利用地铁车站电梯竖井辅助排烟的探讨★

闫 淑 霞

(常州工学院土木与建筑工程学院，江苏 常州 213032)

利用地铁车站电梯竖井辅助排烟的探讨★

闫 淑 霞

(常州工学院土木与建筑工程学院，江苏 常州 213032)

地铁车站一般在车站中间或一端设残疾人专用电梯，如果电梯井采用站台直达地面的方式，则电梯井可看作是车站的竖向通道，对常见电梯形式做了总结，提出利用电梯井进行辅助排烟的策略，并对电梯井排烟的动力进行了理论分析，从而为地铁站烟气控制提供了利用已有结构进行排烟的新策略。

电梯竖井，烟气控制，地铁车站

0 引言

为了方便残疾人或行动不便的人乘坐地铁，地铁车站在车站中间或端部一般设置无障碍电梯或专用电梯。根据热烟气向上运动的特性，电梯竖井作为竖向通道，烟气在此处的运动规律与电梯井是否可以作为排烟设施或者疏散通道有很大关系，因此值得研究。考虑到烟囱效应的存在和普通电梯在高温烟气作用下容易出现故障而停运等因素，对于电梯能否用于火灾时的人员疏散人们的普遍认识不一致[1]。目前，学者对地面上的高层建筑竖向通道内烟气运动规律以及建筑利用竖向通道的烟囱效应改善通风状况的研究较多。李林杰[2]围绕烟囱效应，湍流混合作用，热浮力，外界风等作用力，对高层建筑楼梯井、竖井内的烟气运动规律进行研究，分析了火灾功率、楼梯井结构、开口形式等对烟气流动速度、中性面位置的影响等。张旭涛[3]对高层建筑利用电梯竖井的排烟系统进行研究，并对某高层建筑电梯竖井顶部开口面积比、加压送风量、电梯口缝宽度与着火层常闭排烟口尺寸进行优化，得出电梯竖井能够达到较好的排烟效果。张靖岩等[4]考虑到机械排烟系统在火灾造成的电力实施中断时将失去排烟作用，合理的自然排烟方式可以是很好的替代方案。郭敏等[5]提出利用太阳能加强烟囱效应的通风系统，研究表明这种方式能够较好地达到地下通风换气效果。

地铁车站一般为地下建筑，与外部空间空气交换处少，特别是对于有屏蔽门系统的车站，站台空间相对更封闭，火灾时的热动力效应不同于地面建筑，因此其烟囱效应发挥效力的大小值得研究。烟气控制的一个理念是根据烟气传播的动力及途径，利用站内建筑结构对火灾烟气进行合理的疏导，保证人员疏散通道的安全。因此对于电梯竖井内烟气运动规律的研究有两个相反的方向可供选择，一是利用电梯竖井排烟的可行性，二是研究电梯井在火灾中能否发挥疏散作用。文章将对电梯井排烟的可行性进行分析。

1 地铁站无障碍电梯形式

地铁站人员出入车站的主要竖向通道是电动扶梯或楼梯；为方便特殊需要在站中间或端部设有无障碍电梯或专用电梯，如图1～图4所示。

单独电梯井如图3所示，尺寸为2.3 m×2.2 m，岛式站台宽度10 m。专用电梯井如图4所示，尺寸4.5 m×4.5 m左右。对于分为站台层、站厅层的车站，按站厅上覆土4 m，则电梯井高度为15 m左右；在某些垂直换乘的车站、包含设备层的深埋车站等，则电梯竖井高度可达20 m以上。广州市轨道交通六号线，由于地质条件复杂，地铁线路和车站均需要较大的埋深，有的车站埋深近35 m[6]。因此，从影响烟囱效应的重要因素之一的烟囱高度来讲，可根据不同高度分别研究烟气运动效果。

2 车站压力分布

烟气运动的动力是压力差，包括[7,8]两个方面：

1)烟自身的可流动性：本身由于高温气体比周围空气密度低而形成的浮力。

2)建筑物正常空气流动对火灾烟气运动的影响。主要指烟囱效应、建筑物孔隙形成的空气流动、机械通风系统作用对烟气流动的影响。

地铁车站内各种压力作用下的气流运动如图5所示。在站台火灾工况下，机械排烟系统的运行模式为站台排烟，站厅送风，形成站厅至站台气流，防止烟气向站厅扩散。因此对车站区域压力场的影响为站台排风负压效应、站厅送风正压效应。站台火灾生成热烟气，气体温度升高，从而气体体积增大，形成烟气热正压效应，同时，燃烧消耗氧气，又有一定的耗氧负压效应。楼梯井对外开口受室外风影响，若处于负压区可以加强竖井排烟效果。但由于室外风的随机性，本研究暂未考虑其影响。

