建筑防火性能化設(shè)計與評估

1、會計學(xué)1建筑防火性能化設(shè)計與評估建筑防火性能化設(shè)計與評估第1頁/共103頁2一、性能化防火設(shè)計的時代背景一、性能化防火設(shè)計的時代背景3 3 建筑與科技發(fā)展對防火設(shè)計的新要求建筑與科技發(fā)展對防火設(shè)計的新要求2 2 處方式建筑防火設(shè)計處方式建筑防火設(shè)計4 4 性能化防火設(shè)計的興起性能化防火設(shè)計的興起1 1 建筑防火的目的與措施建筑防火的目的與措施5 5 性能化設(shè)計和處方式設(shè)計的關(guān)系性能化設(shè)計和處方式設(shè)計的關(guān)系第2頁/共103頁3建筑防火目的：建筑防火目的：(1) (1) 保護建筑物內(nèi)及其周圍人員生命安全和健康；保護建筑物內(nèi)及其周圍人員生命安全和健康；(2) (2) 保護建筑物內(nèi)及其周圍財產(chǎn)并限制火

2、災(zāi)損失；保護建筑物內(nèi)及其周圍財產(chǎn)并限制火災(zāi)損失；(3) (3) 保護消防人員的安全并能夠開展有效的滅火工保護消防人員的安全并能夠開展有效的滅火工作；作；(4) (4) 保護環(huán)境（大氣、水和土壤）。保護環(huán)境（大氣、水和土壤）。1. 1. 建筑防火的目的與措施建筑防火的目的與措施第3頁/共103頁4保護人員安全措施：保護人員安全措施：預(yù)防火災(zāi)預(yù)防火災(zāi)疏散通道疏散通道限制火災(zāi)蔓延限制火災(zāi)蔓延盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并進行有效滅火盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并進行有效滅火避免發(fā)生轟燃避免發(fā)生轟燃通過限制疏散通道的長度、防煙、排煙、排熱通過限制疏散通道的長度、防煙、排煙、排熱以及防止建筑物倒塌等措施減少人員的危險性以及防止建筑物倒

3、塌等措施減少人員的危險性實現(xiàn)防火的技術(shù)措施實現(xiàn)防火的技術(shù)措施第4頁/共103頁5保護財產(chǎn)安全的措施：保護財產(chǎn)安全的措施：預(yù)防火災(zāi)預(yù)防火災(zāi)減少財產(chǎn)密度減少財產(chǎn)密度盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并進行有效滅火盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并進行有效滅火限制火災(zāi)蔓延限制火災(zāi)蔓延避免發(fā)生轟燃避免發(fā)生轟燃通過排煙、排熱、避免水造成的損失以及防止通過排煙、排熱、避免水造成的損失以及防止建筑物倒塌等措施減少財產(chǎn)的損失建筑物倒塌等措施減少財產(chǎn)的損失實現(xiàn)火災(zāi)防護目的的技術(shù)措施實現(xiàn)火災(zāi)防護目的的技術(shù)措施第5頁/共103頁62 2 處方式建筑防火設(shè)計處方式建筑防火設(shè)計定義：定義：處方式建筑防火設(shè)計：按照傳統(tǒng)建筑防火設(shè)計規(guī)處方式建筑防火設(shè)計：按照傳統(tǒng)建

4、筑防火設(shè)計規(guī)范對建筑物防火分類及其對防火設(shè)計的明確要求范對建筑物防火分類及其對防火設(shè)計的明確要求，對建筑防火系統(tǒng)進行設(shè)計的工程。，對建筑防火系統(tǒng)進行設(shè)計的工程。處方式防火設(shè)計評估：按照按照傳統(tǒng)建筑防火設(shè)處方式防火設(shè)計評估：按照按照傳統(tǒng)建筑防火設(shè)計規(guī)范對建筑物防火分類及其對防火設(shè)計的明確計規(guī)范對建筑物防火分類及其對防火設(shè)計的明確要求，對建筑防火系統(tǒng)設(shè)計進行評估。要求，對建筑防火系統(tǒng)設(shè)計進行評估。第6頁/共103頁7特點：特點：一般是指根據(jù)火災(zāi)事故的發(fā)生、發(fā)展和撲救等經(jīng)驗教訓(xùn)和火災(zāi)科學(xué)研究試一般是指根據(jù)火災(zāi)事故的發(fā)生、發(fā)展和撲救等經(jīng)驗教訓(xùn)和火災(zāi)科學(xué)研究試驗等消防實踐總結(jié)出來的，并經(jīng)不斷修改完善的一

5、套有明確防火設(shè)計措驗等消防實踐總結(jié)出來的，并經(jīng)不斷修改完善的一套有明確防火設(shè)計措施和各種具體的設(shè)計參數(shù)要求的規(guī)定。施和各種具體的設(shè)計參數(shù)要求的規(guī)定。優(yōu)點是清楚明了、簡單易行，對設(shè)計和驗收評估人員的要求不高，能夠滿優(yōu)點是清楚明了、簡單易行，對設(shè)計和驗收評估人員的要求不高，能夠滿足大多數(shù)規(guī)模或功能等要求較簡單建筑的設(shè)計與設(shè)計監(jiān)督需要。足大多數(shù)規(guī)?；蚬δ艿纫筝^簡單建筑的設(shè)計與設(shè)計監(jiān)督需要。缺點是它使建筑設(shè)計千篇一律，不利于新消防技術(shù)和產(chǎn)品的采用、很難滿缺點是它使建筑設(shè)計千篇一律，不利于新消防技術(shù)和產(chǎn)品的采用、很難滿足技術(shù)進步的要求，并且無法確切地知道人們認為安全的具體指標(biāo)到底足技術(shù)進步的要求，并且

