畢業(yè)文獻(xiàn)翻譯

1、煙霧控制SMOKE CONTROL學(xué)生姓名：唐楨敬專業(yè)名稱：安全工程導(dǎo)師名字：呂建摘要：在建筑火災(zāi)情況下，煙霧經(jīng)常流向偏離火災(zāi)的地方，造成威脅生命以及損壞財(cái)產(chǎn)影響，同時(shí)樓梯間和電梯間經(jīng)常變成充滿煙氣的，因此阻礙了撤離和疏散，當(dāng)今煙霧已經(jīng)被認(rèn)為在火災(zāi)當(dāng)中最大的殺手。在20世紀(jì)60年代中后期，利用加壓來防止煙霧在樓梯間的滲漏開始吸引了關(guān)注，這是由壓力擠壓模型而想出來，換而言之，就是排出火災(zāi)層的空氣同時(shí)給周圍其它的樓層加壓，建筑的通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)常是用于這個(gè)目的的，煙控這個(gè)特定用語是為通過使用機(jī)械加壓來限制煙霧在火災(zāi)當(dāng)中的流動(dòng)這樣一個(gè)系統(tǒng)而創(chuàng)造的名字。澳大利亞、加拿大、英國、法國、日本、美國、西德應(yīng)經(jīng)做過

2、了煙控場(chǎng)所的調(diào)研，這個(gè)調(diào)研是由場(chǎng)所測(cè)試，大規(guī)模的火災(zāi)測(cè)試，和電腦模型構(gòu)成的，很多建筑物已經(jīng)建有了煙控系統(tǒng)，同時(shí)很多其它的建筑也為此而加裝煙控系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：煙囪效應(yīng) 浮力 風(fēng)力煙霧的移動(dòng)一個(gè)煙控系統(tǒng)必須經(jīng)過設(shè)計(jì)才能使其不被引起煙霧移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力所壓制，正是因?yàn)檫@個(gè)為盈，對(duì)煙霧流動(dòng)和煙霧控制的基本觀念的理解是智能煙控設(shè)計(jì)的前提，最主要影響煙霧流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是煙囪效應(yīng)、浮力、膨脹、風(fēng)力和熱力以及空氣流動(dòng)和空調(diào)系統(tǒng)，總的來說，在火災(zāi)情況下，煙霧流動(dòng)是由這些驅(qū)動(dòng)力的相互作用引起的，在任何一種驅(qū)動(dòng)力存在的情況下，它們都將單獨(dú)發(fā)生效應(yīng)，下面這些部分是對(duì)每一種驅(qū)動(dòng)力的討論。煙囪效應(yīng)當(dāng)外界是冷的時(shí)候，在建筑物的通風(fēng)

3、井內(nèi)經(jīng)常有向上流動(dòng)的氣體，例如樓梯井、電梯井、小升降井以及機(jī)械井或者運(yùn)輸槽。這些現(xiàn)象是可以歸咎于正常的煙囪效應(yīng)。室內(nèi)的氣體都有受到浮力，是因?yàn)槭覂?nèi)的氣體是更熱并且密度相對(duì)于室外氣體更小。這種浮力引起了氣體在建筑物的通風(fēng)井內(nèi)上升，對(duì)于室外的低溫和高高的通風(fēng)井，普通的煙囪效應(yīng)的意義是更重大的，然而，普通的煙囪效應(yīng)也存在于單層建筑當(dāng)中。當(dāng)外界的氣體相對(duì)于建筑物內(nèi)的氣體時(shí)，在通風(fēng)井內(nèi)，一股向下的氣流是時(shí)常存在的，這股向下的氣流被稱為逆向煙囪效應(yīng)。在標(biāo)準(zhǔn)的大氣壓下，氣壓不同是由于普通的煙囪效應(yīng)或者是逆向煙囪效應(yīng)，可以用以下的公式表達(dá) 壓力差 （Pa）當(dāng)時(shí)的外界空氣溫度 （K）當(dāng)時(shí)內(nèi)部通風(fēng)井空氣的溫度（K

