高层建筑机械排烟问题分析.doc

浅谈机械排烟在高层建筑中的作用摘要：随着我国高层建筑数量的不断增加，消防工程的地位越来越重要。作为消防系统之一的机械排烟系统，其设计、施工、管理质量的好坏直接关系到火灾时能否及时排除有害烟气，以使人员安全疏散，火灾能否有效控制。因此，机械排烟作为防排烟中的一种重要方式，其设计及施工方法成为建筑施工的重要问题之一。关键词：机械排烟；高层建筑；作用1 引言中央电视台配楼失火，上海静安区胶州路教师公寓起火，两起最近国内最引人关注的火灾，使人们不得不关注起高层建筑的消防设计。为避免这样的事故再次发生，更好地掌握防排烟系统的设计、施工方法便成了广大工程技术人员不懈追求的目标。2 机械排烟系统的基本组成及工作原理机械排烟系统一般由排烟风机、排烟阀( 口) 、排烟防火阀、排烟管道及排烟控制装置组成。排烟系统一般与火灾自动报警系统联系紧密, 由火灾自动报警系统对其进行控制, 使其具有自动、手动和现场手动功能。一般机械排烟系统的联动控制程序是: 由火灾探测器探测到火灾信号, 火灾信号输入到火灾报警控制器, 由火灾报警控制器发出指令, 通过总线编码模块开启该探测器所在的防烟分区内的排烟阀(口), 降下活动式挡烟垂壁, 连锁开启排烟风机, 进行排烟。不同情况的排烟系统其控制方式也不相同, 有的系统把排烟阀设计常开式的, 火灾时不必开启排烟阀; 有的系统把排烟防火阀设为常闭式的, 火灾时还要开启排烟防火阀才能实现排烟功能; 有的系统与通风系统合用, 需要设计火灾情况下的功能转换; 还有的需要在没有火灾自动报警系统的情况下设计机械排烟系统。对于不同情况应该设计不同的控制方式, 尽可能使系统具有自动、手动和现场手动三种功能。3 机械排烟的特点及应用范围3.1 机械排烟是利用排烟风机强制排烟的方式, 机械排烟又称强制减压排烟, 即利用排烟风机的动力将烟气排至室外, 并在失火区域内形成负压, 防止烟气向其它区域蔓延。机械排烟的优点与自然排烟正好相反, 机械排烟不受排烟风道内温度的影响, 性能稳定;风压的影响较小; 排烟风道的断面小, 可节省建筑空间。它的排烟作用更加稳定, 但机械排风设计应考虑补风的途径, 在不能自然补风时应设机械补风, 恰当的补风使机械排烟目的性更强,排烟效果更好。3.2机械排烟系统的应用范围一类高层和建筑高度超过32m 二类高层的下列四种部位应设机械排烟设施：无直接自然通风且长度超过20m 的内走道或有直接自然通风但长度超过60m 的内走道；对于有直接自然通风长度在20m60m之间的内走道，若开窗面积大于走道面积的2%，则符合自然排烟规定不需设机械排烟，否则均应考虑设机械排烟设施。 面积超过100m2 且经常有人停留或可燃物较多的地上无窗房及设固定窗的房间；面积小于100m2 的房间之间和与走道之间的隔墙应满足规范要求，否则应按各房间累加的面积计算。 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又没利用窗井等进行自然排烟的地下室。不具备自然排烟条件或净高度超过12m 的中庭。4 关于排烟风机排烟量的计算当排烟系统担负一个防烟分区排烟或净高超过6m的未划分防烟分区的房间时，排烟风机排烟量应按每平方米面积不小于60m /h计算。担负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。中庭排烟量应按其体积乘以每小时的换气次数计算，当体积小于17000m时，其排烟量每小时按换气6次计算，当体积大于17000m时，每小时按换气4次计算，但是最小排烟量不应小于每小时102000m 。中庭排烟的计算方法如下： 若中庭体积为16000m 时，排烟风机排烟量应大于（16000m 6次/h）96000m/h；中庭体积为18000m 时，则排烟量应大于（18000mv 4次/h）72000m /h。这里需说明的是，中庭的排烟是参照国外资料作依据的，考虑到中庭体积超过17000m 时，虽然体积较大，火灾荷载相对可能较大，但其蓄烟容量也相对提高， 所以对换气次数要求降低。但笔者认为在17000m 上下时，还应根据具体实际情况做具体分析，以免增加投资，造成不必要的浪费。除此之外, 有关排烟量的计算规定如下表所示。条件和部位单位排烟量/m3 / ( hm2 )换气次数/次/ h备注担负1 个防烟分区60-单台风机排烟量不应小于7 200 m3/ h室内净高大于6. 