中庭建筑的回廊排烟策略数值模拟探讨

1、2013 年 4 月Refrigeration and Air ConditioningApr. 2013.186191文章编号：1671-6612（2013）02-186-06中庭建筑的回廊排烟策略数值模拟探讨王泽宇 1刘明非 1波 2袁中原 2雷（1.中国建筑西南设计研究院成都610081；2.西南交通大学成都610031）【摘 要】 针对中庭建筑中的回廊，以巴基斯坦某项目为例，采用火灾动力学数值模拟软件 FDS（Fire DynamicsSimulation）对中庭中回廊的火灾场景进行数值模拟，模拟内容包括火灾温度场、CO 浓度场分布、 能见度分布等。通过对烟气蔓延特性的分析和判断，优化

2、中庭建筑中回廊的排烟系统设计。【关键词】 中庭建筑的回廊；数值模拟；机械排烟系统中图分类号 TU83文献标识码 BNumerical Simulation Research of Smoke Exhaust in the Corridor around Atrium of the BuildingWang Zeyu1Liu Mingfei1Lei bo2Yuan Zhongyuan2( 1.China Southwest Architectural Design and Research Institute, Chengdu, 610081;2.Southwest Jiaotong Unive

3、rsity, Chengdu, 610031 )【Abstract】 Through using Fire Dynamics Simulation software, this paper simulates the corridor smoke control system when fire accident occurs in the building with atrium which is located in Pakistan. The simulation results include fire temperature field, the CO concentration d

4、istribution field, visibility, etc. Through analyzing smoke spread characteristics, this paper proposes optimum design advices for smoke control design in the corridor of the building with atrium.【Keywords】 corridor; simulation; mechanical smoke control system0 引言中庭建筑中的回廊是建筑各层房间连通疏散 楼梯的重要通道，房间发生火灾时，

5、人员经过回廊 疏散到防烟楼梯间，回廊的排烟系统必须保证烟层 高度高于疏散人员高度，为逃生人员赢得更多的时 间1。此外，由于中庭是一个多层共享空间，一旦 起火，火灾蔓延速度快，烟气扩散迅速，烟气可以 在中庭内迅速扩展到与之相连的其它各楼层，从而 引发多个起火点，使得后期扑救难以准确找到火源 位置，增加了灭火困难2,3。如果中庭与回廊之间 设置防火卷帘，回廊为一个相对封闭的空间，按照高层建筑防火设计规范中走道排烟的相关要求 设计排烟系统，排烟情况相对简单。如果中庭与回 廊之间没有用防火卷帘隔开，回廊与中庭为一个连通空间，回廊的排烟仍然按照高规中走道排烟的相关要求设计，排烟效果究竟能否达到预期效果

6、呢？带着这个疑问，本文采用火灾动力学数值模拟 软件 FDS（Fire Dynamics Simulation），研究中庭建 筑中回廊与中庭为一个连通空间的情况下回廊的 烟气流动特性、排烟系统设计方法。1火灾场景模型建筑模型概况：实例项目为一地处巴基斯坦伊 斯兰堡的酒店建筑，建筑高度 160m，地上 32 层， 典型平面如图 1，建筑内部包含一个 152m 高回廊 式超高阶梯形中庭，各层客房回廊与中庭相连，模 型如图 2 所示。作者（通讯作者）简介：王泽宇（1980-），男，工学硕士，工程师，E-mail：stanta163 收稿日期：2012-12-27第 27 卷第 2 期王泽宇，等：中庭建

7、筑的回廊排烟策略数值模拟探讨·187·图 1 酒店客房层典型平面图Fig.1 Typical Guest room Layer Plan of Hotel图 2 建筑模型Fig.2 Building Model人员逃生环境判断标准：本模拟计算主要参考美国大空间建筑烟气控制规范 NFPA92B4和上海 市民用建筑防排烟技术规程的相应指标参数对 火灾时人员疏散情况加以分析判断，主要包括：（1）在逃生时间内人员高度的烟气温度不超 过 60；（2）在火源 30m 以外对应的烟气温度不超过150；（3）人员高度 CO 浓度不超过 500ppm；（4）小房间内人员高度处能见度不小于 5

8、m， 中庭及回廊内不小于 10m。火源模型概况：火源模型主要参照上海市民 用建筑防排烟技术规程的规定，本次模型的客房、 走道、中庭等均设置了喷淋，客房热释放率峰值取 为 1.5MW，火灾增长速率取为 0.047kW/s25。火灾场景描述：起火点位于建筑第 7 层客房内，中庭排烟风机 关闭，仅开启回廊排烟系统，回廊与中庭连接处设 置挡烟垂壁，挡烟垂壁高度为吊顶向下突出 500mm。 工况一：每层回廊为一个防烟分区，设置2个排烟口，排烟总量为51000m3/h（建筑面积×60），排 烟口的布置如下图3。工况二：每层回廊划分为2个防烟分区（采用挡 烟垂壁划分），每个防烟分区设置2个排烟口，

