流体力学在消防中的应用范文

导语：如何才能写好一篇流体力学在消防中的应用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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一、当前教学过程中存在的问题

1.学生学习兴趣不高

提到力学，多数学生会觉得很难，这种先入为主的感觉会使学生对这门课程产生很大的抵触情绪，不愿意学。再加上同时开设的工程热力学和传热学等重要的专业基础理论课，越发加重了学生的学习任务。另外，流体力学课程习题量大，需要学生花费大量课余时间复习和做题，就更加影响学生对这门课的学习兴趣。因此如何帮助学生克服对本课程的畏难情绪，激发他们学习流体力学的兴趣，是提高教学质量的首要因素，也是教学改革的目标之一。

2.教学方式单一，课堂气氛死板

现在是信息社会，对人才的要求很高，这就要求教师在教学过程中按照“厚基础、宽口径、高素质”的目标[2]进行专业人才的培养，这对传统的黑板加粉笔的教学方式是一种挑战。另一方面，随着课时与学分制的挂钩，学时被普遍压缩，这也给课堂教学带来很大的压力。众所周知，传统的教学方式把很多时间用在了绘图和板书上，无形中缩减了教与学的时间，教师要想在规定的时间内完成教学大纲规定的教学内容，就必须加快讲课节奏，删减授课内容，或者占用习题课或实验课的时间，这些都将导致这门课程的信息量不够，而且学生也没有机会及时消化所学的理论知识，更谈不上举一反三了。同时，“一言堂”式的教学方法使得课堂气氛死板，学生对课程的学习兴趣锐减，也影响了教学质量。

3.理论教学与实验教学的脱节

在流体力学的教学过程中，实验环节起着不可替代的作用。实验教学不仅可以培养学生的动手能力，帮助学生更好的理解理论知识，而且可以启发学生对理论知识的创新性应用[3]，很多学校不重视实验课的教学，实验教学完全放在理论教学之后甚至放在考试之后集中完成，大大降低了实验教学的作用。

二、课程教学改革的基本内容

1.传统教学方式与多媒体相结合

在现在的流体力学教学中，黑板加粉笔的教学方式是很多高校教师仍然采用的教学方式。这种方式对于公式的推导、例题的计算效果很好，但是在流体力学的教学中需要辅以很多图片，如果全用板书来讲，必然花费很多时间。传统的教学方法无法满足教师在教学中的信息量，当然也不能完全脱离板书，毕竟公式的推导，例题和习题的讲解用板书的效果要优于多媒体。在讲绪论部分内容时可以介绍流体力学的发展史及流体力学在现实生活和工程实践中应用的实例，如果单纯用板书讲，会很枯燥，达不到启发学生学习兴趣的目的，如果辅以多媒体，结合图片、短片、动画来讲就会有很好的效果。所以笔者认为，应当将传统的教学方式与多媒体教学方式很好的结合起来。

2.理论知识与专业知识相结合

流体力学这门课程不仅理论性很强，而且和工程实践结合的非常紧密。该课程是后继专业课程的重要理论基础，所以将相关专业知识穿插在流体力学课程中进行介绍有很多好处。首先，可以帮助学生加深对专业的理解。流体力学课一般在第五学期开设，此时学生已结束公共基础课的学习，开始了专业基础课和专业课的学习。调查表明很多学生此时对专业还处在迷茫的状态，不知道建环专业具体是做什么的，自己将来能干什么。在流体力学课程的教学中采用理论知识与专业知识有机结合进行讲解的授课方式可以帮助学生在学习理论知识的同时加深对专业的了解。再者，学生了解了专业也就有了学习的方向和动力，自然有助于提高学生对流体力学课程的学习兴趣。比如在讲授流体的热胀性时，介绍采暖系统膨胀水箱的作用及系统膨胀水量的计算方法，使学生既掌握了液体热胀性的计算公式，又了解了自然循环采暖系统的基本原理。再比如，在讲授伯努利方程的应用时，可以介绍水泵扬程的计算方法和建环专业水泵的适用场合，使学生明白水泵是建环专业最重要的设备之一。在学生学习管网计算基础这部分内容时，可以结合采暖系统和给排水系统或消防给水系统同时学习，毕竟这些系统在北方城市是到处可见的。在介绍气体射流知识的时候可以结合空调房间的气流组织进行介绍等等。

3.理论流体力学、计算流体力学与实验流体力学在教学中的结合

研究流体力学方法有理论分析的方法、数值分析的方法和实验研究的方法，在流体运动规律的研究中，三种方法相辅相成。但是在教学中，我们往往更多的是强调理论的重要性，而忽视了计算流体力学和实验流体力学对理论学习的帮助。应当充分将计算流体力学和实验流体力学的部分补充进来，这样才会使整个课程内容丰满，也可以扩宽学生的知识面，培养其解决问题的能力。

（1）理论流体力学与计算流体力学相结合

随着计算机技术的迅猛发展和数值计算技术的不断提高，计算流体力学（CFD—ComputationalFluidDynamics）技术得到了空前的发展，CFD技术可以在短时间内模拟流场内的温度、速度和压力的分布情况，可以较好地模拟流体的流动过程和传热过程以及污染物的扩散过程等，因此被广泛应用在各行各业。建环专业涉及大量与流动相关的问题，因此也不例外。可以用CFD技术模拟空调房间的气流组织和温度分布，模拟水和空气在管道内的流动情况，模拟火灾时建筑内烟气的流动规律。在CFD领域，目前世界上最具有代表性的计算商用软件有PHOENICS（英国）、CFX（美国）、FLUENT（美国）、STAR-CD（日本），这些软件均采用经典的流体理论和通用流体计算程序作为模型的核心，并提供丰富的计算方法处理湍流流动，具有强大的前后处理功能。这些新技术的发展对流体力学课程的教学提出了新的要求。在流体力学的教学过程中除了重点讲授理论流体力学的知识外，应当增加计算流体力学的知识，一方面可以增加信息量，拓宽学生的知识面，为进一步的学习和今后的发展奠定扎实的基础，另一方面可以用CFD技术模拟简单的流动规律和流动现象，帮助学生加深对流体理论知识的理解，起到相互促进的作用。图1是用CFD技术模拟的简单流动现象，（a）图验证了圆管中的层流运动，证明断面流速为旋转抛物面。（b）图给出了流体经过弯管时的断面压强分布规律，充分说明了离心力的作用是弯管中产生涡旋的主要原因。可以将这些模拟结果通过多媒体展示给学生，让他们在掌握理论的同时增加感性的认识，可以很好的提高学生的学习兴趣。图1只是两个简单的例子，流体力学中有很多例子可以通过数值计算和模拟穿插在教学过程中，得到很好的效果。

（2）授课与实验的有机结合

与流体力学课程相结合的有8个主要实验，分别是能量方程实验、总水头线实验、动量方程实验、毕托管实验、雷诺实验、沿程阻力系数和局部阻力系数测定实验以及孔口出流实验。另外还有诸如流线、绕流等演示实验。应当将这些实验的教学进度与理论的教学进度很好地结合，任课教师和实验教师共同指导，与学生形成很好的互动，及时启发和引导学生进行实验，充分启发学生对理论知识的创造性理解，同时锻炼其动手能力。实践证明这样做不仅可以提高学生的兴趣，还可以有意识的培养其观察流体现象的能力和分析解决问题的能力。

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关键词：火灾科学数值模拟 火灾调查 火灾动力学

1、火灾调查中的问题

火灾是现代社会造成损失最大的安全问题，火灾一旦发生，不仅造成大量的人员伤亡，还会造成巨额的财产损失。随着现代社会经济的越来越发达，火灾对人员的生命安全和财产造成的损失也更加巨大，给人民生活带来了惨痛的教训。火灾调查结果的准确与否直接关系到能否依法处理追究事故的责任者或犯罪分子。因此，确定火灾发生的起火原因，什么原因引起的火灾，防止类似的情况再次发生；同时，还可获得相关的证据，不断增加火灾调查经验，研究火灾发生发展规律，为预防和灭火提供科学依据。

在我国，火灾调查主要是消防总队、支队的相关人员对发生的火灾事故进行火灾起火原因、起火点的认定调查。然而，由于火灾发生的不确定性以及火灾形势的多样化，目前我国的火灾调查工作遇到前所未有的挑战，有关的火灾诉讼案件也日益增多。这要求我国的火灾调查人员必须具备相关的法律知识和技能技术，尽快查明火灾发生原因，明确事故责任。因此，计算机数值模拟技术被逐渐应用到火灾事故的调查工作当中，辅助火灾调查人员获取相关的证据，并且这种应用被普遍接受和认可。

2、火灾动力学模拟软件简介

火灾动力学模拟软件(FDS)由著名的美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）开发，是一个对火灾引起流动的流体动力学计算模型，是专门从数值计算方面解决一系列适合于热驱动、低速流动的Navier-Stokes方程，重点适用于火灾导致的热烟传播和蔓延的数值模拟。FDS利用了大涡流流体力学模型（Large Eddy Simulation，LES）来处理火场流体的紊态流动。专家和学者通过对真实火灾场景的模拟研究证明FDS具有有很高的准确性和可信性。火灾动力学模拟软件FDS目前已经被广泛应用在火灾科学的研究和火灾事故调查的证据。

3、数值模拟在火灾调查工作中的应用现状

3.1 国外应用研究

Daniel Madrzykowski等人应用FDS火灾模拟软件模拟了美国华盛顿的一起真实的室内火灾。火灾模拟的资料是根据火灾调查机构提供的真实的火灾现场情况为依据，确定了火灾热释放速率、特殊部位的温度、火场中烟气的流动方向和速度、氧气浓度、室内压力等相关数据。起火建筑为三层，根据火灾调查报告的认定，发生火灾是由位于地下室天花板内的电器设备引起的，开始在地下室内蔓延并且在地下室内发生了轰然，从地下室通向楼梯处的门在火灾发生时一直处于开启状态，使一层建筑有了烟气和热量的积累。从FDS模拟的结果来看，火势是沿着天花板开始蔓延，散落下的火星引燃了室内的其他可燃物，直至地下室内的氧气被消耗尽。

2005年6月NIST利用FDS软件成功再现了“911”恐怖事件中世贸双塔被飞机撞击后次生火灾的烟气流动和火球爆况。模拟的结果与事件中的影像资料相当吻合。该模拟测算的温度和烟气浓度给事故报告提供了重要依据。

3．2 国内应用研究

李一涵等学者对FDS 源程序进行了改进，并利用改进后程序计算火灾过程中壁面热解形成图痕，作为火灾调查的方法之一，初步分析壁面烧损痕迹发展特征。该方法可以根据火灾场景、壁面材料、起火点功率的不同，计算研究壁面燃烧痕迹形成规律，并提出使用该方法对火灾调查提供理论依据的可行性和重大意义。

姚晓波利用FDS模拟软件重现了一个大型学生宿舍楼火灾场景。通过FDS的模拟结果和火灾现场的实际情况相比较，验证了采用FDS来重构火灾现场的可行性，同时，通过比较外墙使用“可燃材料”和外墙使用“不可燃材料”两个不同火灾场景的模拟结果，分析研究了对于外墙使用不同性质的建筑材料对火灾后果可能造成的影响。

