建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計的易出誤區(qū)與探討

王哲 秦以鵬

1 中國城市建設(shè)研究院有限公司

2 北京市住宅建筑設(shè)計研究院有限公司

建筑防排煙系統(tǒng)的形式有防煙系統(tǒng)與排煙系統(tǒng)兩種。防煙旨在將煙氣封鎖在一定的區(qū)域內(nèi)，阻止煙氣的侵入，保證疏散線路暢通。防煙設(shè)施包含兩種：可開啟外窗的自然排煙防煙和機械加壓送風防煙。排煙旨在將發(fā)生火災時建筑物內(nèi)產(chǎn)生的大量煙氣及時排除，阻止煙氣進一步向防煙分區(qū)以外擴散，從而保證疏散線路暢通，為疏散爭取更多的時間。排煙設(shè)施包含兩種：可開啟外窗的自然排煙和機械排煙。為更好的保證生命財產(chǎn)安全，需要在建筑物內(nèi)設(shè)置可靠、周密的防排煙設(shè)施，最終達到預設(shè)的防排煙效果。而在工程設(shè)計中有很多問題是設(shè)計人員容易忽視的，從而導致整個防排煙系統(tǒng)的設(shè)計不能達到預設(shè)的效果，因此設(shè)計人員必須加以重視。

1 防排煙系統(tǒng)易存在的設(shè)計誤區(qū)

1.1 自然排煙（防煙）系統(tǒng)

1）可開啟外窗的有效排煙面積設(shè)計誤區(qū)。根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》要求需保證足夠的可開啟外窗面積，而外窗形式各式各樣，如上懸窗、固定窗、平開窗、側(cè)拉窗等，另外，開啟角度也不相同（圖1）。在計算時需考慮外窗的開啟形式、開啟角度等因素確定有效排煙面積，而多數(shù)設(shè)計人員往往忽視這一重要內(nèi)容。設(shè)計時需根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》圖示及相關(guān)手冊，進行詳細的設(shè)計計算，確定外窗可開啟面積是否滿足規(guī)范要求。

圖1 自然防排煙窗開啟角度

2）可開啟外窗的安裝位置設(shè)計誤區(qū)。《建筑設(shè)計防火規(guī)范》及圖示中有這樣的表述“前室或合用前室具有不同朝向的可開啟外窗，且可開啟外窗的面積滿足自然排煙口的面積要求”[1]，這個表述是毋庸置疑的，但其對窗戶高度沒有明確，考慮熱壓和風壓作用，如果外窗設(shè)置位置較低，不利于煙氣排出。一般在設(shè)置外窗高度為房間或內(nèi)走道凈高的一半以上，但是這樣會存在一個問題，如果房間的凈高大，一般人為難以開啟，需在方便操作的位置設(shè)置外窗開啟裝置，此處設(shè)計時可考慮設(shè)置電動排煙窗，并結(jié)合工程實際情況而定，如圖2 中懸窗手動與電動開啟裝置。由此可見，除保證有效的排煙面積外，可開啟外窗的安裝位置也是設(shè)計人員不容忽視的重要內(nèi)容。

圖2 中懸窗手動與電動開啟裝置

1.2 機械加壓送風系統(tǒng)

機械加壓送風是利用送風機將室外新鮮空氣送入疏散通道空間內(nèi)，如建筑內(nèi)的消防電梯間前室或合用前室，防煙樓梯間及其前室等部位。旨在保證在建筑物發(fā)生火災事故時，防止煙氣擴散到疏散通道和應急避難場所。

