基于煙囪效應(yīng)的高層建筑電梯防火設(shè)計研究

伏果

中南建筑設(shè)計院股份有限公司 湖北 武漢 430071

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，高層、超高層建筑數(shù)量不斷增加，有效改善了人們的居住生活條件，尤其是建筑電梯數(shù)量的不斷增加，為人們居住和出行提供了便利條件。但另一方面，高層建筑電梯存在煙囪效應(yīng)，即建筑內(nèi)空氣隨電梯井空間上升或下降，進而形成較強的空氣對流現(xiàn)象。

1 煙囪效應(yīng)成因分析及常見對策

煙囪效應(yīng)多發(fā)生于冬季，主要是受內(nèi)、外部環(huán)境因素影響產(chǎn)生。首先，從外部環(huán)境來看，冬季環(huán)境下，外部氣溫顯著低于室內(nèi)氣溫，當外部密度較大的冷空氣由較低樓層進入建筑內(nèi)時，經(jīng)電梯井向上流動；其次，從內(nèi)部環(huán)境來看，當外部冷空氣進入室內(nèi)并向上流動過程中，建筑內(nèi)部沿途阻隔一定程度上分擔煙囪效應(yīng)產(chǎn)生的總壓差，進而導致熱壓差系數(shù)存在較大差異。

針對煙囪效應(yīng)，一般通過改善建筑圍護結(jié)構(gòu)、電梯門前設(shè)置送風出風系統(tǒng)、地下停車場設(shè)置門洞或排風等措施加以解決，通過減少冷空氣進入通道、緩解熱壓差等方式緩解煙囪效益。然而，此類方式通常會一定程度上影響建筑消防安全，增加建筑消防安全隱患。

2 工程案例及消防設(shè)計思路

2.1 工程概況

某建筑為框架核心筒結(jié)構(gòu)，建筑高度為240m，共計51層，按防火分區(qū)分為：低區(qū)5～18層、中區(qū)20～32 層、高區(qū)34～51層。建筑內(nèi)部設(shè)有21部電梯，其中，2部為消防電梯，電梯按分區(qū)劃分為低、中、高三組，電梯分區(qū)設(shè)有避難層，與防火分區(qū)一致。為節(jié)省建筑內(nèi)部空間，相鄰電梯井道無隔離，即高、中、低電梯豎向共用井道。本建筑頂層高度較高，在冬季外界溫度較低的情況下，容易出現(xiàn)較為顯著的煙囪效應(yīng)，頂層電梯出風量較大，首層轎廂和廳門易出現(xiàn)無法關(guān)閉和電梯嘯叫現(xiàn)象。其他季節(jié)則不明顯。

2.2 消防設(shè)計思路

為合理解決該建筑電梯煙囪效應(yīng)問題，應(yīng)從多方面入手進行解決。

（1）地下室二層VIP電梯井道向備用間開通，并從備用間向地下車庫區(qū)域開洞，緩解電梯井由中庭抽取空氣；

（2）地下室一層夾層井道向電梯廳夾層開洞，在8層新風機房部位向高區(qū)電梯井道開洞，在33層備用間內(nèi)開洞，設(shè)置機械排風系統(tǒng)；在高區(qū)50層吊頂井道側(cè)壁開洞。

通過開洞與機械送風方式緩解井道從中庭抽取空氣，減少因煙囪效應(yīng)而造成的轎廂無法關(guān)閉、電梯嘯叫等問題。然而，由于增加了電梯井道與相鄰空間的開洞，并以機械送風方式進行送風，可能加速火災(zāi)情況下的火勢蔓延，進而導致火災(zāi)和煙氣由電梯井道向其他樓層流動，因此，有必要需要對該建筑消防設(shè)計進行進一步優(yōu)化。

2.2 消防設(shè)計優(yōu)化

針對上述可能存在的問題，應(yīng)從建筑消防、交通等方面入手，對消防設(shè)計方案進行優(yōu)化。

（1）在地下二層、地下一層夾層部位設(shè)置防火閥，防火閥與消防系統(tǒng)聯(lián)動，當溫度超過70℃時熔斷自動關(guān)閉，從而起到消防隔離、緩解煙囪效應(yīng)的目的。

