某大型物流倉庫的自然通風(fēng)排煙設(shè)計(jì)

1、某大型物流倉庫的自然排煙設(shè)計(jì)王彬深圳奧意建筑工程設(shè)計(jì)摘 要： 本文以某大型物流倉庫工程為設(shè)計(jì)實(shí)例，對大型倉庫采用自然排煙的設(shè)計(jì)進(jìn)展了詳細(xì)的分析和論證，結(jié)果顯示大型倉庫中合理設(shè)計(jì)自然排煙口的位置和大小能夠很好的滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排煙要求，為以后倉庫的自然排煙設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞： 大型倉庫 自然排煙 防排煙Numerical simulation on pressurization air suuply ofanti-smoking staircase WANG Bing ShenZhen A+E Design Co.,LtdAbstract： In this paper，the anti-smo

2、king staircase of a building and its former smoke room as a calculation example， pressurization air suuply of anti-smoking staircase was simulated，the results show that staircase pressurization air supply of uniformity is not so important，the air flow of “Code for fire protection design of tall buil

3、dings to meet the anti-smoking staircase of a building and its former smoke room of the positive pressure requirements， as well as the selection pressure to provide the basis for fans.Keywords：the anti-smoking staircase，pressurization air suuply，numerical simulation1 工程概況某大型物流倉庫工程位于深圳市，分三期建立，一期為已建成的

4、為A倉圖1中左上側(cè)，二期那么是本次設(shè)計(jì)的B倉圖1中左下側(cè)。B倉由相鄰的B1和B2棟建筑組成，總建筑面積為147716.71m2，地上共3層，總高22.70m，屬于丙類倉庫。圖1 某物流倉庫效果圖2 防排煙設(shè)計(jì)要求2.1標(biāo)準(zhǔn)要求 本建筑屬于倉庫廠房建筑，防排煙設(shè)計(jì)需按照?建筑設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)?1GB50016-2006以下簡稱?建規(guī)?進(jìn)展。其中9.1.3條第2點(diǎn)規(guī)定：占地面積大于1000 m2的丙類倉庫應(yīng)設(shè)置排煙設(shè)施。根據(jù)此要求，本次設(shè)計(jì)的B倉需進(jìn)展排煙。2.2 業(yè)主要求 該工程的一期A倉是在06年新版?建規(guī)?公布前設(shè)計(jì)施工的，之前的?建規(guī)?對丙類倉庫的防排煙沒有具體要求，所以A倉在設(shè)計(jì)施工時并沒有

5、設(shè)置防排煙設(shè)施。這是導(dǎo)致業(yè)主要求B倉在設(shè)計(jì)施工時不采用常規(guī)的機(jī)械排煙方式的主要原因，另外還有一個也很重要原因是：如果B倉采用機(jī)械排煙方式，將無形中增加建筑層高，而機(jī)械排煙系統(tǒng)本身的造價較高，綜上等等，采用自然排煙是不二之選。3 設(shè)計(jì)方案 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的防排煙設(shè)計(jì)要求，綜合考慮業(yè)主的設(shè)計(jì)施工要求，最終確定對本倉庫采用自然排煙的方式。自然排煙的設(shè)置需滿足?建規(guī)?中9.2.2條第4點(diǎn)：“其他場所，自然排煙口的凈面積宜取該場所建筑面積的2%5%和9.2.4：“作為自然排煙的窗口宜設(shè)置在房間的外墻上方或屋頂上，并應(yīng)有方便開啟的裝置。自然排煙口距該防煙分區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)的水平距離不應(yīng)超過30m。 針對以上自然排煙

6、的設(shè)計(jì)要求，我們對B倉的建筑布置進(jìn)展了仔細(xì)分析。對于自然排煙口距防煙分區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)的水平距離不應(yīng)超過30m的要求，將倉庫內(nèi)的每個防火分區(qū)分為兩個區(qū)域：離外墻水平距離不超30m的區(qū)域，如圖2、圖3中的A區(qū)域。離外墻水平距離超過30m的區(qū)域，如圖2、圖3中的B區(qū)域。圖2 B1棟一層平面示意圖圖2 B2棟一層平面示意圖對于A區(qū)域，可以在外墻開的高側(cè)窗實(shí)現(xiàn)滿足自然排煙要求；對于B區(qū)域，離可開啟外窗的距離大于30m，采用外窗自然排煙肯定是不可行的，通過比擬分析，筆者認(rèn)為在該區(qū)域設(shè)立自然排煙井直通屋頂排出是可行的，相對于設(shè)在外墻上的外窗自然排煙口，自然排煙井上開設(shè)的排煙口具有優(yōu)勢，因?yàn)閷τ谕瑯拥拈_口面積，自然

