高层建筑防烟空气幕实验设计

摘要 通过空气幕防烟工作方式的分析对实验的立体模型进行设计；为了寻找空气幕防烟最佳效果时的送风射流速度、厚度和射流角度对防烟空气幕送风口进行了设计；并按空气幕防烟工作方式对不同的运行工况进行实验研究，得出实验结果与理论分析一致。 关键词 空气幕 防烟 送风品 实验装置

为了确定高层建筑防排烟空气幕的工作方案，找到空气幕合适的射流流量、流速、厚度、角度及合理的流量比，验证理论分析的正确性。对烟气的温度等次要的影响不大的因素忽略不计，对烟气流动的过程起决定性的介质、几何条件、流速、压力进行相似的模型实验。 　　 1 实验装置设计 　　 　　为了相似的模型实验研究得到满意的结果，以原型中的过程的性质和实验目的为依据，选择无毒的乙二醇发生的烟雾作为工作介质，对气流流动特性的研究采用与实际尺寸相同的立体模型。实验装置系统如图1所示。 　　　　　　　　　　　图1 实验装置系统图 　　 　　1．1 空气幕防烟的工作方式 　　1．1．1 自然排烟+单吹防烟空气幕方式 　　1．1．2 机械排烟+单吹防烟空气幕方式 　　 　　1．1．3 自然排烟+吹吸防烟空气幕方式 　　 　　1．1．4 机械排烟+吹吸防烟空气幕方式 　　1．1．5 自然排烟+正压送风+单吹防烟空气幕方式 　　1．2 实验装置 　　1．2．1 实验装置立体模型 　　实验装置由产生烟气的烟雾发生器、使烟气产生一定流速的变频调速风机FJ1、模拟走廊（烟气区）、抽屉式整流网（使气流稳定均匀）、防烟空气幕送风口、门洞、模拟前室（逃生区）、活动检查门（便于进出模拟测试室）组成。 　　1．2．2 装置配套的通风系统 　　通风系统由送风系统、排烟系统、吸风系统（吸风口由一可移动的活动盖板封闭）组成。它包括风机（FJ2、FJ3、F J4）、通风管道、密闭对开多叶调节阀（F1、F2、F3、F4、F5）、静压箱。送风系统由离心风机FJ2、调节阀F3、送风静压箱、空气幕送风口通过通风管道连接而成；排烟系统由排烟风口、排烟静压箱、调节阀F1通过通风管道连接而成自然排烟系统；由排烟风口、排烟静压箱、调节阀F2，轴流风机FJ3通过通风管道连接而成机械排烟系统；吸风系统由吸风口、静压箱、调节阀F4、轴流风机FJ3通过通风管道连接而成；正压送风系统由轴流风机FJ4、调节阀F5、静压箱通过通风管道连接而成；打开调节阀F5则形成自然通风管道（保证模拟前室与室外相通）。 　　1．2．3 防烟空气幕阻烟效果观测室 　　为了清晰地观测模拟走廊烟气流动状态、防烟空气幕送风射流状态以及模拟前室有无烟气流动和防烟空气幕阻烟效果。实验装置正面调设置透明玻璃并等间距地面上网格，烟气为灰色气体，所以观测背景即内壁表面设为墨绿色。在门洞前后侧模拟走廊和前室的顶部，各设置一盏日光灯作为观测烟气的可见光源。

2 防烟空气幕送风口设计
　　
　　为了寻找空气幕送风射流的最佳射流厚度和射流角度，防烟空气幕送风口设计必须考虑既可调节送风口的厚度又可调节送风口的旋转角度。如图2所示。
　
　　　　　　　　　图2 防烟空气幕送风口轴测和剖面图
　　
　　2．1 空气幕送风口
　　防烟空气幕送风口由四块薄钢板组成，分成左右两部分，每个部分由上侧水平薄钢板和下侧竖直薄钢板组成，上下板之间通过铰链相连。防烟空气幕送风口上部通过帆布软接与送风静压箱连接。

　　2．2 送风口厚度调节
　　为调节送风口的厚度，门洞前模拟走廊上部的左右两侧壁各设一根角钢做成滑轨，在角钢一侧面上设置等间距的固定孔，并在送风口左上侧板上与角钢相同部位设置同样等间距的固定孔。送风口左侧整体可以通过其上部在滑轨上水平左右移动，右侧上部固定，这样通过每移一个步长就可以得到一个送风口的厚度。

