建筑性能化防火設(shè)計(jì)

1 建筑性能化 防火 設(shè)計(jì)與評(píng)估及其科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ) 2 提 綱 一、性能化防火設(shè)計(jì)的時(shí)代背景 二、性能化防火設(shè)計(jì)的方法與步驟 三、性能化防火設(shè)計(jì)的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ) 四、性能化防火設(shè)計(jì)舉例 五、結(jié)束語(yǔ) 3 一、性能化防火設(shè)計(jì)的時(shí)代背景 3 建筑與科技發(fā)展對(duì)防火設(shè)計(jì)的新要求 2 處方式建筑防火設(shè)計(jì) 4 性能化防火設(shè)計(jì)的興起 1 建筑防火的目的與措施 5 性能化設(shè)計(jì)和處方式設(shè)計(jì)的關(guān)系 4 建筑防火目的： (1) 保護(hù)建筑物內(nèi)及其周圍人員生命安全和健康； (2) 保護(hù)建筑物內(nèi)及其周圍財(cái)產(chǎn)并限制火災(zāi)損失； (3) 保護(hù)消防人員的安全并能夠開(kāi)展有效的滅火工作； (4) 保護(hù)環(huán)境（大氣、水和土壤）。 1. 建筑防火的目的與措施 5 保護(hù)人員安全措施： 預(yù)防火災(zāi) 疏散通道 限制火災(zāi)蔓延 盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并進(jìn)行有效滅火 避免發(fā)生轟燃 通過(guò)限制疏散通道的長(zhǎng)度、防煙、排煙、排熱以及防止建筑物倒塌等措施減少人員的危險(xiǎn)性 實(shí)現(xiàn)防火的技術(shù)措施 6 保護(hù)財(cái)產(chǎn)安全的措施： 預(yù)防火災(zāi) 減少財(cái)產(chǎn)密度 盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并進(jìn)行有效滅火 限制火災(zāi)蔓延 避免發(fā)生轟燃 通過(guò)排煙、排熱、避免水造成的損失以及防止建筑物倒塌等措施減少財(cái)產(chǎn)的損失 實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防護(hù)目的的技術(shù)措施 7 2 處方式建筑防火設(shè)計(jì) 定義： 處方式建筑防火設(shè)計(jì)：按照傳統(tǒng)建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)建筑物防火分類及其對(duì)防火設(shè)計(jì)的明確要求，對(duì)建筑防火系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的工程。 處方式防火設(shè)計(jì)評(píng)估：按照按照傳統(tǒng)建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)建筑物防火分類及其對(duì)防火設(shè)計(jì)的明確要求，對(duì)建筑防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估。 8 特點(diǎn)： 一般是指根據(jù)火災(zāi)事故的發(fā)生、發(fā)展和撲救等經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和火災(zāi)科學(xué)研究試驗(yàn)等消防實(shí)踐總結(jié)出來(lái)的，并經(jīng)不斷修改完善的一套有明確防火設(shè)計(jì)措施和各種具體的設(shè)計(jì)參數(shù)要求的規(guī)定。 優(yōu)點(diǎn)是清楚明了、簡(jiǎn)單易行，對(duì)設(shè)計(jì)和驗(yàn)收評(píng)估人員的要求不高，能夠滿足大多數(shù)規(guī)?；蚬δ艿纫筝^簡(jiǎn)單建筑的設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)監(jiān)督需要。 缺點(diǎn)是它使建筑設(shè)計(jì)千篇一律，不利于新消防技術(shù)和產(chǎn)品的采用、很難滿足技術(shù)進(jìn)步的要求，并且無(wú)法確切地知道人們認(rèn)為安全的具體指標(biāo)到底是多少、為滿足這種安全的建設(shè)投入與所能達(dá)到的安全性能水平之間具有多高的投資效益比。 9 3 建筑和科技發(fā)展對(duì)防火設(shè)計(jì)的新要求 現(xiàn)代建筑的特點(diǎn)：攀高比闊，爭(zhēng)奇斗艷，彰顯時(shí)尚，各領(lǐng)風(fēng)騷 10 火災(zāi)科學(xué)方興未艾： 1. 火災(zāi)機(jī)理日見(jiàn)清晰 2. 現(xiàn)象描述逐漸量化 3. 數(shù)值模擬日臻完善 4. 研究群體日益強(qiáng)大 火災(zāi)科學(xué)和消防技術(shù)的發(fā)展為 消防工程的變革提供了可能 11 消防技術(shù)層出不窮： 1. 