7、排煙井存在煙囪效應(yīng)，其排煙口的內(nèi)外壓差比外窗排煙時窗內(nèi)外的壓差大，這就會使采用自然排煙井的排煙效果好于外墻排煙窗(下面的理論計(jì)算也證明了這一點(diǎn))。為順利實(shí)現(xiàn)自然排煙并且滿足標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求，首先，必須確保自然排煙井上的開口面積滿足不低于所負(fù)擔(dān)排煙區(qū)域面積2%的要求，另外所開設(shè)排煙口到B區(qū)域最遠(yuǎn)距離不超過30m。具體布置位置見圖2中所示。B棟倉庫是多層倉庫，每層獨(dú)立的倉庫都存在離外墻水平距離超過30m的B區(qū)域，對于1、2、3層的自然排煙井和排煙口設(shè)置有以下兩種方式：11、2、3層的自然排煙口共接一個排煙井到屋頂，為保證各層的防火分區(qū)相對防火獨(dú)立，自然排煙口必須設(shè)置排煙閥，必須配置消防聯(lián)動。21、2、

8、3層的自然排煙口分別通過相互獨(dú)立的排煙井到屋頂，每層的自然排煙各自獨(dú)立，互不影響，也不需設(shè)置排煙閥，自然排煙口采用普通百葉即可。通過比擬分析，由于自然排煙口的面積必須不低于其負(fù)擔(dān)排煙區(qū)域面積的2%，從而使自然排煙口的面積較大，每個防火分區(qū)的自然排煙口面積都到達(dá)了8到16個平方，在如此大的風(fēng)口上設(shè)置排煙閥有一定難度，且設(shè)置消防聯(lián)動也存在一定的平安隱患，并且增加了建立本錢。最終決定采用第二種方式，設(shè)置簡單，各防火分區(qū)排煙獨(dú)立，互不影響，沒有消防聯(lián)動，平安可靠。4 計(jì)算論證為了證明以上的自然排煙方式可以取得令人信服的排煙效果，筆者對此進(jìn)展了理論計(jì)算。具體計(jì)算論證過程如下：4.1計(jì)算模型以一層的某個排

9、煙井作為計(jì)算模型，簡化如圖4所示。圖4 排煙豎井示意圖4.2計(jì)算條件排煙井截面尺寸：長寬ab2.2m1.9m，當(dāng)量直徑，排煙井出口高度H2=27m，出風(fēng)百葉面積S2=6.4m2；排煙井進(jìn)口高度H1=4m，進(jìn)風(fēng)百葉面積S1=15.6m2。此自然排煙口負(fù)擔(dān)的排煙區(qū)域面積為S=550m2。煙氣密度是絕對溫度的函數(shù)：=353/T假設(shè)排煙時煙氣溫度280度，室內(nèi)原始空氣溫度為20度。 空氣密度：，煙氣密度，進(jìn)口與出口高度差4.3計(jì)算目標(biāo)根據(jù)排煙井深度，高度，排煙進(jìn)出口的面積以及空氣和煙氣的溫度，密度等參數(shù)，推算出排煙井在室內(nèi)有煙氣產(chǎn)生時可到達(dá)的排煙量,從而判斷排煙井能否到達(dá)預(yù)想的排煙效果。計(jì)算過程：根據(jù)

