建筑暖通的消防安全設(shè)計與防排煙設(shè)計關(guān)鍵點研究

張淑穗

（中鐵四院集團南寧勘察設(shè)計院有限公司，廣西 南寧 530000）

隨著國家經(jīng)濟快速增長，大量的商業(yè)中心、超市、廣場、百貨公司等購物中心類型的建筑應(yīng)運而生，一般情況下，這類建筑具有面積較大、功能較復(fù)雜、火災(zāi)風(fēng)險較高以及人員密度較大等特點[1]。在現(xiàn)代化的建筑工程建設(shè)中，暖通系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，給人民帶來更優(yōu)越的生活體驗，工程方在施工中，對暖通的安全性也高度關(guān)注，為最大限度地發(fā)揮暖通系統(tǒng)的作用，就必須不斷地提高對暖通系統(tǒng)設(shè)計安全性的要求，以免在后期的使用過程中，出現(xiàn)一些不正常狀況或異常現(xiàn)象。

一旦建筑中的暖通系統(tǒng)運行發(fā)生故障，不僅會降低其使用效率，還會對建筑內(nèi)群體的生命安全造成威脅，因此，除了對暖通系統(tǒng)的消防安全設(shè)計，還要優(yōu)化建筑內(nèi)對應(yīng)的防排煙工程，明確防排煙設(shè)計是建設(shè)優(yōu)化暖通系統(tǒng)的關(guān)鍵。當(dāng)建筑暖通系統(tǒng)運行受到外界環(huán)境影響出現(xiàn)異?；虬l(fā)生火災(zāi)等事故時，對應(yīng)的防排煙系統(tǒng)應(yīng)保證建筑物中人員的人身安全具有十分重要的意義[2]。為了控制建筑內(nèi)火災(zāi)事故，需要在保證相關(guān)設(shè)計工作具有較高合理性的前提下，結(jié)合建筑工程項目中的實際情況，規(guī)范每個設(shè)計環(huán)節(jié)，從根本上保證工程質(zhì)量，消除不合理的因素，最大程度地提高建筑的消防安全水平[3]。為落實這項工作，該文將以某地區(qū)建筑工程項目為例，從其暖通系統(tǒng)入手，進行詳細設(shè)計。

1 建筑暖通的消防安全設(shè)計

1.1 綜合建筑暖通火災(zāi)風(fēng)險評估

為規(guī)范建筑工程項目設(shè)計中的暖通施工，開展研究前，應(yīng)先明確建筑在投入使用后，由于暖通工程造成的建筑火災(zāi)風(fēng)險[4]。

在該過程中引入古斯塔夫概念，先計算建筑暖通火災(zāi)危險度，如公式（1）所示。

式中：GR為建筑暖通火災(zāi)危險度；Qm為建筑空間中，可發(fā)生移動行為的火災(zāi)荷載因子；α為建筑空間中易燃因子；Qi為建筑空間中，不可發(fā)生移動行為的火災(zāi)荷載因子；S為建筑面積；Ri為火災(zāi)蔓延因子；W為建筑結(jié)構(gòu)中的耐火因子。

對公式（1）中的未知參數(shù)進行計算，如公式（2）所示。

式中：Mv為建筑室內(nèi)可發(fā)生移動行為的可燃物體質(zhì)量，kg。Δhc為單個可燃物體的有效熱值，MJ/kg。At為地?zé)崦娣e。

通常情況下，為簡化計算，會將地?zé)崦娣eAt轉(zhuǎn)化為等熱值相同的標(biāo)準(zhǔn)木材覆蓋面積ω，計算單位kg/m2，對ω和Qm間的關(guān)系進行分析，見表1。

表1 ω與Qm之間的關(guān)系分析

按照上述方式對公式（1）中不同參數(shù)進行計算，根據(jù)上述內(nèi)容，進行建筑暖通火災(zāi)風(fēng)險評估，評估計算如公式（3）所示。

式中：I為建筑暖通火災(zāi)風(fēng)險評估結(jié)果；k為危險因子；H為空間暖通系統(tǒng)特征因子；F為暖通設(shè)備的空間分布密度；β為人員數(shù)量因子。根據(jù)評估結(jié)果進行暖通系統(tǒng)綜合消防的安全設(shè)計。

1.2 暖通系統(tǒng)綜合消防安全設(shè)計

明確建筑暖通系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)事故的風(fēng)險后，進行暖通系統(tǒng)綜合消防安全設(shè)計。在具體工作中，根據(jù)消防規(guī)定，在暖通系統(tǒng)中安裝防火閥門，明確建筑中的每個樓層都需要設(shè)置一個專門的防火分區(qū)，且不能在不同防火分區(qū)間共用暖通系統(tǒng)，例如必須在不同防火分區(qū)間共用暖通系統(tǒng)[5]，需要在穿越防火分區(qū)的隔墻處設(shè)置消防閥，當(dāng)穿過伸縮縫或變形墻時，還應(yīng)在對應(yīng)位置的兩側(cè)分別設(shè)置消防閥，并將墻體與風(fēng)管間的空隙采用防火材料進行封閉處理[6]。在該過程中，建筑暖通系統(tǒng)中的垂直風(fēng)管的防火閥安裝示意圖如圖1所示。

