高層民用建筑的防煙排煙設計

1防煙煙系統結構現代化高層建筑功能復雜，通風速度快，垂直排水距離長。高層建筑中使用了大量的可燃性材料，如塑料地板、環保地板等。這些燃料在燃燒過程中產生了大量的有毒氣體，容易引起人們的分散。而火災中產生的煙霧阻礙人們逃生和進行滅火行動,是火災中對人們生命安全危害最大的因素。實驗證明,100m2的普通辦公室發生火災產生的煙氣可以將面積1500m2、高37m的中庭充滿2/3。同時,國內外的高層建筑火災統計資料表明:在火災死亡的人員中,大部分是被燃燒產生的有毒有害的煙氣熏死的,這個比例最高達70%以上。因此,搞好防、排煙,控制煙霧擴散和及時排除有害煙氣是高層建筑消防安全系統中十分重要的問題。搞好高層建筑中的房間、走道、中庭、避難層、防煙樓梯間及其前室、消防電梯前室或合用前室的防煙排煙設計,防止煙氣侵入,對減少人員傷亡,進行滅火搶救和防止煙火垂直蔓延都是非常重要的。防排煙的設計合理與否,直接關系到火災中的安全疏散的速度和效果,本文就高層民用建筑的防煙排煙設計進行了論述目前,高層建筑防排煙系統一般分為三種:(1)自燃排煙;(2)機械排煙;(3)機械加壓送風防煙。2自然防煙方式的簡介這種防排煙方式是利用自然條件在自然力的作用下,使火災產生的煙氣不能侵入到防煙樓梯間和消防電梯內。該方式具有構造簡單,不需要專門的排煙設備,火災時不受電源中斷的影響,平時還可兼做換氣用,管理方便等優點。特別是GB50045—7.995(2001年版)《高層民用建筑防火規范》(以下簡稱“高規”)第8.2.3條規定:“防煙樓梯間前室或合用前室,利用敞開的陽臺、凹廊或前室內有不同朝向的可開啟外窗自然排煙時,該樓梯間可不設防煙設施”。對于占數量較多的普通高層住宅,室內裝修比較簡單,房間小,圍護結構耐火等級較高的建筑物,采用自然防排煙方式基本上能夠達到保障安全、節省投資的目的,也符合我國目前高層建筑的實際情況。常用的自然防排煙方式主要有以下幾種:①靠建筑物外墻建造的全敞開的室外防煙樓梯;②利用陽臺或凹廊作為敞開前室的防煙樓梯間;③利用前室開窗排煙的防煙樓梯間;④不靠外墻的防煙樓梯間或雖靠外墻但不能開窗的前室的自然排煙,一般是設排煙豎井和過風豎井;⑤有外窗且長度不超過60m的內走道;⑥高度不超過12m的中庭。但第四種方式中的自然排煙豎井與進風豎井需要占有很大的有效空間,布置起來也不方便,又降低了建筑的使用面積,所以,不易被設計人員所接受。雖則如此,自然排煙方式沒有被廣泛應用,是由于它也有其自身缺點:①樓梯間前室必須靠外墻設計,否則難以實現。因此,設計時進行防排煙方式能否選擇自然排煙方式就必須基于建筑設計的藍本;②受風向等多種因素的影響較大,自然排煙的排煙效果不穩定,特別是低層區,火災時如果開窗方向與風向相反,會造成向樓梯間或前室灌煙現象,嚴重影響人員的疏散;③排煙窗的開啟比較困難,火災時如果考慮由人員手動開啟每層的排煙窗是不現實的,理論上必須設置遠距離開窗裝置,而這由于現實原因往往難以實現;④在排煙口的實際施工中,除去窗戶的圍框及其它影響,排煙口的面積會大打折扣;并且有時考慮裝修的需要,很多窗戶并不做成平開窗,而是推拉窗,這樣排煙口的有效面積又會減半,從而大大影響了自然排煙的效果;⑤GB50045—7.995(2001年版)《高規》第8.2.1條:“除建筑高度超過50m的一類公共建筑和建筑高度超過100m的居住建筑外,靠外墻的防煙樓梯間及其前室,消防電梯間前室和合用前室,宜采用自然排煙方式”即此方式不適用于建筑高度超過50m的公共建筑和建筑高度超過100m的居住建筑。3自然快速煙間的煙壓機械排煙是利用排煙風機將煙氣抽走,從而降低被保護區的煙氣濃度。這種排煙方式在防煙樓梯間及其前室和合用前室一般不單獨使用,而是作為一種特殊情況下的輔助措施,但其對于排出疏散走道、起火房間的煙氣有著顯著的效果,而且一般應用于火災初期。機械排煙的設置部位:①無直接自然通風,且長度超過20m的內走道或雖有直接通風,但長度超過60m的內走道,在疏散的時候走道作為疏散的主要通道應在火災時迅速排除有毒煙氣;②面積超過100m2,且經常有人停留或可燃物較多的地上無窗房間或設固定窗的房間;③不具備自然排煙條件或凈空高度超過12m的中庭;④除利用窗井等開窗進行自然排煙的房間外,各房間總面積超過200m2或一個房間面積超過50m2,且經常有人停留或可燃物較多的地下室。排煙效果的好壞,取決于排煙口設置的位置及排煙口的形式。這種排煙方式一般是利用排風機進行強制排煙。利用這種方式進行排煙在設計和使用上應劃分防煙分區,合理有效地利用隔墻、擋煙垂壁等進行排煙。在近年高層民用建筑工程實例中,防煙樓梯間及其前室的防排煙方式除少數采用單一自然排煙或機械加壓防煙方式外,絕大多數均采用自然排煙和機械加壓防煙相結合的方式,機械排煙的方式已基本不被采用,僅作輔助措施。這是由于機械排煙適用范圍小、效果差。