地下空间分区烟控系统的制作方法
专利名称：地下空间分区烟控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种火灾烟气控制系统，具体指一种将地下空间分隔成独立防烟分区并对火灾烟气流动扩散进行控制的系统。
背景技术：
虽然在地下空间发生火灾的频率比较低，但隧道、地铁、地下商场等地下空间通常只有较少的出口通向地面，且距地面较远，近于封闭空间，一旦发生火灾，所产生的高温和有毒烟气将会极难及时排除，会对处于地下空间的设施和人员造成极大伤害。如2001年奥地利山地隧道火灾及2003韩国大邱地铁火灾都造成极大的人员伤亡，在这些死亡者中有超过7成是因为火灾烟气而罹难的。
目前在铁路、公路、地铁区间隧道及地铁车站、地下商场、地下停车场内采用的火灾烟气控制方式大致有自然通风、纵向通风、横向及半横向通风、设置服务隧道、机械排烟等方式。这些烟气防控措施要么只能在特定情形下才能发挥作用，要么难以保障全部人员安全撤出，要么造价太高，要么所需排烟量太高在工程实践中难以实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种只需相对较小排烟量就能将地下空间火灾产生的烟气控制在火场分区内的火灾烟气防控系统，本发明所述的地下空间分区防烟系统主要由火情监测、控制中心、防烟幕布、排烟风机管道等部分组成。
本发明的排烟方式类似于在半横向通风烟控方式的基础上增加防烟气幕，将地下空间分隔成独立的防烟分区，平时防烟幕布或气幕处于收卷或停止工作状态，一旦某个分区内发生火灾，经火灾监测或人员报警，控制中心即可放下幕布或开启防烟气幕、排烟风机和火灾区段内的排烟口，关闭非火灾分区的排烟口，使排除的风量均来自火灾分区。防烟幕布的作用是使分区内外的气体单向有序的流动，即由高压区流向低压区，避免在同一截面处有气流相对流动的情况出现。而通过排烟管道的抽吸，如能使火灾分区内保持负压状态，火灾烟气就不会向相邻区段扩散。以下以铁路隧道来分析火灾区段要达到负压状态临界排烟量的大小1、隧道火灾烟气生成量随着列车制造工艺和材料科学的发展进步，现在客运车辆采用的可燃材料大幅减少，车辆燃烧发热量一般均小于10MW的水平。为此，以下计算隧道火灾规模取10MW。
隧道火灾烟气生成率(M)是火焰内空气的卷入速度或热烟雾呈羽状上升到烟层底面的速度，对于3～20MW的隧道火灾可取为M＝0.05P(h-d)3/2ρ0g1/2(kg/s)(1)式中P——火焰周界(m)h——隧道高度(m)d——烟层厚度(m)
ρ0——周围空气的比重g——重力加速度(m/s2)在高度为5m宽10m的矩形隧道内10MW火灾的烟气生成率M＝0.05×15×(5-0.9)3/2×1.184×9.81/2＝23.08kg/s，如距火场100m这些烟气的平均温度为180℃时约合32.35m3/s，该数值正处在PIARC推荐的5MW及20MW火灾实验烟气生成量20m3/s和60m3/s之间。
2、火灾区段气体体积绝对增量火灾中因有很大一部分空气被卷入火焰中，生成火灾烟气的体积总是大于火灾过程中气体体积的增量。火灾区段气体体积增量由两部分组成一为燃烧过程生成气态产物较消耗氧气体积多而增加的部分，另外燃烧产生的热量使区段内气体受热膨胀而增加的部分。
