建筑排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

王亞峰

(甘肅省建設(shè)設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司天水勘察設(shè)計(jì)院，甘肅 天水 741000)

近些年，我國(guó)城市建設(shè)實(shí)現(xiàn)飛躍發(fā)展，建筑業(yè)在這一過(guò)程中規(guī)模不斷擴(kuò)大，建設(shè)質(zhì)量也在逐漸提升。建筑火災(zāi)發(fā)生過(guò)程中，受到煙氣危害影響，對(duì)人員死亡造成直接威脅，此種類型人員死亡比例相比于總因素?cái)?shù)值攀升至80%左右?；诖?，在建筑發(fā)生火災(zāi)后，需將火災(zāi)控制在一定空間內(nèi)，或利用最短的時(shí)間將煙氣其排除到室外，因此確定合理的防排煙系統(tǒng)是建筑防火設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。

1 建筑工程中防排煙系統(tǒng)重要性分析

建筑工程發(fā)展速度較快，但在其快速發(fā)展過(guò)程中，也產(chǎn)生較多消防安全隱患，此種問(wèn)題凸顯了防排煙系統(tǒng)在工程使用中的作用。在火災(zāi)發(fā)生后會(huì)產(chǎn)生大量濃煙，嚴(yán)重?fù)p傷人體，對(duì)人們的逃生造成威脅，人們的生命財(cái)產(chǎn)安全均會(huì)受到威脅?；馂?zāi)生成的煙氣，會(huì)造成空氣中含氧量降低，人們?cè)谥舷⒂绊憰?huì)逐漸死亡?；诖?，建筑防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建可確保及時(shí)有效擴(kuò)散煙霧，用戶生命財(cái)產(chǎn)安全得到保護(hù)。

2 建筑防排煙系統(tǒng)中存在的問(wèn)題分析

2.1 機(jī)械防煙設(shè)置未滿足標(biāo)準(zhǔn)需求

防煙系統(tǒng)中選擇的風(fēng)機(jī)型號(hào)不滿足標(biāo)準(zhǔn)，通常情況下需要依據(jù)相應(yīng)要求對(duì)機(jī)械加壓送風(fēng)量數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，但人們通常將規(guī)范值作為標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)程中并沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)開展計(jì)算工作，因此風(fēng)機(jī)風(fēng)壓數(shù)值與實(shí)際風(fēng)量并不符合防煙標(biāo)準(zhǔn)。其次，送風(fēng)口的位置設(shè)計(jì)不合理。針對(duì)樓梯間豎向系統(tǒng)中的送風(fēng)口，其通常是使用常開的百葉風(fēng)口，但設(shè)計(jì)過(guò)程中風(fēng)口規(guī)格相同，在風(fēng)機(jī)和風(fēng)口距離相對(duì)較遠(yuǎn)情況下，會(huì)產(chǎn)生風(fēng)量不足的問(wèn)題，嚴(yán)重情況下會(huì)造成末端風(fēng)口風(fēng)量數(shù)值接近于0，難以提高防煙效果。每個(gè)建筑物都是不同的，各個(gè)建筑物均存在差異性，在設(shè)置加壓送風(fēng)系統(tǒng)過(guò)程中，需根據(jù)不同的要求設(shè)置加壓送風(fēng)系統(tǒng)。

2.2 自然排煙設(shè)計(jì)弊端

自然排煙過(guò)程中并不需要借助設(shè)備實(shí)現(xiàn)火災(zāi)煙氣的排放，過(guò)程中會(huì)借助火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的熱壓完成煙氣從排煙窗順利排出，具有經(jīng)濟(jì)性，在火災(zāi)發(fā)生過(guò)程中，即使電源中斷也不會(huì)影響系統(tǒng)功能發(fā)揮。自然排煙設(shè)計(jì)工作中存在較大缺陷和不足，性能也會(huì)受到多方面因素影響，比較常見的因素有建筑自身密封性能、室外環(huán)境中的風(fēng)向與風(fēng)速以及熱壓作用等，自然排煙設(shè)計(jì)通常是利用煙氣浮力完成排煙，在室外環(huán)境中風(fēng)力比較強(qiáng)勁情況下，會(huì)出現(xiàn)煙氣倒灌情況，煙氣會(huì)加速在室內(nèi)蔓延，難以滿足預(yù)期排煙效果。在冬季排煙過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)開口難以進(jìn)行排煙的情況，室外空氣會(huì)通過(guò)開口位置進(jìn)入到室內(nèi)中，過(guò)程中沒(méi)有利用有效措施解決，會(huì)造成煙氣借助電梯井或者是樓梯井傳播。夏季階段，建筑物內(nèi)部出現(xiàn)下降氣流，煙氣傳播到防煙樓梯前室以及樓梯間等，對(duì)人員正常疏散和生命安全造成嚴(yán)重影響，不利于消防工作順利開展。

