一种适用于建筑排烟效率的测量系统及方法与流程

1.本发明属于火灾科学和消防工程技术领域，具体涉及一种适用于建筑排烟效率的测量系统及方法。


背景技术：

2.建筑物发生火灾后，可燃物的燃烧会释放出大量高温有毒烟气，同时还会释放大量热量。建筑火灾烟气是造成人员伤亡的主要原因，因为烟气的有害成分或缺氧使人直接中毒或窒息死亡；烟气的遮光作用又使人逃生困难而被困于火灾区；烟气的高温危害会导致金属材料强度降低，进而导致结构倒塌，人员伤亡。烟气不仅造成人员伤亡，也给消防队员扑救带来困难，因此，合理有效的排烟设施、排烟口等排烟系统的设置尤为重要。
3.由于实际火灾时，排烟口与燃烧源、规模以及相对位置关系等因素影响，实际的排烟效率不能仅通过排烟这个参数进行评价，目前对排烟系统的排烟效率无法进行定量的判断，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。
4.因此，本发明提供了一种适用于建筑排烟效率的测量系统及方法，以至少解决上述部分技术问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于建筑排烟效率的测量系统及方法，以至少解决上述部分技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种适用于建筑排烟效率的测量系统，包括处理器，建筑体，设于建筑体上的排烟口，接入至建筑体内并与处理器相连接用于为建筑体内充入示踪气体的输气机构，设于排烟口内的温度传感器、速度传感器和示踪气体传感器，以及设于建筑体内的燃烧源和风机；处理器分别与温度传感器、速度传感器、示踪气体传感器和风机相连接。
8.进一步地，所述输气机构包括存储示踪气体的储气罐、以及与储气罐相连通并接入至建筑体的输气管，输气管上设有分别与处理器相连接的电磁阀门和气体流量计。
9.进一步地，示踪气体为六氟化硫，示踪气体传感器为六氟化硫传感器。
10.进一步地，燃烧源为采用酒精作为燃料的酒精炉。
11.进一步地，每个排烟口内至少设有两个温度传感器、一个速度传感器和两个示踪气体传感器。
12.一种适用于建筑排烟效率的测量方法，包括以下步骤：
13.步骤1、在建筑体内典型位置点燃燃烧源，并同时打开输气机构和风机，将示踪气体持续加入到燃烧源的羽流中；
14.步骤2、燃烧源点燃后60秒内，开启排烟道风管机和排烟口开始排烟，打开温度传感器、速度传感器、示踪气体传感器测量烟气排出的温度和流速、以及随烟气排出的示踪气体浓度，直至燃烧源燃烧结束并关闭输气机构；
15.步骤3、将烟气排出的温度和流速、以及随烟气排出的示踪气体浓度反馈至处理器，并结合示踪气体的通入浓度，分别计算出排烟量冗余度率ηv、对流排热率η
chr
和示踪气体排烟率η
tg
，然后将排烟量冗余度率ηv、对流排热率η
chr
和示踪气体排烟率η
tg
加权得到总排烟效率η。
16.进一步地，总排烟效率计算公式为：总排烟效率η计算公式为：η＝α1ηv+α2η
chr
+α3η
tg
，其中α1、α2和α3分别为权重因子，α1为0.2～0.3、α2为0.4～0.5、α3为0.2～0.4。
17.进一步地，α1为0.3、α2为0.5、α3为0.2。
18.进一步地，排烟量冗余度率ηv计算公式为：ηv＝(vp-v)/v，其中v
p
为排烟风机风量，v为火灾产烟量。
19.进一步地，示踪气体排烟率η
tg
计算公式为：η
tg
＝qo/q
α
，其中qo表示单位时间内排烟系统排出的示踪气体量，q
α
表示单位时间内释放到建筑体的示踪气体量。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21.火灾发生时，不仅会产生烟气，还会生成大量热量，但受空间限制，产生的热量不能100％排出。为此本发明基于机械排烟系统设计排烟量与火灾产烟量比值的排烟量冗余度、燃烧源释放的对流热以及排烟口的对流排热量，并结合示踪气体的浓度变化作为排烟率指标，构建排烟量冗余度率、对流排热率和示踪气体排烟率与总排烟效率的关系，进而建立建筑的排烟系统效率测量方法和系统，设计科学合理，使用方便。