因此，电梯竖井内的烟气运动将是烟气浮力效应和内外压差不形成的烟囱效应的综合作用结果。通风系统作用下站厅至站台形成的气流，在排烟系统及燃烧消耗氧气的作用下使站台趋向于负压状态，火灾烟气的高温热膨胀性和站厅火灾送风则使站台趋向处于正压的状态。若使竖井内空气获得向上运动的动力，则站台压力高于室外压力。压力差的变化将是两种趋势综合作用的结果。如果压力差大于烟气流动途径的阻力，则可以实现烟气的顺利排出。其中烟气浮力的影响程度取决于电梯竖井距离火源的距离，电梯井距离火源越近，烟气温度越高，则电梯井排烟效果越好。

3 电梯竖井压力分布

车站内电梯井除地面出口外均位于地下，不同于地面建筑的电梯井可存在连续空气交换，考虑到站台火灾工况下，站厅人员可通过直接与地面连接的出入口疏散，因此对于利用电梯井排烟或利用电梯疏散两种模式，均设置为站厅处电梯门处于关闭状态。因此整个电梯井的开口可以简化为站台和地面两个开口，如图6所示。

Klote等人[9]假设在竖向通道内外的气体温度是均匀的，通过理论分析，确定了出口质量流量为:

(1)

进口质量流量为:

(2)

进出口流量相等，根据式(1),式(2)可知竖向通道中性面位置为：

(3)

从式(1)，式(2)可以看出，通过进、出口的流量与竖向高度、温差、开口面积成正比。从式(3)可以看出，中性面高度与开口面积二次方成反比，与温度一次方成反比，因此，中性面的位置主要受到开口面积的影响，竖向通道内的温度对中性面位置的影响较小。

对于地铁车站的电梯竖井，与Klote计算模型的区别在于，进口和出口外侧环境温度不相等。出口处温度为室外空气温度，进口处温度受站台烟气温度影响比室外环境温度高，因此其竖向作用力与竖向高度、温差成正比，相对于Klote模型小。

4 结语

通过调研常规地铁站，电梯井高度在15 m左右，部分车站达35 m左右，因此根据烟囱效应，高度是决定烟囱效应强弱的重要因素，可以对电梯井是否能够排烟展开进一步分析。分析了车站内压力分布情况，受到机械排烟系统运行模式及容量、火灾功率等因素影响，具体排烟效果需要通过实验或数值计算验证。文章对于地下建筑利用已存在结构进行排烟提供一种新的方向。

[1] 司 戈.高层建筑火灾时利用电梯组织人员疏散的可行性[J].消防技术与产品信息,2004(10):43-48,147-154.

[2] 李林杰.高层建筑竖向通道内烟气输运规律及着火房间火行为特性研究[D].合肥：中国科学技术大学博士学位论文，2014.

[3] 张旭涛.利用电梯竖井的高层建筑排烟系统研究[D].北京：华北电力大学博士学位论文,2015.

[4] 张靖岩，霍 然，王浩波,等.高层建筑中利用竖井进行排烟的可行性分析[J].工程力学,2006，23(7):147-154.

[5] 郭 敏，廖义德，谭文鑫,等.基于烟囱效应的地下建筑通风系统研究[J].武汉工程大学学报,2010(32)：11.

[6] 高俊霞，史聪灵，钟茂华.深埋地铁防排烟设计研究[J].中国安全生产科学技术,2006，2(6)：12-17.

[7] 赵国凌.防排烟工程[M].天津：天津科技翻译出版公司,1991.

[8] [英]E.G.巴舍.防火设计中的烟控[M].王 磊，译.北京：中国建筑工业出版社，1990.

[9] John H.Klote. A General Routine For Analysis of Stack Effect.NISTNR 4588,1991.

Studyonthefeasibilityofusingaccessibleelevatorshaftextractingfiresmokeinmetrostation★

YanShuxia

(CivilandConstructionEngineeringInstitute,ChangzhouInstituteofTechnology,Changzhou213032,China)

The elevator shaft connecting the platform and the outside is a vertical channel in a subway station. This paper survey the geometry of the elevator shaft and put forward the idea that using elevator shaft to exhaust fire smoke. According to the theoretical analysis of smoke movement force, the paper give a possibility strategy of using existing construction to exhaust fire smoke.

elevator shaft, smoke management, metro station

2017-10-06★:常州工学院自然科学基金项目(项目编号：YN1414)

闫淑霞(1979- )，女，博士，讲师

1009-6825(2017)35-0123-02

U231.5

A