基于防排煙系統(tǒng)分析地下車庫排煙方式

李林芝 孔鑫哲 潘清清 劉妍資

作者簡介：李林芝（2003-），女，漢族，四川南部人，本科，研究方向：安全工程。

摘要：隨著城市建設的高速發(fā)展，大量地下空間建筑涌現(xiàn)。建筑火災中的煙氣是影響火災逃生的一個危險因素，煙氣的有毒有害成分、高溫和遮光作用等極易導致人員傷亡。本文基于現(xiàn)有的建筑內排煙系統(tǒng)設計，分析某商業(yè)建筑地下車庫。首先，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范計算排煙量、送/補風量；其次，根據(jù)建筑物的具體情況完成系統(tǒng)布局，并進行阻力計算；最后，根據(jù)阻力、風量及現(xiàn)行規(guī)范進行設備選型。排煙系統(tǒng)在各類建筑中發(fā)揮著至關重要的作用，能夠減少有害氣體對人員的危害，提高疏散效率。

關鍵詞：防排煙系統(tǒng)；防煙分區(qū)；排煙量；補風量

一、國內外研究背景

在國內，防排煙工程的發(fā)展相對較晚，但隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，防排煙工程的重要性逐漸凸顯。中國的建筑工藝與風格在不同時期發(fā)生了很大的改變，防排煙系統(tǒng)也在不斷演變。尤其是近年來，隨著高層建筑、地下建筑和大型公共設施的增多，防排煙技術發(fā)展迅速，取得了一系列技術突破和應用成果。1983年6月1日試行的《高層民用建筑設計防火規(guī)范》GB J4582中，防煙和排煙的概念被正式提出，從那時起防排煙就成為了一項重要的建筑防火系統(tǒng)^［1］。國內防排煙工程的發(fā)展主要得益于國家對消防安全的政策支持。近年來，國家大力推廣消防安全措施，防排煙工程作為消防安全的重要手段，其發(fā)展得到了社會各界的關注。在國內防排煙工程的發(fā)展過程中，還出現(xiàn)了一些具有自主知識產(chǎn)權的技術和產(chǎn)品，如智能防排煙系統(tǒng)，這些技術和產(chǎn)品在消防安全領域發(fā)揮著越來越重要的作用。

在國外，防排煙工程的發(fā)展較早，技術成熟且應用領域廣泛。從20世紀初開始，隨著工業(yè)革命的推進，建筑火災事故頻發(fā)，防排煙技術逐漸受到重視。美國的煙氣控制系統(tǒng)具有較高的技術水平，尤其在性能化設計上處于世界領先地位。重點采用仿真分析與實測相結合的方法，以保證在不同的消防環(huán)境下具有較好的防煙效果。在消防安全方面，美國是最早進行消防研究和發(fā)展的國家之一，也是建筑技術較為先進的國家之一，并形成了一套較為完善的消防安全體系。美國的防排煙系統(tǒng)設計理論、設計方法和技術水平已達到了較高水平。

二、防煙分析

該工程設計對象為某商業(yè)建筑地下汽車庫負一層，該地下車庫層高4m，車庫所用面積為6745.68m2/層，汽車庫安裝了自動滅火系統(tǒng)。

（一）防煙分區(qū)劃分

某商業(yè)建筑設有機械排煙地下車庫，當發(fā)生火災時，為了排出室內煙氣，防止火勢蔓延，應采用機械排煙系統(tǒng)排出煙氣。因此，根據(jù)《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB 501164-2014）的相關規(guī)定，該商業(yè)建筑應對地下車庫的防煙分區(qū)進行嚴格劃分，且防煙分區(qū)不應跨越防火分區(qū)。根據(jù)這一規(guī)定，該商業(yè)建筑應對地下車庫的防煙分區(qū)進行劃分，并確保其防煙分區(qū)的面積不得超過2000m^2［2］。因此，本設計將該商業(yè)建筑地下車庫劃分為四個防煙分區(qū)。

（二）防排煙量計算

1.排煙量確定

查閱文獻可知，當車庫的凈高為3m及以上時，車庫的排煙量為30000m3/h；車庫的凈高為3.1m-4.0m時，車庫的排煙量為31500m3/h；車庫的凈高為4.1m-5.0m時，車庫的排煙量為33000m3/h；車庫的凈高為5.1m-6.0m時，車庫的排煙量為34500m3/h；車庫的凈高為6.1m-7.0m時，車庫的排煙量36000m3/h。 因此，可知該商業(yè)建筑地下汽車庫負一層車庫的排煙量為31500m3/h。

