《火灾烟气控制》复习提纲

《火灾烟气控制》复习提纲

第一章

火灾烟气组成

火灾烟气由热解和燃烧所生成的气（汽）体、悬浮颗粒及剩余空气三部分组成。 有机化合物在一般温度条件下，燃烧产物主要有：CO 2、CO 、H 2O 、SO 2、P 2O 5等，此外还有少量的碳氢化合物。

烟气中飘流的热解和燃烧所生成的悬浮颗粒，一般称为烟粒子，通常有游离碳（碳黑）、焦油类粒子和高沸点物质的凝缩液滴等。

在燃烧过程中没有参与燃烧反应的空气成为剩余空气。

火灾烟气的毒害性

缺氧、毒害、尘害、高温。

火灾烟气的基本状态参数（温度、密度）

压力、温度、比容或密度。

火灾烟气的绝对压力为：P y =B+P ys ≈B 。 不计围护结构的冷却作用，烟气与周围冷空气混合后的温度为：000y y k k

y y k V t V t t V V +=+ ℃。

经验公式计算混合后的烟温：t y =α1·t y0，α1烟气冷却系数，经过走道取0.7，经过走道和排烟竖井取0.5。t y0为着火房间窜出的烟气温度，一般取500 ℃。 烟气的密度可利用理想气体的状态方程导出：y 0y y y b

P 273=T P ρρ，对于火灾烟气，Py ≈B ，0y y y b y b y

273B 353B 353=T P T P T ρρ≈≈ kg/m 3。 烟粒子浓度的表示方法及关系

烟粒子浓度通常有质量浓度、颗粒浓度和光学浓度三种表示方法。 质量浓度：单位容积的烟气中所含烟粒子的质量，s s y

m V μ= mg/m 3。 颗粒浓度：单位容积的烟气中所含烟粒子的颗粒数，s s y

N n V = 1/m 3。 光学浓度用减光系数Cs 表示，采用光学法，根据Lamber Beer 定律测定，0s C l I I e

-= Cd 。 三种烟粒子浓度的相互关系： 质量浓度与颗粒浓度呈线性关系：36s s

n d πμρ= 减光系数与质量浓度呈线性关系：32s s C d μρ=

减光系数与颗粒浓度呈线性关系：24s s C d n π=

? 以上线性关系只是近似的线性关系。

第二章

烟气扩散路线、防烟分区划分方法

高层建筑发生火灾时，烟气在其内的流动扩散一般有三条路线：第一条，也是最主要的一条：着火房间→走廊→楼梯间→上部各楼层→室外；第二条：着火房间→室外；第三条；着火房间→相邻上层房间→室外。

防烟分区划分方法：1. 按面积划分：高层建筑/剧场、影院、体育馆等；2. 按用途划分：居住区、办公区、疏散走道、楼梯、电梯及前室等；3. 按方向划分：水平方向，垂直方向。

主要的防烟方式和排烟方式

防烟方式：非燃化防烟、密闭防烟、阻碍防烟、加压防烟。

非燃化防烟方式：包括材料本身和收藏方式的非燃化。非燃材料的特点是不易燃烧且发烟量很少，所以可使火灾时产生的烟气量大大减少，烟气光学浓度大大降低。收藏方式的非燃化指将易燃物品存放在专门设计的以非燃化或难燃材料制作的壁橱、钢橱等橱柜中。

密闭防烟方式：采用密闭性能很好的墙壁和门窗等将房间封闭起来，并对进出房间的气流加以控制。当房间一旦起火时杜绝新鲜空气流入，使着火房间内的燃烧因缺氧而自行熄灭。

阻碍防烟方式：在烟气扩散流动的路线上设置各种阻碍以防止烟气继续扩散的方式，常用在防烟分区的分界处。

加压防烟方式：对着火区以外的区域进行加压送风，使其保持一定的正压，以防止烟气的侵入的防烟方式。

排烟方式：自然排烟、机械排烟。

自然排烟的原理、影响因素和优缺点

原理：利用火灾产生的热烟气流的浮力和外部风力作用，通过建筑物对外的开口把烟气排出室外的排烟方式。

影响因素：烟气和空气之间的温度差，排烟口和进风口的高度差，室外风力的影响，高层建筑热压作用的影响。

优点：结构简单，投资少，不需外加动力，运行维护费用少。

缺点：排烟效果不稳定，对建筑物的结构有特殊要求，存在火灾通过排烟口漫延到紧邻上层的危险性。

三种机械排烟的工作原理和优缺点

负压机械排烟的工作原理：利用排烟机把着火区域中产生的高温烟气通过排烟口排至室外。优点：克服自然排烟受外界气象条件以及高层建筑热压作用的影响，排烟效果比较稳定，特别是火灾初期能有效地保证非着火层或区域的人员疏散和物资转移时安全。缺点：在火灾猛烈发展阶段效果可能大大降低；排烟风机和管道必须能在高温下工作；初投资和维修费用高。

