T8高层建筑加压送风系统一些影响因素分析Word文件下载.docx

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窗孔内外的压差称为余压,当某窗孔处余压为正时,该窗孔向外排气,为排气窗孔;

而当窗孔处余压为负时,则向里进风,为进风窗孔。

在排气窗孔和进风窗孔之间的某个位置上,余压为零,因为室内或室外同一水平上各点的静压相等,所以在余压为零时存在着一个水平面,该平面称为中和面或中性层[3]。

发生火灾时,由于火灾所产生的烟气具有较高的温度,当烟气从着火房间蔓延到走廊后,走廊的温度要比前室高很多。

前室开向走廊的门（二道门）开启时,由于走廊与前室的温差而在门洞处产生热压作用,影响着门洞处的气流流动状况。

如图1所示,1,2为火灾时前室与走廊之间的防火门,Ⅰ区为前室,Ⅱ区为走廊,相应的气体温度为tn、tw,单位为℃。

现以地面为基准面,分析沿门高度方向上两侧的压力分布情况。

假定离地面垂直距离为hm。

1hnn

nPPghρ=-（1-1）式中hnP——在高度h处前室的压力,Pa;

1nP——前室地面上的静压力,Pa;

nρ——前室内空气的密度,kg/m3。

1hwwwPPghρ=-（1-2）

式中hwP——在高度h处走廊的压力,Pa;

1wP——走廊地面上的静压力,Pa;

wρ——走廊内空气的密度,kg/m3。

111nwPPP?

=-（1-3）式中1P?

——地面上前室与走廊的压力差,Pa。

（）1hwnPPghρρ?

=?

+-（1-4）

式中hP?

——离地面h处前室与走廊的压力差,Pa。

（）21wnPPgHρρ?

+-（1-5）

式中2P?

——在门最上沿的前室与走廊的压力差,Pa;

H——前室通向走廊的门的高度,m。

在垂直地面的某一高度位置上,将出现两侧的压力差为零,即两侧的压力相等的情况,通过该位置的水平面称为中和面。

则

（）1110hwnPPghρρ?

+-=（1-6）

式中1hP?

——在中和面处前室与走廊的压力差,Pa;

h1——中和面的高度,m。

由于在发生火灾时,走廊的温度要高于前室的温度,即tn<

tw,那么nρ>

wρ,由于热压的作用,相对于走廊的压力,前室的防火门的上部呈负压,地面呈正压,因此走廊内的烟气从门上部流进前室,而前室

内的低温空气从门的下部流向走廊。

针对上述情况,对前室采用加压送风,当人员向外疏散将走廊通向前室的防火门打开时,前室的空气大量涌出,前室的正压几乎全部丧失,但由于送风系统仍不断地对正压区间输送空气,所以开启的门的内外两侧就存在着一定的低水平的压力差。

正是这个压力差,在门洞处维持一股源源不断的具有一定流速的空气流。

文献[4]模拟得到:

门开启时,前室的压力一般在几帕左右。

假定开门后的前室1nP=3Pa,tn=20℃,

则nρ=1.21kg/m3,走廊1wP=-3Pa,tw=220℃,则wρ=0.71kg/m3,门的高度H=2m。

以此工况为例,如

果不考虑室内外温差和风压等因素影响,根据公式（1-1~6）计算得到:

1P?

为6Pa,2P?

为-3.7Pa,h1为1.24m。

从上可以得到:

在门的垂直高度1.24m处上存在中和面;

在门洞处低于1.24m范围内,即在中和面下面,前室的压力总是高于走廊的压力;

在门洞处高于1.24m范围内,即在中和面上面,前室的压力总是低于走廊的压力。

具体示意图见图2。

图1二道门两侧的参数示意图图2二道门两侧的压力分布图

1.1走廊的压力对中和面位置的影响

走廊的压力主要是由走廊采用的排烟形式决定的。

采用机械排烟,走廊的压力在-1~-7Pa左右;

采用自然排烟,走廊的压力为0Pa左右。

其它条件不变情况下,改变走廊的压力,则对应中和面位置见表1,从表中可以看出:

走廊的压力越小,门洞的中和面位置越高,则对前室的防烟效果越有利。

那么相比于自然排烟,采用机械排烟对前室的防烟效果会更好一些。

走廊与前室压力相等时,中和面位置为0m,此工况下在门洞平面上,走廊上任一点压力都将高过前室,高温烟气可能会进入到前室,此时还考虑门洞处的风速的大小;

