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基本信息
- 項目名稱：
- 高層建筑火災(zāi)前室防煙緩沖區(qū)設(shè)置研究
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 簡介：
- 目前傳統(tǒng)煙控方式不能有效的隔煙，還會影響人員疏散的視野和逃生速度。于是，提出設(shè)置“防煙緩沖區(qū)”的設(shè)想，將傳統(tǒng)的前室正壓送風(fēng)防煙方式改變?yōu)椴糠智笆艺龎核惋L(fēng)和疏散通道的防煙空氣幕垂向送風(fēng)，從而在前室和空氣幕之間形成一個“無煙緩沖區(qū)”，通過全尺寸風(fēng)洞實驗與FDS模擬比較，得出“防煙緩沖區(qū)”不僅能夠提高火災(zāi)煙控效果，改善人員疏散安全環(huán)境，而且排煙能力提升，新鮮空氣量減少，降低次生災(zāi)害的發(fā)生。
- 詳細(xì)介紹：
- 1. 研究背景 近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，高層建筑也不斷增多，帶來的火災(zāi)隱患也不斷增加。因此做好高層建筑的防排煙工作對保證火災(zāi)時人員的安全疏散具有重要意義。目前國內(nèi)外高層建筑火災(zāi)常用的防排煙方式為走廊排煙加前室內(nèi)加壓，此方法具有兩個重大缺陷：其一是在人員疏散時，因需要在前室與走廊間形成正壓，雖然門內(nèi)外壓差較小，但由于門面積較大，加上防火門閉門器的阻力使得打開前室門需要較大的推力，故影響弱勢群體的快速疏散，在國內(nèi)外高層建筑火災(zāi)實例中常發(fā)現(xiàn)年老體弱及兒童倒斃于前室門口，這有悖于人類保護(hù)弱者的傳統(tǒng)道德。由于煙氣蔓延在走廊里，大大降低了能見度，導(dǎo)致尋找前室門不易，且由于前室門處于常閉狀態(tài)，不熟悉環(huán)境的人不易發(fā)現(xiàn)正確的疏散途徑，易產(chǎn)生混亂導(dǎo)致疏散速度進(jìn)一步減慢。其二是人員進(jìn)入前室需打開前室門，使得前室內(nèi)正壓空氣大量進(jìn)入火場，混合高溫?zé)煔?，降低排煙效率，同時引入的新鮮空氣導(dǎo)致火勢的進(jìn)一步擴(kuò)大，造成由于防排煙系統(tǒng)所帶來的火災(zāi)次生災(zāi)害。 2.基本思路 針對上述問題基本思路如下： （1）本研究提出了設(shè)置“防煙緩沖區(qū)”的防排煙模式，即在不改變原有的送排風(fēng)系統(tǒng)的前提下，將傳統(tǒng)的前室正壓送風(fēng)防煙方式改變?yōu)椴糠智笆覂?nèi)正壓送風(fēng)和前室門前防煙空氣幕垂向送風(fēng)，從而在前室門前和空氣幕之間形成一個“無煙緩沖區(qū)”，以利于人員快速安全疏散。且總送風(fēng)量小于傳統(tǒng)前室正壓防煙送風(fēng)量，有效的減少了送入的新風(fēng)量，降低了送風(fēng)系統(tǒng)對火場的助燃作用。 （2）將排煙系統(tǒng)一分為二，設(shè)置排煙口（其主要功能為排煙）和排氣口（其主要功能為排出防煙系統(tǒng)送入的新鮮空氣）。在總的排風(fēng)量不變的情況下，降低進(jìn)入火場新鮮空氣量，提高排煙效率。 （3）研究采用了計算機(jī)模擬與全尺寸火災(zāi)實驗結(jié)合來分析“前室防煙緩沖區(qū)”的防排煙效果，計算機(jī)模擬采用FDS軟件，全尺寸實驗利用省城市與工業(yè)安全實驗室的長廊型煙風(fēng)洞實驗裝置進(jìn)行，并比較計算機(jī)模擬結(jié)果與實驗結(jié)果。研究結(jié)果表明，“防煙緩沖區(qū)”可有效的提高高層建筑火災(zāi)時對煙氣的控制效果，保障人員的快速疏散，降低次生災(zāi)害的發(fā)生。 3.