專利名稱：一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火災(zāi)安全與消防工程領(lǐng)域，尤其涉及一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，城市中大空間建筑不斷出現(xiàn)，如大型會(huì)展中心、航站樓和交通樞紐等等。這些建筑的共同特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部空間大，人流量大，一旦發(fā)生火災(zāi)，可能會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。建筑火災(zāi)中，煙氣是對(duì)人員危害最大的因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)中75%-85%的人員死亡是由煙氣造成的。因此，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，應(yīng)盡快地將煙氣排出，阻止火災(zāi)和煙氣蔓延，這就需要大空間建筑的煙氣控制系統(tǒng)能夠有效地對(duì)煙氣進(jìn)行控制，以幫助人員安全逃生。如何評(píng)判大空間建筑防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工作性能是否滿足消防安全目標(biāo)，是消防領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。目前我國(guó)主要采用的方法是與規(guī)范進(jìn)行對(duì)比，但處方式規(guī)范只可視為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最低要求標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)一些火災(zāi)事后調(diào)查，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)符合消防安全設(shè)備設(shè)置規(guī)范，通過相關(guān)機(jī)關(guān)的消防安檢，但卻無(wú)法確保消防安全的事故。隨著各種超出規(guī)范的復(fù)雜大空間建筑的出現(xiàn)，這種“處方式”方法的不足越來(lái)越明顯，因此越來(lái)越多的復(fù)雜建筑防排煙系統(tǒng)需要進(jìn)行性能化評(píng)估。而當(dāng)前我國(guó)在很多性能化消防評(píng)估中只使用CFD數(shù)值模擬來(lái)考察防排煙系統(tǒng)的性能，由于數(shù)值模擬計(jì)算只是對(duì)假定的火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行模擬，且缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的數(shù)值計(jì)算本身存在一定的誤差，一些情況甚至?xí)贸鼋厝幌喾吹慕Y(jié)果。因此國(guó)外開始采用另外一種評(píng)判防排煙系統(tǒng)有效性的方法，就是對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)煙氣測(cè)試，這種方法在我國(guó)用的還比較少，也無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)予以規(guī)范。以上各種評(píng)判方法均存在不足之處，有必要建立一套完善的大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)評(píng)估方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，該方法可用于大空間建筑的煙氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、模擬評(píng)估和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，驗(yàn)證煙氣控制系統(tǒng)評(píng)估模型的準(zhǔn)確性，檢測(cè)大空間建筑的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、疏散照明指示等系統(tǒng)的工作性能、聯(lián)動(dòng)狀況和設(shè)計(jì)合理性，為大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試和性能評(píng)判提供科學(xué)的依據(jù)，解決現(xiàn)有各種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)性能評(píng)判方法存在的不足之處。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為，一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，包括以下步驟
(I)安裝煙氣控制系統(tǒng)；
(2)確定熱煙試驗(yàn)初步方案；
(3)針對(duì)試驗(yàn)方案開展數(shù)值模擬，并根據(jù)數(shù)值模擬數(shù)據(jù)判斷初步方案是否合理，不合理則重新調(diào)整試驗(yàn)方案直至合理；(4)現(xiàn)場(chǎng)搭建試驗(yàn)平臺(tái)并開展熱煙實(shí)驗(yàn)；