機械排煙方式用于防煙樓梯間僅適用于帶裙房的高層建筑,并且需當裙房以上部分利用可開啟的外窗進行自然排煙,裙房部分不具備自然排煙條件時,應在前室或合用前室局部設置。舊的《高規》CGJ45—1982中規定,防煙樓梯間前室、消防電梯前室和合用前室可以采用機械排煙方式。但從多年來的實踐證明,這種方式的排煙效果并不理想,這是因為機械排煙易給前室造成負壓,人員疏散時的疏散方向與煙流動方向一致,特別是疏散人員擁擠時會造成大量煙氣擁入前室,沒有從根本上達到疏散通道內無煙的目的,給疏散人員造成不安全感。因此,新的《高規》GB50045—1995中規定,僅把其作為特殊情況下的輔助措施,以彌補自然排煙方式的不足;其次,機械排煙方式所設置的排煙口需設手動和自動開啟裝置,這就要求其能與自動報警設備聯動,而且要求系統中,任一排煙口開啟時,排煙風機能自行啟動,增加了設備的復雜性和工程造價。4防煙加壓系統的設計計算方法機械加壓送風防煙。機械加壓送風防煙是通過風機加壓送風,使樓梯間和前室或合用前室保持正壓,從而阻止煙氣的侵入。這樣,在火災期間,送入樓梯間及前室一定量的空氣,就會將煙氣排斥在外。對于自然排煙方式受建筑結構限制,排煙效果不穩定的缺點,相比之下,機械加壓送風防煙方式則具有防煙效果好,而且可靈活布置,不受環境條件限制的優點。由于多種原因,有些樓梯間可開啟外窗面積達不到要求,或根本沒有外墻,這時,就應當考慮采用機械通風的方法來防止煙氣進入樓梯間或前室。采用機械排風是不可能達到要求的。因為排煙系統運行時,樓梯間或前室的壓力將降低,煙氣只有通過樓梯間或前室才能被排出,這就給疏散人員造成了不安全感。另外在人員疏散時,樓梯間或前室非常擁擠,理想的氣流組織受到破壞,使排煙效果受到影響。對樓梯間及前室進行加壓送風是一種較好的方法,即通過機械的方法將室外的新鮮空氣送入樓梯間及其前室,使樓梯間及其前室的壓力高于建筑物中其它部分的壓力,這樣煙氣就不會進入樓梯間及其前室,達到防煙的目的。經消防及有關部門實驗證明,機械防煙不僅防煙效果顯著,而且具有較大的可靠性和穩定性。機械加壓送風防煙方式控制系統簡單、安全、可靠,近年來已成為國內外高層建筑廣泛采用的防煙方式。但在設計過程中,機械防煙方式的設計計算是比較復雜的。防煙樓梯間及其前室、合用前室和消防電梯前室的加壓總風量要通過計算確定,由于影響壓力送風量計算的因素較復雜,目前對送風量尚無統一的計算方法。根據相關資料的指導,一般對防煙加壓系統送風量的計算方法有以下幾種:{注意,送風量計算時還必須考慮由于風道等因素而造成的漏風系數(1.15—1.2)及一定的安全系數(1.1—1.15)}(1)壓差計算法:保持關門時正壓區間達到正壓水平的送風量計算。式中a——流量系數(門開啟時取0.65)F——開門的計算面積,m2P——空氣密度,(取1.2kg/m3)(2)門洞風速法:維持開啟門洞最低氣流速度的送風量計算。式中v——門洞平均風速,m/sf——門洞面積,m2n——門的數量(3)層均風量法:即規定每層的平均加壓送風量值,而總的送風量就是所有樓層之和。(4)綜合計算法:源自加拿大,適用于不設前室的樓梯間正壓送風系統。(5)按《高規》第8.3.2條的規定確定。以上計算方法中,層均風量法過于簡單,缺乏理論支持,在國內也缺乏長期運行的實踐經驗,所以一般不建議使用。加拿大的綜合計算法由于只適用于不設前室的樓梯間的正壓送風系統,許多專家不贊成使用。所以國內現在廣泛使用的計算方法只有壓差計算法和門洞風速法或者根據《高規》第8.3.2條的規定確定。因為前室和合用前室門窗縫的漏風量比保證其前室門開啟時其門洞處風速所需要的風量小得多,故一般不需進行計算保證其前室或合用前室正壓值的風量計算,只需計算維持開啟門洞最低氣流速度的送風量,再與《高規》第8.3.2條的規定值進行比較,取其大者作為加壓送風系統的送風量即可。從理論上講,每個公式的產生與其對應的研究背景是各有各自的理由,而當用某一公式去解決某一實際工程設計時,往往存在著一定的差別,這樣就造成了即使同一條件的工程,因選擇不同的計算公式,其結果差別也很大;另一方面,在加壓送風量的設計計算中,由于某些計算公式缺乏系統的全面的介紹,特別是假設參數的選擇不當,也容易造成設計計算的錯誤。即使在同一條件下,因使用公式不同,其結果差別很大,上述原因使當前在加壓送風量的設計計算中存在著一定的盲目性,可變性,造成設計上的難度。而在工程成本上分析,機械防煙方式除風機外,為保證送風壓力的均衡不至于個別部位因壓力過大造成人員開門困難,還要設置許多送風口。《高規》要求樓梯間每隔2～3層設一個加壓送風口,前室的加壓送風口每層一個,而且要求風口有手動開啟和遠距離聯動控制的功能。因此增加了系統的復雜性以及工程的投資,維護管理也不方便。因此,從控制工程成本考慮,近年高層民用建筑大多是因為建筑結構關系無條件開設自然排煙外窗方而采用單一機械防煙