建筑火災(zāi)排煙技術(shù)研究進(jìn)展

樊卓

摘要：近年來(lái)我國(guó)建筑火災(zāi)呈現(xiàn)高發(fā)態(tài)勢(shì)。在建筑火災(zāi)案例中，大部分遇難者因?yàn)闊煔舛竞χ舷⒍馈；饒?chǎng)送風(fēng)排煙是內(nèi)攻滅火救援的重要手段之一，而送風(fēng)與排煙之間又存在一定的矛盾與平衡點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，本文就建筑火災(zāi)煙氣特點(diǎn)和近年來(lái)的研究成果進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。

關(guān)鍵詞：建筑;火災(zāi);排煙

建筑火災(zāi)是各類(lèi)火災(zāi)中發(fā)生最頻繁且最易發(fā)生重大人員傷亡事故的一種。近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)也迎來(lái)了高速發(fā)展，高層、超高層、大型綜合體建筑拔地而起，伴之而來(lái)的是火場(chǎng)煙氣難以排出，人員疏散難以開(kāi)展。針對(duì)建筑火災(zāi)中煙氣流動(dòng)特點(diǎn)和煙氣控制、排出以及送風(fēng)和排煙的平衡點(diǎn)等內(nèi)容，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，這對(duì)建筑的排煙設(shè)計(jì)和滅火內(nèi)攻排煙與疏散也給出了一定的指導(dǎo)作用。

一、建筑火災(zāi)煙氣特點(diǎn)

（一）高溫性

煙氣的高溫性是指發(fā)生火災(zāi)后，火場(chǎng)煙氣會(huì)隨著火場(chǎng)成百上千攝氏度的高溫氣流擴(kuò)散，容易對(duì)被困人員的皮膚和呼吸系統(tǒng)造成損傷，甚至造成呼吸衰竭、休克而死。

（二）毒害性

煙氣的毒害性是指建筑物中可燃物復(fù)雜的理化性質(zhì)在火場(chǎng)高溫下，能夠分解出大量的CO、HCl、NH3、Cl2和H2S等有毒有害氣體，這些氣體不僅容易造成被困人員暈厥，還會(huì)對(duì)人的眼、鼻等部位產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激性作用，影響人員逃生。

（三）減光性

煙氣的減光性是指火場(chǎng)高溫導(dǎo)致室內(nèi)可燃物分解導(dǎo)致高溫?zé)煔庵杏坞x了大量的碳和其他固體小顆粒以及小液滴。空氣中的懸浮微粒對(duì)光的吸收、反射及折射等作用，致使能見(jiàn)度降低，被困人員極易迷路、難以撤離的同時(shí)搜救人員也難以深入室內(nèi)展開(kāi)搜救。

（四）恐怖性

煙氣的恐怖性是指在發(fā)生火災(zāi)后，煙氣的高溫性、減光性、毒害性以及火場(chǎng)表觀上的烈焰和濃煙會(huì)使人產(chǎn)生恐懼感，造成被困人員驚慌失措、失去理智、甚至失去活動(dòng)能力，導(dǎo)致疏散過(guò)程混亂，給疏散和搜救工作造成不利影響，有時(shí)還會(huì)因此發(fā)生嚴(yán)重的踩踏事故。

二、幾種常用的火場(chǎng)排煙方式

根據(jù)火場(chǎng)煙氣空間流動(dòng)的特性，可以將排煙方法分為水平排煙和垂直排煙兩種;根據(jù)火場(chǎng)上排煙器械的不同，火場(chǎng)排煙又可以分為自然排煙、機(jī)械排煙和水噴霧排煙。

（一）水平排煙

水平排煙是指火場(chǎng)送風(fēng)和排煙基本上煙氣流處于同一水平方向上，這種排煙方式使用較多。

（二）垂直排煙

垂直排煙在高層建筑和大型商場(chǎng)的火災(zāi)中使用較多，它是利用建筑物內(nèi)的排煙管道和建筑穹頂在垂直方向上排出高溫?zé)煔饬?，垂直排煙時(shí)要防止出現(xiàn)煙囪效應(yīng)。

（三）自然排煙

自然排煙是指在自然條件下，利用火場(chǎng)內(nèi)外溫差產(chǎn)生的風(fēng)壓和室外風(fēng)力共同作用下形成的熱煙氣和冷空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。

（四）機(jī)械排煙

機(jī)械排煙根據(jù)排煙方式可以分為負(fù)壓機(jī)械排煙和正壓送風(fēng)機(jī)械排煙兩種。

1.負(fù)壓機(jī)械排煙。負(fù)壓機(jī)械排煙一般是指在下風(fēng)方向利用排煙機(jī)將室內(nèi)煙氣排出室外的方式。負(fù)壓排煙在火災(zāi)初期作用較為明顯，可以有效阻止室內(nèi)高溫?zé)煔庑纬傻娘L(fēng)壓，防止高溫?zé)煔庀蚍侵饏^(qū)域蔓延，克服自然排煙依靠天氣的影響因素，負(fù)壓排煙受限于排煙機(jī)的熱負(fù)荷，導(dǎo)致在猛烈燃燒階段其作用不明顯。

