防烟外文翻译资料

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防烟

1引言

在建筑火灾中，烟雾经常流向远离火灾的地方，威胁着人们的生命和财产安全。楼梯井和电梯经常冒出烟气，从而阻碍人员疏散。目前，烟雾被认为是火灾的主要杀手。

20世纪60年代末，利用增加压力防止楼梯间烟气渗透的想法开始引起关注。接下来是“压力夹层”的概念，也就是说，对着火的地面进行通风或排气，并对周围的地面进行加压。建筑物的通风系统经常用于此目的。防烟一词是专门作为这种利用机械风扇产生的压力来限制火灾中的烟气流动的系统的名字创造出来的。

在澳大利亚、加拿大、英国、法国、日本、美国和西德进行了防烟领域的研究。这项研究包括现场试验、全尺寸火灾试验和计算机模拟。许多的建筑都建造了防烟系统，许多的其他建筑也进行了防烟改造。

在本章中，烟气一词是根据美国测试和材料学会(ASTM)和美国国家消防协会(NFPA)的定义定义的，这两个定义指出，烟雾由空气中的固体和液体微粒以及材料燃烧热解时产生的气体组成。

2烟气流动

防烟系统的设计必须使其不会被引起烟气运动的驱动力所抵消。因此，理解烟气运动和防烟的基本概念是进行智能防烟设计的先决条件。导致烟气流动的主要驱动力有烟囱效应、浮力、膨胀、风以及供暖、通风和空调系统。一般来说，在火灾中，烟气运动是由这些驱动力的共同作用引起的。以下各小节是对每种驱动力的讨论，因为每种驱动力都相对独立，不受其他驱动力的影响。

2.1烟囱效应

当外面很冷的时候，在楼梯井、电梯井、食梯井、升降机井、机械井或邮件滑槽等建筑竖井内，空气通常会向上流动。这种现象被称为正烟囱效应。建筑中的空气有浮力，因为它比外面的空气更暖和，密度也更小。这种浮力使空气在建筑物的竖井中上升。对于外部温度较低和竖井较高的情况，正烟囱效应的作用更大。除此之外，正烟囱效应可以存在于只有一层的建筑中。

当室外空气比建筑空气更热时，竖井中经常存在向下的气流。这种向下的气流称为反烟囱效应。在标准大气压下，无论是由于正烟囱效应或者反烟囱效应引起的压差都表示为

其中，

对于一个200 ft (60 m)高的建筑，中间高度为中性平面，外部温度为0℉(-18℃)内部温度为70℉(21℃)，由于烟囱效应产生的最大压差为0.22 in.H₂O (55 Pa)。这意味着在建筑物的顶部，竖井的压力为0.22 in.H₂O (55 Pa)大于外部压力。在竖井底部，竖井的压力为0.22 in.H₂O (55 Pa)小于外界压力。图4-12.1是建筑竖井与外界的压差图。在图中，正压差表示轴压高于外界压力，负压差表示相反。

烟囱效应通常被认为存在于建筑内部和外部大气之间。图4-12.2说明了正反烟囱效应引起的建筑物内的烟气流动。在这种情况下，式(1)中表示的压差实际上是指竖井和建筑物外部之间的压差。

图4-12.3可用于确定由于烟囱效应造成的压差。对于正烟囱效应，P/h为正，中性面上方压差为正，下方压差为负。对于反向叠加效应， P/h为负，中性面上方压差为负，下方压差为正。

图4-12.1 由于正烟囱效应，内部轴和外部之间的压力差

图4-12.2 由于正烟囱效应(左)和反烟囱效应(右)引起的烟气运动 注:箭头表示烟气运动的方向

图4-12.3 烟囱效应导致的压差

在具有外部楼梯井的非常封闭的建筑物中，甚至在外部空气温度较低的情况下也观察到反烟囱效应的现象。在这种情况下，外部楼梯井的温度明显低于建筑物的温度。楼梯井是冷空气柱，建筑物内的其他竖井是热空气柱。

当考虑烟囱效应时，如果建筑物与外部之间的漏风路径在高度上相当均匀，中性平面将位于建筑物的中间高度附近。然而，当泄漏路径不一致时，中性平面的位置可能会有很大的变化，如通风轴的情况。McGuire和Tamura提供了计算某些通风条件下中性面位置的方法。

建筑火灾中的烟气运动可以由烟囱效应控制。在具有正烟囱效应的建筑物中，现有的气流(如图4-12.2所示)可以将烟气移动到离火源相当远的地方。如果火在中性平面以下，烟随着建筑空气进入竖井并上升。这种向上的烟流会由于其温度对烟产生的浮力而增强。一旦超过中性平面，烟气就会从竖井中流出，进入建筑物的上层。如果楼层之间的泄漏可以忽略不计，除了防火楼层之外，中性平面以下的楼层将相对无烟，直到产生的烟量大于烟囱效应所能排出的烟量。

位于中性平面上方的火产生的烟气被建筑物气流通过建筑物外部的开口带到外部。如果楼层之间的泄漏可以忽略不计，那么除了防火楼层之外的所有楼层都将保持相对无烟，直到产生的烟气量大于烟囱效应气流所能处理的量。当楼层之间的泄漏相当大时，烟气会向上运动到火灾楼层上方的楼层。

