對自然排煙方式中“自然條件”的可靠性分析

任志鵬

摘 要：文章以室內(nèi)火災(zāi)為核心，首先指出幾種常見的防煙排煙方式，然后介紹了自然防煙排煙在高層建筑中的應(yīng)用，最后分析了自然條件的可靠性，以供參考。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)火災(zāi)；防煙排煙；自然條件；可靠性

中圖分類號：D631.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0185-02

室內(nèi)火災(zāi)指的是限定在一個房間內(nèi)的火災(zāi)事故，隨著火源的擴大，相近的可燃物可能出現(xiàn)明火燃燒，繼而產(chǎn)生煙氣。當(dāng)煙氣溫度、擴散流動到一定程度后，火災(zāi)發(fā)展就會受限，因此房間大小、幾何結(jié)構(gòu)、室內(nèi)布局等，均會對火災(zāi)發(fā)展造成影響。如何控制火災(zāi)煙氣、避免隨意擴散，成為一項研究重點，以下針對自然排煙防煙進(jìn)行深入探討。

1 針對室內(nèi)火災(zāi)的防煙排煙方式

就目前而言，室內(nèi)火災(zāi)的防煙排煙方式，主要包括以下三種：

第一，自然排煙。煙氣自身具有浮力，加上外部風(fēng)力的作用，就能夠經(jīng)過建筑物內(nèi)部到達(dá)排煙口，促使煙氣排出室外。該方式雖然成本低、安裝簡單，但是排煙效率會受到煙氣和外部環(huán)境的影響。舉例來說，煙氣溫度越高，自身浮力越大，流動驅(qū)動力強，因此排煙效率高；相反煙氣溫度低，自身浮力就小，流動驅(qū)動力弱，因此排煙效率低。

第二，機械排煙。即輔助應(yīng)用機械設(shè)備如風(fēng)機，促使室內(nèi)的煙氣流向排煙口，實現(xiàn)排煙效果。該方式的排煙效率高，而且性能相對穩(wěn)定。當(dāng)然，要求前期投入一定資金成本，用于購買風(fēng)機設(shè)備和支付安裝費用。

第三，密閉排煙。依據(jù)《人民防空工程設(shè)計防火規(guī)范》（人防規(guī)范），其中明確指出密閉排煙是在火災(zāi)發(fā)生后，關(guān)閉房門、管道、通道等，促使火區(qū)內(nèi)外相互隔斷，因缺氧最終導(dǎo)致火災(zāi)熄滅[1]。該方式不需要設(shè)置排煙通風(fēng)系統(tǒng)，既經(jīng)濟又方便，但是在實際應(yīng)用中會受到多種因素的限制，因此排煙效率不穩(wěn)定。

2 高層建筑自然防煙排煙的技術(shù)應(yīng)用

2.1 排煙形式

依據(jù)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》中要求，除建筑高度超過50m的一類公共建筑和建筑高度超過100m的居住建筑外，靠外墻的防煙樓梯間及其前室、消防電梯間前室和合用前室，宜采用自然排煙方式。而自然排煙的形式，包括開啟外窗、陽臺或凹廊、專用排煙豎井或排煙口三種。其中，第一種、第二種適合所有的高層建筑，第三種不適合在無窗房間、內(nèi)走道、樓梯間前室中使用。因為排煙豎井的占地面積大，且對豎井上的窗口、排煙口要求較高，當(dāng)室內(nèi)、室外溫度差異較大時，會影響排煙效果。開啟外窗宜采用平開或者推拉形式，對于上懸窗不應(yīng)作為自然排煙窗，因為上懸窗排煙口屬于窗的下方，風(fēng)壓在懸窗內(nèi)側(cè)形成負(fù)壓，排煙效果極差，同時在上懸窗排煙口位置較低的情況下，煙氣離地面距離較近，影響人員逃生效率。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計要求

自然排煙方式的設(shè)置，應(yīng)該滿足以下條件[2]：第一，樓梯間前室、消防電梯前室中，開窗面積應(yīng)該在2m2以上，合用前室則超過3m2。如果防煙樓梯間靠近外墻，每5層的開窗面積之和應(yīng)該在2m2以上。內(nèi)走道長度在60m以內(nèi)，開窗面積應(yīng)該達(dá)到走道面積的2%以上；排煙房間開窗面積達(dá)到房間面積的2%以上。凈空高度在12m以內(nèi)的中庭，開窗面積應(yīng)該達(dá)到中庭面積的5%。第二，防煙樓梯間前室、合用前室若是利用陽臺、凹廊進(jìn)行排煙，那么樓梯間內(nèi)可以不設(shè)置防煙設(shè)施。第三，排煙窗應(yīng)該設(shè)置在上方，并且保證開啟方便。

