大空間建筑自然排煙窗有效性研究

吳曉燕

摘 要：隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會需求的提高，建筑物在高度、跨度、功能等方面的要求越來越高，現(xiàn)有的消防規(guī)范已不能涵蓋其所有內(nèi)容，高大空間建筑往往采用傳統(tǒng)、經(jīng)濟的自然排煙系統(tǒng)設(shè)計方案，該方案的有效性需要得到進一步的驗證。本文以某會展中心大空間建筑為例，通過實體試驗的方法，驗證在高大空間內(nèi)采用自然排煙的措施是否有效，且分析在熱障條件下對自然排煙系統(tǒng)的影響。對今后采用自然排煙設(shè)計方案的該類大空間、大跨度建筑提供一定參考。

關(guān)鍵詞：消防；大空間；自然；排煙

中圖分類號：TU834.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0175-01

我國目前處于城市建設(shè)的繁榮時期，各種大空間建筑、異形的地標建筑接踵而至，例如大型商場、體育場館、機場航站樓、影劇院、會展中心等，這些高大空間建筑已經(jīng)成為城市現(xiàn)代化程度的重要標志之一。高大空間建筑與傳統(tǒng)建筑相比，在使用功能、建筑材料、結(jié)構(gòu)形式、空間大小、配套設(shè)施等方面有很大的不同，這些建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，其火災(zāi)特性與普通建筑火災(zāi)有著很大的差異。主要表現(xiàn)為大空間建筑人員密集、可燃物多、火災(zāi)荷載大，其內(nèi)部難以設(shè)置防火防煙的分隔措施，火災(zāi)中產(chǎn)生的大量有毒高溫煙氣難以排出，極易造成群死群傷和大面積火災(zāi)。因此，研究高大空間建筑排煙系統(tǒng)，特別是對高大空間建筑采用自然排煙設(shè)計方案的有效性以及熱障效應(yīng)對自然排煙的影響的探討與研究具有十分重要的意義。

1 高大空間建筑特點

高大空間建筑發(fā)生火災(zāi)后，在浮力、熱障效應(yīng)等影響下，較一般建筑而言，有以下幾個特點：

（1）就高大空間建筑內(nèi)部而言，隨著著火部分的溫度升高，空氣和煙氣的混合物密度減小，與相鄰的部位的空氣形成密度差，因浮力引起煙氣向上運動，煙氣不斷卷吸周圍冷空氣而不斷被冷卻，使上升過程中遭遇“熱障”而失去熱浮力，煙氣將在一定高度懸浮，而出現(xiàn)了煙氣分層現(xiàn)象。

（2）高大空間建筑的火災(zāi)防火防煙分區(qū)不容易實現(xiàn)，高大空間的建筑特點是空間開敞性明顯，所以要想將其分隔成不同防火防煙分區(qū)，不易有效實現(xiàn)，火災(zāi)煙氣容易在空氣供應(yīng)充足的室內(nèi)任意流動蔓延。

（3）對火災(zāi)探測技術(shù)的要求比較特殊，普通建筑的樓層高度多數(shù)在6m以下，火災(zāi)煙氣能夠很快到達頂棚，因此這類探測器是適用的。高大空間建筑火災(zāi)煙氣到達十幾米或幾十米的高度時，其溫度和濃度都大大降低，致使火災(zāi)探測的靈敏度降低，或者超過了火災(zāi)探測器的保護范圍，使得火災(zāi)探測器無法啟動，即使啟動，火勢也早已發(fā)展到相當大的規(guī)模，延誤了早期滅火的有利時機。

2 高大空間建筑采用自然排煙方式有效性的試驗研究

火災(zāi)場景設(shè)置。建筑概況。新疆國際會展中心一期位于烏魯木齊市水磨溝區(qū)。會展中心主要規(guī)劃近期總用地面積329443m2，建筑面積110767m2，包括展廳、會議中心、多功能廳、接見廳、觀景廊及相關(guān)配套功能。新疆國際會展中心工程主體為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋頂采用大跨度張弦桁架，屋面采用直立鎖邊鋁鎂錳合金板飾面。會展中心主體建筑高為50.3m，地面建筑物共5層，地上展廳為2層（局部有2層夾層作為辦公、配套用房），會議中心設(shè)在2～5層，一期共設(shè)8個展廳（展廳尺寸99m×63m）：其中一層7個，二層1個，展位約2630個。新疆國際會展中心屬大型公共建筑，首層7個展廳中，將1-3號展廳和4-6號展廳分別劃分為一個防火分區(qū)，防火分區(qū)面積為18500m2，展廳之間采用9米防火隔離帶進行分隔，展廳利用高大空間進行蓄煙，展廳采用頂部自然排煙的排煙方式，自然排煙面積為地面面積的3%，排煙窗采用電動排煙窗?；馂?zāi)探測系統(tǒng)采用吸氣式火災(zāi)探測器，大空間智能消防炮進行滅火。

3 模擬結(jié)果分析

（1）工況一（開啟自然排煙窗的情況下驗證自然排煙有效性）：試驗開始以后，煙氣被火源加熱，迅速隨熱羽流上升并于150s時到展廳頂部，然后轉(zhuǎn)入水平蔓延狀態(tài)。該工況使用5MW木垛火，火災(zāi)煙氣主要在6號展廳，5號展廳有少量的煙氣，4號展廳基本沒有煙氣到達。火災(zāi)煙氣上升至頂部以后，開始水平蔓延，并逐步蓄積和沉降，沉降至16m高度，煙氣沒有進一步下沉。開啟排煙窗以后，煙氣迅速從排煙窗排出至室外，頂部的煙氣濃度迅速降低。實驗結(jié)果表明，展廳的大空間對煙氣有一定的稀釋作用，高大空間有利于煙氣的蓄積，煙氣能夠保持在人員需要清晰高度之上，自然排煙窗能夠?qū)⒒馂?zāi)煙氣排出至室外，其排煙窗面積能夠滿足要求?？拷鈮?，離排煙出口較遠的一側(cè)，其煙氣排出的速度比較慢，在有條件的情況下，建議縮短最遠點至自然排煙的距離。

（2）工況二（驗證環(huán)境溫度對展廳排煙效果的影響，驗證在熱障效應(yīng)下排煙系統(tǒng)的有效性）：試驗開始以后，煙氣被火源加熱，迅速隨熱羽流上升并于160s時到展廳頂部，然后轉(zhuǎn)入水平蔓延狀態(tài)。該工況使用5MW木垛火，火災(zāi)煙氣主要在6號展廳，5號展廳有少量的煙氣，4號展廳基本沒有煙氣到達。火災(zāi)煙氣上升至頂部以后，開始水平蔓延，并逐步蓄積和沉降，沉降至16m高度，煙氣沒有進一步下沉。開啟排煙窗以后，煙氣迅速從排煙窗排出至室外，頂部的煙氣濃度迅速降低。實驗結(jié)果表明，本項目中展廳內(nèi)地面溫度