（2）在防火分區(qū)與井道之間開設(shè)的洞口與排風管道之間，應(yīng)使用防火措施進行封堵。

（3）地下室二層及一層夾層電梯井開洞備用間和電梯廳夾層使用防火材料進行裝修，并確保區(qū)域內(nèi)整潔，禁止防止易燃、可燃物品。備用間采用甲級防火門，以便于防火隔離。

（4）在防火低區(qū)和中區(qū)送、排風管道備用間應(yīng)按防火要求進行設(shè)計，應(yīng)采用耐火極限不少于2h的防火隔墻，樓板要求耐火極限不得少于1.5h，甲級防火門應(yīng)與其他部分分割，內(nèi)部裝飾應(yīng)采用耐火材料，風管耐火極限應(yīng)不小于30min或以耐火極限不低于30min的防火板進行保護。

（5）高區(qū)電梯廳采用耐火材料裝修裝飾，并由耐火完整性不低于1h的防火玻璃和電動感應(yīng)防火隔離門與其他區(qū)域分離，電梯吊頂采用耐火材料裝修，耐火極限不得低于15min。電梯廳及吊頂區(qū)域的配電箱、配電管應(yīng)采用阻燃或耐火線路，并穿金屬導管和封閉式金屬線槽，確保防火措施落實到位。

（6）電梯層耐火極限不得少于1h，應(yīng)滿足《電梯層門耐火試驗、完整性、隔熱性和熱通量測定》（GB／T27903）相關(guān)技術(shù)要求。電梯井內(nèi)除電纜、電線及必要線路外，不可設(shè)置易燃、可燃物，井內(nèi)線路必須采用阻燃、耐火電纜。電梯檢修門防火等級不得低于乙級。

（7）電梯轎廂內(nèi)必須設(shè)置與消防控制室通話的消防專用電話，當火災(zāi)發(fā)生時，應(yīng)強制電梯停靠至首層，各樓層電梯門應(yīng)強制關(guān)閉，電梯運行狀況信息應(yīng)通過電梯反饋信號傳達至消防控制室。

3 消防設(shè)計效果分析

針對本項目電梯煙囪效應(yīng)實際情況，結(jié)合消防設(shè)計要求，在確?；馂?zāi)發(fā)生時建筑內(nèi)人員安全疏散、撤離的前提下，對消防水方案進行分析如下：

（1）當火災(zāi)發(fā)生時，在電梯井道與著火層相連的情況下，煙氣將會以較快的速度向其他樓層蔓延，最大上升速度可達7m/s，如非著火樓層電梯門未強制關(guān)閉，則可能經(jīng)由井道進入非著火區(qū)域，進而影響相鄰樓層的人員疏散。同時，在發(fā)生火災(zāi)的情況下，在煙囪效應(yīng)的作用下，電梯井道的溫度可達210 ℃，而電梯油閃點溫度為250 ℃。因此，在發(fā)生火災(zāi)情況下，因井道造成電梯油和電纜燃燒的可能性較小。

（2）經(jīng)過樓層的阻隔削弱作用，頂層電梯井道內(nèi)煙氣溫度應(yīng)低于200 ℃，低于由熱輻射引起燃燒的界限值（360 ℃），如電梯井內(nèi)設(shè)有易燃、可燃物，則可能導致火情蔓延至其他樓層。

（3）當火災(zāi)發(fā)生時，頂層人員疏散是消防設(shè)計重點考慮的問題之一。如頂層人員在消防警報時開始疏散，則可能在火情發(fā)展前達到安全區(qū)域；如未能及時發(fā)出警報或未能及時疏散，則可能導致頂層人員不能及時向下疏散至安全區(qū)域。在此情況下，頂層人員應(yīng)就近疏散至最近的避難層，由消防人員進行消防處理；當火情難以控制時，建筑內(nèi)人員應(yīng)在在消防人員的指揮下疏散至室外安全區(qū)域。

4 結(jié)語

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，高層、超高層建筑煙囪效應(yīng)是建筑消防設(shè)計中的重要問題。在具體設(shè)計中，應(yīng)通過加強建筑結(jié)構(gòu)密封性、局部設(shè)置門洞、加強送風等方式緩解煙囪效應(yīng)，并通過防火門隔離、采用耐火裝飾材料、清理可燃物等途徑，提高建筑防火性能，避免火災(zāi)沿電梯井道蔓延至其他樓層，從而實現(xiàn)高層建筑火災(zāi)的有效控制。