6、無法確切地知道人們認為安全的具體指標(biāo)到底是多少、為滿足這種安全的建設(shè)投入與所能達到的安全性能水平之間具是多少、為滿足這種安全的建設(shè)投入與所能達到的安全性能水平之間具有多高的投資效益比。有多高的投資效益比。第7頁/共103頁83 3 建筑和科技發(fā)展對防火設(shè)計的新要求建筑和科技發(fā)展對防火設(shè)計的新要求現(xiàn)代建筑的特點：攀高比闊，爭奇斗艷，彰顯時尚，各領(lǐng)風(fēng)騷現(xiàn)代建筑的特點：攀高比闊，爭奇斗艷，彰顯時尚，各領(lǐng)風(fēng)騷第8頁/共103頁9火災(zāi)科學(xué)方興未艾：火災(zāi)科學(xué)方興未艾：1. 火災(zāi)機理日見清晰火災(zāi)機理日見清晰2. 現(xiàn)象描述逐漸量化現(xiàn)象描述逐漸量化3. 數(shù)值模擬日臻完善數(shù)值模擬日臻完善4. 研究群體日益強大研究

7、群體日益強大火災(zāi)科學(xué)和消防技術(shù)的發(fā)展為火災(zāi)科學(xué)和消防技術(shù)的發(fā)展為消防工程的變革提供了可能消防工程的變革提供了可能第9頁/共103頁10消防技術(shù)層出不窮：消防技術(shù)層出不窮：1. 火災(zāi)探測智能化火災(zāi)探測智能化2. 火災(zāi)撲救自動化火災(zāi)撲救自動化3. 成套設(shè)備系列化成套設(shè)備系列化4. 消防管理信息化消防管理信息化火災(zāi)科學(xué)和消防技術(shù)的發(fā)展為火災(zāi)科學(xué)和消防技術(shù)的發(fā)展為消防工程的變革提供了可能消防工程的變革提供了可能細水霧滅火細水霧滅火遙控水炮遙控水炮第10頁/共103頁114 4 性能化防火設(shè)計的興起性能化防火設(shè)計的興起第11頁/共103頁12特點：特點：只確定建筑要達到的總體目標(biāo)要求或設(shè)計性能只確定建筑

8、要達到的總體目標(biāo)要求或設(shè)計性能水平，規(guī)定一系列性能目標(biāo)和可以量化的性能準水平，規(guī)定一系列性能目標(biāo)和可以量化的性能準則和設(shè)計準則，一般附有一個指導(dǎo)設(shè)計的技術(shù)文則和設(shè)計準則，一般附有一個指導(dǎo)設(shè)計的技術(shù)文件。設(shè)計人員或其他規(guī)范執(zhí)行者根據(jù)設(shè)計對象特件。設(shè)計人員或其他規(guī)范執(zhí)行者根據(jù)設(shè)計對象特點，按規(guī)范要求，采用點，按規(guī)范要求，采用“處方式處方式”規(guī)范或以性能規(guī)范或以性能為基礎(chǔ)的設(shè)計和評估方法來完成認為可以接受或為基礎(chǔ)的設(shè)計和評估方法來完成認為可以接受或能夠取得最低規(guī)定安全水平的設(shè)計。在大多數(shù)情能夠取得最低規(guī)定安全水平的設(shè)計。在大多數(shù)情況下，規(guī)范不明確規(guī)定某項解決方案，而是確定況下，規(guī)范不明確規(guī)定某項解決

9、方案，而是確定能達到規(guī)范要求的可接受的方法。能達到規(guī)范要求的可接受的方法。第12頁/共103頁13可以針對不同的建筑物確定不同的安全水平，可以針對不同的建筑物確定不同的安全水平，能使設(shè)計者或監(jiān)督者具有自由發(fā)揮的較大余地，能使設(shè)計者或監(jiān)督者具有自由發(fā)揮的較大余地，解決解決“處方式處方式”規(guī)范中存在的大部分問題，但對規(guī)范中存在的大部分問題，但對于規(guī)范使用者而言則要求經(jīng)過專門的嚴格訓(xùn)練，于規(guī)范使用者而言則要求經(jīng)過專門的嚴格訓(xùn)練，并要有不同建筑物的火災(zāi)大小數(shù)據(jù)以及大量建筑并要有不同建筑物的火災(zāi)大小數(shù)據(jù)以及大量建筑材料的燃燒特性數(shù)據(jù)、專門的設(shè)計和評估工具等材料的燃燒特性數(shù)據(jù)、專門的設(shè)計和評估工具等作為支