(5)獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷煙氣控制系統(tǒng)的性能；
(6)對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬數(shù)據(jù)，評(píng)判數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，并利用獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正數(shù)值模擬所需要的數(shù)值模型。優(yōu)選步驟步驟(I)還包括煙控方式的選擇，根據(jù)大空間建筑的空間高度、開敞條件，選擇自然煙氣控制模式或者機(jī)械煙氣控制模式。優(yōu)選步驟采用機(jī)械煙氣控制模式之時(shí)，根據(jù)建筑設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算排煙量、補(bǔ)風(fēng)量、正壓送風(fēng)量，布置排煙口、補(bǔ)風(fēng)口和正壓送風(fēng)口的位置，設(shè)計(jì)排煙、補(bǔ)風(fēng)和正壓送風(fēng)風(fēng)管的走向和尺寸；根據(jù)排煙量、補(bǔ)風(fēng)量和送風(fēng)量，確定相應(yīng)的排煙風(fēng)機(jī)、補(bǔ)風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)選型。優(yōu)選步驟采用自然防煙排煙模式之時(shí)，根據(jù)建筑設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算自然排煙面積，布置自然排煙窗的位置，確定采用自動(dòng)開啟模式還是手動(dòng)開啟模式。優(yōu)選步驟步驟(3)具體方法為針對(duì)熱煙試驗(yàn)初步方案的現(xiàn)場(chǎng)安全數(shù)值模擬在開展熱煙試驗(yàn)之前，根據(jù)大空間建筑的空間設(shè)計(jì)參數(shù)、煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝情況和熱煙試驗(yàn)初步方案，運(yùn)用專業(yè)流體力學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，按照熱煙試驗(yàn)初步方案設(shè)定火源熱釋放功率，初步掌握現(xiàn)場(chǎng)煙流特性和煙氣控制系統(tǒng)性能，并判斷試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的人員和財(cái)產(chǎn)是否安全，是否需要采取必要的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)措施，是否需要對(duì)熱煙試驗(yàn)方案進(jìn)行必要的調(diào)整。優(yōu)選步驟步驟(4)現(xiàn)場(chǎng)搭建熱煙試驗(yàn)平臺(tái)的具體方法為利用濃度為95%的工業(yè)乙醇作為火源，發(fā)煙裝置產(chǎn)生的煙氣作為示蹤煙氣，在典型位置設(shè)置照相、錄像、溫度和風(fēng)速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。優(yōu)選步驟步驟(4)開展熱煙試驗(yàn)的具體方法為點(diǎn)燃火源的同時(shí)啟動(dòng)發(fā)煙裝置向火源注入煙氣，并記錄試驗(yàn)開始時(shí)間，記錄自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間、煙氣控制系統(tǒng)等消防系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)時(shí)間，記錄大空間內(nèi)和壁面溫度、煙流流速、煙氣高度沉降情況，照相記錄大空間內(nèi)典型的煙流特性及煙氣控制狀況，攝像動(dòng)態(tài)記錄大空間內(nèi)煙流蔓延及煙氣控制狀況。優(yōu)選步驟步驟(4)后還包括(a)結(jié)束大空間建筑熱煙試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試熄滅火源，停止發(fā)煙裝置繼續(xù)向火源注入煙氣，大空間建筑的煙氣控制系統(tǒng)繼續(xù)工作，直到將空間內(nèi)的煙氣排盡；(b)重復(fù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同的火源規(guī)模和位置、煙氣控制方案，在大空間的環(huán)境參數(shù)恢復(fù)到正常狀態(tài)之時(shí)，重復(fù)以上步驟(2)至(4)。
