环境风对中庭自然排烟效果的影响分析

摘要：本文就某室内步行街中庭的消防排烟系统设计进行了探讨，针对不满足规范要求的设计，设定最不利火灾场景，用数值模拟的方法验证其自燃排烟的效果。模拟了火灾时步行街中庭内不同场景的烟气蔓延情况，获得能见度、CO体积分数等参数。

关键词：中庭；自然排烟效果；影响

1建立模型和工况设置

1.1模型的建立

以某商业步行街中庭建筑为例，合理简化后得到模型图，如图1。该步行街含有两个贯通一到三层的中庭，中庭的上部设有自然采光的透明采光顶，并开有可以进行自然排烟的高侧窗和天窗，墙壁的性质设置为混凝土，火源設置在室内步行街地面中心处。

1.2设定火灾模型

火灾的热释放速率和增长速率的设计是否合理直接关系到最后的分析结果，甚至有可能直接影响到最终结果。在FDS模拟计算中，通常采用t2火的热释放速率模型。步行街中庭处设置自动跟踪定位射流灭火系统，该场景考虑火灾时自动跟踪定位射流灭火系统未启动的不利情况，参照有关规程中关于无喷淋的中庭火灾规模为4.0MW的规定，该场景最大热释放速率设定为4.0MW。考虑火灾增长类型为快速t2火，α取0.04689KW/s2，火灾以快速火方式增长到4.0MW，其后维持该热释放速率稳定燃烧。

1.3火灾场景设计

起火位置如图1，该处距疏散楼梯间的距离较近，火灾发生后易影响附近楼梯间使用。该室内商业步行街的两个中庭采光顶为钢结构，顶部和侧部均可设置自然排烟口，侧面开窗会受到自然风的影响。查阅当地气象资料可知：受地形影响，该市终年多东南和西北两个风向。年平均风速3.4m/s，平均风速每年3月份最强，为5.6m/s。为能直观地表明顶部排烟与侧面排烟的差异性，设置分析场景进行模拟计算分析，在极端的情况下将风速加倍处理，所得的模拟场景如表1所示。其中自然排烟设计中的百分数指的是可开启的排烟窗的总面积与中庭地面面积的比值。

2模拟结果

为了探究室外风对中庭上部自然排烟效果的影响，分别分析左、右、上、下四个方向在以下三种条件下的排烟有效率以及火灾危险性对人员疏散造成的影响。首先对于模拟工况A1，其只在中庭顶部采光顶的四周开设高侧窗用来自然排烟，侧面开窗的面积占中庭地面面积的26%，通过在采光顶侧面四周设置的质量流量探测器来收集通过各个排烟窗口的质量流量数据。在中庭顶部只开高侧窗进行自然排烟的情况下，各个高侧窗在无风条件下的排烟量只跟其开窗面积有关，由于左、右两个排烟窗的面积是上、下两个排烟窗的两倍，因此其排烟量也是大约两倍的关系。4个高侧窗在无风条件下平均的排烟量为99.2kg/s。根据轴对称羽流的质量流率公式可知，当计算高度Z>火焰高度时，步行街4MW的火源产生的羽流质量流量为136.5kg，此时高侧窗自然排烟的效率为72.7%。

3三种排烟方式在不同风速时的排烟效率

在开启的自然排烟窗的面积相近的情况下，风速对自然排烟的效果具有非常大的影响。随着风速增大，中庭顶部自然排烟的效率快速下降。其中，只采用侧面开窗排烟的方式下降幅度最大（26.8%），侧面开窗+顶棚开窗次之（23.5%），顶棚开窗的自然排烟方式最小（12.4%）。这主要是由于中庭顶部开窗排烟的方式，其开窗位置在最上部，朝向上空进行排烟，受到外界室外风的影响相对侧面开窗排烟的方式要小。在采用侧面开窗的方式进行自然排烟时，往往受到风向和风速的干扰。当室外风面向排烟窗吹时，该朝向的排烟窗不仅不能排烟，还容易引起室外风的“入侵”，造成烟气的倒灌现象。另外，仅就某一固定风速而言，三种开窗面积相近的自然排烟的开窗方式其排烟效率也有明显差别。顶棚开窗自然排烟的方式排烟效率最高，这主要是由于热烟气的浮力上升的作用，热烟气到达顶棚后可直接通过排烟口排出中庭，不必像侧面开窗排烟那样热烟气到达顶棚后需要经过一次转折才能从一侧排烟窗排出。由于侧面开窗+顶棚开窗的自然排烟方式其顶棚开窗的面积偏小，侧面开窗的面积与单采用侧面开窗的排烟方式的开窗面积相差不大，因此两者的排烟效率比较接近。尽管侧面开窗+顶棚开窗的自然排烟方式中顶棚排烟的面积比较小，仍发挥了明显的促进排烟作用，侧面开窗+顶棚开窗排烟的效率在三种实验风速条件下都比单采用侧面开窗的排烟方式要高。

4结语

总之，排烟设计对排烟效果有着至关重要的影响，自然排烟口设置位置、排烟口面积和环境风速的影响等都会影响自然排烟效果。所以，以上对环境风对中庭自然排烟效果影响的研究很有意义。

参考文献：

[1]刘洪义，张奇志，唐述桥.下沉式广场防风雨蓬排烟口开口形式对其排烟效果的影响分析[J].邵阳学院学报（自然科学版）.2017.

[2]蔡崇庆，姜学鹏，袁月明.排烟口间距对隧道集中排烟烟气层吸穿影响的模拟[J].安全与环境学报.2014.

（作者单位：烟台市建筑设计研究股份有限公司）

作者简介：刘丽玉（1986.1-），女，山东烟台人，天津城建大学供热供燃气通风及空调工程硕士研究生，暖通工程师，研究方向：建筑暖通。