李晉芝

（太原理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司，山西 太原 030024）

0 引言

現(xiàn)代社會對于建筑工程的各個層面均提出了更新的要求，暖通空調(diào)也成為人們生活中的重要組成部分。暖通空調(diào)中最關(guān)鍵的部分是防排煙系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在建筑發(fā)生火災(zāi)事故時，第一時間輔助救援行動，為消防工作爭取更多的時間。但部分建筑單位或設(shè)計人員沒有對防排煙設(shè)計工作引起重視，導(dǎo)致在設(shè)計工作中出現(xiàn)了較多問題，為了解決這些問題，發(fā)揮出暖通空調(diào)自身的能效，需要設(shè)計人員深入研究防排煙設(shè)計，使建筑的消防安全性能有所提升。

1 建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的排煙模式

1.1 煙囪效應(yīng)排煙

如果建筑內(nèi)部發(fā)生了火災(zāi)，其室內(nèi)溫度會逐漸上升，使得室內(nèi)外構(gòu)成了溫度差，當(dāng)這一溫度差到達(dá)一定數(shù)值后，便會對煙霧產(chǎn)生一種動力，這種動力排煙模式即為煙囪效應(yīng)，在國外也叫“煙塔排煙”。在建筑暖通空調(diào)防排煙設(shè)計中，可采用煙囪效應(yīng)排煙模式，通過在豎井產(chǎn)生的風(fēng)力開展排煙工作。這種模式的優(yōu)勢在于受室外氣候影響較小，外部環(huán)境因素對其產(chǎn)生的干擾也相對較低，設(shè)備簡單且投入成本少，無須使用其他動力設(shè)備，在我國現(xiàn)階段的建筑中應(yīng)用廣泛。但其缺點是占地面積較大，而過大的占地面積必然會導(dǎo)致土地資源的浪費(fèi)，對于建筑開發(fā)商來講成本過高。圖1為煙囪效應(yīng)排煙原理。

圖1 煙囪效應(yīng)排煙原理

1.2 機(jī)械設(shè)備排煙

機(jī)械設(shè)備排煙即使用排煙風(fēng)機(jī)一類的機(jī)械設(shè)備，對建筑室內(nèi)的煙霧進(jìn)行排放，將室外的新鮮空氣引入至室內(nèi)環(huán)境中。空氣是一種助燃物，若在建筑火災(zāi)現(xiàn)場中，采用這一排煙模式之時容易造成火勢的加大，需要在運(yùn)用該模式的情況下科學(xué)選擇地點。此模式的優(yōu)勢在于可控程度高、效果明顯、穩(wěn)定性強(qiáng)，與煙囪效應(yīng)排煙模式相比，該模式可確保排煙區(qū)域的安全系數(shù)。但其缺點在于設(shè)計中要同時安裝排風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)，兩種設(shè)備都價格昂貴、耗電量多，有時還會因為火災(zāi)現(xiàn)場的高溫灼燒等原因，使得對機(jī)械設(shè)備的電力供應(yīng)受到負(fù)面影響，降低了設(shè)備排煙的效率和質(zhì)量。無論選擇何種排煙方式，都要依照建筑實際情況來決定，必須以保證人們的生命財產(chǎn)安全為核心標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2 影響建筑排煙的煙霧流動因素

建筑中若發(fā)生了火災(zāi)，便要立刻啟動排煙系統(tǒng)，保證建筑內(nèi)所有人員擁有充足的撤離時間，但當(dāng)前仍然具有較多因素，會對暖通空調(diào)的排煙效果產(chǎn)生不良影響?；馂?zāi)事故發(fā)生后，現(xiàn)場會產(chǎn)生較多有毒氣體，其會隨著氣流通向建筑內(nèi)的每個角落，阻礙了人員的迅速撤離。火災(zāi)現(xiàn)場的溫度較高，會讓現(xiàn)場同室外出現(xiàn)溫度差，導(dǎo)致室內(nèi)外的壓力不均衡，產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，這一效應(yīng)也是導(dǎo)致火災(zāi)現(xiàn)場煙霧彌漫的重要原因之一?；馂?zāi)現(xiàn)場中，風(fēng)力、風(fēng)速等環(huán)境因素，會讓煙霧的蔓延速度難以得到控制和把握，若不能在短時間內(nèi)處理，便會為現(xiàn)場救援工作的有序開展造成阻礙，也容易擴(kuò)大火災(zāi)的影響或發(fā)生爆炸事故等，威脅建筑與內(nèi)部人員的安全[2]。表1為煙霧體積變化和流動速度與火災(zāi)現(xiàn)場溫度的關(guān)系。

