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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 高層建筑火災(zāi)前室防煙緩沖區(qū)設(shè)置研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 簡(jiǎn)介：
- 目前傳統(tǒng)煙控方式不能有效的隔煙，還會(huì)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(gè)“無(wú)煙緩沖區(qū)”，通過(guò)全尺寸風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)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(lái)隨著我國(guó)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(lái)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(duì)保證火災(zāi)時(shí)人員的安全疏散具有重要意義。目前國(guó)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(gè)重大缺陷：其一是在人員疏散時(shí)，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(shì)群體的快速疏散，在國(guó)內(nèi)外高層建筑火災(zāi)實(shí)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(chǎng)，混合高溫?zé)煔猓档团艧熜?，同時(shí)引入的新鮮空氣導(dǎo)致火勢(shì)的進(jìn)一步擴(kuò)大，造成由于防排煙系統(tǒng)所帶來(lái)的火災(zāi)次生災(zāi)害。 2.基本思路 針對(duì)上述問(wèn)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?cè)械乃团棚L(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(gè)“無(wú)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(duì)火場(chǎng)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(chǎng)新鮮空氣量，提高排煙效率。 （3）研究采用了計(jì)算機(jī)模擬與全尺寸火災(zāi)實(shí)驗(yàn)結(jié)合來(lái)分析“前室防煙緩沖區(qū)”的防排煙效果，計(jì)算機(jī)模擬采用FDS軟件，全尺寸實(shí)驗(yàn)利用省城市與工業(yè)安全實(shí)驗(yàn)室的長(zhǎng)廊型煙風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行，并比較計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)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(shí)對(duì)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?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)： （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(shí)安全疏散。 （2）應(yīng)用省城市與工業(yè)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)廊型風(fēng)洞裝置，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)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(dòng)及“防煙緩沖區(qū)”煙氣控制狀態(tài)，并與理論模擬比對(duì)，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)可信，驗(yàn)證了“防煙緩沖區(qū)”的可行性與實(shí)用性。 4.技術(shù)優(yōu)勢(shì)與市場(chǎng)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(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。該項(xiàng)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(shuō)明該成果具有較高的工程應(yīng)用價(jià)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(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利，專利申請(qǐng)?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(guó)內(nèi)外期刊及國(guó)際會(huì)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）
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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(gè)“無(wú)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(duì)火場(chǎng)的助燃作用。 研究采用計(jì)算機(jī)模擬與全尺寸火災(zāi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方式，模擬采用FDS軟件，實(shí)驗(yàn)利用省城市與工業(yè)安全實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)廊型煙風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 科學(xué)性：通過(guò)對(duì)“防煙緩沖區(qū)”的實(shí)驗(yàn)與模擬研究，表明該方法可有效的提高高層建筑火災(zāi)時(shí)對(duì)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(cái)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(guó)際領(lǐng)先水平。 ②委托教育部科技查新工作站對(duì)“前室防煙緩沖區(qū)”研究進(jìn)行國(guó)內(nèi)外查新，結(jié)果顯示：目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)緩沖區(qū)的相關(guān)報(bào)道。說(shuō)明防煙緩沖區(qū)的理論具備首創(chuàng)性。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 實(shí)際應(yīng)用價(jià)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(lái)實(shí)現(xiàn)的，說(shuō)明該成果具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。 現(xiàn)實(shí)意義： “緩沖區(qū)防煙”研究結(jié)果顯示可以較好的實(shí)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(cái)產(chǎn)損失作出貢獻(xiàn)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 通過(guò)對(duì)目前高層建筑火災(zāi)形勢(shì)特點(diǎn)、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(huì)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(gè)“無(wú)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(duì)火場(chǎng)的助燃作用。另將排煙系統(tǒng)一分為二，設(shè)置一個(gè)排煙口，其主要功能為排煙；設(shè)置一個(gè)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(chǎng)新鮮空氣量，并且提高了排煙效率。 通過(guò)全尺寸煙風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(lái)的2/3，避免大量新鮮空氣進(jìn)入火場(chǎng)，降低次生災(zāi)害的發(fā)生，更有利于人員的疏散。
獲獎(jiǎng)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(zhǎng)廊型建筑前室緩沖區(qū)對(duì)排煙效果的影響[J].中國(guó)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(guó)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(guò)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(guó)際領(lǐng)先水平。
參考文獻(xiàn)
- 1.高層建筑火災(zāi)與應(yīng)對(duì)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(jì)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(guó)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(jì)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(guó)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(jiǎn)單，投資較省。然而內(nèi)加壓送風(fēng)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中存在一些問(wèn)題：風(fēng)量過(guò)大容易引發(fā)次生災(zāi)害；風(fēng)量過(guò)小則不能有效控制煙氣進(jìn)入疏散通道。國(guó)內(nèi)外研究中，英國(guó)主要傾向于對(duì)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(guó)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(guó)建筑科學(xué)和技術(shù)中心、中國(guó)科技大學(xué)及哈爾濱工業(yè)大學(xué)課題組等對(duì)加壓送風(fēng)系統(tǒng)的研究，主要針對(duì)樓梯間與前室正壓值、門洞風(fēng)速、加壓送風(fēng)量等問(wèn)題，但是實(shí)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(gè)無(wú)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(jì)算機(jī)模擬大體上分為場(chǎng)模型、區(qū)域模型、網(wǎng)絡(luò)模型。其中場(chǎng)模型能給出煙氣流動(dòng)的精確值和建筑物某區(qū)域內(nèi)火災(zāi)時(shí)各物理量的分布，本研究采用專業(yè)的火災(zāi)動(dòng)力學(xué)場(chǎng)模擬軟件FDS，其全面地考慮了火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)的各個(gè)分過(guò)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(jì)算固體壁面間的輻射換熱，同時(shí)還考慮了煙氣層內(nèi)多原子氣體對(duì)輻射的吸收作用，在模型構(gòu)建過(guò)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(dòng)場(chǎng)模擬世界領(lǐng)先水平。實(shí)驗(yàn)研究方面，美國(guó)的布魯克弗研究所12層辦公大廈、英國(guó)夫市26層樓保險(xiǎn)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(guó)內(nèi)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)于1992年建立的火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。1994年底公安部四川消防研究所建立中國(guó)第一個(gè)用于防排煙研究的高層火災(zāi)實(shí)驗(yàn)塔，該實(shí)驗(yàn)塔為10層，高24m。本課題的實(shí)驗(yàn)研究應(yīng)用省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——城市與工業(yè)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的長(zhǎng)廊型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置，是按照ISO9705標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)建造的全尺寸熱釋放速率實(shí)驗(yàn)臺(tái)。能夠提供不同條件的實(shí)驗(yàn)流場(chǎng)參數(shù)，對(duì)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(shí)驗(yàn)手段三方面在國(guó)內(nèi)外同類課題研究中均處于先進(jìn)地位。
