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    某大型物流仓库的自然排烟设计

      信息来源:   发布时间:2022-01-15  点击数:

    1 工程概况

    某大型物流仓库工程位于深圳市, 分三期建设, 一期为已建成的为A仓 (图1中左上侧) , 二期则是本次设计的B仓 (图1中左下侧) 。B仓由相邻的B1和B2栋建筑组成, 总建筑面积为147716.71m2, 地上共3层, 总高22.70m, 属于丙类仓库。

    图1 某物流仓库效果图

    图1 某物流仓库效果图  下载原图


    2 防排烟要求

    2.1 规范要求

    本建筑属于仓库 (厂房) 建筑, 防排烟设计需按照《建筑设计防火规范》[1] (GB50016-2006) (以下简称《建规》) 进行。其中9.1.3条第2点规定:占地面积大于1000 m2的丙类仓库应设置排烟设施。根据此要求, 本次设计的B仓需进行排烟。

    2.2 业主要求

    该工程的一期A仓是在06年新版《建规》颁布前设计施工的, 之前的《建规》对丙类仓库的防排烟没有具体要求, 所以A仓在设计施工时并没有设置防排烟设施。这是导致业主要求B仓在设计施工时不采用常规的机械排烟方式的主要原因, 另外还有一个也很重要原因是:如果B仓采用机械排烟方式, 将无形中增加建筑层高, 而机械排烟系统本身的造价较高, 综上等等, 本项目决定采用自然排烟方式。

    3 设计方案

    根据《建规》规定的防排烟设计要求, 综合考虑业主的设计施工要求, 最终确定对本仓库采用自然排烟的方式。自然排烟的设置需满足《建规》中9.2.2条第4点:“其他场所, 自然排烟口的净面积宜取该场所建筑面积的2%~5%”和9.2.4:“作为自然排烟的窗口宜设置在房间的外墙上方或屋顶上, 并应有方便开启的装置。自然排烟口距该防烟分区最远点的水平距离不应超过30m。”

    针对以上自然排烟的设计要求, 对B仓的建筑布置进行了仔细分析。对于自然排烟口距防烟分区最远点的水平距离不应超过30m的要求, 将仓库内的每个防火分区分为两个区域:

    (1) 离外墙水平距离不超30m的区域, 如图2、图3中的A区域。

    (2) 离外墙水平距离超过30m的区域, 如图2、图3中的B区域。

    图2 B1栋一层平面示意图

    图2 B1栋一层平面示意图  下载原图


    图3 B2栋一层平面示意图

    图3 B2栋一层平面示意图  下载原图


    对于A区域, 可以在外墙开的高侧窗实现满足自然排烟要求;对于B区域, 离可开启外窗的距离大于30m, 采用外窗自然排烟肯定是不可行的, 通过比较分析, 笔者认为在该区域设立自然排烟井直通屋顶排出是可行的, 相对于设在外墙上的外窗自然排烟口, 自然排烟井上开设的排烟口具有优势, 因为对于同样的开口面积, 自然排烟井存在烟囱效应, 其排烟口的内外压差比外窗排烟时窗内外的压差大, 这就会使采用自然排烟井的排烟效果好于外墙排烟窗 (下面的理论计算也证明了这一点) 。为顺利实现自然排烟并且满足规范设计要求, 首先, 必须确保自然排烟井上的开口面积满足不低于所负担排烟区域面积2%的要求, 另外所开设排烟口到B区域最远距离不超过30m。具体布置位置见图2中所示。

    B栋仓库是多层仓库, 每层独立的仓库都存在离外墙水平距离超过30m的B区域, 对于1、2、3层的自然排烟井和排烟口设置有以下两种方式:

    (1) 1、2、3层的自然排烟口共接一个排烟井到屋顶, 为保证各层的防火分区相对防火独立, 自然排烟口必须设置排烟阀, 必须配置消防联动。

    (2) 1、2、3层的自然排烟口分别通过相互独立的排烟井到屋顶, 每层的自然排烟各自独立, 互不影响, 也不需设置排烟阀, 自然排烟口采用普通百叶即可。

    通过比较分析, 由于自然排烟口的面积必须不低于其负担排烟区域面积的2%, 从而使自然排烟口的面积较大, 每个防火分区的自然排烟口面积都达到了8~16m2, 在如此大的风口上设置排烟阀有一定难度, 且设置消防联动也存在一定的安全隐患, 并且增加了建设成本。最终决定采用第二种方式, 设置简单, 各防火分区排烟独立, 互不影响, 没有消防联动, 安全可靠。

    4 计算论证

    4.1 计算模型

    以一层的某个自然排烟井作为计算模型, 简化如图4所示。

    图4 排烟竖井示意图

    图4 排烟竖井示意图  下载原图


    4.2 计算条件

    自然排烟口负担的排烟区域面积为S=550m2

    排烟井截面尺寸:a×b=2.2m×1.9m, 当量直径。排烟井出风百叶底高H1=27m, 出风百叶面积S1=6.4m2;排烟井进风百叶底高H2=4m, 进风百叶面积S2=15.6m2, 则进口与出口高度差h=H1-H2=23m。

