地下商业街火灾烟气流速的试验研究.docx

1、地下商业街火灾烟气流速的试验研究*张青岚兰彬张文良梅秀娟刘军军万世银公安部四川消防科学研究所（都江堰市611830）摘要本文介绍了以实体火突试哙的方式研究地下商业街中不同防、排烟条件下火突烟气的流动情况.及不同防、排烟条件下的火灾试验结杲的比较、关键词地下街烟流速1前言从国内外大量的火灾实例中我们可知,火灾中对人的生命威胁最大的应是燃烧产生的烟气。在地下商业街中.由于其特殊的建筑形式.一旦发生火灾.温度上升很快.火灾蔓延迅速而且由于缺氧而呈现不充分燃烧产生大星含一氧化碳等毒气的浓烟，它既能使人缺氧窒息或中毒，又能使环境的能见度降低。烟气在地F商业街中的扩散速度越快，对其中人员的安全疏散影响越大

2、.对人的生命安全威胁也越大。因此.对地下商业街火灾烟气流速进行研究.观察各种防排烟条件下烟气的流动情况.发现烟气的流动规律是消防科技工作者面临的一项紧迫任务，本文介绍了我们在这方面所做的尝试。2测试方法火灾烟气具有较高的温度，在着火房间内.烟气的温度可高达数百度.且燃烧中会产生许多烟尘,严重:污染火场环境据文献记载.烟气在水平方向上的流速校底,在我们的研究中.采用了双向式风速探头及微压差传感器来测量烟气流速。3试验场所及测点布置3.1试验场所地下商业街实体建筑通道长67m.宽9m,建筑面积640ml吊顶高为3m.其走道宽4m,走道两侧为模拟铺面.在两头和中间各设了一个出口,其中右端为出口一,中

3、间为出口二.左端为出口三,起火室设于建筑的右端。3.2测点布置在本项研究中，流速主要针对的是烟气沿走道的流动速度。根据地下商业街实体建筑的几何特点和测试要求，共布置了28个流速测点。首先，将地下商业街划分为六个测试截面.按出口一至出口三方向依次称为第一截面至第六截面.每个截面在走廊中心线上布置了三个流速测点,其中上部测点距吊顶0.5m.为第一高度I中部倒点距吊顶1.0m,为第二高度|下部博点距吊顶1.5m.为第三高度。将气流从出口一一端流向出口三一端定义为正向，测试值为正，反之为反向，测试值为负。三个出口也各自布置了三个流速测点.距吊顶的距离分别为0.5m、1.0m、1.5m,以气流从内部流向

4、外部为正；另外在起火室门口也布置了一个测点.距门框顶部为0.5m,以气流从起火室内流向起火室外为正，反之为负（参见图1兀1境下商业街州,流速测点布宣图4试验分析本项研究采用实体木垛模拟火灾试验方式，每次试验火灾荷哉均为500kg,从起火室门口测得的烟气流速可知.各次试验的火源燃烧情况基本相同（见图本文方"九五”攻关课瓯一-地下商业街火灾烟气流动特性的试捡研究'2）。共进行了三种防、排烟方式的试验,即：a）自然送风、自然排烟山）自然送风、机械排烟；c）机械送风、机械排烟.4.1自然送风、自然排烟火灾试验中.出口门未开启时烟气从起火室涌出后即分别向两端出口扩散，由于出口一方向的走

5、道末端距起火室较近，烟气很快遇到末端墙的阻碍后逐渐向下沉降，从下部网流。另一部分烟气则沿走道流动，直至到达出口三，开门后,有外界空气进入走道，携带烟气向起火室方向回流。从整个试验情况来看，走道各截面上部为烟气的扩散流动.流速均为正向，速度基本为第-截面处校大，然后依次向远处递减中下部则为外界空气携带烟气回流,走道内始终充满了烟气，第一截面中部流速为零、这相当于中性面（见图3、图4。圈2实体火灾试就起火肃门口海速这种情况对人员的安全疏散极其不利，因为有可能形成烟气在走道内堆积或来回流动，且长时间排不出去的现象。所以，在地卜商业街建筑中不宜采用自然送风、自然排烟方式圈4自然送风、自然排烟试哈第一离

6、度距吊顶0.5m）流速明4.2自然送凤、机械排烟采用自然送风、机械排烟（72mVhm=）时.出口一和出口三在两个感烟探测器报警后开启.同时启动排烟风机。烟气涌出起火室门即受到排烟口的强力抽吸.一部分烟气被排出.但仍有一部分烟气沿走道顶部向出口三方向要延。由于机械排烟使走道内形成负压.促使外界空气通过出口三向内补充，故第四、五、六截面与第一、二、三截面下部均是与烟气运动方向相反的负向流动，而第-、二、三截面上部则为烟气的扩散运动（见图5）。且由于机械排烟排出了部分烟气,烟气的扩散速度与自然送风、自然排烟时相比下降了一些。如：自然送风、自然排烟试验时第一截面上部测点平均流速为0.38m/s,最大流

