前言

中华人民共和国国家标准
消防安全工程 第6部分：烟气层的计算要求
Fire Safety engineering——Part 6；Requirements governing algebraic equaUons for smoke layers
GB/T 31593.6-2015
发布日期：2015年06月02日
实施日期：2015年08月01日
发布部门：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会

    GB/T 31593《消防安全工程》分为以下九个部分：
    ——第1部分：计算方法的评估、验证和确认；
    ——第2部分：所需数据类型与信息；
    ——第3部分：火灾风险评估指南；
    ——第4部分：设定火灾场景和设定火灾的选择；
    ——第5部分：火羽流的计算要求；
    ——第6部分：烟气层的计算要求；
    ——第7部分：顶棚射流的计算要求；
    ——第8部分：开口气流的计算要求；
    ——第9部分：人员疏散评估指南。
    本部分为GB/T 31593的第6部分。
    本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
    本部分使用重新起草法修改采用ISO 16735：2006《消防安全工程 计算公式控制要求 烟气层》。
    本部分与ISO 16735：2006相比在结构上有较多调整，附录A中列出了本部分与ISO 16735：2006的章条编号对照一览表。
    本部分与ISO 16735：2006的技术性差异及其原因如下：
    ——关于规范性引用文件，本部分做了具有技术性差异的调整，以适应我国的技术条件，调整的情况集中反映在第2章“规范性引用文件”中，具体调整如下：
    ● 用GB/T 5907（所有部分）代替了ISO 13943（见第3章）；
    ● 用修改采用国际标准的GB/T 31593.1代替了ISO/TR 13387-3（见5.1、7.3）；
    ● 删除了ISO 16735：2006当中仅被资料性附录引用的ISO 16734：2006、ISO 16737。
    ——将国际标准中1.1～1.4改为列项，以符合我国标准的编写习惯（见第1章）。
    为了方便使用和符合我国相关标准编写要求，本部分还做了下列编辑性修改：
    ——删除了国际标准的前言，重新起草了前言；
    ——修改了国际标准的引言，将其作为本部分的引言；
    ——将国际标准的“本国际标准”一词改为“本部分”；
    ——将国际标准中某些标点符号修改为符合汉语习惯的标点符号；
    ——调整了部分公式的编排格式；
    ——增加了附录A（资料性附录），给出了本部分与国际标准的章条编号对照情况。
    本部分由中华人民共和国公安部提出。
    本部分由全国消防标准化技术委员会建筑消防安全工程分技术委员会（SAC/TC 113/SC 13）归口。
    本部分起草单位：公安部天津消防研究所、公安部四川消防研究所、中国科学技术大学、中国建筑科学研究院。
    本部分主要起草人：姚松经、韩伟平、毕少颖、智会强、阚强、张玉贤、陆守香、胡忠日、张向阳、邓松华、郑巍、郭歌。
 

引言

    本部分所讨论的计算公式适用于设定火灾场景的量化分析，专业人员无须进行繁杂的数值计算，就能够依据这些公式快速判断初步消防安全设计是否需要调整以及如何调整，以满足预期的性能指标要求。这些公式在以下方面已经得到应用：
   ——测定火羽流传热，包括对流和辐射；
   ——预测顶棚射流特性以调节探测器的响应时间；
   ——计算通风口的排烟能力；
   ——分析分隔空间内的烟气传递和轰燃等火灾危害。
   对于烟气层，计算公式经常用来估算烟气充满一个分隔空间所需的时间以及烟气层的温度和浓度。
   针对不同类型的烟气层，本部分的附录B和附录C分别给出了符合本部分要求的计算公式示例。附录B给出了烟气层的一般信息和守恒关系，附录C给出了计算烟气层特性的具体公式及其计算示例。
   GB/T 31593.1规定了运用数学公式进行火灾动力学计算的通用要求，本部分是这些通用要求的具体实践。如果采用数学模型计算火灾发展过程及其产生的后果，本部分所讨论的计算公式可用于对其结论进行校验。
   本部分适合从事消防安全工程的专业人员使用，包括消防设计人员、消防救援人员、消防标准规范制定者、保险商、消防安全管理人员，标准使用者需要充分理解本部分给出的计算方法中相关参数的含义和应用条件。

1范围

    GB/T 31593的本部分规定了火灾烟气层特征值计算公式的应用要求，提供了与烟气层计算公式应用相关的下列通用要求：
    a） 物理现象的描述；
    b） 计算书；
    c） 计算公式的局限性； 
    d） 计算公式的输入参数；
    e） 计算公式的适用范围。
    本部分适用于建设工程消防性能化设计和评估中烟气层的计算。

