建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計存在誤區(qū)及優(yōu)化設(shè)計

馬金曄 山東建勘集團(tuán)有限公司

火災(zāi)發(fā)生后，物品燃燒會產(chǎn)生大量煙氣，其中含有多種有毒有害物質(zhì)，從而加劇火災(zāi)的危害。建筑防排煙系統(tǒng)可起到排除火災(zāi)煙氣的效果，能夠為人員疏散、消防救援提供良好的保障。因此，建筑設(shè)計中，必須高度重視防排煙系統(tǒng)設(shè)計。但由于防排煙系統(tǒng)設(shè)計是一項復(fù)雜且煩瑣的工作，同時隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，防排煙系統(tǒng)中引進(jìn)了諸多新技術(shù)、新工藝，進(jìn)一步提高了設(shè)計的難度。目前，防排煙系統(tǒng)設(shè)計中還存在著一些誤區(qū)，有必要對其進(jìn)行優(yōu)化。

1 建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計中存在的誤區(qū)

1.1 自然防排煙系統(tǒng)

建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計中，自然防排煙系統(tǒng)方面存在的問題主要包括以下兩方面。一是排煙窗位置不當(dāng)。相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，合用前室或者是前室的可開啟外窗應(yīng)當(dāng)具有不同朝向[1]。基于這樣的要求，應(yīng)根據(jù)建筑物的實際情況，對風(fēng)壓、熱壓的作用進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)而合理設(shè)計排煙窗的位置。但在實際設(shè)計排煙窗位置時，排煙窗過高和過低的問題頻頻出現(xiàn)，位置過高導(dǎo)致排煙窗難以開啟，而位置過低則導(dǎo)致室內(nèi)煙氣難以順利排出。二是排煙窗面積不合理。建筑物中，推拉窗、平開窗和懸窗等均是常見的可開啟外窗，對開窗面積進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時要對其開啟角度、開啟形式進(jìn)行全面考慮，進(jìn)而實現(xiàn)對有效排煙窗面積的合理設(shè)計。但在實際設(shè)計排煙窗開窗面積時，開窗角度設(shè)置不當(dāng)?shù)膯栴}頻頻出現(xiàn)，不利于建筑的防排煙。

1.2 機械排煙系統(tǒng)

建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計中，機械排煙系統(tǒng)方面的問題主要包括以下兩方面。一是排煙口設(shè)置不當(dāng)。這一問題會直接影響機械排煙效果。排煙口通常情況下設(shè)置在頂棚或其附近的位置，同時與附近安全出口沿走道方向相鄰邊緣之間的水平距離應(yīng)在1.5 m 以上[2]。但實際在對機械排煙系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，將排煙口設(shè)置在墻下部的現(xiàn)象頻頻出現(xiàn)，墻下部與頂棚之間的距離較遠(yuǎn)，嚴(yán)重影響排煙效果。二是排煙風(fēng)機選擇不合理。對排煙風(fēng)機進(jìn)行合理選擇是機械排煙系統(tǒng)設(shè)計中的重點內(nèi)容，應(yīng)綜合考慮風(fēng)壓、風(fēng)量等相關(guān)參數(shù)。但在實際設(shè)計中，選擇的排煙風(fēng)機風(fēng)量過低或過高的現(xiàn)象頻頻出現(xiàn)，影響了排煙效果。

1.3 機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)

建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計中，機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)方面的問題主要包括以下兩方面。一是送風(fēng)量不合理。相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中對機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)量有著明確的要求，但在實際設(shè)計過程中，送風(fēng)量過高或者過低的問題頻頻出現(xiàn)。送風(fēng)量過高會增加防煙區(qū)中的壓力，使得疏散門難以開啟；送風(fēng)量過低會降低防煙區(qū)中的壓力，使得防煙區(qū)中的煙氣難以順利擴散。二是送風(fēng)阻力不當(dāng)。在設(shè)計機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)時，如果沒有考慮到風(fēng)道內(nèi)凸入梁、柱、多葉送風(fēng)口、排煙口等帶來的風(fēng)道阻力，便可能選擇風(fēng)壓不足的設(shè)備，導(dǎo)致排煙效果不理想。