優(yōu)選步驟步驟(6)的具體方法為運(yùn)用熱煙試驗(yàn)采集的溫度、CO、CO2等煙流特性參數(shù)，與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證專業(yè)流體力學(xué)軟件建立的針對(duì)大空間建筑的數(shù)值模型的模擬精度和準(zhǔn)確性，并修正初始邊界條件。優(yōu)選步驟步驟(6)后還可以運(yùn)用驗(yàn)證后的數(shù)值模型開展全尺寸火災(zāi)規(guī)模的數(shù)值模擬在確認(rèn)大空間建筑的數(shù)值模型準(zhǔn)確可信之后，按照大空間建筑的實(shí)際火災(zāi)規(guī)模，模擬研究大空間建筑的煙流特性和煙氣控制系統(tǒng)的排煙性能。本發(fā)明的有益效果為可用于大空間建筑的煙氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工作性能評(píng)估測(cè)試，還可用于評(píng)判大空間建筑的消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制的邏輯合理性，評(píng)判火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、疏散指示系統(tǒng)的工作效果和有效性，評(píng)判疏散通道的防煙性能和人員疏散的安全性。為大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和評(píng)估提供科學(xué)合理的依據(jù)，為相關(guān)防排煙設(shè)計(jì)規(guī)范提供修訂依據(jù)。


圖I為本發(fā)明的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合以上大空間建筑煙氣控制設(shè)計(jì)和評(píng)估技術(shù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，本項(xiàng)發(fā)明建立了一種大空間建筑煙氣控制性能綜合設(shè)計(jì)評(píng)估方法，包含以下具體內(nèi)容和步驟如下
(I)大空間建筑煙氣控制設(shè)計(jì)過程中，依照相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)并安裝煙氣控制系統(tǒng)；亦可根據(jù)大空間建筑的實(shí)際情況，采用性能化的方法設(shè)計(jì)煙氣控制系統(tǒng)。(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況，以保證試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)人員生命和財(cái)產(chǎn)安全為前提，完成熱煙試驗(yàn)初步方案設(shè)計(jì)。(3)依照設(shè)計(jì)參數(shù)和熱煙試驗(yàn)初步方案，在開展現(xiàn)場(chǎng)熱煙之前進(jìn)行數(shù)值模擬，初步掌握現(xiàn)場(chǎng)煙流特性和煙氣控制系統(tǒng)性能，并判斷試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的人員和財(cái)產(chǎn)是否安全，是否需要采取必要的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)措施，是否需要對(duì)熱煙試驗(yàn)方案進(jìn)行必要的調(diào)整。(4)現(xiàn)場(chǎng)搭建熱煙試驗(yàn)平臺(tái)，利用濃度為95%的工業(yè)乙醇作為火源，發(fā)煙裝置產(chǎn)生煙氣作為示蹤煙氣，在典型位置設(shè)置照相、錄像、溫度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并采取必要的安全防護(hù)措施，開展熱煙試驗(yàn)，采集相關(guān)數(shù)據(jù)。(5)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)評(píng)估大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能是否能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。(6)對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬數(shù)據(jù)，評(píng)判數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，并利用試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)修正數(shù)值模型。(7)運(yùn)用經(jīng)過驗(yàn)證、已確認(rèn)準(zhǔn)確性的數(shù)值模型，按照實(shí)際的設(shè)計(jì)火災(zāi)規(guī)模，模擬分析大空間建筑的煙流特性和煙氣控制系統(tǒng)的性能是否能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。所建立的大空間建筑煙氣控制性能綜合設(shè)計(jì)評(píng)估方法的設(shè)計(jì)和評(píng)估流程如圖I所示，涵蓋設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬評(píng)估和現(xiàn)場(chǎng)熱煙測(cè)試三個(gè)階段的內(nèi)容。一種大空間建筑煙氣控制設(shè)計(jì)方法,包括