火災(zāi)探測(cè)智能化 2. 火災(zāi)撲救自動(dòng)化 3. 成套設(shè)備系列化 4. 消防管理信息化 火災(zāi)科學(xué)和消防技術(shù)的發(fā)展為 消防工程的變革提供了可能 細(xì)水霧滅火 遙控水炮 12 定義： 性能化設(shè)計(jì)：針對(duì)特定建筑對(duì)象的消防安全目標(biāo) ， 運(yùn)用消防安全工程學(xué)原理 ， 采取計(jì)算機(jī)模化或數(shù)理推算的方法 ， 并結(jié)合實(shí)驗(yàn)方法 ，確定合理的消防安全設(shè)計(jì) 。 性能化評(píng)估：采用確定性或概率方法 ， 基于消防安全工程學(xué)的邏輯關(guān)系 ， 對(duì)已設(shè)計(jì)或現(xiàn)有的建筑對(duì)象 ， 結(jié)合其消防工程體系的合理性 、 實(shí)用性 ， 數(shù)值化地分析論證其火災(zāi)危害與風(fēng)險(xiǎn) 。 4 性能化防火設(shè)計(jì)的興起 13 特點(diǎn)： 只確定建筑要達(dá)到的總體目標(biāo)要求或設(shè)計(jì)性能水平，規(guī)定一系列性能目標(biāo)和可以量化的性能準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，一般附有一個(gè)指導(dǎo)設(shè)計(jì)的技術(shù)文件。設(shè)計(jì)人員或其他規(guī)范執(zhí)行者根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象特點(diǎn)，按規(guī)范要求，采用 “ 處方式 ” 規(guī)范或以性能為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和評(píng)估方法來(lái)完成認(rèn)為可以接受或能夠取得最低規(guī)定安全水平的設(shè)計(jì)。在大多數(shù)情況下，規(guī)范不明確規(guī)定某項(xiàng)解決方案，而是確定能達(dá)到規(guī)范要求的可接受的方法。 14 可以針對(duì)不同的建筑物確定不同的安全水平，能使設(shè)計(jì)者或監(jiān)督者具有自由發(fā)揮的較大余地，解決 “ 處方式 ” 規(guī)范中存在的大部分問(wèn)題，但對(duì)于規(guī)范使用者而言則要求經(jīng)過(guò)專門的嚴(yán)格訓(xùn)練，并要有不同建筑物的火災(zāi)大小數(shù)據(jù)以及大量建筑材料的燃燒特性數(shù)據(jù)、專門的設(shè)計(jì)和評(píng)估工具等作為支撐。 15 5. 性能化設(shè)計(jì)和處方式規(guī)范的關(guān)系 1、兩者的目標(biāo)是一致的，可以相互驗(yàn)證； 2、兩者各具特點(diǎn)： 指令性的簡(jiǎn)捷、明確，便于操作，可直觀理解，運(yùn)用成本低。性能化的演繹、推理，可以?；?，需要理解力，運(yùn)用成本高。 3、兩者將長(zhǎng)期互補(bǔ)共存。性能化適應(yīng)于新型的、特殊的建筑設(shè)計(jì)與評(píng)估；指令性適用于一般的、普遍的建筑設(shè)計(jì)與評(píng)估。 4、兩者可相互變化。性能化的歸納，總結(jié)成律可作為指令性。指令性的細(xì)化，數(shù)理表述可化為性能化。 16 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 （一）基本概念 1. 總體目標(biāo)：保護(hù)生命、保護(hù)財(cái)產(chǎn)、保護(hù)使用功能、保護(hù)環(huán)境 2. 功能目標(biāo)：對(duì)如何達(dá)到總體目標(biāo)說(shuō)明 3. 性能要求：材料、構(gòu)件、系統(tǒng)、組件以及建筑方法滿足性能水平要求，從而達(dá)到安全總體目標(biāo)和功能目標(biāo) 4. 性能指標(biāo) 5. 設(shè)計(jì)指標(biāo) 17 總體目標(biāo)：建筑物在火災(zāi)條件下不垮塌 功能目標(biāo)：保護(hù)鋼構(gòu)件不燒毀 性能目標(biāo)：鋼構(gòu)件有 1小時(shí)耐火時(shí)間 性能指標(biāo)：在 1小時(shí)內(nèi)，溫度不高于 530C 設(shè)計(jì)指標(biāo)：保護(hù)層厚度不小于 3體目標(biāo)：保護(hù)人員安全 功能目標(biāo)：遠(yuǎn)離起火點(diǎn)的人員有足夠的疏散時(shí)間 性能目標(biāo)：限制火災(zāi)蔓延和控制煙氣聚積與流動(dòng)。 性能指標(biāo)：燃燒速率小于 1040分鐘內(nèi)煙氣層高度 3米以上。 設(shè)計(jì)指標(biāo)：水噴淋 1套（水壓 2個(gè)大氣壓）、機(jī)械通風(fēng) 300m3/ 18 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 I. 