大空间会议厅排烟量确定方法及对比分析

廉 毅

同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司



大空间会议厅排烟量确定方法及对比分析

廉 毅

同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司

通过对典型大空间会议建筑的烟气控制FDS数值模拟研究，比较按不同方法确定的排烟量对大空间会议建筑排烟效果的影响，并就排烟量大小、排烟效果、排烟效率以及计算确定依据等方面，对各种排烟量计算方法对比分析，以探求较为科学合理的排烟量计算方法,为大空间会议建筑的排烟设计提供参考。

大空间会议厅 排烟量确定方法 排烟效果 FDS数值模拟

1 引言

随着国家经济实力、政治影响力的大幅度提升，会议建筑在规模和数量上不断增长，功能和形式上不断突破。这类建筑由于其建筑结构与使用功能的特殊性，向烟气控制领域提出新的挑战。但从现有消防设计规范来看，并未制定专门针对大空间建筑的设计规范，而可以参照借鉴的规范中也没有对这类建筑的消防设计做出充分明确的规定，很多方面设计者和消防审批人员无法掌握设计与验收尺度。

本文通过对某会议中心大空间会议厅的烟气控制数值模拟，分析不同计算方法确定的排烟量对排烟效果的影响，并就排烟量大小、排烟效果以及排烟效率进行比较，探求大空间会议建筑较为科学合理的排烟量计算方法。

2 大空间建筑排烟量计算方法

大空间建筑排烟量的计算目前可以参考以下三种方式：

2.1 面积指标法

当机械排烟系统负担一个防烟分区时，排烟量按防烟分区面积60 m3/h.m2计算确定；当一个排烟系统负担多个防烟分区时，排烟量按最大防烟分区面积120 m3/h.m2计算确定。

2.2 换气次数法

换气次数法主要参照中庭排烟量计算方法，即中庭体积小于或等于17000 m3时，其排烟量按其体积的6次/h换气计算； 中庭体积大于17000 m3时，其排烟量按其体积的4次/h换气计算；但最小排烟量不应小于102000 m3/h。

2.3 烟缕流量法

烟缕流量法根据烟缕流模型计算排烟量，其原理是排烟量应大于等于烟气生成量，以保证足够的烟气层高度确保人员安全疏散，排烟量按照烟缕流类型，根据清晰高度、火灾模型热释放量、烟缕质量流量及烟缕温度等参数计算确定。

轴对称型烟缕的质量流量表示为：

(1)

(2)

(3)

ΔT=Qc/MρCP

(4)

(5)

式中：Qc—热释放量的对流部分，一般取值为0.7Q(kW)；Z—燃料面到烟层底部的高度(m)(取值应大于等于最小清晰高度)；Z1—火焰极限高度(m)；Mρ—烟缕质量流量(kg/s)；V—排烟量(m3/s)；ρo—环境温度下气体的密度(kg/ m3)；To—环境的绝对温度(K)；T—烟气的绝对温度(K)；ΔT—烟气平均温度与环境温度的差(℃)；CP—空气的定压比热，一般取1.02(kJ/kg.K)。

3 工程实例分析

某会议中心为一类高层建筑，地上建筑面积51597.6 m2，建筑高度59.5m，裙房共3层，首层为多功能宴会厅，二层为中小会议室，三层为大型多功能会议厅。

本节选用三层大空间会议厅作为研究对象，结合FDS数值模拟进行烟气控制分析，确定合理的排烟量计算方法。

3.1 大空间会议厅概况及FDS模拟模型

如图2所示，大空间会议厅厅内建筑面积4000 m2，地面标高10.2 m，屋顶为网架结构，最高点标高21.5 m，室内吊顶净高度7 m，根据建筑设计，建立会议厅FDS模型如图3所示。

3.2 确定排烟量

3.2.1 按净高大于6 m面积超过100 m2房间确定排烟量

会议厅面积为4000 m2净高达到7 m，整个会议厅为一个防烟分区，会议厅排烟量按防烟分区面积60 m3/h.m2计算，因此会议厅的排烟量为240000 m3/h。

3.2.2 按换气次数确定排烟量

会议厅体积28000 m3，排烟量按其体积的4次/h换气次数计算，所以会议厅的排烟量为112000m3/h。

1-1俯视图

1-2侧视图

图2 会议厅平面图

图3 FDS模拟模型图

3.2.3 按烟缕流量法确定排烟量

烟缕流量法中机械排烟目标就是在允许疏散时间内将烟层控制在火灾区域内的一定安全高度之上。整个会议厅划分2个防烟分区，单个防烟分区面积2000 m2，挡烟垂壁底部距离地面6 m，会议厅排烟系统单个防烟分区排烟量计算结果见表1。

