大型商業(yè)綜合體防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

王佳能

(北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100045)

0 前言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)與建筑技術(shù)不斷發(fā)展、進(jìn)步的背景下，當(dāng)代商業(yè)綜合體也逐漸向多功能化方向發(fā)展，成為城市規(guī)劃中的一大亮點(diǎn)。由于大型商業(yè)綜合體人流密集、設(shè)備用電量大，加之關(guān)于大型商業(yè)綜合體的消防設(shè)計(jì)存在一定不足，為保障建筑使用安全性，必須根據(jù)災(zāi)害發(fā)展特性深入探討有效的防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而推動(dòng)我國建筑事業(yè)的發(fā)展。

1 大型商業(yè)綜合體建筑特性

1.1 火災(zāi)煙氣特性

由于大型商業(yè)綜合體頂棚高度較高，建筑高度一般在20m以上，具有空間體積量大的特點(diǎn)，所以綜合體的蓄煙納熱能力也相對(duì)較強(qiáng)。一旦建筑出現(xiàn)火災(zāi)情況，熱量與煙氣會(huì)在建筑內(nèi)部停留較長的時(shí)間，并且部分有害煙氣會(huì)停留在較高位置，加之建筑空間呈現(xiàn)扁平型，高溫?zé)煔鈺?huì)在浮力作用下在頂棚位置處形成射流，在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)形成較為嚴(yán)重的火災(zāi)，同時(shí)煙氣層會(huì)不斷吸入冷空氣，所以火災(zāi)危險(xiǎn)性較小。救援人員在火災(zāi)險(xiǎn)情初期采取有效救援，能夠有效降低火災(zāi)帶來的危害，從而保證人員生命財(cái)產(chǎn)安全。但是當(dāng)煙氣擴(kuò)散到其他樓層，火災(zāi)順著通道開始蔓延，就會(huì)對(duì)火災(zāi)撲救工作造成難度。

1.2 防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的問題

在設(shè)計(jì)大型商業(yè)綜合體防排煙系統(tǒng)過程中，必須依照國家相關(guān)規(guī)定計(jì)算建筑排煙量與換氣量，并且將煙氣排除建筑之外后，還應(yīng)在保證空間不形成負(fù)壓狀態(tài)的前提下，補(bǔ)充相應(yīng)量的新鮮空氣。因此，大型商業(yè)綜合體的煙氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)需結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r，在保證煙氣擁有足夠的流動(dòng)距離的情況下，選用透光性較好的玻璃來降低流動(dòng)煙氣發(fā)生彌散現(xiàn)象的機(jī)率，以此保證建筑使用安全性[1]。

2 北京市某大型商業(yè)綜合體防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 工程案例概況

工程項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)在北京市房山區(qū)拱辰街道，北至規(guī)劃匯商西路，南至規(guī)劃路，西至規(guī)劃卓秀南街，東至長于南大街。商業(yè)總建筑面積為67 828.13m2，地上建筑面積為45 811.00m2，地下建筑面積為22 017.13m2，包括零售商店、影院、超市、停車庫及其他配套設(shè)施，地上7層，地下2層，建筑總高度達(dá)42.15m，功能屬于商業(yè)綜合體，地上、地下建筑耐火等級(jí)均為一級(jí)。建筑首層防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.2 設(shè)計(jì)方式的選擇

大型商業(yè)綜合體的排煙設(shè)計(jì)分為兩種，包括機(jī)械排煙與自然排煙兩種方式。根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》要求，大型商業(yè)綜合體防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑實(shí)際高度選擇合適的排煙方式。凈高度在12m以下的建筑，應(yīng)選擇自然排煙作為主要排煙口方式，若建筑不具備自然排煙條件，則應(yīng)選擇機(jī)械排煙方式；當(dāng)建筑凈高度大于12m，有無高側(cè)窗、天窗都應(yīng)選擇機(jī)械排煙方式，以此降低后期排煙設(shè)備統(tǒng)一管理、維護(hù)檢修的難度。

2.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì)排煙口時(shí)，首先，采用隔墻將建筑防煙去分割開來，并在每一防煙區(qū)設(shè)置相應(yīng)的排煙口[2]；其次，將排煙口設(shè)置在防煙區(qū)的中間位置，以此充分發(fā)揮出排煙口的作用，同時(shí)保證兩個(gè)排煙口間的距離應(yīng)控制在30m之內(nèi)；最后，通過計(jì)算，排煙口中煙氣流動(dòng)速度應(yīng)小于10m/s，并保證每個(gè)排煙口占據(jù)的面積在0.45m2左右，避免影響建筑其他部分的設(shè)計(jì)。此外，設(shè)計(jì)人員結(jié)合大型商業(yè)綜合體各場(chǎng)所允許的最大排煙量計(jì)算出單個(gè)排煙口的火災(zāi)釋熱速率、煙層厚度與房間凈高度，以此保證大型商業(yè)綜合體的使用安全性。

2.4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

一方面，排煙量計(jì)算。根據(jù)大型商業(yè)綜合體防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求與布置要求，每個(gè)排煙風(fēng)道需要設(shè)置兩個(gè)及以上的防煙分區(qū)。在計(jì)算系統(tǒng)排煙量的過程中，針對(duì)建筑中庭以外，凈高度小于6m的場(chǎng)所，其排煙量按照60m3/(hm2)計(jì)算。對(duì)于大型商業(yè)綜合體中有中庭的場(chǎng)所，需要按照周圍場(chǎng)所排煙量的2倍來計(jì)算，主要采用機(jī)械排煙系統(tǒng)，排煙量應(yīng)大于107 000m3/h。另一方面，管道參數(shù)計(jì)算。為保證建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，還應(yīng)考慮管道阻力、壓力對(duì)排煙情況的影響，其中，煙氣在管道沿程中的阻力來源于煙氣與管道摩擦產(chǎn)生的阻力與煙氣渦流在管道內(nèi)部產(chǎn)生的阻力。因此，需要結(jié)合大型商業(yè)綜合體總排煙量，計(jì)算出管道的局部阻力系數(shù)與動(dòng)壓，以此保證空氣壓力在50Pa左右，確保煙氣能夠順利排出。