2 建筑防排煙系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

2.1 排煙窗安裝位置與開窗面積的合理設(shè)計

建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計中，針對自然防排煙系統(tǒng)，應(yīng)合理設(shè)計排煙窗的安裝位置、開窗面積。第一，安裝位置。在外墻安裝排煙窗的時候，根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)在內(nèi)走道或房間凈高度1/2之上的位置安裝排煙窗，并要確保其開啟方向與火災(zāi)氣流方向一致[3]。如果內(nèi)走道或房間凈高度較大，應(yīng)設(shè)置電動排煙窗，以便于操作。第二，開窗面積。排煙窗凈面積=排煙窗的高度（H）×排煙窗的寬度（L）。應(yīng)綜合考慮排煙窗的開啟角度、開啟方式，對排煙窗的有效開窗面積進(jìn)行計算確定。具體來說，推拉窗的有效開窗面積=凈面積，如圖1 所示。上（下）懸窗的開窗角度α大于70°時，有效開窗面積=凈面積；上（下）懸窗的開窗角度α不高于70°的情況下，有效開窗面積=凈面積×sinα，即，有效開窗面積=最大開啟角度的投影面積。

圖1 推拉窗

2.2 科學(xué)劃分防煙分區(qū)

建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)科學(xué)劃分防煙分區(qū)，以滿足機械排煙的要求。頂棚下高于0.5 m 的凸出梁體、隔墻擋煙垂壁是劃分防煙分區(qū)的常用設(shè)施。應(yīng)合理確定防煙分區(qū)的面積，不跨越防火區(qū)的前提下，以500 m2為宜。如果面積過小，便需要設(shè)置較多的排煙口、控制點，提高成本；如果面積過大，則會導(dǎo)致受災(zāi)面積擴大。

2.3 科學(xué)設(shè)計內(nèi)走道排煙口

建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計中，排煙口設(shè)置是一個重點內(nèi)容，內(nèi)走道是主要的疏散通道之一，因此應(yīng)對內(nèi)走道排煙口進(jìn)行合理設(shè)置。我國相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中對排煙口高度有著明確規(guī)定，但在實際對內(nèi)走道排煙口進(jìn)行設(shè)計時，由于受到層高的限制，導(dǎo)致其不能存在于儲煙倉中，應(yīng)在內(nèi)走道中合理設(shè)置排煙設(shè)施。擋煙垂壁的高度具有可控性，設(shè)計內(nèi)走道排煙口的時候，滿足不小于500 mm，同時不小于空間凈高的10%這一要求即可[4]。擋煙垂壁高度小于儲煙倉厚度且與最小清晰高度部分重疊的情況下，隨著儲煙倉厚度的增加，內(nèi)走道排煙口的排煙量不斷減小，所以應(yīng)盡量在貼近頂棚的部位設(shè)置內(nèi)走道排煙口。

2.4 合理設(shè)計加壓送風(fēng)量

建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計中，針對機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)，在設(shè)計送風(fēng)量的時候，應(yīng)對送風(fēng)量、漏風(fēng)量進(jìn)行綜合考慮，以確保加壓送風(fēng)量的合理性。根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中對防煙區(qū)正壓值的要求，消防電梯前室與合用（獨立）前室的正壓值為25 ～30 Pa，防煙樓梯間的正壓值為40 ～50 Pa，只有滿足這一要求，才能有效避免煙氣侵入。在計算加壓送風(fēng)量時，可采取壓差法、風(fēng)速法。壓差法是對疏散通道內(nèi)有一定正壓值的送風(fēng)量進(jìn)行計算；風(fēng)速法是在疏散通道開啟的前提下對保持門洞處一定風(fēng)速的送風(fēng)量進(jìn)行計算。根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，確定加壓送風(fēng)量的計算結(jié)果后，再乘以1.2便是最終送風(fēng)量。

2.5 將防火閥安裝在加壓送風(fēng)口

我國相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中對防火閥提出了明確要求，建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)將防火閥安裝在加壓送風(fēng)口。火災(zāi)發(fā)生后，著火區(qū)域內(nèi)的煙溫可以在200 s 內(nèi)超過65 ℃，所以在設(shè)置防火閥時，應(yīng)重點考慮其動作溫度。此外，發(fā)生火災(zāi)的時候，加壓送風(fēng)口的煙溫迅速升至70 ℃，若防火閥的動作溫度是70 ℃，則可能自動關(guān)閉，不能起到加壓送風(fēng)的效果，無法為人員疏散提供足夠時間。有研究指出，65 ℃是人體可承受的溫度，140 ℃下人可以承受5 min，170 ℃下人可以承受1 min。綜合考慮加壓送風(fēng)口失效和人員疏散時間等，應(yīng)在加壓送風(fēng)口安裝動作溫度為150 ℃的防火閥。

