地下車庫通風及排煙系統(tǒng)防火對策技術分析

潘 翀

(太原市公安消防支隊，山西 太原 030024)

地下車庫通風及排煙系統(tǒng)防火對策技術分析

潘 翀

(太原市公安消防支隊，山西 太原 030024)

在分析國內(nèi)外地下車庫通風及排煙系統(tǒng)研究進展的基礎上，研究了地下車庫的主要危險源及火災特點，重點論述了通風及排煙系統(tǒng)常用的工程設計方法及優(yōu)缺點，并針對當前地下車庫排煙系統(tǒng)設計中存在的普遍性問題，提出了解決對策，以供參考。

地下車庫，煙氣，排煙系統(tǒng)，火災隱患

0 引言

隨著我國經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定增長和城鎮(zhèn)化水平的不斷提升，城市汽車保有量呈快速增長趨勢，停車難成為困擾我們的社會問題。開發(fā)地下空間建設地下車庫，發(fā)展機械立體車庫成為解決停車困難的有效途徑。然而，在地下車庫蓬勃發(fā)展的同時，其火災危險性也逐步凸顯出來。地下車庫作為一種封閉空間，一旦發(fā)生火災不僅會導致車輛被大量燒毀，同時，產(chǎn)生和積聚的煙氣和熱量還嚴重威脅被困其中的人員生命安全。1992年瑞典的地下車庫火災燒毀100輛汽車；2006年英國布里斯托爾22輛車輛燒毀，車庫頂棚結(jié)構(gòu)損壞。國內(nèi)無錫、佛山、長沙、天津等城市也發(fā)生過典型的地下車庫火災。

國內(nèi)外學者主要運用全尺寸火災試驗、縮小尺寸火災實驗和火災模擬三種方法研究地下汽車庫和汽車火災。芬蘭、英國、法國、德國、美國[1]分別對敞開空間單輛中型客車、中型轎車，封閉空間內(nèi)多輛小轎車，碰撞情況下的汽車等多種情況下開展了全尺寸試驗，研究汽車火災的熱釋放速率曲線，汽車材料、阻燃材料、通風等因素對汽車火災的影響。國內(nèi)程遠平教授[2]對一輛小轎車進行了全尺寸火災試驗研究，獲得了試驗條件下火場溫度和熱釋放速率等隨時間的變化規(guī)律。國外在19世紀70年代起就開始研究地下汽車庫火災，主要研究了自動噴水滅火系統(tǒng)、機械防排煙系統(tǒng)，車庫布局等因素對地下車庫火災蔓延程度的影響，以及火災對地下車庫鋼結(jié)構(gòu)、鋼框架混凝土平板組合結(jié)構(gòu)安全性能的影響。國內(nèi)在這方面的研究起步晚，研究較少。我國現(xiàn)行的于1998年開始實施的《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規(guī)范》由于頒布年代較早，與當前汽車庫的發(fā)展存在部分不適應的情況。

1 地下車庫火災的特點

1.1 地下車庫的定義與分類

地下汽車庫是指室內(nèi)地坪面低于室外地坪面高度超過該層車庫凈高一半的汽車庫。地下車庫的分類方式有很多種，按照汽車庫規(guī)模，《汽車庫、修車庫、停車庫設計防火規(guī)范》(以下簡稱為汽規(guī))把車庫分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ四類；按照地下車庫與地面建筑的關系，分為單建式和附建式兩種，附建式車庫應用相對廣泛；按車輛進庫方式，分為坡道式、機械式和兩種混合的半機械式。

1.2 地下車庫主要火災隱患

汽車庫火災兼有液體火災和固體火災的特點，根據(jù)地下車庫風險性評價研究[3]，地下停車庫的主要危險源為汽車存放單元中存放的汽車，控制間內(nèi)的控制柜及線路，弱點機房線路和風機房的電器線路，其中停放在庫內(nèi)的汽車是最主要的危險源。

1.3 地下車庫的火災特點

地下車庫具有相對封閉、出入口少、自然通風不足、泄壓面積小的建筑特點，一旦發(fā)生火災，煙氣和熱量都很難散發(fā)出去。升溫速率快，煙氣濃度大、能見度低會導致人員疏散、滅火救援困難。車輛中的燃料和合成裝修材料會形成大量的火災荷載，在強輻射熱的作用下油箱容易爆炸，極易引起附近車輛的燃燒，進一步擴大燃燒范圍。同時，車庫內(nèi)車輛不容易撤離，易造成大量財產(chǎn)損失。附建式地下車庫與地上建筑相連通，大火和煙氣通過豎向通道向上部空間傳播，對地上建筑和人員安全造成極大的威脅。

