朱愛(ài)蘭

摘要：隨著我國(guó)城市化建設(shè)步伐的加快，各地高層建筑與日俱增。由于高層建筑規(guī)模大、功能復(fù)雜，一旦發(fā)生火災(zāi)，逃生及救火難度極大。目前，我國(guó)關(guān)于高層建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的很多規(guī)范，在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上還有很多標(biāo)示不清或缺失的情況，導(dǎo)致高層建筑設(shè)計(jì)以及建設(shè)過(guò)程中存有很多問(wèn)題。文章闡述了目前我國(guó)高層建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式，分析了設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題，并根據(jù)多年的高層建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出了防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要對(duì)策，以供同行借鑒和參考！

Abstract： With the accelerating pace of urbanization in our country， the high-rise buildings in various places are increasing day by day. Due to the large scale and complex functions of high-rise buildings， in the event of a fire， escape and fire fighting are extremely difficult. At present， many norms on the design of smoke exhaust and control systems for high-rise buildings in our country are still unclear or missing in the design details， resulting in many problems in the design and construction of high-rise buildings. The paper expounds the structure form of the design of smoke exhaust and control system for high-rise building， analyzes the common problems in the design， and puts forward the main countermeasure based on many years of experience.

關(guān)鍵詞：高層建筑；防排煙設(shè)計(jì)；自然排煙；機(jī)械加壓；開(kāi)窗面積

Key words： high-rise building；smoke exhaust and control design；natural smoke exhaust；mechanical pressurization；window opening area

中圖分類號(hào)：TU972.4+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）07-0178-03

0 引言

自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)舉世矚目，各地高樓林立且在日益增加。高層建筑增加了建筑面積，提高了居住和辦公的舒適性，但正是因?yàn)楦邔咏ㄖb修標(biāo)準(zhǔn)高、功能復(fù)雜、人員數(shù)量較多，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，難以及時(shí)疏散，在一定程度上也增加了安全隱患。最近幾年，由高層建筑火災(zāi)而引發(fā)的事故，呈明顯的上升趨勢(shì)，給國(guó)家、人民造成重大的生命和財(cái)產(chǎn)安全損失。而在這些高層建筑的火災(zāi)事故中，只有30～50%的人員傷亡是由火燒直接造成，其余都是由于火災(zāi)中的煙氣，導(dǎo)致人員窒息或中毒死亡。高層建筑在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于自身的“煙囪效應(yīng)”，產(chǎn)生的大量煙氣迅速上升，對(duì)人員疏散、滅火行動(dòng)有較大影響。

如何才能在高層建筑火災(zāi)發(fā)生時(shí)，能夠及時(shí)排除建筑物內(nèi)的煙氣，避免煙氣進(jìn)入安全疏散通道，確保建筑物內(nèi)人員安全疏散和消防人員開(kāi)展滅火救援工作，降低由于煙氣導(dǎo)致的人員傷亡，是房建工程師們一直重點(diǎn)關(guān)注和尋求解決的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

本文首先介紹了我國(guó)目前常見(jiàn)的幾種建筑防排煙技術(shù)，分析了高層建筑防排煙設(shè)計(jì)中的幾種常見(jiàn)問(wèn)題，提出了有針對(duì)性的防排煙設(shè)計(jì)優(yōu)化的對(duì)策，以供同行借鑒和參考。

1 高層建筑排煙技術(shù)

我國(guó)高層建筑目前常見(jiàn)的排煙方式主要有三種，自然排煙、機(jī)械排煙和機(jī)械防煙。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，高層建筑物內(nèi)的排煙方式，可采用開(kāi)啟外窗等自然排煙、機(jī)械排煙和機(jī)械加壓式送風(fēng)。排煙是通過(guò)措施，將煙氣從煙區(qū)內(nèi)快速排放到大氣中，而防煙則主要是利用某些措施，降低著火區(qū)域內(nèi)的煙氣量，防止煙氣從有煙區(qū)擴(kuò)散至無(wú)煙區(qū)。在高層建筑結(jié)構(gòu)中，這兩部分稱為排煙系統(tǒng)和防煙系統(tǒng)，分別起到盡快排煙和防止煙氣進(jìn)一步擴(kuò)散的作用。

