移動鼓風排煙風機的排煙效果實測與數值模擬

歐明輝

（福建省消防救援總隊，福建 福州350003）

隨著工業化和城市化的推進及建筑技術的快速發展，大空間建筑越來越多出現在生產和生活過程中。大型倉庫、大面積辦公場所、城市商業綜合體、大型地下商業街等大空間建筑大量涌現。大空間建筑很大程度解決了生產和生活的功能需求，但是該類場所的消防安全問題也日益突出。由于大空間場所特有的結構特點，導致多數大空間建筑火災危險性大，且滅火救援困難。大空間場所一方面具有較大的儲煙空間，一定程度上延長了人員可用安全疏散時間，但另一方面，人員必要的安全疏散時間較一般場所長，且大空間場所煙氣蔓延迅速，容易產生火災的快速蔓延。同時，外部滅火救援力量很難準確撲救內部火災、排煙困難，滅火救援非常困難。

大空間場所通常具有可燃物質多，火災時產煙量大等特點。以大型倉庫為例，倉庫內常存放有大量可燃物質，加之火災時相對密閉的空間，不完全燃燒將產生大量的煙氣。大空間場所內空間大，起火區域可能位于建筑物的內部，距離外墻較遠，自然排煙效果差，對于排煙系統的排煙效果要求高。一旦，該類場所排煙系統設計不合理，火災時煙氣不能及時排出建筑物，大量煙氣的聚集一方面嚴重威脅建筑物內部的人員安全疏散，另一方面導致現場條件惡劣，無法有效開展滅火救援行動。

大空間建筑火災時，由于起火處可能距離排煙風機較遠，排煙風機的衰減效應較大，必須設置有效的排煙風道，方能起到加好的排煙效果。對于排煙系統的設計提出了更高的要求。大空間場所的火災排煙問題仍是當前大空間建筑場所滅火救援工作的難點之一。大空間建筑由于具有有別于一般建筑的特有結構和空間特點，火災時煙氣排放非常困難，困擾著大空間建筑物的滅火救援，同時加速了火災在建筑物內部的蔓延。與此同時，部分工業建筑由于設計階段，排煙系統設計不合理，導致實際排煙效果不佳，無法提供有效的滅火救援撲救場地，將嚴重影響該類場所的滅火救援效率。

圖1 室外空曠環境測試風速分布圖

為了解決大空間場所的排煙問題，特別是前期消防設計施工時未安裝集中排煙管道的建筑場所，提出了基于大功率鼓風機的排煙方案。為了探索鼓風條件下煙氣的蔓延規律，采用風速儀實測分析了不同應用場景下對于場所空間的鼓風效果。采用火災試驗的方法嚴重影響生產和生活，試驗成本非常高。對此，采用國際廣泛認可的火災動力學模擬軟件FDS，根據實際的空間建筑結構建立模擬物理模型，根據火災實際的燃燒情況，設置火源參數，模擬煙氣的產生和蔓延過程，以掌握不同火災場景下煙氣的蔓延擴散規律。進而，基于火災煙氣的蔓延過程，分析可行的煙氣控制措施，優化排煙系統，實現高效排煙。

1 鼓風式排煙機排煙效果實測分析

1.1 大空間無遮擋情況下鼓風效果實測分析

選用5.0×104m3/h 風量的移動式汽油鼓風機，測試了室外空曠場所條件下，低功率、中功率、大功率情況下風速分布情況。實測結果表明，采用選用的移動式大功率鼓風排煙機，風機前方風速最高可以達到18m/s 的風速。隨著距離的增加，風速會出現衰減，且距離相同時，在風機前方中心處的風速最大。以不低于0.5m/s 捕獲風速為基準，對于室內的大空間環境，有效排煙安全距離可達12m。

采用選用的移動排煙風機，不同功率（檔位）下，風機前方風速隨距離的衰減規律基本一直。鑒于隨著通風距離的增加，風速衰減明顯，因此，應急排煙時，因盡可能將移動排煙風機靠近煙氣聚集區域，以便實現更換的排煙效果。

1.2 大空間成品倉庫鼓風效果實測分析

采用選用的移動排煙風機，對某大型成品倉庫進行了通風排煙實測。成品倉庫長度約為80m，寬度約為40m，成品按照預先劃定的區域堆放，堆放高度約1.6m。成品倉庫大致由延長度方向的過道分為2 側擺放，中間過道寬度為1.8m，倉庫建筑層高約3.1m。