2.補風量確定

根據(jù)氣流基本原理，當需要排出一個部位的空氣時，應在另外一個部位進行補風。在某商業(yè)建筑地下汽車庫中，因其防火分區(qū)設置了防火墻，且樓層要進行樓面分割，所以在某些防火區(qū)域中，并沒有直接通往戶外的車輛撤離通道，所以也意味著該商業(yè)建筑的地下車庫無自然進風條件。以上所說的區(qū)域周圍都是密封的，在排煙過程中，如果不能及時補充空氣，煙霧就不可能排到外面去。因此，按照相關規(guī)范，應增設適當?shù)难a風機，其進氣量應超過排煙量的50%。在設計中，這個比率能夠在發(fā)生火災時，做到迅速、順暢排出煙氣和熱氣^［3］。本次設計中的補風量取值為排煙量的50%，所以補風量為31500×50%=15750m3/h。

3.排煙量確定

在一個排煙系統(tǒng)承擔多個防煙區(qū)域的情況下，排煙系統(tǒng)承擔的區(qū)域具有一定的凈高度。以某一防火分區(qū)為基準，任意相鄰兩個防火分區(qū)的排煙量相加，選取不同結果中的最大值^［4］。

在這次的設計中，這個商業(yè)建筑的地下車庫的凈高是4m，它有四個分區(qū)排煙量都是31500m3/h。因此，這個計算是將一個防火分區(qū)內任意兩個相鄰防煙分區(qū)的排煙量求和，然后取最大值63000m3/h。

4.氣流組織分布

送風口一般設置在上部，排煙口也安裝在上部。

三、風管、風口選擇與計算

（一）風管材料選擇

在設計中，吸煙管道的材質必須要有很好的防火能力，而且管子內壁應是平滑且無毛刺^［5］。在參考了一些相關的資料之后，我們知道了鍍鋅鋼管的抗腐蝕能力。因此，在這次設計中，選擇了鍍鋅鋼板，并且根據(jù)矩形截面的公式進行了計算。

（二）風口尺寸及數(shù)量計算

在該商業(yè)建筑地下汽車庫中，在使用金屬風管的情況下，排煙速度不能超過20m/s；在使用有平滑內壁的非金屬材質風管時，其排煙速度不能超過15m/s，而機械排煙管的排煙速度不能超過10m/s。故本設計中排煙風管設計風速取20m/s，排煙口設計風速取10m/s，補風口風速取10m/s。

1.排煙風口相關計算

（1）風口布置：假定排煙口面積為500mm×600mm單層百葉風口。

（2）根據(jù)Q=vA得：Q=0.5×0.6×10=3m3/s。

（3）所有防煙分區(qū)的排煙量均為31500m3/h=8.75m3/s。

（4）設取n個排煙口，n×3=8.75，得n=2.917，則n取3。

（5）一個防煙分區(qū)需要至少3個500mm×600mm的排煙口。

（6）防煙分區(qū)排煙口的實際風速v=8.75/3×0.3=9.722m/s。

2.排煙風管相關計算

以風機1為例，設A處風管尺寸為600mm×300mm，Q_A=?Q=10500m3/h=2.917m3/s，v=Q_A/S_A=2.917/0.18=16.206m/s<20m/s，風管風速v=16.206m/s，B處風管尺寸為600mm×610mm，實際風速為15.937m/s，C處風管尺寸為800mm×700mm，實際風速為15.625m/s，D處風管尺寸為1400mm×800mm，實際風速為15.625m/s。

