馬斌

摘要：本文作者分析了大空間公共建筑煙氣的流動(dòng)特性，指出了目前大空間公共建筑在防排煙方面存在的問(wèn)題，據(jù)此提出了設(shè)置吹吸式空氣幕墻、軟性活動(dòng)式擋煙垂壁、帶有伸縮管道的排煙口等大空間建筑有效防排煙設(shè)計(jì)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：大空間建筑；煙氣流動(dòng)；防排煙；設(shè)計(jì)對(duì)策

1 大空間公共建筑火災(zāi)條件下煙氣流動(dòng)特性

對(duì)普通建筑火災(zāi)來(lái)說(shuō)，一般認(rèn)為：由于物質(zhì)燃燒產(chǎn)生大量的熱和煙，建筑內(nèi)空氣因受熱而具有較高的溫度，根據(jù)V1/T1=V2/T2可知，V2=V1#T2/T1，因T2>T1，所以T2/T1>1，所以V2>V1，即空氣體積急驟膨脹。同時(shí)，若該建筑為密閉型建筑，即在總體積不變時(shí)，根據(jù)P1/T1=P2/T2，P2=P1#T2/T1，同理P2>P1，即空氣受熱后，在總體積不變時(shí)，壓力增高，空氣體積不斷膨脹，壓力逐步增大，產(chǎn)生煙氣量也越來(lái)越多，且煙氣的比重一般比空氣小，因此，煙氣在浮力的作用下，向普通建筑頂部迅速升騰。當(dāng)煙氣到達(dá)頂部后即轉(zhuǎn)向四周呈水平方向擴(kuò)散，隨著火災(zāi)的增大，上部煙氣越積越多，形成煙氣層，并自上而下逐漸加厚下沉。這樣，普通建筑的內(nèi)部空間就會(huì)被劃分為兩部分：上部煙氣層，下部空氣層。煙氣層越低，對(duì)人員生命的侵害就越大.煙氣層越高，人員就越安全。建筑內(nèi)之所以設(shè)置機(jī)械防排煙設(shè)施，其目的就在于把上部煙氣排走，使煙氣層上升，下部空氣層加大，以利于人員逃生，防止煙氣對(duì)人員生命的侵害。

但對(duì)于大空間建筑，其煙氣運(yùn)動(dòng)就不同于普通建筑，有其自身的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性。煙氣在大空間上升過(guò)程中，隨著高度的增加，煙氣通過(guò)上部墻壁開(kāi)口、縫隙、建筑導(dǎo)熱構(gòu)件等散熱很大，煙氣溫度逐步降低，其上浮力越來(lái)越小。實(shí)驗(yàn)證明，相當(dāng)多的煙氣在上升到22m后，再上升的速度已相當(dāng)緩慢，常常無(wú)法到達(dá)大空間建筑頂部而懸浮在大空間中部偏高處形成煙氣層。特別是火災(zāi)初期生成的煙氣在距大空間頂部很高處便開(kāi)始下降，聚集成煙氣層向下擴(kuò)展、沉降。

其次，我們通過(guò)對(duì)煙氣層的受力分析，不難看出，大空間建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，懸浮的煙氣層將受到兩個(gè)力的作用；一是本身重力，二是上浮力。二力平衡的支撐面則是/中性面0，即室內(nèi)壓力等于室外壓力的一個(gè)理論分界面。中性面對(duì)人的危害作用很大。中性面的主要特征是：在中性面的范圍內(nèi)，既不進(jìn)風(fēng)，又不排氣。人處在中性面范圍內(nèi)將很難生存。中性面越低，對(duì)人的危害越大。一般情況下，中性面以下空間，空氣從外部通過(guò)門(mén)窗、縫隙等向內(nèi)部滲入；中性面以上空間，空氣則由內(nèi)部向外部逸出。而處在中性面范圍內(nèi)的空氣卻幾乎是不流動(dòng)的。大空間建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣量越大，其本身重力越大，中性面越低；反之，煙氣排出量越大，煙氣重力越小，中性面越高。大空間建筑底部開(kāi)口越多（大），進(jìn)入的空氣量越多，燃燒越猛，煙氣溫度越高，上浮力越大，中性面越高；反之，下部開(kāi)口越少（?。?，進(jìn)入的空氣量越少，物質(zhì)燃燒越不完全，產(chǎn)生的溫度越低，煙氣的上浮力越小，中性面越低。

