论高级体育馆空调防火与排烟系统设计.doc

一、设计导言 现代高级体育建筑，在国际体育运动、奥运会、亚运会、全运会世界名星赛的积极推动下，象雨后春笋般层出不穷，体育康乐城的迅速兴起，体育建筑世界大放异彩，体育建筑聚集人多，面积大，空间高，一旦发生火灾物体燃烧时将产生温度很高的有毒和可燃气体四处流串，引发瞬间爆燃，给疏散与扑救造成困难，以致中毒、窒息、伤亡、会造成很大的损失。因此，体育馆通风空调防火与防排烟的设计，是关系以生命与财产安全的重大问题，决不可掉以轻心。在体育建筑防火与排烟系统的设计中为了防止和减少火灾的危害，保障国家财产和人身安全，要求在体育建筑中加强防火排烟的设计是具有十分重要的现实经济意义的。 现在新的防火规范GB0045-95强制性国家标准自1995年月日11月1日起施行。因此如何认真贯彻执行好新高规，“以防为主，防消结合”这个设计精粹，把事故稳患消灭于未然，这就需要探讨研究，科学地寻找出一条具有体育建筑特色的，必须全面考虑防火安全，实现通风、空调系统自身安全及保证人员安全疏散与消防迅速扑救的防排烟系统。 二、高级体育建筑消防排烟的重要性 1、体育建筑火灾特性分析：现代化体育建筑，电气设备多，线路错综复杂，通风空调管道四通八达，都是造成火灾蔓延扩大的途径，无论是多功能体育馆、游泳馆、还是室内溜冰场或冰球馆，一旦发生火灾，在比赛大厅内，火焰中心垂直上升气流，就会以46m/s的速度向顶棚和屋架蔓延，这时馆内的各种竖井，如新风、排风、送、回风及水管道井，楼梯间和电梯井等都成为窜火的大烟囱。由于烟囱效应热压作用造成烟火迅速扩展，甚至通过伸缩缝迅速传播，当火源燃烧到6分钟时，火焰温度则会升到900以上，由于火灾燃烧与烘烤等作用下，使钢屋架强度降低，大空间内起火一般在15分钟左右钢屋架就会塌倒，此时大厅内烟雾弥蔓，火光熊熊，观众必然惊恐万状，一片混乱，急相逃难将会造成重大的伤亡事故和严重的经济损失。 2、引起火灾的原因分析：依据国内外高级体育建筑引起火灾的原因有：(1)大多数是由于电器设备及其线路年久失修，电器绝缘老化，长时间通电过热引起火灾;(2)日光灯线路连接不密实，形成接触不良，产生高热可燃烧着火酿成火灾;(3)电气线路接头铜铝线氧化，接触不良电阻过大，产生高热，使燃烧物引起火灾;(4)由于抛掷烟头点燃可燃物或垃圾引起火灾;(5)由于电气施工的明火点燃风管保温材料而造成火灾;(6)还有其他稳蔽的原因造成火灾事故。因大空间建筑物火灾扑救很困难，故造成的经济损失，是很巨大的。 3、体育建筑发生火灾造成损失的实例：(1)某市体育馆在1973年发生火灾，大火燃烧了5个多小时，使这座5000多座位的大型体育馆全部烧毁，损失千万元，损失惨重，后来只好重建;(2)某市体育馆相连中的附属房于1974年4月发生火灾，据分析是由于电线绝缘老化两线碰在一起引起短路火灾，发生在夜间，报警晚，消防队到达火场时，火焰已穿出屋顶以致使几百平方米的建筑全部烧毁，损失惨重;(3)英因布拉德福德市室外体育场主看台在1985年5月起火，当时正在进行足球比赛，场内有12000人观众，火灾是由于烟头点燃垃圾着火引起，出现明火1分钟后，火灾就达到主看台后面的屋顶，火焰猛烈延伸向下面的可燃物辐射热能，造成下面看台火焰迅速向水平方向发展，引起屋顶结构也随之燃烧，大火燃烧7个多小时，场内座位和看台全部烧毁。 被烟气烧死和薰死的观众达52人，受伤者有200多人，轰动英国，英首相为此发表电视讲话，应从中吸取严重的教训。从以上火灾实例，可见抓紧现代体育建筑的防排烟设计是多么的重要。 三、体育建筑通风、空调防火与排烟的技术措施 现代体育建筑的通风空调管道纵横交错，分布于各个部分，如若处理的不好，管网就会变成串火大烟囱，因此必须有可靠的防火安全技术措施来加以防患。 