　　2．3 送风口旋转角度调节
　　为了调节送风口的放置角度，在沿气流方向门洞前模拟走廊左壁上设置以送风口右侧铰链中心为圆心、每旋转5℃定一固定孔的80°弧长的薄钢板弧形角度刻度盘。送风口左右两部分由下侧的竖直板与四根等间距孔的扁钢通过插销连成一体，送风口右部分的下侧的竖直板上焊接一手柄（手柄孔中心与右侧铰链中心一致）。送风口的角度通过手柄旋转调节固定在薄钢板刻度盘上。
　　
3 防烟空气幕实验技术方法及步骤
　　
　　3．1 测试项目及参数范围
　　烟气的水平流速及模拟走廊烟气流量、排烟管道的动压及排烟量、送风管道的动压及空气幕的射流流量和送风口的射流流速、厚度、角度和防烟空气幕阻断烟气时间。实验场所的空气状态参数。
　　测试水平烟气流速调节范围为0.2～1.2m/s，其步长为0.1m/s；空气幕射流厚度调节范围为5～10mm，其步长为5mm；空气幕射流角度调节范围为5°～60°，其步长为5°；空气幕流量由密闭对开多叶调节阀控制，偏转角调节范围为0°～90°，其步长为30°；排烟管道排烟量由密闭对开多叶调节阀控制开启度调节范围为0°～90°，其步长为22.5°。

　　3．2 测试仪器
　　①QDF-3型热球风速仪0.05～30m/s、低速热线风速仪0.1～1.2m/s ②TKS型标准毕托管5～4m/s基本格数为0.998±0.002 ③YYT-2000倾斜式微压计0～2000Pa精度等级为1级 ④水银温度计0～50℃分度值为0.1℃ ⑤干湿球温度计 ⑥DYM3空盒气压表800～1064kPa 最小分度值为1 kPa ⑦秒表 ⑧直尺分度值为1mm

　　3．3 测试方法及步骤
　　3．3．1 矩形风管测定断面选择及测点的确定
　　矩形风管断面选择在沿着气流方向局部阻力前大于4倍矩形风管大边长和局部阻力后大于1.5倍矩形风管大边长的直管段范围内，这样能保证被测断面气流均匀。测点的确定采用等小矩形面法，将断面划分为若干个面积相等的小矩形，并在每一小矩形的对角线交点上进行测量，一般小矩形的边长为150～300mm左右，其面积不大于0.05m²。
　　3．3．2 测试方法及步骤
　　各种测试仪器就位调零并测量模拟走廊断面尺寸及风管断面尺寸。定测试环境的空气状态参数：测试、大气压--温度计、空盒气压表。为烟雾发生器加乙二醇发烟剂，接通电源产生烟雾。按调节范围及步长分别设定烟气的水平流速。启动并调节变频调速风机FJ1--热球风速仪测定烟气的水平流速。由此确定烟气流量。确定空气幕的射流流量，启动风机FJ2并调节密闭对开多叶调节阀F3--标准毕托管、倾斜式微压计测定风管气流的动压值并由风管断面尺寸计算其流量。或采用热球风速仪测定空气幕送风口的射流流速并由送风口面积确定空气幕的射流流量。排烟管道的动压采用标准毕托管、倾斜式微压计进行测定，并计算其排烟量。观测模拟走廊烟气流动状态及防烟空气幕阻烟情况并用秒表记录阻烟时间。按照空气幕防烟的工作方式开启或关闭阀门和风机。工况调节，烟气水平流速一定的情况下，分别调节空气幕射流流量、厚度及角度。同时测量记录以上各种数据。
　　测试完毕，首先切断烟雾发生器的电源，接着关闭风机FJ1、FJ2。
　　测试数据进行整理分析。风压的计算，当各测点相差不大时，计算其数学平均值；当各测点相差较大时计算其均方根值（负值与零按零计算）。
　　
4 结束语
　　
　　确定空气幕的射流流量，采用标准毕托管、倾斜式微压计测定动压计算其流量与采用热球风速仪测定空气幕送风射流流速确定其流量的比较方法。实验结果与理论计算结果所示，相对误差均很小，实验结果与理论分析基本一致。