(I)根據(jù)大空間建筑的空間高度、開敞條件，選擇自然煙氣控制模式或者機(jī)械煙氣控制模式。(2)高層大空間建筑依照《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》)的規(guī)定進(jìn)行煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，多層大空間建筑依照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《建規(guī)》)進(jìn)行煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(3)對(duì)于目前規(guī)范難以涵蓋的大空間建筑，采用性能化的方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(4)采用機(jī)械煙氣控制模式之時(shí)，根據(jù)建筑設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算排煙量、補(bǔ)風(fēng)量、正壓送風(fēng)量，布置排煙口、補(bǔ)風(fēng)口和正壓送風(fēng)口的位置，設(shè)計(jì)排煙、補(bǔ)風(fēng)和正壓送風(fēng)風(fēng)管的走向和尺寸，根據(jù)排煙量、補(bǔ)風(fēng)量和送風(fēng)量，確定相應(yīng)的排煙風(fēng)機(jī)、補(bǔ)風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)選型。(5)采用自然防煙排煙模式之時(shí)，根據(jù)建筑設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算自然排煙面積，布置自然排煙窗的位置，確定采用自動(dòng)開啟模式還是手動(dòng)開啟模式。一種大空間建筑煙氣控制數(shù)值模擬方法，包括
(I)針對(duì)熱煙試驗(yàn)初步方案的現(xiàn)場(chǎng)安全數(shù)值模擬。在開展熱煙試驗(yàn)之前，根據(jù)大空間建筑的空間設(shè)計(jì)參數(shù)、煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝情況和熱煙試驗(yàn)初步方案，運(yùn)用專業(yè)流體力學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，按照熱煙試驗(yàn)初步方案設(shè)定火源熱釋放功率，初步掌握現(xiàn)場(chǎng)煙流特性和煙氣控制系統(tǒng)性能，并判斷試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的人員和財(cái)產(chǎn)是否安全，是否需要采取必要的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)措施，是否需要對(duì)熱煙試驗(yàn)方案進(jìn)行必要的調(diào)整。(2)數(shù)值模型的驗(yàn)證。運(yùn)用熱煙試驗(yàn)采集的溫度、C0、C02等煙流特性參數(shù)，與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證專業(yè)流體力學(xué)軟件建立的針對(duì)大空間建筑的數(shù)值模型的模擬精度和準(zhǔn)確性，并修正初始邊界條件。(3)運(yùn)用驗(yàn)證后的數(shù)值模型開展全尺寸火災(zāi)規(guī)模的數(shù)值模擬。在確認(rèn)大空間建筑的數(shù)值模型準(zhǔn)確可信之后，按照大空間建筑的實(shí)際火災(zāi)規(guī)模，模擬研究大空間建筑的煙流特性和煙氣控制系統(tǒng)的排煙性能。一種大空間建筑熱煙試驗(yàn)方法，包括
(I)確定熱煙試驗(yàn)初步方案。根據(jù)大空間建筑的空間結(jié)構(gòu)形式和規(guī)模，并通過現(xiàn)場(chǎng)勘察，初步確定試驗(yàn)的火源位置及規(guī)模、發(fā)煙裝置位置及數(shù)量，熱電偶溫度、熱成像、煙氣濃度、煙流流場(chǎng)、煙層高度、照相、攝像等數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的位置確定，以及現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)方案。(2)熱煙試驗(yàn)方案的確認(rèn)。針對(duì)熱煙試驗(yàn)初步方案的現(xiàn)場(chǎng)安全數(shù)值模擬得到的結(jié)果，判斷大空間建筑的熱煙試驗(yàn)初步方案設(shè)計(jì)的可行性和安全性，并確定是否需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。(3)現(xiàn)場(chǎng)搭建熱煙試驗(yàn)平臺(tái)。根據(jù)熱煙試驗(yàn)方案在大空間建筑現(xiàn)場(chǎng)布置火源和發(fā)煙裝置、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置。(4)開展大空間建筑熱煙試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。點(diǎn)燃火源的同時(shí)啟動(dòng)發(fā)煙裝置向火源注入煙氣，并記錄試驗(yàn)開始時(shí)間，記錄自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間、煙氣控制系統(tǒng)等消防系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)時(shí)間，記錄大空間內(nèi)和壁面溫度、煙流流速、煙氣高度沉降情況，照相記錄大空間內(nèi)典型的煙流特性及煙氣控制狀況，攝像動(dòng)態(tài)記錄大空間內(nèi)煙流蔓延及煙氣控制狀況。