確定分析對(duì)象的現(xiàn)場(chǎng)狀況 弄清待評(píng)估建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 識(shí)別重大火災(zāi)危險(xiǎn)源 設(shè)計(jì)火源功率 19 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 確定防火安全的目的和目標(biāo) 保證人員安全 減少起火的可能性 防止火蔓延 防止火災(zāi)進(jìn)一步擴(kuò)大 20 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 選擇合適的定量分析方法 定量分析是性能化分析的基本方法，需要根據(jù)分析的需要選擇合適的定量方法； 火災(zāi)過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬是一種主要的方法（ 21 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 具體分析影響火災(zāi)安全的因素 建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)； 可燃物的燃燒特性與分布； 火災(zāi)與煙氣蔓延的特點(diǎn)； 室內(nèi)消防設(shè)施的配置狀況； 建筑物使用者的特征； 消防救援狀況 22 23 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 給出分析報(bào)告 風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)束后應(yīng)當(dāng)給出客觀、全面的結(jié)論報(bào)告； 明確指出該建筑物是否符合有關(guān)規(guī)范的要求，原有設(shè)計(jì)是否需要進(jìn)行任何修改等； 結(jié)論具有很強(qiáng)的時(shí)效性 24 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 基本的設(shè)計(jì)步驟： 三個(gè)階段： A. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段； B. 定量評(píng)估階段； C. 文件編制階段； 八個(gè)步驟 25 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 性能化設(shè)計(jì)步驟示意圖 第 1 步 評(píng) 估 建 筑 物 設(shè) 計(jì) 現(xiàn) 狀第 2 步 確 定 防 火 目 標(biāo) 和 損 失 目 標(biāo)第 3 步 將 損 失 目 標(biāo) 量 化 為 設(shè) 計(jì) 目 標(biāo)第 4 a 步 設(shè) 定 火 災(zāi) 場(chǎng) 景 及 可 能 的 設(shè) 定 火 災(zāi)第 4 b 步 選 擇 設(shè) 定 的 火 災(zāi) 場(chǎng) 景第 5 步 制 定 并 評(píng) 估 初 步 消 防 設(shè) 計(jì) 方 案第 6 步 選 擇 最 佳 設(shè) 計(jì) 方 案第 7 步 編 寫 所 選 設(shè) 計(jì) 方 案 的 技 術(shù) 文 件第 8 步 準(zhǔn) 備 設(shè) 備 及 安 裝 說(shuō) 明火 災(zāi) 場(chǎng) 景 是 否超 過(guò) 性 能 判 據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段定量評(píng)估階段文件編制階段是否26 in 定工程具體內(nèi)容 建立性能判據(jù) 確定安全總體目標(biāo)、功能目標(biāo)、性能目標(biāo) 設(shè)計(jì)目標(biāo)：性能指標(biāo)和設(shè)計(jì)指標(biāo) 選擇最終設(shè)計(jì) 建立火災(zāi)場(chǎng)景 試設(shè)計(jì) 試設(shè)計(jì)評(píng)估 準(zhǔn)備設(shè)計(jì)文件 修改設(shè)計(jì)或目標(biāo) 性能化設(shè)計(jì)報(bào)告 說(shuō)明、圖紙操作 與維護(hù)手冊(cè) a 設(shè)計(jì)是否滿足 性能標(biāo)準(zhǔn) 否 是 D 27 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 （一）設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段 基本任務(wù)：確定一些基本參數(shù)，包括： 評(píng)估所設(shè)計(jì)建筑物的現(xiàn)場(chǎng)狀況； 確定業(yè)主的損失目標(biāo)（定性）； 把業(yè)主的損失目標(biāo)定量為設(shè)計(jì)目標(biāo)； 28 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 （一）設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段 確定建筑防火設(shè)計(jì)的基本目標(biāo) ： 保障生命安全，包括民眾、工作人員和消防人員的安全； 保護(hù)財(cái)產(chǎn)安全，包括建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備和物品； 提供連續(xù)的操作，例如保護(hù)系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)作； 限制火災(zāi)與火災(zāi)防治措施的不良影響。 