地下商業(yè)街火災煙氣流速的試驗研究.docx

1、地下商業(yè)街火災煙氣流速的試驗研究*張青嵐蘭彬張文良梅秀娟劉軍軍萬世銀公安部四川消防科學研究所（都江堰市611830）摘要本文介紹了以實體火突試噲的方式研究地下商業(yè)街中不同防、排煙條件下火突煙氣的流動情況.及不同防、排煙條件下的火災試驗結杲的比較、關鍵詞地下街煙流速1前言從國內外大量的火災實例中我們可知,火災中對人的生命威脅最大的應是燃燒產生的煙氣。在地下商業(yè)街中.由于其特殊的建筑形式.一旦發(fā)生火災.溫度上升很快.火災蔓延迅速而且由于缺氧而呈現不充分燃燒產生大星含一氧化碳等毒氣的濃煙，它既能使人缺氧窒息或中毒，又能使環(huán)境的能見度降低。煙氣在地F商業(yè)街中的擴散速度越快，對其中人員的安全疏散影響越大

2、.對人的生命安全威脅也越大。因此.對地下商業(yè)街火災煙氣流速進行研究.觀察各種防排煙條件下煙氣的流動情況.發(fā)現煙氣的流動規(guī)律是消防科技工作者面臨的一項緊迫任務，本文介紹了我們在這方面所做的嘗試。2測試方法火災煙氣具有較高的溫度，在著火房間內.煙氣的溫度可高達數百度.且燃燒中會產生許多煙塵,嚴重:污染火場環(huán)境據文獻記載.煙氣在水平方向上的流速校底,在我們的研究中.采用了雙向式風速探頭及微壓差傳感器來測量煙氣流速。3試驗場所及測點布置3.1試驗場所地下商業(yè)街實體建筑通道長67m.寬9m,建筑面積640ml吊頂高為3m.其走道寬4m,走道兩側為模擬鋪面.在兩頭和中間各設了一個出口,其中右端為出口一,中

3、間為出口二.左端為出口三,起火室設于建筑的右端。3.2測點布置在本項研究中，流速主要針對的是煙氣沿走道的流動速度。根據地下商業(yè)街實體建筑的幾何特點和測試要求，共布置了28個流速測點。首先，將地下商業(yè)街劃分為六個測試截面.按出口一至出口三方向依次稱為第一截面至第六截面.每個截面在走廊中心線上布置了三個流速測點,其中上部測點距吊頂0.5m.為第一高度I中部倒點距吊頂1.0m,為第二高度|下部博點距吊頂1.5m.為第三高度。將氣流從出口一一端流向出口三一端定義為正向，測試值為正，反之為反向，測試值為負。三個出口也各自布置了三個流速測點.距吊頂的距離分別為0.5m、1.0m、1.5m,以氣流從內部流向

4、外部為正；另外在起火室門口也布置了一個測點.距門框頂部為0.5m,以氣流從起火室內流向起火室外為正，反之為負（參見圖1兀1境下商業(yè)街州,流速測點布宣圖4試驗分析本項研究采用實體木垛模擬火災試驗方式，每次試驗火災荷哉均為500kg,從起火室門口測得的煙氣流速可知.各次試驗的火源燃燒情況基本相同（見圖本文方"九五”攻關課甌一-地下商業(yè)街火災煙氣流動特性的試撿研究'2）。共進行了三種防、排煙方式的試驗,即：a）自然送風、自然排煙山）自然送風、機械排煙；c）機械送風、機械排煙.4.1自然送風、自然排煙火災試驗中.出口門未開啟時煙氣從起火室涌出后即分別向兩端出口擴散，由于出口一方向的走

5、道末端距起火室較近，煙氣很快遇到末端墻的阻礙后逐漸向下沉降，從下部網流。另一部分煙氣則沿走道流動，直至到達出口三，開門后,有外界空氣進入走道，攜帶煙氣向起火室方向回流。從整個試驗情況來看，走道各截面上部為煙氣的擴散流動.流速均為正向，速度基本為第-截面處校大，然后依次向遠處遞減中下部則為外界空氣攜帶煙氣回流,走道內始終充滿了煙氣，第一截面中部流速為零、這相當于中性面（見圖3、圖4。圈2實體火災試就起火肅門口海速這種情況對人員的安全疏散極其不利，因為有可能形成煙氣在走道內堆積或來回流動，且長時間排不出去的現象。所以，在地卜商業(yè)街建筑中不宜采用自然送風、自然排煙方式圈4自然送風、自然排煙試哈第一離

