[发明专利]耦合环境风场及火场烟气特性的有效排烟面积计算方法

说明书

本发明公开了耦合环境风场及火场烟气特性的有效排烟面积计算方法，可紧密结合自然排烟设施的设计工况，将自然排烟设施的几何特性、室内火场烟气特性及室外环境风场特性三方面影响因素均充分纳入计算体系中，从而有效改善了现有计算方法未能充分考虑自然排烟设施于设计工况下的排烟环境、计算准确性低的缺陷，实现了自然排烟设施有效排烟面积的系统化、精细化、科学化计算，极大提升了计算方法的合理性和准确性。

技术领域

本发明涉及消防工程技术领域，具体涉及耦合环境风场及火场烟气特性的有效排烟面积计算方法。

背景技术

因高温烟气灼烧或中毒致死的情形占据了火灾各项亡人死因的首位，火场烟气的高效排出是降低火灾亡人率的重要保障。自然排烟由于其高效经济的特点，被视为一种行之有效的排烟方式被广泛应用于大量建筑工程中，其中自然排烟窗等自然排烟设施作为自然排烟设施的核心组件，是助力火灾烟气排至室外的重要桥梁和媒介，其有效排烟面积的大小往往决定了自然排烟效能的优劣。

在进行自然排烟设施设计时，对每个自然排烟设施有效排烟面积的确定均应以等效体现排烟能力为原则力求准确，否则所计算的系统总有效排烟面积可能并未真正达到设计要求，从而使自然排烟设施在火灾发生时无法具备应有的排烟能力，加剧人员伤亡和财产损失。而自然排烟设施的排烟能力不仅取决于其几何特性，同时也与室内火场烟气特性和室外环境风场特性密切相关，只有将此三类因素对自然排烟设施排烟能力的影响均充分纳入计算方法中，才能获得更加准确的有效排烟面积值。

目前，我国和日本主要通过计算设施开启扇叶在水平或垂直方向上的投影面积或烟气流经设施孔洞时有效可流通通路的截面积来确定自然排烟设施的有效排烟面积。此种计算方法虽操作简单，但是很难等效体现设施孔洞长宽比及扇叶开启方向等几何特性的差异在有效排烟面积大小上的反映，即采用此方法计算出的有效排烟面积值完全相同的两个自然排烟设施，其局部阻力特性和排烟能力实际可能差异很大。故此种计算方法仅部分体现了自然排烟设施几何特性对有效排烟面积值的影响，而对室内火场烟气特性和室外环境风场特性产生的影响则完全没有体现。

美国对自然排烟设施有效排烟面积的计算主要以空气动力学有效面积为指标，即基于空气动力学原理，以自然排烟设施的流量系数与设施孔洞面积的乘积作为有效排烟面积。此种计算方法在同一基准下将各类自然排烟设施几何差异对有效排烟面积的影响均等效反映于流量系数这一指标，较好体现了自然排烟设施几何特性对有效排烟面积值的影响，但对室内火场烟气特性和室外环境风场特性产生的影响仍完全没有体现。此外，对于流量系数的确定，其相关标准规范中除规定可参照制造商或标准中提供的推荐值以外，并未提供具体的确定方法。

澳大利亚对自然排烟设施有效排烟面积的确定与美国相同，也以空气动力学有效面积为指标，但其制定了用于专门确定流量系数的测试标准AS2428.5-2004(R2016)，采用测试计算的方式计算有效排烟面积。标准中规定对流量系数的测试需至少进行6次后取平均值，且每次流经自然排烟设施的气体流量需增大20％。该规定虽看似体现了不同烟气流量对有效排烟面积的影响，但测试方法中流经自然排烟设施的气体是由风机机械动力所驱动的常温空气，这与实际火场中高温烟气在浮力驱动下自然上升并流经自然排烟窗的流场特性并不相同。因而，该计算方法虽较好体现了自然排烟设施几何特性对有效排烟面积值的影响，但仅部分体现了室内火场烟气特性产生的影响，而对室外环境风场特性产生的影响仍完全没有体现。