建筑物中庭自然排烟效果影响因素的探讨

摘要：利用火灾区域模型理论和数值求解方法得出特定火灾场景下的中庭烟气特性参数和自然排烟的设计参数，并以实际案例验证了该方法的可行性，同时对影响自然排烟设计参数的因素进行了分析。

引言
中庭是以建筑物内部空间为核心，综合多种功能而形成的共享空间，它通常贯穿多个楼层并与各楼层相通。由于中庭结构的特殊性，发生火灾时，火势可在连通的空间里迅速蔓延，造成火源、发热量及产烟量的扩大，给疏散与扑救工作带来极大困难。我国现行的相关规范有一些关于中庭防排烟的规定，但在实际的建筑防火设计中不能给出针对性的意见，使设计人员不能确切把握。因此，进一步完善消防技术规范是当务之急。
目前，室内火灾计算模型主要分为区域模型和场模型。区域模型的优点是计算代价小，针对建筑物火灾的主要特征，在其假设成立的前提下能够给出比较准确的结果口。
本文的目的在于利用区域模型理论和数值求解方法确定特定火灾场景下的中庭烟气特性参数和自然排烟的设计参数，为中庭火灾的自然排烟方案设计提供参考。
1区域模型
火灾区域模型最早是由美国哈佛大学的H．w．Emmons教授提出的，它将中庭整个空间分为上部热烟气层和下部冷空气层，并假定两层之间分界面为一水平面，每个区域内部的压力、温度、烟气浓度等物理参数均匀一致。区域模型为人们预测火灾烟气的传播以及建筑防火设计提供了理论依据。美国的商业街、中庭及大空间烟气控制系统设计指南NFPA92B及美国国家建筑规范BOCA设计指南中的中庭烟控方案设计就建立在区域模型基础之上。
中庭底部发生火灾后，火灾产生的高温烟气上升到火焰上方，同时上升的气流卷入冷空气形成烟羽流。在浮力、膨胀力和烟囱效应的作用下烟气上升到顶棚，形成一层薄薄的烟气层，直到碰到空间边界后开始向整个空间扩散，最后充满整个空间。针对中庭火灾，通常把房间分为2个控制体，即上层为热烟气和下层为冷空气的双区域模型(见图1)，区域之间的质量交换主要通过烟羽流和卷吸空气的掺混进行，能量交换除了由质量交换带来的能量传递以外，还应考虑辐射和导热的影响。根据质量、能量守恒定律建立每个控制体的基本方程，通过求解则可获得火灾烟气特性参数。

2自然排烟相关计算
2．1烟气特性参数
2．1．1火灾强度
火灾强度大小对中庭烟控系统的设计影响很大，其值可以根据中庭可能的着火面积和主要用途来确定。火灾本质上是非稳态的过程，NFPA92B指出在缺乏放热量设计资料的情况下，可假定为稳态火灾，这样可使设计方法更简单，结果更安全。
放热量为常数的火灾定义为稳定火灾。NFPA92B中给出了商业、住宅、办公建筑单位面积的放热量：限制可燃物的中庭取225kW／m2；未限制可燃物的中庭取500kW／m2。一般着火面积假定为9．3m2，火灾规模较大时，失火面积可扩大至50m2。3种典型的中庭稳态设计火灾推荐如下H1：限制可燃物的中庭最小火灾为2000kW；未限制可燃物的中庭最小火灾为5000kW；未限制可燃物的中庭最大火灾为25000kW。
2．1．2烟羽流质量流量
在建筑空间和火灾大小一定的条件下，烟气的生成量主要取决于烟羽流的质量流量。研究表明当火源位于中庭地面中心位置时火灾危险性最大瞪]，因此在进行中庭烟控系统设计时，选择火灾类型为稳态火灾且位于中庭中心处最为保险。此时的烟羽流类型为轴对称烟羽流，质量流量方程如下。

投稿会员：芳华