049高层建筑条形走廊自然排烟的数值模拟研究全文.pdf

高层建筑条形走廊自然排烟的
数值模拟研究
哈尔滨工业大学施徽高甫生
摘要:采用场一区模型针对条形走廊建筑,模拟并分析夏冬两季不同室外风向、不同风速、不同起
火房间情况下走廊位置的自然排烟效果。结果表明,该建筑模型在模拟工况下,单凭自然排烟不足ら
排出火灾生成的大量烟气,不能保证整体的安全疏散。冬季自然排烟效果要优于夏季。迎风例外窗随
风速增大其排烟效果变差,背风侧外窗排烟性能与之相反。当外界风遠超过该条件下的临界风速时,
迎风侧外窗将失去排烟作用。起火房间位于走廊中间时,因其可向两个方向同时蔓延,加快烟气流动,
对人员疏散相对有利
关键词:火灾自然排烟条形走廊风向风速
0序言
建筑物发生火灾后,烟气从起火房间向走廊及建筑物其他部位蔓延。走廊连接省起火房间和前室、
楼梯间等安全区域,是建筑内人员向前室疏散的必经之路。走廊烟气能否及时向外排出很大程度决定
省建筑内人员是査可以安全疏散。自然排烟方式只有结构简单、不需要附加能源支持和复杂的排烟设
施的优点而被广泛采用。本文采用场模型IDS( Fire Dynamic Simulator)与区域模型
CFAST( Consolidate Fire and Smoke Transport)相结合的方式,模拟起火层内条形走廊采川白然排烟
时火灾烟气的流动过程,以此评价走邮内自然排烟的效果
1模拟对象
1?
比学
的宝
手月計室
or1 m om m s om m7 om m D r11 ma m1com14
图1标准层平面示意图
建筑模型(宾馆)标准层格局如图1,条形走廊长56m,宽1.8m,室内浄高2.8m,走廊内设有吊
顶,浄高2.5m。客房房」尺寸为0.8m×2.1m,前室房『」尺寸为1.2m×2.1m。走廊邮两端外墙设有可开启
自然排烟窗,尺寸为1.5mx1.2m。该建筑位丁北京市区(气象参数见表1),共30层,层高3m,起火
层为第20层。起火房间位于1号客房(见图1),火源处于墙角。
起火房间内的火灾过程采用场模型FDS模拟,其它房间利用区域模型 CFAST模拟。模拟时间设定
为1200s。条形走廊被分划为14个串联的区域(见图1),使狭长走廊内烟气蔓延的区域模拟更加精确
区域之间设置与走廊等宽等高的通风开口
由FDS向 CPAST传递的数据包括:火灾功率、燃料的热解率、起火房间内CO2、CO的质量组分数
等。火灾功率随时间的变化关系见图2。将数据进行简要处理后直接导入 CFAST,这些参数是:火灾
功率,火源燃烧热,COCO2(燃烧高温分解生成的CO与CO2的质量之比,kgkg)。计算得火源燃烧热
为19000kJkg,COCO2为0.02。
表1北京市区夏季、冬季室外计算气象参数
大气压力kPa
干球温度/℃C
相对度9
参照风速m/
夏季
99.86
20
1.9
102.04
45
2.8
注:表中参照风速,为空旷地带高度10mn处测量的当地风速;用于模拟时需作修正。模拟所采用的参照风速为市
30m高度处的参照风速(见文獻[21),经修正参照风速为:夏季,1.5m/s:冬季,2.2ms。
走廊
外可朝向
?[
图2输入 FAST的火灾功率
图3外窗风力角定义示意图
2模拟结果及分析
研究表明,随着起火房房门开度的增加,室内火灾功率的峰值逐渐增大,相应走廊内的烟气运
动速度、烟气的温度和浓度都要增加例。对于本建筑模型,客房位于条刑走廊两侧。建筑内发生火灾
时,当有房门打开的时候,房间会储存一定的烟气量,而且宾馆客房卫生间的排气窗孔会在热压的作
用下向外排烟,使得走廊内烟气量有所减少。宾馆房开启具有很大的随机性,鉴于不可能对每种房
门开启的情况进行模拟,仅模拟最不利工况下白然排烟的效果。研究表明,起火房间房门全开、非起
火房间房门全关的情况为火灾发生时建筑内人员疏散的较不利工况。本文仅模拟此种工况下,走廊内
采用外窗白然排烟时烟气的分布状况。
由于建筑不可能完全対闭,一部分空气通过门窗缝隙向走廊渗透,会对走廊烟气分布有一定影响。
模拟发现,当开启外窗采取白然排烟时,是否考虑门缝滲透对排烟效某影响不大,渗透量相对于室外
进风量可忽略不计。因此在模拟自然排烟效果时可忽略门缝渗透的影响。
将走廊划分为14个区域,命名为corl,cor2,…,cor14。将这14个区域按疏散方向划分为
部分,corl-cor5通过前室1疏散,为疏散通路1(acss1);cor6-cor9位于内前室之间,人员依据
习惯选择疏散方向,为疏散通路2(accs2);cor10-corl4通过前室2疏教,为疏散通路3(accs83)
模拟结果针对不同通路整理参数曲线进行分析。
走廊位置采用开启外窗进行自然排烟,定义外窗朝向与外界自然风向夹角为风力角a(见图3)。
a1、a2分别为左、右側外窗风力角。由于室外风向的不确定性,分别模拟以下三.种情况的自然排烟:
①a1=0°,a2=180°;②al=180°,a2=0;③al=90°,a2-=90°。设定起火100s后,走廊外窗开启。夏季
冬季模拟室外气象参数设置不同,分别进行模拟
用丁评价排?效果的参数主要有:上(下)层烟气温度、上(下)层组分浓度、烟层界面高度等
参数。以acel为例分析上(下)层烟气温度(见图4)。由曲线可见,走廊内上层温度100℃C-400