地下车行环道烟气层特征范文

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《消防科学与技术杂志》2015年第九期

近年来，为了缓解城市核心区地面交通压力，充分整合利用建筑地下停车库资源，许多大型城市开始发展地下车行环道（以下简称地下环道），如：北京中关村、重庆渝中区金融街、成都南部新区均建设了地下环道。地下环道主要承担地面交通与地下停车库的联系功能，是一种新型的地下交通系统，具有断面狭小、坡度变化大、连接口和出入口多、基本成环形的结构特点，且交通流量大、车道数量变化大，发生火灾事故的机率与危险性很高。目前，国内外还没有专门针对地下车行环道的相关规范，如何保证地下车行环道在火灾时人员和车辆疏散安全以及保证救援人员的安全则成为急需解决的关键技术问题。火灾时防止烟气层沉降到人员安全高度是地下环道防排烟设计的主要目的之一。因此，需要对不同火灾场景的烟气层温度和厚度变化规律开展研究。

1全尺寸试验设计

实体火灾试验选择重庆市解放碑金融街地下环道为对象，该地下环道由全长约2．8km的地下主环道、6条单向地下支洞、环道和车库之间的连接道，以及车库和车库之间的连接道组成。试验段选择整个地下环道中转弯半径最小，且为S型连续弯道、行车视线差，发生车辆事故概率相对较高的区域，如图1所示。试验段为单向双车道加应急车道，沿上坡方向为设计行车方向，具有3．6％～5．9％的纵坡，总长度480m，净宽度为9．0m，隧道顶棚高度为4．0m，共4个防烟分区，每隔120m设置一个。通风系统采用全横向通风模式，火灾情况下采用顶部集中排烟，沿隧道纵向双侧补风的防排烟模式。设计火源位于防烟分区二中部，各试验工况的火源功率和防排烟组合模式，如表1所示。燃料分别使用工业酒精和柴油，相应的火源功率分别为1．2、3．8MW，用于模拟初期小汽车火灾和发展较为旺盛的小汽车火灾。如图2所示，试验中使用80支K型热电偶测量烟气层温度，距火源25～105m的范围内，布置9组热电偶树，最高处距隧道顶棚10cm。在火源上方顶棚处10m范围内布置9支铠装热电偶，用于测量火源区顶棚处烟气最高温度。试验过程中环境温度约为16℃。

2烟气层厚度计算方法

对于烟气层厚度，目前使用较为广泛的方法是基于烟气层温度数据的N百分比法。N百分比法主要是基于纵向温度分布来确定烟层界面高度。计算公式如式（1）所示。式（1）表明，如果某点相对于室内初始温度的温升超过该点所在竖直方向上最大温升的N％，便认为该点处于烟气层中。烟气层界面位置的确定，即T的计算值，与N的取值有关，N越大，烟气层界面的位置则偏高，反之则偏低。NFPA92B（2009）也采用N百分比法则来判断烟层界面的高度，并指出判断烟气前沿的N值为10～20；判断烟层界面的N值为80～90。

3结果与讨论

3．1烟气层温度图3分别给出了各工况中各热电偶树测得的最高温度、环境温度、人员疏散高度（即距地面2．0m，热电偶树自上而下第7只热电偶）的温度值。（1）除火源附近外，距地面2．0m处的温度与环境温度基本一致，约为20℃。（2）火源附近工况1～3的最高温度分别为134．2、204．1、181．7℃。火源上、下游5m处的最高温度分别是：工况1为66．4、77．6℃，工况2为74．6、83．2℃，工况3为104．0、109．5℃。随着距火源的距离增加，最高温度值越来越低。距离火源5m以外的烟层温度均小于180℃，不会对人员造成不利的热辐射影响。（3）随着距火源的距离增加，同一酒精火源下的工况1与工况3的最高温度值相差不大，这表明不同的烟控方案下，烟层分布较为稳定。（4）工况3柴油火的烟气最高温度与酒精火工况1、工况2中的最高温度相差不大。酒精火的设计火灾规模为1．2MW，柴油火为3．8MW，即使火灾规模增加一倍以上，烟层温度变化也不显著。说明该模式下的排烟效果较好，能很好地阻止火灾烟气热量在隧道内的积聚。

3．2烟层厚度分析烟气层厚度是衡量防排烟系统性能的重要指标，烟气层越厚，则烟气－空气界面高度越低，对于隧道内人员疏散和灭火救援的开展就越不利。使用N百分比法对不同工况中的烟气层厚度进行计算。由于当烟气层竖向温度梯度较小时，N的取值对于计算得到的烟气层厚度有较大影响，因此这里分别选择N＝20和N＝80进行数据处理分析。表2～表4给出了工况1、工况2和工况3使用N百分比法计算的关键参数值。根据给出的关键温度数据，可计算出烟气层厚度，并可获得烟气层沿隧道纵向的厚度分布。从图4可以看出，N的取值不同对于计算得到的烟气层厚度有明显影响。N取80时，各工况下计算得到的烟层厚度约为0．7m。其中火源下游工况1的烟层厚度有一些波动，工况2与工况3的烟层界面保持不变。N取20时，火源区下游的烟层厚度随着距离的增加，先变大，然后变小，基本每隔60m呈周期性振荡变化，在1．0～1．5m范围内波动，火源区上游25m处基本受烟气影响较小。尤其需要注意的是，工况2和工况3中的防排烟组合模式完全相同，即采用“中间排、上下游补风”的方式，而两个工况中的最高温度和烟气层厚度都没有较大差异，都对人员安全疏散有利。因此，对于车行方向沿上坡方向的情况，火灾时可以使用该模式进行烟气控制。

4结论

（1）所讨论的工况中，烟气层最高温度随着距火源的距离增加而降低，距离火源5m以外的烟层温度均小于180℃，不会对人员造成不利的热辐射影响。（2）N百分比的两种取值（20、80）所呈现的上游烟气层厚度变化规律较为一致，即厚度出现先降低后增大，然后再次降低的现象，这一现象可能与排烟口的位置有关，当热电偶树所在位置临近集中排烟口时，其附近的排烟效果相对较好，相应的烟气层厚度也会减小。（3）采用“中间排，上下游补”的防排烟模式能够将烟气控制在两个防烟分区之内，实现较好的防排烟效果。试验结果表明，使用柴油火和酒精火两种火源时烟气最高温度相差约6～10℃，烟气层厚度变化也非常接近。因此，即使火灾规模相差较大，该烟气控制模式也能将火灾烟气产生的高温、火灾烟气层高度控制在对人员疏散有利的水平。

作者：廖曙江 李乐 单位：重庆市消防总队 公安部四川消防研究所