火灾烟气控制课程设计.doc

中国矿业大学安全工程院课程设计姓名班级 学号 日期 成绩 教师某高层酒店建筑排烟系统设计1.设计的依据与原则1.1建筑工程设计的有关主要文件该大型商场的设计图纸、设计说明。1.2主要设计原则1.2.1.设置机械排烟的部位： a)设置排烟设施的场所当不具备自然排烟条件时，应设置机械排烟设施。 b)除利用窗井等开窗进行自然排烟的房间外，总面积超过200m2的房间1.2.2. 需设置机械排烟设施且室内净高小于等于6.0m的场所应划分防烟分区；每个防烟分区的建筑面积不宜超过500m2，防烟分区不应跨越防火分区。1.2.3.防烟分区宜采用隔墙、顶棚下凸出不小于500mm的结构梁以及顶棚或吊顶下凸出不小于500mm的不燃烧体等进行分隔。1.2.4. 机械排烟系统的设置应符合下列规定：1 横向宜按防火分区设置；2 竖向穿越防火分区时，垂直排烟管道宜设置在管井内；1.2.5.担负一个防烟分区排烟或净空高度大于6.00m的不划防烟分区的房间时，应按每平方米面积不小于60m / h计算（单台风机最小排烟量不应小于7200m / h）。1.2.6.负担两个或两个以上防烟分区排烟时，应按最大防烟分区面积每平方米不小于 120m /h计算。1.2.7.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1.00m。排烟口平时应关闭，并应设有手动和自动开启装置。1 .2.8.防烟分区内的排烟口距最远点的水平距离不应超过30m。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。1.2.9.机械排烟系统中，当任一排烟口或排烟阀开启时，排烟风机应能自行启动。1.2.10.排烟管道必须采用不燃材料制作。安装在吊顶内的排烟管道，其隔热层应采用不燃烧材料制作，并应与可燃物保持不小于150mm的距离。1.2.11.排烟风机的全压应按排烟系统最不利环管道进行计算，其排烟量应增加漏风系数。1.2.12.公共建筑中经常有人停留或可燃物较多，且建筑面积大于300m2的地上房间；长度大于20.0m的内走道；1.2.13. 其它建筑中长度大于40.0m的疏散走道。1.3.设计主要依据规范1.3.1.采暖通风与空气调节设计规范GB50019-20031.3.2.全国民用建筑设计技术措施暖通空调-动力（2003年版）1.3.3.通风与空调工程施工质量验收规范GB50243-20021.3.4.建筑防火规范（2001年版）GBJ16-871.3.8.高层民用建筑防火规范GB500452.建筑工程基本概况该建筑是17层高层酒店，高66.9米，占地面积31242。省略，31排烟方式的选择及排烟部位确定(1)自然排烟的要求1)不应采取自然排烟设施的部位建筑高度超过50m的一类公共建筑的防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室以及两者合用前室不采用开启的外窗自然排烟；上述建筑高度超过100米时不应采用可开启外窗的自然排烟设施。净空高度超过12m的室内中庭。长度超过60m的内走道。2)自然排烟的设计条件根据高层民用建筑设计防火规范(GB50045-95)的规定，采用自然排烟方式的部位，应满足下列条件：（一）防烟楼梯间及其前室，消防电梯前室及其两者合用前室利用可开启外窗进行自然排烟时，上述部位可开启外窗的面积应符合下列规定：防烟楼梯间每五层内平均可开启外窗面积不小于2m2；防烟楼梯间前室、消防电梯前室游可开启外窗面积不小于2m2，合用前室不小于3m2。