反烟囱效应引起的气流也如图4-12.2所示。这些力会以与正烟囱效应相反的方式影响相对较冷的烟气的运动。在热烟气的情况下，其浮力非常大，即使在反烟囱效应条件下，烟也可以向上流动。

2.2浮力

火灾产生的高温烟气由于密度降低而具有浮力。防火分区与其周围环境之间的压力差可以用与式(1)相同形式的式子来表示。

其中，

浮力引起的压差可以从图4-12.4中获得，适用于68℉(20℃). 中性面是指防火分区和其周围环境之间的静水压相等的平面。对于防火分区温度为1470℉(800℃)的火灾，中性平面上方5 ft (1.52 m)处的压差为0.052 in.H₂O (13 Pa)。Fang在一系列全尺寸火灾试验中研究了由室内火灾引起的压力。在这些测试中，整个燃烧室壁在天花板上达到的最大压差为0.064 in.H₂O (16 Pa)。

图4-12.4 浮力引起的压力差

对于高火室，与中性平面的距离h越大，可能会产生更大的压差。如果防火分区温度为1290℉(700℃)，中性面上方35 ft (10.7 m)处的压差为0.35 in.H₂O (88 Pa)。这相当于一场特大火灾，其产生的压力超出了目前防烟的最先进水平。然而，此处包含的示例说明了式(2)的适用范围。

在火灾房间天花板有泄漏通道的建筑中，这种浮力引起的压力会导致烟气移动到火灾楼层上方的楼层。此外，这种压力会导致烟气通过墙壁或防火隔门周围的任何泄漏通道。当烟离开火时，由于热传递和稀释，它的温度下降。所以浮力的作用一般会随着离火距离的增加而减小。

2.3扩张

除了浮力之外，火释放的能量会导致烟气膨胀移动。在只有一个通向建筑的开口的防火分区中，建筑空气将流入防火分区，热烟将流出防火分区。忽略燃料的附加质量(与气流相比很小)，体积流量比可以简单地表示为绝对温度比。

其中，

对于1290℉(700℃)的烟温，体积流量比为3.32。此处提醒读者使用绝对温度进行计算。在这种情况下，如果流入防火分区的空气为3180 cfm (1.5 m³/s)，那么流出防火分区的烟气将为10,600 cfm (4.98 m³/s)。在这种情况下，气体已经膨胀到原来体积的三倍以上。

对于带有敞开的门或窗的防火分区，由于膨胀引起的这些开口之间的压差可以忽略不计。然而，对于一个密封严密的防火分区来说，膨胀产生的压力差是很重要的。

2.4风

在许多情况下，风会对建筑物内的烟气移动产生明显的影响。风对表面施加的压力可以表示为

其中，

对于0.075 lb/ft³ (1.20 kg/m³)的空气密度，该关系式为

其中，

压力系数Cw在-0.8至0.8的范围内，迎风墙为正值，背风墙为负值。压力系数取决于建筑几何形状，并在墙面上局部变化。一般来说，风速随着离地面最近的边界层的高度而增加。关于风速变化和压力系数的详细信息可从许多来源获得。关于建筑物中空气渗透的风数据的具体信息 Shaw和 Tamura提供。

35 mph(15.6 m/s)的风对建筑产生的压力为0.47 in.H2O (117 Pa)，压力系数为0.8。在所有门窗紧闭的建筑内，风对空气流动的影响很小。然而，风对于结构松散的建筑或门窗敞开的建筑的影响非常大。通常，产生的气流是复杂的，需要计算机分析。

在火灾中，防火分区的窗户经常被打破。如果窗户在建筑物的背风面，风产生的负压将烟从防火分区排出。这可以大大减少整个建筑的烟气流动。然而，如果破碎的窗户在迎风面，风迫使烟气穿过火灾楼层，甚至到达其他楼层。这既危及建筑物居住者的生命，又妨碍灭火。在这种情况下，风引起的压力可能相对较大，很容易控制整个建筑的空气流动。

2.5暖通空调系统

在防烟概念发展之前，暖通空调系统在火灾发生时是需要关闭的。

建筑火灾时，暖通空调系统频繁地运送烟气。在火灾的早期阶段，暖通空调系统可以作为火灾探测的辅助手段。当建筑物未被占用的部分发生火灾时，暖通空调系统可以将烟气输送到人们可以闻到烟气并得到火灾警报的空间。然而，随着火灾的发展，暖通空调系统会将烟气运送到它所服务的每个区域，从而危及所有空间的生命。暖通空调系统还向火灾空间提供空气，这将会有助于燃烧。这些是暖通空调系统以前在火灾发生时被关闭的原因。虽然关闭暖通空调系统可以防止其向火灾提供空气，但这并不能防止烟气由于烟囱效应、浮力或风等因素通过送风和回风管道、风道和其他建筑开口。

3防排烟

本章中使用的“防排烟”一词包括所有可改变烟气运动的单独使用或组合使用的方法，从而有利于居住者

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