29 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 （一）設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段 應(yīng)當(dāng)確定防火設(shè)計(jì)目標(biāo)的優(yōu)先順序 ： 多數(shù)情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮人員生命安全； 特殊情況下，也可優(yōu)先考慮其它目標(biāo)。如人員少，容易疏散，或存儲(chǔ)高價(jià)值物品； 應(yīng)當(dāng)兼顧多個(gè)防火目標(biāo)。 30 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 （二）定量評(píng)估階段 1. 選擇火災(zāi)場(chǎng)景和設(shè)定火災(zāi)曲線 ： 選擇火災(zāi)場(chǎng)景； 設(shè)定火災(zāi)曲線 31 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 選擇火災(zāi)場(chǎng)景 火災(zāi)場(chǎng)景：對(duì)火災(zāi)發(fā)展過(guò)程的一種語(yǔ)言描述，包括對(duì)起火、增長(zhǎng)、發(fā)展到最大程度（轟燃）以及熄滅過(guò)程的說(shuō)明。 需要確定的內(nèi)容： 歷史資料； 實(shí)際火災(zāi)過(guò)程的數(shù)據(jù)； 火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 32 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 選擇火災(zāi)場(chǎng)景 主要涉及以下具體內(nèi)容： 起火前的狀況 點(diǎn)火源 初始可燃物 二次可燃物 火蔓延的可能性 物體的擺放位置 室內(nèi)人員狀況 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 33 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 設(shè)定火災(zāi)曲線 火災(zāi)的熱釋放速率是決定火災(zāi)發(fā)展的基本參數(shù)之一； 性能化分析中所用的 定的越合理，計(jì)算結(jié)果越可靠； 火災(zāi)發(fā)展可分為三種基本形式： 不斷增長(zhǎng)； 穩(wěn)定燃燒； 逐漸衰弱 34 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 時(shí)間 (s) 熱釋放速率 穩(wěn)定階段 增長(zhǎng)階段 減弱階段 設(shè)定火災(zāi)曲線示意圖 35 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 （二） 定量評(píng)估階段 2. 發(fā)展與評(píng)估初步防火設(shè)計(jì) ： 按照確定的火災(zāi)場(chǎng)景，依據(jù)設(shè)定的火災(zāi)曲線，發(fā)展初步設(shè)計(jì)方案； 通常有多個(gè)方案； 評(píng)估、比較這些方案時(shí)，應(yīng)靈活區(qū)分新建建筑和已有建筑。 36 二、性能化防火設(shè)計(jì)方法與步驟 （三）文件編制階段 分析和設(shè)計(jì)過(guò)程的參與者 分析或設(shè)計(jì)的理由 設(shè)計(jì)方法的說(shuō)明（方法、假設(shè)和工具） 設(shè)計(jì)的背景資料 業(yè)主的目標(biāo)說(shuō)明 性能判據(jù) 火災(zāi)場(chǎng)景 設(shè)定火災(zāi) 設(shè)計(jì)替代方案 其它資料 37 三、性能化防火設(shè)計(jì)的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ) 2 熱釋放速率模型及其實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 3 羽流模型 1 火災(zāi)過(guò)程模擬 4 人員疏散模型 5 自動(dòng)報(bào)警與滅火系統(tǒng) 6 煙氣流動(dòng)與控制系統(tǒng) 7 建筑構(gòu)件耐火保護(hù) 38 1 火災(zāi)過(guò)程（煙氣流動(dòng)）模擬 方法分類 火災(zāi)防護(hù)的工程方法 分析方法 模擬方法 區(qū)域模擬方法 場(chǎng)模擬方法 39 火災(zāi)模擬方法及其對(duì)比 分析方法與模擬方法對(duì)比 性質(zhì) 分析方法 模擬方法時(shí)間過(guò)程 否 是錯(cuò)誤評(píng)價(jià) 簡(jiǎn)單 復(fù)雜消耗 小 中等，較大論述 單一 系統(tǒng)分析方法：運(yùn)用工程基本原理、經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范給出具體工程問(wèn)題的解決方案。 