表1 煙霧體積變化和流動速度與火災(zāi)現(xiàn)場溫度的關(guān)系

3 建筑暖通空調(diào)防排煙設(shè)計中存在的問題

3.1 排煙窗口的設(shè)計不科學(xué)

我國在建筑設(shè)計規(guī)范中，在排煙窗口的設(shè)計上提出了更高的要求，設(shè)計人員應(yīng)主要將其設(shè)置于建筑上方，也要將開啟裝置合理布局，便于在火災(zāi)發(fā)生時讓煙霧可朝著上方傳播，有利于于高效排出建筑上方的煙霧。但部分建筑未能在設(shè)計排煙窗口時，使其安排在建筑上方，容易造成人們快速疏散而忘記開啟裝置，難以真正發(fā)揮出其應(yīng)有的價值。雖然一些建筑中的排煙系統(tǒng)和火警報警系統(tǒng)得到了整合，可實現(xiàn)在火災(zāi)發(fā)生后自動開啟排煙窗口，但這一系統(tǒng)價格昂貴，使其無法在建筑中得到廣泛應(yīng)用。部分設(shè)計人員缺少對建筑所在區(qū)域排煙裝置的了解，沒有按照標(biāo)準(zhǔn)流程、考慮實際施工中會存在的問題等，以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理設(shè)計，而單純以成本、美觀度等開展設(shè)計工作，或直接使用其他形式的天窗代替規(guī)范的自然排煙外窗等[3]。

3.2 送風(fēng)口的設(shè)計不標(biāo)準(zhǔn)

在送風(fēng)口設(shè)計上，我國較多建筑會使用豎向送風(fēng)的機(jī)械排煙管道，搭配利用統(tǒng)一規(guī)格的百葉窗開口送風(fēng)。但由于部分建筑單位沒有缺少對送風(fēng)口管道內(nèi)壁處理的管控，容易造成管道內(nèi)部的不平整，有一些建筑單位尚未派遣專業(yè)人員定期對管道開展保養(yǎng)與維護(hù)工作，也會使其內(nèi)壁出現(xiàn)腐蝕。設(shè)計人員在設(shè)計管道時若不夠合理，則會造成管道內(nèi)部彎路較多、長度過長等問題，會對送風(fēng)口的工作效果帶來不利影響。

3.3 防火閥的設(shè)計不合理

當(dāng)建筑發(fā)生火災(zāi)之時，耐火性良好的防火閥可將明火阻攔在一定范圍之外，可為消防工作的運(yùn)行提供便捷。如果防火閥設(shè)計不合理，便會使其功能無法得到高效發(fā)揮，其中較為常見的問題是風(fēng)機(jī)管道在防火隔離區(qū)域內(nèi)，未能參考規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)安裝規(guī)定數(shù)量的防火閥。由于防火閥的配置較為靈活，設(shè)計人員應(yīng)依照具體情況開展工作，在排風(fēng)機(jī)入口處也要設(shè)計防火閥，以獲得更好的排煙成效。而在送風(fēng)管、補(bǔ)風(fēng)管、加壓排煙管等通過防火隔離區(qū)域的位置上也應(yīng)該安裝防火閥。

3.4 與其他專業(yè)的協(xié)調(diào)配合不足

暖通空調(diào)中的防排煙部分是建筑中的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其設(shè)計工作并非單獨(dú)展開，通常需要設(shè)計人員與其他專業(yè)協(xié)同合作，涵蓋了土木、工藝技術(shù)、電氣、結(jié)構(gòu)等，各個專業(yè)之間具有相互支撐的關(guān)系，用以獲得理想的設(shè)計效果。但部分設(shè)計人員對專業(yè)配合的認(rèn)識存在不足，使得最終的設(shè)計成效未能達(dá)到理想狀態(tài)。例如，在設(shè)計中出現(xiàn)了其他專業(yè)方案或圖紙的變化，而暖通空調(diào)防排煙設(shè)計卻未能加以調(diào)整，設(shè)計人員在調(diào)整前未能了解其他專業(yè)的設(shè)計意圖，便會存在設(shè)計調(diào)整不科學(xué)的問題。在設(shè)計工作中還會存在多個項目交叉的現(xiàn)象，若沒有對每次調(diào)整都做出正確判斷，待到方案定型后才發(fā)現(xiàn)存在的問題，此時再開展調(diào)整工作會給其他專業(yè)帶來影響。

