1、室内步行街三级排烟效果试验研究 张梅红 池巧灵 陈立民 厦门市消防支队 福建省消防总队 摘 要： 为研究三级排烟模式且顶部设有自然排烟窗的室内商业步行街火灾烟气蔓延特性, 在步行街首层环廊位置进行热态发烟试验。结果表明:相比于两级排烟, 三级排烟模式下环廊排烟可有效阻止烟气蔓延至步行街高大空间;一旦发生小规模火灾或产生低热量烟气时, 步行街顶部采用机械排烟方式比自然排烟方式具有明显的排烟效果, 但排烟风机的延迟开启易造成烟气蔓延范围扩大。为了营造安全的疏散条件, 避免烟气从环廊蔓延至步行街, 应增大环廊排烟设备的能力。关键词： 室内步行街; 三级排烟模式; 热烟试验; 排烟效果; 作者简介：张
2、梅红 (1971-) , 女, 厦门市消防支队防火监督处高级工程师, 学士, 主要从事建筑防火设计审核和工程验收工作, 福建省厦门市湖滨北路 119号, 361012。收稿日期：2017-05-11Experimental study on effect of three-tier smoke exhaust in indoor pedestrian streetZHANG Mei-hong CHI Qiao-ling CHEN Li-min Xiamen Fire Detachment; Fujian Genearl Fire Brigade; Abstract： Aiming at smo
3、ke spread in an indoor commercial pedestrian street with three-tier smoke exhaust and natural smoke exhaust window on the ceiling, the hot smoke test was conducted at the corridor of the first floor. The results showed that compared to twotier smoke exhaust mode, corridor smoke exhaust could effecti
4、vely prevent smoke spreading to the large space of pedestrian street under three-tier smoke exhaust mode;in case of a small fire or low heat smoke, smoke exhaust effect was better under mechanical smoke exhaust than under natural smoke exhaust on the ceiling, however, delayed open of smoke exhaust f
5、ans could expand the range of smoke spread. Meanwhile, in order to create a safe evacuate condition and avoid smoke spreading from corridor to pedestrian street, the capacity of smoke exhaust equipment in corridor should be increased.Keyword： indoor pedestrian street; three-tier smoke exhaust mode;
6、hot smoke test; smoke exhaust effect; Received： 2017-05-11近年来, 随着我国大型商业综合体迅猛发展, 集购物、餐饮、休闲、娱乐等功能为一体的商业建筑越来越多, 且通常采用室内步行街的形式组织各商业布局和功能业态。此类商业综合体快速发展的同时也暴露出不容忽视的消防安全问题:一方面建筑占地面积大、功能复杂, 大量存在的可燃物品致使火灾风险和火灾荷载较大;另一方面, 人员密集场所一旦发生火灾, 大空间的立体燃烧势必造成火灾蔓延速度加快, 人员疏散逃生困难, 灭火救援难度增大。火灾烟气是导致人员死亡的最主要因素。据统计, 火灾人员伤亡中 85%
