高層建筑防排煙設計結合實例分析

李海娟

(山西省建筑科學研究院，山西太原 030001)

近年來，建筑行業(yè)飛速發(fā)展。大量功能復雜、形式多樣的高層建筑層出不絕，這在一定程度上改變了過去千廈一調，千街一貌，千城一色的狀況，而且給人們的生活氣息增添了不少色彩。但高層建筑功能復雜，起火因素多，火勢蔓延快，疏散和撲救難度大，當發(fā)生火災時，具有更大的危害性，因此人們也越來越重視防火排煙設計。目前，相關規(guī)范也在日趨完善，為防止和減少火災危害，國家先后制定《建筑設計防火規(guī)范》(簡稱《建規(guī)》)、《高層民用建筑設計防火規(guī)范》(簡稱《高規(guī)》)、《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規(guī)范》《人民防空工程設計防火規(guī)范》(簡稱《人規(guī)》)，對防火排煙設計起到了很好的指導作用。以下結合具體工程對某高層建筑的防排煙系統(tǒng)進行分析。

1 建筑概況

該建筑為龍鳳苑小區(qū)2號樓，東西長為64.0 m，南北寬為19.8 m，地下2層，地上28層。地下2層為戰(zhàn)時人防，平時戊類儲藏室，地下1層為管道層，1層～28層為單元式住宅?？偨ㄖ娣e:29 874.32 m2，其中地上部分建筑面積:27 860.47 m2，地下部分建筑面積2 013.85 m2。建筑高度:85.4 m，地下2層高3.6 m，地下1層高2.2 m，住宅標準層高3.05 m，室內外高差0.45 m，電梯機房層高4.5 m。該建筑為一類高層建筑，內設有電氣自動報警系統(tǒng)及自動噴淋系統(tǒng)。

2號樓的東西邊單元各設一部防煙樓梯間、兩部電梯及一個合用前室，具體結構詳見圖1。中單元設一部剪刀防煙樓梯間、兩部電梯、一個前室及一個合用前室，具體結構詳見圖2。圖1合用前室一道門為兩個戶門，大小為1.2×2.1，二道門為合用前室通往防煙樓梯間的防火門，大小為1.2×2.1，圖2剪刀防煙樓梯間前室的一道門為一個戶門和一個內走道通向前室的防火門，其大小分別為1.2×2.1和1.2×2.1。二道門為前室通往防煙樓梯間的防火門，大小為1.2×2.1;圖2剪刀防煙樓梯間合用前室的一道門為內走道通向合用前室的防火門，大小為1.2×2.1，二道門為合用前室通向防煙樓梯間的防火門，大小為1.2×2.1，圖2防煙樓梯間地下部分防煙樓梯間和電梯前室無門。依據(jù)防火規(guī)范，該建筑耐火等級為1級。該建筑裝修材料均為難燃或不燃材料。

據(jù)氣象資料顯示，冬季主導風向為北風，夏季主導風向為南風，因此在冬季北墻為迎風面，在夏季南墻為迎風面。

2 防火及防煙分區(qū)的劃分

防火分區(qū)是為了防止火災的擴大，根據(jù)建筑用途和性質進行劃分，防火分區(qū)四周用防火墻、防火門、防火卷簾等設備進行分隔，一般是由建筑專業(yè)完成。通常在建筑設計中，樓梯間、通風井、電梯等能形成垂直通道的部分也要作為防火分區(qū)。當建筑中設有火災自動報警系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)時，其防火分區(qū)可按規(guī)范上的面積相應的增大一倍。

防煙分區(qū)是對防火分區(qū)的細分，不應跨越防火分區(qū)，它能有效地防止火災時產(chǎn)生的煙氣流動。防煙分區(qū)最大面積不宜超過500 m2。防煙分區(qū)則是用擋煙垂壁或擋煙隔墻分隔，擋煙垂壁的高度不小于500 mm。擋煙垂壁可做成固定式或活動式，根據(jù)建筑層高及裝修情況定，活動式擋煙垂壁平時收起，著火時電動放下。擋煙垂壁下邊緣距地面高度不應小于1.8 m。