再次，外部風(fēng)力對(duì)大空間建筑內(nèi)部的煙氣中性面也有較大的影響。上部迎風(fēng)面若開(kāi)口，大量空氣被壓入，煙氣層下降，中性面下降。因此，上部迎風(fēng)面開(kāi)口，不僅不利于排煙，反而促使煙氣向下運(yùn)動(dòng)，中性面降低，對(duì)人員的危害也就越大。

2 大空間公共建筑防排煙系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

2.1 大空間公共建筑缺少必要的防火防煙分隔

5高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范6（簡(jiǎn)稱(chēng)5高規(guī)6）規(guī)定：每個(gè)防煙分區(qū)的面積不宜超過(guò)500m2，且防煙分區(qū)不應(yīng)跨越防火分區(qū)?，F(xiàn)已建成的大空間建筑在防火分區(qū)、防煙分區(qū)方面已大大超過(guò)規(guī)范的規(guī)定，使規(guī)范對(duì)大空間建筑防煙分區(qū)的要求已失去強(qiáng)制約束作用。

2.2 建筑空間高大，機(jī)械排煙難以達(dá)到要求

實(shí)驗(yàn)證明，排除空間較高建筑內(nèi)的煙氣比排除空間較低建筑內(nèi)的煙氣要困難得多。對(duì)大空間建筑頂部排煙而言，較低的大空間建筑可以直接在屋頂高天窗進(jìn)行自然排煙，較高的大空間建筑往往不能進(jìn)行自然排煙，其機(jī)械排煙效率也隨其高度的增加而降低。其主要原因是：上部空氣溫度比下部空氣溫度高。一般情況下，這個(gè)差值隨著大空間建筑高度的增加而增大，從而導(dǎo)致其內(nèi)部煙氣層溫度比貼近屋頂?shù)目諝鈱拥臏囟鹊?，在離屋頂一定距離處，煙氣層便失去了浮力作用，煙氣層將很難上升到屋頂，并且上升到一定高度轉(zhuǎn)而下沉。另外，目前一些大空間建筑設(shè)置的排煙機(jī)，從其實(shí)際動(dòng)作看，排出的除煙氣外，還大量滲入空氣。且建筑高度越高，滲入的空氣量越大，煙氣將被大量空氣稀釋?zhuān)蟠鬁p少了排煙機(jī)的排煙量，降低了排煙效率。

2.3 大空間建筑現(xiàn)有防煙分隔設(shè)施難以發(fā)揮擋煙作用，形同虛設(shè)

大空間煙氣的流動(dòng)規(guī)律告訴我們：煙氣層很難達(dá)到大空間建筑頂部，而是懸浮在一定高度的空間中。規(guī)范規(guī)定，擋煙垂壁高度的下限值為50cm，同時(shí)若按擋煙垂壁至地面的高度為1. 8m設(shè)計(jì)。試想，若大空間建筑的高度為30m，則需擋煙垂壁的理論高度為：28. 2m?，F(xiàn)實(shí)建筑中很少有如此高的擋煙垂壁。據(jù)調(diào)查，大多數(shù)大空間建筑的擋煙垂壁無(wú)一超過(guò)50cm。我們知道，擋煙垂壁的高度取決于煙氣層的厚度、煙氣層與頂部的距離。由此可見(jiàn)，50cm高的擋煙垂壁是不能發(fā)揮其擋煙作用的。

2.4 排煙口設(shè)置不合理，煙氣難以有效通過(guò)排煙口排出

據(jù)調(diào)查，大空間建筑的排煙口都是按目前5高規(guī)6的要求，設(shè)置在頂棚基靠近頂棚的墻面上。若按這一規(guī)定設(shè)置排煙口，對(duì)大空間建筑來(lái)說(shuō)，是難以達(dá)到排煙要求的。因?yàn)榇罂臻g建筑內(nèi)的煙氣層不可能到達(dá)其頂部，因而也就不可能接近排煙口，煙氣也就難以高效通過(guò)排煙口排出。

