269高层建筑合用前室烟气控制方式的网络模拟分析

1、PAGE PAGE 7拌高层建筑合扮用前室烟气百控制方式的坝网络模拟分熬析啊济南同圆建矮筑设计研究版院有限公司翱 陈军华白哈尔滨工业败大学 高爸甫生巴摘要 半 碍利用多区域网络模型，袄以20层高耙层建筑为例挨，对合用前奥室各种烟气鞍控制方式进懊行了定量模班拟分析，有败助于深入了疤解合用前室摆的各种加压耙方式的特征奥，同时为霸评价加压防挨烟系统的效隘果提供了一傲种定量分析瓣方法。模拟半结果表明：白加压送风量芭的大小对门癌两侧的压差爱值特别是着昂火层的门两俺侧的压差值罢具有决定性摆的影响；在斑楼梯间加压摆风量合适的捌情况下，合耙用前室完全版可以不加压艾也可满足楼傲梯间及其合半用前室的防坝烟要求。佰

2、关键词巴 捌多区域网络邦模型 合霸用前室 颁烟气控制方肮式 加压绊送风量 搬压差值0 引言唉现行高层碍民用建筑设八计防火规范（以下简案称高规靶）8.3.吧1规定下列盎部位应设置拜独立的机械唉加压送风的芭防烟措施傲1胺：鞍不具备自然按排烟条件的八防烟楼梯间敖、消防电梯半间前室或合摆用前室；拜采用自然排案烟措施的楼癌梯间，其不稗具备自然排柏烟的前室。翱从上可归纳俺出，目前高败层建筑采用傲机械加压送袄风方式主要爱有以下三种百：只对楼梯搬间加压送风蔼间接加压前摆室，楼梯间罢和合用前室蔼同时加压送邦风和只对着袄火层前室加芭压送风。由搬于合用前室碍相对于楼梯艾间前室、消澳防电梯间前室，其烟气鞍控制更加复扮

3、杂，故本文澳只讨论合用癌前室的烟气翱控制方式。傲为避免加压傲送风量设计吧计算过程中扳，不同的设阿计者因使用奥的公式或选岸用的参数不胺同等原因，胺导致计算结颁果差别很大案，高规板8.3.2摆规定了加压版送风量定值百范围表供设吧计者参考。氨同时高规熬8.3.背7还规定了敖加压部位的矮正压值。只袄对楼梯间加绊压间接加压拔合用前室的扒加压方式与跋楼梯间和合傲用前室同时翱加压相比，八节省了一套岸系统和投资暗，便于控制和管理，但袄合用前室是巴否可以不加案压还有待讨袄论。耙为了拌了解各种加霸压方式的送柏风量与门两百侧的压差值癌的关系，本隘文利用国外邦较为广泛使版用的多区域胺网络模型对佰上述问题作蔼了定量模拟

4、叭分析。啊多区域网络耙模型简介斑多区域网络拌模型CON啊TAMW是澳美国国家标耙准和技术研唉究院（NI暗ST）下属搬的建筑火灾版研究实验室版（Buil佰ding 啊and F般ire R柏esear吧ch La般borat案ory）开氨发的用于建绊筑物内多区扒域空气流动跋和污染物传百播模拟研究扒的软件的最岸新版本。它岸将整个建筑皑物看成与室芭外相通的空澳气流通网络袄，网络节点碍即为建筑物啊内的房间或捌称区域，各班节点具有均芭一的压力和安温度，网络碍连线为将各拔区域连通起摆来的各类空背气流通路径靶，主要包括背开启的窗户唉和门、窗缝百、门缝以及扒不太明显却斑未必不重要背的各种建筑摆维护结构的翱缝隙

5、。网络艾模型将其中佰的每个区域百（或称节点瓣）作为一个案控制体，利吧用质量、能般量守恒等方程从宏观角挨度对整个建拔筑物的空气碍流动、压力把分布和污染罢物的传播情按况进行研究扮。典型的网拔络模型输入凹数据是气象吧参数（空气背温度、风速疤）、建筑特唉点（高度、罢渗透面积、拔开口条件）、送风量和蔼室内空气温暗度。网络模背型可实现对奥建筑楼梯间百加压防烟、八局部区域排颁烟及二者联懊合使用的建柏筑防排烟系蔼统进行研究白分析，评价胺烟控系统效摆果及与人员凹有关的火灾背安全分析。斑网络模型对啊火灾烟气的案处理手法十搬分粗糙，适艾用于远离火百区的建筑各癌区域之间的颁烟气流动分邦析扒2-4傲。建筑模型皑模拟的高

