本發(fā)明涉及隧道消防工程領(lǐng)域，具體涉及隧道排煙口排熱效率測量系統(tǒng)的測量方法。

背景技術(shù)：

火災(zāi)過程中可燃物燃燒釋放出大量高溫有毒煙氣，同時(shí)還會(huì)釋放大量熱量。若火源釋放的熱量不能及時(shí)通過排煙系統(tǒng)排出，則可能對建筑/隧道內(nèi)人員安全造成嚴(yán)重危害，影響消防隊(duì)員接近火源進(jìn)行滅火救援，甚至還會(huì)對結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞。

目前,考查隧道排煙系統(tǒng)煙氣控制效果的常規(guī)判斷方法主要通過現(xiàn)場測量煙氣溫度、能見度、煙氣層高度等參數(shù)來進(jìn)行判斷，但由于隧道長度大(特長隧道長度為3km以上)，煙氣沿隧道長度方向蔓延距離遠(yuǎn)，大量測量這些煙氣特征參數(shù)難度大，且這些參數(shù)均只反映了煙氣的局部狀態(tài)，不能準(zhǔn)確評價(jià)排煙系統(tǒng)的總體煙氣控制效果，更不能量化反映排煙系統(tǒng)的總體排熱性能。目前市面上還未出現(xiàn)用于測試隧道隧道排煙口排熱效率測量系統(tǒng)的測量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種隧道排煙口排熱效率測量系統(tǒng)的測量方法，該測量方法具備測量隧道火災(zāi)煙氣控制系統(tǒng)排熱效率方法的特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

隧道排煙口排熱效率測量系統(tǒng)的測量方法，所述的測量系統(tǒng)包括PC機(jī)，與PC機(jī)通過數(shù)據(jù)線連接的數(shù)據(jù)采集器，數(shù)量為兩個(gè)以上、且在排煙口從上到下等距排列的溫度傳感器，數(shù)量為兩個(gè)以上、且在排煙口從上到下等距排列的風(fēng)速傳感器，所述所有溫度傳感器和所有風(fēng)速傳感器均分別與數(shù)據(jù)器連接；所述測量方法包括以下步驟：

(1)將排熱效率測量系統(tǒng)布置在相鄰的被測排煙口之間；

(2)將每個(gè)被測排煙口均分割成兩個(gè)以上面積相等的排煙單元，所述每個(gè)排煙單元內(nèi)至少設(shè)有3個(gè)溫度傳感器和1個(gè)風(fēng)速傳感器；

(3)在所有被測排煙口相對位置采用60Kg0#柴油燃料作為燃源并點(diǎn)燃；

(4)點(diǎn)火60秒后開啟排煙道風(fēng)機(jī)和相應(yīng)的被測排煙口開始排煙，同時(shí)啟動(dòng)測量系統(tǒng)收集排煙口的煙氣溫度和流速數(shù)據(jù)，直至燃源熄滅；

(5)根據(jù)步驟(4)收集到的數(shù)據(jù)按照以下公式計(jì)算出每個(gè)排煙口的對流排熱速率

${\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{i=N}{c}_p{\stackrel{\·}{m}}_i{\mathrm{\ΔT}}_i$

上式中，c_p為空氣比熱，c_p＝1.003kJ·kg^-1·K^-1；N為排煙單元總數(shù)，其中，i為N內(nèi)的任意一個(gè)排煙單元，1≤i≤N；為通過第i個(gè)排煙口單元的煙氣質(zhì)量流率，單位為kg/s，且ρ＝1.2kg/m³；S_i為第i個(gè)排煙口單元的面積；ΔT_i為第i個(gè)排煙口單元內(nèi)的煙氣平均溫升；

(6)將步驟(5)計(jì)算出的所有對流排熱速率相疊加，得出所有排煙口的總體對流排熱速率即：

${\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR\_total}={\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{j=M}{\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR}$

上式中，M為所開啟的排煙口總數(shù)，其中，j為M內(nèi)的任意一個(gè)排煙口，1≤j≤M；

(7)將步驟(6)中計(jì)算出的總體對流排熱速率對時(shí)間進(jìn)行積分得出通過所有排煙口排出的對流排熱總量，即：

$Q_{CHR\_total}=\∫{\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR\_total}dt;$

(8)將步驟(7)計(jì)算出的對流排熱總量除以火源熱釋放量的對流分量即得對流排熱效率η_CHR，即：

${\mathrm{\η}}_{CHR}=\frac{{\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR\_total}}{Q_{conv}}$

