在现代的很多大空间建筑中，由于使用功能的需要，可燃物并不是均匀地分布在大空间地面，而是集中在一些相对较小的空间内，形成了一些火灾载荷比较高的区域，比如大厅中的零售商店、小餐厅等。于上世纪90年代提出了一种新的大空间防火设计方案—“仓室火灾安全设计概念（Cabins Fire Safety Concept）”，把大空间内火灾载荷较高的区域设计为仓室，对其采取有效的消防保护措施，把火灾和烟气控制在仓室内，防止火灾和烟气进一步蔓延到大空间中去，以达到保护大空间整体消防安全的目的。如何设计仓室中的消防保护措施才能满足消防安全的要求，是一个值得研究的问题。仓室中的消防保护措施包括火灾探测报警系统、水喷淋系统和机械排烟系统等几个方面。探测报警系统可以及早发现火灾；水喷淋系统可以抑制仓室内火灾增长速度，控制火灾的发展，在有些情况下还能达到扑灭火灾的效果；而机械排烟系统可以及时地抽走仓室内可燃物燃烧产生的大量烟气，尽量使得烟气保持在开口以上不会溢出到大空间中去。本文首先针对四周补气的仓室，在较大的火源功率下，通过全尺寸的实验讨论了Zukoski模型、McCaffrey模型和Heskestad模型用于仓室火灾机械排烟作用下预测烟气生成量的适用范围，结果表明Heskestad模型的计算值与实验值比较符合，并根据实验数据对Heskestad模型进行了初步的修正，得到了较大火源功率下控制烟气从仓室不发生溢出所需要的风机风量与火源功率以及所控制的烟气层高度之间的半经验关系式。并在此基础上分析了四周补气仓室内机械排烟效率的问题，对影响机械排烟效率的三个因素火源功率、烟气层高度和风机风量进行了比较，明确了火源功率是其主要影响因素；根据实验结果，给出了用于四周补气仓室内机械排烟系统设计的效率推荐值约为60％。采用高位排烟时，基于McCaffrey模型，通过修正系数的方法得到了不同烟气层高度下烟气生成量的预测模型；修正系数随着烟气层高度的变化而发生变化；烟气层高度较高时，修正系数大于1，在烟气层高度处于烟气羽流区的情况；烟气层高度较低时，修正系数小于1，在烟气层高度处于连续火焰区的情况；烟气层的高度既不是很高也不是很低时，修正系数的变化是：开始的时候接近烟气层较高的情况，修正系数大于1，然后随着烟气层高度的减小而减小，最后接近烟气层较低的情况，修正系数小于1，总体在1附近波动，在烟气层高度处于间歇火焰区的情况。根据实验结果，得出了在烟气羽流区的修正系数约为1.84，在间歇火焰区的修正系数约为1；而在连续火焰区的修正系数约为0.67；给出了修正系数与烟气层高度之间的经验拟合关系式，比较符合于指数关系。同时，得到了采用高位排烟时，将烟气控制在仓室内而不溢出的风机排烟风量与不同火源功率和不同烟气层高度的半经验公式。采用低位排烟时，烟气层高度的界面比较低，一般都处在连续火焰区。由于有大量的空气被排烟风机直接吸走，导致机械排烟效率大大降低。机械排烟效率随着火源功率的增加而增加，给出了机械排烟效率与火源功率之间的经验拟合关系式，比较符合于指数关系。通过实验得出低位排烟时的平均机械排烟效率约为26.5％，得到了基于McCaffrey模型的机械排烟速率模型，同时还给出了排烟风机风量随着火源功率和烟气层高度变化的半经验公式。在相同的条件下，通过实验得到低位排烟所需要的排烟量比高位排烟时大得多，约是高位排烟量的5倍。采用FDS对低位排烟的仓室火灾进行数值模拟，虽然预测的烟气层平均温度偏高，但可以有效反映出仓室内流场流动状况，大量的空气被排烟风机抽走，同时预测出的低位排烟时仓室内的烟气层高度也与实验结果相符合。通过全尺寸的实验，发现水喷淋作用下仓室内控火与灭火两种效果转换存在临界压力，该临界压力随着火源功率的增加而增加，揭示了压力的变化所引起的仓室内烟气的平均温升、O₂浓度、CO浓度、烟气生成量的变化规律和溢出烟气在大空间内的充填规律。水喷淋的作用可以有效降低仓室内的平均温升，抑制火灾的发展；烟气中O₂浓度的变化规律是先下降，在水喷淋启动时达到最低，之后O₂浓度会增加，灭火作用时O₂浓度先有一个突然增加，然后再缓慢增加，而控火作用时O₂浓度是持续增加；CO浓度在水喷淋启动后急剧增加，控火时会出现两个峰值，灭火时只有一个峰值；当喷淋压力低于临界压力时，CO生成量随着压力的增加而增加，当喷淋压力高于临界压力时，CO生成量随着压力的增加而减少，在临界压力时CO生成量达到最多。大空间内的平均温升很低，但是喷淋启动后从仓室溢出的烟气能很快充满大空间，影响人员的安全疏散；其烟气生成量与CO生成量的变化趋势一致。通过全尺寸实验，发现水喷淋和机械排烟共同作用下仓室内控火和灭火两种效果转换存在一系列的临界压力和风量组合，揭示了不同压力和风量组合下仓室内烟气的平均温升、CO浓度的变化规律以及溢出烟气在大空间内的充填规律。水喷淋压力是关键的参数，而风机风量只是次要的参数，两者的效果相反。提出了“等效压力”的概念来取代风机的抵消作用，达到了与水喷淋单独作用下仓室火灾及烟气特性变化趋势的一致性。通过实验验证控火作用时，CO和烟气的生成量随着喷淋压力增加而增加，随着风机风量增加而减少；而推测出在灭火作用时，CO和烟气的生成量随着喷淋压力增加而减少，而随着风机风量增加而增加；在水喷淋的压力与风机风量达到临界组合时，CO和烟气的生成量达到最多。