一种高层建筑楼梯间加压送风挡烟方法和系统与流程

本发明属于火灾安全技术领域，具体涉及一种在高层建筑内发生火情的情况下，在探测得知着火楼层后，通过调节着火楼层附近打开的送风口位置和数量，仅对楼梯间采取区域正压送风，能够阻挡火灾烟气进入楼梯间的挡烟方法和系统。

背景技术：

随着我国经济的发展，高层建筑的数量在逐年增加，建筑高度也在不断增大，且结构越来越复杂。其中，上海中心大厦共125层，楼高632m，是国内最高的建筑物；天津高银117大厦楼高596.5m；环球金融中心高492m。高层建筑为现代化城市带来便利的同时，也给建筑火灾防治工作带来了更多的难题。高层建筑内有数量众多的竖向通道，比如电梯井、楼梯井、管道井、电缆井等。一旦室内发生火情，燃烧产生的高温热烟气进入这些竖井后极易产生“烟囱效应”，火源烟气在“烟囱效应”的作用下由建筑物下层蔓延到上层乃至整个高层建筑物，造成了大量的人员伤亡和财产损失，并且对高层建筑内人员疏散造成影响。因此，在火情环境下，采取措施对楼梯间等疏散通道进行保护，延缓烟气蔓延对火灾救援工作具有极其重要的意义。

自1960年以来，国内外普遍采用正压送风的方法对楼梯间进行保护，为高层建筑内人员疏散及消防救援提供无烟的安全通道。其核心思想比较简单，增加楼梯间内部压强，使各层楼梯门内外压差维持正值，防止烟气蔓延至楼梯井内部。Tamura和Klote认为正压送风系统在烟气蔓延至楼梯间之前开启并且持续运行，使楼梯间内部压强大于烟囱效应作用下的压强值，此时正压送风系统的送风量可作为最小的送风值。目前，加压送风量可通过平均风量法、门洞风速法、压差法、缝隙法等方法进行计算。国内《高层民用建筑设计防火规范》中规定，小于20层的建筑，防烟楼梯间的加压送风量需在25000-30000m³/h。

《高层民用建筑设计防火规范》中规定，前室每层设置一个加压送风口，楼梯间内每2-3层设置一个送风口。对于楼梯间单独使用前室的结构，现行的正压送风方法主要有3种：仅对前室送风，仅对楼梯间送风，对楼梯间和前室同时加压送风。对前室送风，送风过程中只打开着火楼层送风口；对楼梯间送风，送风过程中所有送风口均打开。

正压送风系统在实际运行过程中，会受到很多因素影响，对楼梯间的挡烟效果达不到预期目标。比如，对高层建筑楼梯间加压送风时，人员疏散过程中，楼梯间的多个防火门可能同时处于开启状态，导致楼梯间风量泄露，无法有效挡烟。通过数值模拟研究发现，在规范规定的送风量下，楼梯间两个或两个以下防火门开口时候，能够阻挡烟气进入楼梯间，但当楼梯间防火门开口数量达到3个，会出现挡烟失效现象。可见，在楼梯间防火门同时开口数量大于等于3个时，常规的正压送风方法已经不能满足挡烟需求。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种高层建筑楼梯间加压送风挡烟方法和系统，用更少的送风量挡住相同大小的火源，并且在人员疏散过程中即使楼梯间防火门多个开口同时存在及不同着火楼层的情况下，有效防止烟气进入楼梯间，将楼梯间防火门开口数量和位置造成楼梯间风量泄露的影响降到最低。

(二)技术方案

本发明提出的楼梯间加压送风挡烟方法适用于高层建筑，其具有多个楼层，各层之间通过楼梯间连通，楼梯间内设有多个送风口，各送风口用于向楼梯间送风，所述方法包括如下步骤：

S1、探测所述高层建筑的每一层是否发生火情；

S2、当步骤S1探测到所述高层建筑的某一层发生火情时，仅使与该层最近的两个或三个送风口送风。

优选地，在步骤S1中使用火灾探测器探测火情。

优选地，在步骤S1中，所述火灾探测器在探测到火情时向一个系统控制器发生一个信号，以向系统控制器报告火情发生的层号；在步骤S2中，所述系统控制器仅使所述信号所指示层号附近楼梯间内的两个或三个送风口送风，其他送风口不送风。

优选地，各所述送风口均与一个送风管道连接，该送风管道与一风机连接，当需要特定送风口送风时，在步骤S2中，所述系统控制器自动控制开启风机，并且打开需要送风的送风口，关闭其他送风口。

优选地，所述各送风口的开启和关闭由所述系统控制器联动控制。

本发明还提出一种应用于高层建筑的楼梯间加压送风挡烟系统，所述高层建筑具有多个楼层，各层之间通过楼梯间连通，楼梯间内分布有多个送风口，各送风口用于向楼梯间送风，所述系统包括：火灾探测器，设置于所述高层建筑的每一层，用于探测所述高层建筑的每一层是否发生火情；系统控制器，当所述火灾探测器探测到所述高层建筑的某层发生火情时，仅使与该层最近的两个或三个送风口送风。