6、层盎建筑为20懊层，层高3爱m，共有2按79个区域奥，1386懊个空气流通摆路径。假定盎二层着火，笆其平面图如爸图1。图中隘所示区域图岸标为各区域坝定义温度、背面积、压力叭和污染物等澳特征，空气隘流通路径为氨建筑物门、办窗、楼板和绊墙等定义为吧空气泄漏特肮征。模拟时唉，各楼层的翱楼梯间开向安前室的门（耙一道门）和斑前室开向走巴廊的门（二癌道门）处于傲关闭状态，疤模拟过程中巴采用的主要叭构件空气泄安漏特征值来源于文献捌5。版合用前室面班积为翱10m挨2暗；唉假定笆起火房间面巴积为癌40扒m颁2笆，巴着火房间有奥一火源，模案拟时火源不扒断的产生烟傲气，大多数埃可燃物在燃昂烧一段时间盎后，其烟气伴发

7、生量将趋埃于稳定值。挨按最不利情搬况考虑，模扒拟时设定火邦源烟气发生袄量为最大值埃，则求得烟俺气最大发生胺量为0.2败4kg/s扒6吧；挨条形走廊面板积为扒80m白2敖，火灾时使用机械排烟扳，按照每平霸方米面积邦60奥m岸3奥/h的排烟暗量计算，八排烟机的排吧烟量为澳7200稗m颁3俺/h；柏对楼梯间采叭用多点加压笆均匀送风，摆每隔二层设岸置一风口，唉第一个风口袄设置在一层按，共设拌7碍个风口，对八合用前室需笆要加压的风败口采用常闭暗式风口；双斑扇防火门的哀尺寸为瓣2m佰按1.6m按，岸门在关闭时啊，般门下沿距地奥面为0.0拜1m昂，版其余各处门版缝为0.0安04m胺，鞍流通面积为拜0.048

8、搬8m叭2佰；胺电梯缝隙为矮0.006稗m，流通的安面积为半0.057靶6m岸2般；当捌防烟楼梯间袄采用外窗自隘然排烟靶方式时案，楼梯间外矮窗为每隔一败层设置一个班，第一个设坝置在二层，八外窗尺寸为霸1.5m佰1.5m懊。斑模拟时，霸所有楼层的叭门窗均关闭叭，不考虑外界的天气和风吧压的影响，摆外界温度为坝23半百，大气压为凹标准大气压巴。瓣模拟过程为般稳态模拟，百其结果不随熬时间变化。拌图1 被半模拟建筑着板火层多区域疤网络平面图模拟结果分肮析扒3.1摆 对楼梯岸间和合用前俺室同时加压败送风捌通过定加压啊风量模拟分傲析该加压方按式工况下的叭各层门两侧矮的压差值特案征，图2是岸楼梯间加压皑风量为

9、20奥000m傲3邦/h，着火霸层合用前室安加压风量为邦2000m鞍3敖/h时，各颁楼层的一、斑二道门两侧拌的压差值分版布图，从图熬中可以反映安出楼梯间和跋合用前室都阿加压，走廊背机械排烟的懊工况下，加耙压风量一定隘时，各楼层皑的一、二道案门两侧的压拔差值变化规氨律：斑（1）一道扒门两侧的压案差值在合用昂前室进行加伴压送风的楼啊层比较低，版甚至出现负爱压，即合用俺前室的压力颁值大于楼梯吧间的压力值案，如1、2挨、3层，其翱中2层为着碍火层由于走八廊进行机械排烟，其一哎道门两侧的扒压差值要大昂于相邻两层吧；而在合用昂前室未进行澳加压送风的败楼层压差值坝急剧升高，按如3层以上盎各层，且这奥些楼层的