10、撐。作為支撐。第13頁/共103頁14第14頁/共103頁15（一）基本概念（一）基本概念1. 總體目標(biāo)：保護生命、保護財產(chǎn)、保護使用功總體目標(biāo)：保護生命、保護財產(chǎn)、保護使用功能、保護環(huán)境能、保護環(huán)境2. 功能目標(biāo)：對如何達到總體目標(biāo)說明功能目標(biāo)：對如何達到總體目標(biāo)說明3. 性能要求：材料、構(gòu)件、系統(tǒng)、組件以及建筑性能要求：材料、構(gòu)件、系統(tǒng)、組件以及建筑方法滿足性能水平要求，從而達到安全總體目方法滿足性能水平要求，從而達到安全總體目標(biāo)和功能目標(biāo)標(biāo)和功能目標(biāo)4. 性能指標(biāo)性能指標(biāo)5. 設(shè)計指標(biāo)設(shè)計指標(biāo)第15頁/共103頁16總體目標(biāo)：建筑物在火災(zāi)條件下不垮塌功能目標(biāo)：保護鋼構(gòu)件不燒毀性能目標(biāo)：鋼

11、構(gòu)件有1小時耐火時間性能指標(biāo)：在1小時內(nèi)，溫度不高于530C設(shè)計指標(biāo)：保護層厚度不小于3mm總體目標(biāo)：保護人員安全功能目標(biāo)：遠離起火點的人員有足夠的疏散時間性能目標(biāo)：限制火災(zāi)蔓延和控制煙氣聚積與流動。性能指標(biāo)：燃燒速率小于10MW，40分鐘內(nèi)煙氣層高度3米以上。設(shè)計指標(biāo)：水噴淋1套（水壓2個大氣壓）、機械通風(fēng)300m3/min。第16頁/共103頁17第17頁/共103頁18第18頁/共103頁19第19頁/共103頁20第20頁/共103頁21火災(zāi)代價消防投入火災(zāi)損失V. 火災(zāi)防治有效性與經(jīng)濟性評價第21頁/共103頁22第22頁/共103頁23第23頁/共103頁24性能化設(shè)計步驟示意圖性

12、能化設(shè)計步驟示意圖第24頁/共103頁25Steps in the Performance-Based Analysis and the Conceptual Design Procedure for Fire Protection Design確定工程具體內(nèi)容建立性能判據(jù)確定安全總體目標(biāo)、功能目標(biāo)、性能目標(biāo)設(shè)計目標(biāo)：性能指標(biāo)和設(shè)計指標(biāo)選擇最終設(shè)計建立火災(zāi)場景試設(shè)計試設(shè)計評估準備設(shè)計文件修改設(shè)計或目標(biāo)性能化設(shè)計報告說明、圖紙操作與維護手冊Developing a Fire Protection Engineering Design Brief 試設(shè)計是否滿足性能標(biāo)準否是PSGDSODPCDFS

13、TDFSM ?第25頁/共103頁26第26頁/共103頁27第27頁/共103頁28第28頁/共103頁29第29頁/共103頁30第30頁/共103頁31第31頁/共103頁32第32頁/共103頁33時間時間 (s)熱熱釋釋放放速速率率穩(wěn)定階段穩(wěn)定階段增長階段增長階段減弱階段減弱階段設(shè)定火災(zāi)曲線示意圖設(shè)定火災(zāi)曲線示意圖第33頁/共103頁34第34頁/共103頁35第35頁/共103頁36三、性能化防火設(shè)計的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)三、性能化防火設(shè)計的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)2 2 熱釋放速率模型及其實驗測試方法熱釋放速率模型及其實驗測試方法3 3 羽流模型羽流模型1 1 火災(zāi)過程模擬火災(zāi)過程模擬4 4 人

14、員疏散模型人員疏散模型5 5 自動報警與滅火系統(tǒng)自動報警與滅火系統(tǒng)6 6 煙氣流動與控制系統(tǒng)煙氣流動與控制系統(tǒng)7 7 建筑構(gòu)件耐火保護建筑構(gòu)件耐火保護第36頁/共103頁371 1 火災(zāi)過程（煙氣流動）模擬火災(zāi)過程（煙氣流動）模擬方法分類方法分類火災(zāi)防護的工程火災(zāi)防護的工程方法方法分析方法分析方法模擬方法模擬方法區(qū)域模擬方法區(qū)域模擬方法場模擬方法場模擬方法第37頁/共103頁38火災(zāi)模擬方法及其對比火災(zāi)模擬方法及其對比分析方法與模擬方法對比分析方法與模擬方法對比性質(zhì)分析方法模擬方法時間過程否是錯誤評價簡單復(fù)雜消耗小中等，較大論述單一系統(tǒng)分析方法：運用工程基本原理、經(jīng)驗和規(guī)范給出具體工程問題的解

