流體力學在消防中的應用范文

導語：如何才能寫好一篇流體力學在消防中的應用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、當前教學過程中存在的問題

1.學生學習興趣不高

提到力學，多數學生會覺得很難，這種先入為主的感覺會使學生對這門課程產生很大的抵觸情緒，不愿意學。再加上同時開設的工程熱力學和傳熱學等重要的專業基礎理論課，越發加重了學生的學習任務。另外，流體力學課程習題量大，需要學生花費大量課余時間復習和做題，就更加影響學生對這門課的學習興趣。因此如何幫助學生克服對本課程的畏難情緒，激發他們學習流體力學的興趣，是提高教學質量的首要因素，也是教學改革的目標之一。

2.教學方式單一，課堂氣氛死板

現在是信息社會，對人才的要求很高，這就要求教師在教學過程中按照“厚基礎、寬口徑、高素質”的目標[2]進行專業人才的培養，這對傳統的黑板加粉筆的教學方式是一種挑戰。另一方面，隨著課時與學分制的掛鉤，學時被普遍壓縮，這也給課堂教學帶來很大的壓力。眾所周知，傳統的教學方式把很多時間用在了繪圖和板書上，無形中縮減了教與學的時間，教師要想在規定的時間內完成教學大綱規定的教學內容，就必須加快講課節奏，刪減授課內容，或者占用習題課或實驗課的時間，這些都將導致這門課程的信息量不夠，而且學生也沒有機會及時消化所學的理論知識，更談不上舉一反三了。同時，“一言堂”式的教學方法使得課堂氣氛死板，學生對課程的學習興趣銳減，也影響了教學質量。

3.理論教學與實驗教學的脫節

在流體力學的教學過程中，實驗環節起著不可替代的作用。實驗教學不僅可以培養學生的動手能力，幫助學生更好的理解理論知識，而且可以啟發學生對理論知識的創新性應用[3]，很多學校不重視實驗課的教學，實驗教學完全放在理論教學之后甚至放在考試之后集中完成，大大降低了實驗教學的作用。

二、課程教學改革的基本內容

1.傳統教學方式與多媒體相結合

在現在的流體力學教學中，黑板加粉筆的教學方式是很多高校教師仍然采用的教學方式。這種方式對于公式的推導、例題的計算效果很好，但是在流體力學的教學中需要輔以很多圖片，如果全用板書來講，必然花費很多時間。傳統的教學方法無法滿足教師在教學中的信息量，當然也不能完全脫離板書，畢竟公式的推導，例題和習題的講解用板書的效果要優于多媒體。在講緒論部分內容時可以介紹流體力學的發展史及流體力學在現實生活和工程實踐中應用的實例，如果單純用板書講，會很枯燥，達不到啟發學生學習興趣的目的，如果輔以多媒體，結合圖片、短片、動畫來講就會有很好的效果。所以筆者認為，應當將傳統的教學方式與多媒體教學方式很好的結合起來。

2.理論知識與專業知識相結合

流體力學這門課程不僅理論性很強，而且和工程實踐結合的非常緊密。該課程是后繼專業課程的重要理論基礎，所以將相關專業知識穿插在流體力學課程中進行介紹有很多好處。首先，可以幫助學生加深對專業的理解。流體力學課一般在第五學期開設，此時學生已結束公共基礎課的學習，開始了專業基礎課和專業課的學習。調查表明很多學生此時對專業還處在迷茫的狀態，不知道建環專業具體是做什么的，自己將來能干什么。在流體力學課程的教學中采用理論知識與專業知識有機結合進行講解的授課方式可以幫助學生在學習理論知識的同時加深對專業的了解。再者，學生了解了專業也就有了學習的方向和動力，自然有助于提高學生對流體力學課程的學習興趣。比如在講授流體的熱脹性時，介紹采暖系統膨脹水箱的作用及系統膨脹水量的計算方法，使學生既掌握了液體熱脹性的計算公式，又了解了自然循環采暖系統的基本原理。再比如，在講授伯努利方程的應用時，可以介紹水泵揚程的計算方法和建環專業水泵的適用場合，使學生明白水泵是建環專業最重要的設備之一。在學生學習管網計算基礎這部分內容時，可以結合采暖系統和給排水系統或消防給水系統同時學習，畢竟這些系統在北方城市是到處可見的。在介紹氣體射流知識的時候可以結合空調房間的氣流組織進行介紹等等。

3.理論流體力學、計算流體力學與實驗流體力學在教學中的結合

研究流體力學方法有理論分析的方法、數值分析的方法和實驗研究的方法，在流體運動規律的研究中，三種方法相輔相成。但是在教學中，我們往往更多的是強調理論的重要性，而忽視了計算流體力學和實驗流體力學對理論學習的幫助。應當充分將計算流體力學和實驗流體力學的部分補充進來，這樣才會使整個課程內容豐滿，也可以擴寬學生的知識面，培養其解決問題的能力。

（1）理論流體力學與計算流體力學相結合

隨著計算機技術的迅猛發展和數值計算技術的不斷提高，計算流體力學（CFD—ComputationalFluidDynamics）技術得到了空前的發展，CFD技術可以在短時間內模擬流場內的溫度、速度和壓力的分布情況，可以較好地模擬流體的流動過程和傳熱過程以及污染物的擴散過程等，因此被廣泛應用在各行各業。建環專業涉及大量與流動相關的問題，因此也不例外。可以用CFD技術模擬空調房間的氣流組織和溫度分布，模擬水和空氣在管道內的流動情況，模擬火災時建筑內煙氣的流動規律。在CFD領域，目前世界上最具有代表性的計算商用軟件有PHOENICS（英國）、CFX（美國）、FLUENT（美國）、STAR-CD（日本），這些軟件均采用經典的流體理論和通用流體計算程序作為模型的核心，并提供豐富的計算方法處理湍流流動，具有強大的前后處理功能。這些新技術的發展對流體力學課程的教學提出了新的要求。在流體力學的教學過程中除了重點講授理論流體力學的知識外，應當增加計算流體力學的知識，一方面可以增加信息量，拓寬學生的知識面，為進一步的學習和今后的發展奠定扎實的基礎，另一方面可以用CFD技術模擬簡單的流動規律和流動現象，幫助學生加深對流體理論知識的理解，起到相互促進的作用。圖1是用CFD技術模擬的簡單流動現象，（a）圖驗證了圓管中的層流運動，證明斷面流速為旋轉拋物面。（b）圖給出了流體經過彎管時的斷面壓強分布規律，充分說明了離心力的作用是彎管中產生渦旋的主要原因?？梢詫⑦@些模擬結果通過多媒體展示給學生，讓他們在掌握理論的同時增加感性的認識，可以很好的提高學生的學習興趣。圖1只是兩個簡單的例子，流體力學中有很多例子可以通過數值計算和模擬穿插在教學過程中，得到很好的效果。

（2）授課與實驗的有機結合

與流體力學課程相結合的有8個主要實驗，分別是能量方程實驗、總水頭線實驗、動量方程實驗、畢托管實驗、雷諾實驗、沿程阻力系數和局部阻力系數測定實驗以及孔口出流實驗。另外還有諸如流線、繞流等演示實驗。應當將這些實驗的教學進度與理論的教學進度很好地結合，任課教師和實驗教師共同指導，與學生形成很好的互動，及時啟發和引導學生進行實驗，充分啟發學生對理論知識的創造性理解，同時鍛煉其動手能力。實踐證明這樣做不僅可以提高學生的興趣，還可以有意識的培養其觀察流體現象的能力和分析解決問題的能力。

篇2

關鍵詞：火災科學數值模擬 火災調查 火災動力學

1、火災調查中的問題

火災是現代社會造成損失最大的安全問題，火災一旦發生，不僅造成大量的人員傷亡，還會造成巨額的財產損失。隨著現代社會經濟的越來越發達，火災對人員的生命安全和財產造成的損失也更加巨大，給人民生活帶來了慘痛的教訓?；馂恼{查結果的準確與否直接關系到能否依法處理追究事故的責任者或犯罪分子。因此，確定火災發生的起火原因，什么原因引起的火災，防止類似的情況再次發生；同時，還可獲得相關的證據，不斷增加火災調查經驗，研究火災發生發展規律，為預防和滅火提供科學依據。

在我國，火災調查主要是消防總隊、支隊的相關人員對發生的火災事故進行火災起火原因、起火點的認定調查。然而，由于火災發生的不確定性以及火災形勢的多樣化，目前我國的火災調查工作遇到前所未有的挑戰，有關的火災訴訟案件也日益增多。這要求我國的火災調查人員必須具備相關的法律知識和技能技術，盡快查明火災發生原因，明確事故責任。因此，計算機數值模擬技術被逐漸應用到火災事故的調查工作當中，輔助火災調查人員獲取相關的證據，并且這種應用被普遍接受和認可。

2、火災動力學模擬軟件簡介

火災動力學模擬軟件(FDS)由著名的美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）開發，是一個對火災引起流動的流體動力學計算模型，是專門從數值計算方面解決一系列適合于熱驅動、低速流動的Navier-Stokes方程，重點適用于火災導致的熱煙傳播和蔓延的數值模擬。FDS利用了大渦流流體力學模型（Large Eddy Simulation，LES）來處理火場流體的紊態流動。專家和學者通過對真實火災場景的模擬研究證明FDS具有有很高的準確性和可信性。火災動力學模擬軟件FDS目前已經被廣泛應用在火災科學的研究和火災事故調查的證據。

3、數值模擬在火災調查工作中的應用現狀

3.1 國外應用研究

Daniel Madrzykowski等人應用FDS火災模擬軟件模擬了美國華盛頓的一起真實的室內火災。火災模擬的資料是根據火災調查機構提供的真實的火災現場情況為依據，確定了火災熱釋放速率、特殊部位的溫度、火場中煙氣的流動方向和速度、氧氣濃度、室內壓力等相關數據。起火建筑為三層，根據火災調查報告的認定，發生火災是由位于地下室天花板內的電器設備引起的，開始在地下室內蔓延并且在地下室內發生了轟然，從地下室通向樓梯處的門在火災發生時一直處于開啟狀態，使一層建筑有了煙氣和熱量的積累。從FDS模擬的結果來看，火勢是沿著天花板開始蔓延，散落下的火星引燃了室內的其他可燃物，直至地下室內的氧氣被消耗盡。

2005年6月NIST利用FDS軟件成功再現了“911”恐怖事件中世貿雙塔被飛機撞擊后次生火災的煙氣流動和火球爆況。模擬的結果與事件中的影像資料相當吻合。該模擬測算的溫度和煙氣濃度給事故報告提供了重要依據。

3．2 國內應用研究

李一涵等學者對FDS 源程序進行了改進，并利用改進后程序計算火災過程中壁面熱解形成圖痕，作為火災調查的方法之一，初步分析壁面燒損痕跡發展特征。該方法可以根據火災場景、壁面材料、起火點功率的不同，計算研究壁面燃燒痕跡形成規律，并提出使用該方法對火災調查提供理論依據的可行性和重大意義。

姚曉波利用FDS模擬軟件重現了一個大型學生宿舍樓火災場景。通過FDS的模擬結果和火災現場的實際情況相比較，驗證了采用FDS來重構火災現場的可行性，同時，通過比較外墻使用“可燃材料”和外墻使用“不可燃材料”兩個不同火災場景的模擬結果，分析研究了對于外墻使用不同性質的建筑材料對火災后果可能造成的影響。

