建筑火灾烟气控制浅谈

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1、建筑火灾烟气控制浅谈摘要：本文首先对建筑火灾烟气流动过程进行了分析,介绍了着火房间内外的压力分布情况,着火房间门窗开启时的气体流动情况以及烟囱效应,进而分析烟气的质量生成率、温度及分布情况、风和建筑通风系统对烟气流动的影响情况，最后对提出了烟气控制的几种方式，并分析比较。关键词：建筑火灾，烟气流动，烟气控制1建筑火灾烟气流动的分析建筑物内烟气的流动在不同燃烧阶段表现是不同的。在火灾发生初期，烟气由于其温度高且密度小，便会伴随着火焰向上升腾，遇到顶棚后，则转为水平方向的层流流动。试验研究表明，这种层流状态可保持40-50m。烟气沿着顶棚流动时，如遇到梁或者挡烟垂壁就会反向

2、流动，并逐渐在顶棚聚集，直到烟气的厚度超过挡烟物体时，就会绕过挡烟物体流到其他的空间。此阶段，烟气扩撒速度约为0.3m/s。轰然发生前，烟气扩散速度约为0.5-0.8m/s，此时烟气层厚度已充满走廊高度的一半。轰燃发生时，烟气的喷出速度可达每秒数十米。当然，烟气在垂直方向上的流动也是很迅速的。实验证明，烟气在垂直方向上的流动速度要比水平方向流动速度快很多，一般可达3-5m/s。烟气的流动通常遵循由压力高的地方向压力低的地方流动这个基本规律，倘若房间内为负压，那么烟气就会通过通风口进入室内。1.1着火房间内外压力分布着火房间内外压力分布如图1所示。阴影区域为着火房间内外的

3、隔墙，阴影区域右侧为着火房间，左侧为室外，相应的气体温度分别为tn，tw，相应的密度分别为ρn，ρw，房间高度，即从地面到顶棚的垂直距离为H0。下面是以地面为基准面，来分析垂直方向上着火房间内外的压力分布情况。图1着火房间内外压力分布令着火房间内外地面上的静压力分别为P1n，P1w，则距地面垂直距离为h处的室内外的静压力分别为室内P=ΔP1-ρngh室外P=ΔP1-ρwgh地面上室内外的压力差为ΔP1=P1n-P1w距地面h处的室内外压差为ΔPh=ΔP1+ρw-ρngh顶棚上的室内外压差为ΔP2=ΔP1+ρw-ρngH研究结果证明，在垂直于地面的某一高度位置上，必然会出

4、现室内外压力相等的情况，即室内外压力差为0，通过该位置的水平面就是该着火房间的中性面(层)，令中性面距地面的高度为h1，则有：ΔPh1=ΔP1+ρw-ρngh1=0当火灾发生时，室内的温度必然会高于室外的温度，即tn>tw，所以(ρn-ρw)>0。因此，就会得到:1在中性层以下，即hh1ΔPh=ΔP1+ρw-ρngh>ΔP1+ρw-ρngh1ΔPh>0由此可见，在中性面以下时，室外空气的压力始终比着火房间内气体的压力高，这样空气就会由室外流入室内；而在中性面以上时，室外空气的压

5、力始终比着火房间内气体的压力低，这样烟气就会从室内流向室外。1.2着火房间门窗开启时的气流流动当着火房间通向其他非着火区域的门窗开启时，由于着火房间内外气体存在温差，再加上门窗自身高度的影响，就会形成显著的热压效应，中性层就会在门窗的某一高度上出现。下面对着火房间开一个窗的情况进行分析。如图2所示，着火房间外墙有一窗孔开启，窗孔高度为Hc，宽度为Bc。，室内外气体温度分别为tn，tw，中性层N到窗孔上、下沿的垂直距离分别为h2，h1。在中性层以上距中性层垂直距离h处，室内外压力差为:ΔPh=ρw-ρngh从h处向上取微元高dh，所构成的微元开口面积为dA=BCdh，根据

6、流体力学原理，可知图2窗口中性层及压力分布从该微元面积排出气体的质量流量为dM2=а2ρnΔPhdA=аBc2ρnρw-ρnghdh则中性层至窗口上源开口面积所排出气体总质量流量为M2=0h2dM2=0h2аBc2ρnρw-ρnghdh=2/3аBc2ρnρw-ρngh232同理，也可以求出流入中性层至窗口下元之间开口面积气体的总流量M1=2/3аBc2ρnρw-ρngh2321.3烟囱效应不论是否发生火灾，烟囱效应都会对建筑物内的空气流动产生影响，火灾发生时，会产生大量的热量，使室内气体温度升高，这样就会加剧烟囱效应的作用。当建筑物内部的气体温度比外界空气温度高时，由

7、于浮力的作用的存在，在建筑物内的各种竖直通道中，如楼梯间、电梯间、管道井等，就会产生一股向上气流，这种现象就被称为正向烟囱效应。建筑物内外温差较大或建筑物较高时、正向烟囱效应就比较显著。另外，单层的建筑物中也会产生正向烟囱效应。当建筑物内部的气体温度比外界空气温度低时，在建筑物的各种竖井通道中，就会产生一股向下气流，这种现象就是反向烟囱效应。一般夏季的反向烟囱效应比较显著。对于竖井靠外墙布置、密封性较好建筑，如果外界环境的气温比较低，就会出现靠外墙布置的竖井中的温度比建筑物内部其他部位的温度低的情况，此时，竖井中也会出现下降的气流。正、反