据 4、确定火灾场景 5、设计火灾 6、提出并评估设计方案 文件编制阶段 7、编制报告和说明
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（2） 模拟结果 结果表明：在6000s时刻，烟气层的能见度与温度均处于安全指 标以下，不会对人员疏散造成妨碍。 （3）试验验证 2008年3月5日，中国建筑科学研究院建筑防火研究所对此比赛 馆火灾探测报警、防排烟有效性进行了现场热烟试验，结果表 明：火灾探测、报警系统能较为迅速地识别火灾并报警；自然 排烟窗和自然补风口在联动系统作用下能够自动开启，排烟效 果较好。
1 概述 为确保人员疏散安全，分析各个设计火灾场景中的火场环境， 即在人员完全疏散之前火场的温度、烟气层高度等安全指标是 否小于人的耐受极限。采用FDS和CFAST模型进行相关分析。
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FDS：对防烟分区面积较大且内部建筑设计较复杂区域采用。 分析区域：展览厅、宴会厅、大会堂、内街公共人流区域、四 层公共人流区。 CFAST：对建筑的其余部分相对较简单，分析排烟率、检验疏 散时间是否合适。分析区域：地下商业街、内街长期展览区、 内街报告厅、二层会议及餐饮区、二层会议区、三层会议区、 二层典型会议室、三层典型会议室。 2 模拟模型设计 以大会堂为例(比赛时作为击剑馆) 由于座位是抬高设计，因此设计烟层高度为有人员使用的最高 地面以上2.1m高，即11.1m高的无烟层。
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定量评估阶段
步骤框图
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二、存在的问题 1、性能评判标准尚未得到一致认可 2、火灾设计的确定性不够 3、各类预测评估模型还不完善 4、性能化设计在分析、计算和文件编制上需 要花费更多的工程时间，一方面客户成本增加， 另一方面工程设计人员投入较多
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4.3 国内某机场航站楼性能化防火设计实例
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火灾危害性评估
二层大空间某时刻下烟气 温度分布
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4.4 性能化烟气控制系统设计
一、性能化防排烟系统设计原理 设计目的：通过合理的采用限制烟气产生、控制烟气 流动或降低烟气量方法来降低烟气造成的危害。 方法：材料控制、排烟、加压和灭火等技术措施。
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二、性能 下水箱
图 盐水模拟试验台装置图
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2、 盐水模拟试验优点 1）试验简单易行，花费小 2）模拟的烟羽流效果较好 3）盐水流动速度比烟气小，用普通照相就能观察 到涡旋结构 3、 盐水模拟试验缺点 1）不能模拟火焰区及附近的流动 2）由于盐分在固体边壁上不可渗透，不能模拟烟 气中反浮力流和传热的影响
内容：排烟风机启动控制逻辑、烟气温度估算、排烟 量估算、烟气沉降估算和火灾模型模拟计算等内容。
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三、 影响性能化防排烟设计的因素
1）自动喷水灭火系统的影响 水喷淋系统动作，烟气温度下降，热浮升力减小，烟 气层下降，能见度降低，排烟效果下降。 2）空调通风系统的影响 很多设计方案采用空调通风管道兼做排烟系统管道， 增加系统控制的复杂程度，相关系统部件有特殊要求。 3）火灾发生位置的影响
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三、我国的高层建筑火灾试验塔
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该实验塔集高层、地下 建筑于一体，以机械防 排烟系统为核心，开展 全方位实体火灾实验研 究。
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四、火灾科学国家重点实验室—建筑火灾实验室 研究方向及内容 1) 可燃物火蔓延规律及突变热解及着火规律 2) 室内（轰燃、回燃等）形成机理 3) 建筑(如大空间、高层、隧道、地铁等)内的火灾 发展及烟气流动规律与控制技术 4) 紧急条件下人员疏散规律 5) 建筑火灾安全评估及性能化设计方法
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4 内街整个区域为一个大空间，内部设有长期展览区和拱状人 行道。 防火分区面积超过国家规定。烟气控制设计：长期展厅各层为 一个独立的防烟分区。长期展厅采用1h耐火极限的防火玻璃外 加喷淋头保护的方式与内街公共人流区域进行分隔。许多人员 疏散都经过内街，有发生火灾危险的可能。
三、烟气控制性能化分析
一、工程和防排烟系统简介 1 工程简介
奥林匹克会议中心是2008年北 京第29届奥运会主新闻中心 (MPC) 、国际广播中心(IBC)、 击剑和现代五项中击剑和气手 枪等项目使用场所。 占地面积81400m2，总建筑面 积271900m2，地上建筑面积 154690m2，地下建筑面积 117210m2，地上8层，地下2层 (局部设地下夹层)。