4．數值模擬技術在火災調查工作中的應用前景研究

目前國內外對火災事故類型的分析通常由專業人員采用長期工作積累的經驗、或采用半經驗的方式，很少有數值模擬手段應用于火災調查。通過國內外學者、專家以及火災調查工作者在火災事故調查工作中對數值模擬技術的應用證明，FDS能夠很好的重現真實的火災場景。利用火災動力學模擬軟件FDS建立實際火災場景的數學模型，對真實的火災事故進行計算機數值模擬對火災事故結果的準確性是一種很好的研究方法。在建模時需要清晰知道起火建筑物的詳細資料，包括建筑物尺寸及材料、內部裝修材料、建筑物的開口大小、當時的通風及天氣狀況、周圍建筑物的布局等，這些資料可通過火災調查機構或部門、氣象部門獲得。通過采用火災動力學模擬軟件（FDS），對可能的起火點、起火原因建立火災場景進行火災動力學模擬，可以計算火災現場關鍵部位的火場溫度、可見度、煙氣層溫度及高度、氧氣和一氧化碳濃度等數據與火災現場勘探的數據進行比較，排除不合理的起火點、起火原因及人員死亡原因，為火災調查人員提供合理的依據，解決了火災現場看勘察很難確定的問題，進一步完善了火災調查報告的準確性。對模擬過程中的火災蔓延趨勢的再現，也為采取消防保護措施提供了依據。隨著計算機技術的飛速發展和人們對火災事故調查的嚴密性，數值模擬技術將能將廣泛用來輔助火災事故調查。

5．總結

通過對火災調查現狀和火災動力學模擬軟件介紹分析及國內外的應用分析，FDS在對有焰燃燒的火災事故模擬，較真實的重現火災場景，并且已經成為火災事故調查不可或缺的技術手段，能夠很好的輔助火災調查工作人員進行火災事故調查，對有異議的火災事故結論提供更加可信的依據。

參考文獻：

[1]陳琨, 舒慧慧. FDS 數值模擬技術在某“商住合用”建筑火災調查中的應用. 消防技術與產品信息,2008, (7): 64-67

篇3

關鍵詞：工程意識；流體輸配管網；教學改革

作者簡介：谷志攀（1983-），男，山東濟寧人，嘉興學院建筑工程學院，講師；劉靜（1982-），女，河南周口人，嘉興學院商學院，助教。（浙江 嘉興 314001）

基金項目：本文系嘉興學院2012年一般教改課題“基于‘工程意識’培養的專業基礎課教學改革與探索——以‘流體輸配管網’為例”、嘉興學院重點建設專業——建筑環境與設備工程專業研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0085-02

建筑環境與設備工程專業隸屬于土木工程一級學科，該專業是1998年由“供熱通風與空調工程”和“燃氣供應工程”兩個專業合并、調整、組建而成的。[1]嘉興學院建筑工程學院建筑環境與設備專業于2011年被確定為嘉興學院重點建設專業，建環專業培養學生具備從事建筑環境控制與能源供給系統以及建筑設施智能化工程的規劃、設計、施工、安裝、設備調試、運行管理、設備研發、產品營銷等工作所需的基礎理論與專業技術知識、實踐與創新能力，能在設計研究院、工程公司、能耗設備制造企業、管理部門等從事規劃、設計、研發、生產、施工、管理等崗位工作的復合型、應用型高級專門人才。對建環專業學生工程意識和實踐能力的培養是教學改革的當務之急。工程意識指的是，工程技術人員在建環專業相關的設計、施工或技術管理過程中，能夠全面、嚴格地從工程的角度出發，來研究解決工程勘測設計、工程施工、施工材料的選擇，工程施工設備和建環專業產品的設計制造的責任意識，可歸納為認識客觀世界和改造客觀世界的活動中，作為專業技術人員應有的可以影響工程活動的能力和技術，是決定工程活動能否有效完成的心理特征。[2]

“流體輸配管網”是建環專業一門基礎課，其課程內容除了系統地闡述流體輸配工程技術原理與方法之外，還涵蓋了建筑環境與設備工程專業的暖通空調工程、城市燃氣工程、熱工程、冷熱源工程、建筑給排水工程、建筑消防工程、工廠動力工程等共同的流體輸配原理和管網性能設計與調控方法。[3]“流體輸配管網”課程，是流體力學、工程熱力學和傳熱學課程基礎上的拓展，又是將來學習空調工程、供熱工程和給排水工程的基礎，因此課程內容多，既有理論推導，又有工程實踐內容，學生學習起來比較困難。基于以上的情況，本文以建環專業“流體輸配管網”為例，對基于“工程意識”的專業基礎課程進行了教學改革與探索研究。

一、課堂教學：突出工程意識，培養學生的學習興趣

現在有相當部分學生在學習中缺乏積極性和主動性，因此在課堂教學中，需要大力突出工程意識，用以培養學生的學習興趣，提高教師的教學效果與學生的學習效果。在課堂教學中培養工程意識，首先就是以工程實例啟發學生，激發學生的學習動機。學生一旦產生較為強烈的學習動機，學習態度就會積極，最終可以取得比較良好的學習效果。第二個方法便是通過對具體的工程實踐與理論結合講解，可以使枯燥的理論教學更具生動性和直觀性，從而激發起學生對學習的興趣。

為了使學生全面深刻地理解和熟練應用一些基礎理論知識，避免學習中產生枯燥和太抽象的感覺，增加其學習興趣，可以嘗試在教學中介紹相關有趣的工程方面的知識，也就是在講解課堂知識的同時，加入一些工程實踐中有趣的見聞，用以激發學生的學習興趣，這樣就可以使學生在笑聲中獲得專業知識，這種效果優于枯燥的講解。

二、教學方法：體現工程意識，課堂教學講授方式多樣性

“流體輸配管網”的課程特點是：內容多、概念多、公式多，課程教學內容抽象，針對這種特點，要想培養學生的創新思維能力和提高教學質量，就必須采取一些新穎的教學方法。[4]

1.注重師生互動

即以學生為主體，教師為主導的“雙向運動”。在教學中，教師不能單向灌輸理論知識，需要利用各種資源和手段充分調動學生的積極性，啟發學生進行思考，把學生由“單向”的知識的接受者變為“雙向”的知識的探索者。要想達到這種有效的雙向互動，可以采用以下的步驟進行：首先提問，提出生活中遇到的流體輸配管網的問題，再組織學生討論，讓學生先提出自己的看法，最后講授教學內容，揭開問題的答案，這樣學生和教師都參與到教學中，學生和教師有了更好的互動，學生在對問題的思考中理解和掌握了知識。

2.強化理論聯系實際，重視工程應用

引導學生關注身邊的流體輸配管網現象，變“抽象”為“形象”。首先，帶領學生觀察生活中各種不同建筑物的輸配管網系統，例如：學校教學樓和宿舍樓的生活給水管路、消防水管路，大型商場超市的空調水系統和消防系統等，讓學生有直觀的認識；然后在授課過程中，依靠學生熟悉的建筑物的實際工程設計圖紙，來講述輸配管網系統的基本組成和輸配管網各種系統，由于都是生活中實際的例子，因此學生在學習過程中理解起來也更容易，能更快掌握知識。因此在教學過程中強化理論聯系實際，可以使教學取得意想不到的效果。

3.注重公式的應用和學生能力的培養，弱化理論推導過程

“流體輸配管網”課程中涉及到大量的公式，例如氣體輸配管網單位長度管道摩阻R就有幾個不同的計算公式，根據本科教育的培養目標，在實際講解時理論知識時，要“重公式應用，輕公式推導”，把講課的重點放在對公式的使用條件分析和各項參數含義的講解，然后通過例題講解公式的應用，最終使用公式解決實際的工程問題；同時需要留給學生必要的作業習題。作業訓練和課堂教學是相輔相成的，通過作業習題訓練，可加深學生對課堂知識尤其是公式的掌握，又可以提高學生分析和解決問題的能力。

4.采用多種教學手段，鼓勵使用多媒體教學

隨著教育改革的不斷深入，各種高科技手段在教學中得到廣泛應用，多媒體教學在課堂教學中的優越性越來越明顯。首先，多媒體技術利用靈活的文字、聲音、圖形、動畫等，使學生對于學習內容更加明確，能讓學生較快掌握課程學習的內容，強化對基本概念、基礎理論和基本知識的理解；幫助教師和學生在有限的時間下，節省下畫示意圖、抄寫板書等時間，使教師更好地掌控教學進度，把更多的時間和精力放在講解課程上。其次，多媒體課件可以使用生動、形象、活潑的文字和圖片將抽象的東西具體化，并配上實際的工程實例中的圖片資料進行分析講解，使得教學內容形象化和具體化，可以有效調動學生情緒，讓學生先對多媒體課件上的管網和設備有感性認識，再接著從理論上分析和計算，這樣學生接受起來比較容易，效果顯著。當然多媒體課件也存在不足，其中一個很大的缺點就是，多媒體教學課件播放速度教快，多數學生來不及作課題筆記。因此嘉興學院專門對學生開放BB平臺，“流體輸配管網”也建有BB課程平臺，學生在BB平臺上可以把課件下載到個人電腦上，這樣既方便學生課后復習，又能提高學生學習效果。通過多媒體和BB平臺這兩種不同的教學手段結合，可以有效提高教師教學效果和學生學習成效。

三、以工程實踐為導向，培養學生抽象思維和創新思維

近年來，隨著我國高等教育的發展，創新性教育越來越受到各大中專院校的重視，但是學生創造力的培養不能脫離工程實際。工程意識的培養，能幫助學生更深刻掌握所學的專業知識，并可以有效提升學生創造能力。第一，工程意識的培養可以幫助學生把理論知識和工程實際相結合，利用實際工程啟發學生觀察問題，然后讓學生利用專業知識去思考問題，并且引導學生多角度多方面思考，開闊學生分析問題的思路，引導學生在專業知識方面舉一反三，培養學生的發散性思維，這樣就可以利用實際工程來使學生掌握專業知識，培養創新意識。第二，工程意識的培養還可以激發學生的創造欲望，學生在面對實際工程中的新問題時，會感覺到挑戰，并會想到利用所學到的流體輸配管網的知識去迎接挑戰，解決實際問題，如在液體輸配管網一章，講解到供暖管路中的垂直失調現象時，不少學生提到許多新穎的想法。

四、教學給予學生更多的實習和實踐機會

所有的工程實踐問題都是在理論指導下解決的，因此為了將學生培養成一名合格的工程技術人員，需要學生更多將理論知識與實踐很好地結合，這就需要學生在學習階段就開始積累工程實踐經驗。因此，學生在學習理論知識后，教師可以邀請有較多工程經驗的設計師、施工人員來課堂舉辦講座，引導學生培養工程意識；同時嘉興學院建環專業在第四學期讓學生參與認識實習，教師帶領學生進入各個實訓現場，讓專業工程人員講解，通過現場實物來加強學生工程意識，這樣可以使學生在學習期間就不斷接觸到工程實際中的問題，學生從實習中得到學習鍛煉。因此，從課堂教學和工地現場中培養學生工程意識，有利于學生把理論知識和實際技能結合起來，達到“流體輸配管網”課程教學目的，從而達到大學教育的培養目標。

五、改革考核方式

傳統的專業基礎課考試方法是采用形式單一的閉卷考試，這樣使得學生死記硬背公式，不需要過多的思考便可以取得較高的分數，這樣的考核方式不能考核學生的綜合能力?；谝陨系脑颍覀儗己朔绞竭M行了改革，采取筆試、工程素質考核、平時表現三部分組成總成績。其中，筆試內容以期末考試題為主，占總成績的70%。工程素質考核題目以基本概念題和實際應用題為主，基本概念題目主要選取基本的理論知識，實際應用題目在學期開始前布置給學生，這些應用題目都是來源于實際工程，這些題目具有開放性，需要學生在平時學習中理論結合實踐去思考，才能得到一個較為符合工程實踐要求的答案。工程素質考核可以活躍學生思維，為學生提供較好的創新空間，培養學生靈活運用基本理論分析工程問題、解決工程問題的能力，使得學生的工程意識得到培養，綜合素質得到鍛煉。平時表現主要體現在學生課題考勤、課堂表現和作業。通過改革考核方法，使學生重視對基本理論知識的學習，更加全面掌握知識，工程意識和創新意識得到鍛煉和提高。[4]

六、結論

在“流體輸配管網”課堂教學中，突出工程意識，培養學生的學習興趣；教學方法上，體現工程意識，課堂教學講授方式多樣；以工程實踐為導向，培養學生抽象思維和創新思維的能力；教學給予學生更多的實習和實驗機會；改革考核形式，以激發學生的學習興趣，實現應用型創新人才培養目標。建環專業的學生在其他課程的學習中，也需要得到工程意識的教育。培養學生工程意識，使學生的學習和教師的教學都是從工程觀點出發提出問題，分析問題，思考問題，解決問題，從而激發學生自主學習的興趣，增強學生實踐應用能力的培養，形成良好的學習方法，發揮學習的主觀能動性，更好地實現應用型創新人才培養目標。

參考文獻：

[1]吳晅，王麗芳，何麗娟.西部地區高校建環專業實習教學改革的一些思路[J].中國電力教育，2011，（14）：128-141.

