移动鼓风排烟风机的排烟效果实测与数值模拟

欧明辉

（福建省消防救援总队，福建 福州350003）

随着工业化和城市化的推进及建筑技术的快速发展，大空间建筑越来越多出现在生产和生活过程中。大型仓库、大面积办公场所、城市商业综合体、大型地下商业街等大空间建筑大量涌现。大空间建筑很大程度解决了生产和生活的功能需求，但是该类场所的消防安全问题也日益突出。由于大空间场所特有的结构特点，导致多数大空间建筑火灾危险性大，且灭火救援困难。大空间场所一方面具有较大的储烟空间，一定程度上延长了人员可用安全疏散时间，但另一方面，人员必要的安全疏散时间较一般场所长，且大空间场所烟气蔓延迅速，容易产生火灾的快速蔓延。同时，外部灭火救援力量很难准确扑救内部火灾、排烟困难，灭火救援非常困难。

大空间场所通常具有可燃物质多，火灾时产烟量大等特点。以大型仓库为例，仓库内常存放有大量可燃物质，加之火灾时相对密闭的空间，不完全燃烧将产生大量的烟气。大空间场所内空间大，起火区域可能位于建筑物的内部，距离外墙较远，自然排烟效果差，对于排烟系统的排烟效果要求高。一旦，该类场所排烟系统设计不合理，火灾时烟气不能及时排出建筑物，大量烟气的聚集一方面严重威胁建筑物内部的人员安全疏散，另一方面导致现场条件恶劣，无法有效开展灭火救援行动。

大空间建筑火灾时，由于起火处可能距离排烟风机较远，排烟风机的衰减效应较大，必须设置有效的排烟风道，方能起到加好的排烟效果。对于排烟系统的设计提出了更高的要求。大空间场所的火灾排烟问题仍是当前大空间建筑场所灭火救援工作的难点之一。大空间建筑由于具有有别于一般建筑的特有结构和空间特点，火灾时烟气排放非常困难，困扰着大空间建筑物的灭火救援，同时加速了火灾在建筑物内部的蔓延。与此同时，部分工业建筑由于设计阶段，排烟系统设计不合理，导致实际排烟效果不佳，无法提供有效的灭火救援扑救场地，将严重影响该类场所的灭火救援效率。

图1 室外空旷环境测试风速分布图

为了解决大空间场所的排烟问题，特别是前期消防设计施工时未安装集中排烟管道的建筑场所，提出了基于大功率鼓风机的排烟方案。为了探索鼓风条件下烟气的蔓延规律，采用风速仪实测分析了不同应用场景下对于场所空间的鼓风效果。采用火灾试验的方法严重影响生产和生活，试验成本非常高。对此，采用国际广泛认可的火灾动力学模拟软件FDS，根据实际的空间建筑结构建立模拟物理模型，根据火灾实际的燃烧情况，设置火源参数，模拟烟气的产生和蔓延过程，以掌握不同火灾场景下烟气的蔓延扩散规律。进而，基于火灾烟气的蔓延过程，分析可行的烟气控制措施，优化排烟系统，实现高效排烟。

1 鼓风式排烟机排烟效果实测分析

1.1 大空间无遮挡情况下鼓风效果实测分析

选用5.0×104m3/h 风量的移动式汽油鼓风机，测试了室外空旷场所条件下，低功率、中功率、大功率情况下风速分布情况。实测结果表明，采用选用的移动式大功率鼓风排烟机，风机前方风速最高可以达到18m/s 的风速。随着距离的增加，风速会出现衰减，且距离相同时，在风机前方中心处的风速最大。以不低于0.5m/s 捕获风速为基准，对于室内的大空间环境，有效排烟安全距离可达12m。

采用选用的移动排烟风机，不同功率（档位）下，风机前方风速随距离的衰减规律基本一直。鉴于随着通风距离的增加，风速衰减明显，因此，应急排烟时，因尽可能将移动排烟风机靠近烟气聚集区域，以便实现更换的排烟效果。

1.2 大空间成品仓库鼓风效果实测分析

采用选用的移动排烟风机，对某大型成品仓库进行了通风排烟实测。成品仓库长度约为80m，宽度约为40m，成品按照预先划定的区域堆放，堆放高度约1.6m。成品仓库大致由延长度方向的过道分为2 侧摆放，中间过道宽度为1.8m，仓库建筑层高约3.1m。