2.3 加壓送風(fēng)問(wèn)題分析

送風(fēng)量的確定需要結(jié)合實(shí)際需求，過(guò)程中不能盲目進(jìn)行，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要依據(jù)相應(yīng)規(guī)定確保計(jì)算準(zhǔn)確性，避免過(guò)程中對(duì)防排煙系統(tǒng)功能發(fā)揮造成影響。設(shè)計(jì)建筑防煙系統(tǒng)過(guò)程中，需要利用精確的參數(shù)數(shù)值選擇加壓送風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)階段，需有效計(jì)算加壓風(fēng)機(jī)全壓參數(shù)，在選擇防煙組合方式以及加壓送風(fēng)機(jī)過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要依據(jù)相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，但多數(shù)設(shè)計(jì)人員不夠重視規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)重要性，造成正壓數(shù)值設(shè)計(jì)缺乏合理性，后續(xù)工作存在較大安全隱患。

2.4 機(jī)械排煙設(shè)施排煙未滿足標(biāo)準(zhǔn)需求

排煙整體質(zhì)量以及效果會(huì)受到多種因素影響，其中起著關(guān)鍵性作用的一項(xiàng)是排煙口設(shè)置不夠合理，一般情況下，設(shè)置排煙口過(guò)程中基本是安裝在頂棚火接近頂棚的位置，多數(shù)建筑防排煙系統(tǒng)在具體實(shí)施過(guò)程中并沒(méi)有按照要求安裝排煙口，將其放置在墻下部分，因此煙氣難以順利排除。這一過(guò)程中排煙口設(shè)置不夠合理，也會(huì)影響人員疏散效果。

3 火災(zāi)特點(diǎn)分析

建筑產(chǎn)生火災(zāi)的特點(diǎn)主要有以下幾種：1）火勢(shì)蔓延相對(duì)加快，依據(jù)相應(yīng)測(cè)算數(shù)據(jù)，火災(zāi)形成的煙氣，處于水平方向上的實(shí)際擴(kuò)散速度顯示為0.5～3m/s，沿樓以及豎向擴(kuò)散速度數(shù)值顯示為3～4m/s。建筑高度假設(shè)為100m，并沒(méi)有針對(duì)豎向井道開展防火分隔措施，或者是防火處理效果較差，火災(zāi)生成的煙氣極有可能在30s內(nèi)擴(kuò)散到頂層位置；2）煙囪效果，極易出現(xiàn)立體火災(zāi)?；馂?zāi)發(fā)生后，煙囪效應(yīng)主要出現(xiàn)在高層建筑中的豎向管徑以及共享空間等部位，煙火蔓延速度不斷加快，通常水平方向蔓延速度數(shù)值顯示為0.5～0.8m/s，垂直方向上蔓延速度數(shù)值可達(dá)到3～4m/s。這一過(guò)程中，火災(zāi)實(shí)際蔓延途徑可順著外墻窗口朝上升騰或者是彎曲，嚴(yán)重情況下會(huì)出現(xiàn)跳躍式向上蔓延，極有可能造成鄰近建筑物燃燒情況。室內(nèi)環(huán)境中溫度數(shù)值會(huì)伴隨燃燒時(shí)間持續(xù)上升到，在外部新鮮空氣進(jìn)入后，極有可能發(fā)生轟燃。

4 建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容分析

工程實(shí)例：甘肅某幼兒園綜合樓項(xiàng)目建筑面積5222.11m，共設(shè)有12個(gè)幼兒班，地上三層，地下一層（隔震層），建筑總高11.600m，層高均為3.6m，吊頂后凈空高度為2.8m，室內(nèi)外高差0.3m，建筑主要功能有：活動(dòng)室、寢室、辦公室、食堂等。一至三層劃分為一個(gè)防火分區(qū)。主要平面布置如下：⑤-⑥軸交-為中庭，長(zhǎng)寬分別為6.9m、5.1m；一至三層南北側(cè)為活動(dòng)室兼寢室，建筑面積分別108.14m；一層北側(cè)為操作間；中間布置凈寬約2.5m的內(nèi)走道；一至三層設(shè)置兩部開敞樓梯間；全樓均設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。