10、流體的伯努利方程對排煙井的進(jìn)出口流態(tài)可以列出以下計(jì)算式： 1 2排煙井頂部開口處壓差 3排煙井底部進(jìn)口處壓差 4將式124代入3得 5進(jìn)風(fēng)口風(fēng)量 6 出風(fēng)口風(fēng)量 7 8進(jìn)風(fēng)口阻力損失 9出風(fēng)口阻力損失 10查設(shè)計(jì)手冊2有以下數(shù)據(jù)：普通單層百葉有效面積比 防雨百葉有效面積比普通單層百葉局部阻力系數(shù)防雨百葉局部阻力系數(shù) 由610代入數(shù)據(jù)得到： 11分析式610要計(jì)算得到排煙井里的排煙量，只需計(jì)算出或，分析式11和5，和都是未知的，對于此，筆者采用試算法，先假設(shè)煙氣在排煙井中的風(fēng)速，根據(jù)假設(shè)的風(fēng)速算出，代入式5中得出，再根據(jù)反算出煙氣在排煙井中的風(fēng)速，將此與先前假設(shè)的煙氣風(fēng)速比擬，如果比假設(shè)風(fēng)速低，

11、那么調(diào)低假設(shè)風(fēng)速重新試算，如果比假設(shè)風(fēng)速高，那么調(diào)高假設(shè)風(fēng)速重新試算，直到兩者根本相等。第一次試算先假設(shè)煙井里煙氣速度到達(dá)6m/s， 根據(jù)設(shè)計(jì)手冊查的：， 其中局部阻力系數(shù) 將11代入5并代入數(shù)據(jù)得： 靜壓 Pa 靜壓差 Pa 煙氣在煙井流動產(chǎn)生的阻力 Pa 流量 m3/h F 風(fēng)口凈面積 m2 局部阻力系數(shù) 當(dāng)量絕對粗糙度 mm 比摩阻 Pa/m 流速 m/s 風(fēng)口有效面積比根據(jù)上述數(shù)據(jù)反算回排煙井風(fēng)速，根據(jù)先前設(shè)定的試算原那么，調(diào)低假設(shè)煙氣風(fēng)速，按上述的計(jì)算過程進(jìn)展重新試算，經(jīng)過幾輪試算，最終得出排煙風(fēng)速為4.4m/s，此時的排煙井風(fēng)量為66211m3/h，其排煙負(fù)擔(dān)區(qū)域每平米的自然排煙量

12、可到達(dá)120m3/h，?建筑設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)?-GB50016-20061中9.4.5條中規(guī)定機(jī)械排煙系統(tǒng)的最小排煙量為每平米60 m3/h，由此可以判斷采用本設(shè)計(jì)方案的自然排煙井可以取得與機(jī)械排煙相提并論的排煙效果。自然排煙井的排煙效果完全取決于排煙井的煙囪效應(yīng)，排煙井高度越高，煙囪效應(yīng)就會越強(qiáng)，排煙效果自然就會越好，所以對于分布于1、2、3層的排煙井來說，1、2、3層的自然排煙效果依次降低。采用上面的計(jì)算方法，筆者對排煙效果相對最差的三樓自然排煙井也做了計(jì)算，計(jì)算情況如下：排煙井截面尺寸：axb=2.9x1.4m，當(dāng)量直徑排煙井出口高度H1=27m，出風(fēng)百葉面積S1=3.84m2；排煙井進(jìn)口高

13、度H2=19.7m，進(jìn)風(fēng)百葉面積S2=10.24m2。此自然排煙口負(fù)擔(dān)的排煙區(qū)域面積為S=490m2。計(jì)算得出自然排煙井排煙風(fēng)速為2.6m/s，排煙風(fēng)量為38001m3/h，其排煙負(fù)擔(dān)區(qū)域每平米的排煙量為77.6 m3/h。6 結(jié)論 通過以上的計(jì)算論證，對于大型倉庫的防排煙設(shè)計(jì)，采用合理的自然排煙方式，不僅可以降低建立本錢，減少消防聯(lián)動隱患，最重要的是可以獲得令人滿意的排煙效果。參考文獻(xiàn)中華人民共和國公安部：?建筑設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)?GB50016-2006， 2006年12月.陸耀慶等：?實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊?第二版，中國建筑工業(yè)出版社，2007年.防煙樓梯間加壓送風(fēng)的數(shù)值模擬收稿日期：作者簡介：

