超高中庭排烟设计探讨

1、超高中庭排烟设计探讨摘要通过对超高层办公楼及中庭火灾时排烟量的计算和烟气流向分 析，以为30nl以上的超高中庭仍需要进行消防排烟处置，确信了中庭 排烟方式及排烟所需面积，排烟窗位置和操纵方式。关键词超高中庭排烟热量释放着火层烟气量烟温烟势流速自 控排烟窗中庭排烟的要紧任务：一是在火灾时能及时排除烟气，保证人员 在较好的能见度下进行平安疏散，使消防人员取得更有效的平安工作 环境，把人员，建筑物及设备的损失降到最低限度；二是及时排除办 公层火灾时涌入中庭的烟气，避免烟气层化，减少非着火层工作人员 对火灾的恐惧感，避免由于恐慌而造成没必要要损失。结合上海交银 金融大厦项目就中庭烟气来源于自身的裙房层

2、和办公层这一观点进行 论述。交银大厦地面以上一层至五层为裙房（要紧为营业，运算机房， 餐饮）；裙房以上为南北两幢办公塔楼（楼高别离是1901n和230m）。 南北办公楼中间由163nl高中庭相连。办公楼和中庭的东西外墙均为玻璃幕墙，中庭的南北向与办公楼之间由玻璃幕墙隔开，（幕墙上设一扇 可开启窗）依照消防规定中庭和办公楼均须作消防排烟处置。一、办公层火灾时对中庭的阻碍火灾发生时如何确保火灾区的人员在洁静的环境下有秩序地疏散 到平安区，便成为消防排烟设计的要紧课题。保证人员疏散所必需的 平安高度的确信对排烟量有专门大阻碍，操纵此高度事实上确实是操 纵烟气量。笔都依照标准和国外某些计算方式结合交银

3、大厦项目进行 了计算，通过比较寻求最正确的设计方案。1 .按防烟分区单位面积风量计算烟气量高规条指出提供两个或两个以上的防烟分区排烟时，应按最 大防烟分区面积，每平方米不小于120nl3/h计 算。按此标准，木排风系统排烟量为L=F X q=600 X 120=72000m3/h（办公层面积600nl2）；相当于42次/时换气。如此大的风量，不 管采纳土建风道（最大风速小于15m/s）仍是金属风道（最大风速小 于20m/s）都将占用大块的办公面积。2 .按换气次数计算烟气量技术规程指出没有喷淋的大空间办公室按6次/时计算。但不该小于30000 m3/h。实际计算烟量L=600X X 6=100

4、80m3/ho3 .按火情法计算烟气量本项目计算采纳准那么技术规程现代建筑排烟所推荐的计 算方式结合办公层的利用特点，设定了有关数据，经计算，烟气量为 42500 m3/h,相当于25次/时换气。M=XPXYX3/2=X12X X3/2Xs0=Q/(MXC)=1500X Xl)=166V= (MXT) / (P0XT0)= MX ( 0 +T0) / (POXTO)=X (166+293)/X293)=m3/s=42344 m3/hn=42344/(600X 二次/h式中：M烟气质量流量，kg/s；P火灾周长，m；Y烟层底高，m,办公层Y=，裙房Y二；0一一烟气与周围环境的温差，；Q热量释放，

5、MW (kW)；办公层Q二；裙房卜V烟气体积流量m3/s；TO环境温度 T0=20 （20+273=293K）P0环境空气密度kg/ m3, n=换气次数（次/h）。上述计算说明，简单地用6次/时换气次数和120 m3/h的方式来 确信消防排烟量，计算值不同太大，对该项目而言，是不适当的。因 为在烟气热量释放值确信后，排烟量要紧取决于烟气上升到烟层底的 高度，与楼面位置或空间是无关的。结合本项目特点，采纳了计算方 式2和计算方式3相结合的方式，确信了防排烟系统的设计。从经济成效考虑，确信办公层机械排烟系统的排烟量按6次/时换 气计算，如此，当办公层显现小型火灾时就能够投入利用，既减少了 占用办

6、公面积的矛盾，又能知足人员疏散要求，最大限度地减少火灾 引发的经济损失。当办公层显现1热释放量时，仅用6次/时换气的 排烟系统是无法排出全数烟气的，现在烟层会急剧下降，烟温将提高, 乃至会显现烟雾淹没疏散通道的情形，给办公人员逃生带来极大困难。 同时，若是烟温不断升高到600时，将会引发爆燃现象，这无疑又 会扩大火势，后果不堪假想。可是由于喷淋装置的及投入（一样可不 能超过5min）及围护结构的吸热作用（约吸收1/3）,使烟温又所降低。 有资料介绍，当烟温比周围空气温度高100时，和此烟直接接触的 6mm厚玻璃就会破碎。另外玻璃的特性决定了它在急剧加热时，再受 喷淋水的喷洒后，也会发生爆裂破碎

7、。这时烟雾将会以515kg/s的 速度涌入中庭（经计算，烟层厚度约620mm）。办公层大量烟雾的涌出 可保证办公层人员的及时疏散，但大量的烟气排放任务却转嫁给了中庭。M=( XPXWXhX3/2)/WX3/2+XP/2) X3/2 + X3/2 = (X12X X X 3/2)/X3/2+X 12/2) X 3/24- X 3/2 =sD =M/(2XW)X 3/2 + cd= (2X X3/2X式中：D流动烟层厚度，m；M烟气质量流量，kg/s ；W开口宽度，W=；P火灾周长，m,裙房P=12 m；h一一开口自地凸起的净高，m, h= m；c一一开口排放有效系数cdi二、中庭烟气量计算1.按