(5)結(jié)束大空間建筑熱煙試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。熄滅火源，停止發(fā)煙裝置繼續(xù)向火源注入煙氣，大空間建筑的煙氣控制系統(tǒng)繼續(xù)工作，直到將空間內(nèi)的煙氣排盡。(6)重復(fù)試驗(yàn)。設(shè)計(jì)不同的火源規(guī)模和位置、煙氣控制方案，在大空間的環(huán)境參數(shù)恢復(fù)到正常狀態(tài)之時(shí)，重復(fù)以上步驟(I) (5)。(7)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。對(duì)熱煙試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究大空間建筑煙流特性及煙氣控制系統(tǒng)的工作性能，判定大空間建筑的煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對(duì)比，修正煙流數(shù)值模擬的數(shù)值模型。以下以具體的大空間建筑實(shí)例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本方面的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本方面的保護(hù)范圍。實(shí)施例建筑概況。本發(fā)明實(shí)施例為一個(gè)裙房中庭大空間，由負(fù)一層(-5. 5m)貫穿至裙房七層屋面(27. 0m)，空間尺寸為25. 5mX17. 2mX32. 5m。采用特級(jí)防火卷簾與周圍區(qū)域分隔。實(shí)施例煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本發(fā)明實(shí)施例的裙房中庭大空間屬于高層民用建筑，依照《高規(guī)》規(guī)定，高于12m的中庭采用機(jī)械排煙方式，排煙量按照體積次數(shù)法計(jì)算，中庭體積為14254. 5m3，小于17000m3，排煙量按其體積的6次/h換氣計(jì)算，中庭的排煙量CN 102929276 A
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確定為85527m3/h，排煙風(fēng)機(jī)選型考慮I. I倍的漏風(fēng)系數(shù)，排煙風(fēng)機(jī)的總排煙量不應(yīng)小于94079. 7m3/h,共設(shè)置4臺(tái)排煙量為23520 m3/h的排煙風(fēng)機(jī)，排煙風(fēng)機(jī)設(shè)于裙房屋面，排煙口設(shè)于中庭頂部。實(shí)施例熱煙試驗(yàn)初步方案。為了驗(yàn)證中庭大空間的排煙系統(tǒng)的煙氣控制性能，熱煙試驗(yàn)初步方案考慮在中庭中部設(shè)置一組“火源+示蹤煙氣”組合，火源熱釋放功率為1. 5MW。在中庭中部和邊墻部位各設(shè)置一組熱電偶樹Tl和T2，用于測(cè)量試驗(yàn)火源正上方和離火源較遠(yuǎn)的熱煙層溫度。每支熱電偶樹由9個(gè)K型熱電偶組成，共18個(gè)熱電偶溫度測(cè)點(diǎn)。每支熱電偶樹上的熱電偶自中庭頂部而下，分布呈現(xiàn)由密到疏的特點(diǎn)，靠中庭頂部密集分布，重點(diǎn)考察隧道頂部熱層溫度變化情況，緊貼中庭頂部表面的熱電偶用于監(jiān)測(cè)中庭頂部表面的溫度，動(dòng)態(tài)關(guān)注試驗(yàn)過程中是否會(huì)對(duì)中庭結(jié)構(gòu)造成損壞。光學(xué)圖像采集裝置由光學(xué)圖像和光學(xué)影像兩個(gè)部分組成，利用光學(xué)相機(jī)記錄熱煙試驗(yàn)過程中的重要信息，例如試驗(yàn)裝置、煙層形成過程、煙層形狀等；利用光學(xué)攝像機(jī)記錄從試驗(yàn)開始直至試驗(yàn)完全結(jié)束的煙氣蔓延情況。煙氣高度測(cè)量通過兩種方法實(shí)現(xiàn)第一種方法是根據(jù)高度方向豎直分布的熱電偶所采集的溫度數(shù)據(jù)變化對(duì)比進(jìn)行判斷，如測(cè)點(diǎn)溫度顯著升高，則認(rèn)為該溫度測(cè)點(diǎn)處于熱煙層之內(nèi)，煙層已低于該溫度測(cè)點(diǎn)；反之，如測(cè)點(diǎn)溫度沒有發(fā)生明顯變化，則認(rèn)為該溫度測(cè)點(diǎn)沒有還沒有處于熱煙層之內(nèi)，煙層處于該溫度測(cè)點(diǎn)之上。第二種方法是在中庭內(nèi)懸掛標(biāo)尺，并設(shè)置明顯的高度刻線進(jìn)行目測(cè)，直接判斷煙層高度。利用紅外攝像儀動(dòng)態(tài)監(jiān)控中庭中上部壁面溫度，關(guān)注熱煙試驗(yàn)對(duì)中庭大空間現(xiàn)場(chǎng)的影響。針對(duì)實(shí)施例熱煙試驗(yàn)初步方案的現(xiàn)場(chǎng)安全數(shù)值模擬。采用火災(zāi)煙流專用模擬軟件對(duì)熱煙試驗(yàn)初步方案進(jìn)行煙流數(shù)值模擬，分析試驗(yàn)初步方案是否會(huì)對(duì)中庭大空間試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的人員生命安全和財(cái)產(chǎn)保護(hù)造成威脅。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)勘察情況，在火災(zāi)煙流專用模擬軟件中建立與中庭大空間的煙流計(jì)算數(shù)值模型，模型的物理空間輪廓、熱物性邊界條件、排煙口位置、排煙量、火災(zāi)場(chǎng)景特性參數(shù)與試驗(yàn)初步方案的試驗(yàn)工況一致，輸出參數(shù)包含與熱電偶樹Tl和T2位置相同的熱電偶測(cè)點(diǎn)溫度、過火源的豎向溫度云圖、煙層沉降高度變化和煙氣灰密度分布等煙氣特性參數(shù)。模擬結(jié)果表明
