排烟系统ASET预测结果性能化评估

●张颖玮

(银川市消防支队，宁夏银川 750001)

ASET(Available Safety Evacuate Time)是指火灾发展到致使环境条件达到人体耐受极限的时间，称为“人员可用的安全疏散时间”。确定这个时间的标准与“热烟气层”有关。当建筑内火灾环境不能满足以下条件之一时，我们认为火灾环境已经达到人体的耐受极限:(1)2m以上空间内的烟气平均温度大于180℃;(2)2m以下空间内的烟气温度超过50℃;(3)2m以下空间内的可视度小于10m;(4)2m以下空间内的CO2浓度超过1%(体积百分比);(5)2m以下空间内的CO浓度超过2 500ppm。确定ASET以最先达到上述某一条件的时间为准，这通常需要通过火灾模拟的方法预测。在火灾模拟设置火灾场景时，需要考虑排烟系统的情况。下面以某商业防火分区中庭排烟系统是否失效来说明这个问题。

1 评估计算对象

计算对象包含有商场第二层及部分中庭的某防火分区，该防火分区的建筑面积为6 512m2，建筑室内净空高度为3.5m，中庭高度为13.1m，该区域商业部分设有自动喷水灭火系统，设有机械排烟系统。为使计算更具合理性、有效性，计算起火位置设在商业部分靠近中庭的商铺内，见图1。

图1 计算对象结构简图

2 设计火灾

设计火灾时应首先通过火灾危险性与火灾荷载分析，确定火灾荷载、火灾增长速率与最大热释放速率。影响火灾规模大小的因素有燃料的火焰特性和对火的反应特性、摆放方式及其分布、是否有灭火系统和火场通风条件、建筑空间特性等。因为可燃物的性质、燃烧质量及燃烧面积等均与热释放速率有很大关系。

在商业建筑中，可能的火灾起源有电器故障、可燃物过热、易燃易爆物品管理不善或操作不当、故意纵火、吸烟等。商业建筑中的可燃物构成也比较复杂，包括木材、塑料、纤维、泡沫、电线电缆等，难以对所有可燃物都进行模拟计算，在模拟计算过程中将火灾荷载转化为具有同等荷载的木材。目前，对火灾荷载的确定主要还是通过调查结果和计算分析相结合的方式，参考日本调查报告并结合我国实际情况，得到商场的火灾荷载为480MJ·m－2。

因为同样的火灾荷载，如果火灾增长速率不同，则危险性不同，造成的损失也不同。因此，火灾模拟时需要确定火灾增长速率的大小。火灾早期发展速率的计算需综合考虑可燃物(αf)、墙及顶棚材料(αm)的作用。根据Moc’s Notification 1441(2000)得到的计算公式 α = αf+ αm，其中，αf=2.6 ×10－6q15/3(式中q1为可移动火灾载荷密度)，αm的值由墙面内装修材料的可燃等级来确定。由于计算对象用途为商场，计算得到αf=0.076 5，装修材料采用A级不燃装修材料αm=0.003 5，则火灾增长速率 α =0.08kW·s－2。

火灾在经历了早期的发展之后，将进入完全燃烧阶段，在这个阶段火灾的热释放速率将达到最大。对完全燃烧和后期衰减过程，在火灾安全评价中，一般保守假设水系统有效控火条件下最大热释放速率保持不变。模拟时，参照上海市地方标准《民用建筑防排烟技术规程》(DGJ08－88－2000)，选取“设有喷淋的商场，对应热释放量为5MW”，考虑到各种不确定性因素，保守的取火灾安全系数为1.2，预测模拟时最大热释放量确定为6MW(对应达到该值的时间为273.85s)。通过上述分析和计算得到计算对象的设计火灾参数(见表1)。

表1 设计火灾参数

在进行火灾模拟时，考虑计算对象中庭部位的机械排烟系统在火灾中是否失效，设计了两种火灾场景，即火灾场景A和火灾场景B。其中，火灾场景A为中庭部位的机械排烟系统失效，火灾场景B为中庭部位的机械排烟系统正常工作。

3 预测模拟软件及初始条件设定

运用火灾动力学模拟软件FDS模拟计算对象内的烟气蔓延情况。采用FDS进行模拟预测前，首先要确定一系列初始条件。在模拟中设定的初始条件为:(1)环境情况:假设计算区域内外温度均为20℃。压力为1个标准大气压，计算区域内风速为0m·s－1。(2)起火地点:为使评估结果更具真实性以及考虑人员安全疏散的重要性，选择防火分区3中庭附近的商铺为起火点，具体位置参见图1。(3)开口情况:在火灾模拟过程中，考虑不利情况，该计算对象内商业区与轻轨站厅开口处的防火卷帘失效。(4)排烟情况:考虑两种不同排烟情况，即火灾场景A和火灾场景B(中庭排烟量按换气次数6次/h)。(5)模拟时间:由于人员疏散时间通常在15min以内完成，因此火灾模拟时间确定为15min，即900s。

4 火灾烟气蔓延预测结果

4.1 火灾场景A烟气蔓延模拟结果

火灾场景A烟气蔓延模拟结果:(1)烟气温度:模拟过程中，上、下层烟气温度不断上升;在模拟结束时，上层烟气温度达到160℃，下层烟气温度达到45℃。(2)CO2浓度:模拟过程中，CO2浓度不断增加;在580s时，距离地面上方2m处的CO2浓度为1%。(3)CO浓度:在模拟过程中，CO浓度不断增加;在模拟结束时，距离地面上方2m处的CO浓度最高达到100ppm。(4)能见度:在模拟过程中，能见度不断降低;在579s时，距离地面上方2m处的能见度下降到10m左右。

4.2 火灾场景B烟气蔓延模拟结果

火灾场景B烟气蔓延模拟结果:(1)烟气温度:模拟过程中，上、下层烟气温度不断上升;在模拟结束时，上层烟气温度达到150℃，下层烟气温度达到45℃。(2)CO2浓度:模拟过程中，CO2浓度不断增加;在模拟结束时，距离地面上方2m处的CO2浓度未达到1%。(3)CO浓度:在模拟过程中，CO浓度不断增加;在模拟结束时，距离地面上方2m处的CO浓度最高达到95ppm。(4)能见度:在模拟过程中，能见度不断降低;在模拟结束时，距离地面上方2m处的能见度下降到11m左右。

4.3 模拟结果统计分析

根据上述两种火灾场景烟气蔓延模拟结果，可以得到如表2的模拟结果统计表。由表2可知，火灾场景A(排烟失效)时，可用的安全疏散时间ASETA=579s;火灾场景B(排烟正常)时，可用的安全疏散时间ASETB＞900s。由此可知，当建筑内排烟系统正常工作时，可以为人员安全疏散提供更多的可用安全疏散时间，从而保证更多的人员能安全疏散。因此，在建筑使用过程中，应加强对排烟系统的维护，以保证在发生火灾时，排烟系统能在第一时间投入到工作状态中，这一点对于建筑内人员的安全疏散非常重要。

表2 烟气蔓延模拟结果统计表

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