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消防新聞

火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)計(jì)算流程

作者：消防安全評(píng)估設(shè)備
發(fā)布時(shí)間：2022-02-19 16:49:37
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火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)計(jì)算流程

火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)計(jì)算流程圖見(jiàn)圖2。

6.2.1.2 輸入信息包括：

——建筑物參數(shù)（材料熱物性、幾何尺寸、開(kāi)口條件）；

——環(huán)境參數(shù)（主導(dǎo)風(fēng)速度和方向、室外溫度、建筑內(nèi)溫度場(chǎng)、由通風(fēng)系統(tǒng)造成的室內(nèi)空氣流動(dòng)）；

——火災(zāi)規(guī)模（熱釋放速率、火羽流的質(zhì)量流量、煙氣生成速率）；
——溫度邊界條件（火羽流的溫度場(chǎng)）；
——壓力場(chǎng)/速度邊界條件（起火房間內(nèi)壓力場(chǎng)、門(mén)窗的空氣流動(dòng)）；

——煙氣組分描述（火羽流中煙氣組分生成速率、質(zhì)量流量）。

6.2.1.3 輸出信息包括：

——煙氣分布（建筑內(nèi)煙密度分布）；
——溫度場(chǎng)（建筑內(nèi)溫度場(chǎng)）；

——壓力場(chǎng)/速度場(chǎng)（排煙口壓力、通風(fēng)口流量、頂棚射流速度）；

——煙氣生成物組分濃度（建筑內(nèi)氣體組分濃度分布）。

6.2.2 火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)過(guò)程

6.2.2.1 概述

火災(zāi)煙氣的蔓延主要借助于其浮力和空氣卷吸作用。控制蔓延的方式包括設(shè)置擋煙裝置、排煙裝置和形成壓差。火災(zāi)煙氣的溫度和其浮力取決于熱釋放速率和冷空氣進(jìn)入火羽流的卷吸率。卷吸作用可以減少煙氣粒子的濃度、降低煙氣的溫度、提高能見(jiàn)度，同時(shí)也會(huì)增加煙氣量。火羽流上升到頂棚后在頂棚下水平蔓延，在光滑的頂棚或短距離的屋頂水平方向卷吸量很小，可忽略不計(jì)；當(dāng)煙氣流繞過(guò)障礙物或通過(guò)開(kāi)口時(shí)，卷吸量將明顯增加。燃燒物的質(zhì)量流量與火羽流卷吸量相比通常很小，也可忽略不計(jì)。

6.2.2.2 火羽流

6.2.2.2.1 火羽流的溫度和速度分布特點(diǎn)決定了質(zhì)量流和能量流會(huì)隨羽流高度的變化而變化。火羽流模型可以通過(guò)簡(jiǎn)化基本規(guī)律以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合得到。用于消防安全工程的火羽流模型大多將火源假設(shè)為一個(gè)虛擬點(diǎn)火源。

6.2.2.2.2 輸入信息包括：

——熱釋放速率（總熱釋放速率、對(duì)流熱釋放速率）；

——火源尺寸；

——環(huán)境溫度。

6.2.2.2.3 輸出信息包括：

——火羽流中不同位置的平均溫度和平均速度；

——火羽流中不同高度的質(zhì)量流量。

6.2.2.3 頂棚射流

6.2.2.3.1 當(dāng)火羽流到達(dá)頂棚，豎直擴(kuò)展的火羽流受到頂棚的阻擋，形成水平流動(dòng)的頂棚射流。頂棚射流攜帶燃燒產(chǎn)物遠(yuǎn)離火源軸線。頂棚射流和頂棚之間的摩擦減緩了頂棚表面煙氣的流動(dòng)速度，可能對(duì)火災(zāi)探測(cè)器和噴淋系統(tǒng)的動(dòng)作產(chǎn)生影響。

6.2.2.3.2 輸入信息包括：

——熱釋放速率；

——火源尺寸；

——環(huán)境溫度。

6.2.2.3.3 輸出信息包括：

——頂棚射流中不同位置的平均溫度和平均速度；
——頂棚射流中不同軸向距離處的質(zhì)量和能量流。

6.2.2.4 熱煙氣層

6.2.2.4.1 由于浮力作用，燃燒產(chǎn)物聚集在房間上層形成煙氣層。為便于計(jì)算，一般假設(shè)煙氣層足夠均勻，可用單一溫度表征，煙氣層的厚度和溫度取決流入該煙氣層的質(zhì)量流、能量流、邊界壁面熱損失、房間的下層冷空氣層以及溢流出房間的質(zhì)量和對(duì)流傳熱等。