上式中，Q_conv為燃源熱釋放量的對流分量，也即以對流形式通過火流進(jìn)入煙氣層的熱量，Q_conv＝0.7Q_fire，Q_fire為燃源總熱釋放量，通過公式Q_fire＝mΔH_c計(jì)算獲得，其中，m為燃料質(zhì)量，ΔH_c為燃料的燃燒熱值。

具體地說，所述數(shù)據(jù)器為485型數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)線為485型數(shù)據(jù)線。

進(jìn)一步地，所述溫度傳感器為K型熱電偶。

更進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集器通過熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線與溫度傳感器連接。

具體地說，所述風(fēng)速傳感器為高精度皮托管。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集器通過差壓變送器與風(fēng)速傳感器連接。

作為優(yōu)選，所述相鄰兩個(gè)溫度傳感器之間的間距不大于15cm。

作為優(yōu)選，所述相鄰兩個(gè)風(fēng)速傳感器之間的間距不大于45cm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明構(gòu)思精妙、設(shè)計(jì)合理、使用方便，具備突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。

(2)本發(fā)明通過將現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行科學(xué)合理的組合，很好地實(shí)現(xiàn)了測量隧道火災(zāi)煙氣控制系統(tǒng)排熱效率的目的，填補(bǔ)了所屬技術(shù)領(lǐng)域目前還不具備測量隧道火災(zāi)煙氣控制系統(tǒng)排熱效率的空白。

(3)本發(fā)明利用隧道排煙口排熱效率測量系統(tǒng)所測到的數(shù)據(jù)，依次按照以下公式即可準(zhǔn)確且有效地計(jì)算出隧道排煙口排熱效率η_CHR，填補(bǔ)了該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)空白。公式分別依次為：

附圖說明

圖1為本發(fā)明排煙口排熱效率測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明試驗(yàn)隧道火源及排煙口位置示意圖。

圖3為本發(fā)明試驗(yàn)隧道排煙口溫度測點(diǎn)布置示意圖。

圖4為本發(fā)明試驗(yàn)隧道排煙口風(fēng)速測點(diǎn)布置示意圖。

圖5為本發(fā)明試驗(yàn)隧道單個(gè)排煙口分割單元示意圖。

圖6為本發(fā)明試驗(yàn)隧道排煙口的瞬時(shí)對流排熱速率示意圖。

其中，附圖標(biāo)記對應(yīng)的名稱為：

1-PC機(jī)、2-數(shù)據(jù)線、3-數(shù)據(jù)采集器、4-溫度傳感器、5-熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線、6-風(fēng)速傳感器、7-差壓變送器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說明和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的方式包括但不僅限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例

如圖1所示，隧道排煙口排熱效率測量系統(tǒng)的測量方法，排煙口排熱效率測量系統(tǒng)包括PC機(jī)1，與PC機(jī)1通過485型數(shù)據(jù)線2連接的485型數(shù)據(jù)采集器3，數(shù)量為兩個(gè)以上、且在排煙口從上到下依次等距排列的溫度傳感器4，數(shù)量為兩個(gè)以上、且在排煙口從上到下依次等距排列的風(fēng)速傳感器6，所述所有溫度傳感器4和所有風(fēng)速傳感器6均分別與485型數(shù)據(jù)采集器3連接；作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的溫度傳感器4選用K型熱電偶，同時(shí)，485型數(shù)據(jù)采集器3和K型熱電偶之間采用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線5連接；并且，風(fēng)速傳感器6選用高精度的皮托管，相對應(yīng)的，485型數(shù)據(jù)采集器3和皮托管通過差壓變送器7連接，為了使本發(fā)明的測量數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)和更具有代表性，本發(fā)明相鄰兩個(gè)K型熱電偶的間距不大于15cm，相鄰兩個(gè)皮托管之間的間距不大于45cm。

所述測量方法包括以下步驟：

(1)將排熱效率測量系統(tǒng)布置在相鄰的被測排煙口之間；

(2)將每個(gè)被測排煙口均分割成兩個(gè)以上面積相等的排煙單元，所述每個(gè)排煙單元內(nèi)至少設(shè)有3個(gè)溫度傳感器和1個(gè)風(fēng)速傳感器；

