正压送风和室外风综合作用对住宅建筑着火房间火灾发展的影响

武警学院学报

Apr. 2018 Vol. 34 No. 4

JOURNAL OF THE ARMED POLICE ACADEMY

•消防理论研究

正压送风和室外风综合作用对住宅

建筑着火房间火灾发展的影响

胡

绪

鑫

，李

思

成

，刘

超

，刘

翔

朋

(武警学院，河北廊坊065000)

摘要：利用火灾动力学模拟软件FDS,建立着火房间的物理模型，模拟研究不同正压送风风速对 处于迎风风速2 m •厂1的着火房间火灾发展的影响。结果表明：正压送风时，火灾热释放速率先 增后降，最终稳定在30 MW左右；正压送风可以降低送风口处的温度，降低火灾蔓延至走廊的危险 性，但风机风速过大会导致通过排烟口截面的热流量过大，可能导致火灾向窗外蔓延。综合考虑， 当室外风速2 m • S_1时，对迎风面着火房间正压送风，宜选择10 m • S_1左右的风机风速。关键词：着火房间；正压送风；室外风；火灾发展

中图分类号:D631.6 文献标志码:A文章编号：1008 -2077(2018)04 -0005 -06

0

引言

随着社会经济与城市的快速发展，住宅建筑结

墙排烟口的自然排烟有一定抑制作用；黄村[]利用

FLUENT软件模拟分析不同风速对单室房间火灾发 展和窗口溢出羽流的影响。正压送风对室内火灾发 展的相关研究也有很多，StePhen[4]对装满家具的房 间进行了一系列试验，发现正压送风可以略微降低 室内温度；中佛罗里达大学[5<的研究者通过试验 发现，正压送风排烟是一种有效的火灾扑救战术，它 可以有效减小室内热量和有毒烟气浓度。对于单室 火灾发展的研究大多针对室外风或正压送风某单一 情形下的火灾发展的模拟和试验研究，而火场中，很 可能需要对室外风影响下的着火房间进行正压送风 排烟，排烟口可能是处在迎风面破碎的窗户，而对于 正压送风和室外风综合作用时，住宅建筑着火房间 火灾发展的模拟研究较少。

查阅相关资料发现，我国年平均风速在1. 8〜4.5 m • S-1之间，取室外风速2 m • S_1的情况下，依

构形式越来越复杂，建筑房间内火灾荷载大、装修材 料多。一旦发生火灾，当有室外风作用时，大量高 温、有毒烟气迅速蔓延，极易造成人员伤亡。同时， 正压送风是住宅发生火灾时常用的排烟方式。因 此，研究正压送风和室外风综合作用对住宅建筑着 火房间火灾发展的影响具有极其重要的意义。室外风对室内火灾的发展有一定的影响作用，

田康达[1]利用FDS软件建立卧室火灾模型，通过设 定不同的环境风速，研究其对火灾特性的影响，发现

风对火 和 ， 风速向下风向的热流量越大;高为刚[2]基于FDS模型对 不同功率的池火灾在不同风速的迎风面和背风面作 用下自然排烟效果进行数值模拟，发现迎面风对侧

收稿日期：018 -01 -07

基金项目：河北省自然科学基金项目“室外风和机械排烟综合驱动对疏散走廊火灾烟气分层特性的影响”（E2017507004) 阶段性成果

作者简介:胡绪鑫（1993— ），男，山东青岛人，在读硕士研究生；李思成（1977— ），男，山东郓城人，教授,博士；刘超 (1995— ），男，江西上饶人，在读硕士研究生；刘翔朋（1995— ），男，山东日照人，在读硕士研究生。