3.機械補風口相關計算

（1）風口布置：假定補風口面積為300mm×400mm單層百葉風口。

（2）根據(jù)Q=vA得：Q=0.3×0.4×10=1.2m3/s。

（3）所有分區(qū)補煙量為：31500×50%=15750m3/h=4.375m3/s。

（4）取n個補風口，n×1.2=4.375，n=3.6 ，則n取4。

（5）因此機械補風風口應取4個300mm×400mm。

（6）補風口的實際風速為：v=4.3754×0.12=9.115m/s。

四、防排煙水力計算

（一）排煙系統(tǒng)的水力計算

假設輸送氣體的密度為1.3m3/kg，根據(jù)查閱資料可知非圓形金屬煙道沿程摩擦阻力系數(shù)λ取0.03^［6］。

（二）沿程損失

系數(shù)ξ=3，則h_i=ξ·ρ/2·v2=3×1.3/2×15.6252=476.074pa。

（四）風機的總阻力

風機1帶動分區(qū)一和分區(qū)四的排煙管道。

沿程損失：Δpm=762.35pa，局部阻力損失：Δpj=1393.551pa，風機1總阻力為：

Δp=Δpm+Δpj=762.35+1393.551=2155.901pa

風機2帶動分區(qū)二和分區(qū)三的排煙管道。

沿程損失：Δpm=887.665pa，局部阻力損失：Δpj=1411.483pa，則風機2總阻力為：

Δp=Δpm+Δpj=887.665+1411.483=2299.148pa

五、風機及配套設備選擇

（一）概述

假設計算背景為僅有一個分區(qū)發(fā)生火災時，那么在選用風機時，應采用最大阻力的風機。在考慮誤差的情況下，對風機選型中的風量、風壓等參數(shù)及計算公式進行了修訂^［8］。

（二）防煙分區(qū)風機的選擇

P_f=K_p×ΔP=1.2×2299.148=2758.978pa

qv，f=K_p×q_v=1.2×31500=37800m3/h

根據(jù)風機風壓2758.978Pa，風機風量37800m3/h，選擇型號為5-72No.10D普通離心風機一臺：轉速1450r/min，流量40441m3/h～56605m3/h，全壓3202pa～2532pa，電動機功率25kW。

（三）補風區(qū)域風機的選擇

選擇T40系列軸流風機一臺：轉速940r/min，風量19749m3/h，全壓158pa，有效功率0.867kW，軸功率1.032kW，配用電動機功率2.2kW。

六、平面圖

結語

隨著科技的快速發(fā)展，人們對防排煙系統(tǒng)安全性的要求也越來越高，開展防排煙系統(tǒng)研究與探索，將在理論上推進防排煙技術在火災逃生安全領域向縱深發(fā)展。防排煙系統(tǒng)在火災中具有至關重要的作用，不僅能夠控制火勢蔓延，保障人員安全，還能降低火災損失和提高建筑安全性。因此，在建筑設計與建設中，必須對防排煙系統(tǒng)的設置與維修給予足夠重視，以保證在危急關頭能起到應有的作用。本次對某商業(yè)建筑地下汽車庫負一層的建筑內排煙系統(tǒng)設計，目的是掌握其防煙模式，明確系統(tǒng)的重要性。未來防排煙系統(tǒng)將繼續(xù)得到優(yōu)化和改進，采用更先進的傳感技術和智能控制算法，實現(xiàn)更快速、更準確的煙霧和氣體檢測以及更高效的排煙和通風控制。此外，隨著綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展理念的普及，未來的防排煙系統(tǒng)還將更加注重節(jié)能減排和環(huán)保性能的提升?？傊?，防排煙系統(tǒng)在火災中具有不可替代的作用。通過不斷的技術創(chuàng)新和改進，未來的防排煙系統(tǒng)將更好服務于消防安全，為保障人民生命財產(chǎn)安全作出更大貢獻。

參考文獻

[1]李程.淺談防排煙系統(tǒng)相關規(guī)范的歷史沿革[J].中國設備工程，2023（03）：256-258.

[2]李紹軍.如何合理劃分防煙分區(qū)[J].科技資訊，2006（06）：34.

[3]王偉良，張昕，徐穩(wěn)龍.機械排煙系統(tǒng)補風量設計探討[J].暖通空調，2022，52（11）：57-59.

[4]陳穎，李思成.《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》GB 51251—2017中若干條文分析[J].燃燒科學與技術，2022，28（04）：417-422.

[5]葛秀方.對建筑中機械排煙管道選擇要求的探討[J].四川建材，2022，48（08）：219-220+222.

[6]沈昱明.工程流體力學基礎（Ⅳ）[J].流體測量與控制，2023，4（04）：109-115.

[7]侯松濤，陳紅雷.對氣力輸送系統(tǒng)中彎頭曲率半徑的探討[J].鑄造設備與工藝，2013（02）：7-8.

[8]張曉磊.地下室車庫誘導通風系統(tǒng)防排煙風機選型方法探討[J].建筑熱能通風空調，2021，40（04）：92-95+87.