1、通风、空调机房、制冷机房及中央电脑管理控制室、消控中心等均应设有自动报警控测器，中央控制室还要有自动灭火装置; 2、空调风管、冷(热)水管采暖和设备等的保温材料均应用非燃材料; 3、风管及配件(如风口和阀门等)应用非燃材料制作，空调系统一般不许兼作火灾时的排烟系统，如确实必须兼用时，应设有安全可靠的自动切换阀门，对于一般排风系统可兼作火灾时的排烟系统，其风管，管道及设备均应满足排烟系统的要求; 4、通风、空调机方应为独立房间，用防火墙防火板与其他房间隔开，机房与邻近走廊或房间的门应为甲级防火门; 5、通风空调系统采用的风机或空调器采用非燃材料制品，塑料风机及玻璃钢空调器不应采用; 6、为抑制烟气流窜，火灾蔓延，通风空调系统的送风管、回风或新风管在穿越防火墙、防火楼板时应装设防火阀。同时风管不宜穿过防火墙和变形缝，若必须穿越时，应在穿越处设置防火阀，垂直总风管与每层水平交接处的水平管段上也应设置防火阀，与防火阀连接的风管在穿琥防火墙或防火楼板处应用2mm厚的钢板制作; 7、在空调器连接的送风与回风总管上的防火阀应设阀门关闭连锁信号，即防火调节阀关闭时可联动送风机和回风机停止运行;防火阀安装应设置单独吊支架，以防止风管变形时影响防火阀关闭的严密性，并在防火下设置450450mm检查孔; 8、消声器、消声弯头的保温材料也应为非燃材料，消声用材也应用非燃消声材料; 9、所有通风、空调及制冷设备的电源均应与体育建筑的自动报警灭火系统相联锁，一旦某位发生火警、通风、空调及制冷电器设备的电源应随之立即切断和停止运行。 四、正压送风量与排烟量简易快速优化计算方法 1.正压送风系统送风量的快速优化计算方法： 正压送风系统旨在于发生火灾后，保证体育建筑内有几条安全可靠的疏散通道，来完成人们的安全迅速撤离，并保证消防人员能安全迅速通过，尽快地扑灭火灾;保证楼梯间、电梯间、前室和合用前室与通道之间维持一定的正压值，使外部烟气不致侵入，保证每人有足够的新鲜空气及保持楼梯间内有较高的能见度和清晰的光线，确保火灾发生时有一条可靠的安全疏散通道。在国内外实际所采用的计算方法根据不完全统计有几十种，大体上可以归纳为压差法，门洞风速法，层均风量法和综合计算法等四种，而这其中要以压差法和门洞风速最为优化快速实用。 因此，中国建筑科学研究院防火部在研究测定：正压磅负系统峋风压值的实验研究时，就是以作者提出上述的两个方法，实验结果证实压差法比门洞风速法来得困难些，但压差法比门洞风速法更准确和符合实际些，现把压差计算法和门洞风速法介绍如下： (1)压差计算法：基本公式为： L=aF(2P/P)1/23600(m3/h)-(1) 式中：P-开门两侧的压差; a-开门的流量系数，一般a=0.60.7，通常取0.65; P-通过开门的气密度(取空气密度)，取空气20时为1.2(Kg/m3); F-开门流通面积(m2); 公式(1)，在用于整个建筑物各楼层门两侧压力差不变，通过门缝的总漏风量时，可简化为： L=0.827AP1/23600(m3/h)(2) 式中：A-各楼层前室或楼梯间门的缝隙流通面积总和(m2); P-前室两侧的压力差(Pa); 0.327-综合系数，为a(2/P)1/2的具体数值，相当于p=1.2(Kg/m3)。在计算送风量时，还要考虑风量储备系数，一般取1.21.1。 (2)门洞风速法：空气通过门洞的平均流速取值后，其计算通过门洞空气量的公式为： L=mFV3600(m3/h)(3) 式中：m-同时开门楼层楼; F-门洞开口的计算流通面积(m2); V-能过门洞的空气流平均速度(m/s)。 采用公式(3)来计算风量，方法简单方便，因为在发生火灾时，门总是要打开的，所以门洞风速法具有实际意义，因此，近来得到了广泛的应用。 