某大型物流仓库的自然排烟设计.docx

文章编号：1003-0344（2011）04-103-4某大型物流仓库的自然排烟设计王彬 1 荣庆兴 1 朱勇 1 刘保石 21 深圳奥意建筑工程设计有限公司2 江苏正方圆建设集团有限公司摘要：本文结合某大型物流仓库工程设计实例，对大型仓库的自然排烟设计进行了详细的分析和论证，结果显示采用合理的自然排烟方案可以很好地满足规范规定的排烟要求，为以后的仓库自然排烟设计提供了参考。关键词：大型仓库 防排烟 自然排烟N a t u r a l Sm o k e Ex t r a c t i o n De s i g n i n a L a r g e L o g i s t i c s Wa r e h o u s eWANG Bin1, RONG Qing-xing1, ZHU Yong1, LIU Bao-shi21 Shenzhen A+E Design Co., Ltd.2 Jiangsu Zhengfangyuan Construction Group Co., Ltd.Ab s t r a ct : In this paper, based on a example of a large logistics warehouse project design, a detailed analysis anddemonstration of this natural smoke extraction design are given, and indicate that a reasonable natural smoke extraction design can meet the smoke extraction requirements in , and give a reference for the future natural smoke extraction design in the large logistics warehouse.Ke ywo r d s : large logistics warehouse, prevention and exhaust of smoke, natural smoke extraction工程概况防排烟要求12某大型物流仓库工程位于深圳市，分三期建设，一期为已建成的为 A 仓（图 1 中左上侧），二期则是本 次设计的 B 仓（图 1 中左下侧）。B 仓由相邻的 B1 和 B2 栋建筑组成，总建筑面积为 147716.71m2，地上共 3 层，总高 22.70m，属于丙类仓库。2.1 规范要求本建筑属于仓库（厂房）建筑，防排烟设计需按照建筑设计防火规范1（ GB50016-2006）（以下简称建 规） 进行。其中 9.1.3 条第 2 点规定：占地面积大于1000 m2 的丙类仓库应设置排烟设施。根据此要求，本 次设计的 B 仓需进行排烟。2.2 业主要求该工程的一期 A 仓是在 06 年新版建规颁布前 设计施工的，之前的建规对丙类仓库的防排烟没有 具体要求，所以 A 仓在设计施工时并没有设置防排烟图 1 某物流仓库效果图收稿日期：2010-12-7作者简介：王彬（1982），男，硕士，工程师；深圳市华发北路 30 号深圳奥意建筑工程设计有限公司（518031）；E-mail: 建 筑 热 能 通 风 空 调2011 年104设施。这是导致业主要求 B 仓在设计施工时不采用常规的机械排烟方式的主要原因，另外还有一个也很重 要原因是：如果 B 仓采用机械排烟方式，将无形中增 加建筑层高，而机械排烟系统本身的造价较高，综上等等，本项目决定采用自然排烟方式。30m，采用外窗自然排烟肯定是不可行的，通过比较分析，笔者认为在该区域设立自然排烟井直通屋顶排出 是可行的，相对于设在外墙上的外窗自然排烟口，自然 排烟井上开设的排烟口具有优势，因为对于同样的开口面积，自然排烟井存在烟囱效应，其排烟口的内外压 差比外窗排烟时窗内外的压差大，这就会使采用自然 排烟井的排烟效果好于外墙排烟窗（下面的理论计算 也证明了这一点）。为顺利实现自然排烟并且满足规 范设计要求，首先，必须确保自然排烟井上的开口面积 满足不低于所负担排烟区域面积 2%的要求，另外所 开设排烟口到 B 区域最远距离不超过 30m。具体布置 位置见图 2 中所示。B 栋仓库是多层仓库，每层独立的仓库都存在离 外墙水平距离超过 30m 的 B 区域，对于 1、2、3 层的自然排烟井和排烟口设置有以下两种方式：（1）1、2、3 层的自然排烟口共接一个排烟井到屋 顶，为保证各层的防火分区相对防火独立，自然排烟 口必须设置排烟阀，必须配置消防联动。