高层建筑防排烟设计探讨——崔益源.doc

高层建筑防排烟设计探讨崔益源113139303摘要：高层建筑由于其功能复杂、烟气流动速度快、垂直高度大造成了人员疏散困难的问题。通常情况下我们采用的解决方法是，在每一层都设置防止高温烟气侵害的安全空间，即防烟楼梯间，并在要求的疏散高度处设置避难层。但是如何真正解决高温烟气对疏散人员造成的伤害，需要在设计上实现改进，在每个楼层的各个空间实现烟气的顺利排放才能真正保证人员安全。高层建筑防排烟设计中主要涉及到的防排烟计算包括正压送风计算、前室正压送风口计算本文即针对这些关键点探讨防排烟设计的基本思路，并着重对防烟楼梯间的排烟方式及地下室、地下车库的防排烟问题进行深入探讨，寻求最安全的疏散设计方法，结合高层民用建筑设计防火规范提出自己的一些理解和建议。关键词：正压送风；正压送风口；自然排烟；机械排烟；地下车库随着中国现代化建设步伐的不断加快，市政基础设施、工业建设规模日益增大，房地产业蓬勃发展，越来越多的高层建筑设施被应用于民用生活，而高层民用建筑的防火排烟设计则事关人民财产安全，在建筑设计行业中有着举足轻重的地位1。一般情况下，在火灾程度相同的条件下，高层建筑的火灾危害性远大于低层建筑火灾，造成事故的伤亡程度和财产损失也较之甚高，这皆是由于高层建筑的以下特点而造成的: 高层建筑其楼梯间、电梯间、管道井等竖井井道多，在火灾发生时，由于烟囱效应，将成为火势蔓延的主要途径；由于层数多，垂直距离大，因此安全疏散困难；一旦发生火灾，由于层数高，扑救比较困难；一般高层建筑功能复杂，起火的因素多。鉴于以上特点，应在高层民用建筑设计之初，对防排烟工程给予高度的重视。物质燃烧产生的烟气，由于受热膨胀作用，以及与周围空气的密度差，产生向上升的浮力，升到建筑的水平阻挡物后改变方向，向水平方向扩散，这时，烟气的温度如果不下降，高温烟气与周围空气就明显地形成分离的两层。但是, 在一般情况下, 烟气与周围壁面接触而冷却, 加上冷空气的掺混, 烟气温度下降并被稀释, 同时向水平方向扩散2。做好防排烟设计需要对防排烟的原理有深入的了解，其中正压送风就是此设计的最重要环节。一 正压送风及送风量的计算分析当发生火灾时, 防烟楼梯间是高层建筑内部人员唯一的垂直疏散通道, 必须通过通风机所产生的气体流动和压力差来控制烟气的流动, 达到使防烟楼梯间、前室或合用前室等疏散通道无烟的目的, 从而保证人员安全疏散和扑救工作的进行。中央空调的正压送风是一种空调和通风的工艺要求，即所需空调的场所气压要大于临界区的气压，在保证空调的前提下要不停的有新风补入。手术室、大型计算机室、精密仪表制造车间、高级人物住所等常常设置。正压送风量是防烟楼梯间及前室正压系统的关键参数。此种排烟方式是向防烟楼梯间及前室、消防电梯及前室或合用前室加压送风，以造成一个压力差，其目的在于发生火灾时，保证高层建筑内有一条安全通道，使室内人员迅速疏散，消防人员迅速通过，在高层建筑防火规范中明确规定了要在以下空间设立独立的加压送风设施3：1、 不具备自然排烟条件的防烟楼梯间，消防电梯间前室或合用前室；2、 采用自然排烟措施的防烟楼梯间，其不具备自然排烟条件的前室；3、 封闭避难层（间）。高规同时对这些空间的加压送风量做出了明确规定，这里有两种方法，一种是按照机械加压送风标准量表（表1）进行对照确定；另一种是通过计算确定 。表1 机械加压送风量（m3/h）序号机械加压送风部位系统负担层数20层系统负担层数20-30层1仅对防烟楼梯间加压送风25000-3000035000-400002对防烟楼梯间及合用前室加压楼梯间16000-2000020000-25000前室12000-1600018000-220003仅对防烟电梯前室加压15000-2000022000-270004仅对前室和合用前室加压22000-2700028000-320005对全封闭避难层加压按避难层净面积不小于30 m3/h目前，多数设计院进行的防排烟设计就是根据此表确定风量，这样做是符合操作规程的。