高级体育建筑防烟楼梯间及其前室、合用前室和消防电梯间(含残疾人专用电梯)前室的机械加压送风量应由计算确定或按表1表3的规定确定： 表1防烟楼梯间的加压送风量系统负担层数前室不送风的加压送风量前室送风的加压送风量备注 20层2500030000m3/h防烟楼梯间合用前室 160002000m3/h1200016000m3/h 表2消防电梯的加压送风量系统负担层数加压送风量备注 20层1500020000m3/h 表3防烟楼梯间采用自然排烟，前室或合用前室不具备自然排烟的送风量系统负担层数前室或合用前室的加压送风量备注 20层2200027000m3/h 2.体育建筑比赛大厅内排烟量的简易计算法： 机械排烟是依靠消耗电力的排烟风机，将比赛大厅内的烟气从钢网架屋顶内抽出排至室外或从观众席上部抽出排至室外，机械排烟则是一旦发生火灾时，确保疏散时间和疏散通道安全的一种排烟方式，其排烟量的计算方法可按新高规关于中庭的规定来进行计算，即中庭体积17000m3/h时，其排烟量则按其体积的4次/h换气计算，但其最小排烟量不应小于102000m3/h。 3.体育建筑其他房间的排烟量计算： (1)凡有条件设置外窗，且可开启的外窗面积房间面积的1/5时，可考虑自然排烟的方式; (2)面积超过100m3，且经常有人停留或可燃物较多的无窗房间和地下室的房间，应考虑排烟设施，排烟量的确定为：担负一个防烟分区排烟或净高6.00米的不划防烟分区的房间时，应按不小于60m3/hm2进行计算(单台风机最小排烟量7200m3/h)。担负两个或两个以上防烟分区排烟时则应按最大防烟分区120m3/hm2计算。 (3)无直接采光和自然通风，且长度超过20米的内走廊或虽有直接采光和自然通风，但长度超过60米的内走廊，均应设计排烟设施。因为任何一个房间着火，烟气都会窜入走廊，而人员必须通过走廊才能疏散，据火灾现场的实测，人在浓烟中低头掩鼻最大通行的距离只能在2030米之内，所以体育建筑防火设计应考虑走廊的排烟问题。 五、体育建筑比赛大厅最佳排烟方式选择 现代体育建筑的防火排烟设施，除了设置自动报警自动喷洒灭火系统及消防诱导灯和安全出口标志外，采取有效的排烟措施是非常必要的。因此，建议国家公安部消防局组织有关部门对体育建筑的排烟方式进行实验研究，并为今后制定体育建筑设计防火规范创造条件。根据国内外资料及工程实际考察可知，比赛大厅的排烟方式大致可以分为自然排烟和机械排烟两大类排烟方式; 1、自然排烟方式：自然排烟是利用设在比赛大厅顶部的天窗(或排烟口)或侧墙上的高窗进行排烟的。其排烟机理是利用火灾时产生的高温、热压将烟气从开口直接排到室外去，这种自然排烟方式优点很多，不用电源不设风机，一次投资费用少，在没有电源时还兼作通风换气之用。 但是由于自然排烟效果是靠烟气的热压和浮力来保证的，如由于某种原因使烟气受到冷却失去浮力，则烟气也就完全失去排至室外的能力，所以自然排烟只能作为火灾时的一种辅助作用。由于影响自然排烟效果的因素很多，故我国高规对体育建筑比赛大厅的自然排烟面积未作具体规定。但是日本建筑法规第35条明确指出建筑面积500平方米的体育馆、滑冰馆、游泳馆、训练场等必须设置排烟设施; (1)日本国技馆，以比赛大厅的顶部最高处设防四周开孔的玻璃窗排烟口，每个排烟口的面积为0.7平方米，共42个，总排烟口面积为29.4平方米; (2)又如北京工人体育馆，在比赛大厅的最高部位，设有一周圈的排气窗，平时作为排除大厅上部的余热及大厅内污浊空气之用，火灾时起到自然排烟的作用; (3)上海体育馆在比赛大厅的中心顶部距地33.5米处设有气窗和可开启侧窗，火灾时可开启排烟，平时可根据需要进行自然排气或排除观众厅上部的烟雾以改善大厅中空气的新鲜度; (4)巴基斯坦体育馆，在大厅中央顶部设有8个筒型风帽，直径为1000mm。平时利用热压作用，将顶棚内的余热及废气排至室外，总排风量为4000m3/h，火灾时可作为排除烟气之用。 2、机械排烟方式：我国政府一直很重视体育建筑的防火的排烟技术，并在高规GB50045-95中规定体育建筑的耐火等级为一、二级。还规定了体育建筑与其他建筑物的防火间距。