4、）中性面高度 （M）系數(shù) （7.64）對(duì)于一座在中間高度有中性面的200M高的建筑，外界溫度18攝氏度以及內(nèi)部溫度21攝氏度，由于煙囪效應(yīng)而造成的最大壓差為55帕。 圖像 4-12.1 由于普通的煙囪效應(yīng)送產(chǎn)生的內(nèi)外通風(fēng)井的壓力差Top of building：建筑物高度 height：高度 neutral plane：中性面Negative： 正的 positive：負(fù)的 pressure difference：壓力差圖像4-12.2 普通煙囪效應(yīng)和逆向煙囪效應(yīng)的空氣流動(dòng)（箭頭表示空氣流動(dòng)的方向）Normal stack effect：普通的煙囪效應(yīng) reverse stack effect

5、：逆向的煙囪效應(yīng)Neutral plane：中性面這就意味著在建筑物的頂部，煙囪內(nèi)部的壓力（55帕）要比外界壓力要，在煙囪的底部，煙囪內(nèi)部的壓力要比外界的壓力低，在圖4-12.1是煙囪與外界壓力不同的一個(gè)圖表，在這個(gè)圖表當(dāng)中，正的壓力的不同表明了，煙囪內(nèi)的壓力是比外界壓力要搞得，而負(fù)的壓力表明著相反的一面。煙囪效應(yīng)經(jīng)常是被認(rèn)為存在于建筑物內(nèi)部和外界大氣之間的，由于普通的煙囪效應(yīng)和逆向煙囪效應(yīng)所引起的空氣在建筑物內(nèi)的流動(dòng)在圖4-12.2中得到了說明，在這種情況中，在方程式1中體現(xiàn)出的壓力差是確實(shí)與煙囪與外界的壓力差有關(guān)系的。圖4-12.3 由于煙囪效應(yīng)所產(chǎn)生的壓力差Outside tempera

6、ture ：外界的溫度圖4-12.3可以用來確定由于煙囪效應(yīng)所產(chǎn)生的壓力差，對(duì)于普通的煙囪效應(yīng)，是正的，并且在中性面之上的壓力差是正的，在中性面之下的壓力差是負(fù)的；而對(duì)于逆向煙囪效應(yīng)，是負(fù)的，在中性面之上的壓力差是負(fù)的，在中性面之下的壓力差是正的。通常在帶有外樓梯井的密閉的建筑屋內(nèi)，即使在較低的外界溫度下，逆向的煙囪效應(yīng)也可以被觀察到，在這種情況下，外界的樓梯井的溫度是比建筑物的溫度低很多，樓梯井是冷的空氣柱，其它在建筑物內(nèi)的通風(fēng)井就是熱的空氣柱子。當(dāng)考慮到煙囪效應(yīng)時(shí)，假如在建筑物和外部的空氣泄露途徑是與高度完全的相同，中性面將會(huì)在中央高度的附近，然而，當(dāng)空氣的泄露途徑是不相同的時(shí)候，中性面的

7、位置是由很大的不同，正如在通風(fēng)井的排放的情況，McGuire and Tamura 通過計(jì)算在一些排放的條件下的中性面的位置證明了此理論。建筑火災(zāi)中的煙霧的傳播就是由于煙囪效應(yīng)所致的，在具有煙囪效應(yīng)的建筑內(nèi)，存在的氣流可以使煙霧流向與火災(zāi)發(fā)生地相距相當(dāng)遠(yuǎn)的距離的地方。如果火災(zāi)時(shí)在中性面之下的，煙霧將伴隨建筑物內(nèi)的空氣向內(nèi)和沿著樓梯井傳播，這些向上的煙霧氣流由于它的溫度，在煙霧存在的地方通過浮力的作用得到了促進(jìn)，一旦在中性面之上，煙霧流出了電梯井流向了上面的樓層，如果在樓層間的泄露是可忽略的，在除了著火層之外的中性面之下的樓層，直到產(chǎn)生的煙霧大于煙囪效應(yīng)氣流所能處理的，樓層才將受到煙霧的影響。在