(I)中庭內(nèi)的熱分層明顯，溫度較高的煙氣均集中在中庭上部，介于30°C 35°C之間；下層溫度沒有發(fā)生變化，不會(huì)對(duì)人員安全和中庭本身造成危害。(2)測(cè)點(diǎn)溫度變化表明熱煙試驗(yàn)時(shí)，除火源附近之外，其他區(qū)域的溫度較低，熱層高度位于人體特征高度之上，不會(huì)對(duì)人員安全和中庭本身造成危害。熱電偶樹T2的IOm以下的測(cè)點(diǎn)溫度在模擬過程中變化較小，說明未處于溫度較高的熱煙層中；10m以上的測(cè)點(diǎn)溫度相比初始環(huán)境溫度上升明顯，說明位于熱煙層范圍之內(nèi)，熱煙層的高度位于IOm左右。(3)起火以后煙層高度不斷下降，模擬至220s以后，煙層高度不再下降，維持在距離中庭地面之上9. Om左右的高度。煙層高度明顯高于人體特征高度，試驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)的人員不會(huì)受到煙氣的侵?jǐn)_，能夠保證人員的生命安全。(4)煙氣的分層較為明顯，分層高度位于IOm左右，下層空氣層的能見度狀況較好，不會(huì)對(duì)中庭大空間內(nèi)的試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)人員的視線造成影響。(5)熱煙試驗(yàn)初步方案設(shè)定的火源功率和位置是安全可行的，中庭大空間的煙氣控制系統(tǒng)能夠有效將煙氣排出，不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的人員生命安全和結(jié)構(gòu)造成威脅，具備可實(shí)施
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實(shí)施例現(xiàn)場(chǎng)開展熱煙試驗(yàn)。在中庭大空間現(xiàn)場(chǎng)按照前述熱煙試驗(yàn)方案搭建試驗(yàn)平臺(tái)和測(cè)試系統(tǒng)。同時(shí)點(diǎn)燃火源和發(fā)煙裝置，開啟測(cè)試系統(tǒng)記錄試驗(yàn)過程和采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果表明
(I)試驗(yàn)開始以后，示蹤煙氣隨熱羽流上升至中庭頂部，隨即沿水平方向蔓延，在觸及中庭四壁以后煙層向下沉降，煙氣充滿中庭上部。機(jī)械排煙系統(tǒng)能夠有效地將中庭內(nèi)的煙氣排除，當(dāng)煙氣沉降到IOm左右的高度時(shí)，煙層趨于穩(wěn)定不再下降，產(chǎn)煙量和排煙量達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。煙氣分層較為明顯，且始終位于人體特征高度之上，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的人員沒有受到煙氣的侵?jǐn)_，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的人員生命安全能夠得到保證。(2)整個(gè)試驗(yàn)過程中，火源上方離地面最近的Tl-I熱電偶溫度最高，約為73°C。而靠近中庭頂部的熱電偶溫度較低，為40°C左右，不會(huì)對(duì)中庭頂部結(jié)構(gòu)造成損傷。(3)中庭內(nèi)IOm高度以下的熱電偶T2-6 T2-8在實(shí)驗(yàn)過程中溫度變化不明顯，說明中庭IOm以下空間未處于熱煙層內(nèi)；10m高度以上的熱電偶T2-2 T2-5溫度上升明顯，最高溫度為38°C，說明這些熱電偶處于溫度較高的熱煙層內(nèi)。由此可見，中庭內(nèi)的溫度分層明顯，熱層主要分布在IOm高度之上，熱層位于人體特征高度之上，中庭內(nèi)的試驗(yàn)人員不會(huì)受到煙氣的侵?jǐn)_。這與目測(cè)的煙氣沉降高度是一致的。(4)熱成像圖中的溫度分布反映的是中庭中上部壁面的溫度，試驗(yàn)中各位置的壁面溫度最高約為32. 5°C，不會(huì)對(duì)中庭結(jié)構(gòu)造成威脅。(5)中庭大空間的煙氣控制系統(tǒng)能夠有效將煙氣排出，試驗(yàn)過程中現(xiàn)場(chǎng)人員和物質(zhì)財(cái)產(chǎn)未受到損壞，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。實(shí)施例的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬數(shù)據(jù)對(duì)比分析。