4 建筑暖通空調(diào)防排煙設(shè)計的優(yōu)化策略

4.1 完善自然排煙窗口的設(shè)計

在建筑暖通空調(diào)防排煙設(shè)計中，最科學(xué)的一種排煙方式便是自然排煙，需要設(shè)計人員明確建筑的結(jié)構(gòu)、布局、風(fēng)口等因素，為設(shè)計工作的開展夯實基礎(chǔ)。要求設(shè)計人員認(rèn)識到自然排煙的重要性，在具體開展設(shè)計工作中充分利用自然排煙方式，結(jié)合具體的外窗類型，計算出開啟角度、確定開啟形式等，使外窗可開啟有效面積符合規(guī)范要求。還應(yīng)當(dāng)采取有效措施，對自然排煙窗口的設(shè)計加以完善，保證整體防排煙質(zhì)量得到顯著提升。如果使用自然通風(fēng)式的避難間，則必須設(shè)置不同朝向的可開啟外窗，其有效面積應(yīng)超過地面面積的2%，每個朝向的面積控制在至少2m2，不可存在固定窗或內(nèi)窗。

4.2 提高送風(fēng)口設(shè)計的規(guī)范性

我國較多建筑使用固定百葉窗式的常開風(fēng)口，作為主要的機(jī)械排煙系統(tǒng)送風(fēng)口，但不同的建筑在送風(fēng)口的設(shè)計方面具有差異性要求，若設(shè)計人員未能把握這些差異點，便會使送風(fēng)口存在風(fēng)速不等、風(fēng)量不均等現(xiàn)象。部分設(shè)計人員將送風(fēng)口和送風(fēng)機(jī)間的距離安排較遠(yuǎn)，容易造成整體的送風(fēng)量較低，也會對防排煙的成效產(chǎn)生影響。要求建筑單位應(yīng)參考建筑的具體情況，將其內(nèi)部區(qū)域劃分為多個防排煙模塊，指定專業(yè)工作人員精準(zhǔn)測量每個防排煙模塊的實際面積，用以確定和規(guī)劃送風(fēng)口的安裝位置。在完成這些工序后，還需要對送風(fēng)口的設(shè)計進(jìn)行實驗，期間對計算結(jié)果進(jìn)行記錄，成為設(shè)計人員調(diào)整送風(fēng)口大小、位置的重要依據(jù)，有助于提高送風(fēng)口設(shè)計的規(guī)范性，也使得機(jī)械送風(fēng)系統(tǒng)的防排煙能效有所發(fā)揮[4]。

4.3 關(guān)注對防排煙防火閥的設(shè)計

作為防排煙系統(tǒng)中的重要組成部分，防火閥主要起到了開關(guān)、調(diào)節(jié)的作用，能夠?qū)⒒馂?zāi)區(qū)域的通風(fēng)系統(tǒng)空氣流動通路關(guān)閉，可安裝在暖通空調(diào)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)中，但由于施工條件、環(huán)境因素的影響，容易造成防火閥設(shè)計的不科學(xué)，致使防火閥不利于安裝或在投用后出現(xiàn)使用不便的問題。為此，設(shè)計人員應(yīng)關(guān)注對防排煙防火閥的設(shè)計，在容易存在火災(zāi)隱患的房間，以及危險程度較高的樓板、隔離墻位置，都要設(shè)計出符合安裝條件的防火閥。在水平、垂直方向的風(fēng)管方面，在其交接位置也要為其安排防火用的消防管道空間。在空氣調(diào)節(jié)設(shè)備隔離樓板、穿越防火分區(qū)兩側(cè)、變形縫等位置上，也要科學(xué)設(shè)計防火閥。當(dāng)防火閥投用后，設(shè)計人員應(yīng)在排煙風(fēng)機(jī)的機(jī)房位置，設(shè)置專用的排煙直管和防火閥，在穿越防火墻上方也要設(shè)計防火閥，有利于提高建筑的安全等級[5]。