如果羽流到達(dá)頂棚并形成射流，射流溫度可能比頂棚的平均溫度高，使火災(zāi)探測(cè)器和噴淋系統(tǒng)具有更快的響應(yīng)速度。頂棚有排煙口的情況下，火焰在排煙口直接流向外部開(kāi)放空間，造成大量熱損失，從而造成火災(zāi)探測(cè)器和噴淋系統(tǒng)的響應(yīng)延遲。

6.2.2.4.2 輸入信息包括：

——熱釋放速率；
——火羽流的質(zhì)量和對(duì)流能量；
——房間開(kāi)口的流入與流出；
——邊界熱損失；
——初始溫度及流場(chǎng)特性；
——房間尺寸。

6.2.2.4.3 輸出信息包括：

——熱煙氣層的溫度和厚度。

6.2.2.5 開(kāi)口煙流

6.2.2.5.1 門(mén)、窗等開(kāi)口部使得火焰和燃燒產(chǎn)物擴(kuò)散到火源所在室內(nèi)空間之外，同時(shí)使得外部空氣進(jìn)入其中從而影響火災(zāi)規(guī)模的大小。對(duì)于垂直方向的開(kāi)口，可采用單區(qū)域或雙區(qū)域模型，在火源所在房間溫度已知的條件下，計(jì)算得出開(kāi)口煙氣的質(zhì)量流量。水平方向開(kāi)口煙流的定量計(jì)算非常復(fù)雜，尤其當(dāng)新鮮空氣與燃燒產(chǎn)物通過(guò)同一開(kāi)口部流入和流出室內(nèi)空間時(shí)，很難對(duì)開(kāi)口煙流進(jìn)行定量計(jì)算。

6.2.2.5.2 輸入信息包括：

——建筑物參數(shù)（開(kāi)口尺寸、開(kāi)口流量系數(shù)和其他開(kāi)口）；
——環(huán)境參數(shù)（外部風(fēng)、溫度）；
——房間內(nèi)的溫度分布特征；
——壓力和風(fēng)速。

6.2.2.5.3 輸出信息包括：
——通過(guò)開(kāi)口的質(zhì)量、體積和能量。

6.2.2.6 機(jī)械排煙

6.2.2.6.1 機(jī)械排煙系統(tǒng)在發(fā)生火災(zāi)時(shí)啟動(dòng)排煙機(jī)，將著火房間中產(chǎn)生的煙氣通過(guò)排煙口排到室外，其排煙量通常采用體積換氣法或面積指標(biāo)法計(jì)算得出。

6.2.2.6.2 輸入信息包括：

——建筑物參數(shù)（排煙風(fēng)管、開(kāi)口、氣密性特點(diǎn)、風(fēng)機(jī)壓力-流量曲線、結(jié)構(gòu)尺寸）；
——環(huán)境參數(shù)（外部風(fēng)、溫度）；

——房間內(nèi)的溫度分布特征；
——房間內(nèi)壓力/風(fēng)速特征。

6.2.2.6.3 輸出信息包括：

——通過(guò)排煙口的煙氣質(zhì)量、體積。

6.2.2.7 煙囪效應(yīng)

6.2.2.7.1 煙鹵效應(yīng)是建筑火災(zāi)中煙氣流動(dòng)的主要影響因素，煙囪效應(yīng)一定程度上影響煙氣在建筑內(nèi)的蔓延。當(dāng)外界溫度較低時(shí)，在建筑物中的豎井內(nèi)存在向上的空氣流動(dòng)，稱為正向煙囪效應(yīng)。在正向煙囪效應(yīng)的影響下，空氣流動(dòng)能夠促使煙氣從著火區(qū)通過(guò)建筑內(nèi)豎向通道上升至建筑內(nèi)較高樓層。而當(dāng)外界溫度較高時(shí)，在建筑物中的豎井內(nèi)則存在向下的空氣流動(dòng)，稱為逆向煙囪效應(yīng)。煙囪效應(yīng)所產(chǎn)生的壓差可用式（1）來(lái)描述：