实测结果表明，在无外界干扰情况下，采用选用的移动鼓风式排烟风机，沿仓库中间过道鼓风排烟，此时，堆放的成品货物形成了未封闭的风道，在距离风机前方约40m 处，可以实现风速达到0.5m 以上的通风排烟效果。

图2 成品仓库过道处风机通风排烟效果

将两台鼓风排烟机沿同一风向鼓风，接力排烟，在试验成品仓库形成的未封闭风道条件下，实测结果表明，可以实现排烟风机前方约70m 长度的排烟效果，即可以实现离风机最远处风速在0.5m/s 之上。

将移动排烟风机添加垫板后放置于成品堆垛之上，朝向排烟窗方向鼓风排烟，实测结果表明，距离排烟风机前方约30 处可以实现风速为0.5m/s。结果表明，采用2 台移动鼓风式排烟机能够有效解决多数丙类大空间厂房和仓库的排烟问题。

1.3 大空间办公场所鼓风效果实测分析

采用移动鼓风排烟机在大面积办公室进行了实测试验。选取的试验办公室建筑面积约600m2，长约25m，宽约24m。办公桌椅沿宽向成排布置，留有3 个纵向过道，宽度约1.4m，横向过道8 个，宽度约1.3m。

在排除空调系统干扰后，实测结果表明，在办公室安全出口处设置排烟风机朝向排烟窗鼓风排烟，选取合适点位后（排烟风机的高度高于办公桌椅的高度），可以实现排烟窗处风速在0.8m/s 以上，直线排烟距离约为30m，既能够达到鼓风排烟的效果。

2 不同火灾场景下大型办公室火灾烟气蔓延规律

2.1 火灾场景设计

办公室场所聚集有办公桌椅、办公文件和相关书籍，且电子化办公环境下，各类电气线路密布，引发火灾的因素较多。其中，影响火灾烟气蔓延规律的因素主要有办公室火灾规模、消防设施启动情况、建筑物的尺寸及结构、外界风速情况。其中，自动喷水灭火系统能够有效抑制火灾的规模，因此，办公室场所的自动喷水灭火系统的有效性将影响烟气的产生量。

表1 大型办公室火灾烟气蔓延场景设计

2.2 数值模型构建

以某大型办公室为研究对象，办公室建筑面积约600m2，长25m，宽24m，办公室设有6 个安全出口，安全出口的尺寸为宽1.5m，高2.5m，3 个排烟窗，尺寸为高1m，宽2m。办公室层高约3.2m。

图3 构建的大型办公室物理模型

2.3 不同工况下烟气蔓延规律分析

按照可信最不利原则，设计火源1s 达到设定的最高火源功率（1.5MW），办公室门和排烟窗设为开启状态，不同工况情况下，模拟烟气的蔓延情况如图4～图6 所示。

图4 自然排烟时不同时刻烟气蔓延情况

图5 开启1 台鼓风排烟机时不同时刻烟气蔓延情况

图6 开启2 台鼓风排烟机时不同时刻烟气蔓延情况

3 结论

3.1 选用移动鼓风式排烟风机，在无集中排烟风道的高大空间建筑不利情况下，至少可以保障距离风机口前方12m 的安全距离，前沿风速能够达到0.5m/s 风速以上。可以为紧急情况下人员疏散提供相对安全的疏散通道。对于由货物物品堆垛形成的非封闭通道，有效排烟距离可达40m。

3.2 鼓风式排烟机能够有效压制烟气的蔓延，加速烟气的排除；采用一台鼓风排烟机时基本能够保障过道处能见度在10m 以上，但会出现烟气的回流现场；同时采用2 台鼓风排烟机，能够减少烟气回流，可保障重要侧区域减少烟气干扰。应急排烟过程中，可采用一台鼓风排烟风机对准火灾烟气和排烟口进行正压排烟，另外一台排烟风机可用于控制某侧烟气的回流，为人员安全疏散和灭火救援创造有利条件。

3.3 在建筑未配置基于排烟管道的排烟系统的情况下，配置移动式鼓风排烟机能够有效提升火灾时的排烟能力，是解决大空间场所排烟难题的有效思路。采用2 台移动鼓风式排烟机能够有效解决多数丙类大空间厂房和仓库的排烟问题。