CN103244165B - 对撞击式呼吸区送风系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对撞击式呼吸区送风系统，包括∏字型挡烟垂壁、送风风管和静压箱，∏字型挡烟垂壁包括顶板和两个垂直于顶板且对称固定在顶板下的侧板，顶板和两侧板构成开口向下的半封闭空间；∏字型挡烟垂壁悬挂固定在隧道中；静压箱对应∏字型挡烟垂壁设置在隧道底部，静压箱与送风风管相连接，送风风管接风机；静压箱上端设置有第二喷口和第一喷口，且两个喷口相对于∏字型挡烟垂壁对称设置，第一喷口和第二喷口的出风朝向有夹角，两者的出风朝向在∏字型挡烟垂壁下端相交；第一喷口和第二喷口的送风速率均为0.5m/s。该逃生系统不但能够保证在隧道中形成有效的逃生通道，并且只需在隧道的边角处布置静压箱，隧道开挖量明显减少。

Description

对撞击式呼吸区送风系统

技术领域

本发明涉及一种隧道火灾通风系统，特别是一种对撞击式呼吸区送风系统。

背景技术

隧道是现代城市高速发展的产物。20世纪下半叶以来各国的城市区域逐渐扩大，城市化发展进程逐渐加快，这种城市化进程的加快导致了城市交通方面需要一种运输量大、速度快、能耗小、污染低、占地面积小的城市交通方式。而隧道江铜就在这一时期孕育而生了。隧道作为一种先进的交通工具，与传统的交通方式相比，其具有无可比拟的优点。然而在隧道交通发展的同时，隧道火灾之类的恶性事故时有发生，常常造成严重的人员伤亡与财产损失。火灾烟气是造成人员伤害的主要原因。针对地铁火灾的烟气流动特性及合理控制方法、技术措施尤为重要。

由于火灾烟气对地铁隧道人员逃生会产生巨大危害，国内外学者针对隧道火灾烟气控制进行了大量的研究，从而提出了现今流行的5种隧道通风系统：自然通风系统、纵向通风系统、全横向通风系统、送风式横向通风系统和排风式横向通风系统。自然通风是由两种驱动力进行驱动的，一种是烟气本身所具有的浮升力，烟气会在浮升力本身的作用下流出隧道。另一种是地铁车辆移动造成的活塞风。在火灾发生时，第一种作用力为主导作用，第二种作用力则可忽略不计。纵向通风类似于自然通风，但增加了纵向射流风机。在纵向射流风机的作用下，气流会形成活塞风从隧道入口流向隧道出口，将火灾烟气带出隧道。横向通风，也是利用机械风机使空气流动，但它与纵向通风不同的是，在应用纵向通风的隧道中，气流是沿水平方向流动的。而应 用横向通风时气流是沿垂直方向运动的。横向通风系统相对纵向通风系统更为复杂，其需要在隧道的上方或下方添加一套单独的静压箱或管道系统，以及相对应的送风及排风风口。新鲜空气由隧道下部送风系统进入，与烟气混合后一起从隧道顶部的排风系统排出隧道。如果横向通风系统既包含送风系统也包含排风系统，则此横向系统被称为全横向系统。如果其只包含送风系统，排风通过隧道两端自然排风，则称这种横向通风系统为送风型横向通风系统。如果其只包含排风系统，补风依靠隧道两端进行自然补风，则称其为排风型横向通风系统。5种隧道通风系统的结构如图1所示。

上述通风系统所采用的通风方式无一例外都采用了全面通风方式，其首要目标都是降低火灾发生时隧道内的烟气浓度。但实际只是降低了火灾发生时这个隧道内的烟气平均浓度。这会导致两方面的问题：一，虽然整体隧道内的平均浓度降低了，但是由于火源在不停的释放烟气，这部分烟气不可能完全排除，这就会导致隧道内仍有较高浓度的烟气。二，虽然整体隧道内的平均浓度降低了，但是在局部仍有较高浓度的火灾烟气，这会导致隧道堵塞，可见度降低等危害。以上两点导致了在传统通风系统工作下隧道内的火灾烟气仍然会对疏散人员造成极大危害，对隧道内的人员逃生非常不利。实际上，当火灾发生时，人员用于逃生的隧道空间其实是隧道的下部空间，而不是整个隧道空间。所以只需要保证隧道下部空间，甚至是下部空间的一部分是干净的，其他部分空间可以允许烟气填充。