2规范性引用文件

    下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
    GB/T 5907（所有部分） 消防词汇
    GB/T 31593.1 消防安全工程 第1部分：计算方法的评估、验证和确认（GB/T 31593.1-2015，ISO 16730：2008，MOD）
    GB/T 31593.5 消防安全工程 第5部分：火羽流的计算要求（GB/T 31593.5-2015，ISO 16734：2006，MOD）
    GB/T 31593.8 消防安全工程 第8部分：开口气流的计算要求（GB/T 31593.8-2015，ISO 16737：2006，MOD）

3术语和定义

    GB/T 5907界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1 边界面 boundary
    确定室内空间范围的表面。
3.2 火羽流 fire plume
    由燃烧所产生的浮力形成的向上湍流流动，通常包括下部的燃烧区域。
3.3 火焰 flame
    火羽流（3.2）的发光区域。
3.4 界面位置 interface position
    烟气层高度
    烟气层（3.7）相对于参考高度的高度。
    注：参考高度通常为室内空间的最低边界面（3.1）高度。
3.5 准稳态 quasi-steady state
    假定火源热释放速率变化引起的所有影响在流场中能立刻反映出来的状态。
3.6 烟气 smoke
    烟
    物质高温分解或燃烧时产生的固体和液体微粒、气体，连同夹带和混入的部分空气形成的气流。
3.7 烟气层 smoke layer
    热上层 hot upper layer
    热气层 hot-gas layer由火灾引发，在室内空间的最高边界面（3.1）下面形成并聚集，相对均匀的一定量的烟气（3.6）。
3.8  烟气层界面 smoke layer interface 
    烟气层（3.7）与其下面无烟层的水平界面。
3.9 开口 vent 
    在室内空间边界面（3.1）上，空气和烟气（3.6）通过自然或机械方式而流通的孔洞。
3.10 开口气流 vent flow
    通过室内空间边界面（3.1）开口（3.9）的烟气（3.6）或空气流。

4物理现象的描述

4.1 在室内空间中，火源生成浮动烟气层是一种复杂的热物理现象。它可能是高瞬变状态，也可能是接近稳态。在有焰燃烧区域和未发生燃烧的区域，都可能出现烟气层。除了受浮力影响，烟气层还会受到通风排烟的影响。 
4.2 应采用图表描述火源类型、室内空间流动边界面条件和其他场景因素。
4.3 应明确识别需要计算的烟气层特征参数及其适用范围，适当时应包括由相关计算量推导出来的特征参数（例如通过质量和能量守恒推导出的烟气浓度与升高的气体温度之间的关系）以及其他与烟气层对物体和人员的热作用相关的特征参数。
4.4 应明确识别具体计算公式适用的物理现象（如单纯的蓄烟，机械排烟等）。
4.5 不同的计算公式描述不同的烟气层特性（见4.3）或适用于不同的火灾场景（见4.4），当有多种方法可用于计算同一个给定量的值时，应明示其结果与选用的计算方法无关。

5计算书

5.1 计算书的一般要求见GB/T 31593.1。
5.2 计算步骤应由一系列的计算公式表述。
5.3 每个计算公式应由独立的条款表述，其内容应包含公式输出的详细描述，以及该公式解释性说明和限定条件。
5.4 应明确定义计算公式中的各变量，给出适用的SI单位；计算公式应优先选用量关系式。
5.5 应酌情通过引用公认手册、科技文献或通过推导等方法给出公式的科学依据。
5.6 应给出公式的应用实例，演示如何使用符合第4章要求的输入参数和具体计算过程。068'>《消防安全工程 第6部分：烟气层的计算要求》GB/T 31593.6-2015

C.6公式的输出参数

    公式的输出参数为界面位置、烟气层温度和物质浓度。另外，公式还给出了有关火羽流的质量流速和开口流量信息。

C.7计算公式的输入参数

C.7.1 火的热释放速率
    参数是特定环境条件下火的实际热释放速率。该参数可通过热量计测量，即测量收集到的气体产物而确定氧气、二氧化碳和一氧化碳的生成速率；也可采用其他指定的方法测量。该参数通常可由设定火灾场景中获得。
C.7.2 热释放的辐射份数
    参数x取决于燃料的种类，典型的取值范围为0.3～0.4。更多的信息可参见GB/T 31593.5-2015的B.6.2。
C.7.3 室内空间边界面初期吸收热量份数
    参数λ是计算蓄烟过程必需的。对于稳态下烟气控制（机械通风、屋顶或侧面开口）的计算，可采用不同的方法计算室内空间的热量吸收。参数的值主要取决于室内空间边界面的建筑。对具有大的热惯性（如混凝土结构）或轻型、非隔热的建筑物（如玻璃房）形成的室内空间，热量吸收可能是重要的。为了计算精确值，需要详细的室内空间的热辐射传导资料。在实际应用中，推荐取λ＝0。
C.7.4 机械排烟的效果
    在C.3.3中，假设机械排烟系统只排出烟。然而，如果烟气层不十分厚，较低的空气层将被排烟系统排出（见参考文献[12]），这种情况下，应根据夹带空气的比率而减小排放速率的值（参见参考文献[13]）。
C.7.5 物质的产率
    参数η取决于燃料的种类和燃料/空气的比率。由于公式中假设火相对于室内空间比较小，η可取通风良好的值（参见参考文献[14]）。