4.4 使用信息技術(shù)重視與其他專業(yè)的配合

為解決暖通空調(diào)防排煙設(shè)計同其他專業(yè)配合的問題，設(shè)計人員可采用信息技術(shù)輔助專業(yè)間的協(xié)調(diào)工作，如采用建筑信息模型技術(shù)（building information modeling,BIM），其是一種三維工程建模軟件，圍繞建筑各項實際信息數(shù)據(jù)，可對建筑工程內(nèi)的諸多子項目進(jìn)行仿真模擬。BIM軟件可在具體開展設(shè)計工作時，利用計算機(jī)對設(shè)計方案展開立體式模擬，檢查設(shè)計方案中可能會存在的問題，突破了時空局限，便于設(shè)計人員隨時隨地利用各種類型客戶端中的看圖軟件查看模擬結(jié)果，再對其中存在的問題進(jìn)行記錄后，使用計算機(jī)端中的BIM軟件及時調(diào)整設(shè)計方案，可規(guī)避各種交叉的發(fā)生。在使用BIM軟件之時，能夠達(dá)成設(shè)計方案的科學(xué)優(yōu)化，通過協(xié)調(diào)多方確定解決問題的措施，使設(shè)計的合理性有所提高。此時需要設(shè)計人員全面收集建筑相關(guān)信息，以此為主要參考依據(jù)建立建筑整體的三維模型，以可視化的方式顯示出建筑內(nèi)的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，再建立暖通空調(diào)防排煙系統(tǒng)的三維模型，使其與其他專業(yè)模型互通后，便能達(dá)到多專業(yè)共同設(shè)計的目的。任何一個專業(yè)發(fā)生若干項變化后，防排煙系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息和三維模型也會自動做出調(diào)整，立即將調(diào)整后的結(jié)果反饋給設(shè)計人員，從根本上解決了以往專業(yè)協(xié)調(diào)不佳的問題。

4.5 科學(xué)設(shè)計防排煙風(fēng)機(jī)

防排煙風(fēng)機(jī)的作用在于消除消防管道內(nèi)產(chǎn)生的煙霧，確保疏散通道內(nèi)的空氣質(zhì)量，通常由不可燃材料制作而成，常用的防排煙風(fēng)機(jī)有離心式、軸流式兩種。經(jīng)由風(fēng)機(jī)對煙霧的排除，可減少建筑內(nèi)的熱量，或把熱量傳導(dǎo)至不會發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域內(nèi)，降低了煙霧對人體健康產(chǎn)生的威脅。任何類型的防排煙風(fēng)機(jī)在設(shè)計中，都要確保其在輸送介質(zhì)在小于85℃的情況下?lián)碛?0年的壽命，且在煙霧溫度為280℃的環(huán)境中，可連續(xù)工作至少0.5h。設(shè)計人員也要考慮到門窗的因素，其也能加快煙霧的排放速度。若建筑屬于高層建筑，設(shè)計人員便要將煤氣、電網(wǎng)等管線也加以考慮，了解建筑內(nèi)的管線分布情況，預(yù)先設(shè)計好加壓式送風(fēng)機(jī)。若排煙的凈空高度超過了9m，則會導(dǎo)致無法劃分出排煙區(qū)域，則要適當(dāng)擴(kuò)大排煙工作的范圍。高層建筑通常會安裝天窗，若在計算中加入了天窗的排煙量，可提高排煙速度計算。防排煙風(fēng)機(jī)需要滿足系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)壓的要求，應(yīng)將其盡量安排在風(fēng)機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域。如果建筑位于高原地區(qū)，由于海拔高度大、氣壓低且密度小的緣故，在防排煙風(fēng)機(jī)設(shè)計過程中，便要考慮到當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ挠绊?，在質(zhì)量、流量、阻力相同的情況下，高原地區(qū)的風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓都要高于平原地區(qū)。在具體施工過程中，設(shè)計人員應(yīng)配合施工人員計算出排煙量，科學(xué)運(yùn)用門窗等裝置，以此確定出最適宜的排煙方式。

5 結(jié)語

綜上所述，建筑中的暖通空調(diào)防排煙設(shè)計，與建筑的消防性能和用戶的使用體驗密切相關(guān)。因此，設(shè)計人員應(yīng)牢牢把握各項設(shè)計要點，根據(jù)具體設(shè)計工作中存在的問題，結(jié)合實際制定出更具針對性的處理方案，將先進(jìn)的設(shè)計理念和方法應(yīng)用到各個設(shè)計環(huán)節(jié)中，才能提升暖通空調(diào)防排煙系統(tǒng)的有效性，使系統(tǒng)可以在火災(zāi)事故發(fā)生時正常運(yùn)行，最大限度上保障建筑和人員的安全。