6、度距吊頂0.5m）流速明4.2自然送鳳、機械排煙采用自然送風、機械排煙（72mVhm=）時.出口一和出口三在兩個感煙探測器報警后開啟.同時啟動排煙風機。煙氣涌出起火室門即受到排煙口的強力抽吸.一部分煙氣被排出.但仍有一部分煙氣沿走道頂部向出口三方向要延。由于機械排煙使走道內形成負壓.促使外界空氣通過出口三向內補充，故第四、五、六截面與第一、二、三截面下部均是與煙氣運動方向相反的負向流動，而第-、二、三截面上部則為煙氣的擴散運動（見圖5）。且由于機械排煙排出了部分煙氣,煙氣的擴散速度與自然送風、自然排煙時相比下降了一些。如：自然送風、自然排煙試驗時第一截面上部測點平均流速為0.38m/s,最大流

7、速為1.32m/s,第二截面上部測點平均流速為0.24m/s；自然送風、機械排煙試驗時第一截面t部測點平均流速為0-34m/s,最大流速為1.0m/s,第二截面上部測點平均流速為0.20m/z煙氣只在部分時間內到達了第三截面（見圖6。這樣對人員的安全疏散較為有利。第六截面第五就面第四截面第三戴面第二截面第一截面既有機械送風（24rrP/hm，）又有機械排煙（72m3/hn?）時,走道內同時受送風口和排煙口的影響，氣流運動比較紊亂，煙氣涌出起火室后，一部分煙氣受到排煙口的抽吸被排走，一部分受送風口氣流的影響加速向下汛降和向走道兩邊擴散,還有一部分仍然緊貼著走道吊頂沿走道向出口三方向運動。此時走道

8、內氣流狀態(tài)紊亂（見圖7）.第六截面第五就面第四栽面第三截面第二截面第一截面15m圖7機械送風、機械排州武就20min時的速度矢示*圈自然送風、機械排煙條件下,第一截面E部測點最大流速為1.Um/s平均流速為0.34m/s；機械送風、機械排煙條件下.該點最大流速為0.8m/$,平均流速為0.19m/s<對低倍數泡沫滅火系統設計規(guī)范局部修訂內容分析秘義行公安部天津消防科學研究所（300381J原H氐倍數泡沫滅火系統設計規(guī)范肽以下簡稱“規(guī)范”），包括4章,13節(jié)，共57條。修訂稿包括4章.15節(jié)共84條，其中未作修改的共18條，局部修改的共17條.重大修改或重新編寫的共19條，新增30條（其中

9、4條為由原規(guī)范條文歸納而成的），刪除3條。網對主要修訂內容說明如下。1原“規(guī)范'某些條文采用了以國內具體產品及其型號規(guī)格（如PQ8型泡沫槍、PC4型和PC8型泡沫產生器）為依據規(guī)定設計參數和要求的方式。為了更加合理和便于同國際標準接軌，此次修訂刪除r以具體產品型號規(guī)格提出要求的方式，改為以通用的流量參數提出要求的方式。2此次修訂刪除了其他規(guī)范已做要求.本規(guī)范又無約束力的條文.如原“規(guī)范”第二章的第二節(jié)對固定式、半固定式、移動式系統的選擇等，在石油化工企業(yè)防火設計規(guī)范R6油庫設計規(guī)范、原油與天然氣田工程設計規(guī)范等規(guī)范中對此已分別做出了規(guī)定，在本“規(guī)范”不需重復規(guī)定.此次修訂還增補了應在本