(三)有益效果

(1)本发明通过准确定位火源楼层，为有针对性的增大楼梯间内危害性最大楼层附近的局部压强提供基础。

(2)本发明将风量集中送至着火楼层，能够增加楼梯间内着火楼层挡烟的有效压强，相比于常规正压送风防烟方法，能够用更少的送风量挡住任意着火楼层相同火源功率产生的烟气进入楼梯间。

(3)本发明增大楼梯间内危害性最大楼层附近的局部压强，其他楼层的压强基本不变，从其他楼层楼梯间打开的防火门处泄露的风量大幅降低，能够将楼梯间防火门开口数量和位置造成风量泄露的影响降到最低。

附图说明

图1为本发明所述一种高层建筑楼梯间加压送风挡烟方法中的一种建筑及送风系统的整体结构示意图；

图2为本发明系统一个实施例的结构示意图；

图3为本发明的流程框图；

图4A为火源在第1层时，第1、3、5层防火门均开启，送风系统风流流动剖面示意图；

图4B为火源在第1层时，第1、7、9层防火门均开启，送风系统风流流动剖面示意图；

图5A为火源在第1层时，第1、3、5层防火门均开启，使用火灾动力学模拟软件FDS进行数值模拟计算所得的烟气流动示意图；

图5B为火源在第1层时，第1、7、9层防火门均开启，使用火灾动力学模拟软件FDS进行数值模拟计算所得的烟气流动示意图；

图6为火源在第7层时，第1、7、9层防火门均开启，送风系统风流流动剖面示意图；

图7A为火源在第7层时，第1、7、9层防火门均开启，使用火灾动力学模拟软件FDS进行数值模拟计算所得的烟气流动示意图；

图7B为火源在第7层时，第1、7、9层防火门均开启，改变3个送风口位置，使用火灾动力学模拟软件FDS进行数值模拟计算所得的烟气流动示意图；

图7C为火源在第7层时，第1、7、9层防火门均开启，改变2个送风口位置，使用火灾动力学模拟软件FDS进行数值模拟计算所得的烟气流动示意图；

图8为火源在第12层时，第1、7、9、12层防火门均开启，送风系统风流流动剖面示意图；

图9为火源在第12层时，第1、7、9、12层防火门均开启，使用火灾动力学模拟软件FDS进行数值模拟计算所得的烟气流动示意图；

图中标号：1a-火灾探测器；1b-系统控制器；2-房间；3-前室；4-楼梯间；5-房间与外界相连的门；6-房间与前室相连的门；7-前室与楼梯间相连的门；8-楼梯踏板；9-风机；10-送风管道；11-送风口；12-火源；13-风流路线，实线为风流必经路线，虚线为可选择路线。

具体实施方式

在高层建筑内，当楼梯间单独使用前室时，为了有效防止火源烟气蔓延进楼梯间而影响人员疏散以及消防救援，本发明提出一种高层建筑楼梯间加压送风挡烟方法及相应的系统。

本发明所指的高层建筑的每一层都至少包括楼梯间，各层通过楼梯间连通。各层通常具有房间，如果某一层有房间，则楼梯间和房间之间常设有门。但本发明并不限于此，本发明也适用于其他更复杂的建筑，例如在楼梯间和房间之前设有前室的情况，此时，楼梯间与前室之间、前室与房间之间也设有门。本发明也可扩展到其他类似的建筑中，只要该建筑中设有上下连通的楼梯间。

本发明首先要求高层建筑的楼梯间内每二到三层设置一个送风口，送风口用于向梯楼间内加压送风。并且，本发明要求每个送风口是否进行送风是可控的，即可以通过自动控制系统或人为操作为开启或关闭送风口以切换送风与不送风的状态。

总体来说，本发明楼梯间加压送风挡烟方法包括如下步骤：

S1、探测所述高层建筑的每一层是否发生火情；

S2、当步骤S1探测到所述高层建筑的某一层发生火情时，仅使与该层最近的两个或三个送风口送风。

打开着火楼层附近区域的送风口，主要目的是减少开启送风口的数量，增加着火楼层挡烟的有效压强，其中打开着火楼层附近2或3个送风口时挡烟效果最佳。

步骤S1中可使用火灾探测器探测火情。可以使用现有的烟雾探测器或温度探测器，如定温式探测器、差温式探测器或差定温式探测器在探测到火情时可以向一个系统控制器发生一个信号，以向系统控制器报告火情发生的层号。在步骤S2中，系统控制器控制风机自动打开并使所述信号所指示的层号的楼梯间内的送风口送风，其他送风口不送风。系统控制器可以由联动控制器实现，以微控制器为核心，用非易失性随机访问存储器(NV-RAM)存储现场编程信息，通过RS-485串行口实现远程联机，可实现多种联动控制逻辑。