15、決方案。模擬方法：建立火災(zāi)過程數(shù)學(xué)模型，真實近似地再現(xiàn)火災(zāi)過程，并根據(jù)具體工程問題的給出解決方案。第38頁/共103頁39火災(zāi)模擬方法及其對比火災(zāi)模擬方法及其對比區(qū)域模擬與場模擬方法區(qū)域模擬與場模擬方法區(qū)域模擬方法：通常將火災(zāi)房間分為上下兩個區(qū)域，即上部的熱煙氣區(qū)和下部的冷空氣區(qū)，并且假設(shè)兩個區(qū)域內(nèi)的參數(shù)是均勻的。針對兩個區(qū)域分別列出質(zhì)量守恒和能量守恒方程，區(qū)域之間的質(zhì)量交換主要由羽流和通風(fēng)口的摻混作用造成，能量交換除了由質(zhì)量交換帶來的能量傳遞外，還考慮輻射和導(dǎo)熱損失場模擬方法：根據(jù)質(zhì)量守恒、動量守恒（N-S方程）、能量守恒和化學(xué)反應(yīng)定律建立描述火災(zāi)過程的控制方程組。為了能夠從整體上求解火災(zāi)過

16、程必須建立火災(zāi)各主要分過程的理論模型，如受浮力影響的湍流模型、湍流燃燒模型、輻射換熱模型和碳黑模型，從而使場模擬的方程組封閉。第39頁/共103頁40火災(zāi)模擬方法及其對比火災(zāi)模擬方法及其對比區(qū)域模擬與場模擬方法對比區(qū)域模擬與場模擬方法對比性質(zhì)區(qū)域模型場模型幾何描述近視準確通風(fēng)描述準確準確火源近視近視模擬投入小很大描述（論述）粗細校驗工作量大高質(zhì)量很大無量綱關(guān)系不能給出很高局部描述的準確性給出準確的分析結(jié)果區(qū)域劃分大時結(jié)果近視費用投入小很大第40頁/共103頁41火災(zāi)模擬方法及其對比火災(zāi)模擬方法及其對比區(qū)域模擬與場模擬方法對比區(qū)域模擬與場模擬方法對比問題區(qū)域模型場模型羽流范圍內(nèi)的局部溫度能能，一

17、般火災(zāi)范圍內(nèi)的局部溫度只在羽流、頂棚射流和建筑構(gòu)件能，一般煙氣層的溫度能能，費時排煙問題能能，費時局部流場在羽流范圍和開口部位能，一般多房間模型能有條件，費時建筑構(gòu)件溫度計算能能，部分是近視的參數(shù)研究容易很難第41頁/共103頁42室內(nèi)火災(zāi)及熱煙氣發(fā)展過程室內(nèi)火災(zāi)及熱煙氣發(fā)展過程可燃物煙氣羽流區(qū)間斷火焰區(qū)穩(wěn)定火焰區(qū)熱煙氣層第42頁/共103頁432 2 火源熱釋放速率模型火源熱釋放速率模型引言引言火災(zāi)過程中火源的熱釋放速率是評火災(zāi)過程中火源的熱釋放速率是評價火災(zāi)危險性的重要參數(shù)，也是進價火災(zāi)危險性的重要參數(shù)，也是進行火災(zāi)模擬研究的基礎(chǔ)參數(shù)。在過行火災(zāi)模擬研究的基礎(chǔ)參數(shù)。在過去的去的20多年時間

18、里，火災(zāi)過程中熱多年時間里，火災(zāi)過程中熱釋放速率的測試方法法較大的發(fā)展釋放速率的測試方法法較大的發(fā)展，出現(xiàn)了基于氧消耗原理的熱釋放，出現(xiàn)了基于氧消耗原理的熱釋放速率測試方法，如小尺寸熱釋放速速率測試方法，如小尺寸熱釋放速率實驗的率實驗的ISO5660標(biāo)準、全尺寸墻標(biāo)準、全尺寸墻角實驗的角實驗的ISO9705標(biāo)準，一些火災(zāi)標(biāo)準，一些火災(zāi)實驗室還發(fā)展了基于氧消耗原理的實驗室還發(fā)展了基于氧消耗原理的大型熱釋放速率測試方法。此外，大型熱釋放速率測試方法。此外，基于質(zhì)量損失速率的熱釋放速率測基于質(zhì)量損失速率的熱釋放速率測試方法可以作為基于氧消耗原理測試方法可以作為基于氧消耗原理測試方法的補充。試方法的補

19、充。與此同時，基于區(qū)域模型（與此同時，基于區(qū)域模型（Zone Model）的火災(zāi)模擬方法也得到）的火災(zāi)模擬方法也得到了長足發(fā)展，目前比較著名的火了長足發(fā)展，目前比較著名的火災(zāi)模擬軟件有災(zāi)模擬軟件有CFAST、MRFC、Jasmine、Sophie等，部分軟件等，部分軟件已經(jīng)可以在已經(jīng)可以在Windows9.x和和Windows2000界面下運行。上界面下運行。上述火災(zāi)模擬軟件已經(jīng)成為建筑火述火災(zāi)模擬軟件已經(jīng)成為建筑火災(zāi)研究和火災(zāi)危險性評價的重要災(zāi)研究和火災(zāi)危險性評價的重要工具，部分軟件已被成功地運用工具，部分軟件已被成功地運用于隧道火災(zāi)的研究和評價。但區(qū)于隧道火災(zāi)的研究和評價。但區(qū)域模型的核心