14、榮慶興(1977)，男，工學(xué)碩士，注冊設(shè)備工程師，深圳市華發(fā)北路30號深圳奧意建筑工程設(shè)計(jì)518031，Email: rongqingxing163 榮慶興 王彬 代焱 程志遠(yuǎn) (深圳奧意建筑工程設(shè)計(jì))摘 要：本文以某大樓防煙樓梯間及其前室作為計(jì)算實(shí)例，對防煙樓梯間的加壓送風(fēng)進(jìn)展了數(shù)值模擬，結(jié)果顯示樓梯間加壓送風(fēng)的均勻性不那么重要，?高層民用建筑設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)?的送風(fēng)量能夠滿足樓梯間和前室的正壓要求，同時為加壓送風(fēng)機(jī)的選型提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：防煙樓梯間 加壓送風(fēng) 數(shù)值模擬Numerical simulation on pressurization air suuply ofanti-smoking

15、 staircaseRong Qingxing , Wang Bing,Dai Yan ,Cheng Zhiyuan(ShenZhen A+E Design Co.,Ltd)Abstract： In this paper，the anti-smoking staircase of a building and its former smoke room as a calculation example， pressurization air suuply of anti-smoking staircase was simulated，the results show that staircas

16、e pressurization air supply of uniformity is not so important，the air flow of “Code for fire protection design of tall buildings to meet the anti-smoking staircase of a building and its former smoke room of the positive pressure requirements， as well as the selection pressure to provide the basis fo

17、r fans.Keywords：the anti-smoking staircase，pressurization air suuply，numerical simulation0 引言科學(xué)合理的建筑設(shè)計(jì)不僅要表達(dá)先進(jìn)科技和時代特色，還應(yīng)注重以人為本，并以較低的本錢創(chuàng)造出安康、節(jié)能、環(huán)保、平安的居住環(huán)境來滿足人們的身心需求。在建筑設(shè)計(jì)階段，采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)無法到達(dá)這種多方面的需求，隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的日益開展，在方案設(shè)計(jì)階段，我們可以通過CFD模擬技術(shù)，來預(yù)測建筑物建成后的各種物理環(huán)境狀態(tài)，為評價各種設(shè)計(jì)方案提供必要的量化支持，以便在規(guī)劃方案階段不斷進(jìn)展調(diào)整和修正，從而到達(dá)理想的效果。CF

18、D可對建筑內(nèi)外空間的風(fēng)環(huán)境進(jìn)展模擬，可以在建筑整體的規(guī)劃階段，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員得出有利于組織自然通風(fēng)的建筑布局方式；并為建筑內(nèi)部的門洞、外窗等給出有利于利用自然通風(fēng)降低空調(diào)能耗的布置方案；另外通過建筑室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的CFD模擬，可以對室內(nèi)空調(diào)氣流組織的布局進(jìn)展優(yōu)化，有利于在耗能一樣甚至更低的情況下，在滿足設(shè)計(jì)要求的同時，獲得更好的室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)13。本文將采用CFD對防煙樓梯間及其前室的加壓送風(fēng)情況進(jìn)展模擬計(jì)算分析。1 計(jì)算模型本模擬采用RNG 45模型，以某大樓5469層的防煙樓梯間及其前室作為模擬計(jì)算對象，模型的外部尺寸為10.7m2.1m60m。建立模型如圖1，十六層樓梯間共六個加壓送風(fēng)口，前室

19、設(shè)加壓送風(fēng)口，對于樓梯間和前室的門，其門縫形狀實(shí)為條縫型，如果按真實(shí)情形建模，那么網(wǎng)格數(shù)量會較大，不利于有效計(jì)算，且不易收斂，為此門縫采用與其面積相等且長寬相差不大的矩形替代。2 計(jì)算條件模擬計(jì)算按?高層民用建筑設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)?6(以下簡稱?高規(guī)?)分兩種情況考慮，一種為疏散通道門關(guān)閉時，所保持的樓梯間及其前室的正壓值，根本要求為：樓梯間50Pa，前室25Pa1，一種為疏散通道門開啟時，保持門洞一定的風(fēng)速，標(biāo)準(zhǔn)推薦0.71.2m/s。圖1防煙樓梯間及其前室?guī)缀文Ｐ? 模擬結(jié)果3.1火災(zāi)時前室和樓梯間的疏散門關(guān)閉著火時前室考慮開啟著火層及其上層和下層共三層的加壓送風(fēng)口，對以上模型進(jìn)展數(shù)值模擬得出樓