（二）当防烟楼梯间前室和合用前室利用阳台、凹廊或有两个不同朝向的可开启外窗面积前室不少于2m2，合用前室不小于3m2时，该楼梯间可不再设防烟、排烟措施。（三）需要排烟的房间、内走道有可开启外窗面积不小于该房间、走道地面面积的2%；（四）室内中庭有可开启的天窗或高侧窗，且面积不小于地面面积的5%。(2)机械排烟的要求根据高层民用建筑设计防火规范(GB50045-95)的规定，对一类建筑和高度超过32m的二类建筑的下列部位应设置机械排烟设施：1)无直接自然通风，且长度超过20m的内走道或虽有自然通风，但长度超过60m的内走道；2)面积超过100m2，且经常有人停留或可燃物较多的地上无窗房间或设固定窗的房间；3)不具备自然排烟条件或净空高度超过12m的中庭；4)除利用窗井等开窗进行自然排烟的房间外，各房间总面积超过200m2或一个房间面积超过50m2，且经常有人停留或可燃物较多的地下室。(3)排烟方式的选择目前，在我国的民用建筑中，对属于一、二类高层民用建筑的公共建筑，如高级旅馆、宾馆、广播大楼、电视大楼、图书馆、档案馆、医院、办公楼及教学科研楼等等，其内部房间的防排烟设计应按下列要求进行。1)在房间设有外窗进行自然采光和通风的情况下，在发生火灾时不论外窗面积多少均可以利用其实现自然排烟。2)在房间无窗或设有固定窗扇的情况下，若房间面积小于100m2或虽超过100m2但经常无人停留或可燃物较少时，着火后生成的烟气不至于造成多大危害的，可以不考虑排烟设施。3)在房间无窗或设有固定窗扇的情况下，若房间面积超过100m2且经常有人停留或可燃物较多时，由于房间面积较大，其内总的可燃物较多，一旦发生火灾，烟气生成量较多，造成的危害大，应考虑适当的排烟设施。如前所述，利用外窗进行自然排烟，其排烟效果受到室外风的风向和速度影响很大，且根据以上规定，结合金鹰国际的实际情况，只在符合条件的楼梯间采用自然排烟。其余都采用机械排烟的排烟方式。3.2.1排烟分区的划分划分防烟分区的目的是为了在火灾初期阶段将烟气控制在一定范围内，一边有组织地将烟气排出室外，使人们在避难之前所在空间的烟气层高度和烟气浓度在安全允许值之内。根据高层民用建筑设计防火规范GB5004-95的规定，每个排烟分区的面积一般不超过500，而且，排烟分区不应跨越防火分区。筑多采用垂直排烟道(竖井)排烟，一般是在每个防烟分区设一个排烟竖井。从实际排烟效果来看，防烟分区面积划分得小一些，排烟效果也会好一些，安全性也会提高；然而，在某些高层建筑中经常会有大面积、大空间房间，往往不易实现。防烟分区过小，使排烟竖井数量增多，占用较大的空间，提高造价；而防烟分区面积过大，使高温烟气及其范围加大，会使受灾面积增加，不利于安全疏散和扑救。划分防烟分区，应注意以下问题：(1)疏散楼梯间及其前室和消防电梯间及其前室作为疏散和救援的主要通道，应单独划分防烟分区，并设独立的防排烟设施，这对保证安全疏散，防止烟气扩散和火灾垂直蔓延以及迅速扑救都是非常重要的。(2)对于一些重要的、大型综合性高层建筑，尤其是超高层建筑，为保证建筑物内的所有人员在发生火灾时能安全疏散脱险，需要设置专门的避难层和避难间。这种避难层或避难间不论面积多大，都应单独划分为防烟分区，并设独立的防排烟设施。(3)净高大于6m的房间，一般说来是使用面积较大的房间，如会议厅，观众厅等。这些大空间的房间发生火灾时，一般不会在短时间内达到危及人员生命危险的烟层高度和烟气浓度，故可以不设防烟分区。(4)不设排烟设施的房间(包括地下室)不划防烟分区。(5)走道和房间(包括地下室)按规定都设置排烟设施时，可根据具体情况分设或合设排烟设施，并据此划分防烟分区。