针对以上分析，发明人提出了以下几项国家发明专利申请：建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统(申请号：201110415014.6)，见图2；建筑构件中部气流封闭通道安全逃生系统(申请号：201110415395.8)，见图3；一种L型建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统(申请号：201110415394.3)见图4；一种L型建筑构件中部气流封闭通道安全逃生系统(申请号：201110415567.1)见图5；楼梯井防烟系统(申请号：201010580513.6)见 图6；然而，这些方案在具体实施时都遇到了如下问题：由于这些系统都是通过上下对吹的形式，同时对建筑廊道或隧道下部空间送风，均需要设置上部及下部两个降压箱。这样在隧道挖掘的时候就需要同时对隧道的上部及下部空间进行预留或二次开挖，其占用空间大，二次开挖量过大，导致实施困难。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种隧道对撞击式呼吸区送风系统，该系统通过设置在隧道底部的静压箱分别向两个喷口送风，该两个喷口的喷射射流在∏字型挡烟垂壁下部进行射流对撞，形成贯穿于整个隧道的火灾逃生通道。该逃生系统与现有逃生系统相比，不但能够保证在隧道中形成有效的逃生通道，并且只需要在隧道的边角处布置静压箱，隧道开挖量明显减少。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术方案：

一种对撞击式呼吸区送风系统，包括∏字型挡烟垂壁、送风风管和静压箱，其中，所述∏字型挡烟垂壁包括顶板和两个垂直于顶板且对称固定在顶板下方的侧板，顶板和两个侧板构成一个开口向下的半封闭空间；所述∏字型挡烟垂壁悬挂固定在隧道中；所述静压箱对应∏字型挡烟垂壁并设置在隧道底部，静压箱与送风风管相连接，送风风管接风机；静压箱上端设置有第二喷口和第一喷口，且第二喷口和第一喷口相对于∏字型挡烟垂壁对称设置，第一喷口和第二喷口的出风朝向有夹角；且两者的出风朝向在∏字型挡烟垂壁的下端相交；第一喷口和第二喷口的送风速率均为0.5m/s。

本发明还包括如下其他技术特征：

所述第二喷口和第一喷口的出风朝向的夹角为20°～40°。

所述第一喷口及第二喷口的出风朝向的夹角为30°。

所述第二喷口和第一喷口的出风口上设置有硬格栅。

所述∏字型挡烟垂壁的顶板高度位置为2m，∏字型挡烟垂壁的下端距静压箱的距离为1.5m；∏字型挡烟垂壁的宽度为0.5m。

所述第二喷口和第一喷口之间的距离为0.5m。

与现有技术相比，本发明的隧道对撞式呼吸区送风系统具有如下优势：

1、在每个隧道区间内只需要一个静压箱，同时两组喷口的距离与现有技术中的喷口位置更为靠近，有效减少了隧道开挖量，减少了施工难度。

2、本发明的系统通过第一喷口和第二喷口喷射的射流对撞，确保逃生人员的新风需求，减少因氧气不足而造成的窒息。通过第一喷口及第二喷口向∏字型挡烟垂壁所形成的半封闭空间送风，从而形成正压区，从而排除偶然因为脉动性进入的逃生通道的火灾烟气。通过∏字型挡烟垂壁阻挡烟气的反浮力射流。通过阻挡这部分烟气射流的进入，相应减少第一喷口及第二喷口的送风量，最终形成一条贯穿隧道的逃生通道。经试验，本发明的系统营造的隧道逃生区域的CO浓度明显小于现有其他同类系统的CO浓度。

