煙氣流動(dòng)的驅動(dòng)作用

為了減少煙氣的危害，應當了解建筑煙氣流動(dòng)的各種驅動(dòng)作用，以便對火勢發(fā)展做出正確的判斷，在建筑設計中做好煙氣控制系統的設計。

（一）煙囪效應

當外界溫度較低時(shí)，在諸如樓梯井、電梯井、垃圾井、機械管道、郵件滑運槽等建筑物中的豎井內，與外界空氣相比，由于溫度較高而使內部空氣的密度比外界小，便產(chǎn)生了使氣體向上運動(dòng)的浮力，導致氣體自然向上運動(dòng)，這一現象就是煙囪效應。當外界溫度較高時(shí)，則在建筑物中的豎井內存在向下的空氣流動(dòng)，這也是煙囪效應，可稱(chēng)之為逆向煙囪效應。

上式中， 為壓差（Pa）； 為修正系數，取3460（Pa？K/m）； 為外界空氣溫度（K）； 為豎井內空氣溫度（K）； 為距中性面的距離（m）。此處的中性面指內外靜壓相等的建筑橫截面，高于中性面為正，低于中性面為負。

在考慮煙囪效應時(shí)，如果建筑與外界之間空氣交換的通道沿高度分布較為均勻，則中性面位于建筑物高度的一半附近；否則，中性面的位置將有較大偏離。

煙囪效應是建筑火災中豎向煙氣流動(dòng)的主要因素，煙氣蔓延在一定程度上依賴(lài)于煙囪效應，在正向煙囪效應的影響下，空氣流動(dòng)能夠促使煙氣從火區上升很大高度。如果火災發(fā)生在中性面以下區域，則煙氣與建筑內部空氣一道竄入豎井并迅速上升，由于煙氣溫度較高，其浮力大大強化了上升流動(dòng)，一旦超過(guò)中性面，煙氣將竄出豎井進(jìn)入樓道。若相對于這一過(guò)程，樓層間的煙氣蔓延可以忽略，則除起火樓層外，在中性面以下的所有樓層中相對無(wú)煙，直到著(zhù)火區的發(fā)煙量超過(guò)煙囪效應流動(dòng)所能排放的煙量。

如果火災發(fā)生在中性面以上的樓層，則煙氣將由建筑內的空氣氣流攜帶從建筑外表的開(kāi)口流出。若樓層之間的煙氣蔓延可以忽略，則除著(zhù)火樓層以外的其它樓層均保持相對無(wú)煙，直到火區的煙生成量超過(guò)煙囪效應流動(dòng)所能排放的煙量。若樓層之間的煙氣蔓延非常嚴重，則煙氣會(huì )從著(zhù)火樓層向上蔓延。

逆向煙囪效應對冷卻后的煙氣蔓延的影響與正向煙囪效應相反，但在煙氣未完全冷卻時(shí)，其浮力還會(huì )很大，以至于甚至在理想煙囪效應的條件下煙氣仍向上運動(dòng)。

（二）浮力作用

著(zhù)火區產(chǎn)生的高溫煙氣由于其密度降低而具有浮力，著(zhù)火房間與環(huán)境之間的壓差可用與公式（5-4-11）類(lèi)似的形式來(lái)表示。

Fung進(jìn)行了一系列的全尺寸室內火災實(shí)驗測定壓力的變化，試驗結果指出對于高度約3.5m的著(zhù)火房間，其頂部壁面內外的最大壓差為16Pa.對于高度較大的著(zhù)火房間，由于中性面以上的高度h較大，可能產(chǎn)生很大的壓差。如果著(zhù)火房間溫度為700℃，則中性面以上10.7m高度上的壓差約為88Pa，這對應于強度很高的火，所形成的壓力已超出了目前的煙氣控制水平。圖5-4-3給出了由煙氣浮力所引起的壓差曲線(xiàn)。

若著(zhù)火房間頂棚上有開(kāi)口，則浮力作用產(chǎn)生的壓力會(huì )使煙氣經(jīng)此開(kāi)口向上面的樓層蔓延。同時(shí)浮力作用產(chǎn)生的壓力還會(huì )使煙氣從墻壁上的任何開(kāi)口及縫隙、或是門(mén)縫中泄露。當煙氣離開(kāi)火區后，由于熱損失及與冷空氣摻混，其溫度會(huì )有所降低，因而，浮力的作用及其影響會(huì )隨著(zhù)與火區之間距離的增大而逐漸減小。

（三）氣體熱膨脹作用

燃料燃燒釋放的熱量會(huì )使氣體明顯膨脹并引起氣體運動(dòng)。若考慮著(zhù)火房間只有一個(gè)墻壁開(kāi)口與建筑物其它部分相連，則在火災過(guò)程中，建筑內部的空氣會(huì )從開(kāi)口下半部流入該著(zhù)火房間，而熱煙氣也會(huì )經(jīng)開(kāi)口的上半部從著(zhù)火房間流出。因燃料熱解、燃燒過(guò)程所增加的質(zhì)量與流入的空氣相比很小，可將其忽略，則著(zhù)火房間流入與流出的體積流量之比可簡(jiǎn)單地表示為溫度之比。

若建筑內部空氣溫度為20℃，當空氣溫度達到600℃時(shí)，其體積約膨脹到原來(lái)的三倍。對有多個(gè)門(mén)或窗敞開(kāi)的著(zhù)火房間，由于流動(dòng)面積較大，因氣體膨脹在開(kāi)口處引起的壓差較小而可以忽略，但對于密閉性較好或開(kāi)口很小的著(zhù)火房間，如燃燒能夠持續較長(cháng)時(shí)間，則因氣體膨脹作用產(chǎn)生的壓差將非常重要。

（四）外部風(fēng)向作用

在許多情況下，外部風(fēng)可在建筑的周?chē)a(chǎn)生壓力分布，這種壓力分布可能對建筑物內的煙氣運動(dòng)及其蔓延產(chǎn)生明顯影響。一般，風(fēng)朝著(zhù)建筑物吹過(guò)來(lái)會(huì )在建筑物的迎風(fēng)側產(chǎn)生較高的滯止壓力，這可增加建筑物內的煙氣向下風(fēng)方向流動(dòng)?！　?/p>

式中： 為風(fēng)作用于建筑物表面的壓力(Pa)， 為無(wú)量綱壓力系數， 為環(huán)境空氣密度(kg/m3)， 為風(fēng)速(m/s)。