高层建筑防排烟系统设计探讨.doc

1、1高层建筑防排烟系统设计探讨摘要：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在火灾时疏散困难。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。本文分析了影响防排烟系统的主要因素，并对高层建筑防排烟方面的设计要点进行了系统分析。 关键词：高层建筑；防排烟；系统设计 Abstract: complex high-rise buildings because of its function, flue gas flow speed, large vertical height caused the personnel evacuation in fire. How

2、to really solve the high temperature flue gas for evacuation personnel, need to achieve improvement in the design. This paper analyzes the main factors that affect the smoke control system, and the high-rise building smoke control design essentials of system is analyzed. Key words: high-rise buildin

3、gs; Smoke; The system design 中图分类号：TU972 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 引言 现代城市高层林立，高层建筑内人员和业务繁多，导致引起火灾的因素增多。火灾造成的伤亡和损失也因此增加。研究表明，现代建筑火2灾致死因素往往首先是烟，而不是火。因为这些建筑物大多采用可燃装修，并且使用了相当多的塑料制品，一旦发生火灾，这些可燃物在燃烧过程中会产生大量的有毒烟气和热，同时要消耗大量的氧气。烟气中含有 CO、C02、碳酰氯即光气、氟化氢(HCN)等有毒成分，高温缺氧也会对人体造成危害。同时，烟有遮光作用，使人的能见度下降，这给疏散和救援活动造

4、成很大的障碍。特别是近一、二十年来由于空调设备广泛应用和无窗房间增多等原因，烟气致死的比例更是显著增加。因此，在高层建筑中设置防排烟设施是十分必要的。 一、影响防排烟系统的主要因素 为了在发生火灾时能及时排除有害烟气，保障建筑物内人员的安全疏散和有利于火灾扑救，高层建筑在设计中合理的设置防烟和排烟设施就显得尤为重要。因此在普通高层建筑防火设计中，防排烟设计占有很重要的地位。 1.烟囱效应 建筑物室内外空气通常都存在温差，当室外空气温度低于室内空气温度时，在建筑物的竖井中（诸如楼梯间、电梯井、管井、空调垂直风道等）的空气就会向上运动，这种现象称为烟囱效应。对高层建筑而言，在室内外空气温度差较大时

5、，其烟囱效应更为明显。当外界空气温度高于建筑物内空气温度时，在竖井中，存在一向下的空气流，这种向下的空气流成为逆烟囱效应。因此，建筑物在烟囱效应或逆烟囱效应作用下，使得空气不断运动，若着火位置位于中性面之下，烟 气则会迅速地向建筑物上部蔓延；若着火位置位于中性面之上，烟3气则会向上一层快速蔓延，这时在中性面之下的部位会比较安全，不会受到烟气的侵害，若在逆烟囱效应作用下，烟气运动的方向与上述相反。2.浮力 火灾中产生的高温烟气因其密度较低，由于热浮力的作用，火灾区域与其周围环境产生热浮压差，浮升力的大小与着火处周围的空气温度有关。 3.扩散力 除了浮力之外，火灾释放的能量将导致烟气的扩散运动。如

6、火灾区域周围的空气将流进火灾区，而热烟将流出火灾区。在不考虑燃料所增加的质量（实际上与空气热量相比其值很小）的条件下，二者的体积流量比可以简单地表达为其绝对温度之比。 4.空调系统 建筑物内的中央空调系统给人们的工作生活创造舒适的环境条件，但火灾时烟气却可借助空调系统的送、回风管道在建筑物内蔓延，给居住在建筑物内的人员带来危害。此外，若空调系统对着火区域送风，还会起到助燃作用，增加火势。因此，当建筑物发生火灾时应立即关闭所有空调系统，以避免烟气在建筑物内更广泛地传播。 二、高层建筑的防排烟设计概述 在进行高层建筑防排烟设计时，首先要确定需设置排烟系统部位，根据防火、防烟分区的划分来确定合适的防

7、排烟系统方式。 1.高层建筑防烟分区划分 4高层建筑防烟分区划分方法大致有三种： （1）按用途划分：对于建筑物的各个部分，按其不同的用途，如厨房、卫生间、起居室、客房及办公室等来划分防烟分区比较合适，也较为方便。国外常把高层建筑的各部分划分为居住或办公用房、疏散通道、楼梯、电梯及其前室、停车库等防烟分区。 （2）按面积划分：在建筑内按面积将其划分为若干基准防烟分区。不同形状和用途的防烟分区，其面积也要一致，这样各层的防烟分区可采用一套防排烟设备加以连贯。 （3)按方向划分：在高层建筑中，底层部分和上层部分的用途往往不太相同，因此应尽可能根据房间的用途先沿垂直方向按楼层划分防烟分区，再沿水平方向