8、中性面之上火災(zāi)所產(chǎn)生的煙霧將通過在建筑物外部的開口通過建筑物內(nèi)的氣流帶到室外，如果樓層之間的泄露是可以忽略的，除了著火層之外的所有樓層將保留著不受煙霧的影響，直到產(chǎn)生的煙霧大于煙囪效應(yīng)氣流所能處理的，當(dāng)樓層之間的泄露是相當(dāng)多的時(shí)候，煙霧將向著火樓層之上的樓層傳播。由于逆向煙囪效應(yīng)所引起的氣流在圖4-12.2中體現(xiàn)，在逆向煙囪效應(yīng)的影響下這些力趨向影響相對(duì)較冷的煙氣的流動(dòng)，在熱煙霧的情況下，即使是在逆向煙囪效應(yīng)的情況下，浮力仍然可以達(dá)到使煙霧向上流動(dòng)。Buoyancy（浮力）來自于火災(zāi)的高溫度煙霧由于密度的降低有向上的浮力，在防火分區(qū)和它周邊環(huán)境的壓力差可以通過類似方程式1的式子表達(dá)出來。 壓力

9、差 （Pa）當(dāng)時(shí)的外界空氣溫度 （K）當(dāng)時(shí)內(nèi)部通風(fēng)井空氣的溫度（K）中性面高度 （M）系數(shù) （7.64） 由于浮力產(chǎn)生的壓力差可以由圖4-12.4得到（周圍溫度為20攝氏度）,中性面是在防火分區(qū)和周圍壞境之間與流體靜壓之間相等的一個(gè)面，對(duì)于一個(gè)帶有防火分區(qū)溫度的火災(zāi)，在中性面之上1.52米之上的壓差為13帕，F(xiàn)ang在一系列大規(guī)模的火災(zāi)測(cè)試中已經(jīng)研究了由于屋內(nèi)火災(zāi)引起的壓差，在這些測(cè)試當(dāng)中，在燃燒的房間的天花板上達(dá)到的最高壓差為16帕。很多更大的壓差對(duì)于從中性面的距離更大的防火分區(qū)是可能的，如果防火分區(qū)的溫度是700攝氏度，在中性面之上的壓差是88帕，這已經(jīng)總計(jì)可以達(dá)到極大的火災(zāi)，通過它產(chǎn)生的

10、壓力已經(jīng)超過了煙控的能力，然而，這個(gè)例子在這里講是為了權(quán)勢(shì)方程式2的使用范圍。在有著泄露路徑的建筑物的著火房間的天花板，由于浮力產(chǎn)生的壓力引起了煙霧朝著火樓層以上的樓層移動(dòng)，另外，這些壓力致使煙霧通過墻壁和防火分區(qū)的門的任何一條泄露途徑傳播，由于熱量的轉(zhuǎn)移和降低，它的溫度得到了降低，因此，浮力的現(xiàn)象隨著離火災(zāi)的距離而減少。Wind 風(fēng)力在很多情況中，在建筑物內(nèi)風(fēng)力對(duì)煙霧的移動(dòng)有著明顯的影響，風(fēng)力在表面所施加的壓力可以表達(dá)為：Cw代表無窮小量壓力系數(shù)Po代表外部空氣密度V代表風(fēng)速對(duì)于空氣密度是，這個(gè)關(guān)系就變成了：Pw代表風(fēng)的壓力，單位是V代表風(fēng)的速度，單位是mph(m/s)Kw代表常數(shù)壓力系數(shù)，

