CN103277135B - 呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统，包括L型静压箱、挡烟垂壁和送风风管，L型静压箱设置在隧道一侧的墙壁内，L型静压箱与送风风管相连，送风风管接风机；L型静压箱的上端的靠近隧道的侧面上设置有第一喷口，第一喷口水平设置且出风朝向隧道；挡烟垂壁水平设置在第一喷口上边沿且固定在L型静压箱上；L型静压箱的下部凸出隧道的墙壁，在该凸出部分的上端设有第二喷口，第二喷口竖直设置，挡烟垂壁与第二喷口上下相对；第一喷口和第二喷口的出风朝向相交；所述第一喷口的送风速度为0.3m/s；第二喷口的送风速率为0.7m/s。该系统与现有逃生系统相比明显的减少了隧道开挖量，且只在隧道的边角处需要布置静压箱。

Description

呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统

技术领域

本发明涉及一种隧道火灾逃生系统，特别是一种呼吸区与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统。

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，世界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。他们分别是自然通风，纵向通风，全横向通风，送风式横向通风，和排风式横向通风。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，其系统更为复杂，需要在隧道的上方或者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种隧道通风系统的示意图见图1。

这些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，提供一种呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统，该系统通过设置在隧道边角部位的一组静压箱同时分别向水平方向和垂直方向送风，在隧道侧面形成交汇，从而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明显的减少了隧道开挖量，且只在隧道的边角处需要布置静压箱。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术方案：

一种呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统，包括L型静压箱、挡烟垂壁和送风风管，其中，所述L型静压箱设置在隧道一侧的墙壁内，L型静压箱与送风风管相连，送风风管接风机；L型静压箱的上端的靠近隧道的侧面上设置有第一喷口，第一喷口水平设置且出风朝向隧道内；所述挡烟垂壁水平设置在第一喷口上边沿且固定在L型静压箱上；L型静压箱的下部凸出隧道的墙壁，在该凸出部分的上端设有第二喷口，第二喷口4竖直设置，挡烟垂壁与第二喷口上下相对；第一喷口和第二喷口的出风朝向相交；所述第一喷口的送风速度为0.3m/s；第二喷口的送风速率为0.7m/s。

本发明还包括如下其他技术特征：

所述第一喷口的上、下边沿所处的高度分别为2m和1.5m。

所述挡烟垂壁所处高度为2m；挡烟垂壁的宽度为0.5m。

所述第二喷口及第一喷口的出口处均设置硬格栅。

所述第一喷口与第二喷口均为渐扩型喷口，第一喷口与第二喷口的出口和入口面积均比为3：1。

与现有技术相比，本发明的呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统具有如下优势：

1、仅仅需要一组静压箱，同时两组喷口布置位置更为靠近，这样就明显的减少了隧道开挖量，减少了施工难度。

2、通过水平送风的第一喷口向逃生人员呼吸区送风，确保逃生人员的新风需求，减少因氧气不足而造成的窒息；通过垂直向上送风的第二喷口，在人员逃生区域形成正压，防止烟气直接流入逃生通道；因为烟气的流速是随机的、脉动的，第二喷口送风还能起到将偶然进入的烟气排出逃生通道的作用；通过水平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，可以相应减少第一喷口及第二喷口的送风量。通过居于隧道中部的活塞气流，使得烟气在隧道上部空间形成卷吸，这样隧道下部空间更为干净，更有利于人员疏散。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，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是本发明的呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统的结构示意图。

图8是本发明的呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统的剖面图。

图9是本发明的呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统的系统速度场示意图。

图10是本发明的呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统所形成逃生通道人员疏散路线示意图。

图11是第一及第二喷口送风风速比优化示意图。

图12是第一及第二喷口送风风速值大小优化示意图。

图13是本发明的呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生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是本发明的呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统的系统与传统系统所营造的逃生空间内CO浓度场示意图。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呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统的系统所营造逃生通道内的CO浓度示意图。