實測結果表明，在無外界干擾情況下，采用選用的移動鼓風式排煙風機，沿倉庫中間過道鼓風排煙，此時，堆放的成品貨物形成了未封閉的風道，在距離風機前方約40m 處，可以實現風速達到0.5m 以上的通風排煙效果。

圖2 成品倉庫過道處風機通風排煙效果

將兩臺鼓風排煙機沿同一風向鼓風，接力排煙，在試驗成品倉庫形成的未封閉風道條件下，實測結果表明，可以實現排煙風機前方約70m 長度的排煙效果，即可以實現離風機最遠處風速在0.5m/s 之上。

將移動排煙風機添加墊板后放置于成品堆垛之上，朝向排煙窗方向鼓風排煙，實測結果表明，距離排煙風機前方約30 處可以實現風速為0.5m/s。結果表明，采用2 臺移動鼓風式排煙機能夠有效解決多數丙類大空間廠房和倉庫的排煙問題。

1.3 大空間辦公場所鼓風效果實測分析

采用移動鼓風排煙機在大面積辦公室進行了實測試驗。選取的試驗辦公室建筑面積約600m2，長約25m，寬約24m。辦公桌椅沿寬向成排布置，留有3 個縱向過道，寬度約1.4m，橫向過道8 個，寬度約1.3m。

在排除空調系統干擾后，實測結果表明，在辦公室安全出口處設置排煙風機朝向排煙窗鼓風排煙，選取合適點位后（排煙風機的高度高于辦公桌椅的高度），可以實現排煙窗處風速在0.8m/s 以上，直線排煙距離約為30m，既能夠達到鼓風排煙的效果。

2 不同火災場景下大型辦公室火災煙氣蔓延規律

2.1 火災場景設計

辦公室場所聚集有辦公桌椅、辦公文件和相關書籍，且電子化辦公環境下，各類電氣線路密布，引發火災的因素較多。其中，影響火災煙氣蔓延規律的因素主要有辦公室火災規模、消防設施啟動情況、建筑物的尺寸及結構、外界風速情況。其中，自動噴水滅火系統能夠有效抑制火災的規模，因此，辦公室場所的自動噴水滅火系統的有效性將影響煙氣的產生量。

表1 大型辦公室火災煙氣蔓延場景設計

2.2 數值模型構建

以某大型辦公室為研究對象，辦公室建筑面積約600m2，長25m，寬24m，辦公室設有6 個安全出口，安全出口的尺寸為寬1.5m，高2.5m，3 個排煙窗，尺寸為高1m，寬2m。辦公室層高約3.2m。

圖3 構建的大型辦公室物理模型

2.3 不同工況下煙氣蔓延規律分析

按照可信最不利原則，設計火源1s 達到設定的最高火源功率（1.5MW），辦公室門和排煙窗設為開啟狀態，不同工況情況下，模擬煙氣的蔓延情況如圖4～圖6 所示。

圖4 自然排煙時不同時刻煙氣蔓延情況

圖5 開啟1 臺鼓風排煙機時不同時刻煙氣蔓延情況

圖6 開啟2 臺鼓風排煙機時不同時刻煙氣蔓延情況

3 結論

3.1 選用移動鼓風式排煙風機，在無集中排煙風道的高大空間建筑不利情況下，至少可以保障距離風機口前方12m 的安全距離，前沿風速能夠達到0.5m/s 風速以上。可以為緊急情況下人員疏散提供相對安全的疏散通道。對于由貨物物品堆垛形成的非封閉通道，有效排煙距離可達40m。

3.2 鼓風式排煙機能夠有效壓制煙氣的蔓延，加速煙氣的排除；采用一臺鼓風排煙機時基本能夠保障過道處能見度在10m 以上，但會出現煙氣的回流現場；同時采用2 臺鼓風排煙機，能夠減少煙氣回流，可保障重要側區域減少煙氣干擾。應急排煙過程中，可采用一臺鼓風排煙風機對準火災煙氣和排煙口進行正壓排煙，另外一臺排煙風機可用于控制某側煙氣的回流，為人員安全疏散和滅火救援創造有利條件。

3.3 在建筑未配置基于排煙管道的排煙系統的情況下，配置移動式鼓風排煙機能夠有效提升火災時的排煙能力，是解決大空間場所排煙難題的有效思路。采用2 臺移動鼓風式排煙機能夠有效解決多數丙類大空間廠房和倉庫的排煙問題。