1）自然防煙和加壓送風雙重保證的復合式防煙系統(tǒng)設(shè)計誤區(qū)。在居住建筑高度大于100 m，公共建筑高度大于50 m 時，不能采用自然排煙，無論防煙樓梯間及其前室，消防電梯間前室或合用前室有沒有條件設(shè)置，按照規(guī)范要求，均應設(shè)計機械加壓送風。有設(shè)計人員會認為設(shè)置自然防煙和加壓送風防煙復合式防煙系統(tǒng)，更利于防煙的做法是錯誤的。從實際防煙效果進行分析，高層建筑的前室或合用前室如利用不同方向可開啟外窗自然排煙，對中和面以下各層前室或合用前室，由于熱壓作用（煙囪效應），室外新風通過外窗向室內(nèi)滲透（與排煙方向相反，高度越高，滲透越嚴重），將抵消部分自然排煙效果[2]。若利用敞開的陽臺或者凹廊進行自然排煙，當發(fā)生火災時，室外風正好吹向陽臺或者凹廊，其將受到室外風向及風速的制約，造成排煙效果將明顯失效。而這些部位又是最重要的疏散通道，如果此部位排煙效果不好，甚至失效，將嚴重威脅到整個建筑內(nèi)人員的生命。因此設(shè)計時需注意采用機械加壓送風的場所宜設(shè)置為固定外窗，切記不應設(shè)置百葉窗。

2）機械加壓送風阻力設(shè)計誤區(qū)。實際工程中風道內(nèi)壁可能凸入梁、柱、多葉送風口、排煙口等，這樣就會增大風道阻力，設(shè)計人員往往會忽略此部分阻力的考慮，造成選用設(shè)備風壓不足，影響排煙效果。另外在設(shè)計風道時，可以考慮將傳統(tǒng)風道改為不銹鋼風管，保證送風管道內(nèi)壁光滑，且嚴密不漏風。

3）機械加壓送風的送風量設(shè)計誤區(qū)。在進行加壓送風防排煙設(shè)施的設(shè)計時，往往會有設(shè)計人員誤認為送風量越大越好，從而導致建筑的防排煙效果不能保證。加壓送風部位在進行設(shè)計時，應保證室內(nèi)維持一定的余壓，如對前室、合用前室、消防電梯前室及封閉避難層的余壓值保證在25 至50 Pa 之間，對防煙樓梯間的余壓值保證在40 至50 Pa 之間。若選用風量過大，會導致防煙區(qū)內(nèi)超壓，使得疏散門難以開啟，這時則需要在加壓區(qū)內(nèi)設(shè)置減壓閥。若選用風量過小，會導致防煙區(qū)內(nèi)余壓不足，從而不能阻擋住煙氣的擴散，因此應合理設(shè)計加壓送風量。

1.3 機械排煙系統(tǒng)

機械排煙是利用排煙風機的作用力，將火災產(chǎn)生的煙氣從建筑物內(nèi)排出。從而達到防止火災煙氣蔓延到防煙分區(qū)以外區(qū)域的目的，以確保人員有充足的時間可以安全疏散。

1）排煙風機選擇設(shè)計誤區(qū)。排煙風機的選擇應從風量和風壓兩個設(shè)計參數(shù)上進行詳細的設(shè)計計算。在工程排煙系統(tǒng)設(shè)計時，排煙風機的風量會被誤認為是所有排煙量的疊加之和，由此忽略了整個排煙系統(tǒng)的漏風率及其所負擔的多個防煙分區(qū)，故設(shè)計時排煙風量的確定應從最大防煙分區(qū)排煙量和系統(tǒng)的漏風率兩方面來綜合考慮。對于排煙系統(tǒng)的風壓，設(shè)計人員往往忽略其詳細的水力計算，導致選用風機時風壓選用過小，而設(shè)計時經(jīng)常會涉及壓縮風管占用空間的問題，造成排煙風管的風速設(shè)計過高，導致系統(tǒng)阻力與選用風機的風壓不匹配，最終造成排煙系統(tǒng)最不利環(huán)路的排煙量不足。

2）涉及自然補風和機械補風之間如何劃定設(shè)計界限的設(shè)計誤區(qū)。在一些封閉的地上建筑或地下建筑內(nèi)無疑要考慮設(shè)置機械排煙系統(tǒng)，與此同時補風系統(tǒng)的設(shè)置也必然是不可或缺的。但設(shè)計人員往往忽略設(shè)置機械補風和自然補風之間如何劃定設(shè)計界限的問題。此類工程設(shè)計中補風系統(tǒng)的設(shè)計，重點在于補風通路的空氣阻力大小，若采用自然補風，則補風通路的空氣阻力必然不大于50 Pa。若補風通路的空氣阻力大于50 Pa，則需設(shè)計人員考慮設(shè)置獨立的機械補風系統(tǒng)?；蚧馂臅r能夠轉(zhuǎn)換成補風的機械送風系統(tǒng)，且其補風量以大于排煙量的50%為宜，以確保室內(nèi)煙氣置換效果良好。