模擬方法：建立火災(zāi)過(guò)程數(shù)學(xué)模型，真實(shí)近似地再現(xiàn)火災(zāi)過(guò)程，并根據(jù)具體工程問(wèn)題的給出解決方案。 40 火災(zāi)模擬方法及其對(duì)比 區(qū)域模擬與場(chǎng)模擬方法 區(qū)域模擬方法：通常將火災(zāi)房間分為上下兩個(gè)區(qū)域，即上部的熱煙氣區(qū)和下部的冷空氣區(qū)，并且假設(shè)兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的參數(shù)是均勻的。針對(duì)兩個(gè)區(qū)域分別列出質(zhì)量守恒和能量守恒方程，區(qū)域之間的質(zhì)量交換主要由羽流和通風(fēng)口的摻混作用造成，能量交換除了由質(zhì)量交換帶來(lái)的能量傳遞外，還考慮輻射和導(dǎo)熱損失 場(chǎng)模擬方法：根據(jù)質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒（ 能量守恒和化學(xué)反應(yīng)定律建立描述火災(zāi)過(guò)程的控制方程組。為了能夠從整體上求解火災(zāi)過(guò)程必須建立火災(zāi)各主要分過(guò)程的理論模型，如受浮力影響的湍流模型、湍流燃燒模型、輻射換熱模型和碳黑模型，從而使場(chǎng)模擬的方程組封閉。 41 火災(zāi)模擬方法及其對(duì)比 區(qū)域模擬與場(chǎng)模擬方法對(duì)比 性質(zhì) 區(qū)域模型 場(chǎng)模型幾何描述 近視 準(zhǔn)確通風(fēng)描述 準(zhǔn)確 準(zhǔn)確火源 近視 近視模擬投入 小 很大描述 （論述） 粗 細(xì)校驗(yàn) 工作量大 高質(zhì)量很大無(wú)量綱關(guān)系 不能給出 很高局部描述的準(zhǔn)確性 給出準(zhǔn)確的分析結(jié)果 區(qū)域劃分大時(shí)結(jié)果近 視費(fèi)用投入 小 很大42 火災(zāi)模擬方法及其對(duì)比 區(qū)域模擬與場(chǎng)模擬方法對(duì)比 問(wèn)題 區(qū)域模型 場(chǎng)模型羽流范圍內(nèi)的局部溫 度 能 能，一般火災(zāi)范圍內(nèi)的局部溫 度 只在羽流、頂棚射流 和建 筑 構(gòu)件 能，一般煙氣層的溫度 能 能，費(fèi)時(shí)排煙問(wèn)題 能 能，費(fèi)時(shí)局部流場(chǎng) 在羽流范圍和開(kāi)口部 位 能，一般多房間模型 能 有條件，費(fèi)時(shí)建筑構(gòu)件溫度計(jì)算 能 能，部分是近視的參數(shù)研究 容易 很難43 室內(nèi)火災(zāi)及熱煙氣發(fā)展過(guò)程 可燃物煙氣羽流區(qū)間斷火焰區(qū)穩(wěn)定火焰區(qū)熱煙氣層44 2 火源熱釋放速率模型 引言 火災(zāi)過(guò)程中火源的熱釋放速率是評(píng)價(jià)火災(zāi)危險(xiǎn)性的重要參數(shù)，也是進(jìn)行火災(zāi)模擬研究的基礎(chǔ)參數(shù)。在過(guò)去的 20多年時(shí)間里，火災(zāi)過(guò)程中熱釋放速率的測(cè)試方法法較大的發(fā)展，出現(xiàn)了基于氧消耗原理的熱釋放速率測(cè)試方法，如小尺寸熱釋放速率實(shí)驗(yàn)的 尺寸墻角實(shí)驗(yàn)的 些火災(zāi)實(shí)驗(yàn)室還發(fā)展了基于氧消耗原理的大型熱釋放速率測(cè)試方法。此外，基于質(zhì)量損失速率的熱釋放速率測(cè)試方法可以作為基于氧消耗原理測(cè)試方法的補(bǔ)充。 與此同時(shí)，基于區(qū)域模型（ 火災(zāi)模擬方法也得到了長(zhǎng)足發(fā)展，目前比較著名的火災(zāi)模擬軟件有 分軟件已經(jīng)可以在 述火災(zāi)模擬軟件已經(jīng)成為建筑火災(zāi)研究和火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的重要工具，部分軟件已被成功地運(yùn)用于隧道火災(zāi)的研究和評(píng)價(jià)。但區(qū)域模型的核心是如何構(gòu)造接近于實(shí)際情況的火源熱釋放速率模型。 45 幾種常用的熱釋放速率模型 2 200 / 火 焰 水 平 蔓 延 速 度 參 數(shù) 值可 燃 材 料火 焰 蔓 延分級(jí)b / k J / 的 時(shí) 間/ 注 明 緩慢 0 . 0 0 2 9 58 4無(wú) 棉 制 品聚 酯 床 墊中等 0 . 