20、是如何構(gòu)造接近于域模型的核心是如何構(gòu)造接近于實際情況的火源熱釋放速率模型實際情況的火源熱釋放速率模型。第43頁/共103頁44幾種常用的熱釋放速率模型幾種常用的熱釋放速率模型t2模型CFAST軟件中應(yīng)用的模型2tbQ200/tQb 火焰水平蔓延速度參數(shù)值可燃材料火焰蔓延分級b /kJ/s310QMW 時的時間/s沒有注明緩慢0.0029584無棉制品聚酯床墊中等0.0117292塑料泡沫堆積的木板裝滿郵件的郵袋快速0.0469146甲醇快速燃燒的軟墊座椅極快0.187673第44頁/共103頁45幾種常用的熱釋放速率模型幾種常用的熱釋放速率模型t2模型CFAST軟件中應(yīng)用的模型02000400

21、06000800010000060120180240300360420480540600時間/ s熱釋放速率/ k W極快快速中等緩慢第45頁/共103頁46幾種常用的熱釋放速率模型幾種常用的熱釋放速率模型t2模型CFAST軟件中應(yīng)用的模型 322321max12.)(.0.tttttbQtttQQtttbQ232max)/(ttQb第46頁/共103頁47幾種常用的熱釋放速率模型幾種常用的熱釋放速率模型t2模型CFAST軟件中應(yīng)用的模型第47頁/共103頁48幾種常用的熱釋放速率模型幾種常用的熱釋放速率模型MRFC軟件中應(yīng)用的模型fuspAHrQYXAftvaXX0tvbYY02RAftvR

22、RX0第48頁/共103頁49幾種常用的熱釋放速率模型幾種常用的熱釋放速率模型MRFC軟件中應(yīng)用的模型0200040006000800010000060120 180 240 300 360 420 480 540 600時間/ s熱釋放速率/kW甲醇板材原木紙卷第49頁/共103頁50幾種常用的熱釋放速率模型幾種常用的熱釋放速率模型 可燃物燃燒參數(shù)表可燃材料熱值 /MJ/kg單位面積上的質(zhì)量損失速率 /kg/(m2.min)蔓延速度/mm/s紙卷13.680.454.5原木15.480.908板材15.480.9016甲醇27.000.9340火災(zāi)蔓延速度 /mm/s模型緩慢中等快速極快轟燃

23、時t2模型1012.515MRFC模型5812-2030-5080-120第50頁/共103頁51幾種常用的熱釋放速率模型幾種常用的熱釋放速率模型FFB應(yīng)用的模型tQQe00055. 0第51頁/共103頁52幾種常用的熱釋放速率模型幾種常用的熱釋放速率模型FFB應(yīng)用的模型0200040006000800010000060120180240300360420480540600時間/ s熱釋放速率/ M WQ0=2.0MWQ0=1.0MWQ0=0.5MW第52頁/共103頁533 3 熱釋放速率的實驗測試方法熱釋放速率的實驗測試方法基于氧消耗原理的測試方法氧消耗原理是指大多氧消耗原理是指大多數(shù)數(shù)

24、固體材料完全燃燒固體材料完全燃燒每消耗一單位質(zhì)量的每消耗一單位質(zhì)量的氧氣所釋放的熱量基氧氣所釋放的熱量基本相同本相同（13.10.05 MJ/kg O2）eeTpCm222OO0O5 . 1105. 110. 1XXXmEQe第53頁/共103頁54熱釋放速率的實驗測試方法熱釋放速率的實驗測試方法錐形量熱計第54頁/共103頁55熱釋放速率的實驗測試方法熱釋放速率的實驗測試方法錐形量熱計實驗原理錐形加熱器打印機計算機排氣流量計激光測煙系統(tǒng)煙灰測量系統(tǒng)排氣扇氣體取樣系統(tǒng)CO/CO2 分析儀集氣罩氧分析儀網(wǎng)絡(luò)電打火器試樣電子秤數(shù)據(jù)控制、采集和輸出系統(tǒng)垂直方向第55頁/共103頁56熱釋放速率的實驗

25、測試方法熱釋放速率的實驗測試方法大型基于氧消耗原理的測試裝置第56頁/共103頁57熱釋放速率的實驗測試方法熱釋放速率的實驗測試方法小汽車火災(zāi)熱釋放速率測試結(jié)果0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5051015202530354045505560時間/ m in熱釋放速率/ k W0.000.030.060.090.120.150.180.210.240.27質(zhì)量損失速率/ k g / s熱釋放速率質(zhì)量損失速率第57頁/共103頁58熱釋放速率的實驗測試方法熱釋放速率的實驗測試方法家具火災(zāi)熱釋放速率測試結(jié)果010002000300040005000020040060080

26、010001200時間/ s熱釋放速率/ k W雙人沙發(fā)三人沙發(fā)雙層木床床墊( 中間 點火)第58頁/共103頁59熱釋放速率的實驗測試方法熱釋放速率的實驗測試方法基于質(zhì)量損失速率原理的測試方法uHmQniiiniiniiiuHPPHPH111第59頁/共103頁60熱釋放速率的實驗測試方法熱釋放速率的實驗測試方法房間木垛火災(zāi)熱釋放速率測試結(jié)果012345678048121620時間/ m in熱釋放速率/ M W0.00.10.20.30.40.50.60.70.8質(zhì)量損失速率/ k g / s熱釋放速率質(zhì)量損失速率第60頁/共103頁61主要結(jié)論主要結(jié)論火災(zāi)過程中火源的熱釋放速率火災(zāi)過程中