[2]楊艷.在《水力學》教學中培養學生的工程意識[J].長江工程職業技術學院學報，2008，（2）：73-74.

[3]張丹，孟凡茂，劉靖，等.“流體輸配管網”三位一體課程教學體系的構建[J].中國電力教育，2011，（19）：99-100.

篇4

關鍵詞：大空間建筑；消防；措施

1大空間消防現狀

“大空間”，可以理解為現行國家標準《自動噴水滅火系統設計規范》GB50084采用閉式系統而超過6.1.1條規定的最大凈空高度的場所，即室內凈空高度大于8m的民用建筑和工業建筑、大于9m的倉庫、以及室內凈空高度大于12m的采用快速響應早期抑制噴頭的倉庫。而這類建筑、這類場所在國內各省市在近期正大量興建，如大劇院、音樂廳、會展中心、候機樓、體育館、賓館、寫字樓的中庭、大賣場、圖書館、科技館??等。因此《規范》就其實質可應用于全國各地的大空間場所。

但近幾年來高大空間建筑連續發生數起群死群傷的特大火災事故， 消防設計滿足不了高大空間建筑要求。尤其是目前眾多的大型影劇院、會議展覽中心、體育館、倉庫、紡織行業等， 其建筑結構特殊、防火分區過大， 設施復雜， 火災隱患頗多。一旦發生火災不能及早發現和有效撲救滅火， 這不僅給消防救援帶來巨大的壓力和困難， 同時也將造成巨大的經濟損失和社會影響， 甚至還會造成人員傷亡。因此， 完善高大空間建筑物的消防設施， 合理設計這些高大空間的火災自動報警系統及滅火系統是十分必要的， 而且刻不容緩。

2 消防性能化設計

目前，我國建筑防火設計一直沿用傳統的“處方式”設計，是根據不同的建筑類別（如廠房、庫房、民用建筑等）和使用功能對照規范條款進行設計，這種方法具有很大的局限性，無法充分體現建筑的個體特性，滿足功能需要。

性能化防火設計是在對某一特定的建筑進行綜合防火性能評估的基礎上，設計出特定的符合該建筑的防火安全模式，根據建筑的結構、功能需要、火災荷載等選擇能滿足消防安全的各種防火措施，并將這些措施有機地綜合、組織起來，構成該建筑的總體防火設計方案，再對該建筑的火災危險性和危害性進行定量預測和評估，得出一個最優化的方案，以確保在火災情況下人員和財產不受侵害。以性能為基礎的設計方案主要優勢在于，把試驗研究和計算機模擬得到的關于在一定條件下火蔓延和煙氣運動的確定性規律，與從火災數據統計和概率分析得到的關于火災發生及其后果的隨機性規律進行綜合，建立火災規律的確定性和隨機性相結合的理論模型，實現火災風險的量化及動態評估。它能夠精簡安全系統設計，并將系統要求及相關成本降至最低。

性能化消防設計包括：確立消防安全目標，建立可量化的性能要求，分析建筑物及內部情況，設定性能設計指標，建立火災場景和設計火災，選擇工程分析計算方法和工具，對設計方案進行安全評估，制定設計方案并編寫設計報告等8個步驟。在設計過程中，需要對建筑物可能發生的火災進行量化分析，并對典型火災場景下火災及煙氣的發展蔓延過程進行模擬計算，因此計算的工作量以及各類基礎數據的需要量非常大，往往需要采用大型CFD（計算流體力學）軟件等分析和計算工具。

在性能化設計體系中，應將水滅火系統與其他滅火系統以及建筑防火體系聯系起來綜合考慮，相輔相成。水滅火系統應能夠及時滅火，控制火源蔓延，并能減小煙氣流動對人員疏散的影響，保證足夠的疏散時間。

3消防系統的選擇

3.1自動消防水炮系統

與其他滅火系統相比，在大空間采用水滅火系統依然是最適合的，但是受空間高度的影響，一般自動噴水系統的滅火效果受高度影響大，而且安裝維護困難，在可燃物不很集中或者被水作用后損失較大的大空間場所，大面積安裝自動噴水系統則結構布置不合理，而且滅火帶來的二次損失較大。因此，近年來自動消防水炮被越來越多地運用在大空間場所。自動消防炮系統的特點是火災早期階段即可實現自動報警，并自動控制消防炮掃描著火點，進行空間定位、定點滅火，由于僅對火災區域噴灑滅火，減少了對無火災區域的影響，很大程度上減少了火災造成的損失。另外消防炮的射程遠（可達50m，甚至更遠），所以控制的范圍大，適合于大空間消防要求。自動消防炮系統由兩部分組成：數控消防炮和控制系統，常用的消防水炮的流量為20L/s，射程為50m。

3.2大空間智能型主動噴水滅火系統

該系統的采用為大空間消防提供了更為有效的手段。智能型主動噴水滅火系統包括：①智能型滅火裝置（大空間智能滅火裝置、自動掃描射水滅火裝置、自動掃描射水高空水炮滅火裝置）；②信號閥組；③水流指示器；④供水管道及供水設備。智能型滅火裝置包括：①智能型紅外探測組件；②大空間大流量噴頭；③電磁閥。

相對于消防水炮而言，智能型自動滅火裝置就好比縮小的和分散的微型水炮，流量、水壓較小，因此滅火裝置容易結合建筑要求布置，管路也較小，便于鋪設；相對于噴淋系統而言，智能型自動滅火裝置就好比可以轉動的噴頭，直接面對火源噴水，因此使用的水量較小，針對性強，縮短了滅火時間。

4大空間建筑消防設計

（1）室內消火栓系統：在大空間建筑平而上布置消火栓時，大空間中間部分的室內消火栓無法靠墻或靠柱布置，故應采用落地式消火栓箱，消火栓給水管可埋地或在吊頂內鋪設。

由于大空間建筑內部空間大、分隔復雜，上下層的防火分區往往錯位，故消火栓的布置會上下對不齊，造成消防立管多或者消防橫支管偏長，為此可采用分層橫向成環的管網布置系統，各層和各防火分區內的消火栓可就近接自本層消防橫干管，這可大大減少支管數量及長度，而各層消防橫干管上需間隔設置檢修閥門以保證系統的安全性。

（2）自動噴水滅火系統：由于建筑內各分割空間的大小、高度、用途等各不相同，故分別采用各種形式噴頭的滅火系統。在通常的設計中一組消防泵對應一種系統，而有時一組消防泵會對應二種或更多的系統，如普通閉式噴淋和快速響應早期抑制噴頭系統合用一組消防泵。

篇5

關鍵詞：消防工程；建筑防火；發展趨勢

中圖分類號：TU998.1 文獻標識碼：A 文章編號：

前言

科技的發展推進我們生活的進步，它在改善我們生存狀況的同時，又可以保護我們的安全。消防工程就是火災預防、控制方面的科學，它的出現避免了很多悲劇的發生，作為一個較系統的工程學科，其本身特點鮮明，多學科、多領域綜合利用，在歷代科學家們的努力下，經過技術的進步和設備的發明，消防工程形成了獨有的知識體系，隨著建筑方面的進步，消防工程也需要緊跟步伐，在新材料和新技術方面不斷的更新，這樣才能面對越來越復雜的消防環境和施工內容。

雖然消防工程在上百年的發展歷程中經過了很多的變革，但是其在現今的工程中仍然存在很多的問題需要解決，其發展空間和發展需求仍然較大，依靠高科技電子計算機的范圍也在不斷的擴大，精密程度也不斷加大?；诂F狀預測未來發展對于消防工程學科來說是一件很重要的事。

1 消防工程發展歷程和現狀

消防工程是一門探索火災規律、研究火災預防與控制理論和技術的新興綜合性學科。它的出現對人們生存環境的安全有了很大的改善，火災的無情造就了此學科的飛速發展。在1850年左右，歐美科學家就發明了火災相關的很多設備，比如自動報警裝置等。但是直到20世紀，此學科的發展才真正到突飛猛進的地步，各國科學家都竭盡全力對防火材料和設備進行研究，滅火劑和建筑材料的進步明顯，有很多科學也被應用到實踐當中。作為多學科綜合應用的科學，火災科學在發展過程中涉及到燃燒學、物理學、數學、流體力學等等很多已經發展較長時間的學科，它們的使用使得防火研究方法上有了很多基礎條件，其中較為重要的就是計算模擬的應用，來自哈佛大學的艾蒙斯教授就應用此技術提出了火災?；睦碚?。火災的研究是消防工程學科發展的基礎，它不斷促進著消防產業的發展。

對于消防工程學科來說，其在大學中被設立要追溯到1956年的美國馬里蘭大學，學科的特殊性和重要性使得很多國家都陸續開設此學科，培養相關人才，其中英國愛丁堡大學在1973年第一個開設研究生課程，不斷促進著此學科的發展，現在很多著名大學都有此學科的碩士和博士學位的授予權，它也不斷的步入了正規化教育。

消防相關科研機構的發展也對此領域產生了較為深遠的影響，比如英國消防工程師學會、德國消防促進協會等，他們幾十年的努力不斷促進著消防事業的發展。國際社會也在此背景下于1985年成立了國際火災學會，現今已經成為了影響最大的消防團體組織。

消防工程相關的著作也隨著學科的發展不斷增加，國際核心期刊的產生使得全球科學家的成果都能得到認可。

消防工程經過幾十年的發展，取得了相當大的成就。在新的世紀里，“消防工程”學科必將繼續隨著科學技術的不斷進步而快速發展，以滿足人類對安全生活環境的需要。

2 消防工程的發展趨勢

消防工程相對于基礎學科來說，是新興科學，它對于我們生活的現實意義更大，這也使得其發展速度不斷加快，人們對其認識不斷深化，相關科研產物不斷增加，同時伴隨著防火安全意識的提高，為了避免火災引起的重大損失，對其發展趨勢的重視是很有必要的。

