一种L型建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统

摘要

本发明公开了一种L型建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统。该逃生系统包括包括L型第一静压箱和L型第二静压箱，第一静压箱和第二静压箱上下相对且平行设置，第一静压箱和第二静压箱之间通过通风管道相连通，通风管道上设置有与风机连接的进风口，第一静压箱和第二静压箱相对的面上设置有两两相互对吹的第一喷口和第三喷口、第二喷口和第四喷口形成射流区和正压区有效防止烟气进入安全区。该L型建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统的独特设计能够产生相互对撞的四组空气流，通过空气流之间的对撞。产生活塞流，从而将特定区域内的烟气“赶走”，进而在L型建筑构件边部产生一个安全、清洁的通道，最终为人员的逃生创造一条干净，安全的求生之路。

权利要求

1.一种L型建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统，其特征在于：

包括L型的第一静压箱(1)和L型的第二静压箱(5)，第一静压箱(1)和第二静压箱(5)上下相对且平行设置，第一静压箱(1)和第二静压箱(5)之间通过通风管道(8)相连通，通风管道(8)上设置有进风口(9)；

所述第一静压箱(1)的与第二静压箱(5)相对的面上设有第一喷口(3)和第二喷口(4)，第一静压箱(1)拐角的外侧设有第五喷口(2)，第一喷口(3)与第五喷口(2)相邻；

所述第二静压箱(5)的与第一静压箱(1)相对的面上设有第三喷口(6)和第四喷口(7)；

其中：

第一喷口(3)与第三喷口(6)上下对称设置；

第一喷口(3)的出风朝向与竖直方向之间的夹角为1°～5°，第三喷口(6)的出风朝向与竖直方向之间的夹角为1°～5°，且第一喷口(3)的出风朝向与竖直方向之间的夹角和第三喷口(6)的出风朝向与竖直方向之间的夹角相同；

第五喷口(2)的出风朝向、第一喷口(3)的出风朝向和第三喷口(6)的出风朝向相交于同一条线；

第二喷口(4)与第四喷口(7)上下相对设置，第二喷口(4)的出风朝向与第四喷口(7)的出风朝向均为竖直方向且两者相对。

2.如权利要求1所述的安全逃生系统，其特征在于，所述的第二喷口(4)和第四喷口(7)处均安装有渐扩型喷口，且渐扩型喷口出口处与渐扩型喷口入口处的面积比为5比1。

3.如权利要求2所述的安全逃生系统，其特征在于，所述第一喷口(3)出口处的面积与第三喷口(6)出口处的面积相同，所述渐扩型喷口出口处的面积与第一喷口(3)出口处的面积比为5比1。

4.如权利要求1所述的安全逃生系统，其特征在于，所述第一喷口(3)与第三喷口(6)之间的纵向距离小于等于3m，第二喷口(4)与第四喷口(7)之间的纵向距离小于等于3m。

说明书

一种L型建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种人员逃生系统，尤其涉及一种L型建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统。

背景技术

[0002] 火灾发生后会产生大量的烟气，而高温烟气是发生火灾时的主要致死原因。由于烟气比环境温度要高，其密度相对空气而言就会要小。与周围空气相比较小的烟气密度会产生浮力，致使烟气向上移动。当烟气向上运动碰到天花板时，由于后接触天花板的烟气会推挤之前接触天花板的烟气。这就导致了烟气沿着天花板进行水平移动，研究表明这种烟气的水平移动是非常危险的，因为它会将烟气带到建筑构件的各个地方。

[0003] 研究表明对于建筑构件或者多层建筑，由于烟气在空间顶部的堆积，烟气高度会不断降低。这就会极大程度上压缩人员逃生的空间，参见图1。这会导致建筑内的人员难以逃生。从而造成重大的人员财产损失。如果在火灾发生后，能够在建筑物内通过各种技术手段形成一条干净、低温也即没有烟气的区域，将极大程度上方便人员逃生。改善在火灾发生后的人员安全。从而最大限度的减少人员财产损失。