(6)一座建筑物的某几层需设排烟设施，且采用垂直排烟道(竖井)排烟时，其余各层(按规定不需要设排烟设施的楼层)，如增加投资不多，可考虑扩大设置范围，也宜划分防烟分区。(7)如果防烟分区跨越了防火分区，则形成防火分区的防火门，防火卷帘，防火阀门因具有一定的隔烟性能，且这些设施还必须与火灾自动报警系统以及防灾控制中心连锁，使得跨越防火分区的某一部分空间的排烟发生困难。因此，为了有效排烟，简化设备，防烟分区不应跨越防火分区。在防火分区内划分防烟分区以控制烟气流动及蔓延。设置排烟设施的走道，净高不超过6.00m的房间，应采用挡烟垂壁、墙壁或从顶棚下突出不小于0.5m的梁划分防烟分区。表3.1 首层防烟分区面积排烟分区面积149823543138本栋建筑物标准层共划分为18个防烟分区，其中防火分区二共有九个防烟分区，防火分区五共有六个防烟分区，中庭及两个自助扶梯单独作为防烟分区。其防烟分区划分如图3.3所示，具体面积如表3.1所示。 3.1排烟分区图2.2排烟口的布置及尺寸的要求1)排烟口的设置高度当顶棚高度大于或者等于3m时，排烟口可以设在地面起2.1m以上，或者楼层高度的1/2以上。2)排烟口在平面的布置排烟口应尽量设置在防烟分区的中心位置，排烟口至防烟分区最远点的水平距离超过30m，并且，在排烟口1m范围内不得有可燃材料，下图所示所示。排烟口隔墙30m30m30m30m30m排烟口图3.2排烟口在平面上的位置3)疏散方向与排烟口的位置排烟口的位置应使排烟烟流方向与人流疏散方向相反，如在走廊里，尽量使烟气远离安全要求更高的前室和楼梯间。(3)排烟口的形状为了防止烟气向下流动，在走廊和门洞上部设置排烟口，采用长条缝形的排烟口效果最好。走廊排烟试验表明，尽管排烟口面积相同，但是排烟口与走廊宽度相同的长条缝排烟口比方形排烟口效果要好，排烟量大，方形排烟口只对其宽度范围内的烟流有效，对其周围的烟气的抽吸效果较差。(4)排烟口的启动装置排烟口的启动装置应为手动开启装置，或设置与感烟探测器联动的自动开启装置，设有消防控制中心的建筑物，还应设置由消防控制中心控制的遥控装置，手动开启装置宜设置在墙上，距地面高度为0.81.5m处。(5)排烟口的尺寸排烟口的尺寸可以根据烟气通过排烟口的有效断面时的风速不大于10m/s进行计算，排烟速度越高，排出气体中空气比例越大，排烟口的最小面积一般不小于0.04m2，并用下面的公式确定面积：(3.1)式中v排烟口速度，一般取10m/s；Fi排烟口截面积m2。(6)注意事项：1)利用挡烟垂壁划分防烟分区时，在每个防烟分区都应该设置排烟口。2)为防止顶部排烟口的烟气外溢，可以在排烟口的一侧的上部设置防烟幕墙。3)同一防烟分区设置数个排烟口时，要求做到所有排烟口能同时开启，排烟量等于各排烟口排烟量的总和。4)自然排烟口的面积，一般可取地板面积的1/50。排烟口应该设置在距顶棚800mm以内。因此不管窗的高度有多高，起排烟作用的有效高度是顶棚以下的800mm。3.3.1排烟量的计算考虑自然排烟的影响，本栋建筑物各排烟系统的防烟分区面积以二层最大，且作为标准层来计算排烟量。但在计算管路阻力时则以一层为例。二层防烟分区划分，及管道布置如图3.9所示，共划分为十个排烟系统。其中三个分别为中庭、两个自助扶梯的排烟设施。单个防烟分区的排烟量用下式计算 m3/h (3.2)式中：Qi为第i个防烟分区的排烟量；Fi为第i个防烟分区的面积单个防烟分区的排烟口总面积计算公式： m2 (3.3式中：Fpi为单个防烟分区的排烟口总面积m2；Wi为排烟口的风速，取10m/s。