2.正壓送風(fēng)排煙。正壓送風(fēng)排煙是將室外的新鮮空氣通過(guò)加壓送風(fēng)的方式輸送到室內(nèi)，使室內(nèi)的新鮮空氣壓力大于高溫?zé)煔獾膲毫Γ瑥亩刂茪饬髯呦?，這種送風(fēng)方式不易出現(xiàn)負(fù)壓排煙中高溫?zé)煔鈸p壞排煙設(shè)備的情況，因此已經(jīng)成為目前公認(rèn)的最為安全可靠的排煙方式，被大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)所使用。

（五）水噴霧排煙

噴霧水流排煙是指在送風(fēng)口方向設(shè)置開(kāi)花水槍?zhuān)脟娤蚩罩械乃F的壓力使高溫氣流向排煙口方向流動(dòng)，并利用空中水霧的冷卻降溫和對(duì)煙塵的吸附作用，將空氣中的懸浮物隨著水滴進(jìn)行吸附沉降，以達(dá)到排煙的效果。水噴霧排煙是一種最常用且最有效的排煙方法，它既方便又能冷卻降溫、掩護(hù)滅火人員內(nèi)攻救人，還可以?xún)艋饒?chǎng)空氣。在使用時(shí)要注意噴射壓力在0.7～0.9MPa之間，噴射角度在60度至62度之間排煙效果最佳。

三、建筑火災(zāi)排煙通風(fēng)所帶來(lái)的矛盾

建筑火災(zāi)中由于室內(nèi)裝修和擺放的各種物品在高溫作用下會(huì)產(chǎn)生大量的有毒煙氣，因此火災(zāi)后必須要向建筑內(nèi)通風(fēng)排煙，但是在這個(gè)過(guò)程中又不可避免地會(huì)出現(xiàn)下列問(wèn)題：第一，排煙或送風(fēng)時(shí)在排出室內(nèi)有毒煙氣的同時(shí)又會(huì)引入室外新鮮空氣;第二，室外新鮮空氣在對(duì)濃煙進(jìn)行稀釋降溫的同時(shí)也會(huì)因?yàn)樾迈r空氣中氧濃度的升高而使室內(nèi)可燃物加速燃燒，有增大火勢(shì)影響的風(fēng)險(xiǎn);第三，著火房間的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)排煙口排出時(shí)，容易將未著火房間充滿煙氣甚至將其引燃，導(dǎo)致人員疏散困難，增加火勢(shì)蔓延的危險(xiǎn)。

基于通風(fēng)排煙對(duì)于火災(zāi)發(fā)展趨勢(shì)的以上兩種矛盾，相關(guān)專(zhuān)家做了很多的研究來(lái)探明不同類(lèi)型的建筑煙氣聚集過(guò)程和排煙方式對(duì)火災(zāi)發(fā)展的影響。

四、建筑火災(zāi)排煙研究進(jìn)展

李桐[1]在對(duì)全尺寸房間送風(fēng)條件下的燃燒試驗(yàn)進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速大小、風(fēng)口與油盤(pán)間距、風(fēng)口朝向角度、風(fēng)口直徑、油盤(pán)形狀以及油盤(pán)的長(zhǎng)寬比等參數(shù)對(duì)熱釋放率峰值和熱釋放率峰值到達(dá)時(shí)間均成一定的相關(guān)關(guān)系。

許小磊、何嘉鵬等[2]采用FLUENT軟件，依據(jù)kε兩方程三維紊流數(shù)學(xué)模型，對(duì)高層建筑排煙口不同布置方式下的排煙效果進(jìn)行模擬分析時(shí)發(fā)現(xiàn)相同機(jī)械排煙功率下，頂棚機(jī)械排煙效率比側(cè)壁機(jī)械排煙效率高10%左右，走廊內(nèi)的煙氣平均溫度低54℃。

周嵐、王漢良等[3]采用FDS模擬對(duì)大型綜合體建筑的環(huán)形中庭排煙效果進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)采用豎井自然排煙時(shí)，煙氣層溫度與外界環(huán)境溫度的變化可以進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)溫差較小時(shí)，可以維持一個(gè)較為穩(wěn)定的煙氣層環(huán)境，利于人員的安全疏散。距離火源位置較近時(shí)，豎井自然排煙效果較好，遠(yuǎn)離火源時(shí)，機(jī)械排煙效果較好，因此在實(shí)際操作中可以采取二者相結(jié)合的方式達(dá)到最優(yōu)排煙效果[3]。