主要創(chuàng)新點： （1）首次提出在高層建筑火災(zāi)中設(shè)置“防煙緩沖區(qū)”以增強(qiáng)防煙能力，保證人員及時安全疏散。 （2）應(yīng)用省城市與工業(yè)安全重點實驗室長廊型風(fēng)洞裝置，通過改變實驗的初始與邊界條件，成功的模擬了高層建筑火災(zāi)煙氣運(yùn)動及“防煙緩沖區(qū)”煙氣控制狀態(tài)，并與理論模擬比對，認(rèn)為實驗可信，驗證了“防煙緩沖區(qū)”的可行性與實用性。 4.技術(shù)優(yōu)勢與市場前景： （1）該研究的關(guān)鍵在于將前室正壓的橫向送風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向送風(fēng)與垂向送風(fēng)相結(jié)合來防煙的模式，垂向送風(fēng)防煙（即防煙空氣幕）由省公安廳消防局推薦寫入正在修改中的《建筑防火規(guī)范》，而緩沖區(qū)防煙主要是應(yīng)用空氣幕技術(shù)來實現(xiàn)的。該項技術(shù)一旦在《建筑防火規(guī)范》中正式發(fā)布，即可在高層建筑中全面應(yīng)用，說明該成果具有較高的工程應(yīng)用價值（附件3）。 （2）“基于防煙緩沖區(qū)的高層建筑火災(zāi)防排煙方法及系統(tǒng)”已申請國家發(fā)明專利，專利申請?zhí)?010010617954.9（附件4）。 5.以第1作者在消防科學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威期刊《消防科學(xué)與技術(shù)》等國內(nèi)外期刊及國際會議發(fā)表與高層建筑火災(zāi)“防煙緩沖區(qū)”研究相關(guān)的論文5篇，其中EI檢索2篇，中文核心期刊3篇.(附件5~9）
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 論文提出將傳統(tǒng)的前室正壓送風(fēng)防煙方式改變?yōu)椴糠智笆覂?nèi)正壓送風(fēng)和前室門前防煙空氣幕垂向送風(fēng)，從而在前室門前和空氣幕之間形成一個“無煙緩沖區(qū)”，以利于人員快速安全疏散。且總送風(fēng)量小于傳統(tǒng)前室正壓防煙送風(fēng)量，有效的減少了送入的新風(fēng)量，降低了送風(fēng)系統(tǒng)對火場的助燃作用。 研究采用計算機(jī)模擬與全尺寸火災(zāi)實驗相結(jié)合的研究方式，模擬采用FDS軟件，實驗利用省城市與工業(yè)安全實驗室長廊型煙風(fēng)洞實驗裝置進(jìn)行。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處
- 科學(xué)性：通過對“防煙緩沖區(qū)”的實驗與模擬研究，表明該方法可有效的提高高層建筑火災(zāi)時對煙氣的有效控制，保障人員的快速疏散，降低次生災(zāi)害的發(fā)生，減少生命與財產(chǎn)的損失。 先進(jìn)性：①省科技廳主持的科技鑒定，認(rèn)為 “防煙緩沖區(qū)”研究達(dá)到國際領(lǐng)先水平。 ②委托教育部科技查新工作站對“前室防煙緩沖區(qū)”研究進(jìn)行國內(nèi)外查新，結(jié)果顯示：目前國內(nèi)外尚無緩沖區(qū)的相關(guān)報道。說明防煙緩沖區(qū)的理論具備首創(chuàng)性。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 實際應(yīng)用價值：垂向送風(fēng)防煙（即防煙空氣幕）由省公安廳消防局推薦寫入正在修改中的《建筑防火規(guī)范》，而緩沖區(qū)防煙是應(yīng)用空氣幕技術(shù)來實現(xiàn)的，說明該成果具有較高的工程應(yīng)用價值。 現(xiàn)實意義： “緩沖區(qū)防煙”研究結(jié)果顯示可以較好的實現(xiàn)火災(zāi)煙氣控制，改善人員疏散的安全環(huán)境，有效降低煙控方式引發(fā)的次生災(zāi)害。