10、規(guī)范中進行系統規(guī)定的條文，如液上噴射、液下噴射、半液下噴射、泡沫噴淋、泡沫炮與泡沫槍系統的選擇。3對原“規(guī)范”的某些設計參數進行了修改3.】原“規(guī)范”對非水溶性甲、乙、丙類液體固定頂儲罐的泡沫混合液供給強度是在原建筑防火設計規(guī)范與石油庫設計規(guī)范規(guī)定8L/m2-min基礎上.根據國內滅火試驗并參照國外標準降低到6L/m?min的,現在看來還是顯得稍大了些。隨著泡沫滅火劑生產工藝的進一步完善與新品的升發(fā),其滅火性能與70年代至80年代初相比有了長足的發(fā)展。再回首國內滅火試驗和參照發(fā)達國家的標準，對泡沫混合液供給強度進行了適度調整,將流動性能差的蛋白泡沫維持原規(guī)定，將氟蛋白、水成膜、成膜氧蛋白泡沫降

11、到5L/m2min,供給時間適度延長3.2原“規(guī)范”規(guī)定的儲罐區(qū)固定式系統的輔助泡沫槍（PQ8）額定流信為480L/min.NFPA11規(guī)定的輔助泡沫槍流量約為189L/min,BS5306Part6規(guī)定的輔助泡沫槍流星為200L/min.與之相比泡沫槍流蜀大出一倍多，并且對直徑10m以下的儲罐會出現輔助泡沫槍的泡沫混合液用量大于罐內用星的不合理現象，為此對泡沫槍的流量予以調整。4原“規(guī)范”從1989年底通過審查以來的十年間，在低借數泡沫消防中出現了一些新產品、新技術、新工藝。在此次修訂中.我們時適合我國國情的新產品、新技術、新工藝做出了規(guī)定。4.1在此次修訂中，我們參照NFPA1一1998低

12、倍數泡沫滅火系統標準并結合國外應用情況和國內試用情況，有選擇地對泡沫噴射口安裝在外浮頂儲嫌浮頂上的泡沫噴射方式做出了具體規(guī)定.煙氣僅在部分時間到達了第二截面（見圖8）。圖8機械送風、機械排煙試驗第一面度及速圖由圖7與圖3、圖5的比較中我們看到,在各類試會的同一時間（均為試驗開始后20min）.自然送風、自然排煙時第-高度測點均為正，自然送風、機械排煙時第一、二、三截面上部為正但機械送風、機械排煙時僅有第一截面上部為正。由此可知，在機械送風、機械排煙條件下，走道中煙氣的運動受到了極大的抑制.煙氣的擴散范圍明顯減小了。這對保證疏散通道的安全性較為有利，為人員的安全疏散贏得了寶貴的時間。同時.我們也

13、看到了機械送風、機械排煙條件下.第一、二、三截面下部的煙氣回流速度也比其它條件時加快了，這表明煙氣在此小范圍內被攪得很亂,煙氣沉20世紀70年代末，國外出現了將泡沫噴射口安裝于浮頂上的方式。NFPA】1低倍數泡沫滅火系統標準1983年版開始在附錄中對這種設置方式給出了推薦性的設計要求】994年版和1998年版將這種設計納入了標準正文并做出了詳細規(guī)定.通過調研和實地考察，我們了解到在國外這種應用方式已較為普遍，系統設備便于維護管理,運行可靠，應用效果較好e所以此次修訂.對通過設置于罐內的可盤繞柔性耐壓管將混合液輸送到設置于浮頂上泡沫產生器的工藝流程做出了規(guī)定e該流程包括泡沫噴射口安裝于密封機構的

14、上方和泡沫噴射口安裝于金屬擋雨板下的兩種應用方式，根據我國金屬擋雨板的結構形式和長期使用中的維護保養(yǎng)狀況，并考慮到系統的安全性，規(guī)定在外浮頂上一律安裝泡沫堰板暫未采納用高背壓泡沫產生器從罐外供給泡沫的流程,主要是考虛到其合理性需進一步斟酌對泡沫噴射口設置于機械密封或其它二級密封下的方式未予采納，主要是基于目前在我國外浮頂鑲的密封結構以骨式密封為主，校少采用機械密封，將泡沫噴射口設置于機械密封或其它二級密封下的方式尚不具備在“規(guī)范”中規(guī)定的條件4.2水成膜泡味、成膜氟蛋白泡沫屬高效泡沫滅火劑.近年來，這崎種火火劑在我國已推廣使用，在此次修訂中對其應用做出了具體規(guī)定。4.3根據國家環(huán)保要求，無鉛汽