4．数值模拟技术在火灾调查工作中的应用前景研究

目前国内外对火灾事故类型的分析通常由专业人员采用长期工作积累的经验、或采用半经验的方式，很少有数值模拟手段应用于火灾调查。通过国内外学者、专家以及火灾调查工作者在火灾事故调查工作中对数值模拟技术的应用证明，FDS能够很好的重现真实的火灾场景。利用火灾动力学模拟软件FDS建立实际火灾场景的数学模型，对真实的火灾事故进行计算机数值模拟对火灾事故结果的准确性是一种很好的研究方法。在建模时需要清晰知道起火建筑物的详细资料，包括建筑物尺寸及材料、内部装修材料、建筑物的开口大小、当时的通风及天气状况、周围建筑物的布局等，这些资料可通过火灾调查机构或部门、气象部门获得。通过采用火灾动力学模拟软件（FDS），对可能的起火点、起火原因建立火灾场景进行火灾动力学模拟，可以计算火灾现场关键部位的火场温度、可见度、烟气层温度及高度、氧气和一氧化碳浓度等数据与火灾现场勘探的数据进行比较，排除不合理的起火点、起火原因及人员死亡原因，为火灾调查人员提供合理的依据，解决了火灾现场看勘察很难确定的问题，进一步完善了火灾调查报告的准确性。对模拟过程中的火灾蔓延趋势的再现，也为采取消防保护措施提供了依据。随着计算机技术的飞速发展和人们对火灾事故调查的严密性，数值模拟技术将能将广泛用来辅助火灾事故调查。

5．总结

通过对火灾调查现状和火灾动力学模拟软件介绍分析及国内外的应用分析，FDS在对有焰燃烧的火灾事故模拟，较真实的重现火灾场景，并且已经成为火灾事故调查不可或缺的技术手段，能够很好的辅助火灾调查工作人员进行火灾事故调查，对有异议的火灾事故结论提供更加可信的依据。

参考文献：

[1]陈琨, 舒慧慧. FDS 数值模拟技术在某“商住合用”建筑火灾调查中的应用. 消防技术与产品信息,2008, (7): 64-67

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关键词：工程意识；流体输配管网；教学改革

作者简介：谷志攀（1983-），男，山东济宁人，嘉兴学院建筑工程学院，讲师；刘静（1982-），女，河南周口人，嘉兴学院商学院，助教。（浙江 嘉兴 314001）

基金项目：本文系嘉兴学院2012年一般教改课题“基于‘工程意识’培养的专业基础课教学改革与探索——以‘流体输配管网’为例”、嘉兴学院重点建设专业——建筑环境与设备工程专业研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0085-02

建筑环境与设备工程专业隶属于土木工程一级学科，该专业是1998年由“供热通风与空调工程”和“燃气供应工程”两个专业合并、调整、组建而成的。[1]嘉兴学院建筑工程学院建筑环境与设备专业于2011年被确定为嘉兴学院重点建设专业，建环专业培养学生具备从事建筑环境控制与能源供给系统以及建筑设施智能化工程的规划、设计、施工、安装、设备调试、运行管理、设备研发、产品营销等工作所需的基础理论与专业技术知识、实践与创新能力，能在设计研究院、工程公司、能耗设备制造企业、管理部门等从事规划、设计、研发、生产、施工、管理等岗位工作的复合型、应用型高级专门人才。对建环专业学生工程意识和实践能力的培养是教学改革的当务之急。工程意识指的是，工程技术人员在建环专业相关的设计、施工或技术管理过程中，能够全面、严格地从工程的角度出发，来研究解决工程勘测设计、工程施工、施工材料的选择，工程施工设备和建环专业产品的设计制造的责任意识，可归纳为认识客观世界和改造客观世界的活动中，作为专业技术人员应有的可以影响工程活动的能力和技术，是决定工程活动能否有效完成的心理特征。[2]

“流体输配管网”是建环专业一门基础课，其课程内容除了系统地阐述流体输配工程技术原理与方法之外，还涵盖了建筑环境与设备工程专业的暖通空调工程、城市燃气工程、热工程、冷热源工程、建筑给排水工程、建筑消防工程、工厂动力工程等共同的流体输配原理和管网性能设计与调控方法。[3]“流体输配管网”课程，是流体力学、工程热力学和传热学课程基础上的拓展，又是将来学习空调工程、供热工程和给排水工程的基础，因此课程内容多，既有理论推导，又有工程实践内容，学生学习起来比较困难。基于以上的情况，本文以建环专业“流体输配管网”为例，对基于“工程意识”的专业基础课程进行了教学改革与探索研究。

一、课堂教学：突出工程意识，培养学生的学习兴趣

现在有相当部分学生在学习中缺乏积极性和主动性，因此在课堂教学中，需要大力突出工程意识，用以培养学生的学习兴趣，提高教师的教学效果与学生的学习效果。在课堂教学中培养工程意识，首先就是以工程实例启发学生，激发学生的学习动机。学生一旦产生较为强烈的学习动机，学习态度就会积极，最终可以取得比较良好的学习效果。第二个方法便是通过对具体的工程实践与理论结合讲解，可以使枯燥的理论教学更具生动性和直观性，从而激发起学生对学习的兴趣。

为了使学生全面深刻地理解和熟练应用一些基础理论知识，避免学习中产生枯燥和太抽象的感觉，增加其学习兴趣，可以尝试在教学中介绍相关有趣的工程方面的知识，也就是在讲解课堂知识的同时，加入一些工程实践中有趣的见闻，用以激发学生的学习兴趣，这样就可以使学生在笑声中获得专业知识，这种效果优于枯燥的讲解。

二、教学方法：体现工程意识，课堂教学讲授方式多样性

“流体输配管网”的课程特点是：内容多、概念多、公式多，课程教学内容抽象，针对这种特点，要想培养学生的创新思维能力和提高教学质量，就必须采取一些新颖的教学方法。[4]

1.注重师生互动

即以学生为主体，教师为主导的“双向运动”。在教学中，教师不能单向灌输理论知识，需要利用各种资源和手段充分调动学生的积极性，启发学生进行思考，把学生由“单向”的知识的接受者变为“双向”的知识的探索者。要想达到这种有效的双向互动，可以采用以下的步骤进行：首先提问，提出生活中遇到的流体输配管网的问题，再组织学生讨论，让学生先提出自己的看法，最后讲授教学内容，揭开问题的答案，这样学生和教师都参与到教学中，学生和教师有了更好的互动，学生在对问题的思考中理解和掌握了知识。

2.强化理论联系实际，重视工程应用

引导学生关注身边的流体输配管网现象，变“抽象”为“形象”。首先，带领学生观察生活中各种不同建筑物的输配管网系统，例如：学校教学楼和宿舍楼的生活给水管路、消防水管路，大型商场超市的空调水系统和消防系统等，让学生有直观的认识；然后在授课过程中，依靠学生熟悉的建筑物的实际工程设计图纸，来讲述输配管网系统的基本组成和输配管网各种系统，由于都是生活中实际的例子，因此学生在学习过程中理解起来也更容易，能更快掌握知识。因此在教学过程中强化理论联系实际，可以使教学取得意想不到的效果。

3.注重公式的应用和学生能力的培养，弱化理论推导过程

“流体输配管网”课程中涉及到大量的公式，例如气体输配管网单位长度管道摩阻R就有几个不同的计算公式，根据本科教育的培养目标，在实际讲解时理论知识时，要“重公式应用，轻公式推导”，把讲课的重点放在对公式的使用条件分析和各项参数含义的讲解，然后通过例题讲解公式的应用，最终使用公式解决实际的工程问题；同时需要留给学生必要的作业习题。作业训练和课堂教学是相辅相成的，通过作业习题训练，可加深学生对课堂知识尤其是公式的掌握，又可以提高学生分析和解决问题的能力。

4.采用多种教学手段，鼓励使用多媒体教学

随着教育改革的不断深入，各种高科技手段在教学中得到广泛应用，多媒体教学在课堂教学中的优越性越来越明显。首先，多媒体技术利用灵活的文字、声音、图形、动画等，使学生对于学习内容更加明确，能让学生较快掌握课程学习的内容，强化对基本概念、基础理论和基本知识的理解；帮助教师和学生在有限的时间下，节省下画示意图、抄写板书等时间，使教师更好地掌控教学进度，把更多的时间和精力放在讲解课程上。其次，多媒体课件可以使用生动、形象、活泼的文字和图片将抽象的东西具体化，并配上实际的工程实例中的图片资料进行分析讲解，使得教学内容形象化和具体化，可以有效调动学生情绪，让学生先对多媒体课件上的管网和设备有感性认识，再接着从理论上分析和计算，这样学生接受起来比较容易，效果显著。当然多媒体课件也存在不足，其中一个很大的缺点就是，多媒体教学课件播放速度教快，多数学生来不及作课题笔记。因此嘉兴学院专门对学生开放BB平台，“流体输配管网”也建有BB课程平台，学生在BB平台上可以把课件下载到个人电脑上，这样既方便学生课后复习，又能提高学生学习效果。通过多媒体和BB平台这两种不同的教学手段结合，可以有效提高教师教学效果和学生学习成效。

三、以工程实践为导向，培养学生抽象思维和创新思维

近年来，随着我国高等教育的发展，创新性教育越来越受到各大中专院校的重视，但是学生创造力的培养不能脱离工程实际。工程意识的培养，能帮助学生更深刻掌握所学的专业知识，并可以有效提升学生创造能力。第一，工程意识的培养可以帮助学生把理论知识和工程实际相结合，利用实际工程启发学生观察问题，然后让学生利用专业知识去思考问题，并且引导学生多角度多方面思考，开阔学生分析问题的思路，引导学生在专业知识方面举一反三，培养学生的发散性思维，这样就可以利用实际工程来使学生掌握专业知识，培养创新意识。第二，工程意识的培养还可以激发学生的创造欲望，学生在面对实际工程中的新问题时，会感觉到挑战，并会想到利用所学到的流体输配管网的知识去迎接挑战，解决实际问题，如在液体输配管网一章，讲解到供暖管路中的垂直失调现象时，不少学生提到许多新颖的想法。

四、教学给予学生更多的实习和实践机会

所有的工程实践问题都是在理论指导下解决的，因此为了将学生培养成一名合格的工程技术人员，需要学生更多将理论知识与实践很好地结合，这就需要学生在学习阶段就开始积累工程实践经验。因此，学生在学习理论知识后，教师可以邀请有较多工程经验的设计师、施工人员来课堂举办讲座，引导学生培养工程意识；同时嘉兴学院建环专业在第四学期让学生参与认识实习，教师带领学生进入各个实训现场，让专业工程人员讲解，通过现场实物来加强学生工程意识，这样可以使学生在学习期间就不断接触到工程实际中的问题，学生从实习中得到学习锻炼。因此，从课堂教学和工地现场中培养学生工程意识，有利于学生把理论知识和实际技能结合起来，达到“流体输配管网”课程教学目的，从而达到大学教育的培养目标。