同时可以计算出当走廊压力为6.68Pa时,中和面位置为2m,此工况下在门洞平面上,走廊上任一点压力都将比前室低,高温烟气将不会进入到前室。

1.2走廊的温度对中和面位置的影响

走廊的温度主要由着火房间进入走廊的烟气温度决定的。

火灾烟气的温度在火灾的发生、发展和熄灭各个阶段也是不同的。

在火灾发生初期,着火房间内烟气温度不高,随着火灾的发展,温度逐渐上升,当发生爆燃时,燃烧很快达到高峰,室内烟气温度相应急剧上升,很快达到最高水平。

走廊的温度与着火房间的烟气温度变化规律相同,但要比着火房间烟气温度低,这是因为当烟气由着火房间窜出蔓延到走廊时,一方面迅速与周围的冷空气掺混,另一方面受到周围围护结构的冷却。

其它条件不变的情况下,改变走廊的温度,对应的中和面位置见表2。

表中表明:

中和面的位置随着走廊的温度升高而降低。

走廊温度变化规律表明:

火灾初期,温度较低,对前室的防烟效果最有利;

随着温度升高,中和面位置降低,对前室的防烟效果越不利;

当火灾发生爆燃时,走廊温度达到最高。

表2走廊的温度与二道门的中和面位置的关系

2走廊温度对门两侧的压差值影响

上文对走廊的温度与门的中和面位置关系进行了分析,利用区域模型模拟,通过改变走廊的温度,来讨论门关闭时,门两侧的压差值变化规律。

模拟时楼梯间加压风量为10000m3/h,走廊采用自然排烟时,模型的其它参数设定条件与文献[4]第4.2.1.1

（1）项相同;

走廊采用机械排烟时,模型的其它参数设定条件与文献[4]第4.2.1.1（3）项相同。

图3反映了走廊的温度与着火层的门两侧的压差值的关系,图4则反映了楼梯间、着火层前室以及着火层走廊的压力随走廊温度变化的规律。

从两图中可以看出:

（1）无论走廊采用自然排烟还是机械排烟,随着走廊的温度升高,着火层的一道门两侧的压差值逐渐降低,而着火层的二道门两侧的压差值逐渐升高。

但是两者的降低或增加的幅度都非常小,从模拟的温度最低23℃到最高400℃,降低或增加的最大幅度值都在6~7Pa范围内。

从上可以表明:

一、二道门两侧的压差值主要是由加压送风量决定,走廊的温度变化对之影响较小。

（2）同等条件下,走廊采用机械排烟时的一、二门两侧的压差值分别稍大于采用自然排烟时的一、二道门两侧的压差值。

（3）走廊温度增加时,走廊和楼梯间压力稍有增大,而着火层前室的压力也增大,但增加的幅度要比前两者要大一些。

总之,改变走廊的温度对楼梯间、着火层前室以及走廊的压力影响都不是很大。

门两侧的压差值/（Pa）

走廊的平均温度/（℃）

各部位的压力值/（Pa）

图3走廊的温度与着火层图4走廊温度与楼梯间、着火层前

门两侧的压差值的关系室以及着火层走廊的压力的关系

3防火门的门缝的大小的影响

防火门关闭时,门缝则成为空气流通的主要途径。

《高规》条文说明建议双扇疏散门（2.0m×

1.6m）的门缝宽度为0.002~0.004m。

GB14101-1993《木质防火门通用技术条件》第5.5规定:

门扇与地面间缝隙为4~5mm。

实际安装中,由于施工质量不高,门扇与地面间隙可达10mm而不为人们注意。

门缝规格众多和施工质量的参差不齐,本文模拟的防火门尺寸为2.0m×

1.6m,门与地面间缝隙分别取4mm、10mm,其余门缝分别取2mm、3mm和4mm。

同等条件下,模拟得到门缝总面积与着火层的门两侧的压差值的关系见表3,从表中看出:

着火层的一、二道门两侧的压差值随着缝隙面积的增大而逐渐减小;