2.1燃烧产物体积增量设火源为2.16m见方盛装汽油的燃烧槽，假定燃料为理想化的汽油——己烷，燃烧充分，其反应式为(2)在自然通风状态下，汽油燃烧表面线性回归率为4mm/min，即每秒燃烧汽油0.22kg。燃烧充分时汽油的燃烧热为45.5MJ/kg，则火灾热释放率为10MW。根据式2可知燃烧每秒消耗O25.67m3，生成CO23.44m3，水蒸气4.01m3，则新增体积为1.78m3/s。
2.2气体受热体积膨胀量因为火场两端的防烟幕布并未将某一防烟分区完全密闭，气体仍可外溢，因此火灾区段内的气体可按等压状态考虑，且火灾烟气受热特性与空气极为近似，可按理想气体考虑。根据气体吸热方程式Q＝mcΔt (3)式中Q——气体吸热量m——气体质量c——气体热比容Δt——气体温差设隧道截面仍为高为5m宽10m的矩形，1个防烟分区长度为500m，那么火灾区段内空气总质量为19335kg；对于10MW的火灾每秒释热10MJ，火焰辐射损失取25％，则仅有7.5MJ热量用于加热烟气及空气；气体热比容c取1010kg-1K-1，代入式3得Δt＝0.26K，即火灾区段内气体平均温度每秒升高0.26K，根据气体等压方程式Vt＝V0(1+t/273) (4)可知火灾区段内气体每秒扩大0.26/273倍，因火灾区段内气体体积恒定为25000m3，气体受热体积增量为23.8m3/s。
2.3气体体积总增量虽然燃烧生成物温度很高，但其受热膨胀量也与火灾区段内其它气体一起纳入式3、式4的计算中，火灾过程中气体总增量即为燃烧产物体积增量加上气体受热体积膨胀量，对于10MW的火灾其气体总增量为25.58m3/s，该数值远小于火灾烟气的生成量。因此火灾区段内的排风量只需大于火灾气体总增量即可使该区段保持负压状态，火灾烟气将不会扩散至相邻防烟分区。
此外汽油在不完全燃烧时生成一氧化碳及碳，大致可用以下反应式表示(5)(6)相对于完全燃烧每消耗1mol氧气生成1.53mol气态产物，式5式6中的不完全燃烧均产生2mol的气态产物，也即不完全燃烧时，因气态产物增多而增加的体积为2.33m3/s，为完全燃烧时的1.31倍。但由于不完全燃烧其燃烧热将大幅降低，火灾区段内气体因温升而增大的体积也将大幅减少，最终总的体积增量反而较完全燃烧时少。
通过以上分析可知，火场气体体积总增量只与火灾规模、燃烧物及燃烧充分程度、热辐射损失有关，而与防火分区的体积无关，且与火灾规模成正比例关系。
除控制火灾烟气扩散外本发明还能有效应对地铁毒气恐怖袭击。1995年3月，日本东京地铁发生震惊全球的投放沙林毒气恐怖袭击，致使12人死亡、5512人受伤。现在世界局势日趋复杂，针对无辜平民的恐怖袭击事件层出不穷，采用传统防排烟模式会使投放在车站内的毒气随风四处扩散。而分区防烟模式只要能够确定毒气源的位置，迅速开启相应防烟分区内的排烟系统，即可将毒气控制在该分区内，可以将危险和伤害降至最少。
综上所述，采用以上的技术方案后，分区防烟系统能以较小的排烟量将火灾烟气控制在火场分区内，从而使处于火场防烟分区外的人员能在无烟环境中从容疏散，防烟分区内的人员只要撤至相邻分区也能安全疏散，也有利于分区内的人员安全疏散至地面及消防救援人员尽量接近火场展开扑救行动，实施后对确保地下公共场所安全有着重要意义。
图1是本发明隧道内火灾分区防烟示意图。
图2是本发明地铁车站站台区上分区防烟示意图。
图3是本发明地铁车站楼梯处分区防烟示意图。