一旦在《建筑防火規(guī)范》中正式發(fā)布，即可在高層建筑中全面應(yīng)用，為降低火災(zāi)中的人員與財產(chǎn)損失作出貢獻(xiàn)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 通過對目前高層建筑火災(zāi)形勢特點、傳統(tǒng)防排煙方式的分析，發(fā)現(xiàn)前室正壓防煙方式不能完全有效防煙，還會影響人員疏散的視野和逃生速度。提出了將傳統(tǒng)的前室正壓送風(fēng)防煙方式改變?yōu)椴糠智笆艺龎核惋L(fēng)和疏散通道的防煙空氣幕垂向送風(fēng)，從而在前室和空氣幕之間形成一個“無煙緩沖區(qū)”，以利于人員快速安全疏散。且總送風(fēng)量小于傳統(tǒng)前室正壓防煙送風(fēng)量，有效的減少了送入的新風(fēng)量，降低了送風(fēng)系統(tǒng)對火場的助燃作用。另將排煙系統(tǒng)一分為二，設(shè)置一個排煙口，其主要功能為排煙；設(shè)置一個排氣口，其主要功能為排出防煙系統(tǒng)送入的新鮮空氣，在總的排風(fēng)量不變的情況下，進(jìn)一步降低了進(jìn)入火場新鮮空氣量，并且提高了排煙效率。 通過全尺寸煙風(fēng)洞實驗與FDS模擬比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“防煙緩沖區(qū)”能很好的適用于長廊型走道，改善傳統(tǒng)防排煙模式，提高人員疏散的安全性。走廊內(nèi)總送風(fēng)量減少為原來的2/3，避免大量新鮮空氣進(jìn)入火場，降低次生災(zāi)害的發(fā)生，更有利于人員的疏散。
獲獎情況
- 發(fā)表論文： （1）Influences of Smoke Exhaust Effect by Setting Atria Buffer Zone in Straight Corridor of Building[J]. Advance Materials Research(EI檢索期刊)2011 （2）Effect Comparison of Smoke Control Mode in High-rise building aisle［C］．ACEE2011(Ei 檢索).2011:5908~5912. （3）L型高層建筑火災(zāi)煙氣控制模式的效果比較[J].消防科學(xué)與技術(shù)（中文核心期刊）,2010(12)：1065~1067 （4）長廊型建筑前室緩沖區(qū)對排煙效果的影響[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)（中文核心期刊）,2011(1)：38~42. （5）走廊-前室緩沖區(qū)在建筑火災(zāi)中的可行性分析[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)（中文核心期刊）,2011（09）
鑒定結(jié)果
- 2010年12月通過了省科技廳組織、教育廳主持的科技鑒定，認(rèn)為“防煙緩沖區(qū)”研究達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
參考文獻(xiàn)
- 1.高層建筑火災(zāi)與應(yīng)對措施[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2007(4) 2.高層民用建筑防火設(shè)計規(guī)范(GB 50045-95-2001)[S] 3.高層建筑安全核區(qū)域防排煙技術(shù)探討[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù). 2006(l) 4.高層建筑煙氣擴(kuò)散與控制計算機(jī)模擬進(jìn)展[J].暖通空調(diào), 2007(9) 5.Fire Dynamics Simulator (Version 4) User’s Guide[R]. U.S. Government Printing Office, 2006 6.International Standards Organization (ISO),ISO9705