3、经试验，该系统不受火源位置的限制，并且启动后在隧道内形成逃生通道所用的时间短。

以下通过附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

附图说明

图1是现有的五种隧道通风系统的示意图。其中，图1(a)为自然通风系统；图1(b)为纵向通风系统；图1(c)为排风式横向通风系统；图1(d)为送风式横向通风系统；图1(e)为全横向通风系统。

图2是建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统。

图3是建筑构件中部气流封闭通道安全逃生系统。

图4是一种L型建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统。

图5是一种L型建筑构件中部气流封闭通道安全逃生系统。

图6是楼梯井防烟系统。

图7是本发明的对撞击式呼吸区送风系统的结构示意图。

图8是本发明的对撞击式呼吸区送风系统的剖面图。

图9是第一喷口和第二喷口的夹角不同时，本发明的对撞击式呼吸区送风系统所形成的逃生通道内的CO浓度示意图。

图10是本发明的对撞击式呼吸区送风系统的系统速度场示意图。

图11是本发明的对撞击式呼吸区送风系统所形成逃生通道人员疏散路线示意图。

图12是第一喷口及第二喷口送风风速值大小优化示意图。

图13是本发明的对撞击式呼吸区送风系统的系统与传统系统所营造的逃生空间内CO浓度值大小比较示意图。

图14是本发明的对撞击式呼吸区送风系统的系统与传统系统所营造的逃生空间内CO浓度场比较示意图。其中，14(a)是本发明的系统所营造的逃生空间内CO浓度场；14(b)是纵向通风系统所营造的逃生空间内CO浓度场；14(c)是自然通风送风式系统所营造的逃生空间内CO浓度场；14(d)是送风式半横向通风系统所营造的逃生空间内CO浓度场；14(e)是排风式半横向通风系统所营造的逃生空间内CO浓度场；14(f)是全横向通风系统所营造的逃生空间内CO浓度场。

图15是不同火源位置下本发明的对撞击式呼吸区送风系统所形成的逃生通道内的CO浓度示意图。

图16是不同报警时间下本发明的对撞击式呼吸区送风系统所形成的逃生通道内的CO浓度示意图。

具体实施方式

参见图7、图8，本发明的对撞击式呼吸区送风系统，包括∏字型挡烟垂壁1、送风风管4和静压箱5，其中，所述∏字型挡烟垂壁1包括顶板和两个垂直于顶板且对称固定在顶板下方的侧板，顶板和两个侧板构成一个开口向下的半封闭空间；所述∏字型挡烟垂壁1悬挂固定在隧道中；所述静压箱5对应∏字型挡烟垂壁1设置在隧道底部，静压箱5与送风风管4相连接，送风风管-4接风机；静压箱5上端设置有第二喷口2和第一喷口3，且第二喷口2和第一喷口3相对于∏字型挡烟垂壁1对称设置，第一喷口3和第二喷口2的出风朝向的夹角为20°～40°，且两者的出风朝向在∏字型挡烟垂壁1的下端相交。

所述第二喷口3和第一喷口2的出风口上设置有硬格栅，硬格栅起到承重作用且同时保证空气通过。

所述∏字型挡烟垂壁1用来在人体的呼吸区即高度1.5m-2m范围内形成一个挡烟的空间，∏字型挡烟垂壁1的设计：首先∏字型挡烟垂壁1的顶板高度位置确定为2m；其次，∏字型挡烟垂壁1的下端距静压箱5的距离如果太近会妨碍人员进入逃生通道，距离太远则削弱挡烟垂壁的挡烟效果。经试验，本发明将该距离确定为1.5m，既不影响疏散人员通过，又能够起到很好的挡烟效果。∏字型挡烟垂壁1的宽度即两个侧板之间的距离如果太大，会占用大量隧道内建筑空间，影响列车正常通行，同时降低疏散通道的挡烟效果，宽度太小则影响逃生人员的方便通行。经试验，本发明选取该宽度为0.5m，即既不影响疏散人员通过，又能够有效挡烟。