图中火源1，火灾烟气2，防烟气幕3，防烟分区4，排烟管道5，排烟口6，人员疏散方向7，防烟幕布8，新风9。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明如图1所示，在铁路隧道中当列车发生火灾停在某一防烟分区4内，通过火灾自动监测系统侦测到火源1、火灾烟气2或乘务人员报火警，控制中心核实后可立即启动火灾疏散预案，首先开启防烟气幕3、打开火灾分区内的排烟口6、启动排烟风机将火灾烟气2通过排烟管道5排除，对于10MW的火灾只需大于25.58m3/s的排风量就能使火场防烟分区4内形成负压，火灾烟气2将被控制在该防烟分区4内，即使有部分火灾烟气2穿过防烟气幕3进入相邻分区也会随回流气流流回。因此不管火源1处于列车的车头、中部或车尾，乘客可沿两个人员疏散方向7向列车两头分别疏散，进入相邻的无烟区段再有组织地疏散至安全地域。
在地铁车站站台层或站厅层中发生火灾也可采用同样方式控制火灾烟气，如图2所示，利用活动防烟幕布8将车站分成若干个独立的防烟分区4，一旦发生火情，立即开启火灾分区内的排烟口6并通过排烟管道5向外排除火灾烟气2、尽快放下活动防烟幕布8以使火灾烟气2控制在该防烟分区4内。为了减少对人员疏散的影响，防烟幕布8放下后其底部距楼地面应有一定高度，或者防烟幕布8放下后其底部贴紧楼地面，但在防烟幕布8上开启开口作为疏散口，新风9可通过幕布与地板间的缝隙或幕布上的开口补充进着火的防烟分区4，当然也可采用防烟气幕3来划分防烟分区4。在楼梯间或上下楼层相通的部位可如图3所示将连通的区域划分为一个防烟分区4。
本发明可辅助设置喷淋装置，起到压制火势、保护活动幕布4、降低火灾烟气2温度从而降低临界排烟量等作用。
分区烟气控制系统可广泛应用于铁路、公路、地铁区间隧道及地铁车站、地下商场、地下仓库、地下停车场等众多地下空间或相对封闭的建筑空间内对火灾烟气进行防控，也可有效减少地下空间毒气恐怖袭击的人员伤害。
权利要求
1.一种地下空间分区烟控系统，主要由防烟幕布、排烟风机、排烟口和管道组成，其特征是火灾状态防烟幕布可控启动或展开，将地下空间划分成独立的防烟分区，防烟分区内的排烟口受控开启向外排烟。
2.根据权利要求1所述的地下空间分区烟控系统，其特征是防烟幕布为气幕。
3.根据权利要求1所述的地下空间分区烟控系统，其特征是防烟幕布为活动的耐火防烟幕布。
4.根据权利要求3所述的活动防烟幕布，其特征是防烟幕布放下后未完全将相邻防烟分区隔开。
5.根据权利要求3所述的活动防烟幕布，其特征是防烟幕布由多块幕布组成，其间设有缝。
6.根据权利要求3所述的活动防烟幕布，其特征是防烟幕布上设有开口。
7.根据权利要求1所述的地下空间分区烟控系统，其特征是防烟幕布上方设有喷水或水雾的装置。
全文摘要
本发明公开了一种地下空间火灾烟气控制系统，主要由火情监测、控制中心、防烟幕布、排烟风机及管道等部分组成。利用防烟幕布将地下空间划分成独立的防烟分区，火灾时只开启着火防烟分区内的排烟口，使排烟系统集中排除火灾分区内的火灾烟气，只要排烟量大于临界排烟量就可使火灾分区成为负压区，地下空间内的气流由相邻分区流向至火灾分区再经排烟管排除。从而使人员能在无烟环境中从容疏散，也有利于消防救援人员尽量接近火场展开扑救行动。本发明除可控制地下空间火灾烟气外，也能有效应对地铁毒气恐怖袭击，减少人员伤害，因此本发明的实施对保障地下公共场所安全有着重要意义。
文档编号A62C2/06GK1927423SQ20061003234
公开日2007年3月14日 申请日期2006年9月28日 优先权日2006年9月28日
发明者赵明桥, 彭立敏 申请人:赵明桥, 彭立敏