11、 Cw在-0.8到0.8范圍內(nèi)，在迎風(fēng)側(cè)墻得到的是正數(shù)，在下風(fēng)側(cè)墻得到的就是負(fù)數(shù)。壓力系數(shù)依賴于建筑的幾何圖形，也在前面上有局部性的不同。一般來說，風(fēng)速離地面最近的邊界層起，隨著高度的增加而增加。關(guān)于風(fēng)速的不同和壓力系數(shù)的具體信息因?yàn)楹枚嘁蛩氐挠绊懚煌?。關(guān)于風(fēng)速數(shù)據(jù)的特定信息，已經(jīng)被Shaw和Tamura表達(dá)出來了。 壓力系數(shù)是0。8，那么的風(fēng)速就會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓力。在所有的窗和門都關(guān)閉的密閉機(jī)構(gòu)里，風(fēng)速對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)的影響是很輕微的。然而，在所有的門窗都開放的松散的空間里，風(fēng)速的作用就顯得很重要了。通常，造成的氣流是很復(fù)雜的，為了現(xiàn)實(shí)的目的，我們通常要電腦分析一下。通常在著火的情況下，在著火的

12、隔間的玻璃會(huì)破碎掉。如果窗戶在建筑的下風(fēng)側(cè)，由風(fēng)力產(chǎn)生的負(fù)壓力就會(huì)把隔間火勢(shì)產(chǎn)生的煙霧排放出去。這樣可以很大程度上減少煙霧在整棟大樓的運(yùn)動(dòng)。然而，如果破碎的玻璃在迎風(fēng)側(cè)，風(fēng)的力量會(huì)使煙霧籠罩整個(gè)著火層，甚至是所有樓層。這不僅威脅到了大樓居住者的安全還阻礙了火勢(shì)救援行動(dòng)。在這類型情況下，由風(fēng)產(chǎn)生的壓力是相對(duì)很大的，很容易控制整棟大樓的空氣運(yùn)動(dòng)。在煙霧控制概念出現(xiàn)之前，當(dāng)火勢(shì)被發(fā)現(xiàn)，HVAC系統(tǒng)就關(guān)閉。HVAC系統(tǒng)通常是在著火的大樓中運(yùn)送煙霧的。在著火初期，HVAC系統(tǒng)可以提供火勢(shì)偵查幫助。當(dāng)火勢(shì)出現(xiàn)在大樓無人居住的位置，HVAC系統(tǒng)就會(huì)把煙霧帶到人們可以聞得到的地方，從而意識(shí)到著火了。然而，在著

13、火的過程中，HVAC系統(tǒng)會(huì)把煙霧帶到每一個(gè)他需要服務(wù)的區(qū)域，因此也威脅到了這些區(qū)域的人身安全。HVAC同時(shí)也提供空氣到著火空間，這樣會(huì)幫助燃燒。這就是為什么當(dāng)發(fā)現(xiàn)火勢(shì)后，HVAC會(huì)傳統(tǒng)性的關(guān)閉的原因。雖然關(guān)閉了HVAC系統(tǒng)會(huì)阻止它向火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)提供空氣，但是他并不能阻止煙霧通過通風(fēng)管道，通風(fēng)豎管，以及其他因?yàn)闊焽栊?yīng)，浮力和風(fēng)力被打開的區(qū)域來運(yùn)動(dòng)?！盁熿F管理”這個(gè)術(shù)語這這一張中有用到，包括所有可以單獨(dú)使用或者聯(lián)合使用來減輕煙霧運(yùn)動(dòng)方法，從而保護(hù)居住著和消防員的安全以及減少財(cái)產(chǎn)損失。屏障，排煙口，排演豎井的使用都是煙霧管理的傳統(tǒng)方法。屏障在限制煙霧運(yùn)動(dòng)過程中的有效性依賴于屏障中的泄漏路線以及通過屏障