對(duì)比中庭大空間的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果可知，數(shù)值模擬的溫度分布、煙氣分層高度變化、沉降高度和流動(dòng)規(guī)律與試驗(yàn)結(jié)果吻合的很好，說明數(shù)值模擬方法能夠很好的模擬真實(shí)試驗(yàn)的熱煙流動(dòng)規(guī)律，現(xiàn)場(chǎng)熱煙試驗(yàn)可作為數(shù)值模擬技術(shù)的驗(yàn)證和校對(duì)手段，提高數(shù)值模擬技術(shù)的模擬精度和可信度。針對(duì)實(shí)施例的全尺寸火災(zāi)規(guī)模數(shù)值模擬。利用驗(yàn)證后的數(shù)值模型，按照自動(dòng)滅火失效的不利工況，設(shè)定火災(zāi)規(guī)模為4. 0MW，研究中庭大空間在實(shí)際火災(zāi)工況下的煙流特性和煙氣控制系統(tǒng)的控?zé)熜阅堋ＤM結(jié)果表明
(O中庭內(nèi)的熱分層明顯，溫度較高的煙氣均集中在中庭上部，介于31°C 45°C之間；下層溫度沒有發(fā)生變化，不會(huì)對(duì)人員安全疏散造成威脅。(2)熱電偶樹T2的IOm以下的測(cè)點(diǎn)溫度在模擬過程中變化較小，IOm及以上的測(cè)點(diǎn)溫度相比初始環(huán)境溫度上升明顯。由此，可判斷熱煙層的高度介于IOm和5m之間。(3)起火以后煙層高度不斷下降，模擬至250s以后，煙層高度不再下降，維持在距離中庭地面之上8. Om左右的高度。煙層高度明顯高于人體特征高度，能夠保證實(shí)際火災(zāi)工況下人員緊急疏散時(shí)的生命安全。(4)煙氣的分層較為明顯，分層高度位于8. Om左右，下層空氣層的能見度狀況較好，不會(huì)影響中庭大空間內(nèi)的人員疏散時(shí)的視線。(5)在不利火災(zāi)工況下，中庭大空間的煙氣控制系統(tǒng)能夠有效將煙氣排出，能夠在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)為中庭大空間內(nèi)的人員疏散創(chuàng)造安全的環(huán)境，其消防安全性能夠得到保證。
權(quán)利要求
1.一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，其特征在于包含步驟如下 (1)安裝煙氣控制系統(tǒng)； (2)確定熱煙試驗(yàn)初步方案； (3)針對(duì)試驗(yàn)方案開展數(shù)值模擬，并根據(jù)數(shù)值模擬數(shù)據(jù)判斷初步方案是否合理，不合理則重新調(diào)整試驗(yàn)方案直至合理； (4)現(xiàn)場(chǎng)搭建試驗(yàn)平臺(tái)并開展熱煙實(shí)驗(yàn)； (5)獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷煙氣控制系統(tǒng)的性能； (6)對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬數(shù)據(jù)，評(píng)判數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，并利用獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正數(shù)值模擬所需要的數(shù)值模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，其特征在于步驟(I)還包括煙控方式的選擇，根據(jù)大空間建筑的空間高度、開敞條件，選擇自然煙氣控制模式或者機(jī)械煙氣控制模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，其特征在于采用機(jī)械煙氣控制模式之時(shí)，根據(jù)建筑設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算排煙量、補(bǔ)風(fēng)量、正壓送風(fēng)量，布置排煙口、補(bǔ)風(fēng)口和正壓送風(fēng)口的位置，設(shè)計(jì)排煙、補(bǔ)風(fēng)和正壓送風(fēng)風(fēng)管的走向和尺寸；根據(jù)排煙量、補(bǔ)風(fēng)量和送風(fēng)量，確定相應(yīng)的排煙風(fēng)機(jī)、補(bǔ)風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)選型。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，其特征在于采用自然防煙排煙模式之時(shí)，根據(jù)建筑設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算自然排煙面積，布置自然排煙窗的位置，確定采用自動(dòng)開啟模式還是手動(dòng)開啟模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，其特征在于步驟(3)具體方法為針對(duì)熱煙試驗(yàn)初步方案的現(xiàn)場(chǎng)安全數(shù)值模擬在開展熱煙試驗(yàn)之前，根據(jù)大空間建筑的空間設(shè)計(jì)參數(shù)、煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝情況和熱煙試驗(yàn)初步方案，運(yùn)用專業(yè)流體力學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