观众厅安全出口的数量不应少于2个，且每个安全出口的平均疏散人数不宜超过400700人。并要求设计室内消防给水及室内消火栓。此外，超过4000座位体育馆观众厅的吊顶上部、贵宾室、器材间、运动员休息室等都应设置闭式自动喷淋和火灾自动报警设施。还规定不具备自然排烟条件或净高超过12米中庭应设置机械排烟。必须设有消防专用电源及耐高温排烟风机，可采用离心风机或排烟轴流风机，并应在其机房入口处设有当烟气温度超过280时能自动关闭的排烟防火阀。排烟风机应保证在280时能连续工作30分钟。排烟风机的全压应按排烟系统最不利环路进行计算，其排烟量应增加漏风系数(一般取1.11.3)。 当采用机械集中排烟方式时，其排烟口、排烟风管及烟气排出口均应考虑耐高温问题，且烟气排出口要远离附近建筑物，以免在室外发生火灾蔓延。 3、排烟口应设在顶棚上或靠近顶棚的墙面上。设在顶棚上的排烟口，距可燃构件或可燃物的距离不应小于1.00米。排烟口平时应关闭，并应设有手动和自动开启装置。防烟分区内的排烟口距最远点的水平距离不应超过30米。在排烟支管上应设有当烟气温度超过280时，能自行关闭的排烟防火阀。 机械排烟系统中，当任一个排烟口或排烟阀开启时，其排烟风机应能自行启动。 例如：北京某某体育馆，观众人数5000多，比赛大厅采用机械排烟，在大厅的钢网架内，设置四套消防排烟系统，在网架下设有多个排烟口均匀布置，用水平风管与排烟风机相连接，从屋顶的侧墙外排至室外，平时作为大厅内通风换气之用，将室内的污浊空气抽起排至室外，使室内空气能保持新鲜，每个系统的排风量为1059m3/h，总排风量为：43800m3/h，火灾时可以排除网架内的烟气，在每套排烟风机入口处均装设烟气温度达280能自闭的防火调节阀。 六、正压送风排烟管道和系统材料的选用原则 (1)钢板的厚度可以按一般风管的要求选用，但要保证其强度及刚度不变形，不脱落、不漏、安装时要严密;(2)还要考虑耐火等级，可按管道断面选择，管径或距形大边在4501000mm，=1.5mm，其大边大于1000mm时，=2mm;(3)正压送风管道如置于非燃管道内，可不做保温，排烟管道若穿越防火分区，对穿越部分应用=25mm的非燃材料保温，穿越防火墙的管道应有特殊加固措施;对垂直管道井应每隔2层在楼板外用非燃材料做成防火分隔;(4)与防火阀连接的风管在穿越防火墙或防火楼板外应采用2mm厚的钢板制作;(5)特殊情况，若一定要用非金属非燃料时，应保证牢固，不易损坏，内壁光滑，绝对不漏气，管道断面可按风速v=1520m/s选择计算;(6)消防风管亦可用不燃型玻璃钢(板厚度=36mm)制作。 七、工程设计实例 1.福建省体育馆消防正压送风与排烟设计实例：这是一座直径92米，建筑面积为25104平方米园飞蝶型的多功能体育馆，其比赛大厅高34.8米，可容纳观众7500人座位，其楼梯间、残疾人电梯间及前室，设置机械加压正压送风系统5个，每个系统选取用超低噪音CDT35-11型No5.6C，送风量t=15400m3/h一台，H=213Pa轴流风机一台，以维持楼梯间正压值50Pa前室正压值25Pa通廊正压值8Pa。 比赛大厅采用机械排烟系统，在大厅上空30.8米处桁架内设置机械排烟系统8个，选用高温消防排烟风机GYF-X-6ZS消声型No6，8台均匀分布在桁架内，总排烟量为116000m3/h102000m3./h(高规规定)。在顶棚下均匀布置设有多个常闭排烟口，由消防中心控制，一旦发生火灾，由烟感器通知消防中心，指令排烟口和排烟风机启动，风机在280时能连续运转30分钟，系统设有超过280时能自闭排烟防火阀，在高温排烟风机的出口处装有止回阀，防止气流倒灌。 2.美国底特律展览中心体育大厅，可容纳固定座位10000座，临时座位3200个，采用机械排烟方式，在比赛大厅顶棚上部，设置排烟口和离心排烟风机，经排烟管从屋顶上的侧墙把烟排至室外，平时兼作排气用。 3.福建省体育中心训练馆的训练