（2）1、2、3 层的自然排烟口分别通过相互独立的 排烟井到屋顶，每层的自然排烟各自独立，互不影响， 也不需设置排烟阀，自然排烟口采用普通百叶即可。通过比较分析，由于自然排烟口的面积必须不低 于其负担排烟区域面积的 2%，从而使自然排烟口的 面积较大，每个防火分区的自然排烟口面积都达到了816m2，在如此大的风口上设置排烟阀有一定难度， 且设置消防联动也存在一定的安全隐患，并且增加了 建设成本。最终决定采用第二种方式，设置简单，各防 火分区排烟独立，互不影响，没有消防联动，安全可靠。设计方案3根据建规规定的防排烟设计要求，综合考虑业主的设计施工要求，最终确定对本仓库采用自然排烟 的方式。自然排烟的设置需满足建规中 9.2.2 条第 4 点：“其他场所，自然排烟口的净面积宜取该场所建筑 面积的 2%5%”和 9.2.4：“作为自然排烟的窗口宜设 置在房间的外墙上方或屋顶上，并应有方便开启的装 置。自然排烟口距该防烟分区最远点的水平距离不应 超过 30m。”针对以上自然排烟的设计要求，对 B 仓的建筑布 置进行了仔细分析。对于自然排烟口距防烟分区最远点的水平距离不应超过 30m 的要求，将仓库内的每个 防火分区分为两个区域：（1）离外墙水平距离不超 30m 的区域，如图 2、图3 中的 A 区域。（2）离外墙水平距离超过 30m 的区域，如图 2、图3 中的 B 区域。4计算论证4.1计算模型以一层的某个自然排烟井作为计算模型，简化如 图 4 所示。图 2B1 栋一层平面示意图图 3B2 栋一层平面示意图图 4 排烟竖井示意图对于 A 区域，可以在外墙开的高侧窗实现满足自然排烟要求；对于 B 区域，离可开启外窗的距离大于4.2 计算条件式中：P1 为 1 点静压，Pa；P2 为 2 点静压，Pa；P为 1 点自然排烟口负担的排烟区域面积为 S=550m2。和 2 点静压差，Pa；P t 为烟气在烟井流动产生的阻 排烟井截面尺寸：a b=2.2m 1.9m， 当 量 直 径力，Pa；L 为烟气流量，m3/h；F 为风口净面积，m2； 为=2.04m。排烟井出风百叶底高 H1=27m，出局部阻力系数；K 为当量绝对粗糙度，mm；Pm 为比风百叶面积 S1=6.4m2；排烟井进风百叶底高 H2=4m，进摩阻，Pa/m； 为流速，m/s； 为风口有效面积比。风 百 叶 面 积 S2=15.6m2， 则进口与出口 高 度差 h=查设计手册2得出以下数据：普通单层百叶有效 H1-H2=23m。面积比 1=0.7，防雨百叶有效面积比 2=0.5，普通单层 根据文献3中的介绍：即使非常浓的烟气，与同 百叶局部阻力系数 1=1.4，防雨百叶局部阻力系数温同压的空气的密度相比，差别也只有百分之几，可2=8。则 F1=15.60.7=10.92m2，F2=6.40.5=3.6m2。以近似地认为烟的密度与空气的密度相同。在建筑物由式（6）（10）代入数据得到：的防烟设计中，烟气流动的动力是建筑物内的气压（11） 差。与大气压相比，气压差是很微小的。因此，假设烟分析式（6）（10）要计算得到排烟井里的排烟量， 的密度不随高度而变化，而近似的将烟气密度看做绝 只需计算出P1 或P2，分析式（11）和（5），P1 和Pt 对温度 T的函数：=353/T。对于本工程，假设排烟时烟 都是未知的，对于此，笔者采用试算法，先假设烟气在 气温度 280，室内原始空气温度为 20，则空气密度 排烟井中的风速，根据假设的风速算出P t，代入式 为 气 =353/293 =1.204kg/m3， 烟 气 密 度 为 烟 =（5）中得出P1，再根据P1 反算出烟气在排烟井中的353/553=0.638kg/m3。风速，将此与先前假设的烟气风速比较，如果比假设风 速低，则调低假设风速重新试算，如果比假设风速高，4.3 计算目标则调高假设风速重新试算，直到两者基本相等。第一 根据已知排烟井深度，高度，排烟进出口的面积次试算先假设烟井里烟气速度达到 6m/s，根据设计手以及空气和烟气的温度，密度等参数，推算出排烟井册2查得 K=3.0mm，Pm=0.5Pa/m，其中局部阻力系数 在室内有烟气产生时可达到的排烟量，从而判断排烟t =3.68，P t=53.8pa，将（11）代入（5）并代入数据得： 井能否达到预想的排烟效果。