27、火源的熱釋放速率是評價火災(zāi)危險性的重要參數(shù)是評價火災(zāi)危險性的重要參數(shù)，也是進行火災(zāi)模擬研究的基，也是進行火災(zāi)模擬研究的基礎(chǔ)參數(shù)。在實際建筑（包括工礎(chǔ)參數(shù)。在實際建筑（包括工業(yè)建筑）火災(zāi)中，可燃物種類業(yè)建筑）火災(zāi)中，可燃物種類繁多如木材、塑料、紡織品、繁多如木材、塑料、紡織品、橡膠、油品等，多數(shù)火災(zāi)往往橡膠、油品等，多數(shù)火災(zāi)往往是上述多種可燃物的混合。運是上述多種可燃物的混合。運用實驗的方法研究單一可燃物用實驗的方法研究單一可燃物和混合可燃物的燃燒過程，獲和混合可燃物的燃燒過程，獲得這些材料在火災(zāi)過程中的熱得這些材料在火災(zāi)過程中的熱釋放速率，建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫，釋放速率，建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫，用于實際火災(zāi)

28、的評價和模擬研用于實際火災(zāi)的評價和模擬研究工作是十分必要的。究工作是十分必要的。火災(zāi)實驗是一種破壞性試驗，火災(zāi)實驗是一種破壞性試驗，大型火災(zāi)實驗耗費往往很大。大型火災(zāi)實驗耗費往往很大。運用目前較為成熟的數(shù)學(xué)模型運用目前較為成熟的數(shù)學(xué)模型用于火災(zāi)模擬研究工作是切實用于火災(zāi)模擬研究工作是切實可行的，如可行的，如CFAST和和MRFC軟件中應(yīng)用的模型，軟件中應(yīng)用的模型，但要求使但要求使用者應(yīng)具有豐富的經(jīng)驗。模型用者應(yīng)具有豐富的經(jīng)驗。模型化的方法雖然處理問題較粗糙化的方法雖然處理問題較粗糙，但如果相關(guān)參數(shù)選用合理，但如果相關(guān)參數(shù)選用合理，也可滿足相關(guān)火災(zāi)研究工作的也可滿足相關(guān)火災(zāi)研究工作的需要。需要。

29、第61頁/共103頁624 4 幾種常用的羽流模型幾種常用的羽流模型Zukoski模型（模型（1）3/53/1zQCmPee071. 0eC044. 0eC028. 0eCDz10flzz 5/2235. 002. 1PflQDz第62頁/共103頁63幾種常用的羽流模型幾種常用的羽流模型Zukoski模型（模型（2）Dz10flzz 3/503/1)(zzQCmPee5/20083. 002. 1PQDz第63頁/共103頁64幾種常用的羽流模型幾種常用的羽流模型Thomas-Hinkley模型模型UzCmee2/319. 0eC21. 0eC34. 0eCDz10750200 q 第64頁

30、/共103頁65幾種常用的羽流模型幾種常用的羽流模型McCaffrey模型模型566. 05/2011. 0PPeQzQm909. 05/2026. 0PPeQzQm895. 15/2124. 0PPeQzQm08. 000. 05/2PQz20. 008. 05/2PQz5/220. 0PQz第65頁/共103頁66幾種常用的羽流模型幾種常用的羽流模型NFPA模型模型PPeQzQkm0018. 0071. 03/53/13/21k75. 0k25. 0k50. 0k第66頁/共103頁67羽流模型對比羽流模型對比羽流溫度近似計算羽流溫度近似計算0TcmQTPePg2/51212)(HHQQ

31、3/53/23/2)/(zQgTATconvo對兩個火源上方溫度相同的點，由溫度分對兩個火源上方溫度相同的點，由溫度分布方程布方程得到：得到：利用該方程可以進行模擬實驗。利用該方程可以進行模擬實驗。羽流溫度模擬實驗測定羽流溫度模擬實驗測定第67頁/共103頁68羽流模型對比羽流模型對比熱煙氣層的體積變化率熱煙氣層的體積變化率ventgeVTTmV00第68頁/共103頁69羽流模型對比羽流模型對比計算示例計算示例算例算例1：單位面積上的熱釋放速率：單位面積上的熱釋放速率為為800 kW/m2，火源面積為，火源面積為0.5 m2，火源直徑為，火源直徑為0.8 m，火源的熱釋，火源的熱釋放速率為放

32、速率為400 kW，對流熱流量為，對流熱流量為火源熱釋放速率的火源熱釋放速率的80%，可燃物高，可燃物高度為度為0 m?；鹧娓叨葹椤；鹧娓叨葹?.42 m，虛，虛擬點火源距可燃物表面高度為擬點火源距可燃物表面高度為-0.025 m。算例算例2：選用德國熱與煙氣排放：選用德國熱與煙氣排放標(biāo)準第五部分（標(biāo)準第五部分（DIN 18232-5）中的第三組火源描述，火源面積中的第三組火源描述，火源面積為為20 m2，火源直徑為，火源直徑為5.05 m，火源的熱釋放速率為火源的熱釋放速率為12 000 kW，對流熱流量為火源熱釋放速率，對流熱流量為火源熱釋放速率的的80%，可燃物高度為，可燃物高度為0 m