[0004] 相关研究表明，目前没有任何一种防排烟系统能够100%的排除由于火灾所引起的火灾烟气。现有的建筑构件防烟系统主要采用在建筑顶部设置排烟风口的方式进行排烟，从而对建筑物内的烟气进行稀释，从而降低室内的烟气浓度，但目前现有技术存在以下几个问题：

[0005] （1）烟气稀释并不是全部排除，仍然有绝大部分的烟气存在于建筑物内，而这部分烟气同样会造成人员财产损失。

[0006] （2）烟气稀释作用并不是直接取决于排烟风机功率大小，因为排烟风机抽力的作用，在建筑物内形成负压，即建筑物内压力比室外的压力大，此情况下大功率排烟风机也无法完全从建筑物内抽出烟气。

[0007] 针对现有技术单纯通过排烟风口的方式进行排烟的技术缺点，申请人于2010年申请了一项发明专利，其名称为一种楼梯井防烟系统（专利申请号：201010580513.6）对现有技术进行了改进，申请人本着“堵不如疏”的科学理念，通过六个独立的“射流”喷口产生了一对冲射流区，从而有效的阻止了烟气的进入，最终达到了防烟的效果。

[0008] 随着申请人对该项课题的进一步研究，申请人发现上述系统还存在如下技术缺陷：

[0009] （1）虽然在先申请能够通过“射流”喷口阻止烟气进入保护区域，但是由于烟气具有湍动性、随机波动性，这使得烟气本身相对于各喷口出风速度有大有小，从而导致该楼梯井防烟系统对烟气的阻挡率仅70%-80%（体积百分比），因此剩余的20%-30%（体积百分比）烟气会进入该专利的防烟保护区域。

[0010] （2）在先申请无法排除经过“射流”喷口撞射流区的烟气，相反，由于上下多个射流喷口作用会加速通过撞射流区烟气的扩散。

[0011] （3）由于在先申请无法对通过对撞射流区的烟气进行排除，因此它主要的设计目的在于增强防烟系统对烟气的阻挡效率。在先申请防烟系统射流喷口一共设有三对六个喷口，通过后期的研究实践我们发现，在先申请的技术改进设计增加系统的初始投资资金、制造难度和运行费用。

发明内容

[0012] 针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种L型建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统，以在发生火灾时，有效阻止烟气往L型建筑构件边部蔓延，为遇难人员提供一可安全逃离的无烟通道。

[0013] 为了实现上述技术目的，本发明采用如下述技术方案予以实现：

[0014] 一种L型建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统，其特征在于：

[0015] 包括L型第一静压箱和L型第二静压箱，第一静压箱和第二静压箱上下相对且平行设置，第一静压箱和第二静压箱之间通过通风管道相连通，通风管道上设置有进风口；所述第一静压箱的与第二静压箱相对的面上设有第一喷口和第二喷口，第一静压箱拐角的外侧设有第五喷口，第一喷口与第五喷口相邻；所述第二静压箱的与第一静压箱相对的面上设有第三喷口和第四喷口；其中：第一喷口与第三喷口上下对称设置；第一喷口的出风朝向与竖直方向之间的夹角为1°～5°，第三喷口的出风朝向与竖直方向之间的夹角为1°～5°，且第一喷口的出风朝向与竖直方向之间的夹角和第三喷口的出风朝向与竖直方向之间的夹角相同；第五喷口的出风朝向、第一喷口的出风朝向和第三喷口的出风朝向相交于同一条线；第二喷口与第四喷口上下相对设置，第二喷口的出风朝向与第四喷口的出风朝向均为竖直方向且两者相对。

[0016] 本发明的其他技术特征为：

[0017] 所述的第二喷口和第四喷口处均安装有渐扩型喷口，且渐扩型喷口出口处和渐扩型喷口入口处的面积比为5比1。

[0018] 所述第一喷口出口处的面积与第三喷口出口处的面积相同，所述渐扩型喷口出口处的面积与第一喷口出口处的面积比为5比1。

[0019] 所述第一喷口与第三喷口之间的纵向距离小于等于3m，第二喷口与第四喷口之间的纵向距离小于等于3m。

[0020] 本发明的安全逃生系统的独特设计能够产生相互对撞的两组空气流。通过位于静压箱边部的相对风口喷出高速气流对吹形成射流区，以阻止烟气的进入。同时采用位于静压箱内部的相对风口喷出低速气流对吹形成正压区，以作为射流区的防烟的“后盾”，以在增加系统对烟气的阻挡率的同时将因湍动性作用而进入烟气保护区域内的烟气排除。