20、梯間的速度和壓力分布如圖2和圖3，各出風(fēng)口靜壓見表1，樓梯間及前室的加 壓送風(fēng)量如表2。 圖2 進(jìn)口全壓100Pa時樓梯間及其前室速度和壓力分布 圖3 進(jìn)口全壓200Pa時樓梯間及其前室速度和壓力分布表1 各出風(fēng)口靜壓出風(fēng)口靜壓 Pa123456最大差異率進(jìn)口全壓100Pa68.4167.9467.5067.1269.6169.843.9進(jìn)口全壓200Pa135.63136.95137.74139.59144.26145.857.0表2 樓梯間及前室加壓送風(fēng)量工程樓梯間加壓送風(fēng)量 m3/h前室加壓送風(fēng)量 m3/h進(jìn)口全壓100Pa9496.83056.4進(jìn)口全壓200Pa13464.01836

21、.33.2火災(zāi)時前室和樓梯間的疏散門開啟樓梯間加壓送風(fēng)機(jī)進(jìn)口全壓200Pa，前室加壓送風(fēng)口全壓50Pa；模擬情形為著火層及其上下兩層的加壓送風(fēng)口均翻開，而疏散門只有著火層及其上層翻開。模型局部如圖4，模擬結(jié)果如圖5和圖6。圖4 防煙樓梯間及其前室局部幾何模型圖5 疏散門中心斷面流速分布 圖6 防煙樓梯間及其前室速度和壓力分布圖表3 各加壓送風(fēng)口靜壓進(jìn)口全壓200Pa123456最大差異率加壓風(fēng)口靜壓Pa18.318.720.825.534.243.858.2加壓風(fēng)口風(fēng)量m3/h2390.42455.22854.83632.44795.25954.459.9表4 樓梯間及前室加壓送風(fēng)量工程樓梯間

22、加壓送風(fēng)量 m3/h前室加壓送風(fēng)量 m3/h進(jìn)口全壓為200Pa22082.414223.6表5 門洞風(fēng)速工程樓梯間門上樓梯間門下前室門上前室門下門洞平均風(fēng)速m/s1.0631.4261.0251.3533結(jié)果分析1、從圖2和圖3中可以看出，對于樓梯間加壓進(jìn)口全為100Pa的情況下，防煙樓梯間的壓力為59Pa左右，而前室的壓力那么為23Pa左右，根本到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)所需的壓力要求，而在進(jìn)口全壓改為200Pa后，防煙樓梯間的壓力明顯升高，到達(dá)120Pa以上，超過100Pa，容易導(dǎo)致疏散時疏散門不易開。在表1 中，兩種情況下，六個加壓送風(fēng)口的靜壓值差異很小，最大差異率分別為3.9和7.0，均低于10，從而

23、保證了每個加壓送風(fēng)口風(fēng)量的均勻性。2、在圖5中可以看出：疏散通道門開啟時，雖然樓梯間加壓風(fēng)口送風(fēng)不均勻，但是能夠保證每個前室微正壓，且疏散門洞風(fēng)速在11.5m/s之間，滿足逃生要求。從圖6及表 3可以看出，越是靠近下部的加壓送風(fēng)口的靜壓越大，風(fēng)量與之成正比，各風(fēng)口之間送風(fēng)量的最大差異率到達(dá)了60左右，主要原因是風(fēng)道內(nèi)初始風(fēng)速過高，且風(fēng)道管井尺寸不變，從而導(dǎo)致越往下，風(fēng)口靜壓值越大。仔細(xì)分析可以知道，對于一個加壓樓梯間來說，送風(fēng)的均勻性并不那么重要，因?yàn)橹鹛由⒉皇且粋€享受舒適性的事情，只要能保證著火層及其上下層的逃生通道在著火后不受煙氣侵?jǐn)_即可，例如本模擬中，雖然加壓口送風(fēng)量不均勻，但門洞風(fēng)速已滿足要求，即可保證人員在逃生過程中不會受到煙氣的干擾，而順利逃生。3、從表2、表4、表5可以看出，采用表4的風(fēng)量比擬接近?高規(guī)?所推薦的風(fēng)量，且門洞風(fēng)速滿足標(biāo)準(zhǔn)要