高层建筑防排烟系统的探讨

甄 珍

1 火灾烟气对人的危害性

高楼大厦似乎是当今社会评价城市发展进程的一个主要标准,经济的建设和世界建筑潮流的发展,催生建起了更多的高层建筑,这些高层建筑的出现,给我们的城市带来了一片生机和活力,但同时高层建筑的防火工作也日益严峻,通过对近年来发生的火灾事故分析,显示出烟气是造成建筑火灾人员伤亡的主要因素。火灾时烟气对人的危害主要表现在两个方面:首先,火灾烟气中含有大量的有毒气体。火灾燃烧过程中产生大量的一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氰化氢(HCN)、二氧化氮(NO2)等有毒气体,会使人产生意识不清、头昏、呕吐、呼吸困难和全身痉挛等症状,当有毒气体达到一定浓度,人会立即死亡。其次,烟气不利于人员的疏散。由于火灾烟气中的烟粒子对可见光是不透明的,当烟气弥漫时,能见度大大降低,疏散速度下降。同时,烟气扩散速度快,大量烟气会使人感到恐慌,当人感到恐慌时,秩序混乱,人员无法快速进行疏散。由于烟气对人的危害是火灾中人员伤亡的主要原因,因此,阻止烟气扩散、及时排除高温烟气,确保人员顺利疏散是高层建筑防排烟设计的主要目的。

2 控制火灾烟气蔓延的措施

2.1 划分防烟分区

防烟分区是指在建筑内部屋顶或顶板、吊顶下采用具有挡烟功能的构配件进行分隔所形成的,具有一定蓄烟能力的空间。划分防烟分区能够在火灾初期阶段将烟气控制在一定范围内,使火场产生的高温烟气不致随意扩散,以便蓄积和迅速排除,人员疏散时烟气的浓度处在安全允许值之内。《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称《高规》)中明确规定了:设置排烟设施的走道、净高不超过6.00m的房间,应采用挡烟垂壁、隔墙或从顶棚下凸出不小于0.50m的梁划分防烟分区。同时,规范对防烟分区的面积做出了不宜超过500m2要求,这是因为若防烟分区面积太小,烟气迅速充满空间且提高工程造价;防烟分区面积过大,会使烟气到达顶棚后横向扩散过程中遇周围的冷空气而变得较冷较薄,浮力下降,从而降低蓄烟排烟的效果。

2.2 设置排烟系统

建筑中的排烟可采用机械排烟方式或可开启外窗的自然排烟方式。自然排烟是通过冷空气和热空气的对流运动实现的,可开启外窗成为冷空气的入口和热空气的出口。而机械排烟方式是利用排烟机把着火区域中所产生的高温烟气通过排烟口排至室外。这两种方式都是将烟气排至建筑物外,从而降低烟气浓度,控制建筑内的有烟区域保持一定能见度的系统。排烟系统一般设置在长度超过20m内走道、面积超过100m2房间、中庭及可燃物较多的地下室。

2.3 设置防烟系统

建筑中的防烟可采用机械加压送风防烟方式和可开启外窗的自然排烟方式。机械加压送风方式是对着火区以外的区域,如疏散通道等需要防烟的部位送入足够的新鲜空气,使其保持高于建筑物其他部位的压力,从而把着火区域所产生的烟气堵截于防烟部位之外。自然排烟防烟方式是允许烟气进入安全部位,使烟气通过可开启外窗排出的防烟方式。烟气顺楼梯间或电梯井等竖井中扩散速度极快,一般垂直为 3.0m/s～4.0m/s,当建筑高度超过50m时可达到6.0m/s～8.0m/s,且建筑物越高,这种现象越明显,而楼梯间是人员疏散的主要通道,消防电梯是消防队员进入建筑物内部进行扑救的主要工具。因此,防烟楼梯间及前室、消防电梯前室、合用前室是防烟系统的重点部位。当高层建筑内设有避难层时,避难层也应设防烟设施。