4.1 排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

活動(dòng)室兼寢室排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)：每間活動(dòng)室建筑面積均大于100m，依據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》4.6.3條的規(guī)定，每間活動(dòng)室設(shè)置有效面積不小于該房間建筑面積2%的自然排煙窗。

中庭排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)：⑤-⑥軸交-建筑專業(yè)定義為中庭，暖通專業(yè)按照中庭設(shè)計(jì)排煙系統(tǒng)。中庭采用機(jī)械排煙系統(tǒng)，依據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第4.6.5條第1款，本工程中庭周圍場(chǎng)所設(shè)置排煙設(shè)施，機(jī)械排煙系統(tǒng)的排煙量小于107000m/h。若采用自然排煙系統(tǒng)，按自然排煙窗的風(fēng)速不大于0.5m/s計(jì)算有效開窗面積，即外窗可開啟面積為107000/3600/0.5=59.4m。

內(nèi)走道排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)：本綜合樓內(nèi)走道采用機(jī)械排煙系統(tǒng)。依據(jù)《煙規(guī)》4.6.3.條第1款的規(guī)定，按照排煙量應(yīng)按不小于60m/（h·m）計(jì)算，且取值不小于15000m/h。依據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第4.2.3條的規(guī)定，在敞開樓梯間的入口處設(shè)置固定式防護(hù)玻璃擋煙垂壁，擋煙垂壁底部距離2.0m。采用自然排煙系統(tǒng)時(shí)，內(nèi)走道設(shè)置有效面積不小于走道、回廊建筑面積2%的自然排煙窗，依據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》4.3.3條第1款，自然排煙窗設(shè)置在室內(nèi)凈高1/2以上，即敞開樓梯間設(shè)置柔性活動(dòng)式擋煙垂壁，擋煙垂壁底部局地高度為1.4m。

4.2 排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

中庭的定義：文獻(xiàn)[3]對(duì)國(guó)內(nèi)外中庭的定義做了相應(yīng)的分析，我國(guó)國(guó)家相關(guān)規(guī)范未對(duì)中庭做出類似于上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DG/TJ 08—88—2021那樣的準(zhǔn)確定義，這對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)過(guò)程產(chǎn)生了一定的困擾，實(shí)際設(shè)計(jì)工程中有很多將一二層通高門廳部分也定義為中庭進(jìn)行相應(yīng)的排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，如醫(yī)院或?qū)W校綜合樓門廳一二層通高的大廳等。如在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，若將一二層通高處定義為中庭，由于自然排煙窗不滿足要求，需設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)，此時(shí)需要設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，這樣設(shè)計(jì)的合理性有待商榷。筆者認(rèn)為，在具體工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，可不必硬套規(guī)范對(duì)于中庭的定義，而是應(yīng)該根據(jù)不同建筑類型確定合理的排煙系統(tǒng)，在保障人員安全的前提下盡量經(jīng)濟(jì)合理。

1）中庭排煙系統(tǒng)對(duì)比計(jì)算：

若本工程中中庭定義為采光天井，按照《煙標(biāo)》

4.6.3 條凈空高度大于6m的場(chǎng)所計(jì)算：

②熱釋放速率的對(duì)流部分：Q=0.7Q（kw）

③火焰極限高度：Z=1.88m（燃料面高度按貼地面取值）

④煙層平均溫度與環(huán)境溫度的差：ΔT=KQ/MCρ

自然排煙時(shí)：ΔT=0.5×1050/3.91×1.01=135.6K

機(jī)械排煙時(shí)：ΔT=1.0×1050/3.91×1.01=271.2K

⑤自然排煙量計(jì)算：T=T+ΔT，T=293.15K，ρ=1.2kg/mV=MρT/ρT=3.91×428.75/1.2×293.15=4.77m/s

機(jī)械排煙量計(jì)算：T=T+ΔT，T=293.15K，ρ=1.2kg/mV=MρT/ρT=3.91×564.35/1.2×293.15=6.28m/s

查《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》表4.6.3，機(jī)械排煙量為V1=87000m/h

自然排煙系統(tǒng)、機(jī)械排煙系統(tǒng)排煙量為max（V，V1）==87000mh，采用頂開窗的自然排煙窗有效面積計(jì)算：S=87000/3600/0.6/1.4=27m