C.8计算公式的适用范围

    日本建筑研究所的Tanaka和Yamana见参考文献[2]在大尺寸的中庭对公式已经进行了一系列的比对实验。实验房间的地板面积为720㎡，室内净高为26.3m，热释放速率约为130 kW。另外，Karlsson等人（参见参考文献[15]）与Hägglund等人（参见参考文献[16]）对蓄烟过程的公式进行了比对，房间的尺寸为5.62m×5.62m，净高6.15m（有效高度为5.95m），采用煤油油盘火源，热释放速率为186 kW。两个比对均证明公式具有适当的准确度。对多房间的烟扩散，可用一组相似的公式求解（参见参考文献[17]、[18]、[19]）。

 参考文献

    [1] GB/T 6379（所有部分），测量方法与结果的准确度
    [2] ISO/TR 13387-3：1999 Fire safety engineering-Part 3: Assessment and verification of mathematical fire models
    [3] ISO 13943:2008 Fire safety-Vocabulary
    [4] ZUKOSKI,E.E.,Mass Flux in Fire Plumes,Fire Safety Science-Proc.Fourth Int.Symposium （ed.T.Kashiwagi）,International Association for Fire Safety Science,pp.137-147,1994.
    [5] TANAKA,T.and YAMANA,T.,Smoke Control in Large Scale Spaces （Part 1/Part 2）,Fire Science and Technology,5,No.1,Science University of Tokyo,1985.
    [6] DELICHATSIOS,M.A.,Closed form approximate solutions for smoke filling in enclosures including the volume expansion term,Fire Safety Journal,38,pp.97-101,2003.
    [7] DELICHATSIOS,M.A.,Tenability Conditions and Filling Times for Fires in Large Spaces,Fire Safety Journal,39,pp.643-662,2004.
    [8] BAINES,W.D.and TURNER,J.S.,Turbulent Buoyant Convection from a Source in a Confined Region,Journal of Fluid Mechanics,37（1）,pp.51-80,1969.
    [9] ZUKOSKI,E.E.,Development of a Stratified Ceiling Layer in the Early Stages of a Closed room Fire,Fire and materials,2（2）,pp.54-62,1978.
    [10] ZUKOSKI,E.E.,Two-Layer Modeling of Smoke Movement in Building Fires,Fire and materials,4（1）,pp.17-27,1980.
    [11] MULHOLLAND,G.,HANDA,T.,SUGAWA,O.and YAMAMOTO,H.,Smoke Filling in an Enclosure,20th Joint ASME/AIChE National Heat Transfer Conference,81-HT-B,1981.
    [12] SPRATT,D.and HESELDEN,A.J.M.,Efficient Extraction of Smoke from a Thin Layer under a Ceiling,Fire Research Note,No.1001,Building Research Establishment,1974.
    [13] NII,D.,NITTA,K.,HARADA,K.and YAMAGUCHI,J.,Air Entrainment into Mechanical Smoke Vent on Ceiling,Proceedings of the 7th International Symposium on Fire Safety Science,（Worcester,June 2002）,pp.729-740,2003.
    [14] TEWARSON,A.,Generation of Heat and Chemical Compounds in Fires,SFPE HanDBook of Fire Protection Engineering,2nd ed.,National Fire Protection Association,1995.
    [15] KARLSSON,B.and QUINTIERE,J.,G.,Conservation Equations and Smoke Filling,Chapter 8 in Enclosure Fire Dynamics,CRC Press LLC,2000.
    [16] HÄGGLUND B.,JANSSON R.and NIREUS K.,Smoke Filling Experiments in 6x6x6 meter Enclosure,FOA Report C20585-D6,National Defence Research Establishment,Sweden,1985.
    [17] TANAKA,T.,A Model of Multiroom Fire Spread,NBSIR 83-2718,US Department of Commerce,National Bureau of Standards,1983.
    [18] TANAKA,T.,A Model on Fire Spread in Small Scale Buildings,BRI Research Paper,No.79 and 84 ,Building Research Institute,1978,1980.
    [19] PEACOCK,R.,JONES,W.,W.,FORNEY,G.,P.,RENEKE,P.,A.,BUKOWSKI,R.and W.,KLOTE J.,H.,An Update Guide for HAZARD I version 1.2,NISTIR 5410 ,Building and Fire Research Laboratory,National Institute of Standards and Technology,1994.