通常，各楼梯间的送风口均与一个送风管道连接，该送风管道与一风机连接，风机可设于高层建筑的顶部或底部。各送风口的开启和关闭由所述系统控制器联动控制。当需要特定送风口这风时，开启风机，并且打开需要这风的送风口，关闭其他送风口。

火灾探测器、系统控制器、送风口及风机之间通过线路连接以进行信号的传递。由于信号的产生、转换等均为现有技术，故在此不再详述。

相比于常规正压送风防烟方法，本发明能够用更少的送风量挡住任意着火楼层相同火源功率产生的烟气进入楼梯间。还可以将楼梯间防火门开口数量和位置造成楼梯间风量泄露的影响降到最低。而且，任意楼层发生火情，本发明都能够有效阻挡火源烟气进入楼梯间，并不局限于阻挡某一楼层的火源烟气。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的一个实施例所应用的高层建筑的楼层整体结构示意图。如图1所示，该高层建筑共12层，每一层均包括房间2、前室3及楼梯间4。房间2与外界之间由第一门5连接，前室3与房间2之间由第二门6连接，楼梯间4与房间3之间由第三门7连接。楼梯间内有楼梯踏板8。

图2是本发明的系统的一个实施例的结构示意图。如图2所示，本发明的正压送风系统包括火灾探测器1a和系统控制器1b，二者通过线路连接。此外，与该系统配合的建筑设施包括建筑顶部的风机9、送风管道10、以及各层的送风口11。风机9和送风口11均与系统控制器1b通信连接，并由系统控制器控制其开启和关闭。

图3是本发明的方法的流程框图。如图3所示，各层火灾探测器1a实时探测火情，当至少一个火灾探测器1a探测到火情时，其向系统控制器1b发送报警信号，报警信号中包含火源楼层的信息，系统控制器1b根据该信号确认火情发生的楼层，控制风机9开启，并控制相应的火源楼层附近的送风口11开启。系统控制器1b在确认火情发出控制信号之前，还可先确认火灾探测器1a是否发生误报，即确认相应房间内是否发生火情。

该实施例中，系统控制器1b开启风机并对火源楼层附近楼梯间的送风口11进行联动控制，对楼梯间进行正压送风。图4A和图4B分别显示了当火源在第1层时的情况，其中图4A显示了第1、3、5层的防火门(第三门7)均开启的情况，图4B显示了第1、7、9层防火门(第三门7)均开启的情况。如图4A、4B所示，楼梯间多个第三门7开启的情况下，不管第三门7位置如何，当火源12位于第1层时，打开第1层上方两个相邻的送风口11，即第2、3层的送风口，第4层的送风口则为可选择性打开(图中以实线表示送风方向，虚线表示可选择的送风方向)。风流13通过送风管道10从打开的2个或3个送风口11进入楼梯间4，楼梯间4下方的压强增大，能够有效防止火源烟气进入楼梯间4。

图5A和5B分别是对图4A和4B的挡烟方法进行模拟的示意图。如图5A所示，固定送风量为25000m³/h，从左至右分别为开启6个、4个、3个和2个送风口的挡烟效果图，其中，送风口11处无填充表示送风口开启，阴影填充表示送风口关闭。常规正压送风方法(开启6个送风口11)下，楼梯间内增大的压强无法克服烟囱效应的作用，烟气穿过打开的门洞6、7进入楼梯间4且蔓延至最上方的开口7。若减少楼梯间送风口数量，开启下方4个送风口11，烟气无法进入楼梯间4但前室3内有大量烟气；当采用本发明的方法开启下方2或3个送风口11，即便是前室3内也只是有少量烟气存在。图5B可得到相似的结果。

图6显示了当火源在第7层时的情况。图7A至图7C是模拟示意图。如图7A所示，改变楼梯间防火门开口位置，固定送风量为25000m³/h，采取本发明的方法和系统，也能够有效防止烟气进入楼梯间4。高层建筑内发生火情的位置是随机的，当火源12位于较高楼层(7层)时，打开火源楼层附近连续的2个送风口11(第6层、第8层)，第10层的可选择性打开。大量风流13通过送风管道10从打开的2或3个送风口11进入楼梯间4，楼梯间内着火楼层附近挡烟的有效压强值增大，能够有效防止火源烟气进入楼梯间4。如图7所示，固定送风量为22500m³/h，也可得出减少开启送风口的数量防烟效果更好的结论，与图4A和图4B所得结论一致。

而打开送风口11的位置也会影响正压送风系统的防烟效果，打开的送风口11位于着火楼层下方，防烟失效；打开的送风口位于着火楼层上方，基本可以防止烟气进入楼梯间4，但是前室3内有大量烟气存在；打开的送风口11位于着火楼层附近，则可达到最好的防烟效果，如图7B和图7C所示。

图8显示了当火源在第12层时的情况。当火源12位于最高楼层(12层)时，并且增加楼梯间4的防火门开口7的数量，打开火源楼层附近连续的2个送风口11，第三个可选择性打开，固定送风量为27500m³/h，如图9所示，本发明的加压送风挡烟方法仍然有效。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。