2 地下車庫通風及排煙系統(tǒng)的概況

2.1 地下車庫通風系統(tǒng)的原理和分類

地下車庫的通風系統(tǒng)由送風系統(tǒng)和排風系統(tǒng)兩部分組成，送風系統(tǒng)向車庫內(nèi)送入新鮮空氣，目的是使車庫內(nèi)污染物和有害物質(zhì)的濃度降低到國家衛(wèi)生標準范圍內(nèi)和爆炸極限外。排風系統(tǒng)負責排除有毒有害氣體。地下車庫通風方式主要包括自然通風和機械通風兩種方式。排風口的設置位置分為三種情況：一是根據(jù)《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》(以下簡稱為暖規(guī))上下部均設置排風口；二是全部排風口均設置在上部；三是無風管誘導通風系統(tǒng)。由于地下車庫管道眾多，空間緊張，因此無風管的誘導式通風系統(tǒng)最受設計院青睞。

2.2 地下車庫排煙系統(tǒng)的原理和分類

車庫排煙系統(tǒng)是為了排除火災產(chǎn)生的熱量和煙氣，防止火勢蔓延，為人員和車輛的撤離提供安全疏散時間，同時為滅火贏得時間。排煙方式也包括自然排煙和機械排煙兩種方式。地下車庫一旦發(fā)生火災，空氣會分成熱空氣和冷空氣上下兩部分，機械排煙口均設置在車庫的上部。

2.3 地下車庫通風排煙系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

地下汽車庫排煙系統(tǒng)對滅火、控火及安全疏散的影響存在一定的爭議。排煙量較小，不能滿足人員安全疏散條件，當排煙量增大到一定值時，火災釋熱速率快速升高對滅火不利。張曉鴿[4]認為隔煙卷簾和水噴淋系統(tǒng)能夠產(chǎn)生良好的消防效果，機械排煙系統(tǒng)反而會在一定程度上加劇火災的發(fā)展；Carvel研究表明強制縱向通風重型貨車火災的釋熱速率比自然通風條件下大10倍以上，而對小汽車影響不大；張培紅[5]認為機械排煙對通道處的溫度、煙氣的控制效果明顯，有利于安全疏散，但是地下車庫火災規(guī)范對排煙設計籠統(tǒng)，6次/h排煙效果不佳，30次/h排煙效果好但對滅火不利；程遠平認為若要在一定時間內(nèi)保持安全逃生和救災的有利條件，實際所需的排煙量和換氣次數(shù)與車庫面積、層高、火災負荷載條件有關。

2.4 通風排煙系統(tǒng)工程防火設計中常遇到的問題

在設計通風系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)時，常遇到的問題可分為四大類：一是高層建筑的附建式地下車庫應采用《汽車庫、修車庫、停車庫設計防火規(guī)范》還是《高層民用建筑設計防火規(guī)范》；二是通風量和排煙量能否一致；三是通風口和排煙口能否共用；四是排煙量能否設置為固定值。對于附建式的地下車庫應采用《汽規(guī)》；通風量和排煙量值應考慮通風系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)二者的布置關系。如果共用系統(tǒng)，通風量和排煙量可以一致；由于地下車庫排放的高溫尾氣，不會滯留在車庫下部，因此排煙口和通風口均應設置在上部；在實際工程中，車輛的進出次數(shù)，在車庫內(nèi)的停留時間是不同的，存在高峰期和低谷期,建議采用變風量排煙系統(tǒng)。

3 地下車庫通風及防排煙系統(tǒng)防火設計及評估

3.1 排煙系統(tǒng)安全設計標準

地下車庫的安全設計標準決定著人員安全疏散時間，根據(jù)我國學者常用的生命危險判據(jù)[6]，如果火災發(fā)展30 min內(nèi)冷空氣的高度不低于1.5 m,距地板1.8 m內(nèi)，氣體中氧氣體積分數(shù)大于12%，CO2，CO體積分數(shù)分別小于6和1 400×10-6，距離地板1.8 m冷空氣的溫度不高于65 ℃，熱煙氣層的溫度不高于600 ℃，認為是安全狀態(tài)。