22.本发明为建立的建筑排烟效率的测量方法设计了一种测量系统，通过各传感器测量的数据计算对应的排烟量冗余度率、对流排热率和示踪气体排烟率，同时设置输气机构便于示踪气体持续通入建筑物并随燃烧源羽流同步排出。相较于现有排烟测量方法和系统，本发明的测量结果科学合理且准确可信。
附图说明
23.图1为本发明测量系统结构图。
24.图2为本发明测量系统的输气机构图。
25.图3为本发明测量系统各电学设备连接图。
26.其中，附图标记对应的名称为：
27.1-处理器、2-输气机构、3-排烟口、4-建筑体、5-温度传感器、6-速度传感器、7-示踪气体传感器、8-燃烧源、9-风机、21-储气罐、22-输气管、23-电磁阀门、24-气体流量计。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第
二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.如图1-3所示，本发明提供的一种适用于建筑排烟效率的测量系统，包括处理器1，建筑体4，设于建筑体4上的排烟口3，接入至建筑体4内并与处理器1相连接用于为建筑体4内充入示踪气体的输气机构2，设于排烟口3内的温度传感器5、速度传感器6和示踪气体传感器7，以及设于建筑体4内的燃烧源8和风机9；处理器1分别与温度传感器5、速度传感器6、示踪气体传感器7和风机9相连接。本发明通过各传感器测量的数据计算对应的排烟量冗余度率、对流排热率和示踪气体排烟率，同时设置输气机构2便于示踪气体持续通入建筑物并随燃烧源羽流同步排出。相较于现有排烟测量方法和系统，本发明的测量结果科学合理且准确可信。
32.在排烟口排烟过程中，由于各种原因，排烟口排出的气体中，空气占其一部分，而并非全是烟气。因此，排烟口的排烟效率也是衡量排烟系统排烟能力的重要指标。而示踪气体作为稳定且可追踪的气体，应用于排烟效率的测量中，则可弥补上述不足。为此本发明的测量系统通过输气机构2，在试验测量的整个过程中持续通入恒定流量的示踪气体。所述输气机构2包括储气罐21、以及与储气罐21相连通并接入建筑体4的输气管22，输气管22上设有分别与处理器1相连接的电磁阀门23和气体流量计24。示踪气体存储于储气罐21中，并通过输气管22连接建筑体4，打开电磁阀门23将示踪气体持续通入，输气管22上的气体流量计24测量示踪气体单位时间内输气机构2的流量，并实时反馈至处理器1。示踪气体通入后，启动风机9进行均匀扩散。所述示踪气体为六氟化硫，并且示踪气体传感器8为六氟化硫传感器。六氟化硫具有无毒无腐蚀性、不易燃易爆、不与周围气体和物质发生化学反应的优点，可作为示踪气体便于模拟热量的排出。当示踪气体选用六氟化硫时，其通入量为每平方米室内通入1.0-3.0g。所述燃烧源8为采用酒精作为燃料的酒精炉，酒精燃烧，其不仅满足燃烧排烟所需，并且具有清洁绿色的特点，燃烧产生的产物可直接排放至大气中。
33.本发明测量系统所述每个排烟口3内至少设有两个温度传感器5、一个速度传感器6和两个示踪气体传感器7，为此可提高测量的精度。所述速度传感器6为皮托管。特别地，采用本技术人前期申请的专利号为cn106198091a、专利名称为排烟口排热效率测量系统的测量方法中的排烟口设计，将每个排烟口均分割成两个以上面积相等的i个排烟单元，在每个排烟单元内至少设有两个温度传感器5、一个速度传感器6、两个每个排烟口3内至少设有两个温度传感器5、一个速度传感器6和两个示踪气体传感器7。
34.一种适用于建筑排烟效率的测量方法，包括以下步骤：
35.步骤1、在建筑体内典型位置点燃燃烧源，并同时打开输气机构和风机，将示踪气体持续加入到燃烧源的羽流中；
36.步骤2、燃烧源点燃后60秒内，开启排烟道风管机和排烟口开始排烟，打开温度传感器、速度传感器、示踪气体传感器测量烟气排出的温度和流速、以及随烟气排出的示踪气体浓度，直至燃烧源燃烧结束并关闭输气机构；
37.步骤3、将烟气排出的温度和流速、以及随烟气排出的示踪气体浓度反馈至处理器，并结合示踪气体的通入浓度，分别计算出排烟量冗余度率ηv、对流排热率η
chr
和示踪气体排烟率η
tg
，然后将排烟量冗余度率ηv、对流排热率η
chr
和示踪气体排烟率η
tg
加权得到总排烟效率η。