• 5 •

•消防理论研2•

据一般 的物理 ，采 分析，得 动提供

1

。 的

个 的火灾荷载，建立着火房

排烟口处 风风速2 m • s —风风速对着火 风速度对着火

风，通过

等风排烟

处的温度、、

机，, 风机

20 s时房门开启，李思成等[10_11]研究

位 门2.5〜3 m，因此，风机放置

在距房门2.5 m处，尺寸为0.8 mx0. 8 m，距地面 0.2 m，风速分别为 0,5,10,15,20,25,30,35 m •

s —。

对火灾热释放速率、门口和

火灾发展的影

况 表1

风机风速/m • s _1

01所示。

响，为消防救援过程中，借助风机

的借鉴和参考。

模拟工况设置表

送风口面积

/m2

排烟口面积

/ m2

工况编号

1室外风速

模型建立

/m • s _1

1.1 火灾荷载的设定

火灾的发生与其中存在的可燃物有密切关

系，可燃物的种类、数量及分布情况对火灾的发

决定性

，而火灾荷载是指室内可燃物完全

烧释放出的总

[]。

，研究着火

火

灾发展，必须对其中的可燃物 把握。依据

CIBW14中的数据[]，以及中国

科学研究院和郑

州大学对 火灾荷载的调查研究，得出居民建筑火灾荷载密度平均值为780 MJ • m_2,95%分 位数为 970 MJ • m—2。

1.2 物理模型

该房间尺寸为8.8 mx6.5 mx3 m，房门宽为1

m，高1.8 m，窗户宽为3 m，高1.2 m，|

双人床、沙发、衣柜、、

等物品。图1为着火

丨半吴

。

图1

着火房间模型图

1.3模拟设定

该着火

在

，设定网格尺寸为0. 1 m X

0.1mx0. 1m,

1 200 s。室内外

度

为20 °C，墙壁材料

，导

1.8W • m-1 • If1。起火点位于枕头上，点火 66

kW，100 s时撤掉。

中

的

、材料的燃点

和单位面积火灾热释放速率均按照王金平[9]的 ：资料 。 60 s时窗户破碎，窗口处于迎风面，风速为2m* s — 1。消防 门，放置风

• 6 •

2531041521x183x1.2

5206257308

35

2模拟结果分析

2. 1

不同风速对火灾热释放速率的影响

2

风速下火灾热释放速率随时间变化

图。通过图2上图可以发现，在前200 s，火灾发展 状况基本相同，20 s后房门打开，风机开始加压送 风，大

气

，火灾热释放速

速上升，风速下的热释放速率发

。

火灾热释放速率在260 s后基 ，为了便于观察，特选取10〜260 s的数据放大

，如图2下

。

驗#0 200 400 600 800

震馨

宴

180 200 220

240 260

时间/s

图2 不同风速下火灾热释放速率变化图 风机风速为〇 m •厂1时，火灾热释放速率会

小幅度上

1 MW

。上海市地

2006)《民

防排烟技术规程》（DGJ 08—88—

中

的

的

释放量6 MW，田康

胡绪鑫，等:正压送风和室外风综合作用对住宅建筑着火房间火灾发展的影响

等人对 风2m* s'1的卧室火灾

积、送风口和排烟

，火灾

的积

间中的热流量穿过门口截面到走廊。

2

释放速率在1 MW左右，火灾热释放速

:本文中着火

00

000008

均较大，而 的火灾荷载大，因此，着火 的火灾热释放速率大。当风机风速为5 m • s^时，火 灾热释放速率会小幅度上升至1 MW左右，然，风机风速对 火灾影响不大，火灾热释放速 大了 15.3% ;当风机风速为10 m • s—1以上-2