正压送风防烟的工作原理：在疏散通道等重要防烟部位送入足够的新鲜空气，使其维持高出建筑物其它部位的压力，从而把着火区产生的烟气堵截于防烟部位之外。优点：确保疏散通道的安全；降低建筑物某些部位的耐火要求；便于旧式建筑物防排烟技术改造。缺点：当正压送风楼梯间的正压值过高时，会使楼梯间通向前室或走廊的门打不开。

全面通风排烟的工作原理：就是把正压送风防烟和负压机械排烟两者结合起来的防排烟方式。当建筑物发生火灾时，在着火区域即有烟区利用排烟风机把烟气排至室外，并造成微负压，以防止烟气蔓延扩散出去；同时在非着火区域采用送风机加压送风，造成微正压，以防止烟气的侵入。优点：防排烟效果良好；布置灵活，适应性广；可借用通风空调系统实现排烟。缺点：系统复杂，自动控制要求高；采用专用设备，造价高。

第三章

流量平方根法则

通过管状开口或薄壁开口的流量都与开口两侧的压力差的平方根成正比例关系，称为流量

平方根法则。对于各种结构型式的开口：Q=KA ΔP 1/n 。一般孔口n 取1.6，狭窄缝隙取2.0。 中性层理论

通风工程中，常把由于室内外温度差和窗孔的高度差引起的浮力作用称为热压作用。窗孔内外的压差称为余压。余压为正，向外排气，是排气窗孔；余压为负，向里进风，是进风窗孔。在某一个位置，室内外各点的静压相等，是余压为零的水平面，称为中性层或中和面。 中性层理论的基本思路

公式推导详见P63~P70。 着火房间具有上下开口时的气流状况：2

2112n w

T h A h A T ??=? ???.表明自然排烟时，中性层位置与上下开口面积、着火房间内气体温度及室外空气温度之间的关系。火灾温度越高，中性层下移；下部吸入口面积增大，中性层下移。中性层的下移有利于对外排烟，所以在进行自然排烟设计时，应适当加大底层的开口面积，有利于上层的对外排烟。 着火房间门窗开启时的气流状况：1/31/321w n n w T h h T ρρ????== ? ?????。排出：

22max 223c n M B h P αρ''=?。流进：11max 223

c w M B h P αρ'=?。 高层建筑的中性层：()()21

110n n i n i o j w o j i j A

h h A h h ρρ==---=∑∑。高层建筑各楼层的开口面积分布比较均匀时（无专设排气竖井），中性层将位于整个建筑物总高度的中部附近。40层以上的高层建筑，中性层位置在其高度的50~70%处，气密性很好的高层建筑，中性层位置在其高度的30%处。一般计算时，位置可设定在建筑物的中部。

烟囱效应、正反热压作用，及其影响

高层建筑物内一些贯通上下的竖直通道，如电梯间、管道竖井、通风排烟竖井等，当建筑物内外存在温差时，将产生“烟囱效应”。

正热压作用：建筑物内温度高于室外温度时在其各种竖直通道中存在一股上升气流的现象。 反热压作用：建筑物内温度低于室外温度时在其各种竖直通道中存在一股下降气流的现象。 热压作用对火灾烟气流动的影响：

正热压作用下，如果火灾发生在中性层之下，烟气流人竖井后使井内气温升高、浮力增大、上升气流加强。当上升到中性层以上时，烟气流出竖井进入建筑物上部各楼层。如果楼层上下之间无渗漏，则中性层以下楼层，除着火层外，将不存在烟气：如果存在渗漏，则中性层以下楼层进烟后烟气将随空气流人竖井向上流动；中性层以上楼层进烟后烟气将随空气排至室外。如火灾发生在中性层之上，着火房间中的烟气将随着建筑物中的气流通过外墙开口排至室外。当楼层上下之间无渗漏状况时，除着火层之外，其余楼层将不存在烟气。当存在渗漏状况时烟气将渗漏到其上部的楼层中去，然后随气流通过各楼层的外墙开口排至室外。