0 m且不划分防烟分区的空间担负2 个及2 个以上防烟分区120-应按最大的防烟分区面积确定中庭体积小于等于17 000 m3-6体积大于17 000 m3时, 排烟量不应小于102 000 m3/ h体积大于17 000 m3-45机械排烟口的布置5.1排烟口布置于疏散口旁设计中往往将竖向井道置于建筑核心筒周围, 且走道吊顶内空间有限, 或已布置其它专业管线, 难于布置排烟风管, 所以排烟口就很自然地被置于竖向烟道井边。这种布置将导致两种结果:( 1) 当前室或合用前室有正压送风时, 正压风将通过疏散门缝渗入, 或疏散门已被推开, 大量正压风涌入走道。因排烟口离疏散口很近, 正压风的作用很快就被排烟系统抵消了, 而排烟口所排气体含烟率低, 不能真正起到排走烟气和热量的作用。( 2) 当前室或合用前室是采用自然排烟时, 由于排烟口的作用, 疏散口附近的走道形成低压区, 而着火区的正压就很自然地将烟气赶向疏散口, 形成了烟气流动方向与人员的疏散方向一致, 使得疏散人员穿过烟气的距离和在烟气中的滞留时间都加长了, 减缓了疏散速度, 增加了危险度; 同时也会给消防扑救增加难度。因此, 排烟口的设置位置应尽可能的远离疏散口, 但不能大于规范规定的30m。5.2排烟口低位布置工程中常见较大排烟量的排烟口, 因结构限制而将其位置降低, 有些甚至底边低于疏散指示灯的高度。规范中虽然没有规定排烟口的最低高度, 但人为地将烟气引到视线以下, 这明显不利于人员疏散。为在火灾时减少烟气对眼睛的刺激和烟气遮挡视线, 建议排烟口底边不宜低于1. 8m。6排烟风管的制作与安装问题6.1钢制排烟风管无保护层不管是已建或在建工程中, 这个问题都普遍存在。高层民用建筑设计防火规范GB50045-95 中规定, 排烟道等竖向管道井, 其井壁应为耐火极限不低于1. 00h 的不燃烧体, 而对于其它位置的烟管并没有作出耐火极限的规定。在我国的建筑构件的耐火试验方法中也没有涉及风管试验的内容。钢材作为建材, 它的最大弱点就是耐火性能差。钢材的临界温度, 对于静定构件或柱为470, 对于超静定构件为550。根据ISO 的标准火灾曲线得知, 火灾发生后30min, 温度就达822; 而在建筑构件的燃烧性能和耐火极限表中也可以查到, 无保护层的钢柱、钢梁、钢屋架的耐火极限均是0. 25h。风管的耐火极限不得而知, 但笔者推测, 不会比钢结构构件的大。虽然规范规定在排烟支管和排烟机房入口处要设两道烟气达280时能自动关闭的排烟防火阀, 但如果火焰不正对着排烟口, 而是对着排烟风管, 排烟系统所排烟气尚未达280, 排烟管就已失去支撑而塌陷了。特别是吊挂式轴流排烟风机( 如图2) , 如果外壳不加设隔热层, 就更无从谈起烟气达280时能保证连续工作30min 了。因此, 钢板制作的排烟风管和排烟风机( 吊挂式轴流排烟风机) 必须加设隔热层。但隔热层厚度应如何确定才是合理和经济的呢? 由于火灾过程的不确定性和复杂性, 我们很难用理论计算来得出隔热层的厚度, 但我们可以参照规范中规定的一些数值以及相似建筑构件耐火性能的一些指标, 来确定隔热层的厚度。首先, 我们要设定烟管的耐火极限: 跨防火分区的排烟风管的耐火极限值, 可参照烟道井( 烟道井跨防火分区) , 取1. 00h; 不跨防火分区的排烟风管, 其耐火极限可参照规范规定的“排烟风机在烟气温度达280时保证能连续工作30min”的条文,取0. 50h。因为火灾初始时, 如果火焰正对排烟口,排烟风机启动后, 烟气温度瞬时就能达到280, 且发生这种情况的概率是很大的。然后我们可以参照建筑构件的燃烧性能和耐火极限表中的钢柱、钢梁、钢屋架的保护层厚度与耐火极限的关系,来确定排烟风管的的隔热层厚度: 排烟管耐火极限为1. 00h 的, 隔热层厚度可取20mm; 排烟管耐火极限为0. 50h 的, 隔热层厚度可取10mm。吊挂式轴流风机作为重点保护对象, 隔热层宜适当加厚, 可取30mm。隔热层材料可选用岩棉、玻璃纤维等耐高温的轻质隔热材料。6. 2排烟风机与排烟管连接用软接头问题工程中常见的软接头做法是帆布涂耐火涂料。这种做法的缺点是在使用过程中, 每年要开机检验,而开机震动后耐火涂料很快就脱落了。在还没有找到耐高温且严密性能都比钢板好的材料的情况下, 建议排烟风机与排烟管的连接采用法兰直接连接。6.3排烟风管制作不注意受热稳定性在近年来的一些通风工程中, 施工班组为追求施工进度, 风管制作往往采用普通的转角咬口和无法兰连接; 有些工程排烟风管也这样做。