2.3 存在的缺陷

高層建筑中，自然排煙方式的缺陷包括三點：一是建筑設(shè)計制約。煙氣的自然排放必須經(jīng)過外墻上的窗戶，因此要求排煙房間靠近室外，而且進(jìn)深不能太大。同時，還要設(shè)計開窗面積，即使有分隔要求的房間也要設(shè)置外窗，如此就會帶來防塵、隔音問題。二是具有火災(zāi)蔓延風(fēng)險。煙氣通過外窗排出室外，如果自身溫度較高，且含有未充分燃燒的氣體，就可能導(dǎo)致煙氣排出后形成火焰，致使火災(zāi)蔓延到上層建筑[3]。三是排煙影響因素多。自然排煙本身就不穩(wěn)定，而且還會受到煙氣溫度、室外風(fēng)向、風(fēng)速變化、建筑熱壓、煙囪效應(yīng)的影響，因此排煙效率差，且排煙過程難以控制。

3 自然排煙防煙“自然條件”的可靠性分析

3.1 假設(shè)條件

按照《高規(guī)》的規(guī)定，自然排煙需要的自然條件是風(fēng)壓、熱壓。由于實際情況中排煙條件較為復(fù)雜，因此必須進(jìn)行假設(shè)，以簡化環(huán)境條件，具體如下[4-5]：第一，以年度為周期，將我國城市劃分為夏季、冬季、過渡季，其中夏季產(chǎn)生反向熱壓作用，冬季產(chǎn)生正向熱壓作用，過渡季只有風(fēng)壓、沒有熱壓。第二，在熱壓作用下，建筑物上會形成壓力為0的中和界，假設(shè)中和界位于建筑高度的1/2處。第三，建筑物的密閉性滿足規(guī)定，且熱壓系數(shù)相等，取值為常數(shù)KR。而火災(zāi)的發(fā)生季節(jié)、發(fā)生樓層具有隨機性。第四，前室、合用前室、防煙樓梯間內(nèi)，均設(shè)置了1個可以開啟的排煙外窗。第五，風(fēng)向、風(fēng)頻具有均勻性，其中迎風(fēng)面的風(fēng)壓系數(shù)Kyp為0.468，背風(fēng)面的風(fēng)壓系數(shù)Kbp為0.408。由于兩者的絕對值差異較小，所以取平均值為0.438。第六，煙氣在走道內(nèi)水平流速為0.3-0.8m/s，經(jīng)過長距離流動后，由于溫度降低，流速接近0.3m/s，壓差在0.2Pa以內(nèi)。考慮到靜風(fēng)的風(fēng)速為0.3m/s，因此靜風(fēng)狀態(tài)下煙氣無法排出。

3.2 風(fēng)壓和熱壓的特性

第一，熱壓分布的豎直面上，以中和界進(jìn)行劃分，是一條上下、左右均對稱的線段。第二，風(fēng)壓分布的水平面上，以迎風(fēng)面、背風(fēng)面進(jìn)行劃分，迎風(fēng)和背風(fēng)左右對稱；但在豎直方向上，表現(xiàn)為上部壓力大、下部壓力小的曲線[6]。

3.3 概率理論

由于火災(zāi)的發(fā)生時間、發(fā)生地點是隨機的，風(fēng)壓、熱壓的出現(xiàn)也是隨機的，因此需要引入概率理論。以隨機事件A為例，發(fā)生概率以P（A）表示。

3.4 可靠度計算

如果隨機事件事先可以確定結(jié)果，也就是風(fēng)壓△Pf或熱壓△Pr單獨作用條件下。第一，在過渡季，風(fēng)壓單獨作用記為隨機事件A，能否自然排煙具有互斥性，因此P（A）=50%。第二，熱壓單獨作用記為事件B，和事件A類似，可得P（B）=50%。

如果隨機事件事先不能確定結(jié)果，也就是風(fēng)壓或熱壓同時存在條件下。第一，冬季熱壓△Prd、迎風(fēng)面風(fēng)壓△Pfy同時作用，丨△Pfy丨<丨△Prd丨，記為事件C；丨△Pfy丨=丨△Prd丨，記為事件D；丨△Pfy丨>丨△Prd丨，記為事件E。分析可知以上三種情況均對排煙不利。第二，冬季熱壓△Prd、背風(fēng)面風(fēng)壓△Pfb同時作用，丨△Pfb丨<丨△Prd丨，記為事件F；丨△Pfb丨=丨△Prd丨，記為事件G；丨△Pfb丨>丨△Prd丨，記為事件H。分析可知以上三種情況均對排煙有利。同理分析夏季熱壓△Prx和迎風(fēng)面風(fēng)壓△Pfy、背風(fēng)面風(fēng)壓△Pfb之間的作用關(guān)系，可以得到事件I、J、K，對排煙不利；事件L、M、N，對排煙有利。

綜合以上各種隨機事件可知，對自然排煙有利的情況、不利的情況分布相等，因此可以認(rèn)為在風(fēng)壓、熱壓作用下，自然排煙的可靠度為50%。

4 結(jié)束語

綜上所述，自然排煙是針對室內(nèi)火災(zāi)的防煙排煙方式之一，將其應(yīng)用在高層建筑中，不僅操作簡單，而且節(jié)約成本。但同時也存在一些缺陷，例如建筑設(shè)計制約、具有蔓延風(fēng)險、排煙影響因素多。文中針對自然排煙防煙的自然條件進(jìn)行分析，結(jié)果得出在風(fēng)壓、熱壓共同作用下，可靠度為50%。

參考文獻(xiàn)：

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