反热压作用下，如火灾发生在中性层之上且烟气温度较低时，烟气流入竖井后，竖井内气流方向朝下，烟气被带到中性层以下，然后随气流流入各楼层中，如果建筑物楼层上下无渗漏，除着火层外中性层以上各楼层均无烟气侵入；如存在渗漏，烟气将向上部楼层渗漏，然后随空气流人竖井。如火灾产生的烟气温度较高，烟气进入竖井后导致井内气温高于空外气温，则反热压作用转变为火灾条件下的正热压作用，烟气在竖井内转向为上升流动。火灾发生在中性层之下且烟温较低时，着火层中的烟气将随空气排至室外。当楼层上下无渗漏时，除着火层外其余楼层均无烟气侵入；当存在渗漏时烟气可能渗漏到其上部楼层中，并随空气流排至室外。同样，如火灾所产生的烟气温度较高也可能导致转变为正热压作用。

风压作用及其影响

风的基本参数是方向和风速。 不受阻挡的风，将按照原有的方向和速度向前流动，具有动能，其动压为：22w d W P ρ?= 在障碍物或建筑物的四周，风的方向和速度将发生变化。迎风面速度减小，动压降低，静压增高；侧面和背风面产生局部漩涡，静压降低。这种由于受到阻挡造成建筑物四周气流静压发生变化的现象称为风压作用。建筑周围的风压分布与该建筑的几何形状和室外风的方向有关。

相对于无风情况下开口处压力分布的中性层而言，当风压系数为正时中性层上升，当风压系数为负时中性层下降。对自然排烟来说中性层上升对排烟不利，当中性层上升到排烟口上缘时自然排烟将失效。

火灾烟气生成量的计算思路

1.实际空气量计算：工程上的实际燃烧过程中，空气量多于理论空气量，可用过剩空气系

数表示，

o K m o V V α=，过剩空气系数的大小表明了可燃物燃烧过程中的供气条件。若可燃物在实际空气条件下完全燃烧，则生成的烟气中除了理论烟气量外，还有剩余空气量及所含有的水蒸气量。剩余空气量为()1m o V α- Nm3/kg ，剩余空气中所含的水蒸气量为()0.01611m o V α-，单位质量可燃物在实际空气条件下完全燃烧时产生的烟气量为()1.01611o

y y m o V V V α=+- Nm3/kg 。

2.不完全燃烧对烟气生成量的影响：工程设计计算中，认为：化学不完全燃烧不影响可燃物生成的烟气量。这样，只需考虑机械不完全燃烧。机械不完全燃烧损失4100J B B q B -=

?，不完全燃烧系数4,1/100J B q B ηη==-，单位时间所产生的烟气总量为

()1.01611o Y Y m o V B V V ηα??=+-??

。 全面通风排烟微分方程式及应用

详细公式推导参见P113~P119，并注意P119上的例题。 以烟粒子质量浓度为控制指标：s y f py s d V G Q Q d ττμμμτ

=+?-?。 以烟气中某有毒气体的容积成分ri(%)作为控制指标，控制体内该有害气体的生成量为qi (m3/s)：100i i f py i dr V q Q r Q r d ττ

=+?-?。 全面通风排烟微分方程式求解： 001exp exp y f py py s s py s G Q Q Q Q V V τμμττμμ+??????=--+-?? ? ?????

??。 1. 送风中不含烟粒子，即μ=0时：001exp exp y py py s s py s G Q Q Q V V τμττμμ??????=--+-?? ? ??????

?。 2. 控制体内不再发烟，即Gy=0时：001exp exp f py py s s py s Q Q Q Q V V τμμττμμ??????=--+-?? ? ?????

??。

3. 送风无烟粒子且控制体内不再发烟：0exp py s s Q V τμτμ??=- ???

。因为烟粒子的质量浓度和光学浓度近似为线性关系，故：0exp py s s Q C C V ττ??=- ???

