体育馆大空间火灾烟气分析

体育馆大空间火灾烟气分析

本文对体育馆大空间发生火灾后的烟气流动情况进行计算机模拟分析，分析了火灾发生点在不同区域的情况下烟气的扩散情况及安全影响，并对大空间是否需设置挡烟垂壁进行了计算验证，为类似的体育馆大空间消防设计提供参考。

Key words：Large space in Gymnasium，Numerical simulation，Fire smoke distribution

1.背景

随着近年经济的发展和人民生活水平的不断提高，市场对文化体育的需求逐渐增大，很多大型体育馆建筑在各地兴建，由于体育馆建筑规模越来越大，且造型越来越多样化，经常出现规范要求与建筑效果相冲突的问题。

本文就对某室内体育馆防烟设施与建筑效果相冲突的问题进行分析，该体育馆屋面采用空间网架结构，观众席座位数有5600个，按照上海市防排烟规范要求，需要在网架内设置约5m高的固定挡烟垂壁加约5m高的活动挡烟垂壁，这样不仅破坏了网架的整体性，其对声、光均有不受控制的遮挡和反射作用，其卷帘盒对整个场馆的美观影响也非常大。而不做防烟设施，又可能对生命财产安全造成重大影响，因此本文将对该室内体育馆设施烟气的运动采用数值模拟的方法，以分析大型体育馆空间烟气对人员活动区的影响，为类似大空间消防设计提供参考。

2.物理模型及参数设置

2.1软件介绍

本项目采用数值模拟软件FDS，该软件由美国国家标准与技术研究院开发。FDS专门从数值技术方面解决一系列适合于热驱动、低速流动的Navier-Stokes 方程，重点适用于火灾导致的热烟传播和蔓延的数值模拟。利用FDS软件能够将实际消防安全工程中的一系列物理参数和设施，如火场温度、速度、火源、火灾探测器、风机、挡烟设施、喷头等在模型中建立，并能够在模拟中让它们再现实际火灾中的动作时序，与真实火灾的相似性很大。

2.2物理模型

该室内体育馆建筑面积约5000 m2，场地净高27.6m，长边长80m，短边长64m，其中中间为比赛场地，周边为观众座位，建筑平面与剖面见图1-3。室内体育馆设置机械排烟，整个空间作为一个防烟分区，排烟量设置为451700m3/h，沿体育馆屋顶网架结构周围均匀布置8个排烟口，火灾时，烟气通过吊装在网架内的排烟风管排至室外，消防补风采用底部直接对外的大门作为消防补风口。

2.3火灾场景

FDS火灾模拟包含四个火灾场景，主要分析可能存在的不同火灾发生点情况，以分析不同情况下火灾烟气的分布情况：

（1）比赛场地发生火灾，

（2）观众席中间区域发生火灾，

（3）觀众席最高处发生火灾，

（4）比赛场地发生小规模火灾，

场景1-3主要分析不同区域发生火灾烟气分布的情况，场景4分析小规模火灾情况下，烟气是否无法形成稳定的上升气流，从而不规则的四散弥漫，对观众区人员造成不利影响。

2.4主要参数设置

2.4.1火灾规模和热释放速率

该室内体育馆为无喷淋的公共场所，场景1-3根据上海防排烟规范规定，选取火灾规模为8MW，场景4考虑为小规模火灾，选取火灾规模为2MW。

火灾热释放量按以下公式计算：

式中：Q - 火灾热释放量（kW）；

t- 排烟系统启动时间（s）；

a- 火灾增长系数，由于体育场馆引发火灾的材料很可能为比赛用的泡沫塑料和木箱等，因此火情考虑为快，选取0.047。

模拟时间为600s。热释放速率曲线如图4-2：

图4 火灾热释放速率曲线

2.4.2机械排风设置

根据体育馆防排烟设计，场馆上方设置8个排烟口，消防补风采用两个直通室外的大门提供，火灾发生后，烟感和温感探测器达到探测阈值时，发出火灾报警，并启动机械排烟，考虑实际系统延迟启动的因素，如火灾探测延迟、报警系统延迟、防火阀关闭延迟等因素，模型中设置为烟感和温感探测器达到阈值后60s开启机械排烟。

2.5判定标准

根据火灾烟气对人员的危害情况，主要有下列因素：

（1）烟气层高度；

在疏散过程中，烟气层应始终保持在人群头部以上一定高度，人在疏散时不必要从烟气中穿过或受到热烟气流的辐射热威胁。根据规范所推荐的方法计算清晰高度为：

h=1.6+0.1H

式中，h，清晰高度，m；