3 改進(jìn)大空間高效排煙的設(shè)計(jì)對(duì)策

3.1 設(shè)置柔性隔斷，建立吹吸式空氣幕墻

早在20世紀(jì)80年代，日本林太郎先生就提出了“空氣幕墻”理論，并對(duì)理想模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。該理論在工業(yè)通風(fēng)和空調(diào)工程中已經(jīng)證明其隔斷性是非常有效的。實(shí)驗(yàn)證明，空氣幕墻適合于火災(zāi)初期和中期煙氣的層流和紊流狀態(tài)。空氣幕墻的基本原理是利用吹吸氣流形成流動(dòng)的空氣幕墻，實(shí)施防煙分隔，形成防煙分區(qū)，同時(shí)排放高溫?zé)煔夂陀卸練怏w。特別是對(duì)大空間建筑，由于空氣幕墻為柔性隔斷物，利用它可將大空間劃分為多個(gè)防煙分區(qū)。同時(shí)，空氣幕墻系統(tǒng)吹風(fēng)口吹進(jìn)的空氣完全被排出，使火災(zāi)處于缺氧狀態(tài)，特別是對(duì)高層建筑，可以避免煙囪效應(yīng)的不良影響。對(duì)大空間建筑來(lái)說(shuō)，如果在空氣幕墻上方再設(shè)置水幕系統(tǒng)，則更有利于防火防煙分隔，更有利于人員安全疏散，更有利于有效控制煙氣的流動(dòng)與火勢(shì)的蔓延擴(kuò)大。

3.2 設(shè)置軟質(zhì)活動(dòng)式擋煙垂壁與水幕聯(lián)合系統(tǒng)

設(shè)置軟質(zhì)活動(dòng)式擋煙垂壁與水幕聯(lián)合系統(tǒng)，將煙氣團(tuán)有效地控制在一定的空間內(nèi)，建立大空間中上部防煙分區(qū)，為實(shí)施有效機(jī)械排煙創(chuàng)造條件。軟質(zhì)活動(dòng)式擋煙垂壁，平時(shí)卷縮在大空間建筑頂部；火災(zāi)時(shí)，通過(guò)自動(dòng)、手動(dòng)按鈕，使軟質(zhì)活動(dòng)式擋煙垂壁下降至有效防排煙的高度。同時(shí)，水幕系統(tǒng)開(kāi)啟，對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

3.3 設(shè)置具有伸縮式排煙管道的活動(dòng)排煙口，插入煙層內(nèi)機(jī)械排煙

平時(shí)，帶有/伸縮式排煙管道的排煙口0設(shè)置在大空間建筑頂部，火災(zāi)時(shí)，通過(guò)手動(dòng)、自動(dòng)按鈕，使位于大空間建筑頂部的排煙口下移，伸入到上部煙層內(nèi)進(jìn)行排煙，把煙氣層底面高度控制在對(duì)人員沒(méi)有危害的高度。

大空間建筑必須采取特有的排煙方式，否則，將普通建筑的防排煙設(shè)施用于大空間建筑是難以達(dá)到排煙效果的。本文提出的“吹吸式空氣幕墻”、“軟性活動(dòng)式擋煙垂壁”、“帶有伸縮管道的排煙口”等排煙設(shè)施具體如何設(shè)計(jì)制作，并有效地應(yīng)用于實(shí)踐中去，則需要進(jìn)行一系列的科學(xué)試驗(yàn)和深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周燕來(lái)，朱國(guó)英.淺析我國(guó)高層建筑防排煙工程設(shè)計(jì)[J].知識(shí)經(jīng)濟(jì)，2011，（12）.

[2] 程遠(yuǎn)平，陳亮.建筑火災(zāi)過(guò)程中煙氣與熱排放作用分析[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2012，（06）.