3 建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計要點

3.1 工程概況

某建筑工程項目為商業(yè)綜合體，總建筑面積為6.7 萬m2，建筑總高度應(yīng)為42.2 m，地下2 層，地上7 層，包括影院、超市、零售商店、停車場及其他配套設(shè)施，耐火等級為一級。防排煙系統(tǒng)設(shè)計是建筑設(shè)計中的重要組成部分，通過對防排煙系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計，可以確保商業(yè)綜合體建成后的運營安全。

3.2 排煙方式選擇

建筑的排煙方式主要分為自然排煙、機械排煙兩種。實際設(shè)計中，應(yīng)結(jié)合建筑實際情況，對排煙方式進(jìn)行合理選擇。建筑凈高度低于12 m 的情況下，可選擇自然排煙方式，如果無法實現(xiàn)自然排煙，則可選擇機械排煙；針對凈高度超12 m的建筑，必須選擇機械排煙。商業(yè)綜合體中，可以將機械加壓系統(tǒng)設(shè)置在消防電梯間、防煙樓梯間等部位，在機械壓力作用下將室內(nèi)煙霧排放到室外，也可以將其設(shè)置在過道及一些辦公區(qū)域。面積大于100 m2的地下功能房間、無窗房間，公共走廊中庭、大型公共商鋪，休閑娛樂場所、商業(yè)區(qū)域等，都必須安裝排煙系統(tǒng)。如果商業(yè)綜合體中發(fā)生火災(zāi)，機械排煙系統(tǒng)可以迅速作出反應(yīng)、排除有毒有害氣體，為人員逃生、消防救援提供良好的保障。

3.3 排煙口設(shè)計

排煙口設(shè)計中，先要合理劃分防煙分區(qū)，每個防煙區(qū)均要設(shè)置相應(yīng)的排煙口；排煙口應(yīng)處于防煙區(qū)的中間，且兩排煙口之間的距離應(yīng)小于30 m；每個排煙口的面積為0.45 m2；排煙口中的煙氣流動速度應(yīng)小于10 m/s。同時，應(yīng)結(jié)合各區(qū)域的允許最大排煙量，對單個排煙口的火災(zāi)釋熱速率、房間凈高度、煙層厚度進(jìn)行合理計算。

3.4 參數(shù)計算

參數(shù)計算是防排煙系統(tǒng)設(shè)計中的重要組成部分，需要計算的參數(shù)主要包括以下兩項。

排煙量。本項目中，每個排煙風(fēng)道均要設(shè)置兩個或兩個以上的防煙分區(qū)。對排煙量進(jìn)行計算的時候，建筑中庭之外的凈高度小于6 m 的區(qū)域，其排煙量按照60 m3/hm2進(jìn)行計算；有中庭的場所按周圍場所排煙量的兩倍進(jìn)行計算。機械排煙系統(tǒng)排煙量大于107 000 m3/hm2。

管道參數(shù)。防排煙系統(tǒng)的排煙效果在一定程度上受到管道阻力、壓力等因素影響，因此防排煙系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)對管道參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計算。管道沿程中，煙氣受到的阻力包括煙氣渦流在管道內(nèi)部產(chǎn)生的阻力、煙氣與管道摩擦產(chǎn)生的阻力。應(yīng)根據(jù)總排煙量，對管道局部阻力系數(shù)與動壓進(jìn)行準(zhǔn)確計算，確?？諝鈮毫?0 Pa上下，以確保煙氣順利排出。

3.5 加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，商業(yè)綜合體的防排煙系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在前室、樓梯間、避難層等隱蔽位置。加壓送風(fēng)系統(tǒng)加壓部分處于關(guān)閉狀態(tài)的情況下，應(yīng)增加門洞斷面的氣流，為人員撤離提供良好的條件。對加壓送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的時候，應(yīng)做到房間壓力＜走道壓力＜前室壓力＜樓梯間壓力，避免壓力過高或壓力過低而給排煙效果帶來不利影響。加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中，風(fēng)量通常是計算風(fēng)量的1.2 倍，并要對疏散門數(shù)量與大小、建筑耐火等級等因素進(jìn)行綜合考慮，結(jié)合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定最大加壓送風(fēng)量，以預(yù)防負(fù)壓現(xiàn)象的出現(xiàn)[5]。