7、速为1.32m/s,第二截面上部测点平均流速为0.24m/s；自然送风、机械排烟试验时第一截面t部测点平均流速为0-34m/s,最大流速为1.0m/s,第二截面上部测点平均流速为0.20m/z烟气只在部分时间内到达了第三截面（见图6。这样对人员的安全疏散较为有利。第六截面第五就面第四截面第三戴面第二截面第一截面既有机械送风（24rrP/hm，）又有机械排烟（72m3/hn?）时,走道内同时受送风口和排烟口的影响，气流运动比较紊乱，烟气涌出起火室后，一部分烟气受到排烟口的抽吸被排走，一部分受送风口气流的影响加速向下汛降和向走道两边扩散,还有一部分仍然紧贴着走道吊顶沿走道向出口三方向运动。此时走道

8、内气流状态紊乱（见图7）.第六截面第五就面第四栽面第三截面第二截面第一截面15m图7机械送风、机械排州武就20min时的速度矢示*圈自然送风、机械排烟条件下,第一截面E部测点最大流速为1.Um/s平均流速为0.34m/s；机械送风、机械排烟条件下.该点最大流速为0.8m/$,平均流速为0.19m/s<对低倍数泡沫灭火系统设计规范局部修订内容分析秘义行公安部天津消防科学研究所（300381J原H氐倍数泡沫灭火系统设计规范肽以下简称“规范”），包括4章,13节，共57条。修订稿包括4章.15节共84条，其中未作修改的共18条，局部修改的共17条.重大修改或重新编写的共19条，新增30条（其中

9、4条为由原规范条文归纳而成的），删除3条。网对主要修订内容说明如下。1原“规范'某些条文采用了以国内具体产品及其型号规格（如PQ8型泡沫枪、PC4型和PC8型泡沫产生器）为依据规定设计参数和要求的方式。为了更加合理和便于同国际标准接轨，此次修订删除r以具体产品型号规格提出要求的方式，改为以通用的流量参数提出要求的方式。2此次修订删除了其他规范已做要求.本规范又无约束力的条文.如原“规范”第二章的第二节对固定式、半固定式、移动式系统的选择等，在石油化工企业防火设计规范R6油库设计规范、原油与天然气田工程设计规范等规范中对此已分别做出了规定，在本“规范”不需重复规定.此次修订还增补了应在本

10、规范中进行系统规定的条文，如液上喷射、液下喷射、半液下喷射、泡沫喷淋、泡沫炮与泡沫枪系统的选择。3对原“规范”的某些设计参数进行了修改3.】原“规范”对非水溶性甲、乙、丙类液体固定顶储罐的泡沫混合液供给强度是在原建筑防火设计规范与石油库设计规范规定8L/m2-min基础上.根据国内灭火试验并参照国外标准降低到6L/m?min的,现在看来还是显得稍大了些。随着泡沫灭火剂生产工艺的进一步完善与新品的升发,其灭火性能与70年代至80年代初相比有了长足的发展。再回首国内灭火试验和参照发达国家的标准，对泡沫混合液供给强度进行了适度调整,将流动性能差的蛋白泡沫维持原规定，将氟蛋白、水成膜、成膜氧蛋白泡沫降

11、到5L/m2min,供给时间适度延长3.2原“规范”规定的储罐区固定式系统的辅助泡沫枪（PQ8）额定流信为480L/min.NFPA11规定的辅助泡沫枪流量约为189L/min,BS5306Part6规定的辅助泡沫枪流星为200L/min.与之相比泡沫枪流蜀大出一倍多，并且对直径10m以下的储罐会出现辅助泡沫枪的泡沫混合液用量大于罐内用星的不合理现象，为此对泡沫枪的流量予以调整。4原“规范”从1989年底通过审查以来的十年间，在低借数泡沫消防中出现了一些新产品、新技术、新工艺。在此次修订中.我们时适合我国国情的新产品、新技术、新工艺做出了规定。4.1在此次修订中，我们参照NFPA1一1998低

12、倍数泡沫灭火系统标准并结合国外应用情况和国内试用情况，有选择地对泡沫喷射口安装在外浮顶储嫌浮顶上的泡沫喷射方式做出了具体规定.烟气仅在部分时间到达了第二截面（见图8）。图8机械送风、机械排烟试验第一面度及速图由图7与图3、图5的比较中我们看到,在各类试会的同一时间（均为试验开始后20min）.自然送风、自然排烟时第-高度测点均为正，自然送风、机械排烟时第一、二、三截面上部为正但机械送风、机械排烟时仅有第一截面上部为正。由此可知，在机械送风、机械排烟条件下，走道中烟气的运动受到了极大的抑制.烟气的扩散范围明显减小了。这对保证疏散通道的安全性较为有利，为人员的安全疏散赢得了宝贵的时间。同时.我们也