(3)在所有被測排煙口相對位置采用60Kg0#柴油燃料作為燃源并點(diǎn)燃；

(4)所述燃源點(diǎn)燃60秒后開啟排煙道風(fēng)機(jī)和相應(yīng)的被測排煙口開始排煙，同時(shí)啟動(dòng)熱效率測量系統(tǒng)收集排煙口的煙氣溫度和流速數(shù)據(jù)，直至燃源熄滅；

(5)根據(jù)步驟(4)收集到得數(shù)據(jù)按照以下公式計(jì)算出每個(gè)排煙口的對流排熱速率

${\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR}={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{i=N}{c}_p{\stackrel{\·}{m}}_i{\mathrm{\ΔT}}_i$

上式中，c_p為空氣比熱，c_p＝1.003kJ·kg^-1·K^-1；N為排煙單元總數(shù)，其中，i為N內(nèi)的任意一個(gè)排煙單元，1≤i≤N；為通過第i個(gè)排煙口單元的煙氣質(zhì)量流率，單位為kg/s，且ρ＝1.2kg/m³；S_i為第i個(gè)排煙口單元的面積,單位為m²；ΔT_i為第i個(gè)排煙口單元內(nèi)的煙氣平均溫升，單位為℃；

(6)將步驟(5)計(jì)算出的所有對流排熱速率相疊加，得出所有排煙口的總體對流排熱速率即：

${\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR\_total}={\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{j=M}{\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR}$

上式中，M為所開啟的排煙口總數(shù)，其中，j為M內(nèi)的任意一個(gè)排煙口，1≤j≤M；

(7)將步驟(6)中計(jì)算出的總體對流排熱速率對時(shí)間進(jìn)行積分得出通過所有排煙口排出的對流排熱總量，即：

$Q_{CHR\_total}=\∫{\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR\_total}dt;$

(8)將步驟(7)計(jì)算出的對流排熱總量除以火源熱釋放量的對流分量即得對流排熱效率η_CHR，即：

${\mathrm{\η}}_{CHR}=\frac{{\stackrel{\·}{Q}}_{CHRR\_total}}{Q_{conv}}$

上式中，Q_conv為燃源熱釋放量的對流分量，也即以對流形式通過火流進(jìn)入煙氣層的熱量，對于大多數(shù)燃料可近似為Q_conv＝0.7Q_fire，Q_fire為燃源總熱釋放量，可以通過公式Q_fire＝mΔH_c計(jì)算獲得，其中，m為燃料質(zhì)量，ΔH_c為燃料的燃燒熱值。

優(yōu)選實(shí)施例

主體隧道寬15.950m，高7.8m，隧道側(cè)面開設(shè)6組排煙口與排煙道相連，相鄰組之間的距離為22.5m，每組包括4個(gè)1m×2m的排煙口，排煙量恒定。

如圖2所示，本實(shí)施例主要使用60kg 0#柴油作為燃料，測量第三組排煙口所對應(yīng)的排熱效率。如圖3所示，4個(gè)排煙口處共設(shè)4串熱電偶束，每串設(shè)12個(gè)K型熱電偶探頭；

如圖4所示，每個(gè)排煙口處布置5個(gè)測點(diǎn)，共設(shè)置有20個(gè)測點(diǎn)。

如圖5所示，根據(jù)溫度和風(fēng)速測點(diǎn)布置情況將單個(gè)排煙口分割為5個(gè)小的排煙口單元，PC機(jī)1內(nèi)軟件自動(dòng)將位于每個(gè)單元內(nèi)的所有熱電偶溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，進(jìn)而獲得相應(yīng)時(shí)刻第i個(gè)排煙口單元的平均溫升ΔT_i。PC機(jī)1內(nèi)軟件獲得溫升數(shù)據(jù)和風(fēng)速數(shù)據(jù)后，即可根據(jù)公式計(jì)算排煙口的對流排熱效率曲線，如圖6所示，并根據(jù)公式計(jì)算得到整個(gè)排煙系統(tǒng)的排熱效率為40％。

本發(fā)明構(gòu)思精妙、設(shè)計(jì)科學(xué)合理、使用方便，填補(bǔ)了所屬技術(shù)領(lǐng)域還沒有隧道排煙口排熱效率測量系統(tǒng)的測量方法的空白，具備突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。

上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式之一，不應(yīng)當(dāng)用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，但凡在本發(fā)明的主體設(shè)計(jì)思想和精神上作出的毫無實(shí)質(zhì)意義的改動(dòng)或潤色，其所解決的技術(shù)問題仍然與本發(fā)明一致的，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。