6.2.2.7.2 輸入信息包括：

——建筑物參數(shù)（豎向通道尺寸和開(kāi)口尺寸）；

——溫度分布（豎向通道內(nèi)外溫度分布）。

6.2.2.7.3 輸出信息包括：

——流入豎向通道中煙氣的體積流率和質(zhì)量流速。

6.2.2.8 通風(fēng)管道的煙氣運(yùn)動(dòng)

6.2.2.8.1 通風(fēng)系統(tǒng)通常是在設(shè)計(jì)的壓力和溫度條件下進(jìn)行工作，火災(zāi)發(fā)生時(shí)將破壞其工作狀態(tài)，并影響起火房間的氣流。為避免火災(zāi)煙氣通過(guò)通風(fēng)管道蔓延，通常在通風(fēng)管道中安裝有防火閥、防煙閥，但防火閥、防煙閥通常有縫隙，仍會(huì)有漏煙發(fā)生，所以還應(yīng)對(duì)通風(fēng)管道內(nèi)的火災(zāi)煙氣流動(dòng)進(jìn)行評(píng)估。另外，火災(zāi)煙氣的分層可能會(huì)受到機(jī)械通風(fēng)的影響，此時(shí)溫度梯度分布和組分分布與自然通風(fēng)時(shí)的情況不同，雙區(qū)域模型可能不適用。

6.2.2.8.2 輸入信息包括：

——建筑物參數(shù)（通風(fēng)管道的位置和尺寸、風(fēng)機(jī)性能）；
——環(huán)境條件（外部溫度和風(fēng)向）；
——起火房間及建筑內(nèi)溫度分布；
——起火房間及建筑內(nèi)壓力場(chǎng)/速度場(chǎng)特征。

6.2.2.8.3 輸出信息包括：

——通風(fēng)管道內(nèi)流入的火災(zāi)煙氣的體積及質(zhì)量流速。

6.2.3 煙氣組分

6.2.3.1 火災(zāi)煙氣中含有大量導(dǎo)致能見(jiàn)度下降的顆粒物和多種有毒氣體。本部分規(guī)定了可用于評(píng)估遠(yuǎn)離火源位置的煙密度或煙氣組分濃度的方法。

區(qū)域模型中假定煙氣良好混合，即顆粒物或組分濃度均勻分布在一個(gè)恒溫的空間內(nèi)。組分i的濃度可通過(guò)式（2）積分獲得：

如果流入和流出起火房間煙氣的體積流率

以及流入煙氣的濃度C_in是已知的，那么火源所在房間內(nèi)的煙氣組分濃度可以通過(guò)式（3）積分獲得：

采用場(chǎng)模型可以得到更加詳細(xì)的煙氣組分分布。

6.2.3.2 輸入信息包括：

——可見(jiàn)的煙氣和氣體組分的生成速率；
——流入煙層的煙氣和氣體組分的濃度；

——流入房間的體積流率。

6.2.3.3 輸出信息包括：

——組分濃度；
——煙氣密度。

火災(zāi)煙氣的非熱損傷

6.3.1 火災(zāi)煙氣的非熱損傷包括表面腐蝕、結(jié)構(gòu)損傷、電氣故障、變色、異味等。火災(zāi)煙氣中的酸性氣體產(chǎn)物可能會(huì)導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物中鋼筋的腐蝕，使其結(jié)構(gòu)性能下降。燃燒產(chǎn)生的煙灰沉積，也可能會(huì)導(dǎo)致控制面板、微電路、電氣開(kāi)關(guān)和電路板等出現(xiàn)故障。這些損傷都可視為火災(zāi)煙氣的非熱損傷。非熱損傷的嚴(yán)重程度取決于沉積在建筑構(gòu)件、家具和設(shè)備表面的火災(zāi)產(chǎn)物的化學(xué)特性、物理特性、移動(dòng)和沉積等因素。

6.3.2 輸入信息包括：
——腐蝕性火災(zāi)煙氣的濃度；

——沉積表面的特性。

6.3.3 輸出信息包括：

——非熱損傷的潛在可能性（包括設(shè)備功能喪失的可能性等）。

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