地下空间排烟技术应用

任耿召

摘要：随着城市的快速发展和人口不断增多，地下建筑应运而生，并成为城市商业发展极为重要的组成部分。文章以广州市天河区时尚天河广场地下商业建筑为模型，针对地下空间较大、火灾时烟雾不易扩散的特性，建立了小尺寸火灾模型实验台（1：20缩放），测试分析地下空间中移动式排烟装备的应用，根据不同工况下移动排烟的效果，与排烟理论综合分析得到合理的排烟建议，为地下商业建筑的排烟提供数据支持。

关键词：地下空间;移动排烟;实验

随着城市的快速发展和人口不断增多，地下建筑应运而生并成为城市商业发展极为重要的组成部分。而地下商业建筑作为地下建筑的一种，建筑规模一般都比较庞大。地下商场建筑实际上都相对封闭，出、入口数量少。另外，由于地下商业建筑的火灾荷载相对较大，特别是一些服装类商场，一旦着火，火势控制困难且难于扑灭。通过大量的火灾案例可以發现：烟气中毒导致人员窒息是建筑火灾中人员死亡的主要原因。由于地下商业建筑复杂、规模庞大，难以在实际场地进行排烟实验，本文以广州市天河区时尚天河广场地下商业建筑为模型，针对地下空间较大，火灾时烟雾不易扩散的特性，建立了小尺寸火灾模型实验台（1：20缩放），测试分析地下空间中移动式排烟装备的应用，根据不同工况下移动排烟的效果，与排烟理论综合分析得到合理的排烟建议，为地下商业建筑的排烟提供数据支持。

1  常见移动式排烟装备分析

地下空间火场中常用的排烟方法有正压送风，负压排风。目前在用移动排烟方式主要有使用消防水枪喷雾排烟、移动式排烟机以及排烟消防车排烟。

1.1  消防水枪

在灭火时，消防员经常使用消防水枪出喷雾水进行排烟，这种排烟方式机动性强、排烟量大，在一般小型场所或距离送排风口较近的现场都可以用这种方式进行排烟作业，可以通过变化水枪出口形式而使压力水产生不同消防射流的装置，用以达到火场灭火、冷却、稀释、洗消、排烟及保护等目的。但其缺陷是适用场景少、使用范围小。

1.2  移动排烟机

通常我们按照动力类型将移动排烟机分为汽油机、柴油机、电动机和水力驱动，风量达20000m3/h。电动排烟机能承受高温下的排烟，电机容易启动，转速较快。汽油排烟机功率一般在2kW～5kW，它的机动性好，便于在火场中移动排烟，但其因使用汽油的原因防爆性能差;柴油排烟机一般在内部点火，其防爆性能要比汽油机好，但其质量较大，不适合需要经常移动的火场排烟;电动排烟机容易启动且转速快，可以在高温下工作，但它需要较大的起动电流，限制了其应用的数量，在没有电源的情况下或在易燃易爆场所无法使用。水力驱动排烟机在国外使用的频率较高，这类排烟机一般体积、质量不大，相对移动方便，排烟和防爆效果也比较好。他们的原理通常为反力驱动式和冲击水轮式。反力驱动式不需要考虑回水循环的管路铺设问题，喷出的水雾可用于降温、吸热、稀释、消烟。其机动性强，适用于允许水渍损失的场合。而冲击水轮式就相对结构复杂且体积大。但与同尺寸的反力驱动式水力排烟机相比，冲击水轮式水力排烟机最大的优势在于它可选择关闭水喷雾，比较适用于不允许造成水渍损失的场合。

1.3  排烟消防车

排烟消防车主要用于强制通风，一般适用于地下建筑和仓库等场所火灾现场排烟，其主要优点是功率大、排烟量大，常见风量一般为120000m3/h。但是由于其无法到达高层，也难于深入地下空间内部，所以缺点也很明显，适用场景受限。