五、改革考核方式

传统的专业基础课考试方法是采用形式单一的闭卷考试，这样使得学生死记硬背公式，不需要过多的思考便可以取得较高的分数，这样的考核方式不能考核学生的综合能力。基于以上的原因，我们对考核方式进行了改革，采取笔试、工程素质考核、平时表现三部分组成总成绩。其中，笔试内容以期末考试题为主，占总成绩的70%。工程素质考核题目以基本概念题和实际应用题为主，基本概念题目主要选取基本的理论知识，实际应用题目在学期开始前布置给学生，这些应用题目都是来源于实际工程，这些题目具有开放性，需要学生在平时学习中理论结合实践去思考，才能得到一个较为符合工程实践要求的答案。工程素质考核可以活跃学生思维，为学生提供较好的创新空间，培养学生灵活运用基本理论分析工程问题、解决工程问题的能力，使得学生的工程意识得到培养，综合素质得到锻炼。平时表现主要体现在学生课题考勤、课堂表现和作业。通过改革考核方法，使学生重视对基本理论知识的学习，更加全面掌握知识，工程意识和创新意识得到锻炼和提高。[4]

六、结论

在“流体输配管网”课堂教学中，突出工程意识，培养学生的学习兴趣；教学方法上，体现工程意识，课堂教学讲授方式多样；以工程实践为导向，培养学生抽象思维和创新思维的能力；教学给予学生更多的实习和实验机会；改革考核形式，以激发学生的学习兴趣，实现应用型创新人才培养目标。建环专业的学生在其他课程的学习中，也需要得到工程意识的教育。培养学生工程意识，使学生的学习和教师的教学都是从工程观点出发提出问题，分析问题，思考问题，解决问题，从而激发学生自主学习的兴趣，增强学生实践应用能力的培养，形成良好的学习方法，发挥学习的主观能动性，更好地实现应用型创新人才培养目标。

参考文献：

[1]吴晅，王丽芳，何丽娟.西部地区高校建环专业实习教学改革的一些思路[J].中国电力教育，2011，（14）：128-141.

[2]杨艳.在《水力学》教学中培养学生的工程意识[J].长江工程职业技术学院学报，2008，（2）：73-74.

[3]张丹，孟凡茂，刘靖，等.“流体输配管网”三位一体课程教学体系的构建[J].中国电力教育，2011，（19）：99-100.

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关键词：大空间建筑；消防；措施

1大空间消防现状

“大空间”，可以理解为现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084采用闭式系统而超过6.1.1条规定的最大净空高度的场所，即室内净空高度大于8m的民用建筑和工业建筑、大于9m的仓库、以及室内净空高度大于12m的采用快速响应早期抑制喷头的仓库。而这类建筑、这类场所在国内各省市在近期正大量兴建，如大剧院、音乐厅、会展中心、候机楼、体育馆、宾馆、写字楼的中庭、大卖场、图书馆、科技馆??等。因此《规范》就其实质可应用于全国各地的大空间场所。

但近几年来高大空间建筑连续发生数起群死群伤的特大火灾事故， 消防设计满足不了高大空间建筑要求。尤其是目前众多的大型影剧院、会议展览中心、体育馆、仓库、纺织行业等， 其建筑结构特殊、防火分区过大， 设施复杂， 火灾隐患颇多。一旦发生火灾不能及早发现和有效扑救灭火， 这不仅给消防救援带来巨大的压力和困难， 同时也将造成巨大的经济损失和社会影响， 甚至还会造成人员伤亡。因此， 完善高大空间建筑物的消防设施， 合理设计这些高大空间的火灾自动报警系统及灭火系统是十分必要的， 而且刻不容缓。

2 消防性能化设计

目前，我国建筑防火设计一直沿用传统的“处方式”设计，是根据不同的建筑类别（如厂房、库房、民用建筑等）和使用功能对照规范条款进行设计，这种方法具有很大的局限性，无法充分体现建筑的个体特性，满足功能需要。

性能化防火设计是在对某一特定的建筑进行综合防火性能评估的基础上，设计出特定的符合该建筑的防火安全模式，根据建筑的结构、功能需要、火灾荷载等选择能满足消防安全的各种防火措施，并将这些措施有机地综合、组织起来，构成该建筑的总体防火设计方案，再对该建筑的火灾危险性和危害性进行定量预测和评估，得出一个最优化的方案，以确保在火灾情况下人员和财产不受侵害。以性能为基础的设计方案主要优势在于，把试验研究和计算机模拟得到的关于在一定条件下火蔓延和烟气运动的确定性规律，与从火灾数据统计和概率分析得到的关于火灾发生及其后果的随机性规律进行综合，建立火灾规律的确定性和随机性相结合的理论模型，实现火灾风险的量化及动态评估。它能够精简安全系统设计，并将系统要求及相关成本降至最低。

性能化消防设计包括：确立消防安全目标，建立可量化的性能要求，分析建筑物及内部情况，设定性能设计指标，建立火灾场景和设计火灾，选择工程分析计算方法和工具，对设计方案进行安全评估，制定设计方案并编写设计报告等8个步骤。在设计过程中，需要对建筑物可能发生的火灾进行量化分析，并对典型火灾场景下火灾及烟气的发展蔓延过程进行模拟计算，因此计算的工作量以及各类基础数据的需要量非常大，往往需要采用大型CFD（计算流体力学）软件等分析和计算工具。

在性能化设计体系中，应将水灭火系统与其他灭火系统以及建筑防火体系联系起来综合考虑，相辅相成。水灭火系统应能够及时灭火，控制火源蔓延，并能减小烟气流动对人员疏散的影响，保证足够的疏散时间。

3消防系统的选择

3.1自动消防水炮系统

与其他灭火系统相比，在大空间采用水灭火系统依然是最适合的，但是受空间高度的影响，一般自动喷水系统的灭火效果受高度影响大，而且安装维护困难，在可燃物不很集中或者被水作用后损失较大的大空间场所，大面积安装自动喷水系统则结构布置不合理，而且灭火带来的二次损失较大。因此，近年来自动消防水炮被越来越多地运用在大空间场所。自动消防炮系统的特点是火灾早期阶段即可实现自动报警，并自动控制消防炮扫描着火点，进行空间定位、定点灭火，由于仅对火灾区域喷洒灭火，减少了对无火灾区域的影响，很大程度上减少了火灾造成的损失。另外消防炮的射程远（可达50m，甚至更远），所以控制的范围大，适合于大空间消防要求。自动消防炮系统由两部分组成：数控消防炮和控制系统，常用的消防水炮的流量为20L/s，射程为50m。

3.2大空间智能型主动喷水灭火系统

该系统的采用为大空间消防提供了更为有效的手段。智能型主动喷水灭火系统包括：①智能型灭火装置（大空间智能灭火装置、自动扫描射水灭火装置、自动扫描射水高空水炮灭火装置）；②信号阀组；③水流指示器；④供水管道及供水设备。智能型灭火装置包括：①智能型红外探测组件；②大空间大流量喷头；③电磁阀。

相对于消防水炮而言，智能型自动灭火装置就好比缩小的和分散的微型水炮，流量、水压较小，因此灭火装置容易结合建筑要求布置，管路也较小，便于铺设；相对于喷淋系统而言，智能型自动灭火装置就好比可以转动的喷头，直接面对火源喷水，因此使用的水量较小，针对性强，缩短了灭火时间。

4大空间建筑消防设计

（1）室内消火栓系统：在大空间建筑平而上布置消火栓时，大空间中间部分的室内消火栓无法靠墙或靠柱布置，故应采用落地式消火栓箱，消火栓给水管可埋地或在吊顶内铺设。

由于大空间建筑内部空间大、分隔复杂，上下层的防火分区往往错位，故消火栓的布置会上下对不齐，造成消防立管多或者消防横支管偏长，为此可采用分层横向成环的管网布置系统，各层和各防火分区内的消火栓可就近接自本层消防横干管，这可大大减少支管数量及长度，而各层消防横干管上需间隔设置检修阀门以保证系统的安全性。

（2）自动喷水灭火系统：由于建筑内各分割空间的大小、高度、用途等各不相同，故分别采用各种形式喷头的灭火系统。在通常的设计中一组消防泵对应一种系统，而有时一组消防泵会对应二种或更多的系统，如普通闭式喷淋和快速响应早期抑制喷头系统合用一组消防泵。

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关键词：消防工程；建筑防火；发展趋势

中图分类号：TU998.1 文献标识码：A 文章编号：

前言

科技的发展推进我们生活的进步，它在改善我们生存状况的同时，又可以保护我们的安全。消防工程就是火灾预防、控制方面的科学，它的出现避免了很多悲剧的发生，作为一个较系统的工程学科，其本身特点鲜明，多学科、多领域综合利用，在历代科学家们的努力下，经过技术的进步和设备的发明，消防工程形成了独有的知识体系，随着建筑方面的进步，消防工程也需要紧跟步伐，在新材料和新技术方面不断的更新，这样才能面对越来越复杂的消防环境和施工内容。

虽然消防工程在上百年的发展历程中经过了很多的变革，但是其在现今的工程中仍然存在很多的问题需要解决，其发展空间和发展需求仍然较大，依靠高科技电子计算机的范围也在不断的扩大，精密程度也不断加大。基于现状预测未来发展对于消防工程学科来说是一件很重要的事。

1 消防工程发展历程和现状

消防工程是一门探索火灾规律、研究火灾预防与控制理论和技术的新兴综合性学科。它的出现对人们生存环境的安全有了很大的改善，火灾的无情造就了此学科的飞速发展。在1850年左右，欧美科学家就发明了火灾相关的很多设备，比如自动报警装置等。但是直到20世纪，此学科的发展才真正到突飞猛进的地步，各国科学家都竭尽全力对防火材料和设备进行研究，灭火剂和建筑材料的进步明显，有很多科学也被应用到实践当中。作为多学科综合应用的科学，火灾科学在发展过程中涉及到燃烧学、物理学、数学、流体力学等等很多已经发展较长时间的学科，它们的使用使得防火研究方法上有了很多基础条件，其中较为重要的就是计算模拟的应用，来自哈佛大学的艾蒙斯教授就应用此技术提出了火灾模化的理论。火灾的研究是消防工程学科发展的基础，它不断促进着消防产业的发展。

对于消防工程学科来说，其在大学中被设立要追溯到1956年的美国马里兰大学，学科的特殊性和重要性使得很多国家都陆续开设此学科，培养相关人才，其中英国爱丁堡大学在1973年第一个开设研究生课程，不断促进着此学科的发展，现在很多著名大学都有此学科的硕士和博士学位的授予权，它也不断的步入了正规化教育。

消防相关科研机构的发展也对此领域产生了较为深远的影响，比如英国消防工程师学会、德国消防促进协会等，他们几十年的努力不断促进着消防事业的发展。国际社会也在此背景下于1985年成立了国际火灾学会，现今已经成为了影响最大的消防团体组织。