9、走 廊共计 4 个 排烟口， 每个防烟 分区排烟 量为 25500m3/h（每个防烟分区面积×60），火灾时靠近 着火房间位置的排烟口及其排烟风机开启，排烟口 布置图如图4所示。工况三：排烟口的设置方式与工况二相同，每个防烟分区排烟量加大到为51000m3/h（建筑面积×120）。图3 一个防烟分区排烟口布置图Smoke Vent Arrangement for One Smoke ZoneFig.3图 4 两个防烟分区排烟口布置图Smoke Vent Arrangement for Two Smoke ZonesFig.4·188·制冷与空调2013

10、年2模拟结果2.1工况一烟气流动特性预测（1）烟气蔓延图 5 为工况一的烟气蔓延图，从图中可知，火 灾后 100s 烟气将充满整个着火房间，并在火灾发生 120s 后蔓延到相邻回廊中。火灾发生后 200s，烟气越过回廊向中庭上部扩散至建筑 13 层高度处 的梯形拐点处，并在该处聚集。最终，由于回廊风 机的排烟作用，建筑 13 层以上中庭空间的烟气量 较少。（a）100s（b）120s（c）200s图 5 烟气蔓延图（d）600sFig.5 Smoke Spread of Fire Accident（2）温度分布图 6 为火灾发生后 600s 时的烟气温度分布图， 从图（a）可以看出，回廊顶壁烟

11、气温度在靠近火 灾房间位置处超过 150，但远离火灾房间 30m 外 的顶壁温度低于 150，满足逃生要求。从图（b）可以看出，回廊人员高度处的烟气温度在靠近火灾房间位置处超过 60，但远离火灾房间 30m 外的 温度低于 60。另外，整个中庭的温度远低于60，满足人员逃生要求。（a）回廊辐射温度俯视图（b）回廊接触温度俯视图图 6 温度分布图Temperature Field of Fire Accident图 8 为火灾发生后 600s 时的人员能见度分布Fig.6（3）CO 浓度分布图 7 为火灾发生后 600s 时的 CO 浓度分布图，从中可以看出，除火源附近外回廊人员高度处的 CO

12、浓度小于 50ppm，满足人员逃生要求。且整个 中庭的烟气 CO 浓度几乎为 0，满足人员逃生要求。（4）能见度分布图，从中可以看出，回廊人员高度处的能见度在靠近火灾房间位置处小于 10m，但远离火灾房间 30m 外的能见度大于 10m，满足人员逃生要求，整个中 庭的人员能见度接近 30m，这是由于中庭空间较 大，对烟气有足够的稀释作用。第 27 卷第 2 期王泽宇，等：中庭建筑的回廊排烟策略数值模拟探讨·189·图 7 CO 浓度分布图Fig.7 CO Concentration Distribution Field图 8 能见度分布图Fig.8 Visibility D

13、istribution Field2.2工况二烟气流动特性预测（1）烟气蔓延图 9 为工况二的烟气蔓延图，从图中可知，火 灾后 100s 烟气将充满整个着火房间，在火灾发生120s 后蔓延到相邻回廊中，并在火灾发生后 200s充满回廊。火灾发生后 300s，烟气越过回廊向中庭上部扩散至建筑 13 层高度处的梯形拐点处，并在 该处聚集。最终，由于回廊风机的排烟作用，烟气 无法扩散至建筑 13 层以上。（a）100s（b）120s（c）200s图 9 烟气蔓延图（d）300s（e）600sFig.9 Smoke Spread of Fire Accident（a）回廊辐射温度俯视图（b）回廊接触温

14、度俯视图图 10 温度分布图Fig.10 Temperature Field of Fire Accident图（b）可以看出，回廊人员高度处的烟气温度在（2）温度分布图 10 为火灾发生后 600s 时的烟气温度分布图，从图（a）可以看出，回廊顶壁烟气温度在靠 近火灾房间位置处超过 150，但远离火灾房间30m 外的顶壁温度低于 150，满足逃生要求。从靠近火灾房间位置处超过 60，但远离火灾房间30m 外的温度低于 60。整个中庭的温度远低于60，满足人员逃生要求。（3）CO 浓度分布·190·制冷与空调2013 年图 11 为火灾发生后 600s 时的 CO 浓度分布

