定量分析方法在機械防煙設(shè)計審核中的應(yīng)用

●陳 靜

(寧波市消防支隊，浙江寧波 315000)

0 引言

火災(zāi)煙氣具有高溫、毒害等特殊性質(zhì)，對建筑火災(zāi)情況下的人身安全造成了非常嚴(yán)重的威脅，因而，如何控制建筑火災(zāi)時的煙氣運動、防止煙氣蔓延擴散，一直是消防安全研究中的難點問題。

根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(以下簡稱《建規(guī)》)第9.3.1條及《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》(以下簡稱《高規(guī)》)第8.3.1條的規(guī)定，對于不具備自然排煙條件的防煙樓梯間、消防電梯間前室或合用前室，采用自然排煙措施的防煙樓梯間的不具備自然排煙條件的前室，以及封閉的避難層等處，必須設(shè)置機械加壓送風(fēng)的防煙設(shè)施。在這些區(qū)域設(shè)置機械加壓送風(fēng)設(shè)施的目的在于，火災(zāi)發(fā)生時向該區(qū)域送入足夠的新鮮空氣，從而維持其相對正壓狀態(tài)，防止火災(zāi)煙氣進入這些區(qū)域，保證人員疏散過程中的生命安全。

為確保建筑機械防煙系統(tǒng)的有效性，消防監(jiān)督人員應(yīng)該對建設(shè)工程機械防煙設(shè)計進行消防安全審核，包括機械防煙系統(tǒng)組成、設(shè)置部位、風(fēng)機選型等。加壓送風(fēng)風(fēng)機的送風(fēng)量、送風(fēng)管道的尺寸、送風(fēng)口的尺寸等是決定機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)防煙效果的關(guān)鍵參數(shù)，而對這些參數(shù)進行定量設(shè)計審核一直是建設(shè)工程消防設(shè)計審核工作中的一項難點。本文以某19層建筑為例，從機械加壓風(fēng)機送風(fēng)量、加壓送風(fēng)管道尺寸以及加壓送風(fēng)口尺寸的定量計算等幾個方面，對防煙系統(tǒng)設(shè)計定量審核程序和方法進行系統(tǒng)介紹和實例分析。

1 工程概況

本文研究對象為某一類高層綜合樓，建筑高度57m，耐火等級一級，共19層，設(shè)置兩部防煙樓梯間，防煙樓梯間的前室為獨立前室。防煙樓梯間均不靠外墻布置，采用機械加壓送風(fēng)的方式進行防煙，單獨對防煙樓梯間進行加壓送風(fēng)，前室不送風(fēng)。樓梯間和前室的門均采用雙扇乙級防火門，向疏散方向開啟，樓梯間通向前室的門與前室通向走廊的門尺寸均為2.00m×1.60m。建筑內(nèi)走廊采用自然通風(fēng)，且無長度超過60m的內(nèi)走道。圖1為防煙樓梯間平面示意圖。

該建筑防煙樓梯間加壓送風(fēng)風(fēng)機位于樓頂，樓梯間內(nèi)每三層設(shè)置一個常開加壓送風(fēng)口，共設(shè)置送風(fēng)口7 個，分別位于樓梯間內(nèi)的第 1、4、7、10、13、16、19層，加壓送風(fēng)豎井為混凝土管道。

2 機械防煙系統(tǒng)量化審核方法

2.1 機械加壓送風(fēng)量的量化確定

2.1.1 送風(fēng)量計算方法

根據(jù)《建規(guī)》和《高規(guī)》的相關(guān)規(guī)定，防煙樓梯間及其前室、合用前室及消防電梯間前室的機械加壓送風(fēng)量應(yīng)由計算確定，或按規(guī)范中的規(guī)定查表確定，當(dāng)計算值和規(guī)范中查表確定的值不一致時，應(yīng)按兩者中較大值確定。由此可知，確定機械防煙系統(tǒng)加壓送風(fēng)量時，首先應(yīng)該進行計算，再與規(guī)范中查表得到的風(fēng)量值進行比較。

