...题目 创新学校管理的初步探索-校长沙龙园地

江佳颖

[摘  要]随着超瘦高建筑的蓬勃发展，为实现超高层建筑在功能、空间上的“立体化”，一种体型纤瘦，平面面积不大，高度很高的中庭越来越多地出现在建筑中。本文是对此种超高中庭烟气管理研究综合分析。

中图分类号：D035 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0328-01

1、相关的标准规范

在现行的《建筑设计防火规范GB50016-2014》，《高层民用建筑设计防火规范中 GB50045-95》，《火灾自动报警系统设计规范 GB50116-2013》，《火灾自动报警系统施工及验收规范 GB50116-2007》中，对于中庭这种特殊建筑的火灾发展，没有统一分类及理论计算模型，仍是对中庭这种大空间建筑进行定性的阐述;不能为实际的建筑施工提供合理有效的依据。

在《吸气式感烟火灾探测报警系统设计、施工及验收规范DBJ15-48-2005》，《上海市建筑防排烟技术规程 DGJ08-88-2006》，《建筑设计防火规范 GB50016-2014》，《自然排烟系统设计、施工及验收规范DB11-623-2006》，《高层民用建筑设计防火规范》中仅仅对体量较小的中庭进行规定，并没有涉及此类超高中庭，并且缺少相关的理论计算公式。

2、理论计算模型

2.1 羽流模型

由Morton、Turner与Taylor等人最早开始火羽流的研究并建立了理想的羽流模型：1）火源为一个点源，释放的能量均出于一点;2）假定整个羽流之内密度变化很小，仅当涉及浮力项时才考虑密度的变化;3）假定温度和速度在羽流截面上呈高帽状分布，即均为常数，如图2-1;4）羽流边缘空气水平卷吸速率与羽流中该位置处气体竖直速度成正比。[13]

（2-1）

第二，Heskestad羽流模型[14]：1）引入“虚点源”的概念考虑辐射热损失;2）假设速度和温度在羽流截面上呈高斯分布，如图2-2所示;3）考虑较大的密度差;结合以上假设和实验数据进行拟合所得下列的羽流模型

（2-2）

（2-3）

第三，NFPA模型：美国消防协会标准《烟气系统设计标准（NFPA92）》中，共包含三种羽流模型：轴对称羽流模型、阳台溢出羽流模型、窗羽流模型;其中，轴对称羽流模型：

（2-4）

（2-5）

第四，受壁面限制时的羽流模型[15]：烟气羽流的卷吸情况将发生显著变化的受限羽流主要有墙边羽流、墙角羽流等;

一般以Zukoski的轴对称羽流模型为基础，根据“镜像”原理推广得到：假设轴对称羽流质量流量可表示为

墙边羽流：                                 （2-6）

墙角羽流：                                   （2-7）

2.2 火焰高度模型

火焰的平均高度是一个重要的应用参数，根据它可以计算燃烧床上方火焰的体积，同时火焰的平均高度也是烟羽流计算模型中的重要参数。

1）Thomas等用量纲分析法对火羽流进行了分析，最先得出了与自然扩散火焰高度有关的参数;他们假设浮力是流动的驱动力，周围的空气通过火焰的外围进入羽流中[16]，

（2-8）

同时，Thomas等人对3

（2-9）

而当L/D<2时，L/D与的关系接近线型关系。

2）Heskestad等分析了多种来源的数据，并根据烟气和空气的性质做了简化，得到如下的火焰高度公式：

（2-10）

在使用过程中表明，在7<<700的范围内，此公式与实验结果符合的相当好，在不少文献中均引用此公式[17]。

3）不同的火源位置有不同的火焰高度，产生不同的火羽流与烟羽流;在房间角落或紧贴墙的火源比房间正中间火焰发展快，对于不同的火源位置，在NFPA72中，有不同的火焰高度发展模型：

-火焰高度

Q-火源释热率

k-墙的影响系数

未靠近墙时 k=1;初始燃料靠近墙时 k=2;初始燃料在角落中时 k=4;

2.3 烟气层化模型

烟气层高度经常用烟气层界面（Smoke Layer interface）距地面的高度表示，在有些情况下也用本身的厚度表示，即在高温烟气层与低温空气层之间存在一段过渡区（Transition zone），而不是在某一位置发生“突变”或“跃阶试”变化。

1）定性分析方法：N-百分比法则，基于房间内竖向温度分布来确定烟气层界面高度，计算公式如下：

（2-11）

根据实验测量或模拟计算所得的能见度分布，也可以使用类似的插值法确定烟气层高度。

2）定量分析方法：NFPA92模型，美国消防协会标准《烟气系统设计标准（NFPA92）》中给出的条件是，假定烟羽流不与维护结构壁面接触且空间横街面积不随高度变化;

稳态火时：                   （2-12）

当为火时：            （2-13）

同时规定，公式的适用范围为，形状系数，z/H≥0.2。

从以上的计算模型可以看出，定性的N-百分比法则主观性较强并且在温度梯度较大时误差很大。

4、总结

根据以上的总结可知，目前超高中庭对于火灾早期的烟气流动缺乏基本的理论计算公式;对于目前所使用的基本计算模型，均不完全适用于超瘦高中庭的情况，通过对以上内容的总结，认为在超瘦高中庭课题研究中存在以下的问题，1）由于超瘦高中庭的特殊性，形状系数α<0.1，因此需要羽流模型系数进行修正。2）当中庭高度很高时，在中庭顶部会形成一定的热障效应，在火灾早期可能造成烟气不能到达顶棚即出现分层的情况，对烟气探测报警系统产生极大的影响。

参考文献：

[1] NFPA72. Guide forNational Fire Alarm and Signaling Code [J]. National Fire Protection Association-Quincy， Ma， U.S.A.， 2016.

[2] NFPA92.Standard for Smoke Control Systems [J]. National Fire Protection Association-Quincy， Ma， U.S.A.， 2015.

[3] GB50016-2014.建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

[4] DB11-623-2006.自然排烟系统设计、施工及验收规范[S].北京：中国计划出版社，2007.