消防工程相关的著作也随着学科的发展不断增加，国际核心期刊的产生使得全球科学家的成果都能得到认可。

消防工程经过几十年的发展，取得了相当大的成就。在新的世纪里，“消防工程”学科必将继续随着科学技术的不断进步而快速发展，以满足人类对安全生活环境的需要。

2 消防工程的发展趋势

消防工程相对于基础学科来说，是新兴科学，它对于我们生活的现实意义更大，这也使得其发展速度不断加快，人们对其认识不断深化，相关科研产物不断增加，同时伴随着防火安全意识的提高，为了避免火灾引起的重大损失，对其发展趋势的重视是很有必要的。

2.1基础知识和工程应用作为重点研究对象

基础知识和工程应用将成为火灾自动探测报警技术和自动灭火技术领域重点研究的对象，新一批的产品将通过研究的开展得以开发。长时间以来，作为消防科研的重点领域，基础知识和工程应用都一直很受重视，并且相对于其他较为常见的防、救火技术而言，该领域已经比较成熟，完整的技术体系也已经成型。最近几年的消防科技研究主要是在三个方面，第一是对一些特殊场合的特殊状况开展防、救火工作，开发出有针对性的系统，比如智能灭火系统和火灾自动报警器，这种系统反应快、可靠性高、响应快；二是将高新技术和理论应用到消防专业，令开发出的产品具有高等质量和较高的性能；三是将开发出的产品应用到实际操作中，对开发出的产品在各种场合、各种状况下操作、实验。

2.2 消防工程研究离不开建筑防火设计观念的改善

消防安全的重要性促进着研究领域的活跃性，也使很多科学家投身其中，致力于建筑防火的设计和应用。在保证一定经济利益的前提下，消防设计的合理化和科学化会带来很大的社会效益。被动和主动火灾防火系统对火灾反应的预测技术、计算模拟燃烧产物、火灾危害评估、火灾人群疏散计划、消防安全系统数据库建立等等这些需要进一步研究的课题是消防技术指标的一部分，它带动着发展性能化的优化和整个消防学科的发展。

2.3计算机火灾模化技术的发展

近几年，随着计算机技术的高速发展，计算机火灾模化技术得到了快速发展，它的应用面和开发力度也越来越大，为我们对火灾的认识提供了新的途径，为防火灾的其他辅助建筑提供了新的创新方向。计算机火灾模化技术得以利用，使人们对于火灾的了解不仅仅只是要通过有一定危险性的火灾实验，还可以通过采用计算机模拟来演示火灾的场景，并且可以模拟不同的环境、不同的状况、不同的条件的火灾的发展状况，并可以对消防构建、消防材料的防火特性进行测定。此外，计算机火灾模型可以达到火灾现场重现，为火灾的研究提供实际的数据。目前，一些可以投入实际应用的计算机火灾模型在美国、日本、德国等国家已经得到了推广和应用。只不过现在计算方法和计算机的工具的限制，计算机模拟的灵活程度和准确性还有待完善。

2.4消防工程中阻燃材料的发展

阻燃材料的发展是消防工程发展中的重要部分，以往的灭火器材对臭氧层有严重的破坏，新型的灭火剂是现阶段的研究重点，大量精力投入到此领域中，得到了一些较为有效的产品，如七氟丙烷等，但是仍然存在着很多问题，哈龙灭火设备的更新仍然是未来多年世界消防研究领域的研究重点。材料和化工产业的进步促进着阻燃技术的发展，对环境的保护是研究阻燃剂的前提，清洁利用是现代社会的主题，高效、无污染灭火剂是未来发展的趋势。

2.5消防队伍和装备的不断发展

消防队伍装备一步步面向专业化、系列化和智能化。社会状况和经济条件的不断发展也不断向消防人员提出新的要求。现在，每个国家的消防人员都面对着新的问题：火灾越来越复杂、特种灾害越来越多、恶性火灾越来越多、化学灾害的危害越来越大、日益活跃等。为了适应这种现象的发生，各国的消防科研单位和开发单位都在积极地开发出新的灭火武器和装置装备，并且让它们系统化、科学化、智能化。

3 结术语

消防工程对于人类的重要性不言而喻，火灾的破坏程度巨大，有效的控制和预测火灾是对人类人身和财产安全的重要保证，其发展过程中还有很多问题需要解决，很多新技术还没有较好的应用其中，在未来的发展中，要进行多学科多领域的结合，最终得到适应不同场合的高效清洁的灭火设备，不断促进消防工程的发展。

参考文献

[1]徐晶.消防工程存在的普遍问题及解决建议[J].科技创业家,2011,(6).

[2]张建波.高层建筑消防安装工程常见问题及解决方案探讨[J].中国新技术新产品,2010,93(3).

篇6

关键词：火灾事故调查 ； 模化理论 ；应用探究

中图分类号：X928.7 文献标识码：A 文章编号：

随着社会快速发展，我国居民整体的法律意识开始得到了不断的提高。而作为社会各个领域的都普遍关心的消防工作，更需要跟上现代科技的步伐，不仅在火灾防控和扑救上，武装现代消防，还要在火灾事故的调查中，广泛应用现代技术，彻底改变以前依靠经验、主观断定来进行火灾调查的情况。将现代科学侦查技术运用到灾后的调查中，提高整个火灾事故调查的准确性、客观性和科学性。

火灾模化理论概况

消防技术作为一门科学大约只有100年的历史，本世纪50年代以前，消防技术基本上是实验科学。有时，为了弄清某种重大火灾的原因，得到有关的数据，就需要完全依样盖起一幢房子，装入与原来室内相同的物品，再点火燃烧试验，并据此以制订或修订规范和法令来防止发生类似火灾。直到今天，尽管测试手段有了很大发展和进步，这种实体模拟燃烧试验仍是推动消防科学发展最主要、最可靠的手段。

以实验为基础作为判定手段，这是消防科学还处于其幼年时期所必然具有的基本特征。目前，我们主要还是靠实际火灾暴露出来的问题和这种盖起来再烧掉的实体模拟实验研究的结果来制定各种建筑防火规范、消防法规，并且依靠这些法规和规范来管理消防工作。但是，随着生产发展和社会进步，每起火灾所涉及的财富越来越多，实体模拟燃烧试验的代价也越来越高，有些试验(例如原子反应堆的爆炸燃烧)几乎是不可能进行的。所以，从70年代初，国外开始以燃烧学和流体力学为基础，以实验数据作为初始及边界条件，用数学分析方法和计算机技术来研究火灾及其发展过程。

模化是现代科学研究的一种重要手段，即用建立某种模型的方法来进行科学研究，力求用较小的代价取得较大的成果。而火灾模化，是指为了预测火灾发展过程而建立的一组数理方程式，通过对这组方程式的解算即可定量地描述火灾发展过程的各主要参数。由于这组数理方程是在人们对火灾发生、发展和熄灭过程长期研究的基础上，根据对火灾机理的理性认识总结出来的规律，所以它比根据—两次实验得到的结论更具有代表性，更少偶然性，能更真实地反映客观事实的实质和规律。

火灾模化不仅能客观定量地预测火灾发展过程，从而对减少人员伤亡、降低财产损失、改进灭火方法和灭火战术有很大帮助，而且对改进建筑防火设计和对建筑物进行火灾危险性评价也具有重大作用。它可用于对任何建筑物中的建筑结构或构件遭受实际火灾时的承载能力，完整性及隔热性能按预测的实际火灾时的受热情况加以分析计算，准确地确定其耐火能力，从而把建筑防火规范从选择耐火等级的原始状态提高到选择适当的火灾模型和结构热响应模型进行概率设计的更高水平，使建筑防火设计更合理、更经济、更精确。

由此可见，火灾模化是消防科学从实验科学过渡到更高级的理论一实验科学的桥梁，是现代科学和经典实验技术的结合。

火灾事故调查中火灾模化理论的应用

在火灾事故的调查中，调查人员通过对现场的勘验，一般能够比较准确地判断起火大致的区域，但要准确无误地判断起火点、火灾原因，就比较困难，通常要借助相关的技术手段才能完成。一般情况下，调查人员往往要通过对火灾发生的各个阶段进行模拟，从而得出能够被受灾群众所能够接受的结论。

下面我们就通过一个案例来具体说明。

2013年2月2日，位于兰州市先建街50号的布匹供应公司新建的仓库发生火灾，直接损失达37万元。

现场调查：

周边环境勘察：兰州市布匹供应公司新建的库房，向东靠近先建街主道，西邻火锅城，南北是一个内院。

初步调查：发生火灾的建筑群主要是砖木结构，仓库主要是有三合板搭建而成，库房内主要堆有布料和其他易燃物品，在整个火灾中烧损比较严重，所有的物品基本上不能够再使用，整体损失惨重。

专项调查：库房的西面外墙的外侧紧靠着火锅城的厨台，该厨台东西长为1.25米，南北宽为0.56米，共有两个添材口，整个口直径大约有0.6米，炉膛深度约有0.8米，在调查过程中没有发现什么可疑之处。

事故的原因分析和模拟计算

经过调查认定这次起火的主要原因是：火锅城的整个后厨的火炉在长时间燃烧时，产生了大量的热量，而整个热量在传导过程中，引起靠在墙边的纱布自燃，从而导致了这次火灾的发生。为了证实后厨的热能否使得纱布达到自燃点，为了证实这一点，兰州市消防支队将这项工作委托给兰州大学热传导实验室进行计算。

根据当时的实际情况，简化了某些不必要的程序，仅仅取靠近火炉的布料作为研究对象，对布料进行模拟，见下图：

建立相应的传导方程：Ut=a2Uxx

其中：a2=k/cp;k为热导系数，cp为容重的整体比热。

根据计算得出炉膛的整体的面积为0.49平方米，在正常工作情况下，整个炉膛的中性温度可以达到1100——1600摄氏度，而炉壁的平均温度为1000度，根据热导方程计算，得出结果，结果见下表1和表2。

表1 布料所在的区域热传导至墙壁的表面的升温变化

表二布料所在的区域温度变化

当时的天气的温度是12度，当23分钟过去后整个布料所在的墙壁的温度可以达到458℃，再加上当时的气温为12℃，所以整个布料所能够接触到的温度可达到：

458℃+12℃=470℃

根据调查当时布料的自燃点为265℃，因此在当时情况下，整个布料完全能够达到自燃。所以最后完全可以认定这次火灾的主要起因是火锅城。

通过这样的火灾模化模拟实验和具体的计算，使得整个火灾的调查工作得以顺利完成，同时还解决了由火灾引起的民事纠纷。

火灾模化理论的应用展望

火灾模化技术在应用过程中通常还可以利用火灾现场的残留物所呈现出的化学成分、物理状态、具体形貌等来证明整个火灾在发生过程中所出现的具体的原因。在火灾现场调查过程中，往往可以进行现场取样，通过对多种火灾现场的残留物进行物理和化学成分的具体分析，同时还要考虑其他多种外部因素相互间的影响，这样就能够得出一个“多变量”的火灾现场研究数据。当然收集到的数据没有进行具体的分类，当中包含了大量的有效数据以及无用数据，这些无用的数据就会增加分析人员获取有效信息的发生的难度。这时候就要求我们进行化学模式来进行分析，通过对现场取样的物品进行化学分析，建立物品本身的化学变化前和变化后之间的关系，分析这种联系之间存在的具体的联系，以及发生了什么使得这种变化产生。通常情况下我们会采取Fisher判别与分析的方法、Bayes判别法、SICMA分析法、KNN分析法，等等。等过使用这些分析方法，将整个火灾发生前与火灾发生后之间建立良好的联系，分析是什么导致了他们发生了如此之大的变化，以及这种变化一般会引起何种后果。通过将化学分析模式运用到火灾的灾后识别残留物的分析和处理之中，大大减少了在具体的数据提取和数据处理，大大排除了不必要的干扰，确定分析目标，进行相关数据的挖掘和解释，还可以通过其他方法的联合应用数学变换，这样就能够得出更多的数据结构分析关系网。在低维空间进行重新描述；应用其它类别的识别技术进行样本分类研究；利用已知的样本作为标本，对其他收集到的材料进行对比分析和研究，就能够找出相关间的联系；建立以确定模型和有效的数据挖掘为基础的数据库，将模型应用于未知样品的分类和验证工作中。

在现代火灾事故调查中，我们要不断学习新技术，不断把新技术运用到火灾事故调查中，提高火灾事故调查的科学认定水平，为构建和谐社会创造安定环境。

参考文献：

[1]范伟澄，刘乃安.火灾科学——一个新型交叉的工程科学领越[J].中国工程科学,2001.3(1):6——14.