，按照熱煙試驗(yàn)初步方案設(shè)定火源熱釋放功率，初步掌握現(xiàn)場(chǎng)煙流特性和煙氣控制系統(tǒng)性能，并判斷試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的人員和財(cái)產(chǎn)是否安全，是否需要采取必要的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)措施，是否需要對(duì)熱煙試驗(yàn)方案進(jìn)行必要的調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，其特征在于步驟(4)現(xiàn)場(chǎng)搭建熱煙試驗(yàn)平臺(tái)的具體方法為利用濃度為95%的工業(yè)乙醇作為火源，發(fā)煙裝置產(chǎn)生的煙氣作為示蹤煙氣，在典型位置設(shè)置照相、錄像、溫度和風(fēng)速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，其特征在于步驟(4)開展熱煙試驗(yàn)的具體方法為點(diǎn)燃火源的同時(shí)啟動(dòng)發(fā)煙裝置向火源注入煙氣，并記錄試驗(yàn)開始時(shí)間，記錄自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間、煙氣控制系統(tǒng)等消防系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)時(shí)間，記錄大空間內(nèi)和壁面溫度、煙流流速、煙氣高度沉降情況，照相記錄大空間內(nèi)典型的煙流特性及煙氣控制狀況，攝像動(dòng)態(tài)記錄大空間內(nèi)煙流蔓延及煙氣控制狀況。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，其特征在于步驟(4)后還包括(a)結(jié)束大空間建筑熱煙試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試熄滅火源，停止發(fā)煙裝置繼續(xù)向火源注入煙氣，大空間建筑的煙氣控制系統(tǒng)繼續(xù)工作，直到將空間內(nèi)的煙氣排盡；(b)重復(fù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同的火源規(guī)模和位置、煙氣控制方案，在大空間的環(huán)境參數(shù)恢復(fù)到正常狀態(tài)之時(shí)，重復(fù)以上步驟(2)至(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4或7或8所述的一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，其特征在于步驟(6)的具體方法為運(yùn)用熱煙試驗(yàn)采集的溫度、CO、CO2等煙流特性參數(shù)，與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證專業(yè)流體力學(xué)軟件建立的針對(duì)大空間建筑的數(shù)值模型的模擬精度和準(zhǔn)確性，并修正初始邊界條件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，其特征在于步驟(6)后還可以運(yùn)用驗(yàn)證后的數(shù)值模型開展全尺寸火災(zāi)規(guī)模的數(shù)值模擬在確認(rèn)大空間建筑的數(shù)值模型準(zhǔn)確可信之后，按照大空間建筑的實(shí)際火災(zāi)規(guī)模，模擬研究大空間建筑的煙流特性和煙氣控制系統(tǒng)的排煙性能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，涉及火災(zāi)安全與消防工程領(lǐng)域，含步驟如下(1)安裝煙氣控制系統(tǒng)；(2)確定熱煙試驗(yàn)初步方案；(3)針對(duì)試驗(yàn)方案開展數(shù)值模擬，并根據(jù)數(shù)值模擬數(shù)據(jù)判斷初步方案是否合理，不合理則重新調(diào)整試驗(yàn)方案直至合理；(4)現(xiàn)場(chǎng)搭建試驗(yàn)平臺(tái)并開展熱煙實(shí)驗(yàn)；(5)獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷煙氣控制系統(tǒng)的性能。本發(fā)明主要用于大空間建筑煙氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工作性能評(píng)估測(cè)試，還可用于評(píng)判大空間建筑的消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制的邏輯合理性，評(píng)判火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、疏散指示系統(tǒng)的工作效果和有效性，評(píng)判疏散通道的防煙性能和人員疏散的安全性。
文檔編號(hào)G05B23/02GK102929276SQ20121045753
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者謝元一, 李樂, 張曉明, 胡忠日, 盧國(guó)建 申請(qǐng)人:公安部四川消防研究所