含上盖物业的大空间地下建筑混合通风排烟系统的制作方法

本发明涉及建筑通风排烟技术领域，具体涉及含上盖物业的大空间地下建筑混合通风排烟系统。

背景技术：

目前大型地下车库等类型地下建筑较多采用自然排烟系统或机械排烟系统。自然排烟在烟气产生量较大或火源功率较小时均无法稳定地控制烟气层；机械排烟系统在临界工作温度以下时可以很好的控制烟气，当环境温度超过临界温度时排烟系统则会停止工作，且其排烟过程中对各类因素控制要求较高，系统复杂，维护保养均需要较高成本。自然排烟和机械排烟由于排烟依赖的因素较为单一，因此当条件发生变化时适应性较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单、设计合理、使用方便的、含上盖物业的大空间地下建筑混合通风排烟系统，它具有节能高效的特点，投资成本低，使用维护方便，可靠性高，特别适用于大空间地下建筑的通风与排烟系统。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用的技术方案为：它包括顶部结构、夹层、底部空间、排烟动力模块、排烟竖井、高侧窗、挡烟垂壁；所述顶部结构的下方是夹层，夹层中设置有排烟竖井和排烟动力模块，夹层下方是底部空间，底部空间四周设置有高侧窗用于补风，排烟竖井所在的夹层高度为7m，夹层中排烟竖井数量为12个，排烟竖井为正方形结构，内部开口尺寸为5.8m*5.8m，高4.8m，排烟竖井之间中心间距为22m，底层空间顶部的天花板处设置有挡烟垂壁，挡烟垂壁为两横三竖共5条，挡烟垂壁下探高度为0.5m。

采用上述结构后，本发明有益效果为：它具有节能高效的特点，投资成本低，使用维护方便，可靠性高，特别适用于大空间地下建筑的通风与排烟系统。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的表1中各火源功率的质量燃烧速率图；

图3为本发明的8MW火源功率时混合排烟的温度分布图；

图4为本发明的8MW火源功率时自然排烟的温度分布图；

图5为本发明的8MW火源功率时机械排烟的温度分布图；

图6为本发明的12MW火源功率时混合排烟的温度分布图；

图7为本发明的12MW火源功率时自然排烟的温度分布图；

图8为本发明的12MW火源功率时机械排烟的温度分布图；

图9为本发明的16MW火源功率时混合排烟的温度分布图；

图10为本发明的16MW火源功率时自然排烟的温度分布图；

图11为本发明的16MW火源功率时机械排烟的温度分布图；

图12为本发明的20MW火源功率时混合排烟的温度分布图；

图13为本发明的20MW火源功率时自然排烟的温度分布图；

图14为本发明的20MW火源功率时机械排烟的温度分布图；

图15为本发明的8MW火源功率时混合排烟的CO₂浓度分布图；

图16为本发明的8MW火源功率时自然排烟的CO₂浓度分布图；

图17为本发明的8MW火源功率时机械排烟的CO₂浓度分布图；

图18为本发明的20MW火源功率时混合排烟的CO₂浓度分布图；

图19为本发明的20MW火源功率时自然排烟的CO₂浓度分布图；

图20为本发明的20MW火源功率时机械排烟的CO₂浓度分布图；

图21为本发明的8MW火源功率时不同排烟模式的烟气层高度变化图；

图22为本发明的20MW火源功率时不同排烟模式的烟气层高度变化图。

附图标记说明：顶部结构1、夹层2、底部空间3、曲面导流板4、排烟竖井5、高侧窗6、挡烟垂壁7、射流风机8。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它包括顶部结构1、夹层2、底部空间3、排烟动力模块4、排烟竖井5、高侧窗6、挡烟垂壁7；所述顶部结构1的下方是夹层2，夹层2中设置有排烟竖井5和曲面导流板4，夹层2下方是底部空间3，底部空间3四周设置有高侧窗6用于补风，排烟竖井5所在的夹层2高度为7m，夹层2中排烟竖井5数量为12个，排烟竖井5为正方形结构，内部开口尺寸为5.8m*5.8m，高4.8m，排烟竖井5之间中心间距为22m，底层空间3顶部的天花板处设置有挡烟垂壁7，挡烟垂壁7为两横三竖共5条，挡烟垂壁7下探高度为0.5m。