3.6 補風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

為了保障防排煙系統(tǒng)的使用功能，提高建筑的安全性，防排煙系統(tǒng)設(shè)計中，還要對補風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計。補風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)大于防排煙系統(tǒng)排煙量的50%，可以采取疏散外門、自動、手動等方式，將外界自然環(huán)境中的空氣引入建筑中。為了避免建筑內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓問題，將機械排煙口、自然排煙口設(shè)置在儲煙倉之下的部位。嚴(yán)格控制機械補風(fēng)口的風(fēng)速，一般情況下以10 m/s 為宜。本項目中，總建筑面積為6.7 萬m2，根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，送風(fēng)口的風(fēng)速應(yīng)小于5 m/s，而補風(fēng)口風(fēng)速應(yīng)小于3 m/s。處于排煙區(qū)域之內(nèi)的補風(fēng)系統(tǒng)，應(yīng)與排煙系統(tǒng)聯(lián)動開啟，同時應(yīng)將排煙口、補風(fēng)口設(shè)置在相鄰防煙分區(qū)。在實際設(shè)置排煙口、補風(fēng)口的時候，應(yīng)對兩者的水平間距進(jìn)行嚴(yán)格控制，本項目中排煙口、補風(fēng)口的水平間距為5 m。此外，補風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中，還要對室內(nèi)、走廊的排煙風(fēng)管進(jìn)行科學(xué)布設(shè)，以提高建筑的安全性。

3.7 自動排煙設(shè)施

在建筑中設(shè)置自動排煙設(shè)施，可以有效提高建筑的安全性。自動排煙設(shè)施設(shè)計中，應(yīng)注意以下3 點。其一排煙窗。常見的排煙窗包括多功能式排煙窗、百葉式排煙窗、單開式排煙窗等。多功能式排煙窗與煙囪效應(yīng)的框體設(shè)計類似，且可以起到防水、防雨的效果；百葉式排煙窗通常應(yīng)用在自然排煙系統(tǒng)內(nèi)，具有安裝簡單的優(yōu)勢；單開式排煙窗可以與玻璃幕墻系統(tǒng)完美融合，發(fā)揮緊急排煙功能。防排煙系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)結(jié)合實際情況對排煙窗進(jìn)行合理選擇。其二控制機構(gòu)。控制機構(gòu)可以分為電動、氣動兩種控制方式，電動控制方式對應(yīng)的控制機構(gòu)由排煙窗、消防控制電源、控制柜、防火電纜等部分構(gòu)成，氣動控制方式對應(yīng)的控制機構(gòu)由壓縮機、排煙窗、儲氣罐及連接銅管等部分構(gòu)成。防排煙系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)結(jié)合消防要求、建筑類型，對控制機構(gòu)進(jìn)行合理選擇。其三失效保護(hù)機構(gòu)。為保障防排煙系統(tǒng)的可靠運行，應(yīng)對失效保護(hù)機構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計。自動排煙窗如果發(fā)生故障，系統(tǒng)的防失效保護(hù)功能便會被觸發(fā)，使得處于故障狀態(tài)下的自動排煙窗保持全開，充分發(fā)揮其排煙效果。建筑中發(fā)生火災(zāi)時，在沒有氣源、電源的情況下，排煙窗可依靠自身機械設(shè)計觸發(fā)失效保護(hù)機構(gòu)，并通過感溫來開啟天窗，發(fā)揮排煙功能，從而保障建筑安全。

4 結(jié)語

建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計中，針對自然防排煙系統(tǒng)、機械排煙系統(tǒng)、機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計等方面存在的誤區(qū)，應(yīng)制訂針對性的解決措施，包括合理設(shè)計排煙窗的安裝位置與開窗面積、科學(xué)劃分防煙分區(qū)、科學(xué)設(shè)計內(nèi)走道排煙口、合理設(shè)計加壓送風(fēng)量及將防火閥安裝在加壓送風(fēng)口等，以提高防排煙系統(tǒng)設(shè)計水平。實踐中，應(yīng)結(jié)合建筑工程的實際情況，對防排煙系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計，把握好防排煙系統(tǒng)設(shè)計的要點，為實現(xiàn)建筑工程整體質(zhì)量的提高奠定良好的基礎(chǔ)。