13、看到了机械送风、机械排烟条件下.第一、二、三截面下部的烟气回流速度也比其它条件时加快了，这表明烟气在此小范围内被搅得很乱,烟气沉20世纪70年代末，国外出现了将泡沫喷射口安装于浮顶上的方式。NFPA】1低倍数泡沫灭火系统标准1983年版开始在附录中对这种设置方式给出了推荐性的设计要求】994年版和1998年版将这种设计纳入了标准正文并做出了详细规定.通过调研和实地考察，我们了解到在国外这种应用方式已较为普遍，系统设备便于维护管理,运行可靠，应用效果较好e所以此次修订.对通过设置于罐内的可盘绕柔性耐压管将混合液输送到设置于浮顶上泡沫产生器的工艺流程做出了规定e该流程包括泡沫喷射口安装于密封机构的

14、上方和泡沫喷射口安装于金属挡雨板下的两种应用方式，根据我国金属挡雨板的结构形式和长期使用中的维护保养状况，并考虑到系统的安全性，规定在外浮顶上一律安装泡沫堰板暂未采纳用高背压泡沫产生器从罐外供给泡沫的流程,主要是考虚到其合理性需进一步斟酌对泡沫喷射口设置于机械密封或其它二级密封下的方式未予采纳，主要是基于目前在我国外浮顶镶的密封结构以骨式密封为主，校少采用机械密封，将泡沫喷射口设置于机械密封或其它二级密封下的方式尚不具备在“规范”中规定的条件4.2水成膜泡味、成膜氟蛋白泡沫属高效泡沫灭火剂.近年来，这崎种火火剂在我国已推广使用，在此次修订中对其应用做出了具体规定。4.3根据国家环保要求，无铅汽

15、油将逐步取代加铅汽油。无铅汽油中的含氧添加剂是以酰类或醉类为基料的，其属于水溶性液体，对泡沫的破坏作用程度与其含量有关°在此次修订中.参照NFPA111998和BS5306Part6标准对无铅汽油中含氧添加剂的不同含量规定了不同的应用要求，5对原“规范”明显不合理的条文进行了重大修改。如原“规范"第3.2.2条对外浮顶储爆泡沫系统单个泡沫产生器保护周长的规定，是按泡沫产生器的型号分别规定的，其规定PC8型泡沫产生器保护周长36m偏大现引进了泡沫喷射口浮顶上的安装方式，根据采用罐壁顶部、密封或挡雨板上部喷射、金属挡雨板下喷射方式的不同和按泡沫堰板的高度分别对单个泡沫喷射口的保

16、护周长予以规定，参照NFPA11-1998（低倍降过快.对该范围内人员的生命安全有一定的威胁，5结论通过我们所做的试舱及对试验数据、现象的分析.我们得出了以下三个方面的结论：5.1由于自然送风、自然排烟方式受外界风速影响较大，可能造成建筑中充满烟气，且久久无法排出,严重危及人员的生命安全c故在地下商业街建筑中不宜采用该种方式。5.2从各种防、排烟方式试验中烟气流速敬据的比较分析可知，机械送风、机械排烟时烟气沿走道方向的流动速度最慢，烟气扩散的范围最小。5.3自然送风、自然排烟方式下.烟气的扩散速度较敬泡沫灭火系统标准3最大保护周长为24m°6增加了泡沫炮、泡沫枪一样在制定原“规范&#

17、39;时，为贯彻成熟一条写一条的原则，将当时认为不太成熟的泡沫炮、泡沫枪未明确规定.而是将部分规定暗含在第3.2.1条中。近年来.石油化工装置区、石油化工码头等处较多设置了泡沫炮，如不明确规定将会影响其设计使用。在“规范”修订稿中.所规定的泡洙炮、泡洙枪是适应储罐、汽车槽车与火车罐车液体装卸栈台.有围堰和无围堰的液体流淌火灾的防护要求，也是参照NFPA1UBS5306Part6等国外先进标准以及国内有关规范制定的，7将原“规范'.多处重复表述的有关设计计算内容提出另立一节,并增加了相关规定。在本节中，直接引用了。室内给排水和热水供应设计规范中流速大于1.2m/s时管道中水的压力损失的计

18、算式.用于计算混合液管道的压力损失此外,还根据国外工程应用经验规定了在液下喷射系统中泡沫在管道中的合理流速范围，对执行“规范”提供了便利C8原“规范”对泡沫喷淋系统的规定不具体，此次进行了重新编写。随着泡沫喷头的小型化和高效成膜类泡洙的推广应用.泡沫喷淋系统在我国有了长足的发展。原“规范”已显现出范围窄和不具体.如选用成膜类泡沫该如何设计、泡沫喷头的选择与布置等均无要求。为此，参照我国某些单位的工程研究试验情况和国外标准，对泡沫喷淋系统一节进行了重新编写。综上所述，“规范”的修订工作实际上已远远超出局部修订的范围.但由于财力、物力、人力等方面不足，难免有的方面不够深入细致，有些问题有待于以后解决C作者简中：秘义行，公安部天津消浦科学研究所，副研究员，天津市南开区卫津南路110号，300381联系电话：02223383501-2209（收稿日期：2000-10-23）快c从试验情况看，烟气3min就可到达出口三。这对人员的安全疏散是极其不利的。所以，机械送、排风系统是地下商业街必不