2.1基礎知識和工程應用作為重點研究對象

基礎知識和工程應用將成為火災自動探測報警技術和自動滅火技術領域重點研究的對象，新一批的產品將通過研究的開展得以開發。長時間以來，作為消防科研的重點領域，基礎知識和工程應用都一直很受重視，并且相對于其他較為常見的防、救火技術而言，該領域已經比較成熟，完整的技術體系也已經成型。最近幾年的消防科技研究主要是在三個方面，第一是對一些特殊場合的特殊狀況開展防、救火工作，開發出有針對性的系統，比如智能滅火系統和火災自動報警器，這種系統反應快、可靠性高、響應快；二是將高新技術和理論應用到消防專業，令開發出的產品具有高等質量和較高的性能；三是將開發出的產品應用到實際操作中，對開發出的產品在各種場合、各種狀況下操作、實驗。

2.2 消防工程研究離不開建筑防火設計觀念的改善

消防安全的重要性促進著研究領域的活躍性，也使很多科學家投身其中，致力于建筑防火的設計和應用。在保證一定經濟利益的前提下，消防設計的合理化和科學化會帶來很大的社會效益。被動和主動火災防火系統對火災反應的預測技術、計算模擬燃燒產物、火災危害評估、火災人群疏散計劃、消防安全系統數據庫建立等等這些需要進一步研究的課題是消防技術指標的一部分，它帶動著發展性能化的優化和整個消防學科的發展。

2.3計算機火災模化技術的發展

近幾年，隨著計算機技術的高速發展，計算機火災?；夹g得到了快速發展，它的應用面和開發力度也越來越大，為我們對火災的認識提供了新的途徑，為防火災的其他輔助建筑提供了新的創新方向。計算機火災?；夹g得以利用，使人們對于火災的了解不僅僅只是要通過有一定危險性的火災實驗，還可以通過采用計算機模擬來演示火災的場景，并且可以模擬不同的環境、不同的狀況、不同的條件的火災的發展狀況，并可以對消防構建、消防材料的防火特性進行測定。此外，計算機火災模型可以達到火災現場重現，為火災的研究提供實際的數據。目前，一些可以投入實際應用的計算機火災模型在美國、日本、德國等國家已經得到了推廣和應用。只不過現在計算方法和計算機的工具的限制，計算機模擬的靈活程度和準確性還有待完善。

2.4消防工程中阻燃材料的發展

阻燃材料的發展是消防工程發展中的重要部分，以往的滅火器材對臭氧層有嚴重的破壞，新型的滅火劑是現階段的研究重點，大量精力投入到此領域中，得到了一些較為有效的產品，如七氟丙烷等，但是仍然存在著很多問題，哈龍滅火設備的更新仍然是未來多年世界消防研究領域的研究重點。材料和化工產業的進步促進著阻燃技術的發展，對環境的保護是研究阻燃劑的前提，清潔利用是現代社會的主題，高效、無污染滅火劑是未來發展的趨勢。

2.5消防隊伍和裝備的不斷發展

消防隊伍裝備一步步面向專業化、系列化和智能化。社會狀況和經濟條件的不斷發展也不斷向消防人員提出新的要求。現在，每個國家的消防人員都面對著新的問題：火災越來越復雜、特種災害越來越多、惡性火災越來越多、化學災害的危害越來越大、日益活躍等。為了適應這種現象的發生，各國的消防科研單位和開發單位都在積極地開發出新的滅火武器和裝置裝備，并且讓它們系統化、科學化、智能化。

3 結術語

消防工程對于人類的重要性不言而喻，火災的破壞程度巨大，有效的控制和預測火災是對人類人身和財產安全的重要保證，其發展過程中還有很多問題需要解決，很多新技術還沒有較好的應用其中，在未來的發展中，要進行多學科多領域的結合，最終得到適應不同場合的高效清潔的滅火設備，不斷促進消防工程的發展。

參考文獻

[1]徐晶.消防工程存在的普遍問題及解決建議[J].科技創業家,2011,(6).

[2]張建波.高層建筑消防安裝工程常見問題及解決方案探討[J].中國新技術新產品,2010,93(3).

篇6

關鍵詞：火災事故調查 ； 模化理論 ；應用探究

中圖分類號：X928.7 文獻標識碼：A 文章編號：

隨著社會快速發展，我國居民整體的法律意識開始得到了不斷的提高。而作為社會各個領域的都普遍關心的消防工作，更需要跟上現代科技的步伐，不僅在火災防控和撲救上，武裝現代消防，還要在火災事故的調查中，廣泛應用現代技術，徹底改變以前依靠經驗、主觀斷定來進行火災調查的情況。將現代科學偵查技術運用到災后的調查中，提高整個火災事故調查的準確性、客觀性和科學性。

火災模化理論概況

消防技術作為一門科學大約只有100年的歷史，本世紀50年代以前，消防技術基本上是實驗科學。有時，為了弄清某種重大火災的原因，得到有關的數據，就需要完全依樣蓋起一幢房子，裝入與原來室內相同的物品，再點火燃燒試驗，并據此以制訂或修訂規范和法令來防止發生類似火災。直到今天，盡管測試手段有了很大發展和進步，這種實體模擬燃燒試驗仍是推動消防科學發展最主要、最可靠的手段。

以實驗為基礎作為判定手段，這是消防科學還處于其幼年時期所必然具有的基本特征。目前，我們主要還是靠實際火災暴露出來的問題和這種蓋起來再燒掉的實體模擬實驗研究的結果來制定各種建筑防火規范、消防法規，并且依靠這些法規和規范來管理消防工作。但是，隨著生產發展和社會進步，每起火災所涉及的財富越來越多，實體模擬燃燒試驗的代價也越來越高，有些試驗(例如原子反應堆的爆炸燃燒)幾乎是不可能進行的。所以，從70年代初，國外開始以燃燒學和流體力學為基礎，以實驗數據作為初始及邊界條件，用數學分析方法和計算機技術來研究火災及其發展過程。

模化是現代科學研究的一種重要手段，即用建立某種模型的方法來進行科學研究，力求用較小的代價取得較大的成果。而火災模化，是指為了預測火災發展過程而建立的一組數理方程式，通過對這組方程式的解算即可定量地描述火災發展過程的各主要參數。由于這組數理方程是在人們對火災發生、發展和熄滅過程長期研究的基礎上，根據對火災機理的理性認識總結出來的規律，所以它比根據—兩次實驗得到的結論更具有代表性，更少偶然性，能更真實地反映客觀事實的實質和規律。

火災模化不僅能客觀定量地預測火災發展過程，從而對減少人員傷亡、降低財產損失、改進滅火方法和滅火戰術有很大幫助，而且對改進建筑防火設計和對建筑物進行火災危險性評價也具有重大作用。它可用于對任何建筑物中的建筑結構或構件遭受實際火災時的承載能力，完整性及隔熱性能按預測的實際火災時的受熱情況加以分析計算，準確地確定其耐火能力，從而把建筑防火規范從選擇耐火等級的原始狀態提高到選擇適當的火災模型和結構熱響應模型進行概率設計的更高水平，使建筑防火設計更合理、更經濟、更精確。

由此可見，火災?；窍揽茖W從實驗科學過渡到更高級的理論一實驗科學的橋梁，是現代科學和經典實驗技術的結合。

火災事故調查中火災模化理論的應用

在火災事故的調查中，調查人員通過對現場的勘驗，一般能夠比較準確地判斷起火大致的區域，但要準確無誤地判斷起火點、火災原因，就比較困難，通常要借助相關的技術手段才能完成。一般情況下，調查人員往往要通過對火災發生的各個階段進行模擬，從而得出能夠被受災群眾所能夠接受的結論。

下面我們就通過一個案例來具體說明。

2013年2月2日，位于蘭州市先建街50號的布匹供應公司新建的倉庫發生火災，直接損失達37萬元。

現場調查：

周邊環境勘察：蘭州市布匹供應公司新建的庫房，向東靠近先建街主道，西鄰火鍋城，南北是一個內院。

初步調查：發生火災的建筑群主要是磚木結構，倉庫主要是有三合板搭建而成，庫房內主要堆有布料和其他易燃物品，在整個火災中燒損比較嚴重，所有的物品基本上不能夠再使用，整體損失慘重。

專項調查：庫房的西面外墻的外側緊靠著火鍋城的廚臺，該廚臺東西長為1.25米，南北寬為0.56米，共有兩個添材口，整個口直徑大約有0.6米，爐膛深度約有0.8米，在調查過程中沒有發現什么可疑之處。

事故的原因分析和模擬計算

經過調查認定這次起火的主要原因是：火鍋城的整個后廚的火爐在長時間燃燒時，產生了大量的熱量，而整個熱量在傳導過程中，引起靠在墻邊的紗布自燃，從而導致了這次火災的發生。為了證實后廚的熱能否使得紗布達到自燃點，為了證實這一點，蘭州市消防支隊將這項工作委托給蘭州大學熱傳導實驗室進行計算。

根據當時的實際情況，簡化了某些不必要的程序，僅僅取靠近火爐的布料作為研究對象，對布料進行模擬，見下圖：

建立相應的傳導方程：Ut=a2Uxx

其中：a2=k/cp;k為熱導系數，cp為容重的整體比熱。

根據計算得出爐膛的整體的面積為0.49平方米，在正常工作情況下，整個爐膛的中性溫度可以達到1100——1600攝氏度，而爐壁的平均溫度為1000度，根據熱導方程計算，得出結果，結果見下表1和表2。

表1 布料所在的區域熱傳導至墻壁的表面的升溫變化

表二布料所在的區域溫度變化

當時的天氣的溫度是12度，當23分鐘過去后整個布料所在的墻壁的溫度可以達到458℃，再加上當時的氣溫為12℃，所以整個布料所能夠接觸到的溫度可達到：

458℃+12℃=470℃

根據調查當時布料的自燃點為265℃，因此在當時情況下，整個布料完全能夠達到自燃。所以最后完全可以認定這次火災的主要起因是火鍋城。

通過這樣的火災?；M實驗和具體的計算，使得整個火災的調查工作得以順利完成，同時還解決了由火災引起的民事糾紛。

火災?；碚摰膽谜雇?/p>

火災模化技術在應用過程中通常還可以利用火災現場的殘留物所呈現出的化學成分、物理狀態、具體形貌等來證明整個火災在發生過程中所出現的具體的原因。在火災現場調查過程中，往往可以進行現場取樣，通過對多種火災現場的殘留物進行物理和化學成分的具體分析，同時還要考慮其他多種外部因素相互間的影響，這樣就能夠得出一個“多變量”的火災現場研究數據。當然收集到的數據沒有進行具體的分類，當中包含了大量的有效數據以及無用數據，這些無用的數據就會增加分析人員獲取有效信息的發生的難度。這時候就要求我們進行化學模式來進行分析，通過對現場取樣的物品進行化學分析，建立物品本身的化學變化前和變化后之間的關系，分析這種聯系之間存在的具體的聯系，以及發生了什么使得這種變化產生。通常情況下我們會采取Fisher判別與分析的方法、Bayes判別法、SICMA分析法、KNN分析法，等等。等過使用這些分析方法，將整個火災發生前與火災發生后之間建立良好的聯系，分析是什么導致了他們發生了如此之大的變化，以及這種變化一般會引起何種后果。通過將化學分析模式運用到火災的災后識別殘留物的分析和處理之中，大大減少了在具體的數據提取和數據處理，大大排除了不必要的干擾，確定分析目標，進行相關數據的挖掘和解釋，還可以通過其他方法的聯合應用數學變換，這樣就能夠得出更多的數據結構分析關系網。在低維空間進行重新描述；應用其它類別的識別技術進行樣本分類研究；利用已知的樣本作為標本，對其他收集到的材料進行對比分析和研究，就能夠找出相關間的聯系；建立以確定模型和有效的數據挖掘為基礎的數據庫，將模型應用于未知樣品的分類和驗證工作中。

在現代火災事故調查中，我們要不斷學習新技術，不斷把新技術運用到火災事故調查中，提高火災事故調查的科學認定水平，為構建和諧社會創造安定環境。

參考文獻：

[1]范偉澄，劉乃安.火災科學——一個新型交叉的工程科學領越[J].中國工程科學,2001.3(1):6——14.