2  排烟实验平台及设备参数

2.1  小型排烟风扇（模拟移动排烟机）

小型排烟风扇用于模拟火灾现场移动排烟机，其工作时排风量为35m3/h，按1：20计算，相当于实际空间中排风量为62000m3/h。

2.2  小尺寸模型平台

小尺寸模型平台以天河区时尚天河广场地下商业建筑为原始模型，选取其中部分区域，建成5m×5m×0.3m的小尺度实验平台，总容积为5.7m3。具体模型的平面图和侧面图如图1所示，共设置有8个出入口。

整个实验空间由多个商铺组成，共有5条主要通道，整体呈L型。模型平台主要框架采用不锈钢合金焊接而成，为保证实验中烟气流通的可观察性，采用高透明度，高强度的PVC板对实验平台的各面进行封装，有效保障了实验装置的密封性。实验平台的实物图如图2所示。

2.3  小尺度模型相似度关系

基于相似关系，小尺度模型实验与原型的相似关系如下（其中下标m代表模型，下标f代表原型）：

1.几何相似

2.体积流量相似关系

3.特征实际相似关系

3  实验测试情况与结果分析

3.1  测试情况

实际测试时，每个排烟口均可设置正压送风，负压排烟或者自然排烟三种情况，按照编号A至G共7种排烟模式进行。在实际测试时，记录排烟的起始时间，并通过布控球1至4号从四个方向同时记录实际排烟过程。在实验平台中，使用颗粒物检测仪（型号DT-9850M）对实验平台空间内的烟气浓度进行实时测量。具体实验设计方案如表1所示。

3.2  現场实验结果与分析

3.2.1  实验结果

3.2.2  地下空间烟气流动特点

地下空间火灾的烟气流动与地面建筑相比有许多不同，它的主要流出位置主要为各出入口，没有窗户等其他通道，排烟排热困难，且其排烟通道与人员疏散通道相通，因此地下建筑危险性更大。火灾刚发生时，烟气一般会以火灾源为中心向四周扩散趋势，在纵向一般由于热气从上往上扩散，进而由于重力再从上往下扩散。烟气的横向扩散速度为0.25m/s～0.35m/s之间，烟气沉降速度约为0.003m/s。

3.2.3  实验结果分析及对排烟工作的建议

在忽略误差的情况下，通过实验数据我们可以分析出负压排烟+导向排烟速度最快，排烟效能最高。所以需要建立地下空间烟气流通通道，可以使用多台排烟机串联使用，也可以与排烟风管配合使用，在地下空间出入口引导烟雾向火场外扩散。

另外，在实施排烟时，如果排烟机与出口的距离太近则可能会出现烟气回流;如果排烟机与出口距离太远则不能有效利用风力把烟气排出，所以排烟机必须摆放在排烟出口合适的位置，才能有效提升排烟效能。

当用于区间隧道远距离送风排烟时，应将整个隧道截面密封，当隧道截面较大时，必要时可以多台排烟机并联使用，可大大增加风量，以建立送风所需的压力，或多台排烟机串联使用，一台排烟机用于封堵截面，一台用于送风排烟（如图5所示）。

在地下商业建筑灭火中，设置移动排烟措施是十分必要的，采取科学合理的移动排烟方法，可以有效地对火灾现场烟气进行控制，最大程度保障人身安全。

参考文献：

[1]董蕾.浅谈地下车库建筑的通风排烟消防设计[J].科技风，2018

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Application of smoke exhaust

techniques in underground space：

On smoke exhaust theory and miniature model experiments

Ren Gengzhao

Guangzhou Fire Rescue Department

Abstract： With the rapid development of the city and increasing population， underground buildings emerge as the times require and become an extremely important part of the urban commercial development. This paper takes the underground commercial building of Shishang Tianhe Square in Tianhe District of Guangzhou City as a model. Given the characteristics of large underground space and incapability of smoke diffusion in fire， the author established a small size fire model platform （1：20 scaling） to examine the application of portable smoke exhaust facilities in underground space， records experiments results under different conditions， and worked to provide data support and practicable solutions for smoke management issues in underground commercial buildings.

Keywords：Underground space; Portable smoke exhaust; Experiments