半地下停车库自然排烟—补风方式的FDS数值模拟

唐 妙 李梦君

(佛山市公安消防支队南海大队，广东佛山 528200)

近年来，随着人民的生活水平大幅度的提高，城市交通中使用的中、小型汽车数量飞速增长。特别是近几年来家用轿车的普及，给城市交通、环境等带来了巨大的压力，为了有效解决停车用地紧张的问题，地下停车库或停车场应运而生。受通风、采光、经济、环保等诸多因素的影响，最为常见的是半地下车库。由于现行的GB 50067-97汽车库、修车库、停车场设计防火规范中没有半地下车库的概念，因此，对于此类停车库的排烟补风方式都统一按照地下车库的要求设置，即面积大于2 000 m2的地下车库应设置机械排烟设施。在实际工作中忽略了其高侧窗及采光通风口，这样一概而论的要求，必然造成资源的消耗和浪费。因此，研究半地下车库的排烟方式是非常必要的。目前对地下建筑火灾烟气蔓延规律研究的方法主要有实验研究和计算机模拟。国内进行该方面实验研究的有公安部四川消防科研所承担的“九五”国家重点科技攻关项目《地下商业街火灾烟气流动特性实验研究》［1］。模拟研究目前主要采用美国NIST开发的CFAST和FDS软件。本文主要采用FDS火灾动力学软件来模拟半地下车库的排烟补风方式。

1 火灾场景设计

本文以某住宅小区的局部开敞式地下停车库作为模拟对象，由于其建筑面积约4万m2，车库面积较大，不便于对整个车库模拟，因此从中选取第六防火分区进行研究。图1为第六防火分区结构示意图。该分区建筑面积为3 243.69 m2，其中消防水池、生活水池、泵房、风机房、主楼疏散楼梯建筑面积为455.74 m2;防火分区内设117个车位，层高为3.8 m。一侧设有可开启外窗，窗高2.54 m，面积约为88.9 m2，地下车库顶板设有三个采光通风井，面积分别为 30.8 m2，21.1 m2，88.6 m2。

根据第六分区的实际设置情况，考虑火灾场景设定的主要影响因素，设定火灾场景如下:地下车库主要危险源为停放的汽车。假定起火源是由第六防火分区中央的一辆汽车引发火灾然后引燃周围的汽车，火源面积为2 m2。假设最不利情况，喷淋失效。

2 数值模型的建立

在建立数值模型的过程中，采用规则控制容积，将所选分区看作长方体。在火灾场景模型图中网格尺寸设为0.4 m×0.4 m×0.2 m，在火源区加密，网格为0.2 m ×0.2 m ×0.2 m。

设计两种不同的自然排烟补风方式(单独采光井自然排烟及采光井自然排烟和高侧窗自然补风方式)建模，并且把这两种排烟补风方式定义为算例1，2。

算例1:单独采光井自然排烟情况。地下车库顶板设有三个采光通风井，面积分别为 30.8 m2，21.1 m2，88.6 m2，总面积合计140.5 m2，自然排烟口面积约占所选分区总面积的4.3%。主要参数设置为进出车口通道为开口状态;排烟口设置为开启、火源位置处在所选分区中央;假设一辆小车着火，火源释放热量为公式Qf=at2，其中，a=0.046 9，Qmax=4 MW(喷淋失效)，Qmax=1.5 MW;模拟计算时间为900 s和600 s。

算例2:采光井自然排烟和高侧窗自然补风方式情况。采光井总面积同上，高侧窗高2.54 m，补风面积为88.6 m2。

说明:主要参数设置同算例1。

3 计算结果模拟分析

火场的温度和能见度是衡量火灾危险性的两个重要指标。澳大利亚的《Fire Engineering Guideline》第 4.3.4.2 条规定［2］:距地面2 m以下空间内烟气温度不能超过60℃，能见度要大于10 m。另外关于人员危险临界条件的确定方法，以烟气层距地面的高度S满足关系:S=1.6+0.1H(H为楼板高度)时认为达到危险状态。本车库S大约为2 m，所以我们分别研究安全时刻在900 s和600 s时，1.8 m高度处温度、能见度以及烟气层高度随时间的变化。

1)算例1的计算结果分析。

图2a)，2b)，2c)和2d)分别为1.8 m 高度处900 s单采光井自然排烟在喷淋失效时温度场分布图、1.8 m高度处600 s单采光井自然排烟能见度分布图及900 s单采光井自然排烟能见度分布图及烟气层高度变化图。从图2a)可知，在火源中心附近及区域上方的两个死角处温度较高，但其温度均低于60℃，其他区域温度远低于60℃;图2b)可看出，绝大多数区域的能见度低于10 m;从图2c)可看出，900 s单采光井自然排烟能见度更差，几乎所有区域的能见度都低于10 m;从图2d)可知，单独采光井自然排烟方式的烟气层从430 s开始下降到1.8 m以下。因此，采用单采光井自然排烟方式，整个分区已经基本处于危险状况，这对车库内人员的逃生造成很大的威胁。

图3a)，3b)和3c)分别为1.8 m高度处900 s单采光井自然排烟在喷淋有效时温度场分布图、1.8 m高度处600 s单采光井自然排烟能见度分布图及900 s单采光井自然排烟能见度分布图。从图3a)可看出，温度场和能见度都较无喷淋时有所改善;但从图3b)可看出，火源附近及区域死角处能见度较差，中间一部分区域能见度较好;从图3c)中可看出，几乎整个区域的能见度都较差。所以，采光井自然排烟不论有无喷淋的排烟效果都较差，不利于人员的逃生。

2)算例2的计算结果分析。

图4a)，4b)，4c)和4d)分别为喷淋失效时采光井自然排烟和高侧窗自然补风方式在1.8 m高度处900 s时温度场分布图，600 s时能见度分布图，900 s时能见度分布图及烟气层高度变化图。从图4a)可看出，火源附近及高侧窗附近温度较高，但均低于60℃，其他区域温度远远低于60℃。从600 s采光井自然排烟和高侧窗自然补风方式能见度分布图可看出，只有火源附近能见度低于10 m，其他区域能见度都大于10 m，图4b)与4c)相比较，除了火源附近能见度低于10 m，在区域右上死角能见度也相对较低，但能见度也高于10 m，其他区域能见度远高于10 m，由图4d)可知，采光井自然排烟和高侧窗自然补风方式的烟气层高度在2.5 m左右，这对车库内的人员不会造成威胁。

图5a)，5b)和5c)分别为有喷淋时采光井自然排烟和高侧窗自然补风方式在1.8 m高度处900 s时温度场分布图、600 s时能见度分布图及900 s时能见度分布图。从图中可看出，与无喷淋相比较，温度场更低，能见度更高。因此，在喷淋有效时，采光井自然排烟和高侧窗自然补风方式效果更好。

4 结语

本文通过设计火灾场景，设置两个模拟算例，通过对比研究分析对人体构成危险的能见度、温度场和烟气层安全高度等参数，应用FDS模拟计算半地下车库自然排烟补风方式的有效性。通过FDS模拟的计算结果分析表明，采光通风井+高侧窗补风的自然排烟方式可以有效实现对烟气的控制，阻止火势扩大，安全疏散时间较多，在有喷淋作用下，排烟效果更佳。基于经济成本考虑，自然排烟—补风方式对该类地下车库防排烟具有借鉴意义。

［1］兰 彬，钱建民.国内外防排烟技术研究的现状和研究方向［J］.消防科学与技术，2001(2):17-18.

［2］ABCD，2001.Fire Enigineering Guidelines，Australian Building Codes Board，Sydney Australia.