。 防排烟工程上可能碰到的计算有以下四种，要求输送清洁新鲜的空气，故μ=0：

1.在给定的控制体和要求的通风排烟时间以及烟气浓度下，计算通风排烟量以确定风机的容量：当Gy=0时，060ln s py s V Q τμτμ??= ??? m 3/h ，或060ln s py s C V Q C ττ??= ???

m 3/h 。当Gy ≠0时需要通过数值求解。

2.对于给定的控制体和通风排烟设备，在要求达到的烟气浓度下，计算系统所需投入运行的时间：当Gy=0时，060ln s py s V Q τμτμ??= ??? min ，或060ln s py s C V Q C ττ??= ???

。当Gy ≠0时，060ln y py s py y py s G Q V Q G Q τμτμ??-=- ? ?-??

min 。 3.对于给定的控制体和通风排烟设备，在指定的通风排烟时间内，计算通风排烟终了所达

到的烟气浓度是否符合疏散安全要求：当Gy=0时，0exp py s s Q V τμμτ??=- ???

g/m 3，或

0exp py s s Q C C V ττ??=- ???

g/m 3。当Gy ≠0时，需要通过数值求解。

4.对于给定通风排烟设备和所要求的通风排烟时间以及烟气浓度下，校核防排烟系统的控制能力：当Gy=0时，()060ln py j s s Q V ττμμ=

m 3，或()060ln py j s s Q V C C ττ= m 3。当Gy ≠0时，需要通过数值求解。

第四章

正压送风防烟系统的构成，空气流程

正压送风防烟系统由吸、送、漏、排各个环节构成，吸指吸风口，送指送风口，漏指漏风通路，排指排气或排烟部位。

正压送风系统中的空气流程：1. 向楼梯间及其前室、甚至走廊送风，使其保持一定的正压力，形成正压区；2. 正压区中的空气通过正压区与非正压区之间的关闭的门的缝隙、围护结构的缝隙或开启的门窗向非正压区渗漏或排泄；3. 在着火房间中或疏散通路上与疏散方向相反的走廊尽端处，火灾烟气通过外窗或专设排烟口排出室外。

气流通路的基本形式、计算

气流通路基本形式：并列式，串列式和混合式。

多通路并列气流通路的计算气流流通面积是各个通路流通面积的代数和：1=n

j i

i A A =∑。

多通路串列气流通路，其气流流通面积：2222121111....j n A A A A =+++或12

21=n j i i A A --=?? ???∑。 混合式气流通路计算时应从通路的最末端即压力最低处开始计算，逐步向压力最高处靠近。 正压送风系统送风量计算思路

1.保证关门时正压区间达到正压水平的送风量计算：①正压系统的漏风量计算：1n l j Q KA P =?，K 一般为0.839，n 在孔口和门缝取

2.0，在狭窄的缝隙取1.6；②正压系统的送风量计算：送风量应有足够的余量，以补偿客观存在却又很难确定的泄漏风量，f lj Q Q β=，β为风量储备系数，一般为1.25~1.3。

2.维持开启门洞处最低气流速度的送风量计算：火灾时，疏散通道的门打开，正压区间的空气大量涌出，使得正压几乎全部丧失，正压转换成开启门洞处的气流动压，用以阻止走道中烟气倒流的空气流临界速度为13lj gE W K B CT ρ??= ???→1133,lj W W E g W K K K B CT ρ????== ? ?????

，由上式知，影响空气流临界速度的主要因素有：着火房间项走道释放的能量及走道的宽度。通常门洞处的空气流速是按所通过的风量和门洞的几何面积得到的平均风速，即m m m m Q W B H =

→m m m m m m Q W B H W F ==。

开口的两种情况：1.当打开的门直接通向室外时，其背境压力即背压为零，此时气流速度不会随时间的推移而变化，通过单个门洞的风量为[]0

min fi mi Q F W =。2.当打开的门通向室内的非正压间时，其背压将由于正压系统流入的风量而升高，并随时间推移而变化，门内外压力差会逐渐减小，直到背压趋于稳定。为保证气流速度在背压升高过程中也不低于最低风速值，必须进行背压修正，通过单个门洞的风量为[]min fi mi Q F W ψ=,Ψ对外门取1.0，对内门取0.6。

需注意的两点：1.若同一正压系统中有两个相互串列的门同时开启时，应按较大尺寸的门洞来计算通过单个门洞的送风量。2.若同一正压系统中有两个或两个以上相互并列的门同时开启时，总送风量应为各单个门洞的送风量的总和。

正压送风防烟楼梯间的气流通路

见P149~P155有关正压防烟楼梯间气流通路示意图。

第五章

流动阻力及其形式

实际流体存在的粘性使流体流动时产生阻力，并引起能量损失。流体流动的阻力按其能量消耗的形式不同分为摩擦阻力和局部阻力两大类。

摩擦阻力的计算、阻力区域的确定

计算摩擦阻力的关键就在于确定计算管路中的摩擦阻力系数λ。层流状态下摩擦阻力由流动过程中与流道壁面之间的摩擦力和流体层向的内摩擦力而形成的切应力作用产生，

264Re 2pj mc W L h d ρ???=? ? ???