[2]薛偉，張光俊.火災模擬與應用[J].吉林林業與科技,2006.35(6):18——20.

[3]秦文岸.淺談火災煙氣流動規律的?；芯糠椒╗J].消防科學與技術,1999.18(3):7.

篇7

作者簡介姓名:（出生年—），性別，籍貫，職稱，研究方向：

作者姓名:鄭紅，

出生年月：1975年11月，

性別：女

籍貫：汗族

職稱：工程師，

研究方向：建筑結構設計，

學歷：本科，

摘要：本文重點分析當前我國高層住宅建筑中幾種建筑結構，以最佳適用性原則為基準分析幾種結構設計的方法和特點，從而分析住宅適用性最佳的建筑結構設計。

關鍵詞：高層住宅建筑結構適用性原則

受地域價值、土地價格的影響，土地稀缺已成為不爭的事實。在這樣的背景下，高層住宅建筑的誕生自然在情理當中。對于政府出臺有關超高層建筑響應的政策，個人認為，高層建筑對城市建設的整體發展無疑起到了有力的推動作用。那從人類居住的適用性、經濟性原則來看那種結構設計更符合人類安居的基本原則！

一、高層建筑結構設計體系與技術應用概述

當前，高層、超高層建筑不斷涌現。建筑師設計了眾多復雜體型和內部多變的高層建筑，我國高層建筑的復雜程度已位居世界前列。高層建筑除了要滿足建筑使用功能的要求，還越來越重視建筑個性化，在建筑藝術造型方面體現創新。例如：336.9米高的天津津塔主要的抗側力體系采用“鋼管混凝土柱框架、核心鋼板剪力墻體系、外伸剛臂抗側力體系”組成，具有較高的抗 側剛度和延性，是目前世界上應用鋼板剪力墻的最高的高層建筑；據不完全統計，在高度超過200米的超高層建筑中，有大約50%為混合結構。上海環球金融中心及金茂大廈均為鋼筋混凝土核心筒，外框為型鋼混凝土柱及鋼柱；北京國際貿易中心三期為筒中筒結構，外部為型鋼混凝土框筒，內部為型鋼混凝土巨型柱與斜撐及鋼梁組成的筒體，74層，高330米，為我國8度抗震設防地區最高的高層建筑。

1、高層建筑結構設計中基于抗震設計技術的應用

由于高層、超高層建筑具有超高超大、功能復雜、造型新奇的特點，規模和復雜程度在國際上可謂少見。許多建筑突破了我國現行相關技術標準與規范的要求。目前來看，減震控制技術研究與應用在我國高層建筑中有了較大進展。隔振技術較為成熟，在工程中有一定應用，主要用于高烈度的多層、小高層建筑，如北京通惠家園地鐵樞紐建筑，甘肅隴南將橡膠隔振墊用于磚混結構樓房。目前，多項采用隔振技術的房屋建筑正在設計建造中。

消能減震技術近年來在新建高層建筑工程中開始得到應用，如北京銀泰中心主塔樓、上海世貿國際廣場、深圳大梅沙酒店等采用了黏滯流體阻尼器，主動控制技術在我國超高層建筑中首次得到應用是上海環球金融中心第90層兩臺各重250噸的質量阻尼器，它將有效地減小建筑結構在風和地震時的反應。

2、高層建筑結構設計中基于抗風設計技術的應用

隨著高層建筑高度的增加，結構對風荷載更加敏感，在不少地區，抗風研究和設計已經成為控制結構安全性和實用性的關鍵因素。我國目前的建筑荷載規范尚不能完全滿足實際工程的需要，應增加橫風向響應和等效靜力風荷載、干擾效應、居住者舒適度判據等內容。

3、高層建筑結構設計中基于消防設計技術的應用

一個常識是，按照設計標準，高于24米的建筑屬于高層建筑，高于50米的建筑屬于超高層建筑。曾有城市安全部門做過一個試驗，讓一名身強體壯的消防員從第33層跑到第1層，用了35分鐘。如果是一名身體素質一般的人員或老人、小孩，所需時間肯定會更長。而火借風勢，30秒內就可以從第1層到達第33層。這樣算來，在高層、超高層建筑中人們跑到樓外逃生的可能性幾乎為零。因此，基于超高層建筑結構體系中抗高溫、防火方面的設計成為最重要的一個指標（以下以北京國貿三期工程為例）。

國貿三期。該工程總建筑面積54萬平方米，主塔樓總高330米，地上層數為74層，地下為4層，鋼結構截面大、單件重、連接復雜，總用鋼量達5萬多噸，抗震等級8級，設計難度和施工難度為世界超高層建筑結構領域所罕見，是目前北京的第一高樓。美國“911”事件后，施工承建方：“中建一局集團建設發展有限公司”對國貿三期設計方案作了相應調整。為了保證建筑物未來的安全性，在經過論證和修改后，該樓的建筑方案采用了4萬噸鋼筋、18萬立方米混凝土與5.5萬噸鋼結構組合形成的鋼骨型鋼混凝土結構，并采用耐燃時間高達3小時的防火涂料對鋼結構進行防火處理。這樣設計的結果是，大樓能夠有效地減少飛行器撞擊所帶來的損害，提高大樓自身的耐火性能。而按照此前的設計方案，該大樓全部由鋼結構組成，一旦遇到同樣問題，鋼結構會因高溫快速熔化，導致主樓快速坍塌。

另外，針對火災，為了確保人員安全，國貿三期主塔樓分別在14層、28層、39層、55層和74層設計了5個避難層，避難層四周采用防火材料和加固結構，裝有防火隔煙系統。將來大廈投入使用后，避難層非但不能改作他用，不能加鎖關閉，而且還可能會放置一些食品和水，并隨時更新。

二、高層建筑結構荷載作用與結構設計原則

1、豎向荷載

結構恒荷載，是根據材料自重計算得到的。它占高層建筑豎向荷載的大部分。結構設計時務必做到不漏項。樓面（屋面）活荷載標準值及其組合值系數，按《荷載規范》取用。需注意：當使用荷載較大或者有特殊情況時，應該按實際情況采用。《荷載規范》所列的樓面活荷載中未包括二次裝修荷載和隔墻自重。固定隔墻應按恒荷載考慮，隔墻可以靈活布置時，按活荷載考慮。

2、 風荷載的計算

風荷載是高層建筑主要側向荷載之一。結構抗風分析（包括荷載、內力、位移、加速度）是高層建筑設計計算的重要因素。

由流體力學中的伯努利可知風壓與風速關系：

風的形成：空氣從氣壓高的地方流動到氣壓低的地方。風的強度。（通常由風速或換算為風壓來表示)基本風壓：

當地比較空曠平坦地面上離地10m高統計所得的30年一遇10min平均最大風速v0為標準，按v02/1600確定的風壓值

主體結構垂直于建筑物表面上的風荷載標準值，應按下述公式計算，風荷載作用面積應取垂直于風向的最大投影面積:

式中ωk—風荷載標準值(kN/m2)；

βz—高度z處的風振系數；

μs—風荷載體型系數；

μz—風壓高度變化系數；

ω0—基本風壓(kN/㎡)。

3、γRE——構件承載力抗震調整系數

構件類別

梁 軸壓比小于0.15的柱 軸壓比不小于0.15柱

剪力墻

各類 構件

節點

受力狀態 受彎 偏壓 偏壓 偏壓 局部承壓 受剪、偏拉 受剪

γRE 0.75 0.75 0.80 0.85 1.0 0.85 0.85

當僅考慮豎向地震作用組合時，各類結構構件的承載力抗震調整系數均應取為1.0 。

三、高層建筑住宅產業化下帶來設計和承建行業全新的挑戰

隨著住宅產業化形勢的不斷發展，隨著我國超高層住宅的響應政策的出臺，未來，無疑會給本土設計行業及承建方帶來了巨大的挑戰。隨著經濟社會的發展，作為二三線城市出現的一幢幢拔地而起的超高層建筑。這種建筑不僅對開發商是一種全新的挑戰，對房地產這條產業鏈上的設計行業、承建行業也將帶來全新的改變。

1、未來住宅產業化下高層建筑結構設計技術亟待提升

相對高層住宅而言，超高層住宅設計復雜，對項目設計及管理水平要求嚴格；超高建筑物中每隔一定距離須加設避難層；在施工設計上的要求更加嚴格，尤其是對消防、防震、防風的指標要求很高，例如對玻璃等建筑材料的選擇格外嚴格，同時由于高處的濕度、風力影響等特殊要求，也給設計、施工帶來了很高的難度。

而在諸多設計中，超高層住宅對結構設計的要求更是嚴格，它必須按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以經濟、合理、安全、可靠的設計原則，選擇相應的結構體系。此外，還提到，超高層建筑在結構設計中除采用鋼筋混凝土結構（代號RC）外，還采用型鋼混凝土結構（代號SRC）、鋼管混凝土結構（代號CFS）和全鋼結構（代號S或SS）。這其中，對材料的使用更是異常嚴格，計算必須正確，配筋必須合理，栓釘必須可靠。

由于超高層住宅建筑結構的特殊性，建筑內部的梁柱將會不可避免地存在，在結構設計中一方面考慮異型柱的使用，另一方面在戶型設計中要充分全面考慮梁柱的影響、規避及利用。再有，高層建筑與其它建筑之間的最大區別，就在于它有一個垂直交通和管道設備集中在一起的、在結構體系中又起著重要作用的“核”（ Core ）。而這個“核”也恰恰在形態構成上舉足輕重，決定著高層建筑的空間構成模式。

2、高層建筑結構抗震、風設計專業性人員缺失、經驗嚴重缺乏

近年來，雖然國內外對高層和超高層建筑鋼結構、混凝土結構和鋼混凝土結構的抗震設計理論均進行了一些研究，也已取得了一批較深入和較實用的研究成果。但是，由于地震作用、各類結構體系的空間作用、彈塑性性能以及“大震”作用的破壞機理等方面的復雜性，使得對超高層建筑抗震設計理論還需要從許多方面進行深入研究。這種復雜性在我國各大城市尤其突出。超高層建筑的出現，無疑將我國的抗震研究工作推上了一個全新的領域。“之前雖然很多建筑設計公司也將抗震作為建筑設計中的重要部分，但隨著超高層建筑的出現，不得不迫使建筑設計和承建行業以及相關的地震研究機構發生變革。”因為我國的建筑歷史上沒有超高層住宅的經驗還尚淺，尤為二三級城市，政府出臺的相關超高層政策對我國的建筑設計行業、建筑業、地震研究等有關地產的所有產業都將起到劃時代的推進，它將被載入史冊。隨著高速發展的中國住宅產業化進程不斷推進，太需要這方面的經驗了。

四、我國高層建筑設計未來的展望

由于高層住宅不但在結構設計、基礎工程設計、主體結構設計、建筑設備安裝工程設計方面，給排水工程、通風空調系統、建筑消防(防火及排煙)等方面都在一定程度上提高了難度和復雜程度。同時還在環保方面，餐廳含油污水處理、廚房廢氣處理、柴油發電機房噪聲治理等方面也有較高的要求。這無疑都給設計行業和建筑行業帶來了一個全新的挑戰。隨著我國高層住宅的響應政策的出臺，將在很大程度上對設計行業和建筑行業帶來革命性的變局。因為高層建筑技術人員的缺乏和經驗的匱乏，很多設計公司和建筑公司將很有可能在我國新一輪城市高層及超高層建筑項目改造的大潮中面臨淘汰或者轉戰異地的可能。