[2]薛伟，张光俊.火灾模拟与应用[J].吉林林业与科技,2006.35(6):18——20.

[3]秦文岸.浅谈火灾烟气流动规律的模化研究方法[J].消防科学与技术,1999.18(3):7.

篇7

作者简介姓名:（出生年—），性别，籍贯，职称，研究方向：

作者姓名:郑红，

出生年月：1975年11月，

性别：女

籍贯：汗族

职称：工程师，

研究方向：建筑结构设计，

学历：本科，

摘要：本文重点分析当前我国高层住宅建筑中几种建筑结构，以最佳适用性原则为基准分析几种结构设计的方法和特点，从而分析住宅适用性最佳的建筑结构设计。

关键词：高层住宅建筑结构适用性原则

受地域价值、土地价格的影响，土地稀缺已成为不争的事实。在这样的背景下，高层住宅建筑的诞生自然在情理当中。对于政府出台有关超高层建筑响应的政策，个人认为，高层建筑对城市建设的整体发展无疑起到了有力的推动作用。那从人类居住的适用性、经济性原则来看那种结构设计更符合人类安居的基本原则！

一、高层建筑结构设计体系与技术应用概述

当前，高层、超高层建筑不断涌现。建筑师设计了众多复杂体型和内部多变的高层建筑，我国高层建筑的复杂程度已位居世界前列。高层建筑除了要满足建筑使用功能的要求，还越来越重视建筑个性化，在建筑艺术造型方面体现创新。例如：336.9米高的天津津塔主要的抗侧力体系采用“钢管混凝土柱框架、核心钢板剪力墙体系、外伸刚臂抗侧力体系”组成，具有较高的抗 侧刚度和延性，是目前世界上应用钢板剪力墙的最高的高层建筑；据不完全统计，在高度超过200米的超高层建筑中，有大约50%为混合结构。上海环球金融中心及金茂大厦均为钢筋混凝土核心筒，外框为型钢混凝土柱及钢柱；北京国际贸易中心三期为筒中筒结构，外部为型钢混凝土框筒，内部为型钢混凝土巨型柱与斜撑及钢梁组成的筒体，74层，高330米，为我国8度抗震设防地区最高的高层建筑。

1、高层建筑结构设计中基于抗震设计技术的应用

由于高层、超高层建筑具有超高超大、功能复杂、造型新奇的特点，规模和复杂程度在国际上可谓少见。许多建筑突破了我国现行相关技术标准与规范的要求。目前来看，减震控制技术研究与应用在我国高层建筑中有了较大进展。隔振技术较为成熟，在工程中有一定应用，主要用于高烈度的多层、小高层建筑，如北京通惠家园地铁枢纽建筑，甘肃陇南将橡胶隔振垫用于砖混结构楼房。目前，多项采用隔振技术的房屋建筑正在设计建造中。

消能减震技术近年来在新建高层建筑工程中开始得到应用，如北京银泰中心主塔楼、上海世贸国际广场、深圳大梅沙酒店等采用了黏滞流体阻尼器，主动控制技术在我国超高层建筑中首次得到应用是上海环球金融中心第90层两台各重250吨的质量阻尼器，它将有效地减小建筑结构在风和地震时的反应。

2、高层建筑结构设计中基于抗风设计技术的应用

随着高层建筑高度的增加，结构对风荷载更加敏感，在不少地区，抗风研究和设计已经成为控制结构安全性和实用性的关键因素。我国目前的建筑荷载规范尚不能完全满足实际工程的需要，应增加横风向响应和等效静力风荷载、干扰效应、居住者舒适度判据等内容。

3、高层建筑结构设计中基于消防设计技术的应用

一个常识是，按照设计标准，高于24米的建筑属于高层建筑，高于50米的建筑属于超高层建筑。曾有城市安全部门做过一个试验，让一名身强体壮的消防员从第33层跑到第1层，用了35分钟。如果是一名身体素质一般的人员或老人、小孩，所需时间肯定会更长。而火借风势，30秒内就可以从第1层到达第33层。这样算来，在高层、超高层建筑中人们跑到楼外逃生的可能性几乎为零。因此，基于超高层建筑结构体系中抗高温、防火方面的设计成为最重要的一个指标（以下以北京国贸三期工程为例）。

国贸三期。该工程总建筑面积54万平方米，主塔楼总高330米，地上层数为74层，地下为4层，钢结构截面大、单件重、连接复杂，总用钢量达5万多吨，抗震等级8级，设计难度和施工难度为世界超高层建筑结构领域所罕见，是目前北京的第一高楼。美国“911”事件后，施工承建方：“中建一局集团建设发展有限公司”对国贸三期设计方案作了相应调整。为了保证建筑物未来的安全性，在经过论证和修改后，该楼的建筑方案采用了4万吨钢筋、18万立方米混凝土与5.5万吨钢结构组合形成的钢骨型钢混凝土结构，并采用耐燃时间高达3小时的防火涂料对钢结构进行防火处理。这样设计的结果是，大楼能够有效地减少飞行器撞击所带来的损害，提高大楼自身的耐火性能。而按照此前的设计方案，该大楼全部由钢结构组成，一旦遇到同样问题，钢结构会因高温快速熔化，导致主楼快速坍塌。

另外，针对火灾，为了确保人员安全，国贸三期主塔楼分别在14层、28层、39层、55层和74层设计了5个避难层，避难层四周采用防火材料和加固结构，装有防火隔烟系统。将来大厦投入使用后，避难层非但不能改作他用，不能加锁关闭，而且还可能会放置一些食品和水，并随时更新。

二、高层建筑结构荷载作用与结构设计原则

1、竖向荷载

结构恒荷载，是根据材料自重计算得到的。它占高层建筑竖向荷载的大部分。结构设计时务必做到不漏项。楼面（屋面）活荷载标准值及其组合值系数，按《荷载规范》取用。需注意：当使用荷载较大或者有特殊情况时，应该按实际情况采用。《荷载规范》所列的楼面活荷载中未包括二次装修荷载和隔墙自重。固定隔墙应按恒荷载考虑，隔墙可以灵活布置时，按活荷载考虑。

2、 风荷载的计算

风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一。结构抗风分析（包括荷载、内力、位移、加速度）是高层建筑设计计算的重要因素。

由流体力学中的伯努利可知风压与风速关系：

风的形成：空气从气压高的地方流动到气压低的地方。风的强度。（通常由风速或换算为风压来表示)基本风压：

当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的30年一遇10min平均最大风速v0为标准，按v02/1600确定的风压值

主体结构垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算，风荷载作用面积应取垂直于风向的最大投影面积:

式中ωk—风荷载标准值(kN/m2)；

βz—高度z处的风振系数；

μs—风荷载体型系数；

μz—风压高度变化系数；

ω0—基本风压(kN/㎡)。

3、γRE——构件承载力抗震调整系数

构件类别

梁 轴压比小于0.15的柱 轴压比不小于0.15柱

剪力墙

各类 构件

节点

受力状态 受弯 偏压 偏压 偏压 局部承压 受剪、偏拉 受剪

γRE 0.75 0.75 0.80 0.85 1.0 0.85 0.85

当仅考虑竖向地震作用组合时，各类结构构件的承载力抗震调整系数均应取为1.0 。

三、高层建筑住宅产业化下带来设计和承建行业全新的挑战

随着住宅产业化形势的不断发展，随着我国超高层住宅的响应政策的出台，未来，无疑会给本土设计行业及承建方带来了巨大的挑战。随着经济社会的发展，作为二三线城市出现的一幢幢拔地而起的超高层建筑。这种建筑不仅对开发商是一种全新的挑战，对房地产这条产业链上的设计行业、承建行业也将带来全新的改变。

1、未来住宅产业化下高层建筑结构设计技术亟待提升

相对高层住宅而言，超高层住宅设计复杂，对项目设计及管理水平要求严格；超高建筑物中每隔一定距离须加设避难层；在施工设计上的要求更加严格，尤其是对消防、防震、防风的指标要求很高，例如对玻璃等建筑材料的选择格外严格，同时由于高处的湿度、风力影响等特殊要求，也给设计、施工带来了很高的难度。

而在诸多设计中，超高层住宅对结构设计的要求更是严格，它必须按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系。此外，还提到，超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构（代号RC）外，还采用型钢混凝土结构（代号SRC）、钢管混凝土结构（代号CFS）和全钢结构（代号S或SS）。这其中，对材料的使用更是异常严格，计算必须正确，配筋必须合理，栓钉必须可靠。

由于超高层住宅建筑结构的特殊性，建筑内部的梁柱将会不可避免地存在，在结构设计中一方面考虑异型柱的使用，另一方面在户型设计中要充分全面考虑梁柱的影响、规避及利用。再有，高层建筑与其它建筑之间的最大区别，就在于它有一个垂直交通和管道设备集中在一起的、在结构体系中又起着重要作用的“核”（ Core ）。而这个“核”也恰恰在形态构成上举足轻重，决定着高层建筑的空间构成模式。

2、高层建筑结构抗震、风设计专业性人员缺失、经验严重缺乏

近年来，虽然国内外对高层和超高层建筑钢结构、混凝土结构和钢混凝土结构的抗震设计理论均进行了一些研究，也已取得了一批较深入和较实用的研究成果。但是，由于地震作用、各类结构体系的空间作用、弹塑性性能以及“大震”作用的破坏机理等方面的复杂性，使得对超高层建筑抗震设计理论还需要从许多方面进行深入研究。这种复杂性在我国各大城市尤其突出。超高层建筑的出现，无疑将我国的抗震研究工作推上了一个全新的领域。“之前虽然很多建筑设计公司也将抗震作为建筑设计中的重要部分，但随着超高层建筑的出现，不得不迫使建筑设计和承建行业以及相关的地震研究机构发生变革。”因为我国的建筑历史上没有超高层住宅的经验还尚浅，尤为二三级城市，政府出台的相关超高层政策对我国的建筑设计行业、建筑业、地震研究等有关地产的所有产业都将起到划时代的推进，它将被载入史册。随着高速发展的中国住宅产业化进程不断推进，太需要这方面的经验了。