。紊流状态下还存在流体间的横向脉动速度导致附加切应力作用，摩擦切应力的大小与雷诺数、壁面绝对粗糙度以及流速有关。紊流状态下，靠近壁面的薄流层仍处于

层流状态，称为层流底层，厚度为δ。壁面表面凸起的顶峰和下凹的谷底的高差称为壁面绝对粗糙度Δ。δ>Δ时λ与Δ无关，为水力光滑管，δ＜Δ时λ与Δ有关，为水力粗糙管。

管路的联结形式和各自的特点

简单管路：指流道流通截面积不变，流体流量恒定的管路。流体在简单管路中的压力降等于流动的总阻力，为摩擦阻力和局部阻力之和。

串联管路：是由若干个简单管路相互串联连接而成的。

并联管路：若干个简单管路或串联管路的进出口端分别连接在一起构成。

复杂管路：由许多简单管路、串联管路、并联管路混合串联和并联而成。各管路的计算数据互相牵连，互相制约，服从两条基本法则：1.并联管路的阻力相等，流体的质量流量迭加；

2.串联管路中流体的质量流量相等，阻力迭加。

串联、并联管路的水力特性

串联管路：相互串联的各简单管路中的流体质量流量不变，串联管路的总阻力等于各简单管路的阻力之和。

并联管路：流体的总质量等于各支管路中流体质量流量之和，总水力特性值的平方根的倒数是各并联支管路的水力特性值的平方根倒数之和。

第七章

风机的种类和工作原理

种类：离心式风机，轴流式风机。

离心式风机工作原理：叶轮旋转时，叶片间隙中的气体被带动旋转获得离心力，气体由于离心力的作用被径向地甩向机壳的边缘，产生正压力，由蜗壳形机壳汇集沿切向引导至排气口排出；叶轮中由于气体被甩离形成负压，使气体由进风口吸入，形成气体被连续地吸入、加压、排出的流动过程。离心式风机是不可逆转的。

轴流式风机工作原理：叶轮上的叶片具有斜面形状，当叶轮旋转时，气体受到叶片的推挤而升压，并形成轴向流动。入口导向叶片的作用是使轴向进入的气流产生预旋，出口导向叶片是使旋转的气流变为轴向，风机中的气流方向始终沿着轴向。轴流式风机也是不可逆转的。

风机性能指标、工作特性

性能指标：风量：风机在正常工作状态下所输送介质的容积流量。风压：风机出口产生的全压。轴功率：风机在正常工作状态下的输入功率。效率：风机的输出与输入功率的比值或百分比。

工作特性：在转速和介质密度一定的条件下，风机的风压、轴功率、效率和风量之间的关系称为风机的工作特性。

风机在系统中工作点的确定

工作点：在同一直角坐标系上，风机的风压特性曲线和该风机所负担的烟风管道的阻力特性曲线之间的交点。

正确的风机选型应使工作点满足：1.工作点对应的风机风量应等于烟风系统中的最大烟风流量，这是基本要求。2.工作点应处在风机的高效率区域，以保证风机运行的经济性。

风机选型的内容和步骤

正确的风机选型设计包括选择：风机的性能、种类、型式。

1.确定风机的性能指标：在确定了烟风系统的阻力和流量后，便可以确定所需要选择风机的风量、风压和功率，需要考虑一定的储备。

2.确定风机的具体型号：①选定风机转速n并计算比转速；②选样风机型号；③查找最高效率下的无因次特性数；④计算叶轮外径确定机号；⑤计算风机的轴功率。

风机并联与串联运行的特点

串联可以增加风压，并联增加风量。具体参考《水灭火工程》中水泵的串并联。

防排烟控制程序

不设消防控制室

设有消防控制室

见《高规》防排烟部分。