[0021] 本发明具有如下优点：

[0022] （1）本发明的系统由于正压区的作用，能够有效的排除进入该区域内的烟气，而不是仅仅阻止烟气进入，其烟气阻挡率接近100%。

[0023] （2）本发明的系统在实际安装中不占建筑体积，在人员逃生时也没有外加的部件阻挡逃生。

[0024] （3）本发明的系统造价低，系统简单，安装施工过程简单。

附图说明

[0025] 图1（a1）和图1（a2）分别为火灾发生后60秒和180秒时，L型建筑构件中距火源15m处纵截面上的烟气浓度分布示意图；

[0026] 图1（b1）和图1（b2）分别为火灾发生后60秒和180秒时，L型建筑构件中距火源10m处纵截面上的烟气浓度分布示意图；

[0027] 图1（c1）和图1（c2）分别为火灾发生后60秒和180秒时，L型建筑构件中距火源5m处纵截面上的烟气浓度分布示意图；

[0028] 图2为本发明的安全逃生系统的结构示意图；

[0029] 图3（a）为图2的A-A剖视图，图3（b）为图2的B-B剖视图；

[0030] 图4为渐扩型喷口出口和入口面积比计算优化分析示意图；

[0031] 图5为上下相对喷口之间不同的纵向距离下，防烟保护区域内的烟气浓度示意图；

[0032] 图6为本发明的L型建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统出风方向示意图；

[0033] 图7为本发明的同一静压箱上的两喷口送风速度比的优化分析示意图；

[0034] 图8(a1)和图8(a2)分别为火灾发生后60秒和180秒时，安装本发明的系统后的L型建筑构件中距火源15m处纵截面上的烟气浓度分布示意图；

[0035] 图8（b1）和图8（b2）分别为火灾发生后60秒和180秒时，安装本发明的系统后的L型建筑构件中距火源10m处纵截面上的烟气浓度分布示意图；

[0036] 图8（c1）和图8（c2）分别为火灾发生后60秒和180秒时，安装本发明的系统后的L型建筑构件中距火源5m处纵截面上的烟气浓度分布示意图；

[0037] 图8（d）安装本发明的系统后，火灾发生后240秒时距地面2m高度处横截面上的烟气浓度分布示意图；

[0038] 图9为喷口与竖直方向不同夹角下，防烟系统对烟气的阻挡率示意图；

[0039] 图10为在先申请“楼梯井防烟系统（201010580513.6）”的烟气浓度分布示意图；

[0040] 图11为本申请与在先申请“楼梯井防烟系统（201010580513.6）”的烟气浓度速度场对比示意图。

[0041] 以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

[0042] 本发明中的L型建筑构件指建筑内部空间构成元素，如L型中庭，L型走廊，L型站台等。

[0043] 本发明相当于在建筑物内开辟了一条安全的、无污染的、低温的、可见度高的人员逃生通道，该通道的有效性与火灾强度、火灾位置无关，从而最大限度的确保了人员的生命财产安全。在火灾发生时，本发明的安全逃生系统通过科学合理的技术手段能够在建筑物内形成一条干净、低温、无烟的区域。