33、。第69頁/共103頁700510152025302345678z /mme /kg/sZukoski(1)Zukoski(2)McCaffreyNFPA火災(zāi)羽流模型對比火災(zāi)羽流模型對比羽 流 質(zhì) 量 流 量第70頁/共103頁71火災(zāi)羽流模型對比火災(zāi)羽流模型對比0501001502002502345678z /mTg /Zukoski(1)Zukoski(2)McCaffreyNFPA羽 流 溫 度 變 化第71頁/共103頁72火災(zāi)羽流模型對比火災(zāi)羽流模型對比05101520252345678z /mVvent /m3/sZukoski(1)Zukoski(2)McCaffreyNFPA羽

34、 流 體 積 流 量第72頁/共103頁73火災(zāi)羽流模型對比火災(zāi)羽流模型對比羽 流 質(zhì) 量 流 量03060901202345678z /mme /kg/sThomas-H.McCaffrey第73頁/共103頁74火災(zāi)羽流模型對比火災(zāi)羽流模型對比羽 流 溫 度 變 化0300600900120015002345678z /mTg / Thomas-H.McCaffrey第74頁/共103頁75火災(zāi)羽流模型對比火災(zāi)羽流模型對比羽 流 體 積 流 量03060901202345678z /mVvent /m3/sThomas-H.McCaffrey第75頁/共103頁76火災(zāi)羽流模型對比火災(zāi)羽流

35、模型對比主要結(jié)論主要結(jié)論火災(zāi)過程中的羽流模型是進行火災(zāi)過程中的羽流模型是進行火災(zāi)模擬、火災(zāi)及煙氣發(fā)展評火災(zāi)模擬、火災(zāi)及煙氣發(fā)展評價和防排煙設(shè)計的基礎(chǔ)。本文價和防排煙設(shè)計的基礎(chǔ)。本文總結(jié)了幾種常見的羽流模型和總結(jié)了幾種常見的羽流模型和適用條件，運用算例對幾種常適用條件，運用算例對幾種常見的羽流模型進行了對比分析見的羽流模型進行了對比分析。結(jié)果表明，對同一問題各模。結(jié)果表明，對同一問題各模型得出的羽流質(zhì)量流量存在著型得出的羽流質(zhì)量流量存在著差異，而這些差異必然對差異，而這些差異必然對煙氣煙氣流量和溫度的計算產(chǎn)生流量和溫度的計算產(chǎn)生影響影響，這給火災(zāi)的評價造成困難。雖這給火災(zāi)的評價造成困難。雖然不同

36、的羽流模型有著不同的然不同的羽流模型有著不同的適用條件，但這些條件的界限適用條件，但這些條件的界限并不十分清楚，使用者很難把并不十分清楚，使用者很難把握。握。此外，大部分羽流模型是基于此外，大部分羽流模型是基于早期實驗的研究成果，如早期實驗的研究成果，如Thomas-HinkleyThomas-Hinkley模型是模型是19631963年發(fā)表的，由于受當(dāng)時實驗條年發(fā)表的，由于受當(dāng)時實驗條件、測試儀器水平以及人們對件、測試儀器水平以及人們對火災(zāi)問題的科學(xué)認識程度的限火災(zāi)問題的科學(xué)認識程度的限制，這些成果的適用性需要重制，這些成果的適用性需要重新進行實驗和理論評價，以促新進行實驗和理論評價，以促進

37、火災(zāi)研究及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展進火災(zāi)研究及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。第76頁/共103頁77火災(zāi)溫度火災(zāi)溫度時間關(guān)系時間關(guān)系標(biāo)準火災(zāi)溫度曲線：標(biāo)準火災(zāi)溫度曲線：Lie的溫度的溫度時間關(guān)系表達式：時間關(guān)系表達式：5 . 023 . 0/1 . 0)/600()12exp(1 (4)3exp(1 ()6 . 0exp(1 ( 3)exp()10(250FCttttFFTFg)2/1(/2/1mAHAFtW開口因子開口因子當(dāng)當(dāng)1/08. 0Ft15. 001. 0 F當(dāng)當(dāng)1/08. 0Ft15. 0F和和/或或Tg等于等于 的值，直到燃料消耗完畢。的值，直到燃料消耗完畢。1/08. 0Ftt轟燃后的時間，小時。轟燃

38、后的時間，小時。對重物質(zhì)（密度大于或等于對重物質(zhì)（密度大于或等于1600kg/m3），），C=0；對輕物質(zhì)（密度小于對輕物質(zhì)（密度小于1600kg/m3），），C=1。且) 1133. 0log(345tTTo5 5 耐火保護耐火保護第77頁/共103頁78鋼構(gòu)件耐火保護層的厚度計算鋼構(gòu)件耐火保護層的厚度計算輕質(zhì)保護材料：輕質(zhì)保護材料：4/12sssrrrrVcBFc代表保護層的參數(shù)。下標(biāo)代表鋼材的參數(shù)；下標(biāo)rs重質(zhì)保護材料：重質(zhì)保護材料：4/12sssrrrrVcBFc干保護材料：干保護材料：252Drr計算時不考慮含水量對構(gòu)件溫度的計算時不考慮含水量對構(gòu)件溫度的影響。影響。濕保護材料：濕保