10、一拜道门两侧的肮压差值几乎隘相等。唉（2）二道盎门两侧的压绊差值在合用百前室进行加熬压送风的楼板层比较高，凹如1、2、靶3层，其中案2层，即着氨火层由于走耙廊进行机械皑排烟，其二拌道门两侧的罢压差值在建鞍筑各层数达捌到最高；而盎在合用前室办未进行加压埃送风的楼层奥则急剧降低阿，如3层以跋上各层，且柏这些楼层的伴二道门两侧安的压差值接隘近相等。翱（3）在对斑合用前室加岸压送风的楼跋层，二道门罢两侧的压差埃值要大于一绊道门，其中皑着火层差值敖最大；而在佰未对合用前吧室进行加压奥送风的楼层熬，结果正好跋相反。且未皑对合用前室盎加压送风的疤各楼层的一绊道门两侧的澳压差值的差肮值几乎相等盎，同时二道盎门

11、两侧的压巴差值也有同靶样的规律。稗楼梯间送风皑量为160皑00m阿3白/h时，埃模拟得到各稗层一、二道疤门两侧的压奥差值随疤着火层合用把前室碍送风量的变版化情况。表凹1斑列举了楼梯柏间加压风量捌恒定的工况奥下，合用前啊室不同加压半送风量时的扒1罢、版2哀、伴3阿、坝10跋、吧20耙层的一、二扳道门两侧的败压差值。表胺中坝办P稗1盎为一道门两叭侧的压差值白，瓣败P岸2吧为二道门两把侧的压差值皑，单位均为扮Pa（颁下文的表均挨同）。拔由于着火层癌前室的二道俺门是最靠近埃充满烟气的埃走廊，所以把其两侧的压百差值对防烟版效果和人员懊的疏散显得吧尤为重要。敖将表绊1笆中扳着火层的门瓣两侧的压差艾值绘制在

12、图柏3上，从图埃表中可以看百出：拌（1）楼梯盎间加压风量靶一定时，随扳着合用前室邦加压风量的氨增大，合用岸前室有加压矮风量的楼层蔼，如1、2稗、3层，其靶一道门两侧背的压差值逐坝渐减小，甚阿至出现负值暗，即楼梯间瓣的压力小于扳合用前室的斑压力，而二板道门两侧的佰压差值逐渐啊增大；合用邦前室无加压般风量的楼层奥，如42奥0层，其一哎、二道门两叭侧的压差值奥都逐渐增大案，且前者增拜幅大于后者背。扒（2）加压笆风量与门两叭侧的压差值扒关系：楼梯邦间加压风量爱为1600伴0m案3扒/h时，着把火层合用前颁室加压风量跋小于200癌0m巴3蔼/h范围内稗，着火层的巴二道门两侧柏的压差值小版于53.1巴Pa

13、，此时疤一道门两侧案的压差值大摆于1.8P爸a，其中在笆送风量为6扮30m瓣3叭/h左右，版一、二道门氨两侧的压差坝值均为20捌.5Pa，八该模拟结果半与文献7佰中的分析罢及试验结果耙非常接近背，埃从而间接证按明了模拟结氨果的可靠性霸。在送风量胺为850m邦3绊/h左右，阿一、二道门哀两侧的压差叭值分别为1扳7Pa、2靶5Pa；加皑压送风量在案2000艾6000m碍3坝/h时，二安道门两侧的爱压差值为5癌3.12捌15.1P啊a，此时一奥道门两侧的癌压差值为1办.8拜拔108Pa搬；加压风量把大于600隘0m挨3半/h后，二熬道门两侧的霸压差值大于背215.1啊Pa，此时百一道门两侧隘的压差值

14、将吧小于扮稗108Pa背。案综上分析所办述：采用对凹楼梯间、合熬用前室同时俺加压送风的爸加压方式时唉，合用前室扮的加压风量伴不可太大，鞍否则将出现拜合用前室严班重超压，而斑且合用前室肮与楼梯间之隘间出现负压佰差，使加压按送风量向楼隘梯间倒流的哎现象，例如矮，对于2扒0岸层建筑，当般楼梯间加压败风量为16碍000m爱3坝/h、合用哎前室加压风白量超过20版00m肮3邦/h后，就罢会出现这种挨情况。而坝高规表值班推荐的风量按为1800鞍0220叭00m敖3巴/h，若取唉18000瓣m背3班/h风量按挨三层合用前罢室同时送风埃计算，则每鞍层送风量为瓣6000m板3搬/h，此时鞍二道门两侧爱的压差值达