第二喷口2和第一喷口3用于在逃生通道的两侧同时出风，确保逃生通道的形成及其内部的空气干净程度，因此，将第二喷口2和第一喷口3对称设置在∏字型挡烟垂壁下方且两者之间的距离为0.5m。第二喷口2和第一喷口3相交于∏字型挡烟垂壁1下端，相交的高度位置应不高于火灾发生时疏散人员逃生时的呼吸区。由于人体的身高各不相同，同时考虑到运动时的 呼吸区所处位置上下不断变化，本发明选取1.5m至2m之间的距离作为人体呼吸区，因此，确定第二喷口2和第一喷口3的出风朝向相交位置的高度为1.5m。

由于第一喷口3及第二喷口2的出风朝向之间的夹角对所营造逃生通道内的CO浓度影响很大，发明人对不同喷口夹角下逃生通道内的CO浓度进行了大量的试验，得到了如图9所示的曲线，可以看到，当第一喷口3及第二喷口2的出风朝向之间夹角为20°～40°范围内时逃生通道内的CO浓度较小，为30°时CO浓度最小，因此，本发明将该夹角确定为20°～40°。

将本发明的对撞射流隧道火灾边部逃生系统应用于隧道逃生时，按照隧道内原有的通风竖井分段执行，以相邻的两个通风竖井之间的隧道段为一个隧道区间，在该隧道区间的顶部设置吊架6，通过吊架6将∏字型挡烟垂壁1悬挂固定在隧道中，将静压箱5对应∏字型挡烟垂壁1设置在该隧道区间的底部，隧道内的每个隧道区间均做同样设置。当火灾发生时，隧道中的每个隧道区间的通风竖井内的新鲜空气通过风机抽入送风风管4进而送入隧道区间的静压箱5内，静压箱5上设置的第一喷口3和第二喷口2的出风朝向在∏字型挡烟垂壁1的下端相交，在每个隧道区间中形成一段逃生通道，从而在整个隧道中形成一个贯穿于该隧道的逃生通道(见图11)。

第一喷口3和第二喷口2喷射的射流对撞，确保逃生人员的新风需求，以减少因氧气不足而造成的窒息。参见图10，通过第一喷口3和第二喷口2向∏字型挡烟垂壁1所形成的半封闭空间送风，从而形成正压区，排除偶然的因脉动性进入逃生通道的火灾烟气，通过∏字型挡烟垂壁1阻挡烟气的反浮力射流。通过阻挡这部分烟气射流的进入，可相应减少第一喷口3及第二喷口2的送风量。

经研究，第一喷口及第二喷口的送风速度直接决定了静压箱5的大小及施工难度。在两个喷口面积相同时，送风量越大，隧道内的换气次数也就越大，相应的排除污染物的能力越强。但是从造价方面考虑，第一喷口及第二喷口的送风速度不能无限制增加。综合考虑排污能力和造价，发明人针对最大的热释放率35MW，确定逃生通道内最大体积CO浓度值达标的两喷口的最小送风速度。在两个喷口面积相同时，得出本发明的系统营造出的逃生通道中的CO浓度随着第一喷口、第二喷口的送风速度的增加而增加。经试验，得到如图12所示的送风速度对CO浓度影响曲线，可以看到，当第一、第二喷口的送风速度均达到0.5m/s时，逃生通道内的最大CO浓度值为9.88PP(见图12)，小于标准规定值10PPM，因此选择第一喷口和第二喷口送风速率均为0.5m/s。