15、油將逐步取代加鉛汽油。無鉛汽油中的含氧添加劑是以酰類或醉類為基料的，其屬于水溶性液體，對泡沫的破壞作用程度與其含量有關°在此次修訂中.參照NFPA111998和BS5306Part6標準對無鉛汽油中含氧添加劑的不同含量規(guī)定了不同的應用要求，5對原“規(guī)范”明顯不合理的條文進行了重大修改。如原“規(guī)范"第3.2.2條對外浮頂儲爆泡沫系統單個泡沫產生器保護周長的規(guī)定，是按泡沫產生器的型號分別規(guī)定的，其規(guī)定PC8型泡沫產生器保護周長36m偏大現引進了泡沫噴射口浮頂上的安裝方式，根據采用罐壁頂部、密封或擋雨板上部噴射、金屬擋雨板下噴射方式的不同和按泡沫堰板的高度分別對單個泡沫噴射口的保

16、護周長予以規(guī)定，參照NFPA11-1998（低倍降過快.對該范圍內人員的生命安全有一定的威脅，5結論通過我們所做的試艙及對試驗數據、現象的分析.我們得出了以下三個方面的結論：5.1由于自然送風、自然排煙方式受外界風速影響較大，可能造成建筑中充滿煙氣，且久久無法排出,嚴重危及人員的生命安全c故在地下商業(yè)街建筑中不宜采用該種方式。5.2從各種防、排煙方式試驗中煙氣流速敬據的比較分析可知，機械送風、機械排煙時煙氣沿走道方向的流動速度最慢，煙氣擴散的范圍最小。5.3自然送風、自然排煙方式下.煙氣的擴散速度較敬泡沫滅火系統標準3最大保護周長為24m°6增加了泡沫炮、泡沫槍一樣在制定原“規(guī)范&#

17、39;時，為貫徹成熟一條寫一條的原則，將當時認為不太成熟的泡沫炮、泡沫槍未明確規(guī)定.而是將部分規(guī)定暗含在第3.2.1條中。近年來.石油化工裝置區(qū)、石油化工碼頭等處較多設置了泡沫炮，如不明確規(guī)定將會影響其設計使用。在“規(guī)范”修訂稿中.所規(guī)定的泡洙炮、泡洙槍是適應儲罐、汽車槽車與火車罐車液體裝卸棧臺.有圍堰和無圍堰的液體流淌火災的防護要求，也是參照NFPA1UBS5306Part6等國外先進標準以及國內有關規(guī)范制定的，7將原“規(guī)范'.多處重復表述的有關設計計算內容提出另立一節(jié),并增加了相關規(guī)定。在本節(jié)中，直接引用了。室內給排水和熱水供應設計規(guī)范中流速大于1.2m/s時管道中水的壓力損失的計

18、算式.用于計算混合液管道的壓力損失此外,還根據國外工程應用經驗規(guī)定了在液下噴射系統中泡沫在管道中的合理流速范圍，對執(zhí)行“規(guī)范”提供了便利C8原“規(guī)范”對泡沫噴淋系統的規(guī)定不具體，此次進行了重新編寫。隨著泡沫噴頭的小型化和高效成膜類泡洙的推廣應用.泡沫噴淋系統在我國有了長足的發(fā)展。原“規(guī)范”已顯現出范圍窄和不具體.如選用成膜類泡沫該如何設計、泡沫噴頭的選擇與布置等均無要求。為此，參照我國某些單位的工程研究試驗情況和國外標準，對泡沫噴淋系統一節(jié)進行了重新編寫。綜上所述，“規(guī)范”的修訂工作實際上已遠遠超出局部修訂的范圍.但由于財力、物力、人力等方面不足，難免有的方面不夠深入細致，有些問題有待于以后解決C作者簡中：秘義行，公安部天津消浦科學研究所，副研究員，天津市南開區(qū)衛(wèi)津南路110號，300381聯系電話：02223383501-2209（收稿日期：2000-10-23）快c從試驗情況看，煙氣3min就可到達出口三。這對人員的安全疏散是極其不利的。所以，機械送、排風系統是地下商業(yè)街必不