15、埃到215.瓣1Pa以上败，将会出现跋防火门打不拔开，人员无摆法疏散的危埃险局面。比耙较合适的合绊用前室加压般送风量大约爱为630疤850m颁3懊/h。但是凹，当同时开翱门的数量为罢3时，此皑时着火层的二道门门洞按处的风速约案为0.47吧m/s，这鞍么小的门洞拔风速阻挡不盎了烟气侵入佰合用前室。拌此种加压方罢式对合用前白室的烟气控坝制不是很适柏合。矮表按1 着火层合用叭前室加压风安量不同时各笆层的门两侧背的压差值楼层位 置着火层合用前室加压送风量/（m3/h）50010002000400060008000P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2119.459.79.60.817.952

16、.351.2155112.5300202.1222.317.51528.21.853.129.7111108215.1225359.6318.13.887.22.01340.139.917189.73281641030.21.632.41.839.62.454.63.768.34.982.56.22030.92.1332.4402.8544.166.55.279.26.4扒 傲 昂图耙2吧 绊各楼层的门肮两侧的压差肮值分布 奥 靶 霸图3 在合碍用前室不同挨送风量时着拌火层的门袄 斑 办 绊 班 绊 蔼 安 两板侧压差值分岸布耙3.2叭 只对着背火层合用前扮室加压送风鞍以下分析针靶对拜防烟楼梯

17、间哎采用外窗自班然排烟败方式的情况芭，此时只对伴着火层合用挨前室进行加俺压送风。改昂变合用前室般的加压送风绊量，模拟得斑到一、二道啊门两侧的压疤差值见表2拔，从表中得敖出：此加压埃方式的送风靶量向楼梯间凹、走廊和电吧梯竖井三个柏方向流动，哀着火层一、笆二道门两侧绊的压差值得背绝对值几乎奥相等。着火拔层合用前室阿加压风量在柏4000m耙3扒/h之内时搬，二道门两皑侧的压差值爸将小于79胺.4Pa，霸其中送风量蔼在2130疤m澳3艾/h左右，澳压差值为2埃5Pa，基熬本满足一、啊二道门均关罢闭时的合用百前室的加压邦要求；送风盎量超过60般00m奥3瓣/h后，二熬道门两侧的霸压差值将大案于176.岸

18、3Pa，一挨道门两侧的百压差值减小伴于案122.拌4挨Pa，此工叭况下二道门暗开启困难，柏一道门关闭般困难。暗综上分析所隘述：采用只邦对着火层合昂用前室加压癌送风的加压班方式时，合艾用前室的加胺压风量不可耙太大，否则按将出现合用邦前室严重超埃压，而且二疤道门打不开叭，一道关不跋起来。例如蔼，对于2般0按层建筑，当啊合用前室加按压风量超过5000m扮3办/h后，就阿会出现这种背情况。而挨高规表值俺推荐的风量把为2800蔼0320癌00m扮3阿/h，若取凹28000暗m哎3捌/h风量按稗三层合用前拜室同时送风霸计算，则每摆层送风量为百9333.吧3m昂3皑/h，此时昂二道门两侧芭的压差值接碍近40

19、0P俺a左右，将邦会出现防火罢门打不开，背人员无法疏捌散的危险局案面。比较合霸适的合用前颁室加压送风肮量大约为2罢130m败3哀/h。但是拜，当同时开笆门的数量为颁3时，此班时着火层的半二道门门洞凹处风速约为案0.2m/扒s，这么小百的门洞风速佰阻挡不了烟疤气侵入合用稗前室。此种搬加压方式对摆合用前室的肮烟气控制也拌不是很适合颁。敖表疤2版 合用前靶室加压送风岸量不同时着肮火层的门两靶侧的压差值楼层位 置着火层合用前室加压风量/（m3/h）100030004000500060009000P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P227.99.344.645.578.779.41221231

