大空间建筑自然排烟窗有效性研究

吴晓燕

摘 要：随着经济发展和社会需求的提高，建筑物在高度、跨度、功能等方面的要求越来越高，现有的消防规范已不能涵盖其所有内容，高大空间建筑往往采用传统、经济的自然排烟系统设计方案，该方案的有效性需要得到进一步的验证。本文以某会展中心大空间建筑为例，通过实体试验的方法，验证在高大空间内采用自然排烟的措施是否有效，且分析在热障条件下对自然排烟系统的影响。对今后采用自然排烟设计方案的該类大空间、大跨度建筑提供一定参考。

关键词：消防；大空间；自然；排烟

中图分类号：TU834.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）03-0175-01

我国目前处于城市建设的繁荣时期，各种大空间建筑、异形的地标建筑接踵而至，例如大型商场、体育场馆、机场航站楼、影剧院、会展中心等，这些高大空间建筑已经成为城市现代化程度的重要标志之一。高大空间建筑与传统建筑相比，在使用功能、建筑材料、结构形式、空间大小、配套设施等方面有很大的不同，这些建筑一旦发生火灾，其火灾特性与普通建筑火灾有着很大的差异。主要表现为大空间建筑人员密集、可燃物多、火灾荷载大，其内部难以设置防火防烟的分隔措施，火灾中产生的大量有毒高温烟气难以排出，极易造成群死群伤和大面积火灾。因此，研究高大空间建筑排烟系统，特别是对高大空间建筑采用自然排烟设计方案的有效性以及热障效应对自然排烟的影响的探讨与研究具有十分重要的意义。

1 高大空间建筑特点

高大空间建筑发生火灾后，在浮力、热障效应等影响下，较一般建筑而言，有以下几个特点：

（1）就高大空间建筑内部而言，随着着火部分的温度升高，空气和烟气的混合物密度减小，与相邻的部位的空气形成密度差，因浮力引起烟气向上运动，烟气不断卷吸周围冷空气而不断被冷却，使上升过程中遭遇“热障”而失去热浮力，烟气将在一定高度悬浮，而出现了烟气分层现象。

（2）高大空间建筑的火灾防火防烟分区不容易实现，高大空间的建筑特点是空间开敞性明显，所以要想将其分隔成不同防火防烟分区，不易有效实现，火灾烟气容易在空气供应充足的室内任意流动蔓延。

（3）对火灾探测技术的要求比较特殊，普通建筑的楼层高度多数在6m以下，火灾烟气能够很快到达顶棚，因此这类探测器是适用的。高大空间建筑火灾烟气到达十几米或几十米的高度时，其温度和浓度都大大降低，致使火灾探测的灵敏度降低，或者超过了火灾探测器的保护范围，使得火灾探测器无法启动，即使启动，火势也早已发展到相当大的规模，延误了早期灭火的有利时机。

2 高大空间建筑采用自然排烟方式有效性的试验研究

火灾场景设置。建筑概况。新疆国际会展中心一期位于乌鲁木齐市水磨沟区。会展中心主要规划近期总用地面积329443m2，建筑面积110767m2，包括展厅、会议中心、多功能厅、接见厅、观景廊及相关配套功能。新疆国际会展中心工程主体为钢筋混凝土框架结构，屋顶采用大跨度张弦桁架，屋面采用直立锁边铝镁锰合金板饰面。会展中心主体建筑高为50.3m，地面建筑物共5层，地上展厅为2层（局部有2层夹层作为办公、配套用房），会议中心设在2～5层，一期共设8个展厅（展厅尺寸99m×63m）：其中一层7个，二层1个，展位约2630个。新疆国际会展中心属大型公共建筑，首层7个展厅中，将1-3号展厅和4-6号展厅分别划分为一个防火分区，防火分区面积为18500m2，展厅之间采用9米防火隔离带进行分隔，展厅利用高大空间进行蓄烟，展厅采用顶部自然排烟的排烟方式，自然排烟面积为地面面积的3%，排烟窗采用电动排烟窗。火灾探测系统采用吸气式火灾探测器，大空间智能消防炮进行灭火。

3 模拟结果分析

（1）工况一（开启自然排烟窗的情况下验证自然排烟有效性）：试验开始以后，烟气被火源加热，迅速随热羽流上升并于150s时到展厅顶部，然后转入水平蔓延状态。该工况使用5MW木垛火，火灾烟气主要在6号展厅，5号展厅有少量的烟气，4号展厅基本没有烟气到达。火灾烟气上升至顶部以后，开始水平蔓延，并逐步蓄积和沉降，沉降至16m高度，烟气没有进一步下沉。开启排烟窗以后，烟气迅速从排烟窗排出至室外，顶部的烟气浓度迅速降低。实验结果表明，展厅的大空间对烟气有一定的稀释作用，高大空间有利于烟气的蓄积，烟气能够保持在人员需要清晰高度之上，自然排烟窗能够将火灾烟气排出至室外，其排烟窗面积能够满足要求。靠近外墙，离排烟出口较远的一侧，其烟气排出的速度比较慢，在有条件的情况下，建议缩短最远点至自然排烟的距离。

（2）工况二（验证环境温度对展厅排烟效果的影响，验证在热障效应下排烟系统的有效性）：试验开始以后，烟气被火源加热，迅速随热羽流上升并于160s时到展厅顶部，然后转入水平蔓延状态。该工况使用5MW木垛火，火灾烟气主要在6号展厅，5号展厅有少量的烟气，4号展厅基本没有烟气到达。火灾烟气上升至顶部以后，开始水平蔓延，并逐步蓄积和沉降，沉降至16m高度，烟气没有进一步下沉。开启排烟窗以后，烟气迅速从排烟窗排出至室外，顶部的烟气浓度迅速降低。实验结果表明，本项目中展厅内地面温度