但是这种方式并不能完全适用于各种情况，特别是在建筑技术结构发生重大改变的今天。同时，新高规对防烟楼梯间的正压值及合用前室、前室、消防电梯前室、避难层的正压值都做出了规定，显然，仅靠查表一是不能满足此条件的。必须通过严格的计算才能得出正确的送风量。目前，国内外实际采用的送风量计算方法大体可归纳为以下四类：1. 压差计算法：根据门两侧所需的最小压差计算开门和闭门状态下的漏风量。由于建筑物门之间空气的流通存在压差，根据门两侧的压差则能推断出漏风量，在开门情况下，门口全面通风；在闭门情况下，是通过门缝泄漏风量。值得注意的是，由于加压送风通过开启门时，气流比较复杂，通过门洞的实际风量远小于理论值，门的几何面积要取1/2；门缝的面积则要取各层前室或楼梯间门缝隙总和。再对照开启门时的加压送风量表（表2）和门缝漏风量表（表3）即可算出所需加压送风量。表2 门开启时的加压送风量（m2/h）序号门类型及尺寸AB(m)计算面积（m2）下列压差（pa）下的送风量5101520251单扇门20.80.854007640936010810120802双扇门21.61.610810152801872021620241703电梯门22213510191102340027020302104双扇门2.11.21.26851012040147401704019030表3 门缝隙漏风量（m2/h）序号标准类型AB/缝长(m)漏风面积（m2）下列压差（pa）下的送风量8152025501单扇门20.8/5.60.02170.82342703025842双扇门21.6/9.20.032563514054536393电梯门22/80.0651170181190712824双扇门2.11.2/8.70.04346062972681211482. 门洞风速法4：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计算公式为：L=mFMV3600(m3/h)m同时开启的楼层数；FM每层门洞开口的计算流通面积，取几何面积的1/2；V通过门洞的空气平均速度，m/s。3层均风量法： L=NLP(m3/h)N 楼层数LP楼梯间或前室每层的平均加压送风量（m3/h）。4. 总和计算法：此法同时考虑建筑物中门开启时门洞的漏风量和门缝的漏风量，其公式为：L=424.8+5.66N(m3/min)综观以上四种方法，1、2两种方法比较简单，只需要考虑每一层的实际通风量便可得计算值，而3、4两种方法需要将建筑的整体风洞总和起来考虑，算法比较困难。其中算法1尤为突出涉及参数比较好确定，而算法2的空气平均速度计算起来有困难，因此在正压楼梯间中进行的送风量计算，多采用算法1。由此便能得出每一层前室、楼梯间的加压送风量，较之查表法更为准确，同时也能避免由于误差带来的物质、能源浪费。二 加压送风口的常开或常闭形式的确定加压送风口的主要形式有常开和常闭两种，在高规中并没有对送风口的形式做过多的说明，但在实际应用中，不同的送风口形式是有不同的影响的。按照高规的要求，规定楼梯间每隔2-3层设置一个加压送风口，前室每层设置一个加压送风口。由于楼梯间上下通透，每个送风口都能保证全局送风，因此选择常开或常闭式都没有太大影响。但是对于前室来说，常开或常闭送风口的选择对整个加压送风系统的影响就非常严重，因为高层建筑每层的前室都不连通，若在前室都安装常开加压送风口，着火层的送风量就很难保证，因为在火灾过程中会有人员疏散，这时需要大量的门洞敞开，如果所有门都同时敞开的话，风量和风压显然是不够的。如果在前室安装常闭封口，当火灾发生时，仅将着火层及其上下层封口打开，整个加压送风系统仅将风量加给这三层，便能保证这三层的压力和风量。另外，对于高度超过20层的高层，其风道长度一般都超过60m，风口多，风道断面基本采用上下一致的形式，这样会造成上层风压不够，势必造成送风的不均匀，风量不够，不利于着火层较高时烟气的排出。因此，前室的加压送风口最好采用常闭式风口。