圖1 建筑暖通系統(tǒng)中的垂直風(fēng)管的防火閥安裝示意圖

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，參照大型建筑工程火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計文件中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求，進行系統(tǒng)中機械消防排煙、火災(zāi)自動報警等功能模塊的有效連接。為滿足暖通系統(tǒng)設(shè)計過程中的消防設(shè)計需求，應(yīng)在現(xiàn)有內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)中的排煙風(fēng)機、補風(fēng)機等增設(shè)靈活的手動操控方式，通過這種方式對建筑內(nèi)暖通系統(tǒng)多個方面進行綜合調(diào)控[7]。

一般情況下，不建議將暖通系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)管系統(tǒng)作為排煙系統(tǒng)，但也有個別情況，如果平時風(fēng)管系統(tǒng)仍用于排煙作業(yè)，就需要根據(jù)相關(guān)工作的具體要求，在風(fēng)管中安裝自動化閉門、全智能主動切換閥門等，并采取相關(guān)措施，保障密閉門和閥門安全。在共用排煙、風(fēng)管系統(tǒng)的情況下，要保證系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)備的性能指標(biāo)（風(fēng)管的內(nèi)徑、排風(fēng)速率等）與暖通防排煙系統(tǒng)的設(shè)計要求一致。通過上述方式對暖通系統(tǒng)進行綜合消防安全設(shè)計。

2 防排煙設(shè)計

2.1 引入機械排煙法

在建筑暖通消防工程中，為提高防排煙效果，采用機械排煙法，在該方法中引入機械排煙系統(tǒng)，自動排除煙氣。當(dāng)建筑中的一個位置發(fā)生火災(zāi)時，它所在的防煙分區(qū)的排煙口或排煙閥會立刻打開，排煙風(fēng)機會通過排煙管道、排煙口，將燃燒時產(chǎn)生的煙霧和熱量排出。圖2為機械排煙系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 機械排煙系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖

一般針對建筑內(nèi)走道位置采用豎向方式對機械排煙系統(tǒng)進行布設(shè)，房間內(nèi)按房間、防火、防煙分區(qū)進行水平布置。如果是豎向排煙，就應(yīng)該考慮通過火災(zāi)區(qū)域的要求，將豎向排煙管置于管井內(nèi)。當(dāng)通過防火分區(qū)時，應(yīng)在通過處設(shè)置排煙消防閥門。穿過變形縫的排煙管道，應(yīng)該在變形縫的兩邊都安裝1個排煙防火閥，如圖3所示。

圖3 穿越處排煙防火閥設(shè)置示意圖

對通風(fēng)空調(diào)和正壓送風(fēng)系統(tǒng)等相類似場所來說，采用的防火閥規(guī)格應(yīng)在70℃以上。針對帶有地下室結(jié)構(gòu)的建筑，當(dāng)安裝機械排煙裝置時，還應(yīng)安裝補風(fēng)裝置。在裝設(shè)機械補風(fēng)的過程中，補風(fēng)量比例不能低于排煙量的50%。

機械排煙也是一種非常重要的機械排煙方式。當(dāng)發(fā)生建筑火災(zāi)時，火災(zāi)生成的濃煙會從排煙口強制排出，且在應(yīng)用技術(shù)的過程中，負壓環(huán)境可以對建筑物內(nèi)部的火勢進行調(diào)整，如果濃煙過大，就很容易導(dǎo)致排煙口無法將全部濃煙排出，從而降低消防安全性。所以，在應(yīng)用機械排煙法的過程中，要對排煙系統(tǒng)的參數(shù)進行計算，并充分重視其與防火閥的配合，避免在火災(zāi)發(fā)生后，煙霧向建筑內(nèi)蔓延擴散，為消防救援工作的開展提供一個有效的基礎(chǔ)，保障人民的生命財產(chǎn)安全。