-4-06

0-8

0010

，发生 ，火灾热释放速率会迅速上，然后在260 s时均 30 MW ，正压风 对 火 灾 影 响 大， 火 灾 释 放 速

大

130.7%。 可见，室外风和

风均会

火

势，但风机风速

1 m • s'1以上时，火灾热释放

速

均

30MW左右。

2.2 不同风速对门口处温度及截面热流量的影响 2. 2. 1

不同风速对门口处温度的影响

3

风速下门口处温度随 的 ：

图。 3可以发现:风机送风可以

降低门

处的温度，风速越大，门口处的温度越低；风机风

速为0,5，10 m • s—1时，门口处的温度在450 C左 ;风机风速为15,20,25 m • s — 1时，门口处的温度 在250 C

，降低了 44.4% ;风机风速为30,35 m

•s—1时，门口处的温度在150 C

，

降低

了 66.7%。可见，风机送风产生的风压驱动热烟气 排烟 ，送风口处温度 降低。当风机风

速为0 m • s_1时，因为室外风的 ，门 排烟，此时门口处温度较高， 走廊的

，随着风机风速 ，门口处温度降低，火灾

走廊

的

性降低。

4 风速 门

的

随 。

中

，

，

-1200

-1400-1600

0

200

400

600

800 1000 1200

时间/s

图4 不同风速下通过门口截面的热流量

随时间变化图

4可以发现:当风机风速为0 m •厂1时，

通过门 的

800 kW ;而风机风速

5m

l—1时，

门

的 200 kW左

，减小了 75%，

风速可以

烟气门；风机风速为10 m • s_1时，， 800kW

，和风机风速为0 m • s_11

门

的;此后，随着风速增加，通过门

的

，风机风速35 m • s—1时，

门口 的

1 400 kW。风机风速

，使

得大 烟气随着风驱动向排烟

，但是排烟

处在迎风面，0 m • s^的室外风 室内，使得风

机送风驱动的 分热烟气 ，因为风机送风产

生的

完全

门，因此，回流的热烟气

门上 走廊。风速越大， 门上

走廊的热烟气越多，风机风速1 m • s'1以 ，既可以驱动

烟气至排烟口，又能有

效防 烟气的 。

0.3 不同风速对窗口处温度及截面热流量的影响 0. 3. 1

不同风速对窗口处温度的影响

5

风速 处温度随5可以发现:200 s以后，风机风速在0和5 m

• s_1时，风机 ， 处 风面，室

外风

户向室

大 气，使得 处燃 烧产生更多 ，导

度

，风速5m* s’显度可达700 〇C;风机风速为10 m • s—1时，窗口中心

度

900 C， 上 1 300 C

；

风机风速为1 m • s'1以上时，温度骤升至1 100°C，

上升至1 500 C

。

• 7 •

•消防理论研2

■ _

I■Lo•o

•

60842

o

ooooooooo

周围的可燃物，促使火灾 步发展。火场

排烟时，应 择合适的 风风速，应以10 m*

s_1为宜。

2. 4 不同风速对顶棚温度的影响

o 丨

o o 丨o■ Ia图7为不同风速下顶棚（高2.8 m)800〜1 000 s ■/篇 一■ ■

,I0

200

400

600

800 1000 1200

时间/s

图5 不同风速下窗户中心温度随时间变化图

可见，室外风的 和风机送风使得 中心

温度上升，风机风速10 m •厂1以上时，温度 ，说风机送风产生风压驱动热烟气 成

，且风速越大，驱动 ，使得

的火灾发

速度加快，

可能

火

夕卜，

造成 的后果。

2. 3. 2

不同风速对窗口截面热流量的影响

图6:

风速

的

随时间变

。 6可以发现：随着风机风速的

，通

的

。风机风速为5 m •厂1

，由于室外风是2 m •厂1，所以

的热流量

小，几乎可以忽略不计;风机风速为10 m •厂1，通

的 5 000 kW

;风机风速为35 m

• s_1时，

的热流量为1 000 kW

，是风

机风速10 m • s — 1丨

的3倍。

可见，风机送风使得热烟气向排烟

，而热烟气

的

般认

火灾发 的

。

，风机风速越大，

多，火灾发

速，而且大

烟气

，会加

的等温线图。

7可以发现:风机风速越大，房

度

，窗户外温度 ，而门口外温

度

低

。

-2

0

2

4

6

8

10

12

长

(a) 风机风速0 m • s_1

-2

0

2

4

6

8

10

12

长

(b)