圖1 防煙樓梯間平面示意圖

目前公認(rèn)和最常用的加壓送風(fēng)量計算基本公式有兩種，一為壓差法，二為風(fēng)速法。壓差法計算送風(fēng)量的出發(fā)點是樓梯間內(nèi)所有門全部關(guān)閉的情況下，門兩側(cè)維持一定的壓力差，使煙氣無法通過門、窗縫隙蔓延進入樓梯間;風(fēng)速法計算送風(fēng)量的出發(fā)點是樓梯間和前室的門打開時，門洞處的風(fēng)速能夠維持一定值，以防止煙氣通過開啟的門洞蔓延進入樓梯間或前室。

壓差法計算公式為:

其中，Ly為加壓送風(fēng)總量，m3·h－1;0.827為漏風(fēng)率系數(shù);A為門、窗縫隙的計算漏風(fēng)總面積;△P為門縫兩側(cè)壓差，防煙樓梯間取40～50Pa，前室取30～25Pa;N為指數(shù)，對于門縫及較大漏風(fēng)面積取2，窗縫取1.6;1.25為不嚴(yán)密處附加系數(shù)。

風(fēng)速法計算公式為:

其中，Ly為加壓送風(fēng)總量，m3·h－1;F為門的開啟面積，m2;v為開啟門洞處的平均風(fēng)速，取0.7～1.2m·s－1;a為背壓系數(shù)，根據(jù)加壓密封程度取0.6～1.0;b為漏風(fēng)率附加系數(shù);n為同時開啟門的計算數(shù)量，系統(tǒng)負(fù)擔(dān)層數(shù)為20層以下時取2，20～32層時取3，超過32層的建筑機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)要分段設(shè)計。

2.1.2 送風(fēng)量定量審核應(yīng)用示例

2.1.2.1 壓差法計算送風(fēng)量

根據(jù)公式(1)，首先確定計算參數(shù)取值。A為門、窗縫隙的計算漏風(fēng)總面積，本項目樓梯間內(nèi)無窗，每一道門的漏風(fēng)面積為雙扇門門縫的面積，雙扇門門縫如圖2所示。根據(jù)《高規(guī)》的規(guī)定，疏散門縫寬為0.002 ～0.004m，此處取其上限0.004m，一扇門的漏風(fēng)面積為0.036 8m2，本建筑共19層，因此門縫總漏風(fēng)面積A為0.699 2m2;△P為門縫兩側(cè)壓差，防煙樓梯間取40～50Pa，此處取其上限50Pa;指數(shù)N對于門縫漏風(fēng)取2。

圖2 雙扇門門縫示意圖

根據(jù)以上參數(shù)取值，由公式(1)可得，壓差法計算得到的送風(fēng)量為18 399m3·h－1。

2.1.2.2 風(fēng)速法計算送風(fēng)量

根據(jù)公式(2)，首先確定計算參數(shù)取值。本建筑共19層，因此同時開啟門數(shù)量n取2;送風(fēng)管道為混凝土管道，漏風(fēng)率附加系數(shù)b取0.25;過門風(fēng)速v取0.7 m/s;走廊采用自然排煙方式，背壓系數(shù) a取0.6;樓梯間門尺寸為2.00m ×1.60m，因此門開啟面積 F 為3.2m2。

根據(jù)以上參數(shù)取值，由公式(2)可得，風(fēng)速法計算得到的送風(fēng)量為33 600m3·h－1。

以上計算僅表明計算方法和過程，根據(jù)不同項目的具體情況，各參數(shù)取值需進一步確定。

2.1.2.3 查表法確定送風(fēng)量

根據(jù)《高規(guī)》第8.3.2條的規(guī)定，樓梯間單獨送風(fēng)、系統(tǒng)負(fù)擔(dān)層數(shù)小于20層時，風(fēng)機的加壓送風(fēng)量為25 000 ～30 000m3·h－1。

2.1.2.4 本項目加壓送風(fēng)量的確定

比較壓差法、風(fēng)速法得到的送風(fēng)量計算結(jié)果及查表所得的送風(fēng)量范圍。壓差法計算得到的加壓送風(fēng)量為18 399m3·h－1，風(fēng)速法計算得到的加壓送風(fēng)量為33 600m3·h－1，查表法得到的加壓送風(fēng)量為25 000 ～30 000m3·h－1。因此，通過比較可知，審核該建筑防煙樓梯間加壓送風(fēng)機選型時，其送風(fēng)量不能小于33 600m3·h－1，本建筑正壓送風(fēng)機送風(fēng)量可選為34 000m3·h－1。根據(jù)計算得到的結(jié)果，再比較該建筑實際風(fēng)機選型，確定其風(fēng)機送風(fēng)量是否符合要求。