15、图，从中可以看出，除火源附近外回廊人员高度处的 CO 浓度小于 50ppm，满足人员逃生要求。整个中 庭的烟气 CO 浓度几乎为 0，满足人员逃生要求。（4）能见度分布图 12 为火灾发生后 600s 时的人员能见度分布 图，从中可以看出，回廊人员高度处的能见度在靠 近火灾房间位置处小于 10m，但远离火灾房间 30m 外的能见度大于 10m，满足人员逃生要求。整个中 庭的人员能见度接近 30m，这是由于中庭空间较 大，对烟气有足够的稀释作用。2.3工况三烟气流动特性预测（1）烟气蔓延图 13 为工况三的烟气蔓延图，从图中可知， 火灾后 100s 烟气将充满整个着火房间。最终，由 于回廊风机的

16、排烟作用，火灾烟气将被控制在着火 层。图 11 CO 浓度分布图Fig.11 CO Concentration Distribution Field（a）100s（b）600s图 13 烟气蔓延图Fig.13 Smoke Spread of Fire Accident（2）温度分布图 14 为火灾发生后 600s 时的烟气温度分布 图，从图（a）可以看出，回廊顶壁烟气温度在靠 近火灾房间位置处超过 150，但远离火灾房间30m 外的顶壁温度低于 150，满足逃生要求。从 图（b）可以看出，回廊人员高度处的烟气温度在 靠近火灾房间位置处超过 60，但远离火灾房间30m 外的温度低于 60。由于该

17、工况下烟气没有 蔓延到中庭内部，因此不予分析中庭的温度分布。图 12 能见度分布图Fig.12 Visibility Distribution Field（a）回廊辐射温度俯视图（b）回廊接触温度俯视图图 14温度分布图Fig.14Temperature Field of Fire AccidentCO 浓度小于 5ppm，满足人员逃生要求。由于该（3）CO 浓度分布图 15 为火灾发生后 600s 时的 CO 浓度分布图，从中可以看出，除火源附近外回廊人员高度处的工况下烟气没有蔓延到中庭内部，因此不予分析中庭的 CO 浓度分布。第 27 卷第 2 期王泽宇，等：中庭建筑的回廊排烟策略数值模拟

18、探讨·191·过回廊排烟系统排至室外，只有很少的烟气蔓延到中庭空间；而同样的排烟策略，只是把排烟量加大 一倍，所有烟气都从回廊排烟系统排走，几乎没有 烟气蔓延到中庭空间。考虑到一个排烟系统同时为 几个防烟分区服务时，按规范要求排烟风机的排烟 量按最大防烟分区面积乘以 120 计算，因此当火灾 刚发生还没有蔓延到相邻上一层的情况下，对于火 灾层的排烟量即为系统的排烟量。由此可见，当中 庭与回廊无防火卷帘时，中庭回廊的烟气控制策略 是：应在回廊与中庭连接处设置挡烟垂壁，每层回 廊宜至少划分为 2 个防烟分区，每个防烟分区排烟 口的布置不能仅仅局限于满足规范小于 30m 的要 求

19、，而应当适当增加排烟口均匀布置，方可有效排 走回廊上的烟气，当回廊周边房间发生火灾时，应 就近开启着火防烟分区的排烟风机和排烟口。图 15 CO 浓度分布图Fig.15 CO Concentration Distribution Field（4）能见度分布图 16 为火灾发生后 600s 时的人员能见度分布 图，从中可以看出，回廊人员高度处的能见度在靠 近火灾房间位置处小于 10m，但远离火灾房间 30m 外的能见度大于 10m，满足人员逃生要求。由于该 工况下烟气没有蔓延到中庭内部，因此不予分析中 庭的能见度分布。4结论中庭建筑中的回廊应独立设置机械排烟系统， 如果回廊与中庭之间没有防火卷帘分隔，每层回廊 宜至少划分为两个防烟分区，且每个防烟分区排烟 口的布置应尽可能多个均匀布置，以使火灾烟气快 速排除，一方面可以避免烟气外溢扩散，另一方面 可以保证人员的安全疏散。参考文献：钟伟,霍然,王浩波.中庭式建筑内回廊排烟方法有效性的研究J.安全与环境学报,2007,7(3):107-109. 王荣辉,张村峰,宾雄由,等.中庭建筑回廊排烟方法的 模拟实验研究J.火灾科学,2006,15(3):178-183. 刘方,严治军.中庭烟气控制研究现状与展望J.重庆建 筑大学学报,1999,21(6):1