8、按面积划分防烟分区。 2.高层建筑防排烟方式 目前，国内外常用的防排烟系统的方式有自然排烟、加压送风防烟和机械排烟三种。 （1）自然防排烟设计 自然排烟方式是利用火灾产生的热流的浮力和外部风力等自然力，通过建筑物的外窗、阳台、凹廊或专用排烟口等对外开口把烟气排至室外的排烟方式。其实质上就是热烟气与室外冷空气的对流运动，其动力和条件，一是存在着室内外气体温度差和孔口高度差引起的浮力作用，即热压作用；二是存在着由室外风力引起的风压作用。这种排烟方式结构简单，投资少，不使用机械动力，不需电源和风机设备，运行维护费用也少，经济、简单、易操作，排烟窗还可作为平时通风采光使用。此5方法虽然效果受室外风向、

9、风速、气温和所在楼层的影响较大，但如果处理得当，还是能起到一定的防排烟作用。 （2）加压送风防烟设计 加压送风系统的设计，就是要确保疏散通道内的压力在关门时要大于相邻空间的压力，而在开门时在门断面上维持一定的断面风速，以避免烟气侵入到疏散通道内。 （3）机械防排烟设计 机械防排烟是利用通风机进行强制的防排烟，它不受室外气象条件的影响，排烟效果稳定，但需要有专门的通风设备、可靠的事故用电源、自动控制装置，并需要设有专人维护管理。因此，造价和维护管理费用较高，但由于烟风道所占有效空间小，特别是当楼梯前室不靠外墙或靠外墙却不能开启时，这种方式易被采用。 三、高层建筑防排烟系统设计要点 1.正压防烟部

10、位分析 正压送风防烟系统的保护对象主要是疏散通道，因此在设计中一般都把疏散通道作为防烟部位，而在这里重点应放在楼梯间及前室。对楼梯间及前室的加压送风可以采用 2 种方案。方案 1：对楼梯间和前室分别进行加压送风，目前国内大多数设计均采用这种方案。方案 2 只对楼梯间进行加压送风，对前室不送风，这样做的理论依据是：虽然不直接对前室送风，但楼梯间内的空气肯定要从门缝，或临时开门的门洞向前室流动，前室也会有相当多的正压空气，因而不同程度地受到正压送风防烟保护。 6这种方案的优点主要有 2 个：一是，由于楼梯间上下贯通，因此可以把整个楼梯间视为一个防烟部位，设计较简单。而方案 1 除了楼梯间外，每层楼

11、梯间的前室均需彼此独立，按单独的防烟部位来考虑，设计较复杂。二是，从风量分配上分析，当不同楼层的防烟楼梯间与前室的门，以及前室与走道之间的门同时开启或部分开启时，气流风量分配与走向是十复杂的，因此方案 1 要想实现对前室的风量控制实际是很困难的。其前室送风量的计算往往采用近似或估算的办法，很难精确获得。而方案 2 因为只考虑楼梯间的情况，对前室不送风，所以这种开门情况对它的影响相对比较小。再有许多人采用方案 1 是认为它的防烟的安全可靠性高，从感觉上似乎方案 1 在对楼梯间送风的基础上，也对前室进行送风，等于在楼梯问之前又增加了一道屏障，安全性更高，其实未必如此。例如当风口的形式为常闭时，火灾

12、时只打开开门层风口送风，其它层依然关闭，这时对前室并不送风，而开门层虽有前室送风，但当楼梯间通向前室的门打开时，楼梯间的大部分风量此时会流向开门前室，因此对前室是否送风实际上效果差不多综上所术，笔者建议在有些设计中，可采取方案 2 进行设计。 2.门洞口的空气流速分析 火灾中，人们在疏散时，正压区的门常常是需要打开的。对于开门门洞风速的选取，许多书籍如文献等只是介绍应在 O712 ms 范围内，它是针对火灾时的烟气的水平扩散速度在 0508 ms 提出的。此值的选取直接关系到加压送风量的计算。对于同一个防排烟设计，当风速分别取 07 ms 和 12 ms 时，两者的风量相差竟高达 177倍，许