图16是不同报警时间下本发明的呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统所形成的逃生通道内的CO浓度示意图。

具体实施方式

如图7、图8所示，本发明的呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统，包括L型静压箱1、挡烟垂壁2和送风风管3，其中，所述L型静压箱1设置在隧道一侧的墙壁内，L型静压箱1与送风风管2相连，送风风管3接风机；L型静压箱1的上端的靠近隧道的侧面上设置有第一喷口5，第一喷口5水平设置且出风朝向隧道内；所述挡烟垂壁2水平设置在第一喷口5上边沿且固定在L型静压箱1上；L型静压箱1的下部凸出隧道的墙壁，在该凸出部分的上端设有第二喷口4，第二喷口4竖直设置，挡烟垂壁2与第二喷口4上下相对；第一喷口5和第二喷口4的出风朝向相交。

所述静压箱1位于隧道一侧的边角部位，用于向第一喷口5及第二喷口4均匀送风。

所述第一喷口5用于正对人体呼吸区也即1.5m到2m范围内水平送风。因此，第一喷口5的上、下边沿所处的高度分别为2m和1.5m。

所述第二喷口4用于由下向上出风，保证逃生通道内正压并排除由于湍动而进入的部分烟气。

所述挡烟垂壁2用于阻挡火灾烟气形成的反浮力射流，因此水平设置；挡烟垂壁2所处高度为正常人运动时的身高，取2m。同时，挡烟垂壁2的宽度如果太大，则会占用大量隧道内建筑空间，影响正常的列车通行，同时降低疏散通道的形成效果；宽度太小则影响疏散时疏散人员的通行方便。因此，本发明选取的宽度为0.5m，即既不影响疏散人员通过，又能够起到很好的挡烟效果。

所述第二喷口4及第一喷口5的出口处均设置硬格栅6。硬格栅6起到承重（人能在硬格栅6上跑动），同时允许空气通过（第二喷口4及第一喷口5的送风能够通过硬格栅6）的作用。

所述第一喷口5与第二喷口4均为渐扩型喷口，以保证均匀送风，其出入口面积比的选择会造成如下影响：如果该比例过小（如1：1）会影响L型静压箱1的均流效果，造成对人体呼吸区的送风风力不均；比例过大（如5：1）则会造成局部阻力系数加大并产生噪音。因此，本发明综合考虑选取出口和入口面积比为3：1，在这个比例下，既不会影响静压箱的均流效果又不会造成局部阻力系数加大，并产生噪音。

将本发明的水平垂直送风相结合的呼吸区对撞送风隧道火灾逃生系统应用于隧道时，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，在该隧道区间的一侧墙壁内部设置静压箱1，并在该静压箱1上设置第一喷口5、第二喷口4和挡烟垂壁2。隧道内的每个隧道区间均做同样设置。当火灾发生时，所有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3进而送入该隧道区间的静压箱1内，L型静压箱1分别向第一喷口5及第二喷口4送风。第一喷口5水平送风，负责保证疏散时呼吸区内空气的新鲜。第二喷口4自下而上送风，负责保证通道内正压并排除由于湍动而进入的部分烟气，由此形成如图9所示的速度场。从而在该隧道区间的边角部位形成逃生通道，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10）。

呼吸区送风与下送风相结合的隧道火灾逃生系统的两组喷口具有不同的功能。安装在侧墙上的呼吸区送风喷口（第一喷口）是用来保证呼吸区新鲜空气的。而安装地板上的喷口（第二喷口）是用来保证通道内正压并排除由于湍动而进入的部分烟气。所以，第一及第二喷口的送风速度应该是不同的。为了获得第一喷口和第二喷口送风速度的优化数据，这里试验了九种不同的送风比例。两个喷口的送风速度都从0m/s变化到1m/s（见图11）。图中V1、V2分别表示第一喷口和第二喷口的送风速度。可以看出，逃生通道中的CO体积最大值浓度在第一及第二喷口的送风比例为3:7时最小。也就是说比率值0.43为最优值。