3.3 烟气控制对比分析

3.3.1 排烟效果比较

由图4可以看出，模拟结束时刻，面积法的烟层高度最高，烟缕流量法的烟层高度最低；面积法由于排烟量大，排烟过程中对烟层造成较大扰动；但三种方法确定的排烟量在模拟时间(1200 s)内均可将烟层高度控制在2 m以上,即均满足人员可耐受条件。

表1 会议厅排烟系统单个防烟分区排烟量计算结果

1-1面积法

1-2换气次数法

1-3烟缕流量法

3.3.2 排烟量大小比较

根据上述三种方法的计算结果，按烟缕流量法确定排烟量最小，按换气次数确定的排烟量和按房间面积确定的排烟量分别是其1.44倍和3.08倍。

虽然烟缕流量法的最终烟层界面高度略低一些，但仍能保证在2m以上，即是说仍能满足人员安全疏散的要求。而前两种方法(尤其面积法)确定的排烟量过大，这种情况下不仅会造成烟层界面的较大波动，也可能带来财力、物力的浪费及施工难度。

3.3.3 排烟效率比较

如图5所示，360 s时，面积法的排烟口抽吸的基本为冷空气，换气次数法抽吸的为热烟气与冷空气的混合气体，而烟缕流量法排出的基本均为热烟；1200 s时，也是烟缕流量法排出的热烟温度、浓度最高。

t=360 s(面积法)

t=1200 s(面积法)

t=360 s(换气次数法)

t=1200 s(换气次数法)

t=360 s(烟缕流量法)

t=1200 s(烟缕流量法)

因而可以看出，烟缕流量法的排烟效率较高，其他两种方法(尤其面积法)确定的排烟量过大，排烟口的抽吸作用过于强烈，以至于穿透热烟层，直接抽吸其下方的冷空气，不仅浪费，而且加速了热烟气层与冷空气间的混合，造成局部烟层界面下降。

3.3.4 排烟量确定依据比较

面积法仅按建筑面积计算排烟量，换气次数法考虑建筑面积、高度因素，两种方法均较为单一片面，取值也偏于保守，从模拟结果来看，实际排烟效果并不理想。

烟缕流量法综合考虑了火灾荷载、建筑空间尺寸、清晰高度等因素，根据经验公式确定理论最小排烟量，确定的排烟量与产烟量基本相当，在较好地控制烟层界面下降的同时，又能避免抽吸冷空气，提高排烟效率。

4 结论

对面积法、换气次数法与烟缕流量法三种排烟量计算方法进行对比研究分析认为：烟缕流量法较传统的面积法及换气次数法，考虑的因素更为全面，确定的排烟量更为合理；同时证明对于大空间会议建筑，并非排烟量越大，排烟效果越好，需综合考虑火灾荷载、建筑结构、清晰高度等因素，特别应权衡产烟量与排烟量的守恒关系，在保证排烟设计可靠性的前提下，提高排烟效率。

[1] 李引擎.建筑防火性能化设计[M].北京:化学工业出版社，2005:1-3.

[2] National Fire Protection Association, Guide for Smoke Manangement Systems in Malls,Atria, and Large Areas (NFPA92B), 2000.

[3] 李思成.中庭防排烟系统性能化设计.暖通空调，2003，33(4):71-74.

The method for determining and comparative analysis of smoke extraction volume of the large space conference hall

LianYi

(TongjiArchitecturaldesign(Group)Co.,Ltd)

Through FDS numerical simulation study of smoke control in the typical large space conference building, smoke exhausting impact of smoke extraction volume determined by different methods on the large space conference hall is compared. On the aspects of smoke extraction volume, smoke exhausting effects, smoke exhausting efficiency and smoke exhausting calculation basis, calculation methods of smoke extraction volume are comparative analyzed to explore a more scientific and reasonable smoke extraction volume calculation method and provide a reference for the design of smoke extraction system for the large space conference building.

large space conference hall method for determining smoke extraction volume smoke exhausting effect FDS numerical simulation

1006-8244(2015)02-035-04

廉毅，同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，工程师，主要从事暖通空调工程、防排烟工程设计与咨询。

TU96+2

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