技术领域：
本发明涉及一种火灾烟气控制系统，具体指一种将地下空间分隔成独立防烟分区并对火灾烟气流动扩散进行控制的系统。
背景技术：
虽然在地下空间发生火灾的频率比较低，但隧道、地铁、地下商场等地下空间通常只有较少的出口通向地面，且距地面较远，近于封闭空间，一旦发生火灾，所产生的高温和有毒烟气将会极难及时排除，会对处于地下空间的设施和人员造成极大伤害。如2001年奥地利山地隧道火灾及2003韩国大邱地铁火灾都造成极大的人员伤亡，在这些死亡者中有超过7成是因为火灾烟气而罹难的。
目前在铁路、公路、地铁区间隧道及地铁车站、地下商场、地下停车场内采用的火灾烟气控制方式大致有自然通风、纵向通风、横向及半横向通风、设置服务隧道、机械排烟等方式。这些烟气防控措施要么只能在特定情形下才能发挥作用，要么难以保障全部人员安全撤出，要么造价太高，要么所需排烟量太高在工程实践中难以实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种只需相对较小排烟量就能将地下空间火灾产生的烟气控制在火场分区内的火灾烟气防控系统，本发明所述的地下空间分区防烟系统主要由火情监测、控制中心、防烟幕布、排烟风机管道等部分组成。
本发明的排烟方式类似于在半横向通风烟控方式的基础上增加防烟气幕，将地下空间分隔成独立的防烟分区，平时防烟幕布或气幕处于收卷或停止工作状态，一旦某个分区内发生火灾，经火灾监测或人员报警，控制中心即可放下幕布或开启防烟气幕、排烟风机和火灾区段内的排烟口，关闭非火灾分区的排烟口，使排除的风量均来自火灾分区。防烟幕布的作用是使分区内外的气体单向有序的流动，即由高压区流向低压区，避免在同一截面处有气流相对流动的情况出现。而通过排烟管道的抽吸，如能使火灾分区内保持负压状态，火灾烟气就不会向相邻区段扩散。以下以铁路隧道来分析火灾区段要达到负压状态临界排烟量的大小1、隧道火灾烟气生成量随着列车制造工艺和材料科学的发展进步，现在客运车辆采用的可燃材料大幅减少，车辆燃烧发热量一般均小于10MW的水平。为此，以下计算隧道火灾规模取10MW。
隧道火灾烟气生成率(M)是火焰内空气的卷入速度或热烟雾呈羽状上升到烟层底面的速度，对于3～20MW的隧道火灾可取为M＝0.05P(h-d)3/2ρ0g1/2(kg/s)(1)式中P——火焰周界(m)h——隧道高度(m)d——烟层厚度(m)
ρ0——周围空气的比重g——重力加速度(m/s2)在高度为5m宽10m的矩形隧道内10MW火灾的烟气生成率M＝0.05×15×(5-0.9)3/2×1.184×9.81/2＝23.08kg/s，如距火场100m这些烟气的平均温度为180℃时约合32.35m3/s，该数值正处在PIARC推荐的5MW及20MW火灾实验烟气生成量20m3/s和60m3/s之间。
2、火灾区段气体体积绝对增量火灾中因有很大一部分空气被卷入火焰中，生成火灾烟气的体积总是大于火灾过程中气体体积的增量。火灾区段气体体积增量由两部分组成一为燃烧过程生成气态产物较消耗氧气体积多而增加的部分，另外燃烧产生的热量使区段内气体受热膨胀而增加的部分。
2.1燃烧产物体积增量设火源为2.16m见方盛装汽油的燃烧槽，假定燃料为理想化的汽油——己烷，燃烧充分，其反应式为(2)在自然通风状态下，汽油燃烧表面线性回归率为4mm/min，即每秒燃烧汽油0.22kg。燃烧充分时汽油的燃烧热为45.5MJ/kg，则火灾热释放率为10MW。根据式2可知燃烧每秒消耗O25.67m3，生成CO23.44m3，水蒸气4.01m3，则新增体积为1.78m3/s。