高層建筑的高度特點帶來了諸多技術上的難題。就拿消防來說，就目前，機動消防車輛的消防能力不可能跟上高層特別是超高層建筑的發展，因此，高層建筑的消防設計應立足于建筑內部的消防系統建設，在智能化的前提下努力完善火災探測、報警、撲救等自動功能。而這對設計單位或者承建單位而言都提出了更高的要求。如果沒有專業技術的支持，沒有超強的綜合運作能力，是很難完成的。所以，個人以為，超高層建筑的問世，必將給我國的設計行業，尤其是承建行業帶來全新的格局。盡管目前還達不到洗牌的程度，但也將是一場殘酷的淘汰賽。而要改變這樣的局面，求變將是唯一的出路。

依舊以國貿三期工程為例，國貿三期屬于超高層建筑，構件有大型化、異型化的特點，致使施工技術和施工精度要求都非常高。工程的施工遇到并解決了許多普通超高層鋼結構施工中沒有出現過的問題，尤其是針對傾斜結構的安裝、鋼板墻的安裝、腰桁架的安裝等一系列施工技術，是對我國復雜高層鋼結構施工技術的有力補充，同時對國內建筑結構設計行業的持續發展起到了積極作用。

【參考文獻】：

[1]王德敬；高層建筑的結構體系；《中國新技術新產品》2009年24期

[2]歐李波；對高層超高層建筑結構的施工技術探討；《建設科技》2009年9期

[3]唐建成；淺談高層建筑中鋼結構的設計與施工；《科技信息》2008年34期

篇8

本文介紹了武漢國際舒展中心的空調、供暖、防排煙設計。著重介紹了蓄冰、蓄熱系統的形式、特點及運行方式。蓄冰系統采用主機位于上游的串聯形式；蓄熱設備為自然分層的垂直層流型蓄熱槽。大空間展廳采用了噴口送風分層空調。

關鍵詞　蓄冰系統，蓄熱系統，散流器，分層空調，防排煙

一、 工程概況

武漢國際會展中心（以下簡稱會展中心），位于漢口解放大道與京漢大道之間，是目前武漢市最具規模、配套設施最先進的國際展覽、會議中心。占地面積7.69萬㎡，總建筑面積12.6萬㎡，地下五層，地下二層。展廳面積為4.7萬㎡，其中7000㎡超大型展廳一個，4000㎡的大型展廳五個及一批中、小展廳；會議面積2.1萬㎡，其中800座的大會議廳，除具有一般會議、放映、演出功能外，還具有同時進行8種語言同聲傳譯的功能；另外配套有快餐廳、商務中心等。武漢國際會展中心已成為武漢市的又一標志性建筑。

二　空調冷熱源

會議展覽類空調負荷，隨會議和展覽的規模、內容及時段的不同有很大變化。而且整個空調系統所耗電能也十分巨大，這就要求空調系統不但具有較強的應變及調節能力，還應具備一定的節能功效。而蓄能系統，能切實滿足上述要求。它是由主機及蓄能槽兩部分組成，能夠根據負荷變化情況靈活的進行多種方式組合，提供空調所需冷熱負荷。它還具有很強的備用性，在電力有限的情況下，僅需很少的電量，通過釋能而滿足空調負荷的要求。

近年來武漢市推廣實施了分時電價政策，峰谷電價比值達到4：1。市供電局對采用蓄能系統的工程，不僅分時計量電價，還降檔收費。根據電價政策，綜合其初投資、運行費用及投資回收年限等多種因素，會展中心空調系統的冷熱源采用了夏季部分蓄冰，冬季全額蓄熱的方式。

1.空調蓄冰系統

會展中心空調設計日最高冷負荷為12230kw，全日總冷負荷為87870kWh。制冷主機采用美國約克公司生產的四臺1800kW雙工況螺桿式冷水機組，載冷劑為25%（質量）乙烯乙二醇水溶液。蓄冰設備為美國BAC公司生產的蛇形鋼盤管，共24組，沉浸在鋼筋混凝土水槽內。夜間制冰蓄冷，其盤管進液溫度為-6℃，總蓄冷量35860kWh，蓄冰率為38%。白天供冷時，由板式熱器回來的11℃溶液經制冷主機降至7℃，再進入蓄冰槽，盤管出液溫度3.3℃。

考慮到系統的可靠性、穩定性及經濟性，蓄冰系統制冷主機位于上游的串聯方式，即經板式換熱器回來溫度較高的乙二醇溶液先進入制冷主機降溫，再到蓄冰槽降至空調負荷所需的溫度。較高溫度的溶液先進入制冷主機，可以提高制冷主機效率，降低裝機容量，節約運行費用。與常規空調相比，會展中心制冷主機裝機容量減少41%，冷凍站內配電容量減少36%。

系統運行通過閥門控制，可實現蓄冰槽單獨融冰供冷、雙工況制冷主機單獨供冷、蓄冰槽與雙工況制冷主機聯合供冷等不同運行模式。圖1為設計日冷負荷平衡圖，圖2為蓄冰空調系統流程圖。系統運行策略實行優化控制，在設計日工況采用制冷主機優先，為降低運行費用，在峰值電價時段，只開三臺制冷主機，平價時段四臺制冷主機全開，冷負荷不足部分由融冰補充。非設計日工況采用融冰優先，根據負荷預測及實時監控，合理分配各時段融冰量，最大限度減少峰值電價時制冷主機的開啟，隨著負荷的減少，直到采用全融冰供冷。這樣無論什么情況，儲存的冰量都可以得到充分利用，充分發揮蓄冰空調削峰填谷，減少電網高峰用電量，節省運行費用的作用。

圖2　蓄冰空調系統流程圖

2.空調蓄熱系統

(1) 蓄熱槽設計

本工程在初步設計時，曾考慮采用蓄冰槽兼作蓄熱用，這樣可以減少因采用蓄能系統而增加的建筑空間。但在后來的調查討論中發現，冷熱共槽，由于腐蝕的原因，使得運行效果很不理想，冰盤管在兩、三年時間內就腐蝕穿孔。如果在水中加防腐劑，可以減輕腐蝕的影響，但會改變水的冰點，使得蓄冰過程無法控制。若冬夏季換水，則會大大增加水處理費用，故在施工圖設計時，采用冷熱分槽。

會展中心設計日最高熱負荷為6830kw，全日總熱負荷36280kwh。制熱設備為美國富爾頓公司生產的三臺1800kW的電鍋爐，蓄熱設備為垂直層流型熱水槽，蓄熱終溫90℃，用熱終溫52℃。系統正常運行時為夜間蓄熱，白天關閉電鍋爐，完全利用所蓄熱量供暖，在特殊情況下，也可用電鍋爐直接供暖。圖3為蓄熱空調系統流程圖。

蓄熱槽位于地下一層，為一23.7×16×6.5m的鋼筋混凝土池子，與主體建筑聯為一體，為減少溫度應力對主體結構的影響，水池采用內保溫，保溫材料為100mm厚聚氨酯發泡板材，內襯五布六涂玻璃鋼防水層。

(2) 散流器設計

垂直流型蓄熱槽，為實現自然分層的目的，要求在蓄熱釋熱過程中，溫度較高的水始終從槽上部流入或流出，溫度較低的水始終從槽下部流出或流入。故在槽內設置了上下兩組均勻分配水流的散流器，并且上散流器開口向上，下散流器開口向下。蓄熱時鍋爐送來的熱水由上散流器進入蓄熱槽，而冷水由下散流器流出，進入鍋爐加熱。在釋熱循環中，水流方向相反。

影響蓄熱效率的一個重要因素是斜溫層，即由于冷熱水間自然的導熱作用而形成的一個冷熱溫度過渡層，它的存在減少了實際可用蓄熱量，但它也能有效的防止蓄熱槽下部冷水與上部熱水的混合，散流器設計的要點就是要在蓄熱槽內獲得較薄的、穩定而明確的斜溫層。

根據流體力學原則，當槽內流體浮力大于慣性力， 即弗勞德數Fr

式中 q----散流器單位長度流量，m3/s·m；

g----重力加速度，m/s2；

h----散流器進口開口高度，m；

ρi----進口水密度，kg/m3；

ρa----槽內水密度，kg/m3；

v----進口水的運動粘度，m2/s。

從式(1)、(2)中可以看出，Fr、Re除與流量、供回水溫差有關外，還與散流器的設計密切相關，好的散流器可以形成穩定的斜溫層實現較佳的分層效果。

會展中心的設計中，每臺散流器設計成H型，由于槽體較長，為使流量分配均勻，每組散流器均設計成三臺并聯形式，每臺散流器設一流量平衡閥。取Re=850，同時控制Fr＜1，x 經計算散流器開口角度120°，開口寬11mm，出口流速0.26m/s。

3.熱力交換系統

蓄冰蓄熱系統與空調末端用板式換熱器隔開，可減少乙二醇及軟水處理量，通過熱交換，夏季向末端供給7/12℃冷水，冬季供給50/40℃熱水。

三、空調水系統

空調末端水系統采用一次泵變流量系統，由于冬夏季空調循環水量相差很大，為節省電能，冬夏分設循環水泵。水系統共分為五個環路，其中地下展廳兩個環路，地上東、西展區各一個環路，中心花籃為一個環路。每個環路的回水總管上各設一個流量平衡閥。

四、 空調方式

1.高大展廳：會展中心高大展廳較多，如果采用全空調方式，勢必造成很大的能源浪費，對這類面積、空間都很大的展廳，設計采用分層空調方式，根據射程及建筑空間造型，在4～9m的高度上采用德國妥思公司生產的DUK型遠程投設噴口側送風?？諝馓幚頇C組設在展廳的局部夾層內，夾層下部一般采用散流器下送風。

2.展示大廳：位于中心花籃五層的城市展示大廳，為全玻璃造型，層高25m，不僅熱工性能差，而且給空調管道的敷設帶來很大的困難。設計將空調機組設在四層吊頂內，通過六根異形風柱向大廳內人流區送風。每根風柱風量約12000m3/h，送風口高度3.5m。

3.交通大廳：一層的交通大廳，空間較高，且形成有南北貫通的穿堂風，空調系統在冬季很難實現設計溫度。因此，在該大廳內采用了空調送風與低溫地板輻射相結合的供暖形式。低溫地面散熱量為105w/m2，新風負荷，由空調系統承擔。

4.中小展廳：層高≤7m的中小展廳、會議室等采用散流器或條縫型風口下送風。

5.辦公及洽談室采用風機盤管加新風方式。

6.信息中心，運行方式不同于展廳，且有較大面積的內部區，為保證過渡季節的空調效果，采用VRV系統；消防控制中心采用分體式風冷熱泵機組。

五、 防排煙設計

1. 地下二層汽車庫，停車位450個，分為兩個防火分區。設計的機械排煙系統，兼作平時排風系統，排風、排煙量均為6次/h。

2. 地下展廳的排煙系統與空調系統相結合，經過閥門切換，利用空調送風管作火災時的排煙管道，在過渡季節也可利用此系統作排風用。

3. 地上展廳、會議廳等部位，均利用平風系統與專用排煙風機共同作火災時的排煙系統。對于室內凈高大于6m的空間，不劃分防煙分區，排煙風量參照中庭排煙的計算方法確定。

4. 四層多功能廳、五層大會議廳，面積大、人員多，火災時，疏散困難。建筑設計時，在這兩處均設計了疏散走廊。在設計中，將疏散走廊視為避難間，設置機械加壓送風系統，阻止煙氣進入走廊，使滯留人員，迅速地疏散至安全地帶。