①自然排煙。自然排煙主要是利用室內(nèi)外空氣的對(duì)流作用形成的風(fēng)壓，將可燃物燃燒后的煙氣排至大氣。目前在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要有豎井和外窗的無(wú)組織排煙形式；

②機(jī)械排煙。機(jī)械排煙是借助電動(dòng)設(shè)備等外力，將建筑物內(nèi)的煙氣和熱量排至大氣；

③機(jī)械防煙。機(jī)械防煙是利用電動(dòng)設(shè)備向疏散路線或避難所等空間輸送風(fēng)壓，防止煙氣進(jìn)入無(wú)煙區(qū)。

2 高層建筑防排煙設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題分析

①無(wú)法自然排煙。高層建筑具有一定的可開(kāi)啟外窗面積，是確保可以自然排煙的基礎(chǔ)，但很多情況是，我們?cè)谠O(shè)計(jì)高層建筑的排煙窗時(shí)，由于位置設(shè)置不當(dāng)、結(jié)構(gòu)形式不合理或面積不規(guī)范等影響，開(kāi)窗的角度低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的>70°；

②排煙閥安裝位置不當(dāng)。操作人員的操作技能或缺乏責(zé)任意識(shí)，錯(cuò)誤安裝送風(fēng)閥和排煙閥。

③防排煙機(jī)電設(shè)備不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。如配電設(shè)施或正壓送風(fēng)系統(tǒng)的電負(fù)荷不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求、系統(tǒng)未設(shè)置安全閥、金屬管未涂防火涂料等。

④風(fēng)口和風(fēng)閥的選擇不當(dāng)、管道漏風(fēng)。由于風(fēng)口的設(shè)置不當(dāng)，造成風(fēng)口的有效面積偏小，再加之系統(tǒng)中的阻力過(guò)大，造成進(jìn)風(fēng)量不足；有些施工單位盲目增加風(fēng)口的面積，導(dǎo)致風(fēng)速過(guò)低；進(jìn)風(fēng)管道內(nèi)的內(nèi)壁沒(méi)有及時(shí)抹光、腳手架臨時(shí)鋼管洞等沒(méi)有及時(shí)修復(fù)等，這幾種現(xiàn)象，都無(wú)法通過(guò)風(fēng)閥做出調(diào)節(jié)，使進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)無(wú)法滿足有關(guān)規(guī)定的要求。endprint

⑤正壓送風(fēng)系統(tǒng)壓差調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，防煙樓梯間與前室共用時(shí)，應(yīng)在支風(fēng)管位置安裝自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，并設(shè)置單獨(dú)的送風(fēng)系統(tǒng)。但是，目前的很多正壓送風(fēng)系統(tǒng)由于技術(shù)能力的限值，無(wú)法設(shè)置相應(yīng)的壓差自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其余壓值也無(wú)法高于前室或樓梯間。

3 高層建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要對(duì)策

3.1 防排煙系統(tǒng)的主體設(shè)計(jì)思想

當(dāng)高層建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，產(chǎn)生的煙霧會(huì)引起逃生中的人們迷失方向或窒息死亡，其對(duì)人體的傷害要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于明火對(duì)人身的傷害。根據(jù)流體力學(xué)風(fēng)的流動(dòng)原理可知，煙霧的流動(dòng)是由于風(fēng)的流動(dòng)、各通風(fēng)系統(tǒng)間的壓力差或不同著火區(qū)域的溫差導(dǎo)致的氣體密度差而產(chǎn)生的，這三個(gè)因素都會(huì)引起煙囪效應(yīng)，形成火災(zāi)煙霧。現(xiàn)代高層建筑物內(nèi)常存有很多易燃物品，如果出現(xiàn)火災(zāi)，這些可燃物品將產(chǎn)生大量的氟化氫、二氧化碳和一氧化碳等有害煙霧，所以，在設(shè)計(jì)高層建筑物的防排煙系統(tǒng)時(shí)，不僅要考慮煙霧的擴(kuò)散，還要考慮如何才能及時(shí)清除產(chǎn)生的有毒有害氣體。