3 防排烟设计时应注意的问题

3.1 自然排烟设计时应注意的问题

自然排烟是利用烟气流动的特性,采用开启外窗,敞开的阳台、凹廊将有毒高温烟气排出,具有结构简单、经济、不需电源和专用设备等优点。《高规》中规定:除建筑高度超过50m的一类公共建筑和建筑高度超过100m的居住建筑外,靠外墙的防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室和合用前室,宜采用自然排烟方式。从规范中看出,规范推荐宜优先采用自然排烟设施进行排烟。但在实际应用中存在以下三个问题:1)排烟窗位置过低。根据排烟的原理,排烟窗应设在房间外墙上部或顶棚上,有些建筑排烟窗设置在房间中部甚至是下部,势必会影响排烟效果,严重的会起到反作用,下部排烟窗向火源处输送新鲜的空气,造成火势更加迅猛。2)排烟窗开启面积过小。规范中对可开启外窗的面积做出具体的规定,是为了将烟气顺利的排出。有些建筑特别是酒店、旅馆、商场以防盗为理由,故意把排烟窗面积改小,有的甚至将窗户封堵。3)排烟窗距离过远。虽然《高规》对排烟窗距离未做明确规定,但《建筑设计防火规范》中规定:自然排烟口距防烟分区最远点的水平距离不应超过30m。同时,上海地方标准《民用建筑防排烟技术规程》中也规定:室内或走道的任一点至最近排烟管道的排烟口或可开启外窗、百叶窗的水平距离不应大于30m。例如,某教学楼的内走道长为54m,两端为封闭楼梯,可开启排烟窗开在距走道一端12 m的位置,排烟窗距另一端至少40m的距离,即使是排烟窗面积达到规范要求,这样的设计对内走道的排烟也是不利的。

3.2 机械排烟设计时应注意的问题

机械排烟系统是由挡烟垂壁(活动式或固定式)、防火阀、排烟口、排烟管道、排烟机、烟气排出口以及电气控制等设备组成的。

在实际应用中机械排烟系统的设计主要存在以下两个方面的问题:

1)排烟风机启动后多个防烟分区同时排烟。虽然《高规》中规定担负两个或两个以上防烟分区排烟时,应按最大防烟分区面积每平方米不小于120m3/h计算,但是并不意味要在两个防烟分区同时排烟。一个机械排烟系统可以在若干个防烟分区的区域内担负排烟任务,但一次只能在一个防烟分区面积内实施排烟。多个防烟分区同时排烟会导致排烟口多、漏风点多、排烟量小、排烟效率低下。2)排烟口为不带阀的常开排烟口。由于不带阀排烟口不受控制,火警信号启动排烟风机运行,所有排烟口都在运行,不仅如此,高温烟气会通过排烟口进入排烟管道,使烟气蔓延到其他非着火区域。《高规》中明确规定:排烟口平时关闭,并应设置有手动和自动开启装置。显然,常开排烟口违背了机械排烟系统的控制原则,剥夺了人们手动启动排烟的权利。应该选用设有排烟防火阀的排烟口,平时保持关闭,火灾时由火灾自动报警联动排烟口开启,并联动排烟风机运行。

3.3 机械加压送风设计时应注意的问题

机械加压送风系统由送风口、送风管道、送风机和防烟部位以及电气控制设备所组成。在实际应用中机械加压送风系统的设计主要存在以下两个方面的问题:1)机械加压送风风量设计不合理。有些单位为了节省成本、偷工减料,选用的送风机风量不足,楼梯间和前室无法形成正压,起不到防烟的效果。有些单位选用送风量较大的风机,我认为这样设计也不合理,因为风量过大会造成走道和前室之间的疏散门开启困难,也不利于人员疏散。2)合用正压送风系统未设计压差自动调节装置。规范规定,防烟楼梯间的余压值为40Pa～50Pa,前室、合用前室、消防电梯间前室的余压值为25 Pa～30Pa,这样设计是要在楼梯间内造成一个大于前室或合用前室的气体压力,在前室或合用前室造成一个大于走道的气体压力,避免高温烟气进入前室,使楼梯间内保持无烟。若楼梯间和前室共用一个送风系统,且未设置压差自动调节装置,无法形成楼梯间的余压值高于前室,这样对安全疏散也是不利的。

[1]GB 50016-2006,建筑设计防火规范[S].

[2]GB 50045-95,高层民用建筑设计防火规范(2005年版)[S].

[3]DGJ 08-88-2000,民用建筑防排烟技术规程[S].

[4]马 杰,赵 亮.关于消防设计要注意的若干问题[J].山西建筑,2008,34(8):204-205.