2.5 補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

首先，補(bǔ)氣系統(tǒng)應(yīng)大于50%的排煙量，采用手動(dòng)、自動(dòng)、疏散外門等方式將空氣從外界引入到室內(nèi)，此時(shí)自然排煙口與機(jī)械排煙口應(yīng)設(shè)置在儲(chǔ)煙倉以下的位置處，以此避免建筑內(nèi)部出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)象；其次，機(jī)械補(bǔ)風(fēng)口的風(fēng)速應(yīng)控制在10m/s左右，由于工程項(xiàng)目建筑面積為67 828.13m2，送風(fēng)口的風(fēng)速應(yīng)小于5m/s，補(bǔ)風(fēng)口的風(fēng)速應(yīng)控制在3m/s以下；最后，排煙區(qū)域內(nèi)的補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)與排煙系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)開啟，并且補(bǔ)風(fēng)口與排煙口應(yīng)布置在相鄰的防煙分區(qū)內(nèi)。在此過程中，二者之間的水平距離應(yīng)控制在5m以上，補(bǔ)風(fēng)口位置沒有限制。與此同時(shí)，根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)走廊與室內(nèi)的排煙風(fēng)管進(jìn)行合理布置，以此保證建筑使用安全性。

2.6 加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大型建筑商業(yè)綜合體屬于公共建筑的一種，根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，防排煙系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)在避難層、樓梯間、前室等隱蔽位置。當(dāng)加壓送風(fēng)系統(tǒng)加壓部分處于關(guān)閉狀態(tài)，需要增加門洞斷面的氣流，從而保障場(chǎng)所內(nèi)人員能夠安全撤離。在設(shè)計(jì)加壓送風(fēng)系統(tǒng)過程中，樓梯間壓力>前室壓力>走道壓力>房間壓力，從而避免壓力過大或過小影響煙氣的正常排出。加壓送風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量設(shè)計(jì)風(fēng)量一般為計(jì)算風(fēng)量的1.2倍，并根據(jù)建筑耐火等級(jí)、疏散門大小與數(shù)量等，根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出最大的加壓送風(fēng)量，避免建筑內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)象。

2.7 自動(dòng)排煙設(shè)施

2.7.1 排煙窗

單開式、百葉式、多功能式是現(xiàn)階段市面上常見的排煙窗，在建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)手段不斷進(jìn)步的情況下，應(yīng)結(jié)合實(shí)際要求選擇合適的排煙窗。其中，單開式排煙窗與建筑幕墻的玻璃裝配要求相似，可完全融入進(jìn)玻璃幕墻系統(tǒng)中，有利于緊急排煙功能的發(fā)揮。百葉式排煙窗具有安裝簡(jiǎn)單、操作靈活的特點(diǎn)，一般運(yùn)用于自然排煙系統(tǒng)中。多功能式排煙窗與煙囪效應(yīng)的框體設(shè)計(jì)具有較高的相似性，并且能夠防雨、防水，可進(jìn)一步提高防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性[3]。

2.7.2 控制機(jī)構(gòu)

防排煙系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)分為氣動(dòng)與電動(dòng)兩種控制方式，其中，氣動(dòng)控制方式主要由儲(chǔ)氣罐、排煙窗、壓縮機(jī)以及連接銅管構(gòu)成；電動(dòng)控制方式主要由控制柜、消防控制電源、排煙窗以及防火電纜構(gòu)成。在設(shè)計(jì)大型商業(yè)綜合防排煙系統(tǒng)過程中，主要結(jié)合建筑具體使用類型以及消防要求，選擇合適的控制機(jī)構(gòu)。

2.7.3 失效保護(hù)機(jī)構(gòu)

失效保護(hù)機(jī)構(gòu)是保證排煙系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵，一旦自動(dòng)排煙窗出現(xiàn)故障，都會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)的防失效保護(hù)功能，使得自動(dòng)排煙窗在發(fā)生故障時(shí)，能夠處于全開狀態(tài)，對(duì)提高防排煙系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要意義。當(dāng)大型商業(yè)綜合體出現(xiàn)火災(zāi)險(xiǎn)情時(shí)，排煙窗會(huì)在沒有電源、氣源的情況下，依靠自身機(jī)械設(shè)計(jì)觸發(fā)失效保護(hù)機(jī)構(gòu)，同時(shí)通過感溫來開啟天窗，在很大程度上提高了建筑的安全性能。

3 結(jié) 論

綜上所述，工程項(xiàng)目中的大型商業(yè)綜合體涉及到機(jī)動(dòng)車庫、大型商場(chǎng)、餐飲娛樂、電影院等多種業(yè)態(tài)，因此，為盡最大可能降低商業(yè)業(yè)態(tài)規(guī)劃的不確定性，必須結(jié)合大型商業(yè)綜合體的煙氣特性，結(jié)合煙氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，對(duì)防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，并配置合理的自動(dòng)排煙設(shè)施，以此保證商業(yè)綜合體的舒適性與使用安全性。