理想的防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)在有限的空間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，確保能夠迅速采取有效的措施，如：對(duì)非火災(zāi)區(qū)域采用機(jī)械加壓送風(fēng)并阻止火勢(shì)蔓延，及時(shí)排出由火災(zāi)引起的熱量和煙霧等。

3.2 防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題控制對(duì)策

3.2.1 防煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

高層建筑的防煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常采用的是機(jī)械式加壓送風(fēng)，在此類工程防煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)從下述幾點(diǎn)以強(qiáng)化設(shè)計(jì)的有效性：①提高送風(fēng)量的計(jì)算精確性。機(jī)械式加壓送風(fēng)的送風(fēng)量是決定建筑物防煙系統(tǒng)整體安全性的決定性因素，而在對(duì)送風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，常由于工作條件等多因素的制約，送風(fēng)量的計(jì)算過(guò)程被簡(jiǎn)化，造成計(jì)算得出的送風(fēng)量不夠精確。針對(duì)于這種情況，在設(shè)計(jì)高層建筑物的送風(fēng)量時(shí)，應(yīng)先根據(jù)建筑物的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立并健全一個(gè)完成的建筑模型煙塵控制區(qū)，從整體角度來(lái)確定送風(fēng)量，提高防煙系統(tǒng)送風(fēng)量計(jì)算的可靠性和整體安全性。②合理控制送風(fēng)量及其范圍。防煙區(qū)域內(nèi)的空氣泄露洞口越多、直徑越大，防煙系統(tǒng)向空間內(nèi)加壓的送風(fēng)量就越多，難以保證正壓值。而且，防煙區(qū)的防火門對(duì)送風(fēng)量也會(huì)產(chǎn)生影響。針對(duì)于這種情況，在設(shè)計(jì)建筑物的送風(fēng)量時(shí)，要根據(jù)防煙區(qū)域的加壓空間和計(jì)算的送風(fēng)量大小，設(shè)計(jì)匹配的風(fēng)量與范圍，確保高層建筑防煙區(qū)域設(shè)計(jì)的合理性。③優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如果建筑物發(fā)生火災(zāi)，開(kāi)啟著火層的送風(fēng)口，對(duì)防排煙功能的作用和意義不大，所以，防煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮單點(diǎn)發(fā)生的火災(zāi)。同時(shí)，要考慮如何能夠簡(jiǎn)單且便捷的開(kāi)啟著火層前室的送風(fēng)口，增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

3.2.2 排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

①建筑物的自然排煙，主要是根據(jù)煙氣自身的浮力而做出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若排煙窗處于迎風(fēng)面，就會(huì)發(fā)生煙氣倒灌的情況。為了避免這種情況的發(fā)生，排煙窗可設(shè)計(jì)成弦窗或平移窗等方法，將煙氣排放到外部，降低煙氣倒灌的概率，且不影響正常的建筑物采光。但這種設(shè)計(jì)方法的施工成本較高，所以，如果條件允許，優(yōu)先選用機(jī)械排風(fēng)方式。

由于高層建筑物的熱壓作用，建筑物內(nèi)外空間的空氣存在壓力差，因此，室內(nèi)防火、防煙分區(qū)可適當(dāng)考慮自然排煙設(shè)計(jì)，防止冬季發(fā)生煙氣倒灌的現(xiàn)象。

②當(dāng)建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，建筑物內(nèi)的溫度較高，產(chǎn)生的煙氣含有大量的可燃性氣體，當(dāng)這些可燃?xì)怏w與空氣接觸后，易形成火焰并助燃。所以，為了確保人員疏散安全，建筑物的自然排風(fēng)窗口的設(shè)計(jì)高度應(yīng)大于蓄煙高度，并且排煙窗的位置應(yīng)設(shè)置在1/2房間高度的上方。