四、我国高层建筑设计未来的展望

由于高层住宅不但在结构设计、基础工程设计、主体结构设计、建筑设备安装工程设计方面，给排水工程、通风空调系统、建筑消防(防火及排烟)等方面都在一定程度上提高了难度和复杂程度。同时还在环保方面，餐厅含油污水处理、厨房废气处理、柴油发电机房噪声治理等方面也有较高的要求。这无疑都给设计行业和建筑行业带来了一个全新的挑战。随着我国高层住宅的响应政策的出台，将在很大程度上对设计行业和建筑行业带来革命性的变局。因为高层建筑技术人员的缺乏和经验的匮乏，很多设计公司和建筑公司将很有可能在我国新一轮城市高层及超高层建筑项目改造的大潮中面临淘汰或者转战异地的可能。

高层建筑的高度特点带来了诸多技术上的难题。就拿消防来说，就目前，机动消防车辆的消防能力不可能跟上高层特别是超高层建筑的发展，因此，高层建筑的消防设计应立足于建筑内部的消防系统建设，在智能化的前提下努力完善火灾探测、报警、扑救等自动功能。而这对设计单位或者承建单位而言都提出了更高的要求。如果没有专业技术的支持，没有超强的综合运作能力，是很难完成的。所以，个人以为，超高层建筑的问世，必将给我国的设计行业，尤其是承建行业带来全新的格局。尽管目前还达不到洗牌的程度，但也将是一场残酷的淘汰赛。而要改变这样的局面，求变将是唯一的出路。

依旧以国贸三期工程为例，国贸三期属于超高层建筑，构件有大型化、异型化的特点，致使施工技术和施工精度要求都非常高。工程的施工遇到并解决了许多普通超高层钢结构施工中没有出现过的问题，尤其是针对倾斜结构的安装、钢板墙的安装、腰桁架的安装等一系列施工技术，是对我国复杂高层钢结构施工技术的有力补充，同时对国内建筑结构设计行业的持续发展起到了积极作用。

【参考文献】：

[1]王德敬；高层建筑的结构体系；《中国新技术新产品》2009年24期

[2]欧李波；对高层超高层建筑结构的施工技术探讨；《建设科技》2009年9期

[3]唐建成；浅谈高层建筑中钢结构的设计与施工；《科技信息》2008年34期

篇8

本文介绍了武汉国际舒展中心的空调、供暖、防排烟设计。着重介绍了蓄冰、蓄热系统的形式、特点及运行方式。蓄冰系统采用主机位于上游的串联形式；蓄热设备为自然分层的垂直层流型蓄热槽。大空间展厅采用了喷口送风分层空调。

关键词　蓄冰系统，蓄热系统，散流器，分层空调，防排烟

一、 工程概况

武汉国际会展中心（以下简称会展中心），位于汉口解放大道与京汉大道之间，是目前武汉市最具规模、配套设施最先进的国际展览、会议中心。占地面积7.69万㎡，总建筑面积12.6万㎡，地下五层，地下二层。展厅面积为4.7万㎡，其中7000㎡超大型展厅一个，4000㎡的大型展厅五个及一批中、小展厅；会议面积2.1万㎡，其中800座的大会议厅，除具有一般会议、放映、演出功能外，还具有同时进行8种语言同声传译的功能；另外配套有快餐厅、商务中心等。武汉国际会展中心已成为武汉市的又一标志性建筑。

二　空调冷热源

会议展览类空调负荷，随会议和展览的规模、内容及时段的不同有很大变化。而且整个空调系统所耗电能也十分巨大，这就要求空调系统不但具有较强的应变及调节能力，还应具备一定的节能功效。而蓄能系统，能切实满足上述要求。它是由主机及蓄能槽两部分组成，能够根据负荷变化情况灵活的进行多种方式组合，提供空调所需冷热负荷。它还具有很强的备用性，在电力有限的情况下，仅需很少的电量，通过释能而满足空调负荷的要求。

近年来武汉市推广实施了分时电价政策，峰谷电价比值达到4：1。市供电局对采用蓄能系统的工程，不仅分时计量电价，还降档收费。根据电价政策，综合其初投资、运行费用及投资回收年限等多种因素，会展中心空调系统的冷热源采用了夏季部分蓄冰，冬季全额蓄热的方式。

1.空调蓄冰系统

会展中心空调设计日最高冷负荷为12230kw，全日总冷负荷为87870kWh。制冷主机采用美国约克公司生产的四台1800kW双工况螺杆式冷水机组，载冷剂为25%（质量）乙烯乙二醇水溶液。蓄冰设备为美国BAC公司生产的蛇形钢盘管，共24组，沉浸在钢筋混凝土水槽内。夜间制冰蓄冷，其盘管进液温度为-6℃，总蓄冷量35860kWh，蓄冰率为38%。白天供冷时，由板式热器回来的11℃溶液经制冷主机降至7℃，再进入蓄冰槽，盘管出液温度3.3℃。

考虑到系统的可靠性、稳定性及经济性，蓄冰系统制冷主机位于上游的串联方式，即经板式换热器回来温度较高的乙二醇溶液先进入制冷主机降温，再到蓄冰槽降至空调负荷所需的温度。较高温度的溶液先进入制冷主机，可以提高制冷主机效率，降低装机容量，节约运行费用。与常规空调相比，会展中心制冷主机装机容量减少41%，冷冻站内配电容量减少36%。

系统运行通过阀门控制，可实现蓄冰槽单独融冰供冷、双工况制冷主机单独供冷、蓄冰槽与双工况制冷主机联合供冷等不同运行模式。图1为设计日冷负荷平衡图，图2为蓄冰空调系统流程图。系统运行策略实行优化控制，在设计日工况采用制冷主机优先，为降低运行费用，在峰值电价时段，只开三台制冷主机，平价时段四台制冷主机全开，冷负荷不足部分由融冰补充。非设计日工况采用融冰优先，根据负荷预测及实时监控，合理分配各时段融冰量，最大限度减少峰值电价时制冷主机的开启，随着负荷的减少，直到采用全融冰供冷。这样无论什么情况，储存的冰量都可以得到充分利用，充分发挥蓄冰空调削峰填谷，减少电网高峰用电量，节省运行费用的作用。

图2　蓄冰空调系统流程图

2.空调蓄热系统

(1) 蓄热槽设计

本工程在初步设计时，曾考虑采用蓄冰槽兼作蓄热用，这样可以减少因采用蓄能系统而增加的建筑空间。但在后来的调查讨论中发现，冷热共槽，由于腐蚀的原因，使得运行效果很不理想，冰盘管在两、三年时间内就腐蚀穿孔。如果在水中加防腐剂，可以减轻腐蚀的影响，但会改变水的冰点，使得蓄冰过程无法控制。若冬夏季换水，则会大大增加水处理费用，故在施工图设计时，采用冷热分槽。

会展中心设计日最高热负荷为6830kw，全日总热负荷36280kwh。制热设备为美国富尔顿公司生产的三台1800kW的电锅炉，蓄热设备为垂直层流型热水槽，蓄热终温90℃，用热终温52℃。系统正常运行时为夜间蓄热，白天关闭电锅炉，完全利用所蓄热量供暖，在特殊情况下，也可用电锅炉直接供暖。图3为蓄热空调系统流程图。

蓄热槽位于地下一层，为一23.7×16×6.5m的钢筋混凝土池子，与主体建筑联为一体，为减少温度应力对主体结构的影响，水池采用内保温，保温材料为100mm厚聚氨酯发泡板材，内衬五布六涂玻璃钢防水层。

(2) 散流器设计

垂直流型蓄热槽，为实现自然分层的目的，要求在蓄热释热过程中，温度较高的水始终从槽上部流入或流出，温度较低的水始终从槽下部流出或流入。故在槽内设置了上下两组均匀分配水流的散流器，并且上散流器开口向上，下散流器开口向下。蓄热时锅炉送来的热水由上散流器进入蓄热槽，而冷水由下散流器流出，进入锅炉加热。在释热循环中，水流方向相反。

影响蓄热效率的一个重要因素是斜温层，即由于冷热水间自然的导热作用而形成的一个冷热温度过渡层，它的存在减少了实际可用蓄热量，但它也能有效的防止蓄热槽下部冷水与上部热水的混合，散流器设计的要点就是要在蓄热槽内获得较薄的、稳定而明确的斜温层。

根据流体力学原则，当槽内流体浮力大于惯性力， 即弗劳德数Fr

式中 q----散流器单位长度流量，m3/s·m；

g----重力加速度，m/s2；

h----散流器进口开口高度，m；

ρi----进口水密度，kg/m3；

ρa----槽内水密度，kg/m3；

v----进口水的运动粘度，m2/s。

从式(1)、(2)中可以看出，Fr、Re除与流量、供回水温差有关外，还与散流器的设计密切相关，好的散流器可以形成稳定的斜温层实现较佳的分层效果。

会展中心的设计中，每台散流器设计成H型，由于槽体较长，为使流量分配均匀，每组散流器均设计成三台并联形式，每台散流器设一流量平衡阀。取Re=850，同时控制Fr＜1，x 经计算散流器开口角度120°，开口宽11mm，出口流速0.26m/s。

3.热力交换系统

蓄冰蓄热系统与空调末端用板式换热器隔开，可减少乙二醇及软水处理量，通过热交换，夏季向末端供给7/12℃冷水，冬季供给50/40℃热水。

三、空调水系统

空调末端水系统采用一次泵变流量系统，由于冬夏季空调循环水量相差很大，为节省电能，冬夏分设循环水泵。水系统共分为五个环路，其中地下展厅两个环路，地上东、西展区各一个环路，中心花篮为一个环路。每个环路的回水总管上各设一个流量平衡阀。

四、 空调方式

1.高大展厅：会展中心高大展厅较多，如果采用全空调方式，势必造成很大的能源浪费，对这类面积、空间都很大的展厅，设计采用分层空调方式，根据射程及建筑空间造型，在4～9m的高度上采用德国妥思公司生产的DUK型远程投设喷口侧送风。空气处理机组设在展厅的局部夹层内，夹层下部一般采用散流器下送风。

2.展示大厅：位于中心花篮五层的城市展示大厅，为全玻璃造型，层高25m，不仅热工性能差，而且给空调管道的敷设带来很大的困难。设计将空调机组设在四层吊顶内，通过六根异形风柱向大厅内人流区送风。每根风柱风量约12000m3/h，送风口高度3.5m。

3.交通大厅：一层的交通大厅，空间较高，且形成有南北贯通的穿堂风，空调系统在冬季很难实现设计温度。因此，在该大厅内采用了空调送风与低温地板辐射相结合的供暖形式。低温地面散热量为105w/m2，新风负荷，由空调系统承担。

