“Z型”中庭烟气流动及自然排烟特性研究中期

“Z型”中庭烟气流动及自然排烟特性研究,SKLFS,工程硕士学位论文中期报告,学生：黄斌指导老师：姚斌校外导师：吴思军,2013年7月26日,汇报内容,一、研究背景,海南近年来涌现出许多新颖的以节能减排为理念的公共建筑设计方法，其中部分方法已实际运用到某些新建建筑中,如建筑内的自然通风。然而，我国现有规范对节能减排理念对应的设计方法无具体指导性的消防安全要求，为确保新理念、新方法与当前的消防安全要求相适应，有必要对其进行探索研究。特别是在台风天气情况下对建筑内自然通风的影响。公共建筑的中庭空间高大，有很好的蓄烟功能，但如何高效的进行自然排烟和送风有待进一步研究分析。本课题结合以上两点背景，对公共建筑设计中具有代表性的“Z型”中庭烟气流动及自然排烟特性进行研究。,二、项目概况,海南盛达商务广场是一个建筑面积49622.8m2，地上27层，建筑高度113.8m的综合性办公楼。该建筑独特的中庭进、出风口设计，使空气呈“Z”字型流动。,该建筑中庭未设空调系统和机械排烟系统，而是依靠海南海洋季风气候多风条件，根据烟囱效应原理，采取建筑南面、中庭底层进风，建筑北面、中庭顶层排气的方式进行日常通风和火灾时的烟气疏导。因此，本课题力图通过对该类建筑中庭火灾危险性和危害性的分析研究，找到一种保障此类建筑消防安全的改进方案。,二、项目概况,剖面图,南北剖面图,东西剖面图,排烟口,排烟口,排烟口,进风口,进风口,进风口,2号中庭剖面图纸,进风,排气,三、研究现状,诸多国内研究者已对中庭烟气流动及自然排烟特性进行了研究。如：栗朝阳等主要针对中庭火灾烟气流动进行了理论分析和实验研究，确定了火灾时高大中庭烟气流动规律。吴和俊等通过模拟计算分析，对中庭火灾防排烟系统设计进行了模拟计算研究，结果表明排烟口的合理布置对中庭整体排烟效果起到关键作用。在澳大利亚和英国等西方国家也开展了一些中庭自然排烟的研究，其排烟口主要是设置在屋顶或侧墙上，研究发现排烟口的尺寸、室外设计温度和室外风等因数对中庭自然排烟效果影响较大。,四、研究内容和技术路线,分析海南盛达商务广场中庭可燃物种类，确定火灾荷载，分析火灾增长规律、热释放速率和烟气产生速率等。针对该中庭的特殊结构，研究火灾时的烟气运动规律和“Z”型中庭自然排烟的有效性以及热辐射对中庭及周围区域的影响。根据研究成果，提出针对该类中庭的防火和灭火对策。,四、研究内容和技术路线,危险源辨识,火灾场景设定,FDS软件模拟,得出结论，总结不足，提出合理方案，为类似建筑提供依据,热电偶、片光源、有毒气体测量仪、摄像机、风速仪等,一般情况,台风情况（大风扇）,火灾荷载参照上海市工程建设规范民用建筑防排烟技术规程,对比分析,现场火灾实验,中庭底层（16F）火灾场景的设定,中庭中间层（22F）火灾场景的设定,中庭顶层（27F）火灾场景的设定,五、研究进展,五、研究进展（试验情况1）,中庭能见度,27层排烟口能见度,27层排烟口排烟图,在普通的大空间火灾中，烟气层几乎以相同的速度向空间顶端蔓延，烟气温度和浓度以火源点为中心呈对称分布。另外，除火源点外，烟气层的最高温度和最高浓度出现在火源点正上方的空间顶壁附近。在本次实验中，烟气层在纵向风速作用下由双向扩散变为向下风侧的单向扩散，下风侧烟气层的温度和浓度明显高于上风侧，上风侧基本上成为无烟区，为人员疏散和火灾救援提供了安全空间。另外，从中还可以看出，除火源点外，烟气层的最高温度和浓度已不在火源点正上方的顶壁附近，而是位于北侧，距顶棚10m左右处。这是由于纵向通风流过火区产生节流效应，又由于上侧有向外的风，使得顶部温度变低所致。,五、研究进展（试验情况1）,分析三串热电偶在试验中所测结果：1、北侧热电偶，较低楼层的温升较中间热电偶慢。到高楼层后，则相反。这是因为火源在正中间，烟气首先到达中间热电偶。随后烟气由南至北移动，使得烟气向北侧偏移、聚积。2、南侧的热电偶温升变化不明显，这是因为气流将烟气都吹到了北侧，使得南侧烟气较少、较稀。3、顶层烟气温度不高。这是因为27层北侧有开口，大量的烟气从此处流出，使得烟气温度降低所致。这也从侧面说明了Z型中庭对烟气流动的影响是很大的。,五、研究进展（试验情况2）,试验1中间热电偶温度分布图,试验1中间热电偶温度分布图,试验1北侧热电偶温度分布图,五、研究进展（试验情况2）,五、研究进展（试验情况3）,着火层烟气情况,着火上层烟气情况,着火层排烟窗排烟情况,试验发现，在楼层点燃火源，产生大量烟气，烟气达到该楼层顶部，形成射流，迅速蔓延至整个楼层一侧。然后小部分烟气从排烟窗排出，剩下的大部分烟气向中庭溢流，逐渐向上蔓延。着火层上两层能见度较低，烟气全覆盖上两层着火一侧，如果人员无法及时通过走廊疏散到防烟楼梯间，应在房间内等待救援。,五、研究进展（试验获得数据）,五、研究进展（试验获得数据）,五、研究进展（试验获得数据）,五、研究进展（试验获得数据）,五、研究进展（计算机模拟模型）,西北侧建筑模型,东南侧建筑模型,进风口,东排烟窗,排烟口,西排烟窗,进一步完善海南盛达商务广场火灾风险评估数据，利用已搭建的计算机数值模型，结合开展的全尺寸现场试验获得的数据，利用FDS软件开展数值模拟，验证一致性。运用火灾安全学的思想和方法，根据现场试验和模拟结果，对该项目提出科学合理、经济可靠的消防改进方案，为高大中庭自然排烟这一建筑节能减排设计与消防安全要求相适应提供技术支持。完成学位论文。,六、下一步工作,七、论文框架介绍,摘要英文摘要第一章绪论1.1引言1.2大空间建筑的火灾特点1.3国内外中庭自然排烟的研究现状与发展1.4本文研究内容第二章高层建筑烟气的控制2.1烟气流动规律2.2烟气的危害和影响2.3烟气的控制,七、论文框架介绍,第三章“Z型”中庭全尺寸火灾模拟试验方案及数据分析3.1火灾场景选取设定原则3.2火灾载荷的选取3.3试验步骤3.4试验结果与分析第四章“Z型”中庭烟气运动及控制研究4.1CFD模拟软件介绍4.2模拟结果与分析第五章结论及建议5.1本文结论5.2安全管理建议主要参考文献致谢,八、参考文献,范维澄等，火灾风险评估方法学，科学出版社，2004年6月栗朝阳，大空间建筑烟气流动特性与防排烟设计对策，武警学院学报，2009,25（8）：16-17孙占辉等，大空间中庭及周边房间烟气运动和消防设计，清华大学学报，2006,46（9）：1572-1576张维亚等，建筑火灾烟气的流动规律与控制方法分析，华北科技学院报，2006,3（3）：36-3