因此防火门越严密,为维持相同的门两侧的压差值,所需的加压风量就越少,反之亦成立。

从表3中①到②可以看出,门缝仅仅增加了1mm,但一、二道门两侧的压差值分别降低了20Pa、19Pa。

可见门缝大小对防烟系统的设计影响非常大,稍微改变一下门缝的大小,就有可能使本可以阻止烟气侵入的压差值降低到不能阻止烟气侵入的压差值,直接影响着防烟的效果。

4楼梯间送风口数量和位置的影响

《高规》8.3.8规定楼梯间宜每隔2至3层设一个加压风口,其目的是保持楼梯间的高度内的压力均衡一致。

据加拿大、美国等国采用电子计算机模拟试验表明,当只在楼梯间顶部送风时,楼梯间中间十层以上内外门压差超过102Pa时,疏散门不易打开。

如在楼梯间下部送风时,大量的空气从一层楼梯间门洞处流出;

多点送风,则压力值可达到均衡。

至于这三种送风方式的比较,已有文献[5]对此问题进行过模拟分析,得出结论:

单点送风楼梯间加压系统可以适用于较低楼层的建筑。

本文不再对此讨论,下文将对楼梯间采用多点送风时送风口的数量和位置进行模拟分析。

模拟建筑为20层,只对楼梯间加压送风,送风量为16000m3/h,模型的其它参数设定条件与文献[4]第4.2.1.1（3）项相同。

针对多点送风系统,分别每隔一层、二层、三层设置加压风口,首个风口设在一层,在不同的开门情形下,模拟风口数量的变化对各层一道门两侧的压差值的影响,见图5。

考虑受到首层建筑外门开关的影响,首层风口分别设在一层、二层,三层,每隔两层设置一风口,在不同的开门情形下,模拟风口位置的变化对压差分布的影响,见图6。

模拟结果分析如下:

（1）模拟静态条件下门两侧的压差值,由图5可见,所有门关闭情况下,着火层以上各楼层的门两侧的压差值接近相等,首层的门两侧的压差值比着火层以上各层稍大一些,着火层的一、二道门两侧的压差值则远大于其他各层,数值是其它各楼层的2倍左右。

一旦某楼层一、二道门同时开启,那么该楼层的门两侧的压差值将急剧减小。

在同样条件下,多点送风系统加压送风口的数量增多,首层和着火层的一道门两侧的压差值略有增加,其它楼层则略有降低,而对于整个楼梯间门上压差分布（指着火层以上各层）的均匀性影响很小。

（2）由图6可见,同等条件下,当所有门均关闭或者开启门中不包含首层三道门时,多点加压送风口在位置不同的情况下对各楼层的一道门两侧的压差值影响很小;

当开启门中包含首层三道门时,若加压送风口能够避开首层,则作用在其它关闭一道门两侧的压差值略有增加。

因此,应尽量将多点加压风口的位置避开首层。

5结论

高层建筑加压系统启动后,在变化的条件下,影响其运行效果的因素极其复杂。

本文对加压系统的一些影响因素进行了分析,实现对系统的动态特征的清晰认识。

1）针对前室通向走廊的门开启时,由于前室与走廊的温差导致在门洞处存在着热压作用从而形成中和面,本文对中和面进行了全面的理论分析,同时分析了走廊的压力和温度对中和面位置的影响,得出了走廊压力越低（采用机械排烟）,火灾初期温度越低,中和面位置越高,对防烟效果越有利。

当门关闭时,通过模拟分析了走廊的温度对门两侧的压差值的影响,结果发现走廊温度的变化对着火层的门两侧的压差值影响不大。

2）门缝的大小对门两侧的压差值有一定的影响,建议门缝的规格应严格按照设计的要求;

3）对楼梯间加压风口的数量和位置进行了模拟分析,结果表明采用多点送风时,静态条件下,送风口的数量对加压系统的效果影响很小,送风口尽量避免布置在底层。

一道门两侧的压差值/（Pa）

建筑楼层数

a）所有门均关闭

b）着火层两道门开启

c）首层三道门、着火层两道门都开启

d）首层三道门、着火层和三层两道门同时开启

图5多点送风系统送风口数量对门两侧压差值的影响

c）首层三道门都开启

d）首层三道门、着火层两道门同时开启

图6多点送风系统送风口位置对门两侧压差值的影响

参考文献:

1高层民用建筑设计防火规范GB50045-95.北京:

中国计划出版社,2001

2陈军华,高甫生等.加压送风量与门两侧压差值关系的网络模拟分析.暖通空调.2007,（8）:

79~8

33赵国凌.防排烟工程.天津科技翻译出版公司,1991

4陈军华.高层建筑楼梯间及前室烟气控制方式的数值模拟研究.哈尔滨工业大学硕士学位论文.2006

5王芳.高层建筑烟气控制模拟与分析.哈尔滨工业大学博士学位论文.2002:

83~89