綜上所述：本工程當(dāng)采用自然排煙方式時(shí)，按《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》凈空高度大于6m空間計(jì)算自然排煙窗可開啟有效面積面積27m，按照中庭計(jì)算時(shí)排煙窗可開啟有效面積為60m。按凈空高度大于6m空間計(jì)算機(jī)械排煙量為87000m/h，按照中庭計(jì)算為107000 m/h。很顯然，按照高大空間和中庭設(shè)計(jì)排煙系統(tǒng)，不管是機(jī)械排煙系統(tǒng)的排煙量還是自然排煙系統(tǒng)的自然排煙窗的有效開啟面積，兩個(gè)都存在很大的差異?？紤]每棟建筑在空間布局、火災(zāi)危險(xiǎn)性、排煙系統(tǒng)和排煙量計(jì)算及自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間、建筑內(nèi)人員年齡及體能等方面都存在較大差異，中庭的排煙設(shè)施應(yīng)根據(jù)不同的建筑形態(tài)，綜合火災(zāi)模型和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，選擇合理的排煙方式。

2）敞開樓梯間人口擋煙垂壁設(shè)置：原設(shè)計(jì)設(shè)置自然排煙系統(tǒng)系統(tǒng)時(shí)，設(shè)置活動(dòng)式柔性擋煙垂壁，擋煙垂壁底部距地1.4m，此時(shí)雖然滿足《煙規(guī)》4.3.3條的有關(guān)規(guī)定，但是走道凈空高度2.8m，擋煙垂壁距地1.4m時(shí)，不利于火災(zāi)時(shí)人員疏散，且《民用建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50253—2019第6.3.3條規(guī)定，地下室、局部夾層、走道等有人員正?；顒?dòng)的最低處凈高不應(yīng)小于2.0m，結(jié)合建筑內(nèi)火災(zāi)時(shí)煙氣流動(dòng)特點(diǎn)及人員疏散要求，建筑物中具有多層的連通空間，其上層、下層分屬于兩個(gè)不同防煙分區(qū)，為了防止煙氣向上層蔓延，給人員疏散和火災(zāi)撲救帶來(lái)困難，筆者建議在實(shí)際工程中，在敞開樓梯口設(shè)置擋煙垂壁時(shí)盡量使得擋煙垂壁底部高度大于2m，以滿足火災(zāi)時(shí)人員緊急疏散的需要。

5 防排煙設(shè)計(jì)措施分析

5.1 全敞開式室外疏散措施

全敞開式室外疏散設(shè)施中主要包括全敞開式室外疏散樓梯、屋外停機(jī)坪以及檢查用梯等。此種樓梯可實(shí)現(xiàn)與外界的直接相通，避免受到煙氣干擾?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，不能從其他疏散措施中脫離，部分高層建筑可利用屋頂停機(jī)坪進(jìn)行空中疏散；檢查用梯危險(xiǎn)性相對(duì)較高，并且疏散操作難度較大，僅可以將其作為輔助疏散措施使用。室外疏散樓梯可為人員疏散提供重要安全保證，造價(jià)成本較低，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，并不會(huì)占用建筑室內(nèi)空間，全敞開式室外疏散樓梯在防排煙以及安全疏散過(guò)程中有至關(guān)重要的作用。

5.2 借助通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)開展防排煙工作

這種設(shè)計(jì)可對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行充分利用，投資成本得以節(jié)約。系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)借助非著火區(qū)送風(fēng)，及時(shí)對(duì)著火區(qū)排煙，以此方式實(shí)現(xiàn)防排煙目的，實(shí)現(xiàn)非著火區(qū)送煙，是通過(guò)風(fēng)機(jī)以及送風(fēng)口等，對(duì)非著火區(qū)進(jìn)行送風(fēng)，促使這一區(qū)域構(gòu)成正壓，避免煙氣繼續(xù)朝著非著火區(qū)蔓延；針對(duì)著火區(qū)排煙是將原來(lái)的送風(fēng)口作為排煙口，利用獨(dú)立的排煙管道將煙氣順利排出室外。送風(fēng)口以及排煙口位置均需設(shè)置自動(dòng)化裝置，在煙氣溫度數(shù)值較低情況下可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉。風(fēng)道部分使用不燃材料，增加材料厚度，起到絕熱的目的。