4.中小展厅：层高≤7m的中小展厅、会议室等采用散流器或条缝型风口下送风。

5.办公及洽谈室采用风机盘管加新风方式。

6.信息中心，运行方式不同于展厅，且有较大面积的内部区，为保证过渡季节的空调效果，采用VRV系统；消防控制中心采用分体式风冷热泵机组。

五、 防排烟设计

1. 地下二层汽车库，停车位450个，分为两个防火分区。设计的机械排烟系统，兼作平时排风系统，排风、排烟量均为6次/h。

2. 地下展厅的排烟系统与空调系统相结合，经过阀门切换，利用空调送风管作火灾时的排烟管道，在过渡季节也可利用此系统作排风用。

3. 地上展厅、会议厅等部位，均利用平风系统与专用排烟风机共同作火灾时的排烟系统。对于室内净高大于6m的空间，不划分防烟分区，排烟风量参照中庭排烟的计算方法确定。

4. 四层多功能厅、五层大会议厅，面积大、人员多，火灾时，疏散困难。建筑设计时，在这两处均设计了疏散走廊。在设计中，将疏散走廊视为避难间，设置机械加压送风系统，阻止烟气进入走廊，使滞留人员，迅速地疏散至安全地带。

5. 凡不具备自然排烟条件的防烟楼梯间、消防电梯前室或合用前室，均设置正压送风系统。

六、 结束语

武汉国际会展中心，建筑面积大、空间变化多样，使用功能复杂，建筑热工性能差，对空调设计极具挑战性。在空调系统设计中，合理确定蓄能比例，优化蓄能系统设计，并且根据具体的空调对象，选用不同的空调末端送回风方式，不仅能实现较好的空调效果，还能获得较好的经济效益。目前，会展中心已建成使用，空调系统尚未全面投入运行，从部分运行情况看，空调效果良好。

七、 参考文献

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1变频调速技术在应用中的节能分析

1.1变频调速技术的发展状况

在电力生产中，泵与风机类转动设备应用较多，其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的7%~25%。随着电力体制改革的不断深入，竞价上网的不断推广，节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品质量和电厂竞争力的重要手段之一。变频调速技术顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个节能降耗新时代。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。变频调速技术的应用一改普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。目前，变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。选用变频系统的同时可通过与dcs的智能接口，实现设备系统的自动控制。

1.2变频调速技术节能分析

通常在电力生产中最常用的控制手段则是调节阀门、风门、挡板开度的大小来调整泵与风机类转动设备。这样，不论生产的需求大小，风机都要按额定转速运转，而运行工况的变化则使得能量以阀门、风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门、液偶的控制方案。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量q，压力h以及轴功率p具有如下关系：q∝n，h∝n2，p∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。采用变频调速技术改变电机转速的方法，要比采用阀门、挡板调节更为节能经济，设备运行工况也将得到明显改善。

1.3与滑差调速相比

滑差调速的控制方式比较典型可靠，但其存在着调速精度差、范围窄、线性不好、能耗高等缺点，而变频调速系统的特点正好克服了传统滑差调速系统的不足，具有效率高、无转差损耗、调速范围宽、特性硬、精度高、起制动方便灵活、能耗小的特点，既具有交流感应电机的长处，又具有直流电机的调速性能，有非常显著的可靠节能效果。与传统的滑差电机相比变频调速系统更有维护量小、启动电流小、系统功能较为完善、给操作人员提供了便利等优势。

2广泛应用高、低压变频技术

生活水泵、消防水泵、除盐水泵等采用380v电机的设备可应用低压变频技术进行变频调速。采用6kv电机的泵与风机可应用高压变频技术，可取得明显效果。

以大型440t/h级cfb锅炉发电机组为例：可设计安装多套高压变频装置(如一次风机6kv、1400kw，引风机6kv、1250kw，二次风机6kv、710kw，播煤增压风机6kv、250kw，凝结水泵6kv、280kw，给水泵6kv、3400kw，循环水泵6kv、800kw)。可设计安装多套低压变频装置(4-6套计量皮带给料机，5套罗茨风机，1套石灰石加料机，2套冷渣机，2套点火增压风机，生活水泵、消防水泵、除盐水泵等水泵，2套点火增压风机)。当采用以上措施在发电机组正式投产后，厂用电率可下降到9％以下，可与同类煤粉炉的厂用电率相当，这样就有效地克服了cpb锅炉厂用电率高的缺陷。

实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显。

3积极应用斩波内反馈调速电机技术

近几年内反馈交流调速电机技术和控制系统得到快速发展，产品有大、中容量6kv、10kv电压等级。斩波内反馈调速系统利用现代电子技术，控制电动机转子（绕线式）感应电流，从而控制转子输出转矩，达到调速目的。与变频调速相比，内反馈调速系统接于电机转子回路，工作电压低，运行稳定可靠，且在低速下仍能保持较高的功率因数，效率较高；与传统调速方法相比，内反馈调速系统在调速时不用改变电机接线即可实现平稳调速，不需额外增加开关，改善开关运行工况，对高压电机具有重要意义；内反馈调速系统利用逆变回路将转子剩余能量反馈回电源系统，不消耗电能，效率特高。斩波内反馈调速电机系统改变传统风机、泵类启动及流量调节模式，根据负荷情况降低流量的同时能够降低电机输出功率达到节能目的，并能实现电机的软启动。该系统能够实现无级调速，取代风门、挡板、阀门流量控制。通过传感器将有关物理量送入微机监控系统还可实现自动调速，并具有故障记忆知检功能，能够大大提高生产自动化管理水平。

通过对采用此种技术的电厂考察发现，斩波内反馈调速电机具有较好的节能效果，采用斩波内反馈调速电机在调速工况下可节电40%以上，实际使用证明可明显减低诸多风机、水泵的厂用耗电量,年节电显著。早期设备元器件质量有待提高，曾因元器件烧坏导致系统停运，但调速系统停运不影响电机正常运行。近期设备此类事故明显减少，且该产品售后服务较好，事故发生后一天内一般都能到达现场无偿维修。总的看来内反馈交流调速电机技术和控制系统具有一定的先进性，有很大的采用价值和显著的经济效益。

4在系统设计方面降低厂用电耗版权所有

在设计初期应仔细考虑降低厂用电耗方面的工作，cfb锅炉发电机组的厂用电水平就可接近煤粉锅炉发电机组。在电厂设计初期设计单位应与锅炉厂、辅机制造厂以及兄弟设计院进行广泛交流，讨论诸如辅机容量选择、系统配置、阻力计算等若干方面的问题，为厂用电的降低打好良好的技术基础。

在风机选型方面进行优化。先由锅炉厂提出一个较准确的阻力计算值（不含任何裕量），最后进行整个烟风系统阻力计算后，统一按《大火规》考虑其裕量，可避免重复计算裕量后带来的风机、偶合器及电机等不在高效区运行的状况发生，可有效降低电耗。同时应注意《大火规》中循环流化床部分风机的流量及压头裕量规定的远比常规煤粉炉送、引风机规定的裕量大的多，应进行广泛调查合理选择，以便使风机在高效区运行。

采用新型可靠的出渣方式。将锅炉厂习惯配套的风水联合流化床冷渣器改为滚筒式冷渣器或钢带式冷渣器，渣系统电耗可从330-400kw降至100-200kw，厂用电降低（节能效果）显著。

根据来煤细度决定是否需要粗级破碎，最好设计一级筛分系统，既保证了锅炉的粒度要求，又有效地防止了过破碎，还在一定程度上降低了厂用电。

在电厂总体布置上采取措施，降低能耗。⑴在炉侧就近布置渣库，在两炉之间布置石灰石粉库，缩短输送距离，降低电耗；⑵一、二次风机靠近空气预热器布置，降低了风道阻力从而降低电耗；⑶灰库布置在厂区内且距电除尘较近，大大降低气力除灰系统的电耗。

锅炉制造厂的锅炉本体设计对厂用电的影响较大。在设备招议标时应对比风量、风速等各种参数的差异并考虑对厂用电的影响。

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关键词：乙醇贮罐区分析防范措施

中图分类号：TQ086.5 文献标识码：A 文章编号：

Abstract

In this thesis，I have analysised the major risk and features of the ethanol tank area，the corresponding accident prevention measures have been advanced．This thesis has a certain value for the overall layout of the ethanol tank area，the security design、risk analysis、safety management of the tank district and accident prevention．

Key words:the ethanol tank areaanalysis precautionary measure

1 乙醇贮罐区事故原因分析

1.1导致灾害事故的原因

对大量事故分析调查结果表明，导致灾害事故的原因基本上可分为两类：不安全状态；不安全行动。其中包含物的原因、人的原因和环境条件三个方面。为了预防灾害性事故的发生,应从消除导致事故的主要原因着手进行危险性分析和预测。

1.2引起乙醇贮罐区火灾的原因

贮罐区所处位置环境十分复杂，通过分析，将可能引起乙醇贮罐区火灾的因素归结为5种点火源和5种乙醇外溢可能的组合[1]。

其中5种点火源是：雷电，静电，供电，外火和其它火源；5种乙醇外溢可能为：泄漏，外溢，汽化，开裂和其它情况。

（1）乙醇贮罐区的泄漏点

乙醇贮罐区包括贮罐，乙醇管道，阀门，与贮槽联接的乙醇入罐阀门，输出阀门，装车台阀门，转移乙醇阀门，管道法兰，鹤管旋转接头，观察孔、呼吸孔。其中，贮槽下部的乙醇阀门是关键之处，一旦泄漏危险程度很大。其它泄漏点都是间断型泄漏点，泄漏一般都是从渗漏开始的，遇火也只是小范围内的燃烧。

（2）罐满外溢

由于贮罐容积较大，一般情况下贮罐不应装满。这里，罐满外溢是指：①误操作引起；②控制罐内液面偏高时，由于温度升高,乙醇体积胀大，罐满溢槽。

（3）阀门破裂

每个乙醇贮罐都有1个放酒阀，其它阀门破裂都可以在散溢少量乙醇后采取措施更换，唯有这些阀门一旦突然破裂将使整罐乙醇泄漏。

（4）高温汽化

封闭在乙醇贮罐内的乙醇不易着火，只有在乙醇贮罐上部与大气相通口处的乙醇汽化蒸气接触火源才可能起火。所以，在呼吸阀和透气孔间加装有阻火器，气体乙醇一旦进入大气滞留机会较少，会迅速扩散开去。

（5）贮罐开裂和其它不测损坏

贮罐由焊接制成，焊缝或钢质由于多年使用，可能会因腐蚀、老化等原因而使贮罐开裂，这样乙醇渗漏应当能及时发现，即使着火也不会酿成严重后果。自然力能造成在瞬间使贮罐破裂大量乙醇溢出，引起火灾。

2乙醇贮罐区事故后果分析

由于设备损坏或者操作失误引起泄露从而大量释放易燃、易爆、有毒有害物质，有可能会导致泄露、火灾、爆炸、中毒等重大事故发生[2]。

2.1泄露

2.1.1泄露

预测一定范围内因泄漏引起的乙醇浓度对迅速有效控制和处理泄漏事故，减轻事故对人和财产影响具有重要意义。乙醇浓度与乙醇贮罐区的自然因素如风速、大气压力、地面状况等有直接关系。计算乙醇浓度时，必须综合考虑平均环境条件和最恶劣环境条件[3]。