8、换气次数法计算高规的指出：中庭体积大于17000m3时，其排烟量按体积的4次/h换气计算，但最小排烟量不该小于102000 m3/h,本中庭排烟量 L=42000 ni3X4 次/h=168000 m3/ho 2.按火情法计算与中庭相连的裙房部份大部份作为营业厅利用，其热量释放值很 难确信。木计算考虑了带喷淋的宾馆的公共区域的释放热量为Q二计 算，排烟量约52580 m3/hoM=XPXYX3/2=X 12X3/2=s0 =Q/(MXC)=2500X 义 1)=277 V=M ( e +T0) / (P0XT0)=x (277+293) /X293)=s=52580 m3/h上述计算仅仅是基于

9、如此一个理念，即烟气形成后，能够在空间 内形成一个稳固的储烟仓，而且烟层的底部离开发烟点不高于12nl的 范围，这是对人员疏散提出的大体条件。而目前的中庭排烟要紧任务 是在火灾发生时及时排除积存的烟气。这不仅能够避免火灾秧及另一 幢办公楼(二楼间距12m),同时对稳固其他办公层工作人员的情绪起 到了专门大作用。另外，咱们面对的是一个42000m3容积的超高中庭, 超过了在前面所选用的公式和有关国内外消防排烟设计计算中所涵盖 的范围。诸如烟气在上升中由于周围冷空气渗入，显现烟气层化现象的计 算高度；烟层平均限制在深度30m,是不是会显现烟气层化现象；排 烟窗如何配合等问题都有待于解决。为此，考虑

10、了其中一部份计算， 验证其进程，英之杰工程设备和英国COLT国际集团依照咱们提供的有 关数据采纳CFD模型作了烟气流动计算和实体流体状态模型实验。实 验设定火灾发生在14层、30层时，夏日室外温度35C,冬季-4, 中庭底部空气温度25,别离就冬季和夏日的模拟研究提供了实验结 果和有关图示，而且做了专项说明，解决了设计院所不能解决的某些 问题。模拟实验同时也证明了本设计对中庭排烟设计说明的可行性。 故最后经与建筑协商，在7、1二、1九、2五、3二、38层设置排烟 窗共72个。（见附图2）裙房及塔楼中庭自然排烟 平面图（附图一）三、模拟研究结果1 .夏日火源在30层 排烟装置在同意火灾信号30s

11、后打开。随着 火势的进展和排烟装置的开启，堆积作用开始产生，使烟气维持在高 于着火层的上方，中庭的下部被补充空气冷却，在lOmin后通过排烟 装置的流量别离为：楼层3832251912流量m3/s+注意：正值代表送进，负值表示排除。2 .夏日火源在14层 排烟装置在同意火灾信号30s后打开。随 着火势的进展和排烟装置的开启，使烟气维持在高于着火层的上方， 20min后中庭的气体组成大体稳固，通过排烟装置的流量别离为：楼层3832251912流动率(m3/s)+注意：正值代表送进，负值表示排除。3 .冬季火源在30层排烟装置在同意火灾信号30s打开。随着火 势的进展和排烟装置的开启，堆积作用开始

12、产生，使烟气维持在高于 着火层的上方，中庭的下部被补充空气冷却，lOmin后通过排烟装置 的流量别离为：楼层3832261912流动率(m3/s)注意：正值代表送进，负值表示排除。4 .冬季火源在14层排烟装置在同意火灾信号30s后打开，使 烟气维持在高于着火层的上方，在20min后中庭的气体组成大体稳固, 通过排烟装置的流量别离为：楼层38322519127流动率(m3/s)+4-+注意：正值代表送进，负值表示排除。由COLT排烟工程公司提供的方案被实验验证为完全有效而且能 够产生合理的堆积效应，室外空气被有组织地引入，因此烟层能够一 直维持在着火层的上方，而在上部被排烟系统排除。四、中庭排

13、烟窗在具体设计上的考虑在设计中，同时考虑了平常自然通风对中庭空气温度梯度的阻碍, 模拟实验图示说明，当中庭无通风时，中庭上部空气温度约达50。为确保办公室50 m3新风量除利用洗手间排风外，部份空调风将 通过可开启窗进入中庭。如此既知足了新风进风量又利用空调风降低 中庭内空气温度。平常利用自控排烟窗进行自然通风，降低中庭上部 空气温度与办公层之间的温差，节省能源。中庭排烟窗别离设置在东西玻璃墙的7、1二、1九、2五、3二、 38层，人工开窗是不可能的，因此采纳了自动操纵并与大楼BA系统 相联，并对排烟窗的自控提出了额外的要求。1 .排烟作必需上开，上开角度不小于50,以避免风的倒灌和 便于窗扇的开关。2 .依照室外风向、风压、空气温度自动调剂窗的开关，保证排烟 成效。3,设置自动防雨装置，在突然下雨时能自动关闭，避免雨水淋入 中庭，阻碍正常工作。4 .窗扇应备有独立的电源，避免火灾时突然停电，同时又应具有 在停电时保证窗扇的自动开启和关闭。5 .窗扇为常闭型，只在受到温度作用后，依据操纵要求30s打开。不可否定，自然排烟窗由于配置了较完善的自动操纵，其价钱昂 贵，每一扇窗的自控装置价钱高，窗扇数越多、造价越高，因此在选择排烟窗时，应在知足排烟而