0 1 1 7 292塑 料 泡 沫堆 積 的 木 板裝 滿 郵 件 的 郵 袋快速 0 . 0 4 6 9 146甲醇快 速 燃 燒 的 軟 墊 座 椅極快 0 . 1 8 7 6 7346 幾種常用的熱釋放速率模型 02000400060008000100000 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600時(shí)間/速 中等 緩慢47 幾種常用的熱釋放速率模型 322321m a . .)(. . . . . . . . 232m a x )/( 48 幾種常用的熱釋放速率模型 49 幾種常用的熱釋放速率模型 f 0 02 050 幾種常用的熱釋放速率模型 02000400060008000100000 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600時(shí)間/材 原木 紙卷51 幾種常用的熱釋放速率模型 可燃物燃燒參數(shù)表可 燃 材 料 熱值 / M J / k 面 積 上 的 質(zhì) 量損 失 速 率 / k g / ( m i n )蔓 延 速 度/ m m / 3 . 6 8 0 . 4 5 4 . 5原木 1 5 . 4 8 0 . 9 0 8板材 1 5 . 4 8 0 . 9 0 16甲醇 2 7 . 0 0 0 . 9 3 40火 災(zāi) 蔓 延 速 度 / m m / 慢 中等 快速 極快 轟燃時(shí)0 1 2 . 5 15M R F C 模型 5 8 1 2 - 2 0 3 0 - 5 0 8 0 - 1 2 052 幾種常用的熱釋放速率模型 0 0 5 53 幾種常用的熱釋放速率模型 02000400060008000100000 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600時(shí)間/0=0= 熱釋放速率的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 基于氧消耗原理的測(cè)試方法 氧消耗原理是指大多數(shù) 固體材料完全燃燒每消耗一單位質(zhì)量的氧氣所釋放的熱量基本相同（ J/2） 55 熱釋放速率的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 錐形量熱計(jì) 56 熱釋放速率的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 錐形量熱計(jì)實(shí)驗(yàn)原理 錐形加熱器打印機(jī)計(jì)算機(jī)排氣流量計(jì)激光測(cè)煙系統(tǒng)煙灰測(cè)量系統(tǒng)排氣扇氣體取樣系統(tǒng)C O / C O 2 分析儀集氣罩氧分析儀網(wǎng)絡(luò)電打火器試樣電子秤數(shù)據(jù)控制、采集和輸出系統(tǒng)垂直方向57 熱釋放速率的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 大型基于氧消耗原理的測(cè)試裝置 58 熱釋放速率的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 小汽車火災(zāi)熱釋放速率測(cè)試結(jié)果 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60時(shí)間/kg/量損失速率59 熱釋放速率的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 家具火災(zāi)熱釋放速率測(cè)試結(jié)果 0100020003000400050000 200 400 600 800 1000 1200時(shí)間/人沙發(fā) 雙層木床 床墊(中間點(diǎn)火)60 熱釋放速率的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 基于質(zhì)量損失速率原理的測(cè)試方法 釋放速率的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 房間木垛火災(zāi)熱釋放速率測(cè)試結(jié)果 0123456780 4 8 12 16 20時(shí)間/kg/量損失速率62 主要結(jié)論 火災(zāi)過(guò)程中火源的熱釋放速率是評(píng)價(jià)火災(zāi)危險(xiǎn)性的重要參數(shù)，也是進(jìn)行火災(zāi)模擬研究的基礎(chǔ)參數(shù)。在實(shí)際建筑（包括工業(yè)建筑）火災(zāi)中，可燃物種類繁多如木材、塑料、紡織品、橡膠、油品等，多數(shù)火災(zāi)往往是上述多種可燃物的混合。運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方法研究單一可燃物和混合可燃物的燃燒過(guò)程，獲得這些材料在火災(zāi)過(guò)程中的熱釋放速率，建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于實(shí)際火災(zāi)的評(píng)價(jià)和模擬研究工作是十分必要的。 