[0044] 如图2、图3所示，本发明的L型建筑构件边部气流封闭通道安全逃生系统包括L型第一静压箱1和L型第二静压箱5，第一静压箱1与第二静压箱5上下相对且平行设置，且两者之间通过通风管道8相连通，通风管道8上所设有的进风口9处连接有风机；第一静压箱1的与第二静压箱5相对的面上设置有第一喷口3和第二喷口4，第一静压箱1拐角的外侧处设有第五喷口2，第一喷口3与第五喷口2相邻，第二静压箱5的与第一静压箱1相对的面上设置有第三喷口6和第四喷口7；其中，第一喷口3与第三喷口6上下对称设置，第二喷口4与第四喷口7上下相对设置；第一喷口3的出风朝向与竖直方向之间的夹角为1°～5°，第三喷口6的出风朝向与竖直方向之间的夹角为1°～5°，第一喷口3的出风朝向与竖直方向之间的夹角与第三喷口6的出风朝向与竖直方向之间的夹角相同，第五喷口2的出风朝向、第一喷口3的出风朝向和第三喷口6的出风朝向相交于同一条线，且第五喷口2的出风朝向、第一喷口3的出风朝向和第三喷口6的出风朝向均朝向L型建筑构件的外侧，第二喷口4的出风朝向与第四喷口7的出风朝向均为竖直方向且两者相对。

[0045] 本发明的第二喷口4与第四喷口7处为渐扩型喷口，且渐扩型喷口出口处与入口处的面积比为5：1。比例越大，则喷口出口处的动压转化为静压越彻底，进而会带来更大的静压力，从而形成更为良好的正压区，继而更好的排除进入其内部的烟气；但是过大的出口面积会带了更大的造价；当渐扩型喷口出口处和入口处的面积比为5：1时，即能保证良好的动压转化为静压比率，又能避免造价过高。造价和动压转化效率比的示意图见图4。由该图可见，最优的渐扩型喷口出口处和入口处的面积比为5：1，也即本发明所选取的比例。

[0046] 第一喷口3与第三喷口6之间的纵向距离小于等于3m，第二喷口4与第四喷口7之间的纵向距离小于等于3m。当风量一定时，喷口之间的纵向距离过大会导致本喷口所喷出的射流不能对撞，从而不能形成射流区及正压区，继而不能有效排除烟气。图5表示随着喷口纵向间距加大而导致防烟保护区域内的烟气变化。可以看出，在间距3m后的烟气浓度明显增加。所以在本申请中，取喷口间的纵向间距小于等于3m，该范围的距离能保证对出射流碰撞，进而保证正压区和射流去的形成，最终有效排出烟气。

[0047] 当火灾发生时，风机吸取室外清洁空气通过通风管道送入第一静压箱1和第二静压箱5，通过静压箱后，通风管道内的空气的动压转变为静压，使得空气从具有一定相对位置关系的第一喷口2、第三喷口4和第五喷口7排向构件外部、从第二喷口3和第四喷口6排入无烟通道内，有效驱散建筑物顶部的烟气。

[0048] 从理论上分析，任何方向的风都可以按照矢量原理分解成大小不同的X方向、Y方向和Z方向的风的叠加，如下：

[0049] 风速WS1（x,y,z）=u1（x）i+v1(y)j+w1(z)k

[0050] 风速WS2（x,y,z）=u2（x）i+v2(y)j+w2(z)k

[0051] 式中：u1（x）、u2（x）分别x方向的速度函数，v1(y)、v2(y)代表y方向的速度函数，w1(z)、w2(z)代表z方向的速度函数，i为x方向角标、j为y方向角标、k为z方向角标；

[0052] 风速WS1与WS2叠加后为：

[0053] WS3（x,y,z）=[u1（x）+u2（x）]i+[v1(y)+v2(y)]j+[w1(z)+w2(z)]k[0054] 当两个不同来流方向的风相碰撞时，如果不具有Z方向的速度分量，Y方向的速度大小相等时，有：

[0055] WS3（x,y,z）=[u1（x）+u2（x）]i+[v1(y)-v2(y)]j+[0+0]k

[0056] =2×u1（x）i

[0057] 上述不同方向上的来风碰撞后垂直方向的风速抵消，剩下水平方向风速；同时高速空气流对撞后由于动量过大所以动量损失相对于其本身所携带的动量来说相对较小，这就使得上下侧高速出风对撞后动压转换静压不完全，从而形成向构件外侧运动的的推流，既而形成混合区。