P 1=1.38Pa，P 2=72.4Pa，1 =1.76m/s，2 =5.3m/s，L2 ==16.96 m3/s=61056 m3/h。4.4计算过程根据以上数据反算得出排烟井风 0=16.96/(2.2根据流体的伯努利方程对排烟井的进出口流态1.9)=4.05m/s6m/s，按照先前设定的试算原则，调低 可以列出以下计算式35：排烟井的假设风速，按相同的计算过程进行重新试算，（1）经过几轮试算，最终得出排烟井排烟风速为 4.4m/s，此（2）时的排烟井排烟量为 66211m3/h，其排烟负担区域每 排烟井顶部开口处压差：平米的自然排烟量可达到 120m3/h，建规 中 9.4.5 条（3）中规定机械排烟系统的最小排烟量为 60 m3/(hm2)，由 排烟井底部进口处压差：此可以判断采用本设计方案的自然排烟井可以取得（4）与机械排烟相提并论的排烟效果。将式（1）、（2）、（4）代入（3）得：自然排烟井的排烟效果完全取决于排烟井的烟（5）囱效应，排烟井高度越高，烟囱效应就会越强，排烟效 进风口风量：果自然就会越好，所以对于分布于 1、2、3 层的排烟井（6）来说，1、2、3 层的自然排烟效果依次降低。采用上面的出风口风量：计算方法，笔者对排烟效果相对最差的三楼自然排烟（7）井也做了计算，计算情况如下：（8）排 烟 井 截 面 尺 寸 ：a b=2.9 1.4m， 当 量 直 径 进风口阻力损失：=1.88m，排烟井出风百叶底高 H127m，出（9）风百叶面积 S1 =3.84m2；排烟井进 风百叶底高 H2 出风口阻力损失：19.7m，进风百叶面积 S2=10.24m2。此自然排烟口负担（10）(下转 24 页)第 30 卷第 4 期王彬等：某大型物流仓库的自然排烟设计105图 4 空气与水膜流动对流传质 Sh 数随水膜流动 雷诺数变化建 筑 热 能 通 风 空 调2011 年24小于 45 分钟。试验结果表明司机室的传热性能良好，达到了俄国交通部的出厂的规定，能够在室外恶劣的 环境条件下，保持室内的温度在一个较小的范围内波 动。室内空调的加热效果也能满足 OCT12.2.056-811520 轨距铁路电力机车和内燃机车安全要求 的评 定指标。试验测得数据可以为以后的电力机车司机室 空调设计及优化提供参考依据。参考文献刘友梅. 现代电力机车的技术特点J. 电力机车技术, 1998, 32(6): 12-15李西宁. KZ4A 型电力机车的防寒技术J. 电力机车与城规车 辆, 2009, 32(6): 24-28 赵江农,费宝玲. 我国电力机车司机室空调系统分析与研究J. 电力机车与城轨车辆, 2009, 32(3): 7-9 章煦民, 任泽霈, 梅飞鸣. 传热学M. 北京: 中国建筑工业出版 社, 19921520 轨距铁路电力机车和内燃机车劳动安全标准系统(OC T12.2.056-81)S.客车空调设计参数(TB-T 1951-1987)S.1结论42本文用控制变量法针对喷淋水量改变对空气，喷淋水和管内冷却水耦合换热情况下的水平单管束外 流动水膜与逆流空气之间的对流传质系数进行了实 验测定，获得了实验拟合关系式。实验结果表明，随着 喷淋水量的增加，传质系数也增大，但是增大趋势减 缓，管外水膜流动状况对对流传质有较大的影响。3456参考文献(上接 105 页)1H Brauer. Compact heat exchangersJ. Chemical and ProcessEngineering, 1964, 45(8): 451-460Merkel F. Verdunstung skuhlunM.Berlin:VDI Forsch-ungsarbe-iten, 1925A Hasan, K Siren. Performance investigationof plain and finned tube evaporatively cooled heat exchangers J. Applied Thermal Engineering, 2003, 23(3): 325-340A Hasan,G Gan.Simplification of analytical models and incorpora-tion with CFD for the performance prediction of closed wet cool-ing towersJ.International Journal of Energy Research, 2002, 26 (13): 1161-1174连之伟. 热质交换原理与设备M