在两个喷口的出口面积相同时，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，第一及第二喷口的送风速度不可能无限制的增加。所以最好的情况是送风速率足够大，能够令BTES营造的逃生通道内CO值刚好满足要求。所以，这里针对最大的热释放率35MW，研究了能令逃生通道内最大体积CO浓度值达标的两个喷口最小送风速度。在两个喷口的出口面积相同时，我们可以得出呼吸区送风与下送风相结合的隧道火灾逃生系统营造出的逃生通道中的CO浓度随着第一及第二喷口的送风速度的增加而增加。沿用上述讨论的两个喷口送风比例，当第一喷口和第二喷口的送风速度分别达到0.3m/s和0.7m/s时，逃生通道内的最大CO浓度值为9.88PPM（见图12）。这个浓度值小于前述标准规定值10PPM。所以，这里采用第一喷口送风速度为0.3m/s。第二喷口送风速率为0.7m/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，挡烟垂壁的宽度为0.5m；L型静压箱1界面尺寸为3m×1.5m；第二喷口4及第一喷口5喉管部宽度为0.25m；第一喷口5和第二喷口4的出口的宽度均为0.5m，它们的出口和口入面积比均为3：1。送风风管3横截面尺寸0.5m×0.5m。第一喷口5及第二喷口4送风速度分别为0.7m/s及0.3m/s。

如图13及图14所示，经试验，采用本实施例的呼吸区送风与下送风相结合的隧道火灾逃生系统后，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，采用呼吸区送风与下送风相结合的隧道火灾逃生系统后的隧道内CO浓度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，不论火源距离采用呼吸区送风与下送风相结合的隧道火灾逃生系统的位置有多远，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。同时表明采用呼吸区送风与下送风相结合的隧道火灾逃生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，采用呼吸区送风与下送风相结合的隧道火灾逃生系统所形成逃生通道所需的时间最长不超过10s。所以可以认为呼吸区送风与下送风相结合的隧道火灾逃生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再开启系统也能及时形成疏散通道从而方便人群疏散。

Claims (5)

1.一种呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统，其特征在于，包括L型静压箱（1）、挡烟垂壁（2）和送风风管（3），其中，所述L型静压箱（1）设置在隧道一侧的墙壁上，L型静压箱（1）与送风风管（3）相连，送风风管（3）接风机；L型静压箱（1）的上端的靠近隧道的侧面上设置有第一喷口（5），第一喷口（5）水平设置且出风朝向隧道内；所述挡烟垂壁（2）水平设置在第一喷口（5）上边沿且固定在L型静压箱（1）上；L型静压箱（1）的下部凸出隧道的墙壁，在所述L型静压箱（1）的下部的上端设有第二喷口（4），第二喷口（4）竖直设置，挡烟垂壁（2）与第二喷口（4）上下相对；第一喷口（5）和第二喷口（4）的出风朝向相交；所述第一喷口（5）的送风速度为0.3m/s；第二喷口（4）的送风速度为0.7m/s。

2.如权利要求1所述的呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统，其特征在于，所述第一喷口（5）的上、下边沿所处的高度分别为2m 和1.5m。

3.如权利要求1所述的呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统，其特征在于，所述挡烟垂壁（2）所处高度为2m；挡烟垂壁（2）的宽度为0.5m。

4.如权利要求1所述的呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统，其特征在于，所述第二喷口（4）及第一喷口（5）的出口处均设置硬格栅（6）。

5.如权利要求1所述的呼吸区送风与下部送风相结合的隧道火灾逃生系统，其特征在于，所述第一喷口（5）与第二喷口（4）均为渐扩型喷口，第一喷口（5）与第二喷口（4）的出口和入口面积比为3：1。