通风与空调工程施工与验收规范GB50243-97 中, 只规定钢板制作的排烟风管的厚度可参照通风管的高压系统选择, 但对烟管的制作形式( 包括钢板的拼接形式和烟管的连接形式) 没有作出具体规定。由于排烟风管的静压较高, 还要耐高温, 所以要求风管的构造要牢固, 接缝要严密; 因此, 矩形烟管的角接缝用普通咬口是不适宜的, 应采取联合角咬口; 烟管的连接用无法兰连接也是不适宜的, 应采用法兰连接。7 机械排烟系统的控制方式当设有火灾报警系统与排烟系统联动时，某个防烟分区的感烟（感温）探测器发生报警后，消控中心控制设备自动打开该防烟分区内的排烟口（或排烟口现场感烟连锁自动开启），同时启动与此防烟分区相关的排烟风机和活动式挡烟垂壁，并将反馈信号送回消防控制设备。应注意：排烟风机的启动应由系统内任一排烟口动作控制，同时消防控制设备应有远程手动直接控制功能。这里讲的手动直接控制，是指不通过软件编程和总线传输的硬件电路控制，在电脑健盘上的操作，显然不属于手动直接控制方式。消防控制设备只能打开着火防烟分区内的排烟口，其他防烟分区的排烟口都仍应关闭。但烟气蔓延到相邻防烟分区时，相邻防烟分区的排烟口应能感烟连锁自动开启进行排烟。未划分防烟分区房间内的所有排烟口应能同时开启，排烟量等于各排烟口烟量的总和。风机前入口处的排烟防火阀当烟温达到280自动关闭时，排烟风机应能联动停止运行。一个防烟分区或未划分防烟分区的房间内有多个排烟口时，为了防止同时打开排烟口的动作电流过大，可采用串行连接，以接力形式使其相互串动打开相邻排烟口的控制方式，并将最末一个动作的排烟口输出信号发送至消防控制设备。在仅担负一个防烟分区或一个未划分防烟分区房间的机械排烟系统中，设计往往选用无需控制的常开百叶窗式的排烟口，并利用安装在排烟风机前的排烟防火阀代替了本应关闭的排烟口的功能。该阀具有排烟口的现场手动、报警联动和远程控制等功能，平时关闭，火灾报警后，消防控制设备联动打开该阀，同时启动排烟风机进行排烟。当烟温达到280时自动关闭，并联动关闭排烟风机。其动作信号都反馈至消防控制设备。最后值得注意的是，担任排烟系统的电器线路，均应采取相应的安全保护措施确保安全，以免造成系统瘫痪。8 机械排烟控制程序的设置根据建筑物的大小和排烟系统的复杂程度, 机械排烟控制程序的设置分为不设消防控制中心和设消防控制中心两种情况。8.1 不设消防控制中心的机械排烟控制程序的设置当建筑物较小或建筑物的排烟设备较简单时, 一般采用不设消防控制中心的机械排烟控制程序, 其基本控制程序如图所示:( 见图1)8.2 设有消防控制中心的机械排烟控制程序的设置当建筑物的排烟设备系统较大或较复杂时就需要设立消防控制中心对排烟进行监视和控制, 以保证排烟设备按一定的控制程序动作;在控制程序中, 火灾发生时, 警报器开始工作, 将报警信号传递给控制中心, 监控人员在第一时间遥控打开排烟口, 排烟风机随之开始工作。监控人员同时关闭通风空调系统、在这个系统中还没有烟感器报警装置。综上所述, 在火灾发生和发展过程中, 正确地控制排烟设备的运行程序, 换言之, 在高层建筑中合理使用机械排烟装置, 对于阻止烟气的扩散, 保证排烟效果, 以及室内人员的安全疏散和消防扑救等具有很重要的意义。摘要: 随着科学技术的高速度发展, 在大中城市中, 高层建筑物异军突起。当高层建筑物发生火灾时, 能够顺利的进行人员疏散和消防灭火,成为了高层建筑设计中必不可少的部分。高层建筑的排烟系统和设计分自然排烟和机械排烟。自然排烟方式的排烟效果受风压、热压等因素的影响较大, 排烟效果不稳定, 设计不当时甚至会适得其反。在实际设计中, 我们大多采用机械排烟。9 结束语科学合理地设计机械排烟系统对于高层建筑来说十分重要，它意味着起火时，能及时排除有害烟气，以使人员安全疏散。本文对机械排烟系统设计作用和存在问题作了一些探讨性思考,旨在强调机械排烟的重要性，这对于我们在今后设计高层建筑消防系统有着重要的意义。参考文献: 1 GBJ 1621987 (2001 年版) , 建筑设计防火规范。 2 GB 5004521995 (2001 年版) , 高层民用建筑设计防火规范。 3 DGJ 0828822000, 民用建筑防排烟技术规程. 4 罗新鹏. 浅析民用高层建筑机械排烟系统消防安全措施控制J. 安防科技,2009 5 赵秀英. 机械排烟在高层建筑中的作用J. 黑龙江科技信息,