2.2气体受热体积膨胀量因为火场两端的防烟幕布并未将某一防烟分区完全密闭，气体仍可外溢，因此火灾区段内的气体可按等压状态考虑，且火灾烟气受热特性与空气极为近似，可按理想气体考虑。根据气体吸热方程式Q＝mcΔt (3)式中Q——气体吸热量m——气体质量c——气体热比容Δt——气体温差设隧道截面仍为高为5m宽10m的矩形，1个防烟分区长度为500m，那么火灾区段内空气总质量为19335kg；对于10MW的火灾每秒释热10MJ，火焰辐射损失取25％，则仅有7.5MJ热量用于加热烟气及空气；气体热比容c取1010kg-1K-1，代入式3得Δt＝0.26K，即火灾区段内气体平均温度每秒升高0.26K，根据气体等压方程式Vt＝V0(1+t/273) (4)可知火灾区段内气体每秒扩大0.26/273倍，因火灾区段内气体体积恒定为25000m3，气体受热体积增量为23.8m3/s。
2.3气体体积总增量虽然燃烧生成物温度很高，但其受热膨胀量也与火灾区段内其它气体一起纳入式3、式4的计算中，火灾过程中气体总增量即为燃烧产物体积增量加上气体受热体积膨胀量，对于10MW的火灾其气体总增量为25.58m3/s，该数值远小于火灾烟气的生成量。因此火灾区段内的排风量只需大于火灾气体总增量即可使该区段保持负压状态，火灾烟气将不会扩散至相邻防烟分区。
此外汽油在不完全燃烧时生成一氧化碳及碳，大致可用以下反应式表示(5)(6)相对于完全燃烧每消耗1mol氧气生成1.53mol气态产物，式5式6中的不完全燃烧均产生2mol的气态产物，也即不完全燃烧时，因气态产物增多而增加的体积为2.33m3/s，为完全燃烧时的1.31倍。但由于不完全燃烧其燃烧热将大幅降低，火灾区段内气体因温升而增大的体积也将大幅减少，最终总的体积增量反而较完全燃烧时少。
通过以上分析可知，火场气体体积总增量只与火灾规模、燃烧物及燃烧充分程度、热辐射损失有关，而与防火分区的体积无关，且与火灾规模成正比例关系。
除控制火灾烟气扩散外本发明还能有效应对地铁毒气恐怖袭击。1995年3月，日本东京地铁发生震惊全球的投放沙林毒气恐怖袭击，致使12人死亡、5512人受伤。现在世界局势日趋复杂，针对无辜平民的恐怖袭击事件层出不穷，采用传统防排烟模式会使投放在车站内的毒气随风四处扩散。而分区防烟模式只要能够确定毒气源的位置，迅速开启相应防烟分区内的排烟系统，即可将毒气控制在该分区内，可以将危险和伤害降至最少。
综上所述，采用以上的技术方案后，分区防烟系统能以较小的排烟量将火灾烟气控制在火场分区内，从而使处于火场防烟分区外的人员能在无烟环境中从容疏散，防烟分区内的人员只要撤至相邻分区也能安全疏散，也有利于分区内的人员安全疏散至地面及消防救援人员尽量接近火场展开扑救行动，实施后对确保地下公共场所安全有着重要意义。
图1是本发明隧道内火灾分区防烟示意图。
图2是本发明地铁车站站台区上分区防烟示意图。
图3是本发明地铁车站楼梯处分区防烟示意图。
