建筑中庭排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

閆勇

（山西建工集團(tuán)有限公司 山西 太原 030006）

0 引言

伴隨著建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量的飛速提升，施工技術(shù)方面也獲得了質(zhì)的飛躍，隨之一些一體化新型的空間建筑拔地而起，比如說一些大型商場(chǎng)和展覽中心，此種建筑一般都具備著較大的內(nèi)部空間施，很多樓層緊密相連，由于中庭設(shè)計(jì)方面的分隔和豎直分隔完全背離了以往我國的消防規(guī)章，因此，我國在設(shè)計(jì)建筑的防火方面的規(guī)范對(duì)中庭執(zhí)行了特別嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募s束，以此實(shí)現(xiàn)煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的更具合理性。

1 建筑中庭概念以及種類

中空建筑的空間具有豎井、中庭、天井等形態(tài)，其的幾何特征完全不同，可通過中空空間截面積和其的高度平方比進(jìn)行表示，<0.4時(shí)即為豎井，0.4~2之間即為方形，>2時(shí)即為扁平型。通常大空間的建筑被定義成空間高度>5m，體積>1000m3的建筑，中庭指的是短邊的長度或者半徑不能<6m，橫截面積不可<100m2，并且其的共享層數(shù)不能<3層具有頂蓋的室內(nèi)庭院。通常中庭類建筑分為以下幾種。

1.1 長廊式中庭

長廊式中庭建筑一般是指半封閉的室內(nèi)街道，它兩邊呈敞開式狀態(tài)。其最明顯的特征就是其內(nèi)部空間具備自然風(fēng)，而且是對(duì)流的。

1.2 封閉式中庭

這種中庭最顯著的特點(diǎn)即為不僅中庭的第一層與主體建筑相互連通，建筑主體和其它樓層也具有一道分割式外墻，還有些只是貼鄰在建筑的單側(cè)。實(shí)質(zhì)上它就是建筑室內(nèi)一個(gè)規(guī)模較大的花園或是門廳。

1.3 回廊式中庭建筑

回廊式中庭建筑實(shí)際上就是利用很多層回廊立體地面與周圍房間進(jìn)行有效地連接，其作為設(shè)計(jì)賓館、公寓、辦公樓等最常用的設(shè)計(jì)方案。

1.4 互通式中庭

這種中庭建筑具體是指將整體建筑歸結(jié)于建筑空間的整體，樓層空間與共享豎直空間緊密相連。

2 建筑中庭排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

煙氣控制系統(tǒng)設(shè)置最終的目標(biāo)就在于降低煙氣危險(xiǎn)導(dǎo)致的人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)方面的損失，所以，需要先將中庭使用的防火玻璃或是其他相同于安全材料的封閉式或者分割開，例如，長廊與封閉兩大類使中庭火災(zāi)煙氣難以直接進(jìn)入臨近的空間當(dāng)中，形成中庭與其他類建筑主體區(qū)別裝置排煙系統(tǒng)的狀況。而針對(duì)回廊式和互通式的中庭建筑，待周圍的室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的同時(shí)，需要使用在周邊室內(nèi)裝置專項(xiàng)排煙體系或者兼用空調(diào)體系的方式，將火災(zāi)煙氣控制在發(fā)生火災(zāi)的室內(nèi)，如果說此類方法難以實(shí)現(xiàn)，可采用在中庭建筑周圍與每層室內(nèi)連接的陽臺(tái)邊緣位置裝置擋煙設(shè)備的方法，在陽臺(tái)下面部分產(chǎn)生分區(qū)放煙，并使用煙氣層底端的高度不小于通向中庭建筑的開口高度，這樣才能對(duì)煙氣發(fā)揮阻斷效果，禁止其向中庭建筑中蔓延向。不然，將無法使用以下計(jì)算方法。

2.1 排煙設(shè)計(jì)方案分類

據(jù)相關(guān)報(bào)道顯示，美國ASHRAE與NFRA對(duì)于中庭建筑的排煙體系界定為是指運(yùn)用單一或組合的方式使煙氣的形成有所減少與約束煙氣的流動(dòng)工程體系。主動(dòng)形成降低煙氣的方法涵蓋安裝自動(dòng)噴水滅火體系和制約建筑結(jié)構(gòu)中以及在中庭建筑地面堆放不可燃性的材料數(shù)量；而制約煙氣被動(dòng)的流動(dòng)方式是指在中庭建筑的頂端裝置排煙系統(tǒng)，使其運(yùn)用排煙體系排放出煙氣和火災(zāi)形成的相同煙氣量排放出來，這就是排煙置換法。