20、76176.3394394艾3.3案 只对楼扒梯间加压送蔼风间接加压合用前室稗图4是楼梯鞍间加压风量皑10000白m巴3奥/h时，各吧楼层的一、安二道门两侧跋压差分布图绊，从图中可罢以反映出：佰除着火层外半，其它各层傲一道门两侧坝的压差值几拜乎相等，二哎道门两侧的罢压差值也有半同样的规律澳，但一道门捌两侧的压差般值大于二道扒门两侧的压霸差值。笔者挨认为这要是肮由于经由楼摆梯间门缝进巴入合用前室拌的风量中大罢部分通过电半梯缝渗漏到袄电梯竖井中摆，仅有少量捌通过二道门吧门缝进入走懊廊。熬改变拜送风量，模案拟得到各层哎一、二道门白两侧的压差唉值。表邦3败列举了不同背加压送风量八工况下癌1班、袄2按、

21、扳3鞍、疤10拌、百20翱层的一、二办道门两侧的安压差值。将啊表版3柏中案着火层的门昂两侧的压差袄值绘制在图百5上，从图唉表中可以看白出：按（1）与其跋它层的二道坝门两侧的压耙差值相比，按着火层的二奥道门两侧的邦压差值很大哀，且随着加艾压风量的增爸大，两者的傲差值逐渐增百大。而着火懊层的一道门佰两侧的压差俺值在加压风绊量很小的时昂候，不及其版它层的一道跋门两侧的压百差值大，但吧随着加压风半量的增大，八着火层的一办道门两侧的捌压差值逐渐佰加大，最终岸超过其它层安的一道门两翱侧的压差值斑，并且两者哎差案值逐渐加大疤。坝（2）在加翱压风量很小扮时，着火层般的一道门两办侧的压差值阿小于二道门唉两侧的压

22、差癌值，随着加熬压风量的增鞍大，前者的袄值将越来越埃大于后者的扒值，如在送把风量为10拔000m颁3半/h时，前笆者是后者的巴0.955邦倍；而在送爱风量为40蔼000m霸3皑/h时，前傲者是后者的颁4.2倍。摆（3）加压拜风量与门两芭侧的压差值澳关系：送风班量在200靶00m懊3搬/h以内时昂，着火层的白一、二道门皑两侧的压差胺值分别小于盎45.6P挨a、13.挨5Pa；在颁20000搬4000盎m爱3邦/h范围内瓣，一道门两佰侧的压差值扳为46.3瓣194.把2Pa，二八道门的两侧哀的压差值为埃13.5摆46.1P摆a，其中送扮风量在20扒600m暗3氨/h左右，跋一道门两侧伴压差值为5俺

23、0Pa；此吧时二道门两笆侧的压差值暗为15Pa挨。这说明对埃于2办0把层建筑，疤当加压送风癌量为206巴00m斑3伴/h时，就隘可基本满足岸一、二道门斑关闭时楼梯鞍间和合用前俺室的加压要扒求。而高案规表值推罢荐的风量为白35000绊4000昂0m颁3扒/h，远大颁于模拟所得暗到合适的加案压风量。懊改变楼梯间埃加压送风量蔼，同时开启伴着火层、着般火层上一层癌和底佰层的两道门艾，利用场模阿型模拟得到按着火层开门般门洞处的平爱均风速见表傲4奥8艾，背表中暗V安1案为一道门门肮洞处的风速半，氨V拔2鞍为二道门门柏洞处的风速啊。芭从表中可以拜看出：加压坝风量在10哀000m扒3鞍/h以内，佰着火层的二碍

24、道门门洞处凹的风速在0胺.53m/安s以内，其岸中送风量在巴9300m艾3柏/h左右，昂风速达到0背.5m/s袄；加压风量隘在1000拌0300唉00m佰3把/h范围内吧，风速为0敖.531柏.59m/癌s，送风量拌超过300捌00m稗3肮/h时，风凹速将超过1爱.59m/翱s。同时仍暗要考虑附加懊风量芭8啊，表4中模霸拟得到门洞阿风速值所对哎应的原加压捌风量应乘以碍附加系数1败.55，得叭到该门洞风把速值实际对伴应的加压风袄量。其中模鞍拟送风量在袄13000背m扮3八/h左右，版实际加压风翱量为201百50m鞍3哀/h左右，哀风速达到0蔼.7m/s氨，班这个风量与耙前面分析的吧一、二道门阿关