總之，高層建筑物無(wú)論采用自然排煙或者機(jī)械排煙的設(shè)計(jì)方法，其最終目的為了疏散人群，降低煙霧對(duì)人們?cè)斐蓚?。但是，?dāng)著火區(qū)域的煙氣溫度高于280℃時(shí)，就應(yīng)該關(guān)閉排煙系統(tǒng)，以防加劇火災(zāi)的的強(qiáng)度。

3.2.3 防排煙系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

高層建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮建筑物的建筑結(jié)構(gòu)形式和應(yīng)用特點(diǎn)，以安全為防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)，再考慮如何降低施工成本、節(jié)省空間。《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中，明確了高層建筑物防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案，并規(guī)定了一些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的要求，具體內(nèi)容如下：

①建筑物采用自然排煙的結(jié)構(gòu)，其開(kāi)窗面積要滿足如下規(guī)定：1）消防電梯間前室和防煙樓梯間前室，可開(kāi)啟的外窗面積不得小于2m2，合用前室不得小于3m2；2）靠近外墻的防煙樓梯間，每五層可開(kāi)啟的外窗面積不得小于2m2；3）當(dāng)內(nèi)走道的長(zhǎng)度小于60m時(shí)，其可開(kāi)啟外窗的面積應(yīng)大于走道面積的2%；4）需排煙的房間，可開(kāi)啟的外窗面積需大于該房間面積的2%。

②建筑物內(nèi)設(shè)有機(jī)械式排煙的，排煙風(fēng)機(jī)的風(fēng)量要滿足如下規(guī)定：1）凈空高度大于6m的不劃防煙分區(qū)或有一個(gè)防煙分區(qū)排煙的房間，排煙風(fēng)機(jī)的風(fēng)量要按照大于60m3/（h·m2）；2）大于等于兩個(gè)防煙分區(qū)的排煙，排煙風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不應(yīng)小于120m3/（h·m2）；3）當(dāng)高層建筑物裙房的上部采用的是可開(kāi)啟外窗自然排煙時(shí)，其消防電梯的前室或合用前室、防煙樓梯及前室應(yīng)設(shè)置局部機(jī)械排煙設(shè)施，排煙風(fēng)機(jī)的風(fēng)量要按照大于60m3/（h·m2）。排煙風(fēng)機(jī)的排氣口要設(shè)置在靠近頂棚的墻壁或頂棚上。

③設(shè)置在頂棚上的排煙口，與周圍易燃或可燃物品的距離應(yīng)大于1m，排煙口要有自動(dòng)或手動(dòng)關(guān)閉的功能。排煙區(qū)內(nèi)的排煙口，距離最遠(yuǎn)點(diǎn)的水平距離應(yīng)≤30m。

④機(jī)械排煙系統(tǒng)可采用離心式或排煙軸流式風(fēng)機(jī)，并要保證在280℃的環(huán)境溫度下，能夠持續(xù)運(yùn)行30min。排煙系統(tǒng)的入口處排煙支管，要設(shè)置可自動(dòng)停機(jī)的排煙防火閥，排氣管的材料要采用不可燃材質(zhì)。

⑤在吊頂內(nèi)安裝的排煙管要采用不可燃材料，且與可燃物間的距離不應(yīng)小于150mm。地下室設(shè)置機(jī)械式排煙時(shí)，還要設(shè)置送風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)量應(yīng)大于排煙量的50%。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，高層建筑火災(zāi)隱患多、救火難度大，在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)是極其重要的環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞，對(duì)建筑物的使用安全和減少財(cái)產(chǎn)損失有著重要的影響。所以，設(shè)計(jì)人員要認(rèn)真學(xué)習(xí)并掌握防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論，滿足國(guó)家相關(guān)規(guī)范的要求，確保防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。

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