同類課題研究水平概述
- 在眾多的高層建筑煙氣控制方法中，機(jī)械加壓送風(fēng)防煙方式在國內(nèi)外被認(rèn)為是最安全可靠的一種前室防煙方式，且這種方式較為簡單，投資較省。然而內(nèi)加壓送風(fēng)系統(tǒng)在實際運(yùn)行中存在一些問題：風(fēng)量過大容易引發(fā)次生災(zāi)害；風(fēng)量過小則不能有效控制煙氣進(jìn)入疏散通道。國內(nèi)外研究中，英國主要傾向于對樓梯間及其前室加壓送風(fēng)，并維持樓梯間與前室的正壓值相同，加拿大采用全部加壓方式和部分加壓方式兩種，美國采用的是加壓送風(fēng)與機(jī)械排煙結(jié)合的防排煙方式，研究機(jī)構(gòu)如法國建筑科學(xué)和技術(shù)中心、中國科技大學(xué)及哈爾濱工業(yè)大學(xué)課題組等對加壓送風(fēng)系統(tǒng)的研究，主要針對樓梯間與前室正壓值、門洞風(fēng)速、加壓送風(fēng)量等問題，但是實質(zhì)上還是利用新鮮空氣橫向阻隔煙氣蔓延，不能真正改善加壓送風(fēng)系統(tǒng)的弊端。本研究首次提出了將傳統(tǒng)的前室正壓送風(fēng)防煙方式改變?yōu)椴糠智笆艺龎核惋L(fēng)和疏散通道的防煙空氣幕垂向送風(fēng)，從而在前室和空氣幕之間形成一個無煙區(qū)域，即“防煙緩區(qū)”，以有效的阻隔煙氣進(jìn)入前室。這種方式比正壓送風(fēng)更能有效控制煙氣，提供人員安全的疏散環(huán)境，減少次生災(zāi)害的發(fā)生。 目前建筑火災(zāi)的計算機(jī)模擬大體上分為場模型、區(qū)域模型、網(wǎng)絡(luò)模型。其中場模型能給出煙氣流動的精確值和建筑物某區(qū)域內(nèi)火災(zāi)時各物理量的分布，本研究采用專業(yè)的火災(zāi)動力學(xué)場模擬軟件FDS，其全面地考慮了火災(zāi)煙氣運(yùn)動的各個分過程，湍流部分采用大尺度渦流模擬法(LES)處理，輻射換熱采用FVM去求解，不僅能夠計算固體壁面間的輻射換熱，同時還考慮了煙氣層內(nèi)多原子氣體對輻射的吸收作用，在模型構(gòu)建過程中盡可能減少假設(shè)，能夠描述很寬范圍的火災(zāi)現(xiàn)象，代表了目前火災(zāi)煙氣運(yùn)動場模擬世界領(lǐng)先水平。實驗研究方面，美國的布魯克弗研究所12層辦公大廈、英國夫市26層樓保險公司等均被列入機(jī)械加壓送風(fēng)防煙方式的研究中心。國內(nèi)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)于1992年建立的火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室。1994年底公安部四川消防研究所建立中國第一個用于防排煙研究的高層火災(zāi)實驗塔，該實驗塔為10層，高24m。本課題的實驗研究應(yīng)用省重點實驗室——城市與工業(yè)安全重點實驗室建設(shè)的長廊型風(fēng)洞實驗裝置，是按照ISO9705標(biāo)準(zhǔn)實驗方法設(shè)計建造的全尺寸熱釋放速率實驗臺。能夠提供不同條件的實驗流場參數(shù)，對各種參數(shù)有較好的控制，其結(jié)果準(zhǔn)確性高，可信度強(qiáng)。綜上所述，本課題的煙氣控制技術(shù)、模擬研究及實驗手段三方面在國內(nèi)外同類課題研究中均處于先進(jìn)地位。