将该排烟系统应用于含上盖物业的大型地下车辆基地的情况进行计算机模拟，模拟软件为Fire Dynamics Simulator(FDS)，对计算机模拟的结果从排烟效率、烟气层稳定性的控制效果、烟气层沉降速度的控制效果等三方面进行定量与定性分析，并与传统的自然排烟和机械排烟系统的效能进行对比。

计算机模拟条件设置：根据实际可能发生的火灾情况，设置以下几种火源工况，如表1所示：

表1各火源到达峰值时间

表1中各火源功率质量燃烧速率如图2所示。

底层环境对比分析：通过对比在600s时刻各排烟模式下的温度分布，可以观察得到各排烟模式对温度的控制效果，当火源功率为8MW时，机械排烟模式下顶棚平均温度要略高于自然排烟和混合排烟模式下的顶棚温度。此外，自然排烟和混合排烟的挡烟垂壁7的设置格局，也使得烟气的扩散受到更多的限制，而机械排烟的烟气扩散范围则相对另外两种排烟模式明显扩大，如图3-5所示。

随着火源功率的增大，不同排烟模式对应的排烟效能也发生了变化，当火源功率为12MW时，可以明显地发现混合排烟的顶棚温度明显低于自然排烟和机械排烟，混合排烟和自然排烟的顶棚结构决定了高温烟气可以快速地通过排烟竖井5排除到建筑外部，而机械排烟只能通过管道将烟气输送到外界，且机械排烟已经出现了吸穿现象，同时吸穿现象也是机械排烟经常出现的一种情况，这将会显著降低机械排烟的排烟效率，如图6-8所示。

在火源功率继续提高到达16MW时，经过600s的扩散运动之后，混合排烟模式下顶棚烟气混度明显低于其他两种排烟模式，且随着火源功率的增加，混合排烟模式下顶棚烟气的温度上升速度小于机械排烟和自然排烟模式，其中机械排烟的顶棚烟气温度上升最为明显，随着高温烟气扩散范围的增加，顶棚温度将会不断升高，在机械排烟系统中，当温度升高至280℃时排烟系统将会停止工作，但在自然排烟和混合排烟系统中，排烟系统的运行不受温度的影响，如图9-11所示。

当火源功率达到20MW时，高温烟气的扩散将会更加剧烈，各排烟模式对顶棚烟气扩散范围的控制情况如下：在混合排烟模式中，不仅有顶部的众多排烟竖井5为烟气迅速排出外部环境提供通道，同时四周高侧窗6的补风气流会抑制高温烟气向四周的扩散，补风气流形成将高温烟气向中心风机位置压迫的合力，烟气本身的热浮力则使得烟气迅速寻找向上的通道，因此多种因素共同作用，有效抑制烟气的快速扩散，同时烟气在风机作用下迅速向夹层2运动，有效的降低了底层空间3的烟气浓度，多种因素作用下使得混合排烟模式有较为优秀的烟气控制效果，如图12-14所示。

通过对比不同火源功率条件下的顶棚烟气温度的控制效果，可以看出拥有较多独立排烟竖井5的自然排烟和混合排烟模式，可以更迅速地依靠烟气自身的热浮力将烟气排出到建筑外部，而机械排烟的速度受限于机械设备本身的功率，对于无法准确估计火灾载荷的场所，无法做到自适应调整，自然排烟和混合排烟在排烟原理上的优势决定了其排烟效能，可以随着火源功率的增大有相应的提高。