火災(zāi)實(shí)驗(yàn)是一種破壞性試驗(yàn)，大型火災(zāi)實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)往往很大。運(yùn)用目前較為成熟的數(shù)學(xué)模型用于火災(zāi)模擬研究工作是切實(shí)可行的，如 但要求使用者應(yīng)具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。模型化的方法雖然處理問(wèn)題較粗糙，但如果相關(guān)參數(shù)選用合理，也可滿足相關(guān)火災(zāi)研究工作的需要。 63 4 幾種常用的羽流模型 1） 3/53/1 0 7 1.0 105/223 64 幾種常用的羽流模型 2） 103/503/1 )( 5/20 65 幾種常用的羽流模型 2/319.0 10 7 5 02 0 0 q66 幾種常用的羽流模型 5 6 9 0 8 9 67 幾種常用的羽流模型 0 0 1 k 25.0流模型對(duì)比 羽流溫度近似計(jì)算 0 2/51212 )( 3/53/23/2 )/( co n 溫度分布方程 得到： 利用該方程可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。 羽流溫度模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)定 69 羽流模型對(duì)比 熱煙氣層的體積變化率 v e n 0070 羽流模型對(duì)比 計(jì)算示例 算例 1：?jiǎn)挝幻娣e上的熱釋放速率為 800 kW/源面積為 0.5 源直徑為 0.8 m，火源的熱釋放速率為 400 流熱流量為火源熱釋放速率的80%，可燃物高度為 0 m?；鹧娓叨葹?m，虛擬點(diǎn)火源距可燃物表面高度為 m。 算例 2：選用德國(guó)熱與煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)第五部分（ 8232的第三組火源描述，火源面積為 20 m，火源的熱釋放速率為 12 000 流熱流量為火源熱釋放速率的 80%，可燃物高度為 0 m。 71 0510152025302 3 4 5 6 7 8z /kg/)羽 流 質(zhì) 量 流 量 72 火災(zāi)羽流模型對(duì)比 0501001502002502 3 4 5 6 7 8z /) 溫 度 變 化 73 火災(zāi)羽流模型對(duì)比 05101520252 3 4 5 6 7 8z /m3/) 體 積 流 量 74 火災(zāi)羽流模型對(duì)比 羽 流 質(zhì) 量 流 量 03060901202 3 4 5 6 7 8z /kg/災(zāi)羽流模型對(duì)比 羽 流 溫 度 變 化 0300600900120015002 3 4 5 6 7 8z /災(zāi)羽流模型對(duì)比 羽 流 體 積 流 量 03060901202 3 4 5 6 7 8z /m3/災(zāi)羽流模型對(duì)比 主要結(jié)論 火災(zāi)過(guò)程中的羽流模型是進(jìn)行火災(zāi)模擬、火災(zāi)及煙氣發(fā)展評(píng)價(jià)和防排煙設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本文總結(jié)了幾種常見(jiàn)的羽流模型和適用條件，運(yùn)用算例對(duì)幾種常見(jiàn)的羽流模型進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，對(duì)同一問(wèn)題各模型得出的羽流質(zhì)量流量存在著差異，而這些差異必然對(duì) 煙氣流量和溫度的計(jì)算產(chǎn)生 影響 ， 這給火災(zāi)的評(píng)價(jià)造成困難。雖然不同的羽流模型有著不同的適用條件，但這些條件的界限并不十分清楚，使用者很難把握。 此外，大部分羽流模型是基于早期實(shí)驗(yàn)的研究成果，如963年發(fā)表的，由于受當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)條件、測(cè)試儀器水平以及人們對(duì)火災(zāi)問(wèn)題的科學(xué)認(rèn)識(shí)程度的限制，這些成果的適用性需要重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和理論評(píng)價(jià)，以促進(jìn)火災(zāi)研究及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。 78 火災(zāi)溫度 時(shí)間關(guān)系 標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)溫度曲線： 時(shí)間關(guān)系表達(dá)式： 600()12e x p (1(4)3e x p (1()x p (1(3)e x p ()10(250g)2/1(/2/1 口因子 當(dāng) 1/ 1/ 和 /或 的值，直到燃料消耗完畢。 1/ 轟燃后的時(shí)間，小時(shí)。 