[0058] 本发明就基于上述原理，其中的第一喷口3和第三喷口6上下对称设置并均采用倾斜式出风，实现第一喷口3与第三喷口6的出风相碰撞，抵消出风的垂直速度分量，叠加水平速度分量，且二者的出风速度足够大可形成水平方向的空气活塞推移，阻挡烟气进入L型构件中部并且使来流烟气在其作用范围内的上部空间进行卷吸；同时本发明通过第二喷口4和第四喷口7上下相对设置并均采用垂直出风，第二喷口4和第四喷口7出风速度小并且处于对撞形态，上下对撞后流体本身所携带的动压或动量会有很大一部分损失，而这部分损失的动压或动量会直接转化为压力差，从而形成正压区，见图6。这样第一喷口3、第三喷口6和第五喷口2所形成的对撞射流，由于具有较大动量的原因，能够有效阻隔烟气进入安全区域，同时第二喷口4和第四喷口7由于具有较大正压的原因，能够有效地将穿过第一喷口3、第三喷口6和第五喷口2所形成射流区的烟气压还至安全区域外，从而最终起到了形成安全通道的作用。

[0059] 除此之外，由于出风会与拐角墙壁进行碰撞，导致动量损失，从而降低对烟气疏导的效果，因此在通道拐角处添加第五喷口2，且第五喷口2的出风朝向与第一喷口3和第三喷口6的出风朝向相交于一线，这样就会增大拐角处的出风动量，形成具有更大推力的活塞流，防止烟气进入安全区域内，之所以只在上部设计是由于烟气因浮力作用大部分是集中在建筑上部空间。从而最终达到在阻止烟气向安全区域扩散的同时不占用人员的逃生空间，并在烟气覆盖的区域创造一个相对干净的逃生区间的目的。

[0060] 可通过控制喷口出口处的面积大小来调节共享同一风源的喷口的出风速度，且风口大小与其风速大小成反比，本发明中第一喷口3和第三喷口6靠外侧，其需要较高风速的出风形成射流区抵消的大量的烟气，而第二喷口4和第四喷口7的需较低风速的出风形成正压区，所以第二喷口4和第四喷口7均为渐扩性喷口，使第二喷口4和第四喷口7处出口处面积大于第一喷口3和第三喷口6的出口处面积，第一喷口3和第三喷口6风速比第二喷口4和第四喷口7的风速大；

[0061] 同时第二喷口4和第四喷口7的风速不易过大和过小，过大时会影响人员逃生速度给人以不舒适感，过小时就不能完全保证烟气被隔离在正压区之外，基于此本发明中的渐扩型喷口出口处和入口处的面积比为5比1。并且在此面积比下，出风对撞后动量消减很快，其大部分动量都会转化为压力，进而能够保证有足够的出风动压会转变为静压，即绝大部分的动量会转变为空气压力形成正压区，以将进入通道中的烟气排出安全区；第一喷口3和第三喷口6相对于第二喷口4和第四喷口7来说为细小喷口，其出风速度高，动量大，出风对撞后仍有较大动量，可形成如图6所示的射流区，阻挡烟气进入安全区域。

[0062] 此外，研究表明，在总风量一定的情况下，第一喷口3送风速度加大，则第二喷口4送风速度减小，反之，第一喷口3速度减小，则第二喷口4送风速度增大。当第一喷口3送风速度加大时，第一喷口3对烟气的“屏蔽”作用就会加强，而第二喷口4送风速度减小，则对烟气的驱赶作用就会减小。反之，第一喷口3对烟气的“屏蔽”作用就会减小，而第二喷口4对烟气的驱赶作用就会加强。所以，第一喷口3与第二喷口4的送风速度比有一个最优值，研究表明，当第一喷口3与第二喷口4的送风速度比达到5:1时，防烟保护区域内的CO浓度最小，见图7。同理，可知第三喷口6与第四喷口7的送风速度比最优值亦为5:1。通过送风速度比可以求得第一喷口3，第二喷口4，第三喷口6，第四喷口7的送风面积，即渐扩型喷口出口处的面积与第一喷口3出口处的面积比为5比1，渐扩型喷口出口处的面积与第三喷口6出口处的面积比为5比1。进而可确定各相关喷口出口处的面积比。