CO₂浓度分布的对比：以CO₂为代表的高温窒息性气体，是火灾中造成人员伤亡的主要原因之一，这类气体一旦沉降到人员所处的高度，则会刺激人员的呼吸系统，同时降低空间内氧气浓度，最终导致人员因缺氧窒息受到直接或间接伤害。因此，观察CO₂是否会沉降到人员所处的安全高度以下，是考察各排烟模式安全性的重要因素之一。为突出对比效果，下文将直接对比8MW和20MW火源功率时的相应指标变化。

当火源功率为8MW时，机械排烟模式下2m高度处CO2浓度明显低于自然排烟和混合排烟，其中混合排烟的CO2浓度则又低于自然排烟的浓度，机械排烟对于烟气沉降速度的控制效果优于混合排烟，混合排烟则又优于自然排烟；当火源功率上升到20MW时，由于不同排烟模式的特性，其对应的控制烟气层沉降的效果也发生了相应变化，三者的CO2浓度均有所提高，但自然排烟增加的最为显著，其次为机械排烟，而混合排烟中增加幅度最小，如图15-20所示。

由此可看出，混合排烟模式在火源功率不断增大的过程中，依靠设备和结构特性保持了较为稳定的烟气控制能力，而自然排烟和机械排烟由于排烟依赖的因素较为单一，因此当条件发生变化时适应性较差。混合排烟模式在火源功率为8-20MW区间内时，对烟气的沉降均具有良好的控制效果，且随着火源功率的增大，其控制效果依然相对稳定；自然排烟在烟气产生量较大或火源功率较小时均无法稳定的控制烟气层；机械排烟系统在临界工作温度以下时可以很好地控制烟气，当环境温度超过临界温度时排烟系统则会停止工作，且其排烟过程中对各类因素控制要求较高，系统复杂维护保养均需要较高成本。

通过观察不同排烟模式在排烟过程中的气流路线，可以分析不同排烟模式补风口与排烟口的设置对烟气控制的效果的影响，在三种排烟模式中，自然排烟完全依靠烟气自身热浮力从竖井中向外运动；机械排烟完全依靠风机抽吸高温烟气；混合排烟模式中，装有风机的排烟竖井5通过风机将烟气抽吸进入排烟竖井5并加速通过导流板，这部分烟气同时会卷吸周围的烟气形成诱导烟气流，诱导烟气流在顶棚快速运动，在经过未安装风机的排烟竖井5上方时会形成低压区域，增大排烟竖井5上下的压差，提高烟囱效应。混合排烟通过这一系列的综合作用，能有效提高排烟效率，以高效的气流路线控制好烟气层的稳定性及扩散速度。

当火源功率上升为20MW时，随着火源功率的增强，在自然排烟和混合排烟模式中，烟气的热浮力增强，同时火源的驱动力提高，烟气的上升速度和水平扩散的速度均有明显提高，而机械排烟面对迅速增加的烟气量，排烟效率增长缓慢，气流分布也未发生明显变化。

当火源功率增大时，混合排烟和自然排烟的补风气流明显增强，而机械排烟补风气流则未发生明显变化。自然排烟由于其排烟系统的运行动力主要来自于烟气热浮力，因此当火源功率增大时烟气热浮力提高，系统运行的动力增强，因此补风气流也有所增强；而在混合排烟模式中，火源功率的增大对烟气运动的增强效果与自然排烟模式中基本一致，且混合排烟模式中还存在风机对气流的诱导以及加速效果，混合排烟的补风气流速度最高。此外，自然排烟和混合排烟的挡烟垂壁7的布局有效减缓了高温烟气的快速扩散，将烟气限制在较小的范围内，而机械排烟由于其排烟特性，防烟分区面积较大，对烟气的阻挡效果弱于自然排烟和混合排烟。因此，随着火源功率的增大，自然排烟具有随着火源功率增大，排烟能力增强的特点，而机械排烟具有稳定可控的特点，混合排烟则兼具以上两种排烟模式的优点。