對(duì)重物質(zhì)（密度大于或等于 1600kg/ C=0； 對(duì)輕物質(zhì)（密度小于 1600kg/ C=1。 且 )o g (345 耐火保護(hù) 79 鋼構(gòu)件耐火保護(hù)層的厚度計(jì)算 輕質(zhì)保護(hù)材料： 4/12代表保護(hù)層的參數(shù)。下標(biāo)代表鋼材的參數(shù)；下標(biāo) 4/12干保護(hù)材料： 252 濕保護(hù)材料： 252 80 重質(zhì)材料保護(hù)層導(dǎo)熱方程： )(1 11 輕質(zhì)材料保護(hù)層導(dǎo)熱方程： )(1 保護(hù)材料綜合系數(shù) )(1 差分形式為： )()1()( Tc 4114/12重質(zhì)保護(hù)層厚度為：時(shí)，當(dāng)當(dāng)火災(zāi)溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系已知，且構(gòu)件的耐火溫度和耐火時(shí)間已知時(shí)，就可以按照上式計(jì)算保護(hù)層的厚度 5)( 2水分蒸發(fā)時(shí)間為：81 四、性能化防火設(shè)計(jì)舉例 濟(jì)南遙墻國(guó)際機(jī)場(chǎng)新航站樓火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 項(xiàng)目概述 危險(xiǎn)源辯識(shí) 火災(zāi)危害性評(píng)估 鋼結(jié)構(gòu)保護(hù) 82 項(xiàng)目概述 新航站樓建筑面積為 8萬(wàn)平方米； 在建筑形式上，用簡(jiǎn)單的幾何大跨度結(jié)構(gòu)創(chuàng)造出一個(gè)大空間體。 83 保證生命安全 ：發(fā)生設(shè)定的火災(zāi)時(shí)確保所有人員能夠安全疏散； 保證財(cái)產(chǎn)安全 ：通過(guò)早期探測(cè)和高效撲救來(lái)降低火災(zāi)的直接和間接損失。 項(xiàng)目概述 84 分析新航站樓內(nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)源的分布、著火特性及熱釋放速率 ； 分析火災(zāi)動(dòng)力學(xué)特性和建筑結(jié)構(gòu)的火災(zāi)響應(yīng)特性， 對(duì)火災(zāi)達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)的時(shí)間進(jìn)行評(píng)估 ； 分析人群疏散特性， 計(jì)算出人員疏散完畢時(shí)間 ，并結(jié)合到達(dá)危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)間對(duì)人員能否安全疏散進(jìn)行評(píng)估； 分析不同火災(zāi)探測(cè)報(bào)警方法， 對(duì)不同火災(zāi)探測(cè)方法在航站樓大空間內(nèi)的適用性進(jìn)行評(píng)估 ； 分析不同滅火系統(tǒng)的效能 ，對(duì)其延長(zhǎng)達(dá)到火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)間、降低火災(zāi)損失、保護(hù)環(huán)境的作用進(jìn)行評(píng)估。 研究?jī)?nèi)容 85 危險(xiǎn)源辨識(shí) 分析新航站樓內(nèi)火災(zāi)危險(xiǎn)源的分布、著火特性及熱釋放速率 分析設(shè)計(jì)圖紙 按照功能區(qū)進(jìn)行危險(xiǎn)源辨識(shí)； 確定可燃物著火特性和燃燒熱值； 計(jì)算火災(zāi)荷載及火災(zāi)增長(zhǎng)因子； 按時(shí)間平方類型火災(zāi)計(jì)算熱釋放速率。 86 實(shí)際大空間中會(huì)存在一些可燃物聚集的區(qū)域，火災(zāi)荷載密度較大，需 根據(jù)可燃物的空間分布特性對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行進(jìn)一步辨識(shí) ，考慮其發(fā)生火災(zāi)后的熱釋放速率和火災(zāi)蔓延情況。 大空間內(nèi)火災(zāi)熱釋放速率 地點(diǎn) 火源面積 （ 等效直徑 （ m） 火災(zāi)增長(zhǎng)因子 （ kW/ 可燃物全部被引燃時(shí)間（ s） 最大熱釋放速率（ 二層 商亭 4 4 4 33 李堆 3 2 00 票臺(tái) 4 33 層（行李） 42 層（行李堆） 3 2 00 空間火災(zāi)熱釋放速率 87 火災(zāi)危害性評(píng)估 比較大空間內(nèi)煙氣運(yùn)動(dòng)的全尺寸模擬實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果 ： 提出和驗(yàn)證多空間區(qū)域模擬方法 在計(jì)算大空間煙氣運(yùn)動(dòng)特性方面的合理性。 研究新航站樓內(nèi)不同火災(zāi)場(chǎng)景下，煙氣的運(yùn)動(dòng)特性和排煙位置及速率對(duì)煙氣運(yùn)動(dòng)的影響。 對(duì)火