38.火灾发生时，不仅会产生烟气，还会生成大量热量，但受空间限制，产生的热量不能100％排出。为此本发明基于机械排烟系统设计排烟量与火灾产烟量比值的排烟量冗余度、燃烧源释放的对流热以及排烟口的对流排热量，并结合示踪气体的浓度变化作为排烟率指标，构建排烟量冗余度率、对流排热率和示踪气体排烟率与总排烟效率的关系，进而建立建筑的排烟系统效率测量方法和系统，设计科学合理，使用方便。
39.本发明测量方法中，构建排烟量冗余度率、对流排热率和示踪气体排烟率与总排烟效率的关系，其总排烟效率η计算公式为：η＝α1ηv+α2η
chr
+α3η
tg
，其中α1、α2、α3分别为权重因子，α1为0.2～0.3、α2为0.4～0.5、α3为0.2～0.4。作为优选，α1为0.3、α2为0.5、α3为0.2。将排烟量冗余度率、对流排热率和示踪气体排烟率分别作为总排烟效率三个权重因素，对流排热率、示踪气体排烟率和排烟量冗余度率的权重比依次降低，综合以上三个计算率，得到最终的排烟率。
40.本发明测量方法中，排烟量冗余度率ηv计算公式为：ηv＝(vp-v)/v，其中v
p
为排烟风机风量，v为火灾产烟量。排烟口排出的气体中，空气占其一部分，而并非全是烟气，将排烟系统的排烟风机风量v
p
与火灾产烟量v的百分比定义为排烟系统的排烟量冗余度率，可较好反应烟气的排出效率。排烟风机风量v
p
速度由传感器6测量所得，火灾产烟量v参考建筑防烟排烟系统技术标准中烟羽流质量流量的轴对称型烟羽流计算公式计算所得，在测量系统的建筑体4设置火焰极限高度、燃料面到烟层底部的高度等数据测量所需的测量仪器，并将各测量仪器分别与处理器1相连接。
41.本发明测量方法中，采用本技术人前期申请的专利号为cn106384165b、专利名称为基于正交分析法的排烟效率评价方法中对流排热率η
chr
的计算方法，具体为：其中为排烟口排出的对流排热总量，q
fire
为燃烧源总热释放量，且q
fire
＝mδhc，m为燃烧源质量，δhc为燃烧源的燃烧热值；
42.特别地，的计算过程如下：根据温度传感器5、速度传感器6分别测量各排烟口的烟气温度和流速，按照下列公式计算每个排烟口处的对流排热速率q
chrr
，得到相应排烟口的瞬时排热性能：其中c
p
为空气比热，为通过第i个排烟口单元的烟气质量流率，且ρ＝1.2kg/m3，si为第i个排烟口单元的面积，δti为第i个排烟口单元内的烟气平均温升；为速度传感器6测量所得，δti为温度传感器5测量，数据均通过处理器1平均处理所得；
43.将各排烟口处的对流排热速率q
chrr
相叠加，得到烟气控制系统的总体对流排热速率，即m为所开启的排烟口总数，j为所开启的第j个排烟口；
44.将对时间进行积分，得到通过排烟口排出的对流排热总量，即
45.将对流排热总量除以火源热释放量的对流分量q
conv
，即得对流排热效率η
chr
，即：q
conv
为燃源热释放量的对流分量，也即以对流形式通过火流进入烟气层的热量，对于大多数燃料其q
conv
的值为q
conv
＝0.7q
fire
，q
fire
为燃源总热释放量，可以通过公式q
fire
＝mδhc计算获得，其中，m为燃烧源质量，δhc为燃烧源的燃烧热值。
46.本发明测量方法中，示踪气体排烟率η
tg
计算公式为：η
tg
＝qo/q
α
，其中qo表示单位时间内排烟系统排出的示踪气体量，q
α
表示单位时间内释放到建筑体的示踪气体量。单位时间内排烟系统排出的示踪气体量qo由示踪气体传感器7测量的排烟口的示踪气体排出浓度乘上排烟口体积所得，q
α
由输气机构2的气体流量计24测量的示踪气体通入浓度乘上建筑体体积所得。示踪气体采用六氟化硫时，单位时间内排烟系统排出的示踪气体量qo由六氟化硫传感器测量的排烟口的六氟化硫排出浓度乘上排烟口体积所得，q
α
由输气机构2的气体流量计24测量的六氟化硫通入浓度乘上建筑体体积所得。
47.本发明所用处理器1优选为pc机，并且温度传感器5、速度传感器6、六氟化硫传感器、风机9、电磁阀门23、气体流量计24均为现有已知电气设备，并且均可在市场上直接购买使用，其结构、电路、以及控制原理均为现有已知技术，因此，其pc机、温度传感器5、速度传感器6、六氟化硫传感器、风机9、电磁阀门23、气体流量计24的结构、电路、以及控制原理在此不赘述。
48.最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。