烟气层高度的对比：不同排烟模式烟气层高度变化情况也不相同，为增强对比效果，将选取各排烟模式下8MW和20MW时烟气层高度变化情况进行对比。

在混合排烟模式中，在8MW火源功率和20MW火源功率条件下烟气层最低高度均高于5.4m，且20MW火源功率条件下在后期烟气高度高于8MW火源功率在同时刻的烟气高度；机械排烟模式下，当烟气扩散至周围边界后迅速开始沉降，当沉降至4.75m高度附近时趋于稳定，且随着火源功率的增大烟气层沉降速度更快，下降高度更低；自然排烟情况下烟气层高度随着火势的发展，烟气层高度逐渐降低，烟气层高度在5m高度处趋于稳定，如图21和22所示。

从以上对比中可以发现，混合排烟模式下烟气层下降速度较慢，且最终的稳定高度为5.4m，较好地控制了烟气层的高度；自然排烟模式下烟气层下降速度最慢，且整个下降过程较为平缓，不存在突然降低的过程，最终烟气层下沿高度稳定在5m；机械排烟烟气层稳定高度最低，为4.75m，且机械排烟模式下存在烟气层高度突然降低的过程，这一现象可能导致在高度较低的建筑中烟气层迅速沉降至安全高度以下，导致能见度迅速降低，阻碍人员疏散。综合而言，混合排烟模式对于烟气层高度的控制具有最好的效果。

排烟效率对比分析：在相同的火源功率下，不同排烟模式的排烟效率如下表2所示：

表2排烟效率表

通过对比各排烟模式的排烟效率可以看出，在各火源功率的工况中，机械排烟模式均具有最高的排烟效率，其次为混合排烟模式，混合排烟模式以较简单的结构和较少的机械装置实现了与机械排烟相近的排烟效率，自然排烟的排烟效率在各火源功率下均为最低，且相比机械排烟和混合排烟有较大的差距。

最终对比结果发现，机械排烟对温度分布的控制效果较好，混合排烟模式对烟气层高度控制具有最好的控制效果，机械排烟和混合排烟的气流分布均较为合理且效率较高，通过计算排烟效率发现，机械排烟系统排烟效率在测定的火源功率范围内均为最高，但随着火源功率的增长，排烟效率的增长速度较低，混合排烟的排烟效率与机械排烟的排烟效率接近，且排烟效率会火源功率的增长而有较快增长，自然排烟排烟效率低，在低功率火灾初期与另外两种排烟模式的排烟效率差距较大。

结论：(1)在地下建筑火灾事故中，火源功率主要分布在8-20MW的功率区间内，混合排烟模式对建筑内火灾烟气具有良好的控制效果，排烟效率曲线与机械排烟相近，在仅需要简单机械装置的情况下，实现与完整的机械排烟系统相近的排烟效率及烟气控制效果，具有较高的性价比；(2)混合排烟模式在烟气层沉降速度控制、气流路线等方面均有显著的优势，在地下大型商场、工业设施等处采用此类排烟模式，可以有效减缓烟气沉降速度，从而增加人员疏散可用的时间，保障人员安全疏散，具有较高的安全性；(3)混合排烟模式在火源功率较小时，可以通过机械装置发挥与机械排烟系统相近的稳定控制效果，而不会像自然排烟在火源功率较小的情况下，烟气运动的动力不足导致排烟效果较差；在火源功率较大时，即使机械设备失效，依然可以依靠类似自然排烟系统的结构特性进行排烟，避免了像机械排烟系统在烟气超过临界温度的情况下需关闭管道的情况，因此具有较高的系统可靠性；(4)由于混合排烟模式是在自然排烟结构的基础上加装机械装置，因此对于不同规模和不同类型的建筑，可以根据实际情况选择加装机械装置的数量和类型，因此可以广泛应用于地下车库、地下车辆基地及大型商场等建筑面积较大的建筑，既可用于原有自然排烟系统的性能增强，也可直接用于新建筑的设计安装，具有良好的适应性。

本具体实施方式具有节能高效的特点，投资成本低，使用维护方便，可靠性高，特别适用于大空间地下建筑的通风与排烟系统。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。