2 對《建筑防火設(shè)計規(guī)范》中加壓送風及機械補風系統(tǒng)防火閥設(shè)置的幾點看法

1）加壓送風口加裝70 ℃防火閥，《建規(guī)》中是這樣規(guī)定了，從防煙系統(tǒng)安全性考慮這樣是沒有問題的，但筆者有不同看法，在防排煙系統(tǒng)中，一旦起火煙氣溫度會迅速的升高，在200 s 內(nèi)著火區(qū)域內(nèi)大部分空間均超過65 ℃[3]。如果設(shè)置熔斷動作溫度為70 ℃的防火閥，一旦發(fā)生火災，煙氣蔓延到加壓風機的送風口，煙溫迅速達到70 ℃，動作防火閥自動關(guān)閉，也就意味著將無法再進行加壓送風，從而影響建筑內(nèi)的人員疏散。據(jù)有關(guān)科學研究指出，人體可以短暫承受65 ℃的溫度。當溫度達到140 ℃時，能夠忍受的溫度急劇縮短至5 min，并且會產(chǎn)生不可逆的損傷。當溫度進一步升高至170 ℃時，忍受時間最多僅能維持約1 min[4]。故從延長疏散時間及加壓送風口失效的角度考慮，筆者對于裝設(shè)70 ℃防火閥存在質(zhì)疑，建議加壓送風口可以考慮裝設(shè)150 ℃防火閥為宜，對于這個觀點筆者希望專業(yè)人士再做相關(guān)的實驗和研究。

2）加壓送風管道是否需要裝設(shè)防火閥，動作溫度為多少？機械排煙的補風系統(tǒng)是否需加防火閥，在風管加裝，還是風口加裝？針對這兩部分《建規(guī)》中無明確說明，只是在9.3.11 條“通風、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的風管在穿越防火分區(qū)處、穿越重要或火災危險性大的場所的房間隔墻和樓板處，豎向風管與每層水平風管交接處的水平管段上等部位應設(shè)置公稱動作溫度為70 ℃的防火閥”[1]中有關(guān)于防火閥的設(shè)置要求。同時在《人民防空工程設(shè)計防火規(guī)范》6.5.4 條中有這樣的表述“防煙管道應設(shè)置溫度大于70 ℃時能自動關(guān)閉的防火閥。排煙管道應設(shè)置溫度大于280 ℃時能自動關(guān)閉的防火閥”[5]，其中裝設(shè)防火閥這點是毋庸置疑的。對于加壓送風管道和機械補風管道來說設(shè)置動作溫度為70 ℃的防火閥，在火災初期如果能夠保證風道內(nèi)持續(xù)不斷的低溫新風，則不會造成防火閥熔斷器的快速動作，而實際情況是在發(fā)生火災的極短時間內(nèi)會造成高溫煙氣的迅速蔓延，因而造成防火閥會提前發(fā)生熔斷動作。筆者認為從延長疏散時間考慮加裝70 ℃防火閥所提供的疏散時間太短，不利于人員疏散，與此同時筆者結(jié)合前面論述，考慮防煙送風口可能存在失效的結(jié)果，筆者建議加壓送風管道和機械補風管道考慮裝設(shè)150 ℃防火閥，對于這個觀點希望專業(yè)人士再做相關(guān)的實驗和研究。

3 結(jié)語

建筑防排煙系統(tǒng)對于控制建筑火災的擴大有至關(guān)重要的作用，設(shè)計人員必須加以重視。本文對防排煙系統(tǒng)易出現(xiàn)設(shè)計誤區(qū)的相關(guān)闡述，希望對初涉行業(yè)人員有所幫助，在進行設(shè)計時可以進一步完善防排煙系統(tǒng)，保證建筑內(nèi)人員的安全。筆者對建筑設(shè)計防火規(guī)范提出一些個人看法，難免存在不足與偏頗，希望同行批評指正。