    根据文献[3]中的介绍:即使非常浓的烟气, 与同温同压的空气的密度相比, 差别也只有百分之几, 可以近似地认为烟的密度与空气的密度相同。在建筑物的防烟设计中, 烟气流动的动力是建筑物内的气压差。与大气压相比, 气压差是很微小的。因此, 假设烟的密度不随高度而变化, 而近似的将烟气密度看做绝对温度T的函数:ρ=353/T。对于本工程, 假设排烟时烟气温度280℃, 室内原始空气温度为20℃, 则空气密度为ρ=353/293=1.204kg/m3, 烟气密度为ρ=353/553=0.638kg/m3

    4.3 计算目标

    根据已知排烟井深度, 高度, 排烟进出口的面积以及空气和烟气的温度, 密度等参数, 推算出排烟井在室内有烟气产生时可达到的排烟量, 从而判断排烟井能否达到预想的排烟效果。

    4.4 计算过程

    根据流体的伯努利方程对排烟井的进出口流态可以列出以下计算式[3~5]:

     


    排烟井顶部开口处压差:

     


    排烟井底部进口处压差:

     


    将式 (1) 、 (2) 、 (4) 代入 (3) 得:

     


    进风口风量:

     


    出风口风量:

     


    进风口阻力损失:

     


    出风口阻力损失:

     


    式中:P1为1点静压, Pa;P2为2点静压, Pa;△P为1点和2点静压差, Pa;△P t为烟气在烟井流动产生的阻力, Pa;L为烟气流量, m3/h;F为风口净面积, m2;ξ为局部阻力系数;K为当量绝对粗糙度, mm;△Pm为比摩阻, Pa/m;υ为流速, m/s;η为风口有效面积比。

    查设计手册[2]得出以下数据:普通单层百叶有效面积比η1=0.7, 防雨百叶有效面积比η2=0.5, 普通单层百叶局部阻力系数ξ1=1.4, 防雨百叶局部阻力系数ξ2=8。则F1=15.6×0.7=10.92m2, F2=6.4×0.5=3.6m2

    由式 (6) ~ (10) 代入数据得到:

     


    分析式 (6) ~ (10) 要计算得到排烟井里的排烟量, 只需计算出△P1或△P2, 分析式 (11) 和 (5) , △P1和△Pt都是未知的, 对于此, 笔者采用试算法, 先假设烟气在排烟井中的风速, 根据假设的风速算出△P t, 代入式 (5) 中得出△P1, 再根据△P1反算出烟气在排烟井中的风速, 将此与先前假设的烟气风速比较, 如果比假设风速低, 则调低假设风速重新试算, 如果比假设风速高, 则调高假设风速重新试算, 直到两者基本相等。第一次试算先假设烟井里烟气速度达到6m/s, 根据设计手册[2]查得K=3.0mm, △Pm=0.5Pa/m, 其中局部阻力系数ξt=3.68, △P t=53.8pa, 将 (11) 代入 (5) 并代入数据得:△P1=1.38Pa, △P2=72.4Pa, υ1=1.76m/s, υ2=5.3m/s, L2=5.3×6.4×0.5=16.96 m3/s=61056 m3/h。

    根据以上数据反算得出排烟井风υ0=16.96/ (2.2×1.9) =4.05m/s≤6m/s, 按照先前设定的试算原则, 调低排烟井的假设风速, 按相同的计算过程进行重新试算, 经过几轮试算, 最终得出排烟井排烟风速为4.4m/s, 此时的排烟井排烟量为66211m3/h, 其排烟负担区域每平米的自然排烟量可达到120m3/h, 《建规》中9.4.5条中规定机械排烟系统的最小排烟量为60 m3/ (h·m2) , 由此可以判断采用本设计方案的自然排烟井可以取得与机械排烟相提并论的排烟效果。

    自然排烟井的排烟效果完全取决于排烟井的烟囱效应, 排烟井高度越高, 烟囱效应就会越强, 排烟效果自然就会越好, 所以对于分布于1、2、3层的排烟井来说, 1、2、3层的自然排烟效果依次降低。采用上面的计算方法, 笔者对排烟效果相对最差的三楼自然排烟井也做了计算, 计算情况如下:

    排烟井截面尺寸:a×b=2.9×1.4m, 当量直径=1.88m, 排烟井出风百叶底高H1×27m, 出风百叶面积S1=3.84m2;排烟井进风百叶底高H2×19.7m, 进风百叶面积S2=10.24m2。此自然排烟口负担的排烟区域面积为S=490m2。计算得出自然排烟井排烟风速为2.6m/s, 排烟风量为38001m3/h, 其排烟负担每m2区域的排烟量为77.6 m3/h。

    5 结论

    通过对以上的计算结果进行对比分析, 可得出如下结论:对于大型仓库的防排烟系统, 采用合理的自然排烟方式不仅可以得到令人满意的排烟效果, 还可以降低工程的建设成本, 减少消防联动存在的安全隐患。今后在类似仓库的防排烟设计中, 自然排烟作为一种安全可行的排烟方式, 暖通设计师应予以重视。

    标签: 仓库 仓库管理

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