三 防烟楼梯间防排烟方式的选择高层建筑因其功能复杂、烟气流动速度快、垂直疏散距离长造成人员疏散困难，需要在建筑的每一层都设置一块免受高温烟气侵害的“相对安全空间”，这个相对安全空间就是防烟楼梯间5。防烟楼梯间的防排烟方式有两种种自然排烟和机械排烟。1、自然排烟自然排烟主要是依靠室外风所造成的自然风压和室内外空气温度差所造成的热压来迫使空气进行流动，从而改变室内空气环境。自然排烟的目的是要在有效排除火灾生成的烟气的同时，使着火房间中（除着火处以外的空间内）烟层底部距着火层地面的高度不低于某一固定的清晰高度，确保室内人群安全撤离火灾建筑6。自然排烟的优点是结构简单、经济而有效。自然排烟不需要专门的设备支持，因此不必担心由于断电或设备故障造成的排烟系统失效，平时还可兼做换气出口使用。但是自然排烟还是有其明显的缺点7：首先，楼梯间前室必须依靠外墙设计，否则难以实现。这就表明了自然排烟的空间是受限的，仅在靠近建筑物外墙的空间才能实现自然排烟；其次，自然排烟受自然环境影响大，排烟效果不稳定，空气也不能进行预先处理，排出的空气不能进行除尘和净化，会污染周围环境。特别对于低层区，受空气流动的影响易出现烟气倒灌的现象；再次，自然排烟需要人工手动开关窗，这在火灾发生的时候基本是很难实现的；最后，由于空气层流的原因，建筑物高于50m的空间由于空气流通复杂，不适合自然排烟。2、机械排烟机械排烟是利用排烟风机将烟气抽走，利用通风设备所造成的压力，迫使室内外空气进行交换的一种通风方式，从而降低被保护区的烟气浓度。这种排烟方式在防烟楼梯间及其前室和合用前室一般不单独使用，而是作为一种特殊情况下的辅助措施，但其对于排出疏散走道、起火房间的烟气有着显著的效果。机械排烟存在使用范围小、效果差的问题。机械排烟方式用于防烟楼梯间仅适用于不带裙房的高层建筑，当裙房以上部分利用可开启的外窗进行自然排烟，裙房部分不具备自然排烟条件时，在前室或合用前室布局设置。排烟口需设手动和自动开启装置，这就要求其能与自动报警设备联动，而要求系统中，任一排烟口开启时，排烟风机能自行启动，增加了设备的复杂性和工程造价。还应注意的就是机械排烟系统用于排除走廊中的烟气时，排烟口应远离疏散出口。四 地下汽车库及地下室的排风与排烟地下车库及地下室是高层建筑中比较特殊的一个部分，其进出口比较单一，自然排风不太方便，并且地下室、车库空间有限，火灾发生的概率也比较低，因此多采用排风系统兼排烟系统的通风方案。由于风机和风道都设在一个系统中，所以必须保证火灾报警系统和自动控制系统的可靠性，以便火灾发生时能过做到及时切换，高效排烟。排风系统兼做排烟系统应解决好两个问题，一是风机的选择，因为一般地下室的排风量为4-6次/时，地下车库平时换气量为6次/h8-9，新高规中规定，类似地下室及地下汽车库这样的房间排烟量按60m3/m2h计算，地下室及地下车库层高一般为3.4-3.6，如此排烟量大约相当于17-18次/h换气，是平时换气量的3倍左右，鉴于此，目前多数设计都是选用双速或多速风机，最大风量和风压排烟时考虑，这样可保证系统在排烟时能满足规范要求。二是风道和风口的布置，一般地下室的排风口和排烟口的设置位置可以相同，都设于靠近顶棚的位置，但地下车库一般要求分设上部和下部风口，并且过顶、靠近顶棚的上部风口排1/3的风量，而靠近地面的下风口排2/3风量，而在发生火灾时，露关闭下部排风口，则上部排风口的排风面积显然不够，风口风速和噪声过大，系统阻力猛增，目前，有的设计采用的就是这种方式，该方式在火灾时风口和风机的联锁关系较复杂，造成自控系统复杂。也有一种观点是，地下车库层高一般为3.4-3.6m，梁下净空间仅为2.2-2.4m，排风管道底部距地只有1.8-2.0m左右，所以没有必要分设上、下部排风口，只需组织合理的送排风气流，地下汽车库的通风环境不至于严重恶化，只设上部排风口可减少因设下部风口所占用的空间，排风系统在排烟时，不致阻力过大，并自控系统也较为简单。参考文献：1张琪.建筑施工安全的重大危险源辨识与风险评价J. 广东建材,20082 万建武.高层建筑中