3.2 地下車庫排煙量確定

地下車庫排煙量的確定，需要確定三個因素：1)排煙量；2)補風量；3)換氣次數(shù)。

根據(jù)《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規(guī)范》中的規(guī)定，排煙量的計算公式為：

L=V×N

(1)

其中，L為排煙量，m3/h；V為防煙分區(qū)的體積，m3;N為換氣次數(shù)，N≥6。規(guī)范中規(guī)定換氣次數(shù)不小于6次/h。在前文中，我們提到同一頻率的定風系統(tǒng)在實際工程的運用有一定的局限性，相比之下變風量的排煙系統(tǒng)可以有效控制火場煙氣的蔓延和火場溫度的提高。根據(jù)張培紅等人[5]的研究結(jié)果，在300 s以前采用低頻率，300 s之后將換氣次數(shù)提高到40次/h。

《汽規(guī)》規(guī)定補風量不應小于排煙量的50%，但在實際工程中一般按照60%計算[7]比較合理，當選用太低的補風量時，樓梯間會因負壓過大而打不開門。

3.3 排煙系統(tǒng)管道設計方式

常見的排風系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)的布置方式有三種：一是排風系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)完全獨立，這種方式管道占用地下車庫的空間大，投資成本大；二是排風系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)合用主風管道，風機獨立設置，兩臺風機并聯(lián)連接管道，這種方式投資大、可靠性低；三是排煙系統(tǒng)和排風系統(tǒng)完全共用，即管路系統(tǒng)、排風口與排煙口、排風機與排煙機均合用，這種方式空間利用率高，投資成本相對低，可靠性高。

3.4 誘導式排煙系統(tǒng)的應用

誘導通風系統(tǒng)又稱為無風管誘導通風系統(tǒng)，借助射流風機噴嘴噴出的少量氣體，誘導、攪動風機周圍空氣并帶動其至特定的方向，在無風管的條件下，形成從送風機到排煙機的定向空氣流動，從而達到稀釋有毒氣體的濃度。這種方法通風效果好，節(jié)省空間,初期和運營費用低，比較適用于大空間建筑。

4 結(jié)語

地下車庫具有高度的密閉性，汽車排出的廢氣和火災時產(chǎn)生的高溫煙氣很難自行擴散，設置合理的通風系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)對滅火和控火起著至關重要的作用。變風量排煙系統(tǒng)和誘導式的排煙系統(tǒng)，可以有效控制煙氣的蔓延和火災熱釋放速率，具有投資費用和運行成本低、節(jié)省資源等優(yōu)點，將會更廣泛地運用在地下車庫通風及排煙設計中。

[1] 張 新.地下機械汽車庫火災模型試驗及蔓延機理研究[D].長沙：中南大學，2012.

[2] 程遠平,R Jhon.小汽車火災試驗研究[J].中國礦業(yè)大學學報，2002，31(6):557-560.

[3] 賈春芬,姚會蘭.地下停車庫火災風險性的評價研究[J].火災科學，2006，15(1):6-10.

[4] 張曉鴿,郭印誠.地下車庫火災過程及消防措施的研究[J].工程熱物理學報，2006，27(2):171-174.

[5] 張培紅，宮宇奇.變風量排煙系統(tǒng)對地下汽車庫火災疏散安全性的影響[J].沈陽建筑大學學報(自然科學版)，2011,27(3)：547-551.

[6] 程遠平,張孟軍.地下汽車庫火災與煙氣發(fā)展過程研究[J].中國礦業(yè)大學學報，2001，32(1):12-16.

[7] 陳英杰，朱勇軍.地下車庫通風與防排煙系統(tǒng)設計的探討[J].建筑節(jié)能，2014，42(285)：24-26.

On fire-fighting strategic technical analysis of ventilation and smoke evacuation of underground garages

Pan Chong

(TaiyuanPublicSecurityFire-fightingUnit,Taiyuan030024,China)

Based on the research on the ventilation and smoke evacuation system of underground garages at home and abroad, the paper researches the main hazard resources and fire features of the garages, mainly indicates the engineering design methods and advantages of the ventilation and smoke evacuation system, and points out the solution strategies according the common problems in the smoke evacuation system of the current underground garages, so as to provide some reference.

underground garage, smoke and gas, ventilation system, hidden hazards of fire

1009-6825(2015)07-0121-02

2014-12-31

潘 翀(1985- )，女，助理工程師

TU834

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