王婉娣、張輝[4]利用靈敏度分析方法研究建筑火災(zāi)排煙啟動(dòng)時(shí)間對(duì)煙氣控制效果的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)了排煙啟動(dòng)時(shí)間對(duì)煙氣層高度影響的規(guī)律，并提出了啟動(dòng)時(shí)間存在三個(gè)區(qū)間：最優(yōu)區(qū)間、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間和失效界點(diǎn)。

桂娟、高軍等[5]在對(duì)高大空間建筑排煙的鹽水研究時(shí)發(fā)現(xiàn)鹽源強(qiáng)度對(duì)熱分層高度影響不大，高達(dá)中庭的儲(chǔ)煙作用可以供人員一定時(shí)間逃生。

李改、蔣亞龍[6]通過(guò)FDS模擬高層建筑火災(zāi)自然排煙效果影響因素時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)功率越大，煙氣層高度和能見(jiàn)度越低，自然排煙效果越差;火源在走廊中部時(shí)，自然排煙效果比在走廊一端效果好;自然排煙效果與外窗高度成正相關(guān)關(guān)系，與外窗寬度無(wú)關(guān);走廊長(zhǎng)度越小，自然排煙效果越好。

霍昭磐、李思成[7]利用FDS模擬大空間建筑正壓送風(fēng)排煙效果時(shí)發(fā)現(xiàn)，排煙口面積越大，排煙效果越好，但排煙效能減小，當(dāng)排煙口面積為送風(fēng)口面積的2倍時(shí)，排煙效果最佳。

威爾克（Welker J.R）[8]的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于圓形燃油火，甲醇火的燃燒速率在實(shí)驗(yàn)風(fēng)速范圍內(nèi)（0.3m/s～0.6m/s）基本保持不變，甲醇、丙酮、己烷、環(huán)乙胺和苯的燃燒速率都隨風(fēng)速的增大而減小，隨油池直徑增大而增大?；舴蚵℉uffman）等人較早測(cè)量了環(huán)形火陣列中池火的燃燒速率，發(fā)現(xiàn)隨火源間距離增大，燃燒速率先增大后減小。

五、展望

建筑火災(zāi)作為最為常見(jiàn)的一種火災(zāi)形勢(shì)，正隨著建筑物的構(gòu)型而變得越發(fā)復(fù)雜，火災(zāi)排煙作為滅火救援中最重要的一環(huán)，也變得愈發(fā)復(fù)雜，一直是國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者研究的熱點(diǎn)。如何把握好送風(fēng)與火災(zāi)熱釋放效率之間的平衡、如何控制煙氣流的走向防止煙氣蔓延以及如何控制煙高溫?zé)煔饬飨虮阌谌藛T疏散等問(wèn)題已經(jīng)在很多專(zhuān)家學(xué)者的實(shí)驗(yàn)以及軟件中得到模擬。然而，目前的研究還局限于空間的軟件數(shù)值模擬，研究者一直在致力于適用于一般情況下的送風(fēng)與排煙平衡點(diǎn)的量化研究。因此，適用于一般條件下的火場(chǎng)排煙可能會(huì)成為今后的研究重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李桐.送風(fēng)對(duì)建筑火災(zāi)熱釋放率特性影響的實(shí)驗(yàn)研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2015.

[2]許小磊，何嘉鵬，周汝，等.排煙口布置方式對(duì)高層建筑火災(zāi)排煙效果的影響[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2009，5（05）：18-22.

[3]周嵐，王漢良，韓見(jiàn)云.大型商業(yè)綜合體中庭防排煙可行性研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2014，33（06）：632-635.

[4]王婉娣，張輝.排煙啟動(dòng)時(shí)間對(duì)煙氣控制的影響[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016，56（02）：223-228.

[5]桂娟，王健，高軍，等.高大空間建筑排煙的鹽水實(shí)驗(yàn)研究[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2014（06）：11-14.

[6]李改，蔣亞龍.高層建筑火災(zāi)自然排煙效果影響因素分析研究[J].蚌埠學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，4（05）：16-21.

[7]霍昭磐，李思成.大空間建筑正壓送風(fēng)排煙效果的模擬研究[J].建筑科學(xué)，2016，32（06）：96-101.

[8]Welker J R，Pipkin O A，Sliepcevich C M.The effect of wind on flames[J].Fire Technology，1965，1（02）：122-129.

作者簡(jiǎn)介：

樊卓（1979—），男，山西芮城人，本科學(xué)歷，陜西省漢中市消防救援支隊(duì)副支隊(duì)長(zhǎng)，滅火救援部部長(zhǎng)，研究方向：消防滅火救援。