7、以上的死亡原因与烟气有关。GB 50016-2014建筑设计防火规范第 5.3.6 条明确规定, 有顶棚的室内步行街应该设置自然排烟设施并宜采用常开式排烟口作为步行街的烟气控制措施, 没有对其他部位 (如商铺、环廊等) 的排烟措施作出明确规定。但目前大多数商业综合体室内步行街均采用商铺、环廊和顶部排烟相结合的三级机械排烟模式, 了解和掌握三级排烟模式下室内步行街的气流组织规律, 并评判相应的排烟效果, 无疑至关重要。现场发烟试验作为一种模拟火灾的有效手段, 具有真实可靠、不破坏既有建筑等优点, 广泛应用于各类建筑的防排烟系统性能检测中。因此, 有必要通过现场发烟试验对室内步行街的烟气流动特性及
8、烟气控制效果进行分析。1 建筑概况某大型商业综合体工程建设用地面积为 48 973 m, 地上一至四层建筑高度 20.7 m, 中间为 250 m 长的室内步行街, 两侧均为餐饮和商店等商业隔间。该商业综合体采用如图 1 所示的三级排烟模式, 即步行街两侧的商铺内设置机械排烟设施, 每层面向步行街一侧的商铺设置环廊, 环廊与步行街之间设置挡烟垂壁, 各层环廊公共区域设置机械排烟设施, 步行街顶部设置机械排烟机, 玻璃采光顶棚两侧还设有可自动开启且便于破拆的自然排烟窗, 如图 2 所示。三级排烟模式下各级设计排烟量, 见表 1 所示。图 1 三级排烟模式示意图 下载原图图 2 室内步行街顶棚自然
9、排烟窗和机械排烟口 下载原图表 1 三级排烟的设计排烟量 下载原表 2 发烟试验方法与流程考虑到有明火存在的热态发烟试验容易引燃店铺内裸露的电缆、装饰材料等可燃物, 试验将发烟设备放置于首层店铺外环廊, 用以模拟店铺内机械排烟设施失效造成烟气外溢的状况, 试验火源位置如图 3 所示。试验中, 将点燃的烟饼匀速投入发烟炉内, 两根烟囱相对布置并与地面呈约 60 夹角, 以保持具有一定初始温度的烟气稳定地斜向上喷出, 如图 4 所示。经测量, 顶棚射流处的烟气温度在 28C 左右, 此发烟试验接近于低热量的阴燃火灾。发生火灾后烟气通常无法被完全控制在环廊区域, 并很容易从环廊蔓延至与步行街高大空间
10、交界处, 虽然环廊和步行街之间设有挡烟垂壁, 但由于交界处两侧的空间体量区别较大且顶部均设置排烟口, 一旦烟气蔓延至该交界处, 该区域能否形成明显的排烟路径, 且疏散通道能否保持良好的能见度, 仍然存在不确定性因素。理想的排烟气流组织应保持较大的定向风速且变化平稳, 笔者以室内步行街二区和三区高大空间交界处为例 (“高大空间交界处”专指该处) , 分别在二层、三层、四层的交界处安装风速探头, 通过测试风速大小和气流组织稳定程度, 间接反映排烟效果并探讨相应位置的危险性。首层由于摄像记录较为方便, 故不在首层布置风速测点, 只考虑用摄像设备来记录。图 3 首层试验火源位置 下载原图图 4 发烟设
11、备 下载原图三级排烟的开启关闭切换模式相对复杂, 试验中各排烟设备的动作顺序, 如表2 所示。具体可分成三个阶段:一是环廊机械排烟及步行街顶部自然排烟窗均开启阶段 (00001852) ;二是环廊机械排烟开启, 步行街顶部自然排烟窗关闭阶段 (18532000) ;三是环廊机械排烟开启, 步行街顶部机械排烟风机开启阶段 (2000试验结束) 。表 2 中各层防烟分区的划分, 如图5 所示。笔者针对不同阶段分别介绍相应的试验现象, 进而探讨室内步行街的烟气蔓延特性及控制方法。3 发烟试验现象与结果讨论3.1 环廊机械排烟及步行街顶部自然排烟窗开启阶段试验开始后烟气在环廊吊顶内形成明显的顶棚射流,
12、 烟气层厚度逐渐增大, 当烟气层厚度降至挡烟垂壁高度之下时烟气越过挡烟垂壁进入相邻的高大空间, 如图 6 所示。试验初期发烟量较少, 首层环廊排烟口排烟明显, 随后由于产烟量逐渐增大, 环廊排烟口排烟能力有限, 烟气在环廊内积聚, 能见度逐渐下降, 10 min 左右烟气弥漫至地面。由此可见, 环廊机械排烟风机的排烟能力有限, 不足以完全排除试验产生的烟气。尽管步行街顶部自然排烟窗在此阶段一直处于开启状态, 但由于烟气温度较低, 热动力不足, 烟气上升运动趋势不明显, 自然排烟效果并不理想。一段时间后烟气整体向东侧蔓延并逐渐沉降, 甚至有室外风从部分顶部自然排烟窗进入高大空间, 造成个别疏散通
