一級消防工程師綜合能力考點(diǎn):煙氣流動的驅(qū)動作用
煙氣流動的驅(qū)動作用
為了減少煙氣的危害,應(yīng)當(dāng)了解建筑煙氣流動的各種驅(qū)動作用,以便對火勢發(fā)展做出正確的判斷,在建筑設(shè)計中做好煙氣控制系統(tǒng)的設(shè)計。
(一)煙囪效應(yīng)
當(dāng)外界溫度較低時,在諸如樓梯井、電梯井、垃圾井、機(jī)械管道、郵件滑運(yùn)槽等建筑物中的豎井內(nèi),與外界空氣相比,由于溫度較高而使內(nèi)部空氣的密度比外界小,便產(chǎn)生了使氣體向上運(yùn)動的浮力,導(dǎo)致氣體自然向上運(yùn)動,這一現(xiàn)象就是煙囪效應(yīng)。當(dāng)外界溫度較高時,則在建筑物中的豎井內(nèi)存在向下的空氣流動,這也是煙囪效應(yīng),可稱之為逆向煙囪效應(yīng)。
上式中, 為壓差(Pa); 為修正系數(shù),取3460(Pa?K/m); 為外界空氣溫度(K); 為豎井內(nèi)空氣溫度(K); 為距中性面的距離(m)。此處的中性面指內(nèi)外靜壓相等的建筑橫截面,高于中性面為正,低于中性面為負(fù)。
在考慮煙囪效應(yīng)時,如果建筑與外界之間空氣交換的通道沿高度分布較為均勻,則中性面位于建筑物高度的一半附近;否則,中性面的位置將有較大偏離。
煙囪效應(yīng)是建筑火災(zāi)中豎向煙氣流動的主要因素,煙氣蔓延在一定程度上依賴于煙囪效應(yīng),在正向煙囪效應(yīng)的影響下,空氣流動能夠促使煙氣從火區(qū)上升很大高度。如果火災(zāi)發(fā)生在中性面以下區(qū)域,則煙氣與建筑內(nèi)部空氣一道竄入豎井并迅速上升,由于煙氣溫度較高,其浮力大大強(qiáng)化了上升流動,一旦超過中性面,煙氣將竄出豎井進(jìn)入樓道。若相對于這一過程,樓層間的煙氣蔓延可以忽略,則除起火樓層外,在中性面以下的所有樓層中相對無煙,直到著火區(qū)的發(fā)煙量超過煙囪效應(yīng)流動所能排放的煙量。
如果火災(zāi)發(fā)生在中性面以上的樓層,則煙氣將由建筑內(nèi)的空氣氣流攜帶從建筑外表的開口流出。若樓層之間的煙氣蔓延可以忽略,則除著火樓層以外的其它樓層均保持相對無煙,直到火區(qū)的煙生成量超過煙囪效應(yīng)流動所能排放的煙量。若樓層之間的煙氣蔓延非常嚴(yán)重,則煙氣會從著火樓層向上蔓延。
逆向煙囪效應(yīng)對冷卻后的煙氣蔓延的影響與正向煙囪效應(yīng)相反,但在煙氣未完全冷卻時,其浮力還會很大,以至于甚至在理想煙囪效應(yīng)的條件下煙氣仍向上運(yùn)動。
(二)浮力作用
著火區(qū)產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥捎谄涿芏冉档投哂懈×?,著火房間與環(huán)境之間的壓差可用與公式(5-4-11)類似的形式來表示。
Fung進(jìn)行了一系列的全尺寸室內(nèi)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)測定壓力的變化,試驗(yàn)結(jié)果指出對于高度約3.5m的著火房間,其頂部壁面內(nèi)外的最大壓差為16Pa。對于高度較大的著火房間,由于中性面以上的高度h較大,可能產(chǎn)生很大的壓差。如果著火房間溫度為700℃,則中性面以上10.7m高度上的壓差約為88Pa,這對應(yīng)于強(qiáng)度很高的火,所形成的壓力已超出了目前的煙氣控制水平。圖5-4-3給出了由煙氣浮力所引起的壓差曲線。
若著火房間頂棚上有開口,則浮力作用產(chǎn)生的壓力會使煙氣經(jīng)此開口向上面的樓層蔓延。同時浮力作用產(chǎn)生的壓力還會使煙氣從墻壁上的任何開口及縫隙、或是門縫中泄露。當(dāng)煙氣離開火區(qū)后,由于熱損失及與冷空氣摻混,其溫度會有所降低,因而,浮力的作用及其影響會隨著與火區(qū)之間距離的增大而逐漸減小。
(三)氣體熱膨脹作用
燃料燃燒釋放的熱量會使氣體明顯膨脹并引起氣體運(yùn)動。若考慮著火房間只有一個墻壁開口與建筑物其它部分相連,則在火災(zāi)過程中,建筑內(nèi)部的空氣會從開口下半部流入該著火房間,而熱煙氣也會經(jīng)開口的上半部從著火房間流出。因燃料熱解、燃燒過程所增加的質(zhì)量與流入的空氣相比很小,可將其忽略,則著火房間流入與流出的體積流量之比可簡單地表示為溫度之比。
若建筑內(nèi)部空氣溫度為20℃,當(dāng)空氣溫度達(dá)到600℃時,其體積約膨脹到原來的三倍。對有多個門或窗敞開的著火房間,由于流動面積較大,因氣體膨脹在開口處引起的壓差較小而可以忽略,但對于密閉性較好或開口很小的著火房間,如燃燒能夠持續(xù)較長時間,則因氣體膨脹作用產(chǎn)生的壓差將非常重要。
(四)外部風(fēng)向作用
在許多情況下,外部風(fēng)可在建筑的周圍產(chǎn)生壓力分布,這種壓力分布可能對建筑物內(nèi)的煙氣運(yùn)動及其蔓延產(chǎn)生明顯影響。一般,風(fēng)朝著建筑物吹過來會在建筑物的迎風(fēng)側(cè)產(chǎn)生較高的滯止壓力,這可增加建筑物內(nèi)的煙氣向下風(fēng)方向流動。
式中: 為風(fēng)作用于建筑物表面的壓力(Pa), 為無量綱壓力系數(shù), 為環(huán)境空氣密度(kg/m3), 為風(fēng)速(m/s)。
編輯推薦:
最新資訊
- 2025年一消技術(shù)實(shí)務(wù)基礎(chǔ)知識:安全出口設(shè)置的數(shù)量要求2024-11-29
- 2025年一消綜合能力基礎(chǔ)知識:巡查頻次與維護(hù)檢查介紹2024-11-29
- 2025年一級注冊消防工程師基礎(chǔ)知識:其他防火分隔要求2024-11-28
- 2025年一級消防工程師基礎(chǔ)知識:防火分區(qū)建筑面積2024-11-28
- 2025年一級消防工程師實(shí)務(wù)基礎(chǔ)知識:自動噴水滅火系統(tǒng)選型2024-11-27
- 2025年一級注冊消防工程師基礎(chǔ)知識:疏散走道2024-11-26
- 2025年一級消防工程師備考四大重要消防規(guī)范2024-11-26
- 2024年一級消防工程師考前必看40個消防基礎(chǔ)考點(diǎn)2024-10-16
- 24年一級消防工程師《綜合能力》高頻考點(diǎn):通用要求2024-09-24
- 一級消防工程師歷年真題考點(diǎn):電氣防爆2024-09-24