防烟楼梯间加压送风的数值模拟

防烟楼梯间加压送风的数值模拟
荣庆兴;王彬;代焱;程志远
【摘要】本文以某大楼防烟楼梯间及其前室作为计算实例,对防烟楼梯间的加压送风进行了数值模拟,结果显示楼梯间加压送风的均匀性不是非常重要,<高层民用建筑设计防火规范>的送风量能够满足楼梯间和前室的正压要求,同时为加压送风机的选型提供依据.
【期刊名称】《建筑热能通风空调》
【年(卷),期】2010(029)004
【总页数】3页(P86-88)
【关键词】防烟楼梯间;加压送风;数值模拟
【作者】荣庆兴;王彬;代焱;程志远
【作者单位】深圳奥意建筑工程设计有限公司;深圳奥意建筑工程设计有限公司;深圳奥意建筑工程设计有限公司;深圳奥意建筑工程设计有限公司
【正文语种】中文
0 引言
科学合理的建筑设计不仅要体现先进科技和时代特色，还应注重以人为本，并以较低的成本创造出健康、节能、环保、安全的居住环境来满足人们的身心需求。

在建筑设计阶段，采用传统设计方法已经无法达到这种多方面的需求，随着计算机模拟技术的日益发展，在方案设计阶段，可以通过CFD模拟技术，来预测建筑物建成
后的各种物理环境状态，为评价各种设计方案提供必要的量化支持，以便在规划方案阶段不断进行调整和修正，从而达到理想的效果。

CFD可对建筑内外空间的风环境进行模拟，可以在建筑整体的规划阶段，指导设
计人员得出有利于组织自然通风的建筑布局方式；并为建筑内部的门洞、外窗等给出有利于利用自然通风降低空调能耗的布置方案；另外通过建筑室内空调系统的CFD模拟，可以对室内空调气流组织的布局进行优化，有利于在耗能相同甚至更
低的情况下，在满足设计要求的同时，获得更好的室内环境品质[1～3]。

本文将采用CFD对防烟楼梯间及其前室的加压送风情况进行模拟计算分析。

1 计算模型
本模拟采用 RNG[4、5]模型，以某大楼 54～69 层的防烟楼梯间及其前室作为模
拟计算对象，模型的外部尺寸为10.7m×2.1m×60m。

建立模型如图1，十六层楼梯间共六个加压送风口，前室设加压送风口，对于楼梯间和前室的门，其门缝形状实为条缝型，如果按真实情形建模，则网格数量会较大，不利于有效计算，且不易收敛，为此门缝采用与其面积相等且长宽相差不大的矩形替代。

模拟计算按《高层民用建筑设计防火规范》[6]（以下简称《高规》）分两种情况
考虑，一种为疏散通道门关闭时，所保持的楼梯间及其前室的正压值，基本要求为：楼梯间50Pa，前室25Pa[1]，一种为疏散通道门开启时，保持门洞一定的风速，
规范推荐0.7～1.2 m/s。

图1 防烟楼梯间及其前室几何模型
2 模拟结果
2.1 火灾时前室和楼梯间的疏散门关闭
着火时前室考虑开启着火层及其上层和下层共三层的加压送风口，对以上模型进行数值模拟得出楼梯间的速度和压力分布如图2和图3，各出风口静压见表1，楼梯间及前室的加压送风量如表2。

图2 进口全压100Pa时楼梯间及其前室速度和压力分布
图3 进口全压200Pa时楼梯间及其前室速度和压力分布
表1 各出风口静压?
表2 楼梯间及前室加压送风量（m3/h）?
2.2 火灾时前室和楼梯间的疏散门开启
楼梯间加压送风机进口全压200Pa，前室加压送风口全压50Pa；模拟情形为着火层及其上下两层的加压送风口均打开，而疏散门只有着火层及其上层打开。

模型局部如图4，模拟结果如图5和图6。

图4 防烟楼梯间及其前室局部几何模型
图5 疏散门中心断面流速分布
图6 防烟楼梯间及其前室速度和压力分布图
3 结果分析
1）从图2和图3中可以看出，对于楼梯间加压进口全为100Pa的情况下，防烟
楼梯间的压力为59Pa左右，而前室的压力则为23Pa左右，基本达到规范所需的压力要求，而在进口全压改为200Pa后，防烟楼梯间的压力明显升高，达到
120Pa以上，超过100Pa，容易导致疏散时疏散门不易开。

在表1中，两种情况下，六个加压送风口的静压值差别很小，最大差别率分别为3.9%和7.0%，均低
于10%，从而保证了每个加压送风口风量的均匀性。

表3 各加压送风口静压及风量（进口全压=200Pa）?
表4 楼梯间及前室加压送风量（m3/h）?
表5 门洞风速（m/s）?
2）在图5中可以看出：疏散通道门开启时，虽然楼梯间加压风口送风不均匀，但是能够保证每个前室微正压，且疏散门洞风速在1～1.5m/s之间，满足逃生要求。

从图6及表3可以看出，越是靠近下部的加压送风口的静压越大，风量与之成正
比，各风口之间送风量的最大差别率达到了60%左右，主要原因是风道内初始风
速过高，且风道管井尺寸不变，从而导致越往下，风口静压值越大。

仔细分析可以知道，对于一个加压楼梯间来说，送风的均匀性并不那么重要，因为着火逃生并不是一个享受舒适性的事情，只要能保证着火层及其上下层的逃生通道在着火后不受烟气侵扰即可，例如本模拟中，虽然加压口送风量不均匀，但门洞风速已满足要求，即可保证人员在逃生过程中不会受到烟气的干扰，而顺利逃生。

3）从表2、表4、表5可以看出，采用表4的风量比较接近《高规》所推荐的风量，且门洞风速满足规范要求。

一旦按此设计，必然会有一种问题：假如在疏散时，加压系统已开启，但是整个加压系统负担的楼梯间和前室所有门未开启，则根据上面的计算结果（此时风量小于设计风量，风机压头必然高于200Pa，据图2，其
楼梯间的静压必然超过120Pa），此时的疏散门是很难开启的，所以在此种设计
条件下，要想保持火灾时顺畅的人员疏散，必须保证在整个疏散过程中，有至少一层疏散门是开启的。

解决方法如下：设置泄压旁通设施，也可以人为地保证某一层的疏散门在疏散过程中一直开启。

4）在模拟中，风道为常规的混凝土风道，其当量管壁粗糙度取e＝0.006m，由于加压送风口的局部阻力未细致考虑，在此，如按加压送风口7m/s的风速，局部阻力系数取0.5，则局部阻力损失为15Pa，另外，加压风机房部分的压力损失约为200Pa，加上风口出风口全压的200Pa，考虑1.2的安全系数，加压风机全压取600Pa可满足设计要求。

参考文献
【相关文献】
[1]赵琴,王靖.FLUENT在暖通空调领域中的应用[J].制冷与空调,2003,22(1):15-18
[2]耿世彬,杨家宝.室内空气品质及相关研究[J].建筑热能通风空调,2001,20(1):29-33
[3]潘毅群,龙惟定,范存养.办公楼的室内空气品质与新风[J].建筑热能通风空调,2002,21(6):28-30
[4]陶文铨.数值传热学[M].西安:西安交通大学出版社,1998
[5]杨世铭,陶文铨.传热学（第三版）[M].北京:高等教育出版社,1998
[6]中华人民共和国建设部.高层民用建筑设计防火规范(GB50045-2005)[S].北京:中国建筑出版社,2005。