本工程防火分區(qū)與防煙分區(qū)的劃分均滿足以上要求。

圖1 防煙樓梯間及前室平面圖

圖2 防煙樓梯間、前室及合用前室平面圖

3 防排煙系統(tǒng)劃分

本工程3部防煙樓梯間地上部分均靠外墻設置，窗戶面積滿足自然防煙的要求，因此3部防煙樓梯間地上部分均為自然防煙。3部防煙樓梯間地下部分均無法開窗，無法滿足自然防煙，需設機械加壓送風系統(tǒng);圖1防煙樓梯間和電梯的合用前室因靠建筑內部，自然排煙口和陽臺或凹廊等一些自然防煙的設施無法設，因而需設機械加壓送風系統(tǒng)，地下部分同理也需設機械加壓送風系統(tǒng);圖2防煙樓梯間是剪刀梯，分別對應前室和合用前室，其合用前室地上部分臨外墻，設有窗戶，窗戶面積滿足自然防煙的要求，因而圖2防煙樓梯間對應的合用前室地上部分為自然防煙，而前室因靠建筑內部，不滿足自然防煙條件，因而需設置機械加壓送風系統(tǒng);圖2防煙樓梯間對應的前室和電梯前室，其地下部分均不具備自然防煙的條件，因而需設機械加壓送風系統(tǒng)。

本工程地下1層為管道層，建筑上設置窗井進行平時通風，因層高低，無可燃物，因而地下1層不需要設置機械排煙設施。

本工程地下2層為戰(zhàn)時人防，平時戊類儲藏室。應考慮到以下幾方面內容:

1)甲方平時功能的不確定性;

2)該層為地下2層，火災時由于光線較差，人員容易迷失方向，找不到疏散出口;

3)該層為人防層，設置窗井進行自然排煙比較困難;

4)該層為一類高層建筑的地下室;因此在地下二層設置機械排煙設施。該排煙系統(tǒng)與平時的通風系統(tǒng)合用一套風機及管道。風機采用雙速風機，平時低速運行進行排風，發(fā)生火災時，排煙風機切換至高速，進行消防排煙。又由于該層為地下室，無自然補風的條件，因而在地下二層設置一套機械補風系統(tǒng)。

4 消防排煙系統(tǒng)的設計及計算

機械排煙系統(tǒng)通常承擔著多個防煙分區(qū)的排煙任務，它的總風量不像通風空調系統(tǒng)那樣將各房間的風量加起來，這是因為實際著火時，只有一個防煙分區(qū)(房間)著火，最多波及臨近的一個防煙分區(qū)(房間)，目前《高規(guī)》《人規(guī)》中規(guī)定機械排煙系統(tǒng)的總風量為按最大防煙分區(qū)(最大房間)的面積乘以120 m3/(m2·h)。

本工程需要設置機械排煙的部位僅有地下2層，地下2層共一個防火分區(qū)，擬分5個防煙分區(qū)，其中最大的防煙分區(qū)面積為125 m2，排煙系統(tǒng)的總風量為125×120=15 000 m3/h，根據(jù)《建規(guī)》第9.4.8.1條規(guī)定，排煙風機的排煙量應考慮風管及設備在運行過程中會漏風，因而考慮排煙風機的風量需附加10%的系數(shù)，因此排煙風機的風量為15 000×1.1=16 500 m3/h。

排煙風機的水利計算不像一般的通風系統(tǒng)那樣需要進行風量平衡，因為:

1)在實際運行時，系統(tǒng)只開啟1個或2個防煙分區(qū)的排煙口進行排煙;

2)管路的風量本身不平衡，總風量不是各支管風量之和。

因此水利計算時，選取風量最大，風管又較長的一路進行計算，校核最遠的支管合理即可。

本設計中風量最大，風管又較長的一路正好為最遠的那趟支管，因此取最遠管路的長度進行計算。因排煙風機的壓頭為管道的沿程損失與局部阻力損失及排煙風口的阻力損失之和。本設計中最遠管路長度為40 m，局部阻力損失取其沿程阻力損失的50%，則管道損失的阻力為40×5×(1+0.5)=300 Pa，排煙風口的動壓60 Pa，根據(jù)GB 50019-2003采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范第5.7.2.2條規(guī)定，排煙風機的壓力應在系統(tǒng)計算的壓力損失上附加10% ～15%，因此排煙風機的壓頭為(300+60)×1.15=414 Pa。本工程中所選消防高溫排煙雙速風機的型號為:HTF(A)-NO.6.5型，G=18 000/11 918 m3/h，H=620/272 Pa，P=5.5/4 kW。

按照規(guī)范規(guī)定，排煙風機吸入口處的總管上設當煙氣溫度超過280℃時能自行關閉的排煙防火閥，該閥與排煙風機連鎖，當煙氣溫度超過280℃時，關閉該閥，同時連鎖排煙風機停止運轉。