根据式3.2和式3.3计算排烟量及单个防烟分区排烟口总面积如表3.2所示。表3.2排烟量及排烟口面积排烟系统防烟分区排烟量m3/h排烟口总面积m2排烟系统11298800.83排烟系统22212400.59382800.233.3.2排烟系统管路选型设计1)管道的结构型式、材质确定管道的结构型式主要指管道的形状，常见的管道形状按其横断面形状有圆形、正方形、矩形三种，少数场合还采用环形或框型管道。在本建筑物中主要采用矩形，少数情况采用正方形。通风排烟管道可由很多材质制作，有钢制、硬聚氯乙稀塑料制、砖砌、水泥混凝土制等等。这些刚性材料制作的是固定式或刚性的管道。对于防排烟系统中的排烟管道，不易采用耐火性能差的塑料来制作。薄钢板是制作排烟送风系统管道的常用材料，分为普通薄钢板和镀锌薄钢板两种。采用薄钢板制作管道时，容易加工，安装方便，布置灵活，能承受较高的温度，尤其是镀锌薄钢板还具有一定的防腐性能。因此在本建筑物中管道采用镀锌薄钢板。2)管道的布置及支吊管道的布置就其形式而言，有串列式和并列式两种，并列式又分为分配并列式和汇集并列式两种，对于一个较为复杂的烟风系统，其管道的布置往往是串列和并列复合的布置形式。管道的布置就其管段的位置而言，有水平、垂直和倾斜布置三种。这些串列的或并列的各种位置的不同尺寸的直管段通过各种变方向、变截面、变流股等管道附件和门等连接起来就组成一个完整的管路系统。刚性管道水平段的安装固定方法通常有支承和吊挂两种支架和吊架可用角钢制作，对于矩形管道，当采用单吊挂方式时，为使吊挂稳定，在矩形管道底边不超过500mm的情况下可采用单吊挂，而在矩形底边超过500mm时则必须采用双吊挂。3)管道的防火防烟措施防火措施防排烟系统中排烟管道的敷设应采取如下防火设施：(1)排烟管道敷设在屋架、顶棚、楼板内的部分，应用绝热的非燃烧材料覆盖。(2)排烟管道不宜穿越防火墙和非燃烧体的楼板等防火分隔物，如必须穿越时，则应采取相应的防火措施，如设置防火阀、穿越段两侧2米长度内用非燃绝热材料覆盖，穿越处空隙用非燃材料填塞严密等。防烟措施在穿越建筑物防火防烟分区的烟风管道或其他设备配管与建筑物围扩结构之间密封不严时，应采取加密封材料，以保证不引起漏烟。3.3.3排烟系统各参数尺寸、阻力计算1)排烟口尺寸计算每一排烟系统(中庭、自助扶梯除外)负担不止一个防烟分区，其系统风量按式3.4计算：m3/h (3.4)式中Q为风机风量m3/h；F为单个系统负担的最大防烟分区的面积m2。单个排烟口的排烟量是按每平方米每小时排烟量60立方米计算。根据式3.4计算排烟口尺寸如表3.2所示表3.3排烟口风速及尺寸排烟系统防烟分区排烟口个数排烟口的速度(m/s)尺寸mmmm排烟系统1118.61600*600排烟系统2219.81000*600317.7500*6002)竖井管道尺寸确定排烟竖井中风速取15m/s，因此计算竖井面积可采用下式 m2 (3.5)式中：Q为其所负担的排烟量；V为竖井中风速取15m/s。对于排烟竖井其所负担的防烟分区数量，大于等于两个时按其所负担的最大防烟分区每平方米每小时排烟量120立方米计算，因此竖井管道的尺寸如表34 表3.4竖井截面积及尺寸排烟系统竖井计算管道面积(m2)竖井管道尺寸(mmmm)排烟系统10.54100*600排烟系统20.79100*8003)排烟管道阻力及选型计算本建筑物分别采用了金属管和混凝土管道作为排烟管道，统一取V=15m/s，以排烟系统1为例，其立面图、平面图如图3.11所示，取最不利管路进行计算。其中：计算矩形管道比摩阻采用的是式(3.7)或式(3.8)。 (3.6) (3.7)式中：V，Q分别为管道中的流速与流量，a，b为管道的边长。A处排烟口排烟量为29880m3/h计算AC管段截面积为Fac=29880/（3600*15）=0.55m2B处排烟口的排烟量为8280m3/h计算BC管段截面积为Fbc=8280/（3600*15）=0.15m2C到风井的流量由于此段管道负担两个分区，因此其流量为59760 m3/h在竖井管道中的流量则为整个排烟系统的最大排烟量即为59760m3/hC到风井及竖井管道截面积为F=59760/（3600*15）=1.1m2图3.11 排烟管路平面及立面图所以：AC段管段尺寸：1000*600mmmmV=29880/（3600*0.06）=13.8m/s BC段管段尺寸：500400mmmmV=8280/(3600*0.2)=11.5m/s C到风井的管段尺寸：1000800mmmm竖井管道尺寸：1000800 mmmmV=29880*2/(3600*08)=20m/s1)计算各管段的沿程阻力根据式(3.7)计算AC处比摩阻R=1.2Pa/m又因AC的管段长度=26.3m所以AC处的沿程阻力=1.2*26.3=31.56Pa根据式3.8计算BC处比摩阻R =4.1Pa/m又因BC处的管道长度=9.7m所以BC处的沿程阻力=2.19.7=20.37Pa由此可以看出AC的沿程阻力大于BC的沿程阻力，因此最不利管路应为AC风井顶部风机。C风井的沿程阻力计算为15Pa竖井管道的沿程阻力计算竖井高度=66.9-5.2=61.7 比摩阻=1.5pa/m竖井管道的沿程阻力计算为=61.2*1.5=91.8pa/m2)计算各管段的局部阻力该管段存在局部阻力的情况有防火阀，矩形弯头，突扩，突缩。排烟口：视为轴向突缩=0.5(1) (3.9)式中：F2为流道截面缩小后的流通面积m2；F1为流道截面缩小前的的流通面积m2所以=0.5(1-0.6/0.8)=0.125防火阀查表得：=0.5；矩形弯头查表得：=0.53。C处突扩的局部阻力系数=1.1(1)2(3.10)根据式(3.10)计算C处的局部阻力系数为0.07。h=22 (3.11)烟气烟气密度取为由式(3.11)得各局部阻力为：10.54Pa、32.85Pa、48.03Pa。所以排烟系统1的总阻力为218.59Pa。同理可得其他管段尺寸参数如图3.9和3.10所示，计算各个排烟系统阻力结果如下表所示。表3.6 排烟系统1的阻力计算管段管道截面长宽(mm)流量(m3/h)流速(m/s)比摩阻长度(m)沿程阻力(Pa)局部阻力系数局部阻力(Pa)总阻力(Pa)AC1000*6002124013.81.226.348.030.0710.5458.57BC500*400828011.54.19.720.370.232.8553C风井1000*80021240*2204.754150.348.0363.03竖井管道1000*80021240*2204.7561.2290.70.2532322.7总阻力(Pa)444.3表3.7 排烟系统2的阻力计算管段管道截面长宽(mm)流量(m3/h)流速(m/s)比摩阻长度(m)沿程阻力(Pa)局部阻力系数局部阻力(Pa)总阻力(Pa)Ab1600*600298808.6310300.311.141.1b-竖井管道1600*600298808.631003竖井管道1000*80029880*28.6361.2183.60.2532215.6总阻力(Pa)259.73.4排烟系统选型及其附属设施3.4.1排烟管道阻力特性与工况用于排