2.2 選用排煙設(shè)計(jì)方案

待煙羽流到達(dá)中庭建筑頂棚后，會(huì)慢慢擴(kuò)散，待其接觸到墻壁或水平障礙后就會(huì)不斷下降。在開啟排煙系統(tǒng)前，由于煙羽流繼續(xù)向煙氣層供應(yīng)煙氣，煙氣厚度會(huì)逐漸增加，高度也會(huì)隨之慢慢下降，進(jìn)而溫度提升。如果排煙系統(tǒng)的運(yùn)行，待排煙口排量和煙羽流進(jìn)煙氣層的質(zhì)量相同時(shí)，煙氣層的下降會(huì)停止，煙氣層高度不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，簡稱穩(wěn)固煙氣層的高度；而在另一種情況下，煙羽流至中庭建筑頂棚之前由于煙氣的擴(kuò)散和空氣的吸收致使煙氣溫度下降至與周邊空氣溫度相等時(shí)，煙氣會(huì)出現(xiàn)“層化”現(xiàn)象，具體而言，就是待煙氣提升至和氣密度相等冷空氣的高度時(shí)既會(huì)向水平方向擴(kuò)張，并隨著溫度的降低而逐漸下降。因此，缺乏自然排煙條件或者凈空高度大于12m的中庭需進(jìn)行機(jī)械式排煙設(shè)備的設(shè)置。具體而言，唯有凈空高度不超過12m，且可以將天窗或高側(cè)窗開啟將中庭建筑的煙氣進(jìn)行排放，才能運(yùn)用自然排煙的設(shè)計(jì)方式，其他都能使用機(jī)械排煙設(shè)計(jì)法。

2.3 機(jī)械排煙設(shè)計(jì)法

實(shí)踐的中庭建筑排煙工程設(shè)計(jì)中，為促使排煙系統(tǒng)更具簡單性，避免投入大量資金，同時(shí)還要保證排煙系統(tǒng)的運(yùn)行效果與自動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)的穩(wěn)固性，在有條件的時(shí)候，需盡量在屋頂設(shè)置多臺(tái)排煙機(jī)進(jìn)行集中式的排煙方法有5個(gè)。

2.4 自然排煙設(shè)計(jì)法

自然排煙設(shè)計(jì)法就是在室內(nèi)的熱煙氣和室外的冷空氣間所進(jìn)行的對(duì)流活動(dòng)，因此，需具室內(nèi)需同時(shí)具有冷空氣的進(jìn)口與熱煙氣的排口兩大進(jìn)出口。自然排煙口是指在中庭建筑頂端裝置容易開啟的排煙天窗或高側(cè)窗，二者的開啟面積需依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：凈空高度＜12m的中庭可以打開天窗或者高側(cè)窗面積不能＜此類中庭建筑的地面面積的5%進(jìn)行規(guī)范，這樣才可保證室內(nèi)外煙氣的排放。屋頂設(shè)計(jì)自然排煙的體系，一般都會(huì)在中庭建筑的屋頂下方運(yùn)用裝置蓄煙池。通過諸多試驗(yàn)顯示，只有煙氣溫度保持在120℃左右，自然排煙口排放煙氣的量才不會(huì)因不同的煙氣溫度出現(xiàn)很大的差別。反之排煙口的排放效果會(huì)明顯下降。

中庭建筑屋頂下端設(shè)置的蓄煙池面積決策著火源尺度，煙氣層的厚度、中庭建筑的高度三大要素。針對(duì)中庭建筑當(dāng)中比較簡單的小型排煙口，計(jì)算其面積相同于排煙口完全開啟時(shí)實(shí)測(cè)面積的0.6倍左右；利用排煙口排放的煙氣質(zhì)量流量mv為可以利用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

（2） 公式中的d即煙氣層的有效厚度，指的是排煙口上端表面的幾何中心與有效煙氣層下界面間距，Av即為排煙口全部打開時(shí)實(shí)際測(cè)量面積。

3 結(jié)語

總之，美國開始對(duì)控制中庭煙氣的方法進(jìn)行研究較早，雖說在控制煙氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中考慮過煙氣層的界面，但在20世紀(jì)80年代階段排煙量仍在運(yùn)用換氣次數(shù)法。直到NFPA92B規(guī)范制定以后，設(shè)計(jì)者才開始運(yùn)用煙氣質(zhì)量流量的相關(guān)公式來預(yù)測(cè)中庭建筑煙氣層界面設(shè)計(jì)煙氣的控制系統(tǒng)。建筑規(guī)章BOCA也是沒過幾年提出中庭建筑局部出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)排煙系統(tǒng)的計(jì)算設(shè)計(jì)法。而我國對(duì)于中庭建筑火災(zāi)煙氣的流動(dòng)和控制方面的研究處于剛起步階段。計(jì)算排煙的設(shè)計(jì)方法較為滯后，所以深入強(qiáng)化建筑中庭排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究至關(guān)重要。