25、闭时，满百足楼梯间和版合用前室加芭压要求的风疤量2060拌0m百3邦/h基本一岸致。颁表版3岸 楼梯间氨加压送风量瓣不同时各层碍的门两侧的昂压差值楼层位 置楼梯间加压送风量/（m3/h）10000200003000040000P1P2P1P2P1P2P1P2111.80.145.13.2101.59.7179.619.526.56.846.313.5108.926.9194.246.13110.143.92.598.37.4163.9151011.60.344.32.798.47.7173.615.22012.30.7453.3998.3174.115.8稗综合上文的分析以及案“瓣只对楼梯间傲

26、加压送风扮”半的模拟分析般表明：当楼翱梯间和合用氨前室连接时背，采取只对巴楼梯间加压靶、合用前室拔不加压的送吧风方案，只拌要楼梯间加拌压风量足够拌，如建筑为叭20层时的按楼梯间加压凹送风量为2拜0600m按3傲/h左右，颁不仅可以防邦止合用前室敖出现严重超艾压的情况，案而且可以既癌满足门关闭背时的楼梯间啊和合用前室熬的正压要求艾，又能满足耙同时开门的斑数量为3时八的着火层的唉门洞风速要班求。此种方隘式加压方式敖对合用前室阿烟气控制比叭较适合。由唉于本文模拟俺均为稳态模熬拟，在分析拔开门工况时败，把门设定瓣为一直处于矮开启状态，俺模拟的工况阿为最不利情盎况。实际情板况是当人员袄疏散时，门翱突然开

27、启时斑间只是短暂般的几秒钟，背这种情况对鞍于防止烟气哎侵入更为有胺利。斑表颁4 蔼楼梯间加压埃送风量不同盎时着火层门扒洞处的平均按风速门洞处的风速/（m/s）楼梯间加压送风量/（m3/h）50001000020000300004000050000V10.2770.5581.1111.662.212.76V20.2640.5341.061.592.112.63胺图坝4隘 楼梯间伴加压风量为柏10000癌m爸3佰/h时 般 般图5 楼梯笆间送风量不靶同时着火层袄的门芭各楼层的门佰两侧压差值稗分布 埃 扳 巴 两侧压挨差值分布结论案1唉）数值模拟翱显示，加压扮送风量的大班小对各楼层巴的板楼梯间和合拔

28、用前室靶门两侧的压袄差值，特别哎是着火层的八门两侧的压凹差值具有决拔定性的影响败。无论采用跋何种加压方摆式，加压风靶量的选取都阿特别重要，瓣过大造成超拔压，过小阻袄挡不了烟气袄侵入疏散通岸道。同时从肮维持合用前爸室与走廊相柏同的压差值佰所需的风量百来看，本文爸模拟败20叭层所需的风隘量小于高扳规所建议碍的的加压风罢量，例如，翱只对楼梯间艾加压送风，埃维持合用前室与走廊压隘差值为摆25Pa挨时，模拟得斑到送风量为板27000碍m拜3皑/h背，而高规按推荐值为癌35000半m拔3扒/h氨。哀2凹）对楼梯间澳和合用前室罢分别加压送捌风、两者的靶加压风量分伴别为搬16000懊m懊3邦/h岸和艾630m罢3翱/h靶时，着火层板的门两侧的皑压差值均可傲保持在暗20Pa八左右。该模澳拟结果与文鞍献7一哀文中的分析案及试验结果袄非常接近。靶3奥）当楼梯间半采用阿外窗自然排芭烟白、仅暗对着火层合碍用前室进行叭加压送风时挨，岸其傲加压风量为办2坝13隘0m皑3昂/h扮，即可使着奥火层的二道扮门两侧的压矮差值维持版25Pa艾左右。阿4）采取只霸对楼梯间加绊压、合用前拔室不加压的唉送风方案，百只要楼梯间懊加压风量足氨够，不仅可胺以防止合用翱前室出现严翱重超压的情熬况，而且可板以既满足门坝