14、的壓力差。泄漏路線就是，地面或者墻面裝著管道的洞，地面和墻面之間的裂縫，在門或者一些可能的泄漏路徑的一些裂縫。通過屏障產(chǎn)生的壓力差是受到煙囪效應(yīng)，浮力和風(fēng)力以及HVAC系統(tǒng)的影響的。排煙口和排煙豎井的有效性是依賴于和火勢(shì)的接近程度，煙霧的浮力以及其他推動(dòng)力的作用。而且，當(dāng)火勢(shì)因?yàn)閲姙⑵鞫鋮s下來，排煙口和排煙豎井的效用就大大降低了。大樓中的升降機(jī)井就是被當(dāng)作排煙豎井來用的。不幸的是，這樣阻止了他們對(duì)于火災(zāi)撤離的作用，這種豎井也通常把煙霧帶到離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)很遠(yuǎn)的地方。特別設(shè)計(jì)的排煙豎井，在樓層中幾乎沒有泄漏途徑除了在著火的樓層?？梢杂脕碜柚古艧熦Q井把煙霧分散到?jīng)]有著火的樓層。煙霧控制的規(guī)則在傳統(tǒng)的煙

15、霧管理中通過屏障（墻，地板，門等）來控制煙霧，再結(jié)合氣流以及由機(jī)械電扇產(chǎn)生的壓力差來控制煙霧。圖4-12。5說明通過屏障的壓力差可以有效的控制煙霧的運(yùn)動(dòng)。在屏障內(nèi)有一個(gè)門，在門的高壓測(cè)可以成為避難所或者逃離口。低壓側(cè)則暴露在火勢(shì)的煙霧中。通過門周圍的裂縫或者通過其他建筑裂縫的氣流可以阻止煙霧滲透到高壓部分。當(dāng)屏障的門被打開，氣流通過這扇門。如果氣流速率很低，那么煙霧就能對(duì)抗住氣流通到避難區(qū)域或者逃離區(qū)域。路徑就如圖4-12.6所示那樣。就像在圖4-12.7所示的那樣，如果空氣流通的速率足夠高，這種煙霧回流是可以阻止的。速率的大小是否對(duì)于阻止回流是重要的，取決于火勢(shì)能量的釋放效率，這個(gè)已經(jīng)在這章

16、關(guān)于氣流的部分討論過了。煙霧控制的兩個(gè)基本準(zhǔn)則如下：1：如果平均空氣流通速率足夠高，那么，空氣流動(dòng)本身是可以控制煙霧的運(yùn)動(dòng)的。2：越過障礙物會(huì)產(chǎn)生不同的氣壓，也有效的控制了煙霧的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樵竭^障礙物而產(chǎn)生了不同的氣壓，從而控制煙霧，這種方法經(jīng)常指的是壓力輸送。壓力運(yùn)輸導(dǎo)致的是空氣在小勾里流動(dòng)，關(guān)閉的門周圍或者是建筑物的裂縫里，從而來阻止煙霧通過一些開口處回流。因此，從嚴(yán)格的物理意義上來說，第二條理論其實(shí)是第一條理論的一個(gè)特例。然而，把這兩條規(guī)則分開來認(rèn)識(shí)是有助于我們進(jìn)行煙霧控制的設(shè)計(jì)的。如果一個(gè)障礙物有一個(gè)或者更多大的開口，在設(shè)計(jì)和可接受性測(cè)試中，空氣速率都是一個(gè)需要考慮的物理量。然而，如果只