13、道变成排烟路径。如果室内步行街仅依靠可开启窗自然排烟, 一旦发生小规模火灾或产生低热量烟气时, 气流组织受自然排烟窗影响较大, 难以保证良好的排烟效果。图 5 各层排烟分区划分 下载原图表 2 排烟设备动作时间 下载原表 从二区和三区交界处的风速分布可以看出, 环廊排烟口开启后短时间内扰乱了各层交界处气流的平衡状态, 导致附近气流组织紊乱, 风速增大。5 min 后各层交界处风速明显降低且气流组织相对稳定, 13 min 左右室外风从顶部自然排烟窗进入室内步行街, 各层交界处测点受到顶部室外风的影响, 无论是风速还是波动程度均有所增大, 且随着楼层的升高越加明显, 如图 7 所示。该阶段内各层
14、高大空间交界处未形成有利于排烟的稳定气流组织, 一旦大量烟气蔓延至交界处, 烟气容易积聚, 不利于人员安全疏散。以三层为例, 该层高大空间交界处的烟气弥漫状况, 如图 8 所示。图 6 烟气越过挡烟垂壁进入高大空间 下载原图图 7 第一阶段各层交界处测点风速变化 下载原图图 8 17 s 左右三层二区与三区高大空间交界处烟气弥漫 下载原图3.2 环廊机械排烟开启, 步行街顶部自然排烟窗关闭当关闭顶部自然排烟窗后, 避免了室外风从顶部进入室内步行街, 此时室外风完全从首层出入口进入, 高大空间交界处的风速明显增大且相对稳定, 有利于形成明显的烟气蔓延路径, 如图 9 所示。然而, 在顶部机械排烟
15、风机开启前, 烟气在高大空间内的沉降状况并未得到显著改善。图 9 第二阶段各层交界处测点风速变化 下载原图3.3 环廊机械排烟开启, 步行街顶部机械排烟开启阶段当步行街顶部机械排烟风机启动后, 烟气在负压的抽拔作用下, 填充高度明显升高, 烟气窜至顶部排烟口附近被排出室外。本试验顶部排烟风机开启时间相对较晚, 在 20 min 左右, 排烟风机开启之前烟气已蔓延至二区、三区、四区及五区高大空间及相邻环廊, 但对四层的影响较小, 然而顶部机械排烟风机开启后四层环廊有明显的烟气积聚。相比于自然排烟方式, 顶部机械排烟风机开启后排烟效果明显, 对于室内步行街而言应作为烟气控制首选方案。顶部排烟风机开
16、启后各层高大空间交界处测点风速明显降低, 且楼层越高, 降低越明显。二层交界处由于位置较低, 受室外风影响较大, 风速相对稳定;四层交界处在两侧高大空间顶部排烟口的共同作用下, 风速仅为 0.27m/s 左右, 波动强烈, 不易形成稳定的排烟气流组织。综上所述, 在不同的试验阶段、不同级别的排烟下高大空间交界处的风速及风流稳定程度区别较大。在整个试验过程中各楼层高大空间交界处未形成明显的排烟气流组织, 建议在该处增设环廊排烟口以确保一定的可视条件。4 结论通过在三级排烟模式下且设置顶部自然排烟窗的室内步行街首层环廊进行发烟试验, 得出以下结论:(1) 相对于二级排烟模式 (店铺机械排烟和步行街
17、顶部排烟) , 三级排烟模式下高大空间与环廊之间设有挡烟垂壁, 可以有效阻止烟气蔓延至高大空间, 减小烟气影响的区域范围。(2) 环廊机械排烟及步行街顶部自然排烟窗开启状态下, 发生小规模火灾或产生低热量烟气时, 气流组织受室外自然风影响较大, 烟气容易发生沉降, 不能保证稳定的排烟效果, 应适当增大环廊排烟风机的排烟能力。(3) 步行街顶部自然排烟和机械排烟相比较, 机械排烟效果较明显。发生火灾后, 顶部排烟风机开启时间对烟气蔓延扩大的影响较大。因此, 为保证顶部排烟风机及时开启, 消防维保单位必须定期组织人员对火灾探测报警、联动控制功能、排烟风机、排烟口等进行巡查, 为室内步行街的消防安全
18、提供保障。参考文献1马千里.大型商业建筑综合防火设计方法研究D.西安:西安建筑科技大学, 2011. 2田浩, 蔡维静.商业室内步行街的火灾烟气控制设计J.消防科学与技术, 2013, 32 (12) :1349-1351. 3李华, 万杰, 姚慧, 等.室内商业步行街消防设计J.消防科学与技术, 2011, 30 (11) :1005-1006. 4任波, 韩君.有顶商业步行街消防设计研究J.武警学院学报, 2009, (4) :47-49. 5GB 50016-2014, 建筑设计防火规范S. 6戴睿.室内步行街防排烟方案比较分析J.消防科学与技术, 2014, 33 (8) :903-905. 7甘廷霞, 夏莹.中庭两种排烟方案的实验对比J.消防科学与技术, 2015, 34 (9) :1155-1158.