5. 凡不具備自然排煙條件的防煙樓梯間、消防電梯前室或合用前室，均設置正壓送風系統。

六、 結束語

武漢國際會展中心，建筑面積大、空間變化多樣，使用功能復雜，建筑熱工性能差，對空調設計極具挑戰性。在空調系統設計中，合理確定蓄能比例，優化蓄能系統設計，并且根據具體的空調對象，選用不同的空調末端送回風方式，不僅能實現較好的空調效果，還能獲得較好的經濟效益。目前，會展中心已建成使用，空調系統尚未全面投入運行，從部分運行情況看，空調效果良好。

七、 參考文獻

篇9

1變頻調速技術在應用中的節能分析

1.1變頻調速技術的發展狀況

在電力生產中，泵與風機類轉動設備應用較多，其電能消耗和諸如閥門、擋板相關設備的節流損失以及維護、維修費用占到生產成本的7%~25%。隨著電力體制改革的不斷深入，競價上網的不斷推廣，節能降耗業已成為降低生產成本、提高產品質量和電廠競爭力的重要手段之一。變頻調速技術順應了工業生產自動化發展的要求，開創了一個節能降耗新時代。變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系，通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術，電力電子、微電腦控制等技術于一身的綜合性電氣產品。變頻調速技術的應用一改普通電動機只能以定速方式運行的陳舊模式，使得電動機及其拖動負載在無須任何改動的情況下即可以按照生產工藝要求調整轉速輸出，從而降低電機功耗達到系統高效運行的目的。目前，變頻調速技術已經成為現代電力傳動技術的一個主要發展方向。選用變頻系統的同時可通過與dcs的智能接口，實現設備系統的自動控制。

1.2變頻調速技術節能分析

通常在電力生產中最常用的控制手段則是調節閥門、風門、擋板開度的大小來調整泵與風機類轉動設備。這樣，不論生產的需求大小，風機都要按額定轉速運轉，而運行工況的變化則使得能量以閥門、風門、擋板的節流損失消耗掉了。在生產過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗。從而導致生產成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下。風機、泵類設備多數采用異步電動機直接驅動的方式運行，存在啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點。不僅影響設備使用壽命，而且當負載出現機械故障時不能瞬間動作保護設備，時常出現泵損壞同時電機也被燒毀的現象。近年來，出于節能的迫切需要和對產品質量不斷提高的要求，加之采用變頻調速器（簡稱變頻器）易操作、免維護、控制精度高，并可以實現高功能化等特點；因而采用變頻器驅動的方案開始逐步取代風門、擋板、閥門、液偶的控制方案。通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量q，壓力h以及軸功率p具有如下關系：q∝n，h∝n2，p∝n3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。采用變頻調速技術改變電機轉速的方法，要比采用閥門、擋板調節更為節能經濟，設備運行工況也將得到明顯改善。

1.3與滑差調速相比

滑差調速的控制方式比較典型可靠，但其存在著調速精度差、范圍窄、線性不好、能耗高等缺點，而變頻調速系統的特點正好克服了傳統滑差調速系統的不足，具有效率高、無轉差損耗、調速范圍寬、特性硬、精度高、起制動方便靈活、能耗小的特點，既具有交流感應電機的長處，又具有直流電機的調速性能，有非常顯著的可靠節能效果。與傳統的滑差電機相比變頻調速系統更有維護量小、啟動電流小、系統功能較為完善、給操作人員提供了便利等優勢。

2廣泛應用高、低壓變頻技術

生活水泵、消防水泵、除鹽水泵等采用380v電機的設備可應用低壓變頻技術進行變頻調速。采用6kv電機的泵與風機可應用高壓變頻技術，可取得明顯效果。

以大型440t/h級cfb鍋爐發電機組為例：可設計安裝多套高壓變頻裝置(如一次風機6kv、1400kw，引風機6kv、1250kw，二次風機6kv、710kw，播煤增壓風機6kv、250kw，凝結水泵6kv、280kw，給水泵6kv、3400kw，循環水泵6kv、800kw)?？稍O計安裝多套低壓變頻裝置(4-6套計量皮帶給料機，5套羅茨風機，1套石灰石加料機，2套冷渣機，2套點火增壓風機，生活水泵、消防水泵、除鹽水泵等水泵，2套點火增壓風機)。當采用以上措施在發電機組正式投產后，廠用電率可下降到9％以下，可與同類煤粉爐的廠用電率相當，這樣就有效地克服了cpb鍋爐廠用電率高的缺陷。

實踐證明，變頻器用于風機、泵類設備驅動控制場合取得了顯著的節電效果，是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率，又滿足了生產工藝要求，并且因此而大大減少了設備維護、維修費用，還降低了停產周期。直接和間接經濟效益十分明顯。

3積極應用斬波內反饋調速電機技術

近幾年內反饋交流調速電機技術和控制系統得到快速發展，產品有大、中容量6kv、10kv電壓等級。斬波內反饋調速系統利用現代電子技術，控制電動機轉子（繞線式）感應電流，從而控制轉子輸出轉矩，達到調速目的。與變頻調速相比，內反饋調速系統接于電機轉子回路，工作電壓低，運行穩定可靠，且在低速下仍能保持較高的功率因數，效率較高；與傳統調速方法相比，內反饋調速系統在調速時不用改變電機接線即可實現平穩調速，不需額外增加開關，改善開關運行工況，對高壓電機具有重要意義；內反饋調速系統利用逆變回路將轉子剩余能量反饋回電源系統，不消耗電能，效率特高。斬波內反饋調速電機系統改變傳統風機、泵類啟動及流量調節模式，根據負荷情況降低流量的同時能夠降低電機輸出功率達到節能目的，并能實現電機的軟啟動。該系統能夠實現無級調速，取代風門、擋板、閥門流量控制。通過傳感器將有關物理量送入微機監控系統還可實現自動調速，并具有故障記憶知檢功能，能夠大大提高生產自動化管理水平。

通過對采用此種技術的電廠考察發現，斬波內反饋調速電機具有較好的節能效果，采用斬波內反饋調速電機在調速工況下可節電40%以上，實際使用證明可明顯減低諸多風機、水泵的廠用耗電量,年節電顯著。早期設備元器件質量有待提高，曾因元器件燒壞導致系統停運，但調速系統停運不影響電機正常運行。近期設備此類事故明顯減少，且該產品售后服務較好，事故發生后一天內一般都能到達現場無償維修?？偟目磥韮确答伣涣髡{速電機技術和控制系統具有一定的先進性，有很大的采用價值和顯著的經濟效益。

4在系統設計方面降低廠用電耗版權所有

在設計初期應仔細考慮降低廠用電耗方面的工作，cfb鍋爐發電機組的廠用電水平就可接近煤粉鍋爐發電機組。在電廠設計初期設計單位應與鍋爐廠、輔機制造廠以及兄弟設計院進行廣泛交流，討論諸如輔機容量選擇、系統配置、阻力計算等若干方面的問題，為廠用電的降低打好良好的技術基礎。

在風機選型方面進行優化。先由鍋爐廠提出一個較準確的阻力計算值（不含任何裕量），最后進行整個煙風系統阻力計算后，統一按《大火規》考慮其裕量，可避免重復計算裕量后帶來的風機、偶合器及電機等不在高效區運行的狀況發生，可有效降低電耗。同時應注意《大火規》中循環流化床部分風機的流量及壓頭裕量規定的遠比常規煤粉爐送、引風機規定的裕量大的多，應進行廣泛調查合理選擇，以便使風機在高效區運行。

采用新型可靠的出渣方式。將鍋爐廠習慣配套的風水聯合流化床冷渣器改為滾筒式冷渣器或鋼帶式冷渣器，渣系統電耗可從330-400kw降至100-200kw，廠用電降低（節能效果）顯著。

根據來煤細度決定是否需要粗級破碎，最好設計一級篩分系統，既保證了鍋爐的粒度要求，又有效地防止了過破碎，還在一定程度上降低了廠用電。

在電廠總體布置上采取措施，降低能耗。⑴在爐側就近布置渣庫，在兩爐之間布置石灰石粉庫，縮短輸送距離，降低電耗；⑵一、二次風機靠近空氣預熱器布置，降低了風道阻力從而降低電耗；⑶灰庫布置在廠區內且距電除塵較近，大大降低氣力除灰系統的電耗。

鍋爐制造廠的鍋爐本體設計對廠用電的影響較大。在設備招議標時應對比風量、風速等各種參數的差異并考慮對廠用電的影響。

篇10

關鍵詞：乙醇貯罐區分析防范措施

中圖分類號：TQ086.5 文獻標識碼：A 文章編號：

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 乙醇貯罐區事故原因分析

1.1導致災害事故的原因

對大量事故分析調查結果表明，導致災害事故的原因基本上可分為兩類：不安全狀態；不安全行動。其中包含物的原因、人的原因和環境條件三個方面。為了預防災害性事故的發生,應從消除導致事故的主要原因著手進行危險性分析和預測。

1.2引起乙醇貯罐區火災的原因

貯罐區所處位置環境十分復雜，通過分析，將可能引起乙醇貯罐區火災的因素歸結為5種點火源和5種乙醇外溢可能的組合[1]。

其中5種點火源是：雷電，靜電，供電，外火和其它火源；5種乙醇外溢可能為：泄漏，外溢，汽化，開裂和其它情況。

（1）乙醇貯罐區的泄漏點

乙醇貯罐區包括貯罐，乙醇管道，閥門，與貯槽聯接的乙醇入罐閥門，輸出閥門，裝車臺閥門，轉移乙醇閥門，管道法蘭，鶴管旋轉接頭，觀察孔、呼吸孔。其中，貯槽下部的乙醇閥門是關鍵之處，一旦泄漏危險程度很大。其它泄漏點都是間斷型泄漏點，泄漏一般都是從滲漏開始的，遇火也只是小范圍內的燃燒。

（2）罐滿外溢

由于貯罐容積較大，一般情況下貯罐不應裝滿。這里，罐滿外溢是指：①誤操作引起；②控制罐內液面偏高時，由于溫度升高,乙醇體積脹大，罐滿溢槽。

（3）閥門破裂

每個乙醇貯罐都有1個放酒閥，其它閥門破裂都可以在散溢少量乙醇后采取措施更換，唯有這些閥門一旦突然破裂將使整罐乙醇泄漏。

（4）高溫汽化

封閉在乙醇貯罐內的乙醇不易著火，只有在乙醇貯罐上部與大氣相通口處的乙醇汽化蒸氣接觸火源才可能起火。所以，在呼吸閥和透氣孔間加裝有阻火器，氣體乙醇一旦進入大氣滯留機會較少，會迅速擴散開去。

（5）貯罐開裂和其它不測損壞

貯罐由焊接制成，焊縫或鋼質由于多年使用，可能會因腐蝕、老化等原因而使貯罐開裂，這樣乙醇滲漏應當能及時發現，即使著火也不會釀成嚴重后果。自然力能造成在瞬間使貯罐破裂大量乙醇溢出，引起火災。

2乙醇貯罐區事故后果分析

由于設備損壞或者操作失誤引起泄露從而大量釋放易燃、易爆、有毒有害物質，有可能會導致泄露、火災、爆炸、中毒等重大事故發生[2]。

2.1泄露

2.1.1泄露

預測一定范圍內因泄漏引起的乙醇濃度對迅速有效控制和處理泄漏事故，減輕事故對人和財產影響具有重要意義。乙醇濃度與乙醇貯罐區的自然因素如風速、大氣壓力、地面狀況等有直接關系。計算乙醇濃度時，必須綜合考慮平均環境條件和最惡劣環境條件[3]。