5.3 電梯井用作防排煙設(shè)施

針對(duì)高層建筑來(lái)說(shuō)，結(jié)合實(shí)際情況確定電梯井是否用作自然排煙或者是正壓送風(fēng)。高層建筑中設(shè)置的電梯井，建筑內(nèi)部設(shè)置具備排煙效果、滿足相應(yīng)規(guī)范要求的機(jī)械排煙系統(tǒng)，電梯井可進(jìn)行自然排煙；反之可將其用作正壓送風(fēng)豎井。建筑內(nèi)部設(shè)置具備防煙效果并且滿足相應(yīng)規(guī)范要求的機(jī)械防煙系統(tǒng)，電梯井在一定條件下可作為自然排煙使用；在建筑內(nèi)部并沒(méi)有設(shè)置機(jī)械防排煙系統(tǒng)，或者是這一系統(tǒng)的防煙效果并不能滿足規(guī)范要求，需可結(jié)合電梯井送風(fēng)量數(shù)值對(duì)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，以此確定防煙方式，電梯井可同時(shí)作為正壓送風(fēng)豎井使用。

電梯井作為自然排煙井使用過(guò)程中需要實(shí)現(xiàn)與大氣相通。基于此，需要在電梯井頂部位置設(shè)置排煙口，排煙口閥門部分需實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化開關(guān)，發(fā)揮防雨以及排煙的作用。電梯井用作自然排煙需要在某層電梯門的上部墻壁處設(shè)置排煙口或者接排煙用的風(fēng)管，設(shè)置防火閥門，這一閥門可進(jìn)行手動(dòng)控制，也可進(jìn)行自動(dòng)化控制。與此同時(shí)，需要注意避免煙氣進(jìn)入到電梯房中，避免直接打開電梯門排煙，人員疏散過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)誤入電梯造成傷亡的現(xiàn)象。

6 機(jī)械排煙系統(tǒng)與通風(fēng)等系統(tǒng)聯(lián)合使用中注意問(wèn)題分析

設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)以及排煙系統(tǒng)過(guò)程中，凸顯獨(dú)立性，維護(hù)管理工作也比較便捷，不存在復(fù)雜技術(shù)，但其中也存在較多弊端，其一是建設(shè)造價(jià)成本增加，與規(guī)范經(jīng)濟(jì)理念不符合；其二是空間較小，兩個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)管布置存在局限性；其三是機(jī)械排煙系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)條件是在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，平時(shí)僅僅是定期檢修，部分建筑在投入使用后排煙系統(tǒng)并未運(yùn)行過(guò)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)逐漸銹蝕難以運(yùn)作，排煙閥門部分也出現(xiàn)易熔片脫落情況，控制系統(tǒng)失去靈活性等，基于上述種種情況，排煙系統(tǒng)難以有效發(fā)揮作用，也面臨成為火災(zāi)蔓延通道的風(fēng)險(xiǎn)。出于節(jié)省建筑空間目的，建設(shè)投資成本降低，保證排煙系統(tǒng)穩(wěn)定性，一般情況下會(huì)利用兩種系統(tǒng)聯(lián)用方式。系統(tǒng)聯(lián)用，在日常運(yùn)行過(guò)程中按照通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行，火災(zāi)發(fā)生時(shí)會(huì)切換裝置自動(dòng)轉(zhuǎn)換為排煙系統(tǒng)完成排煙工作。此種設(shè)計(jì)系統(tǒng)會(huì)保證始終處于運(yùn)行狀態(tài)中，增強(qiáng)其可靠性。除此之外，排煙與通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用后，可借助更加完善的自動(dòng)控制管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離中央控制，大大提升檢測(cè)控制有效性以及可靠性。

兩種系統(tǒng)聯(lián)用過(guò)程中，需利用更具可靠性的防火安全措施，排煙系統(tǒng)要求得以滿足，通風(fēng)要求也要滿足。

7 結(jié)語(yǔ)

建筑防排煙設(shè)計(jì)中出現(xiàn)不合理情況，極有可能產(chǎn)生災(zāi)難性的后果，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。伴隨我國(guó)建筑多元化發(fā)展，防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)也面臨著新的挑戰(zhàn)，基于此，設(shè)計(jì)人員在開展工作過(guò)程中需嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求，確保防排煙系統(tǒng)的科學(xué)性以及合理性，人員可獲得安全疏散，及時(shí)完成火災(zāi)撲救，有效降低損失，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。