实施例：

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

遵从上述技术方案，如图7、图8所示，所述∏字型挡烟垂壁的顶板高度位置为2m，∏字型挡烟垂壁的下端距静压箱的距离为1.5m；∏字型挡烟垂壁的宽度为0.5m。∏字型挡烟垂壁1横截面尺寸为0.5m×0.5m。静压箱5的截面尺寸为2m×1m；第二喷口2和第一喷口3的宽度均为0.3m，两者之间的距离为0.5m；送风风管4的截面尺寸为0.5m×0.5m。第一喷口3及第二喷口2的出风朝向的夹角为30°。第一喷口3和第二喷口2送风速度均为0.5m/s。

为了进一步验证本申请与在先专利申请相比的先进性，对本专利和在先专利申请进行了实验效果比较。比较是在同一实验条件下进行的，包括相同 的排烟量、相同的静压箱尺寸、相同的火源位置及相同的热释放率等。

经试验，如图13、图14所示，采用本实施例的对撞击式呼吸区送风系统后，隧道逃生区域的CO浓度明显比采用其他传统系统的CO浓度值小，仅为采用自然通风系统后隧道内CO的0.48％，为采用纵向通风系统后隧道内CO的0.54％，为采用送风型半横向通风系统后隧道内CO的0.58％，为采用排风型半横向通风系统后隧道内CO的0.76％，为采用全横向通风系统后隧道内CO的0.80％。

如图15所示，不论火源距离采用对撞击式呼吸区送风系统的位置有多远，逃生通道内的CO浓度几乎不发生变化。这表示逃生隧道内的CO浓度对火源位置不敏感。同时表明采用对撞击式呼吸区送风系统有能力在不同火源位置条件下疏散火灾发生后隧道内的人员，。

如图16所示，火灾报警时间是火灾从发生到报警所经过的时间。报警时间是一个非常重要的参数，因为它决定了何时通风系统开始运行。在不同火灾报警时间下，采用本发明的对撞击式呼吸区送风系统所形成逃生通道所需的时间最长不超过10s。因此，本发明的撞击式呼吸区送风系统在不同报警时间下都能够正常工作，也即在火灾发生一段时候后5分钟内再开启系统也能及时形成疏散通道从而方便人群疏散。

Claims (6)

1.一种对撞击式呼吸区送风系统，其特征在于，包括∏字型挡烟垂壁(1)、送风风管(4)和静压箱(5)，其中，所述∏字型挡烟垂壁(1)包括顶板和两个垂直于顶板且对称固定在顶板下方的侧板，顶板和两个侧板构成一个开口向下的半封闭空间；所述∏字型挡烟垂壁(1)悬挂固定在隧道中；所述静压箱(5)对应∏字型挡烟垂壁(1)并设置在隧道底部，静压箱(5)与送风风管(4)相连接，送风风管-(4)接风机；静压箱(5)上端设置有第二喷口(2)和第一喷口(3)，且第二喷口(2)和第一喷口(3)相对于∏字型挡烟垂壁(1)对称设置，第一喷口(3)和第二喷口(2)的出风朝向有夹角；且两者的出风朝向在∏字型挡烟垂壁(1)的下端相交；第一喷口(3)和第二喷口(2)的送风速率均为0.5m/s。

2.如权利要求1所述的对撞击式呼吸区送风系统，其特征在于，所述第二喷口(2)和第一喷口(3)的出风朝向的夹角为20°～40°。

3.如权利要求1或2所述的对撞击式呼吸区送风系统，其特征在于，所述第一喷口(3)及第二喷口(2)的出风朝向的夹角为30°。

4.如权利要求1所述的对撞击式呼吸区送风系统，其特征在于，所述第二喷口(3)和第一喷口(2)的出风口上设置有硬格栅。

5.如权利要求1所述的对撞击式呼吸区送风系统，其特征在于，所述∏字型挡烟垂壁(1)的顶板高度位置为2m；∏字型挡烟垂壁(1)的下端距静压箱(5)的距离为1.5m；∏字型挡烟垂壁(1)的宽度为0.5m。

6.如权利要求1所述的对撞击式呼吸区送风系统，其特征在于，所述第二喷口(2)和第一喷口(3)之间的距离为0.5m。