2.2 機械加壓送風(fēng)管道尺寸的量化確定

根據(jù)《高規(guī)》第8.1.5.1條的規(guī)定，采用金屬風(fēng)道送風(fēng)時，風(fēng)道內(nèi)送風(fēng)風(fēng)速不應(yīng)大于20m·s－1。風(fēng)道截面積計算公式為:

其中，s為風(fēng)道截面積，m2;Q為風(fēng)機加壓送風(fēng)量，m3·h－1;v為風(fēng)道內(nèi)送風(fēng)風(fēng)速，m·s－1。

由前文計算可知，本文中建筑防煙樓梯間機械加壓送風(fēng)量Q取34 000m3·h－1，送風(fēng)風(fēng)速v最大取值為20m·s－1，則由公式(3)計算可得，送風(fēng)管道截面積不應(yīng)小于0.472m2。根據(jù)風(fēng)道的形狀，進而可以確定風(fēng)道的直徑或邊長。

2.3 機械加壓送風(fēng)口尺寸的量化確定

根據(jù)《高規(guī)》第8.1.5.3條的規(guī)定，機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)口的風(fēng)速不宜大于7m·s－1。送風(fēng)口截面積計算公式為:

其中，A為每個送風(fēng)口面積，m2;Q為風(fēng)機加壓送風(fēng)量，m3·h－1;v為送風(fēng)口處風(fēng)速，m·s－1;n 為防煙樓梯間內(nèi)送風(fēng)口總數(shù)，個。

風(fēng)機機械加壓送風(fēng)量Q取34 000m3·h－1，送風(fēng)口最大送風(fēng)風(fēng)速v為7m·s－1。由上文可知，本文研究建筑的防煙樓梯間內(nèi)共設(shè)有常開送風(fēng)口7個，則由公式(4)計算可知，每個送風(fēng)口面積不應(yīng)小于0.193m2。根據(jù)送風(fēng)口的形狀，可以確定其邊長。

計算加壓送風(fēng)口面積時，要根據(jù)不同情況具體確定開啟的送風(fēng)口數(shù)量。本文示例中防煙樓梯間內(nèi)的送風(fēng)口在加壓送風(fēng)時全部開啟，因此公式(4)中送風(fēng)口數(shù)量取其總數(shù)7。若計算前室送風(fēng)口的面積，則需注意，前室一般采用常閉送風(fēng)口，著火時只開啟著火樓層及相鄰層的送風(fēng)口，此時應(yīng)根據(jù)具體情況確定計算過程中涉及到的送風(fēng)口數(shù)量。

3 結(jié)束語

對機械防煙系統(tǒng)設(shè)計過程中的關(guān)鍵參數(shù)進行量化審核，對于確保機械防煙系統(tǒng)有效性、阻止火災(zāi)煙氣蔓延進入疏散通道來說意義重大。在目前的建設(shè)工程消防設(shè)計審核過程中，對機械防煙系統(tǒng)的量化審核還缺少足夠認(rèn)識。

在工程實例分析的基礎(chǔ)上，本文重點對機械防煙系統(tǒng)消防設(shè)計審核中關(guān)鍵參數(shù)的量化審核方法和過程進行了探討，包括加壓送風(fēng)機送風(fēng)量的計算方法、送風(fēng)管道尺寸的確定方法及加壓送風(fēng)口尺寸的確定方法等，通過實例分析，對量化審核機械防煙系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的步驟進行了詳解，從而為建設(shè)工程防煙系統(tǒng)的消防設(shè)計審核提供一定的參考。

［1］GB 50045－95，高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范(2005年版)［S］.

［2］GB 50016－2006，建筑設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［3］霍然，胡源，李元洲.建筑火災(zāi)安全工程導(dǎo)論(第二版)［M］.合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2009.

［4］徐志勝，姜學(xué)鵬.防排煙工程［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2011.

［5］郭樹林，關(guān)大巍.建筑防火設(shè)計與審核細(xì)節(jié)100［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.