17、有一些裂縫，比如在關(guān)閉的門的周圍，速率的決定性是很難說的，把它涵蓋到設(shè)計(jì)中去是沒有實(shí)質(zhì)性的作用的。在這種情況下，應(yīng)該用到的物理量是氣壓的不同。所以，分開來認(rèn)識(shí)這兩條規(guī)則有助于我們知道在開放的或是關(guān)閉的門的情況下該恰當(dāng)?shù)目紤]哪個(gè)物理量。因?yàn)闊熿F控住主要依賴由風(fēng)扇產(chǎn)生的空氣速率和氣壓的不同，所以，對(duì)比傳統(tǒng)的煙霧管理方法有一下三點(diǎn)好處：1：空氣控制比較少依賴于密閉的障礙物。所以在設(shè)計(jì)中通過障礙設(shè)計(jì)一些流通途徑是被允許的。2：煙囪效應(yīng)，浮力和風(fēng)都沒有被動(dòng)的煙霧操縱更能影響煙霧控制。在煙霧控制的手段下，這些移動(dòng)的力量使煙霧運(yùn)動(dòng)到允許泄漏的路線范圍。然而，煙霧控制系統(tǒng)的不同氣壓和空氣流動(dòng)會(huì)對(duì)抗這些流動(dòng)的力

18、量。煙霧控制的設(shè)計(jì)，通過對(duì)氣流的使用，可以阻止煙霧通過障礙物的開放口流動(dòng)。障礙物的門在撤離中是開的，或者有些時(shí)候不小心給開了，又或者是被火勢(shì)撐開的，如果沒有控制煙霧，煙霧通過這些門流通是很正常的。煙霧控制系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)一條路線讓煙霧流動(dòng)到外部去。這樣的路徑可以去緩解因?yàn)榛饎?shì)的熱量引起的氣體膨脹。煙霧控制的設(shè)計(jì)者必須注意，在起火的空間里稀釋煙霧并不是煙霧控制的成功的方法。例如，煙霧的運(yùn)動(dòng)不能僅僅因?yàn)樵诨馂?zāi)空間簡(jiǎn)單的提供和消耗大量的空氣而受到控制。這種提供和消耗大量空氣的方法其實(shí)是換氣。因?yàn)樵诨馂?zāi)中產(chǎn)生了大量的煙霧，換氣并不能保證在著火的空間里可以呼吸。而且，換氣本身不能控制煙霧的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗荒芴?/p>

19、供需要的戶外氣流，以及越過障礙物的不同氣壓。然而，因?yàn)闊熿F障礙而從火災(zāi)區(qū)域分離出來的區(qū)域，換氣就可以有效的限制煙霧的量。理論上，氣流可以用來阻止煙霧通過任何空間的運(yùn)動(dòng)。然而，在開放口和通道這兩個(gè)地方中，空氣的速率通常被用來控制煙霧的運(yùn)動(dòng)。湯瑪斯發(fā)現(xiàn)了這個(gè)決定性的空氣速率對(duì)于阻止煙霧在通道中回流的關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)型公式、V代表阻止空氣回流的具有決定性作用的空氣速率E代表通道中的能量釋放速率W代表通道的寬P代表逆流而上的空氣密度C代表底層氣體的熱度T代表底層混合的空氣和煙霧氣的完全溫度K代表單據(jù)1的常量G代表萬有引力常量底層氣流的屬性可以有效的在距離火災(zāi)區(qū)域很遠(yuǎn)的地方有效的提取，因?yàn)橥ㄟ^橫截面的底層氣流屬性是保持一致的。決定性的氣流速率可以這樣計(jì)算: 代表阻止煙霧回流的空氣速率。單位ftm(m.s)E代表通道中能量釋放的速率。單位Btu/hr（W）W代表通道的寬度。單位fr(m)代表系數(shù)5.68（0，0292）當(dāng)火勢(shì)位于通道或者煙霧通過開放的門，格柵風(fēng)口或者其他開放口進(jìn)入到通道時(shí)可以使用這個(gè)公式。通過以上公式計(jì)算出來的速率是粗略估計(jì)的，因?yàn)槭褂玫腒也是一個(gè)粗略估計(jì)的值。然而，從這個(gè)公式算出來的速率可以象征性的計(jì)算出阻止不同大小的火勢(shì)的煙霧回流所需要的空氣速率類型。方程式4可以從圖4-12.8中算出來。例如，能量釋放