[0063] 结合图9，研究表明第一喷口3、第三喷口6、第五喷口2的出风方向与竖直方向之间的夹角过大，则汇聚点偏离送风位置过远，烟气容易渗漏至正压区。如果夹角过小，则向着水平方向的风速过小，同样容易引起烟气渗漏。经过申请人的研究发现，当第一喷口3、第三喷口6、第五喷口2的出风方向与竖直方向的夹角在1°～5°之间时，本系统可在良好的送风效果下防止烟气进入安全区。

[0064] 第二喷口4与第四喷口7所形成的正压区与第一喷口3与第三喷口6所形成的射流区相互配合，缺一不可。

[0065] 首先，即使第二喷口4与第四喷口7能够形成正压区，由于烟气的脉动性，部分烟气会不断进入正压区，又被正压区内的压力不断压出。这就会形成一个动态平衡，也即，不停的有烟气进入，不行的有烟气被排除。这就导致防烟保护区内始终有烟气存在，这部分烟气会造成人员财产损失。当加入第一喷口3与第三喷口6所形成的射流区后，射流区会对想要进入防烟保护区内的烟气起到屏蔽作用。隔绝大部分烟气，而漏网的烟气最终会被正压区内的正压排除。

[0066] 其次，虽然射流区能够有效的屏蔽烟气，但是由于烟气脉动性的作用，其屏蔽效果不为100%，这就使得一部分烟气会直接进入防烟保护区内。

[0067] 总而言之，射流区相当于正压区的大门，先有效的排除大部分的烟气，而正压区则相当于射流区的坚强后盾，排除由于烟气脉动性所进入的少量延期。

[0068] 本发明的安全逃生系统在建筑中安装时其中的第一静压箱和第二静压箱分别暗装在L型建筑构件边部的吊顶和地板上。

[0069] 实施例：

[0070] 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本实施例，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。

[0071] 遵从上述技术方案，参考图2、图3，

[0072] 其中第一静压箱和第二静压箱的大小均为30m×0.6m×0.4m，通风管道8管径为0.3m×0.3m；

[0073] 第二喷口4处所安装的渐扩型喷口出口处面积与第一喷口3出口处面积比为5：1，同一送风源下，相应的二者的送风速度比为1：5。则当第一喷口3面积为30m×0.1m，则第二喷口4面积为30m×0.5m，同理，第三喷口6面积为30m×0.1m，则第四喷口7面积为
30m×0.5m；

[0074] 整个系统的总送风量为12m3/s，第一喷口3及第三喷口6送风速度为1m/s，送风3 3
量为3m/s，第二喷口4与第四喷口7送风速度为0.2m/s，送风量为也为3m/s。上述第二喷口4和第四喷口7与静压箱垂直，第一喷口3和第三喷口6的出风方向与竖直方向的夹角相同且为3°。

[0075] 以下是发明人提供的关于本申请与201010580513.6专利申请的对比实验效果。实验是在相同的排烟量、相同的静压箱尺寸、相同的火源位置及相同的热释放率条件下进行的。

[0076] （1）从对烟气的阻挡率来看，由于本发明是通过正压区和射流区的相互配合有效的排除已进入防烟区的烟气并阻挡烟气进入，见图8，这相比201010580513.6专利申请只能阻挡烟气来说更有优势。如图10所示，201010580513.6申请中的系统中未能形成正压区，而本发明的系统的正压区可更有效的阻挡烟气，维持逃生区域内更低烟气浓度；同时，如图11所示，随着起火时间的推移，因烟气湍动性的加大，201010580513.6申请的系统中进入防烟区域内的烟气增多，烟气浓度逐时加大，而本申请的系统中防烟区域内的烟气浓度维持在一个恒定值，且明显低于201010580513.6申请的系统中的烟气浓度。

[0077] （2）从造价格上讲，本申请的主要喷口数目有四个，少于201010580513.6申请的系统有六个喷口，这就使得本申请的出风量在同等条件下比原系统少了30%，进而整个系统所需风机也可以从原来的大型号变为现在的小型号风机，整体系统的初投资可减少20%以上。从运行效率上讲，并且由于风量要求更小，所以运行时的效率更高，系统运行时的耗电量也相对减少。