风机风速5 m • s_1

-2 0 2 4 6 8 10 12

长

(c) 风机风速10 m • s_1

-2

0

2

4

6

8

10

12

(d) 长

风机风速15 m • s_1

胡绪鑫，等:正压送风和室外风综合作用对住宅建筑着火房间火灾发展的影响

1 220 C

，

而房门外 风机送风 ，可

，

烟气量

减少，温度为10 C 保证走廊的安全，

，火场中使用

人员疏散和灭火救援行动。 风控制烟气流动非

3

-2

0

2

4

6

8

10

12

键。

结论

室外风和正压送风均可以助长火势发展。室

，风机风速为5 m • s—1

3.1

长

(e) 风机风速20 m • s_1

外风2 m • s_1影响下，风机风速为0 m • s_1时，火灾 释放速率为1 MW -2

0

2

4

6

8

10

12

长

(0 风机风速25 m • s — 1

-2

0

2

4

6

8

10

12

长

(g)风机风速30 m • s_1

-2

0

2

4

6

8

10

12

长

(h) 风机风速35m.s_1

图7 不同风速下顶棚（高2.8 m)800〜

1 000 s的等温线图

可见，室外风 ，使得 火灾 发展，

度 ，当风机风速为0m* s'1时，房门成为排烟口，使得大量烟气 走廊，顶棚温度 了950 °C，非 人员疏散逃生。随着风机风速的大，造成室内火灾快速发 ，温度

，而处

在迎风面的

成为排烟口，窗外烟气温度

[

，火灾热释放速率为15 MW

，增大了 15. 3% ;风机风速 1 m • s'1以上时，火灾热释放速率

会

而

降

30 MW

，大

T 130.7%。

3.2对迎风面着火房间正压送风，风速越大，风机

生的风压驱动热烟气向排烟 ，使得送风口

处温度越低；由于2 m • s'1的室外风的存在，加之风 机送风产生的 能完全 风口，

t

成部分热烟气

门上

，风机风速越大，通

门口的 多。3. 3对迎风面着火房间正压送风，风速越大，排烟 处温度 ，通过排烟口的 多，风机风速

为 35 ml — 1 时，

的

15 000kW，是风机风速10 m • s—1丨

的3倍，热烟气

着火房间的可能性越大，有可能引

外可

物。

，当排烟口处于迎风面且室外风速为2 m •

s_1时，对着火

风，宜选择10 m • s_1左右

的风机风速。这样，既可以 火场排烟，又能防止火灾

着火房间，

人员的疏散逃生

和消防员的灭火救援。参考文献：

[1]田康达，黄晓家，张雅君，等.环境风速对卧室火灾特性

影响模拟分析[J] •消防科学与技术，2015，34 (12) : 1563 -1567.

[2 ]高为刚，杨云.环境风对自然排烟效果的影响研究[J ].

武警学院学报，2015,31(12) :7 -22.

[]黄村.穿透风对室内火灾发展和窗口溢出火羽流的影响

[]•消防科学与技术，2012,31(9):926 -928.

[4] STEPHEN K，WILLIAM D W.Effect of positive pressure

ventilation on a room fire[R]. National Institute of Stand­ards and Technology ,NISTIR 7213 ,2005.

[5] Ingason Hauku, Werling Per. Experimental study of inlet o­

penings in multi - story underground construction [ J ]. Jour-

• 9 •

•消防理论研2•

荷载的调查分析及标准值的确定[J ].建筑科学,2010, 26(1)24 -27.

[10] 李思成，荀迪涛，王万通.正压送风排烟在火场中的应

用[J].消防科学与技术,013,32(9):1023 -102.[11] 杨国宏，侯耀华，李思成.排烟口与送风口关系对送风

排烟的影响[J].消防科学与技术,2015,34(12):1597 -1600.

nal of Fire Protection Engineering,2002,12(2) :79 -92.

[6] ZIESLER P S,GUNNERSON F S, WILLIAMS S K. Ad­

vances in positive pressure ventilation ： live fire tests and la­boratory simulation[ J]. Fire Technolog,1994,30(2) ：269

-277.

[7] 王金平，朱江.常用建筑材料及家具的热值及其火灾荷

载密度的确定[J].建筑科学,2009,25(5) :0 -72.[8] 樊友景，张猛，李天，等.河南省普通小型住宅卧室活动

火灾荷载调查与统计[J].四川建筑科学研究，2009,35 (6) :2 -75.

[9] 王金平，朱江，刘红涛，等.北京地区住宅中活动式火灾

(责任编辑马龙）

^fect of Combined Positive Pressure Ventilation and Outdoor Wind

on Fire Development in a Fire Room of Residential Building

HU Xuxin, LI Sicheng, LIUChao, LIUJ Xiangpeng

Abstract ： FDS was used to establish a physical model of the fire room. And it was used to simulate the effect of dif­

ferent positive pressure ventilation wind speeds on the fire development in the fire room with outdoor wind speed 2 m

(The Armed Police Academy , Langfang, Hebei Province 065000 , Chi

• s 1. The results showed that fire heat release rate increased first and then decreased unner the connition of posi­

tive pressure ventilation , eventually stabilized at about 30 MW. Positive pressure ventilation could reduce the tem­perature at the air outlet , and it could reduce the risk of fire spreading to the corridor. However , too large wind speed could cause excessive heat flow through the window (exhaust port) . And it could cause the fire spread out thewindow. In comprehensive fan speed of

about

10

consideration ： when m • s 1 to

use

the outdoor the

wind

speed is 2 m • s 1 , it is

in

the

positive pressure ventilation

Key words ： fire room ； positive pressure ventilation; outdoor wind; fire development

• 10 •