2.1.2泄漏类型

常见泄漏源分为两种：一是小孔泄漏。较小孔洞长时间持续泄漏，按照流率又可以分为大、中、小型泄漏。二是大面积泄漏。较大孔洞在短时间内泄漏出大量物料。大量的管道设备连接乙醇贮罐区的各个生产单元，其破裂一般属于小孔泄漏。如果乙醇贮罐出现较大破裂，会在短时间内泄漏大量的乙醇应当按照大面积泄漏处理。

当发生泄露设备的裂口是规则的，而且裂口尺寸及泄露物质的有关热力学、物理化学性质及参数已知时，可根据流体力学中的有关方程式计算泄漏量。当裂口不规则时，可采取等效尺寸代替；当遇到泄露过程中压力变化等情况时，往往采用经验公式计算。

2.2火灾

乙醇具有易燃易爆的特性，在其生产、贮运和使用过程中极易引起火灾事故，尤其在乙醇的贮罐区，贮罐集中，贮量大，一旦发生火灾，将会造成严重的后果。因此，乙醇火灾危险性的定量评价对于罐区安全设计和应急救援措施的制定具有重要的意义。

罐区池火灾主要是由于超载或雷击等原因导致乙醇泄漏而形成液池，遇到火源而引起的。火焰产生的热辐射是罐区火灾的主要危害。此外，在火焰环境下，易导致周围贮罐的破裂而引发二次灾害。沸腾液体扩展蒸气爆炸所产生的火灾持续时间较短，而池火灾持续时间一般较长。因此，为了对乙醇贮罐区火灾危险性进行定量评价，应根据不同类型火灾采用不同的数学评价模型。

2.3蒸气云爆炸（VCE）

在火灾条件下，当罐体表面出现破裂后，在容器内高压的驱动下，乙醇以气态、液体或是气液两相流的形式高速喷出。对于泄漏引起的不同的事故情况进行分析。

当乙醇从贮罐中泄漏出后，如果没有立刻点燃，乙醇会蒸发成为可燃气体云与空气混合在一起。如果产生的可燃蒸气云团在燃烧极限范围内被点燃，可燃气体云的燃烧火焰传播速度决定了事故类型是闪火(flash fire)还是不可控蒸气云爆炸(UVCE)。闪火是一种非爆炸性的燃烧过程，实验中观测到的火焰速度平均约为10m/s，这种速度不足以产生爆炸性超压。当速度增加导致爆燃向爆轰转变时就会产生不可控蒸气云爆炸。对于周围的人和设备来说，闪火的主要危害来自热辐射和直接接触火焰，而在不可控蒸气云爆炸中超压引起的危害则更为显著。

气态或是两相流形式的可燃液化气从裂缝中喷出，遇到火源会形成喷射火焰。除非泄漏开口较大(超过20mm)，否则喷射火焰释放热量是有限的，其火焰长度可能不足5m。即便如此，对于火焰喷射方向上没有防灭火保护的贮罐还是会造成强烈的热冲击。通过合理安排贮罐群平面布置可以显著降低喷射火焰事故的危害性。

蒸气云爆炸(VCE)是指可燃气体或蒸气与空气的云状混合物在开阔地上空遇到点火源引发的爆炸。

VCE发生有一定的条件，包括一定量的乙醇泄漏并与周围空气预混、延迟点火、局限化的空间等。

VCE具有以下特点：一般由火灾发展成的爆燃，而不是爆轰；是由于存储温度一般高于乙醇的常压沸点的乙醇大量泄漏的结果；是一种面源爆炸模型[4]。

VCE发生后的破坏作用有爆炸冲击波、爆炸火球热辐射对周围人员、建筑物、储罐等设备的伤害、破坏作用。

2.4沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)

在众多可能的乙醇泄漏事故中，最为严重的一种灾害形式是沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)。沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)是指乙醇贮罐在外部火焰的烘烤下突然破裂，压力平衡破坏，乙醇急剧气化，并随即被火焰点燃而产生的爆炸[5]。作为一种物理爆炸，BLEVE的起因包括若干因素，其中最为常见的一种是在火灾场景下导致的BLEVE。一个部分装有乙醇的储罐，其液位上方暴露于火焰的冲刷下。火焰导致了很高的储罐壁面温度，壁温最高可以达到600～700℃，从而引起储罐材料强度下降。内部的压力导致了灼热的金属表面产生蠕变，壁面逐渐变薄，最终可能导致在罐壁表面产生裂缝。如果裂缝在整个储罐上传播开来，那么即发生了BLEVE。如果裂缝不继续变大，则发生乙醇的喷射泄漏。BLEVE发生后主要爆炸产生的火球热辐射危害，同时爆炸产生的碎片和冲击波超压也有一定的危害，但与火球热辐射危害相比，危害次要。

BLEVE具有极大的破坏性，冲击波和抛射物是其主要的危害。爆炸会产生容器碎片的抛射，直接造成人员和周围设施的损伤，更进一步的是可能使周围设施（连接的管道，支撑架，其他附加装置，邻近的建筑或物体等）飞射，而引发连续事故，扩大破坏性，这种现象一般称为“多米诺效应”。如果介质是有毒的，还要考虑扩散出的有毒物质对事故影响范围内人及其他生物健康的影响。如果介质是可燃的并且立刻被点燃，那么可能产生火球，引发火焰冲击和强烈的热辐射等伤害。如果可燃性介质没有被立刻点燃，那么延迟点燃可能会导致蒸气云爆炸，在某些情况下甚至可能引发相邻储罐的连锁爆炸。

沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)的经典模型有：ILO模型、H.R.Greeberg & J.J.Cramer模型和A.F.Roberts模型等，本文在分析比较的基础上选用H.R.Greeberg & J.J.Cramer模型和A.F.Roberts模型相结合使用。BLEVE主要危害是火球产生的强烈热辐射伤害，因而采用瞬态火灾作用下的热剂量准则确定人员的伤亡和财产损失的区域。

3乙醇贮罐区事故防范措施

3.1火灾、爆炸事故预防技术措施

乙醇为一级易燃物品，闭口闪点接近13℃，在大气压下，浮点为78℃，在空气中体积比的爆炸极限为3.5%～18.0%。虽然乙醇并不比其它易燃物质更加危险，但在生产作业时仍应注重消防安全，要确保切断工作现场的一切火源，设备完好接地,在可能产生乙醇聚集的地点安装通风设备。

维护人员在空罐中进行清扫或维护作业时，应切断相关设备，确定罐内无毒、无易燃物，并有充足的氧气。如发生变性燃料乙醇泄漏或溢出，工作人员应尽快撤离污染区，切断区内所有火源[6]。

为防止事故发生时，高温火焰烧烤环境下的乙醇贮罐因罐内乙醇过热而迅速气化导致罐内超压、破裂所引起的二次灾害，应采取水喷淋冷却周围储罐外壁，降低罐内温度。同时，在泄压装置设计方面应考虑到事故状态下泄压装置的动作时间，避免动作时间过晚因超压导致储罐破裂；在确定泄压量时，应考虑到对罐内气液平衡的破坏影响。为防止池火灾发生时，因池面积的扩大而导致灾害的扩大，应根据储罐容积来设计事故状态下防护堤的半径和高度。

为了减少在罐区内形成局限化空间为UVCE创造条件，储罐布局时除了满足防火防爆间距要求，还应适当减小储罐分布密度；同时尽量避免罐区设计在山谷等低洼地区。点火源是引起火灾、爆炸的一个重要因素，应采取以下措施来消除和控制火源：罐区内严禁明火，同时注意防止静电；进入罐区的车辆必须配戴防火罩，装卸过程中车辆必须熄火；严格执行罐区内动火程序；罐区内应采用防爆电器设施。

设计罐区与周围办公、住宅等建筑物距离时，除满足防火防爆间距要求的同时，还应考虑到根据罐区储量估算的爆炸冲击波或火灾热辐射所导致的各种破坏、伤害半径大小，以减小突发事故对罐区外人员、建筑物的伤害、破坏[7]。

3.2其他安全控制措施

3.2.1物理爆炸的安全控制措施

乙醇贮罐区物理爆炸的安全控制措施主要包括以下几点：

（1）乙醇贮罐必须有良好的防腐措施；

（2）严格控制乙醇贮罐充装量，乙醇贮罐的储存系数不应大于0.9，不要过量充装；

（3）乙醇贮罐防止意外受热或罐体温度过高而致使饱和蒸气压力显著增加；

（4）尽量减少空气进入乙醇贮罐；

（5）乙醇贮罐尽可能保持较低的工作温度,低温储存,乙醇贮罐设置喷淋水,遮阳棚；

（6）必须依据《压力容器安全技术监察规程》制订操作规程及各项管理制度,并严格照章运行；

（7）必须按规定定期检验,及时发现缺陷,并妥善处理；

（8）安全阀、压力表等安全装置必须齐全完好，妥善维护，定期校验，确保灵敏可靠；

（9）操作人员应经培训合格后上岗。

3.2.2火灾、化学爆炸安全控制措施

乙醇贮罐区火灾、化学爆炸安全控制措施主要包括以下几点：

（1）乙醇贮罐区建筑符合《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）的有关规定；

（2）乙醇贮罐区应采用敞开式，乙醇贮罐区建筑物的地面应耐酸碱。在乙醇贮罐区防爆区域内，应采用防爆设计，如设置防爆设备、器材，应设围堤，建筑物防雷接地措施以及专用消防设施（如消防用水的消火栓等）。围栏和装饰材料应满足耐火极限要求；

（3）乙醇贮罐区附近的气体检测器系统数量、位置要合理或并定期检查防止其失灵；

（4）根据《建筑灭火器配置设计规范》（GB50140-2005），乙醇贮罐区适当部位应设置一定数量的手提式于粉灭火剂，并定期检查，保持有效状态；

（5）设置风向标，供现场人员辨识；

（6）管道和设备的选材必须耐腐蚀以防止产生泄漏，乙醇管道必须定期检查，确保管道、阀门、法兰等无泄漏，防止保温层脱落、物体撞击及腐蚀减薄；

（7）防止火源、热源发生，定期检查照明电路，防止磨擦、撞击及静电火花产生，检修时使用铜扳手等铜制工具进行操作，严格控制动火。

参 考 文 献

1张耀玺．南阳酒精总厂酒精贮运站防火系统安全性分析[J]．郑州轻工业学院学报，1998(2)：109~110

2Federal Emergency Management Agency，US Department of Transportation，US Environmental Protection Agency．Handbook of chemical hazard analysis procedures．US Government Printing Office：1989-622-583-10082

3张瑞华，陈国华，张文海，潘游，颜伟文，陈清光．油库储罐泄露危险程度定量模拟评价应用研究[J]．油气储运，2004（10）：4~7

4王三明，蒋军成，姜慧.液化石油气罐区的危险性定量模拟评价技术及其事故预防[J]．南京工业大学学报(自然科学版)，2001（6）：32~35

5王三明，蒋军成．沸腾液体扩展蒸气爆炸机理及相关计算理论模型研究[J]．工业安全与环保，2001（7）：30~34