图中火源1，火灾烟气2，防烟气幕3，防烟分区4，排烟管道5，排烟口6，人员疏散方向7，防烟幕布8，新风9。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明如图1所示，在铁路隧道中当列车发生火灾停在某一防烟分区4内，通过火灾自动监测系统侦测到火源1、火灾烟气2或乘务人员报火警，控制中心核实后可立即启动火灾疏散预案，首先开启防烟气幕3、打开火灾分区内的排烟口6、启动排烟风机将火灾烟气2通过排烟管道5排除，对于10MW的火灾只需大于25.58m3/s的排风量就能使火场防烟分区4内形成负压，火灾烟气2将被控制在该防烟分区4内，即使有部分火灾烟气2穿过防烟气幕3进入相邻分区也会随回流气流流回。因此不管火源1处于列车的车头、中部或车尾，乘客可沿两个人员疏散方向7向列车两头分别疏散，进入相邻的无烟区段再有组织地疏散至安全地域。
在地铁车站站台层或站厅层中发生火灾也可采用同样方式控制火灾烟气，如图2所示，利用活动防烟幕布8将车站分成若干个独立的防烟分区4，一旦发生火情，立即开启火灾分区内的排烟口6并通过排烟管道5向外排除火灾烟气2、尽快放下活动防烟幕布8以使火灾烟气2控制在该防烟分区4内。为了减少对人员疏散的影响，防烟幕布8放下后其底部距楼地面应有一定高度，或者防烟幕布8放下后其底部贴紧楼地面，但在防烟幕布8上开启开口作为疏散口，新风9可通过幕布与地板间的缝隙或幕布上的开口补充进着火的防烟分区4，当然也可采用防烟气幕3来划分防烟分区4。在楼梯间或上下楼层相通的部位可如图3所示将连通的区域划分为一个防烟分区4。
本发明可辅助设置喷淋装置，起到压制火势、保护活动幕布4、降低火灾烟气2温度从而降低临界排烟量等作用。
分区烟气控制系统可广泛应用于铁路、公路、地铁区间隧道及地铁车站、地下商场、地下仓库、地下停车场等众多地下空间或相对封闭的建筑空间内对火灾烟气进行防控，也可有效减少地下空间毒气恐怖袭击的人员伤害。
权利要求
1.一种地下空间分区烟控系统，主要由防烟幕布、排烟风机、排烟口和管道组成，其特征是火灾状态防烟幕布可控启动或展开，将地下空间划分成独立的防烟分区，防烟分区内的排烟口受控开启向外排烟。
2.根据权利要求1所述的地下空间分区烟控系统，其特征是防烟幕布为气幕。
3.根据权利要求1所述的地下空间分区烟控系统，其特征是防烟幕布为活动的耐火防烟幕布。
4.根据权利要求3所述的活动防烟幕布，其特征是防烟幕布放下后未完全将相邻防烟分区隔开。
5.根据权利要求3所述的活动防烟幕布，其特征是防烟幕布由多块幕布组成，其间设有缝。
6.根据权利要求3所述的活动防烟幕布，其特征是防烟幕布上设有开口。
7.根据权利要求1所述的地下空间分区烟控系统，其特征是防烟幕布上方设有喷水或水雾的装置。
全文摘要
本发明公开了一种地下空间火灾烟气控制系统，主要由火情监测、控制中心、防烟幕布、排烟风机及管道等部分组成。利用防烟幕布将地下空间划分成独立的防烟分区，火灾时只开启着火防烟分区内的排烟口，使排烟系统集中排除火灾分区内的火灾烟气，只要排烟量大于临界排烟量就可使火灾分区成为负压区，地下空间内的气流由相邻分区流向至火灾分区再经排烟管排除。从而使人员能在无烟环境中从容疏散，也有利于消防救援人员尽量接近火场展开扑救行动。本发明除可控制地下空间火灾烟气外，也能有效应对地铁毒气恐怖袭击，减少人员伤害，因此本发明的实施对保障地下公共场所安全有着重要意义。
文档编号A62C2/06GK1927423SQ20061003234
公开日2007年3月14日 申请日期2006年9月28日 优先权日2006年9月28日
发明者赵明桥, 彭立敏 申请人:赵明桥, 彭立敏
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