2.1.2泄漏類型

常見泄漏源分為兩種：一是小孔泄漏。較小孔洞長時間持續泄漏，按照流率又可以分為大、中、小型泄漏。二是大面積泄漏。較大孔洞在短時間內泄漏出大量物料。大量的管道設備連接乙醇貯罐區的各個生產單元，其破裂一般屬于小孔泄漏。如果乙醇貯罐出現較大破裂，會在短時間內泄漏大量的乙醇應當按照大面積泄漏處理。

當發生泄露設備的裂口是規則的，而且裂口尺寸及泄露物質的有關熱力學、物理化學性質及參數已知時，可根據流體力學中的有關方程式計算泄漏量。當裂口不規則時，可采取等效尺寸代替；當遇到泄露過程中壓力變化等情況時，往往采用經驗公式計算。

2.2火災

乙醇具有易燃易爆的特性，在其生產、貯運和使用過程中極易引起火災事故，尤其在乙醇的貯罐區，貯罐集中，貯量大，一旦發生火災，將會造成嚴重的后果。因此，乙醇火災危險性的定量評價對于罐區安全設計和應急救援措施的制定具有重要的意義。

罐區池火災主要是由于超載或雷擊等原因導致乙醇泄漏而形成液池，遇到火源而引起的?；鹧娈a生的熱輻射是罐區火災的主要危害。此外，在火焰環境下，易導致周圍貯罐的破裂而引發二次災害。沸騰液體擴展蒸氣爆炸所產生的火災持續時間較短，而池火災持續時間一般較長。因此，為了對乙醇貯罐區火災危險性進行定量評價，應根據不同類型火災采用不同的數學評價模型。

2.3蒸氣云爆炸（VCE）

在火災條件下，當罐體表面出現破裂后，在容器內高壓的驅動下，乙醇以氣態、液體或是氣液兩相流的形式高速噴出。對于泄漏引起的不同的事故情況進行分析。

當乙醇從貯罐中泄漏出后，如果沒有立刻點燃，乙醇會蒸發成為可燃氣體云與空氣混合在一起。如果產生的可燃蒸氣云團在燃燒極限范圍內被點燃，可燃氣體云的燃燒火焰傳播速度決定了事故類型是閃火(flash fire)還是不可控蒸氣云爆炸(UVCE)。閃火是一種非爆炸性的燃燒過程，實驗中觀測到的火焰速度平均約為10m/s，這種速度不足以產生爆炸性超壓。當速度增加導致爆燃向爆轟轉變時就會產生不可控蒸氣云爆炸。對于周圍的人和設備來說，閃火的主要危害來自熱輻射和直接接觸火焰，而在不可控蒸氣云爆炸中超壓引起的危害則更為顯著。

氣態或是兩相流形式的可燃液化氣從裂縫中噴出，遇到火源會形成噴射火焰。除非泄漏開口較大(超過20mm)，否則噴射火焰釋放熱量是有限的，其火焰長度可能不足5m。即便如此，對于火焰噴射方向上沒有防滅火保護的貯罐還是會造成強烈的熱沖擊。通過合理安排貯罐群平面布置可以顯著降低噴射火焰事故的危害性。

蒸氣云爆炸(VCE)是指可燃氣體或蒸氣與空氣的云狀混合物在開闊地上空遇到點火源引發的爆炸。

VCE發生有一定的條件，包括一定量的乙醇泄漏并與周圍空氣預混、延遲點火、局限化的空間等。

VCE具有以下特點：一般由火災發展成的爆燃，而不是爆轟；是由于存儲溫度一般高于乙醇的常壓沸點的乙醇大量泄漏的結果；是一種面源爆炸模型[4]。

VCE發生后的破壞作用有爆炸沖擊波、爆炸火球熱輻射對周圍人員、建筑物、儲罐等設備的傷害、破壞作用。

2.4沸騰液體擴展蒸氣爆炸(BLEVE)

在眾多可能的乙醇泄漏事故中，最為嚴重的一種災害形式是沸騰液體擴展蒸氣爆炸(BLEVE)。沸騰液體擴展蒸氣爆炸(BLEVE)是指乙醇貯罐在外部火焰的烘烤下突然破裂，壓力平衡破壞，乙醇急劇氣化，并隨即被火焰點燃而產生的爆炸[5]。作為一種物理爆炸，BLEVE的起因包括若干因素，其中最為常見的一種是在火災場景下導致的BLEVE。一個部分裝有乙醇的儲罐，其液位上方暴露于火焰的沖刷下?；鹧鎸е铝撕芨叩膬薇诿鏈囟龋跍刈罡呖梢赃_到600～700℃，從而引起儲罐材料強度下降。內部的壓力導致了灼熱的金屬表面產生蠕變，壁面逐漸變薄，最終可能導致在罐壁表面產生裂縫。如果裂縫在整個儲罐上傳播開來，那么即發生了BLEVE。如果裂縫不繼續變大，則發生乙醇的噴射泄漏。BLEVE發生后主要爆炸產生的火球熱輻射危害，同時爆炸產生的碎片和沖擊波超壓也有一定的危害，但與火球熱輻射危害相比，危害次要。

BLEVE具有極大的破壞性，沖擊波和拋射物是其主要的危害。爆炸會產生容器碎片的拋射，直接造成人員和周圍設施的損傷，更進一步的是可能使周圍設施（連接的管道，支撐架，其他附加裝置，鄰近的建筑或物體等）飛射，而引發連續事故，擴大破壞性，這種現象一般稱為“多米諾效應”。如果介質是有毒的，還要考慮擴散出的有毒物質對事故影響范圍內人及其他生物健康的影響。如果介質是可燃的并且立刻被點燃，那么可能產生火球，引發火焰沖擊和強烈的熱輻射等傷害。如果可燃性介質沒有被立刻點燃，那么延遲點燃可能會導致蒸氣云爆炸，在某些情況下甚至可能引發相鄰儲罐的連鎖爆炸。

沸騰液體擴展蒸氣爆炸(BLEVE)的經典模型有：ILO模型、H.R.Greeberg & J.J.Cramer模型和A.F.Roberts模型等，本文在分析比較的基礎上選用H.R.Greeberg & J.J.Cramer模型和A.F.Roberts模型相結合使用。BLEVE主要危害是火球產生的強烈熱輻射傷害，因而采用瞬態火災作用下的熱劑量準則確定人員的傷亡和財產損失的區域。

3乙醇貯罐區事故防范措施

3.1火災、爆炸事故預防技術措施

乙醇為一級易燃物品，閉口閃點接近13℃，在大氣壓下，浮點為78℃，在空氣中體積比的爆炸極限為3.5%～18.0%。雖然乙醇并不比其它易燃物質更加危險，但在生產作業時仍應注重消防安全，要確保切斷工作現場的一切火源，設備完好接地,在可能產生乙醇聚集的地點安裝通風設備。

維護人員在空罐中進行清掃或維護作業時，應切斷相關設備，確定罐內無毒、無易燃物，并有充足的氧氣。如發生變性燃料乙醇泄漏或溢出，工作人員應盡快撤離污染區，切斷區內所有火源[6]。

為防止事故發生時，高溫火焰燒烤環境下的乙醇貯罐因罐內乙醇過熱而迅速氣化導致罐內超壓、破裂所引起的二次災害，應采取水噴淋冷卻周圍儲罐外壁，降低罐內溫度。同時，在泄壓裝置設計方面應考慮到事故狀態下泄壓裝置的動作時間，避免動作時間過晚因超壓導致儲罐破裂；在確定泄壓量時，應考慮到對罐內氣液平衡的破壞影響。為防止池火災發生時，因池面積的擴大而導致災害的擴大，應根據儲罐容積來設計事故狀態下防護堤的半徑和高度。

為了減少在罐區內形成局限化空間為UVCE創造條件，儲罐布局時除了滿足防火防爆間距要求，還應適當減小儲罐分布密度；同時盡量避免罐區設計在山谷等低洼地區。點火源是引起火災、爆炸的一個重要因素，應采取以下措施來消除和控制火源：罐區內嚴禁明火，同時注意防止靜電；進入罐區的車輛必須配戴防火罩，裝卸過程中車輛必須熄火；嚴格執行罐區內動火程序；罐區內應采用防爆電器設施。

設計罐區與周圍辦公、住宅等建筑物距離時，除滿足防火防爆間距要求的同時，還應考慮到根據罐區儲量估算的爆炸沖擊波或火災熱輻射所導致的各種破壞、傷害半徑大小，以減小突發事故對罐區外人員、建筑物的傷害、破壞[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

乙醇貯罐區物理爆炸的安全控制措施主要包括以下幾點：

（1）乙醇貯罐必須有良好的防腐措施；

（2）嚴格控制乙醇貯罐充裝量，乙醇貯罐的儲存系數不應大于0.9，不要過量充裝；

（3）乙醇貯罐防止意外受熱或罐體溫度過高而致使飽和蒸氣壓力顯著增加；

（4）盡量減少空氣進入乙醇貯罐；

（5）乙醇貯罐盡可能保持較低的工作溫度,低溫儲存,乙醇貯罐設置噴淋水,遮陽棚；

（6）必須依據《壓力容器安全技術監察規程》制訂操作規程及各項管理制度,并嚴格照章運行；

（7）必須按規定定期檢驗,及時發現缺陷,并妥善處理；

（8）安全閥、壓力表等安全裝置必須齊全完好，妥善維護，定期校驗，確保靈敏可靠；

（9）操作人員應經培訓合格后上崗。

3.2.2火災、化學爆炸安全控制措施

乙醇貯罐區火災、化學爆炸安全控制措施主要包括以下幾點：

（1）乙醇貯罐區建筑符合《建筑設計防火規范》（GB50016-2006）的有關規定；

（2）乙醇貯罐區應采用敞開式，乙醇貯罐區建筑物的地面應耐酸堿。在乙醇貯罐區防爆區域內，應采用防爆設計，如設置防爆設備、器材，應設圍堤，建筑物防雷接地措施以及專用消防設施（如消防用水的消火栓等）。圍欄和裝飾材料應滿足耐火極限要求；

（3）乙醇貯罐區附近的氣體檢測器系統數量、位置要合理或并定期檢查防止其失靈；

（4）根據《建筑滅火器配置設計規范》（GB50140-2005），乙醇貯罐區適當部位應設置一定數量的手提式于粉滅火劑，并定期檢查，保持有效狀態；

（5）設置風向標，供現場人員辨識；

（6）管道和設備的選材必須耐腐蝕以防止產生泄漏，乙醇管道必須定期檢查，確保管道、閥門、法蘭等無泄漏，防止保溫層脫落、物體撞擊及腐蝕減?。?/p>

（7）防止火源、熱源發生，定期檢查照明電路，防止磨擦、撞擊及靜電火花產生，檢修時使用銅扳手等銅制工具進行操作，嚴格控制動火。

參 考 文 獻

1張耀璽．南陽酒精總廠酒精貯運站防火系統安全性分析[J]．鄭州輕工業學院學報，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張瑞華，陳國華，張文海，潘游，顏偉文，陳清光．油庫儲罐泄露危險程度定量模擬評價應用研究[J]．油氣儲運，2004（10）：4~7

4王三明，蔣軍成，姜慧.液化石油氣罐區的危險性定量模擬評價技術及其事故預防[J]．南京工業大學學報(自然科學版)，2001（6）：32~35

5王三明，蔣軍成．沸騰液體擴展蒸氣爆炸機理及相關計算理論模型研究[J]．工業安全與環保，2001（7）：30~34