39、護材料：252Drr計算時考慮含水量對構(gòu)件溫度的計算時考慮含水量對構(gòu)件溫度的影響。影響。第78頁/共103頁79重質(zhì)材料保護層導(dǎo)熱方程：)(111ssrrsssTTVBFcdtdT輕質(zhì)材料保護層導(dǎo)熱方程：)(1ssrrsssTTVBFcdtdT保護材料綜合系數(shù)srrVBF)(1ssssTTcdtdT差分形式為：)()1 ()(tTcTTctttTsssssssrsrrsssrrrrVFKVFKBVcBFc22)(4114/12重質(zhì)保護層厚度為：時，當(dāng)當(dāng)火災(zāi)溫度隨時間變化的關(guān)系已知，且構(gòu)件的耐火溫度和耐火時間已知時，就可以按照上式計算保護層的厚度Br。5)(2rvBt 水分蒸發(fā)時間為：第79頁/

40、共103頁80q項目概述q危險源辯識q火災(zāi)危害性評估q鋼結(jié)構(gòu)保護第80頁/共103頁81n 新航站樓建筑面積為新航站樓建筑面積為8萬平方米；萬平方米；n 在建筑形式上，用簡單的幾何大跨度結(jié)構(gòu)創(chuàng)造在建筑形式上，用簡單的幾何大跨度結(jié)構(gòu)創(chuàng)造出一個大空間體。出一個大空間體。第81頁/共103頁82n保證生命安全保證生命安全：發(fā)生設(shè)定的火災(zāi)時確保所有：發(fā)生設(shè)定的火災(zāi)時確保所有人員能夠安全疏散；人員能夠安全疏散；n保證財產(chǎn)安全保證財產(chǎn)安全：通過早期探測和高效撲救來：通過早期探測和高效撲救來降低火災(zāi)的直接和間接損失。降低火災(zāi)的直接和間接損失。第82頁/共103頁83n分析新航站樓內(nèi)火災(zāi)危險源的分布、著火特性

41、及熱釋放速率分析新航站樓內(nèi)火災(zāi)危險源的分布、著火特性及熱釋放速率；n分析火災(zāi)動力學(xué)特性和建筑結(jié)構(gòu)的火災(zāi)響應(yīng)特性，分析火災(zāi)動力學(xué)特性和建筑結(jié)構(gòu)的火災(zāi)響應(yīng)特性，對火災(zāi)達到危險狀態(tài)的對火災(zāi)達到危險狀態(tài)的時間進行評估時間進行評估；n分析人群疏散特性，分析人群疏散特性，計算出人員疏散完畢時間計算出人員疏散完畢時間，并結(jié)合到達危險狀態(tài)時間，并結(jié)合到達危險狀態(tài)時間對人員能否安全疏散進行評估；對人員能否安全疏散進行評估；n分析不同火災(zāi)探測報警方法，分析不同火災(zāi)探測報警方法，對不同火災(zāi)探測方法在航站樓大空間內(nèi)的適對不同火災(zāi)探測方法在航站樓大空間內(nèi)的適用性進行評估用性進行評估；n分析不同滅火系統(tǒng)的效能分析不同滅火

42、系統(tǒng)的效能，對其延長達到火災(zāi)危險狀態(tài)時間、降低火災(zāi)損，對其延長達到火災(zāi)危險狀態(tài)時間、降低火災(zāi)損失、保護環(huán)境的作用進行評估。失、保護環(huán)境的作用進行評估。研究內(nèi)容第83頁/共103頁84n分析新航站樓內(nèi)火災(zāi)危險源的分布、著火分析新航站樓內(nèi)火災(zāi)危險源的分布、著火特性及熱釋放速率特性及熱釋放速率 分析設(shè)計圖紙分析設(shè)計圖紙按照功能區(qū)進行危險源辨識；按照功能區(qū)進行危險源辨識；確定可燃物著火特性和燃燒熱值；確定可燃物著火特性和燃燒熱值；計算火災(zāi)荷載及火災(zāi)增長因子；計算火災(zāi)荷載及火災(zāi)增長因子；按時間平方類型火災(zāi)計算熱釋放速率。按時間平方類型火災(zāi)計算熱釋放速率。第84頁/共103頁85n 實際大空間中會存在一些

43、可燃物聚集的區(qū)域，火災(zāi)荷載密度較大，需根據(jù)可燃物的空間分布特性對危險源進行進一步辨識，考慮其發(fā)生火災(zāi)后的熱釋放速率和火災(zāi)蔓延情況。 大空間內(nèi)火災(zāi)熱釋放速率地點火源面積（m2）等效直徑（m）火災(zāi)增長因子（kW/s2）可燃物全部被引燃時間（s）最大熱釋放速率（MW）二層商亭4440.0883339.76行李堆322.40.046892001.88辦票臺7.545.20.011274332.12夾層（行李）1.81.61.70.046891420.95一層（行李堆）322.40.046892001.88大空間火災(zāi)熱釋放速率第85頁/共103頁86n 比較大空間內(nèi)煙氣運動的全尺寸模擬實驗與計算機模擬結(jié)果：提出和驗證多空間區(qū)域模擬方法在計算大空間煙