2.2 自然排煙設(shè)計

通過自然排煙的設(shè)計可以提高建筑的排煙效果。將自然排煙的設(shè)計重點放在開窗面積、外窗類型設(shè)計方面。一般情況下，當(dāng)建筑針對防煙樓梯間的窗戶設(shè)計時，其參數(shù)主要以1.2m×1.2m為主，當(dāng)進行防火窗設(shè)計時，選用甲等安全性設(shè)計方案[8]。一旦建筑出現(xiàn)火情，防火窗會立即關(guān)閉，因此很難有效排煙。針對該問題，在設(shè)計的過程中，必須與建筑物的特定層高相結(jié)合。當(dāng)建筑物高度大于60 m時，設(shè)計時應(yīng)將其參數(shù)變更為0.8m×1.2m，以保證出現(xiàn)火災(zāi)時，建筑可采用自然排煙的方式減少室內(nèi)煙氣濃度。根據(jù)《建規(guī)》、《煙標(biāo)》規(guī)定，建筑物的自然通風(fēng)口應(yīng)占其所在建筑樓面面積的2%～5%，且不能超過該樓面建筑樓面面積。通過對NFPA92B、NFPA204進行分析可知，在一定的火災(zāi)范圍內(nèi)，天然排煙口面積與補風(fēng)口面積間的關(guān)系如公式（4）所示。

式中：mv為通過自然排煙口的質(zhì)量流速；ρ0為所處環(huán)境的空氣密度；g為自由落體的加速度；Cd，v為排煙口排放系數(shù)；Av為排煙口的面積；Ai為補風(fēng)口的面積；T0為環(huán)境溫度；T為煙層溫度；d為煙層厚度。

結(jié)合上述公式可以確定自然排煙的面積，對建筑物中任一點至最近的自然通風(fēng)窗口（開口）的水平距離如圖4所示。圖4中，當(dāng)建筑面積大于100m2時，A點到達排煙窗（口）的水平距離不超過30m，B點到排煙窗（口）的水平距離不超過30m。當(dāng)建筑物內(nèi)的火情超過510kW時，煙霧就能克服周圍溫度變化的影響，平穩(wěn)地升至天花板，實現(xiàn)自然排煙。如果建筑火災(zāi)的規(guī)模是5MW，設(shè)計煙層厚度為1.5m，那么補風(fēng)速度應(yīng)該是2.0m/s，達到自然排風(fēng)要求效果。利用CFD方法可以對建筑物內(nèi)部火災(zāi)蔓延的情況進行三維可視化顯示，同時可以得到建筑物內(nèi)部火災(zāi)蔓延的速度、溫度、可見度和濃度場等多個參量的云圖或矢量圖像。在該基礎(chǔ)上，改變火災(zāi)發(fā)生地點、規(guī)模、排煙方式以及室內(nèi)外環(huán)境等因素，結(jié)合火災(zāi)發(fā)生時的可燃物排煙方式等特征，對火災(zāi)發(fā)生時的煙氣擴散狀況、氣流分布等進行全面、系統(tǒng)性地研究，尋找最佳的排煙方式。

圖4 建筑物中任一點至最近的天然通風(fēng)窗口（開口）的水平距離

2.3 防排煙系統(tǒng)遠程啟動

一般來說，防排煙系統(tǒng)是以消防控制室為主，在整個系統(tǒng)的使用過程中有2種控制方式，一種是多線控制板，另一種是總線控制板。這兩種不同的起始方式都是不同的，也是復(fù)雜的。在需要手動操作的情況下，必須使用事先設(shè)定好的第二個代碼編號來啟動，這樣的啟動方法比較煩瑣，并且需要大量的作業(yè)，為了確保暖通消防工程中的防排煙系統(tǒng)能夠迅速啟動，必須使用多線路聯(lián)動的控制板來實現(xiàn)防排煙系統(tǒng)的遠程啟動，這樣消防室內(nèi)的工作人員就可以通過人工操作啟動防排煙系統(tǒng)，在火災(zāi)發(fā)生后在第一時間進行撲救。

當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)時，打開防排煙系統(tǒng)，將建筑內(nèi)的煙氣排出，降低室內(nèi)煙氣濃度，提高建筑內(nèi)的能見度，使消防人員能夠及時疏散被困人員，保障人民的生命安全。在建筑防排煙系統(tǒng)的建設(shè)中，必須對防排煙風(fēng)扇進行優(yōu)化。還可以在防排煙系統(tǒng)中引入防排煙扇，其工作原理是將煙氣散發(fā)后所產(chǎn)生的余熱引導(dǎo)到安全區(qū)，從而有效地減少了火災(zāi)對建筑的危害。

3 結(jié)語

在現(xiàn)代化建筑工程項目中，暖通系統(tǒng)是一個不可缺少的重要組成部分，它不僅能給人提供一個舒適的居住環(huán)境，而且能有效地提高建筑物的防火性能。另外，該系統(tǒng)的應(yīng)用也有助于建筑物在發(fā)生火災(zāi)時，更好地應(yīng)對各種安全事件。所以，在設(shè)計或施工的過程中，一定要仔細分析在建筑暖通設(shè)計中存在的普遍問題，確定設(shè)計要點并進行相應(yīng)改進，從而提高建筑暖通系統(tǒng)的建設(shè)水平。通過該研究，明確了暖通系統(tǒng)設(shè)計在建筑工程項目設(shè)計中的重要性，通過這種方式，為提高建筑工程項目消防安全設(shè)計水平提供指導(dǎo)。