因本設計中排煙和通風合用一套系統(tǒng)，因此風口選用回風排煙防火風口，該風口平時排風，著火時，所有的風口均關閉，著火區(qū)的風口重新打開進行排煙。

補風機采取的風量為排煙風機風量的50%以上即可，壓頭按其最不利風管的長度計算。本工程中所選補風機的型號為:SJGNO.5.0F 型，G=10 000 m3/h，H=345 Pa，P=2.2 kW。

5 機械加壓送風系統(tǒng)設計計算

防煙樓梯間及前室、合用前室的機械加壓送風量可采用計算法確定，查《高規(guī)》第8.3.2條中的附表進行校核，取其大者為設計加壓送風量。計算時所采用的兩種方法:

1)壓差法:

其中，F(xiàn)為每個門的開啟面積，m2;v為開啟門洞處的平均風速，取0.6 m/s～1.0 m/s;a為修正系數(shù)，根據(jù)加壓間密封程度取0.6～1.0;b為漏風附加率，取 0.1 ～0.2;n為同時開啟門的計算數(shù)量，當建筑物為20層以下時，取2，當建筑物為20層以及其以上時取3。

一般用壓差法計算的風量遠小于用風速法計算的風量，一旦當門打開時，系統(tǒng)阻力減小，系統(tǒng)風量增加，但通過門的風速達不到防煙要求。因此一般用風速法計算機械加壓送風量。

本工程圖1防煙樓梯間和電梯的合用前室地上和地下部分均分別設一套機械加壓送風系統(tǒng);防煙樓梯間地下部分均設一套機械加壓送風系統(tǒng)。

其中，ΔP為壓差值，樓梯間取50 Pa，前室和合用前室取25 Pa;b為指數(shù)，對于門縫及較大漏風面積取2，對于窗縫取1.6;f為門、窗縫隙的計算漏風面積，m2;0.827，1.25均為指數(shù)，對于門縫及較大漏風面積取2，對于窗縫取1.6。

2)風速法:

防煙樓梯間地上部分合用前室加壓風機風量:

1)查《高規(guī)》第8.3.2 條中的表 8.3.2-4，其加壓送風量應為42 000 m3/h～48 000 m3/h;

2)風速法計算:

取 F=1.2 ×2.1=2.52 m2，v=1.0 m/s，a=1.0，b=0.2，n=3，則:

將以上兩種結果進行比較，取大值，即42 000 m3/h。

防煙樓梯間地下部分合用前室加壓風機的風量:

1)查《高規(guī)》第8.3.2 條中的表 8.3.2-2，其加壓送風量應為18 000 m3/h～24 000 m3/h;

2)風速法計算:

取 F=1.2 ×2.1=2.52 m2，v=1.0 m/s，a=1.0，b=0.2，n=2，則:

將以上兩種結果進行比較，取大值，即21 772.8 m3/h。

防煙樓梯間地下部分加壓風機的風量:

1)查《高規(guī)》第8.3.2 條中的表 8.3.2-2，其加壓送風量應為24 000 m3/h～30 000 m3/h;

2)風速法計算:取 F=1.2 ×2.1=2.52 m2，v=1.0 m/s，a=1.0，b=0.2，n=2，則:

將以上兩種結果進行比較，取大值，即24 000 m3/h。

同理，圖2防煙樓梯間前室地上部分加壓風機的風量為42 000 m3/h;防煙樓梯間地下部分加壓風機的風量為37 500 m3/h;消防電梯前室地下部分加壓風機的風量為22 500 m3/h。

機械加壓送風的前室和合用前室均選用多葉送風口，防煙樓梯間的風口均為自垂式百葉送風口。其風口的風速均小于7 m/s。

6 結語

建筑安全是多方面的，防火排煙合理設計固然可以有效地控制煙氣流動，減少經(jīng)濟損失和人員傷亡，但這多多少少會給人們的心理造成一定的影響。我們應該從思想上重視，加強物業(yè)管理，提前做好防范措施。

[1] GB 50016-2006，建筑設計防火規(guī)范[S].

[2] GB 50045-95，高層民用建筑設計防火規(guī)范[S].

[3] GB 50098-2009，人民防空工程設計防火規(guī)范[S].

[4] 杜 紅.防排煙工程[M].北京:中國人民公安大學出版社，2003:152-232.

[5] 蔣永琨.中國消防工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.