13、多设计人员把风速定得偏大，造成了能源大量的浪费。笔者认为开门门洞的风速最好取最低限，这样既能有效地阻挡烟气流人疏散楼梯，又有最大限度的节约能源。此值的确定肯定随开关门情况的不同而异，其具体设计可参考如下： (1)当对楼梯间及前室分别加压送风且走道通向前室与前室通向楼梯间的门同时开启时，要求通过任一门洞处的最低风速为 O7 ms 当走道通向前室的门开启，而前室通向楼梯间的门关闭时，通过开门洞处的最低风速要求达到 05 ms。 (2)当仅对楼梯间或前室正压送风时，通过开门门洞的最低风速为075 ms。 (3)当消防电梯前室正压送风时，通过开门门洞处的最低风速为 05 ms 3.前室加压送风口型式的

14、选择 前室在防排烟设计中是个非常重要的部位。对于前室的加压送风口，规范只是介绍应每层设置一个，但对进风口的型式未做明确规定。对此似乎也有不同的看法。早期的设计中，设计人员大多采用常闭型风口，火灾时打开火灾层及其上下层的风口送风，其它层关闭。也有人用常开双层百叶式风口，笔者认为在防排烟设计中还是使用常开的风口为好。原因如下：常闭型风口虽要求的前室总送风量较小，但效果却不尽如人意。例如某大厦，设计中按开启着火层及上下相邻层的风口送风，在测试中发现当加压风机启动后，此时，如果前室的门均处于关闭状态，3 个前室的正压值高达 284 Pa，比规范要求的前室余压值 25 Pa 的标准8高出许多。 因此，从

15、走道内根本无法打开通向前室的门。一旦发生火灾，这种送风系统反而会给疏散带来困难，是十分危险的。还有常闭风口结构复杂，故障机会多，尤其是长期不动作的情况下运动部件易生锈，很可能在关键时刻无法打开。而常开型风口虽要求的送风量较大，但结构简单，无故障。简单的结构带来的好处就是土建开洞容易，尤其是剪力墙上可灵活开洞，适应土建的要求而常闭风口是定型产品，形状较难变化，开孔也大些。另外，常开风口使电气设计简化，省去了一批电信号，使消防管理更为方便，结构简单，可靠性也就高，节省投资，经济性高，再者，常闭风口价格常常是开风口的若干倍。综上所述，笔者建议在高层民用建筑设计中，采用常开的双层百叶风口。 4.地下车

16、库及地下室的防排烟设计 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。 地下停车库排风的目的是稀释有害物质满足卫生要求的允许浓度, 即排风量的计算与有害物的散发量和散发时的浓度有关, 与房间的容积并无确定的关系。举例来说, 两个散发情况相同且平面布置和大小也相同, 只是层高不同的车库, 按有害物稀释计算的排风量是相同的, 但按换气次数计算出的排风量

17、是不同的。正因为如此, 理论上应按稀释浓度9计算, 但实际上因为稀释浓度计算理论的不成熟, 设计人员很难找到准确可靠的数据加以采用, 所以一般都采用换气次数来计算排风量。 “一般排风量不小于 6 次/h , 送风量不小于 5 次/h ”。这与“新库规”中规定的排烟量不小于 6 次/h 的规定相吻合, 这符合“新库规”中排风、排烟系统合二为一的要求。 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

18、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。 结束语 本文只初步探讨了影响高层建筑防排烟的各种因素，并对高层建筑防排烟系统进行了初步设计。随着社会建筑高层化的发展趋势，高层建筑的防排烟系统设计将会面临新的问题与挑战，有待建筑设计人员和消防专业人士做进一步的探讨和研究。 参考文献： 1建筑设计防火规范 GB50016-2006. 2高层民用建筑设计防火规范 GB50045-95. 3建筑防排烟系统技术规范 GBxxx-2008. 4汽车库、修车库、停车场设计防火规范 GB50067-97. 105 陈继斌.高层建筑防烟楼梯间前室送风联动控制可靠性研究J.消防科学与技术，2010. 6 白卫民.高层建筑地下汽车库排风排烟系统的设置J.陕西建筑，1999. 7 万建武.高层建筑中烟气流动规律J.华南建设学院西院学报，1996.