建筑防排烟系统常见问题探析

2013-01-30范恩强

中国人民警察大学学报 2013年2期

●范恩强

(青岛市消防支队，山东青岛 266071)

建筑防排烟系统是控制建筑火灾烟气蔓延扩散，人员安全疏散和火灾有效扑救的重要保证。但由于消防技术规范对于防排烟系统设计存在未予明确之处，加之设计人员对相关条款理解不够深入，致使设计和施工中出现了较多的问题。本文就防排烟系统一些常见的问题进行分析探讨，根据实际经验总结了相关的解决措施。

一、防烟和排烟方式

《建筑设计防火规范》(以下简称《建规》)第9.1.1条规定:“建筑中的防烟可采用机械加压送风防烟方式或可开启外窗的自然排烟方式。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”。即防烟和排烟同时使用了“可开启外窗的自然排烟方式”，建议防烟系统可改为“自然通风方式”，而排烟系统则依然采用“自然排烟方式”。既突破了防烟仅有的开窗方式，也给予了较好的区分度。

二、加压送风

(一)正压送风系统的新风入口设置不够合理

加压送风机的进风必须是室外不受火灾和烟气威胁的空气。一般应将进风口设在排烟口下方，并保持一定的高度差;必须设在同层时，应保持两风口间的相当距离或设在不同朝向的墙面上，并应将进风口设在该地区主导风向的上风侧。送风机的进风口宜直接与室外空气相连通，送风机的进风口不宜与排烟机的出风口设在同一层面。如必须设在同一层面时，具体可以参考《建规》第9.4.7条及其条文解释对新鲜空气的进风口和烟气排出口在同一层或在隔层中时的规定，进风口与烟气排出口垂直布置时，水平距离不宜小于10m、垂直距离不小于3m。实际工程设计中，进风口与烟气排出口因建筑立面和功能等条件的限制而可能出现多种组合。例如，地下室或首层排烟，排烟口设在距室外地面2m以上的高度，进风口却在屋顶，虽然水平距离不能满足要求，但可以通过进风口与烟气排出口的进、排风方向的合理设置而满足进风的质量要求。同时，建议在加压送风机出口或入口处用防火阀代替止回阀，可避免相邻建筑物的火灾烟气或者本建筑物排烟系统的烟气通过送风机引入本建筑物。

(二)压差调节

根据《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称《高规》)第8.3.1.1条规定:“不具备自然排烟条件的防烟楼梯间应设置独立的机械加压送风的防烟设施，其不具备自然排烟条件的前室可以利用楼梯间送风的余压达到规范要求，无需再设置正压送风”。有的工程分别设置了加压送风系统，虽然提高了系统的可靠性，但是增加了造价。对于防烟楼梯间、前室或合用前室共用同一加压送风系统，在通向合用前室的支风管上未设压差自动调节装置，导致楼梯间正压无法进入前室，造成楼梯间的风压太大，影响防火门开启，而前室只靠楼梯防火门的缝隙漏风，风压又不足，因此应在楼梯与前室之间设置余压阀。

同时，依靠计算或者规范规定值所得出的加压送风量可靠性很难说，因此，在防烟楼梯间与前室之间、前室与走廊之间，配置自力式“超压阀”是很有必要的。尤其针对加压送风系统负担层数较少和采用常闭型加压送风口的前室或合用前室，常常容易超压。在前室与走道之间，宜设置限压装置或自动泄压阀。特别是在仅需开启火灾层风口的情况下，应设置带防火阀的限压装置或自动泄压阀。

(三)地下室与地上层必须共用楼梯间的问题

地下层与地上层如果没有进行有效的分隔，容易造成地下层火灾蔓延到地上建筑。《高规》第6.2.8条规定:“地下室或半地下室与地上层不应共用楼梯间，当必须共用楼梯间时，应在首层与地下或半地下层的出入口处，设置耐火极限不低于2.00h的隔墙和乙级的防火门隔开，并应有明显标志”。若共用楼梯间需设置机械加压送风系统，因为分隔的存在，加压送风系统就不能按照常规设计来做。《全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调·动力》的第4.10.9－5条规定:“地上和地下部分在同一位置的防烟楼梯间需设置机械加压送风时，加压送风系统宜分别设置;若合用一个风道时，风量应叠加，且均应满足地上、地下加压送风系统的要求。”

但笔者在审核中发现一些设计人员忽视了该道防火隔墙和防火门(着火时处于关闭状态)的存在，上下仍设一个加压送风系统。同时部分地区允许用电动风口，而避免使用风量叠加的风道风机，但相对可靠性不高。对于防烟系统，火灾发生时，需全部正常运行，并不是地上和地下部分分别运行。因此其加压送风系统的风量应同时满足地上和地下的要求，地上部分风量计算较为成熟，主要注意地下部分，因层数不同，风量计算会有差别，且其送风口应分别设置。

三、防烟分区

(一)防烟分区划分

防烟分区的划分是防排烟系统的关键环节，直接影响系统排烟量、排烟阀数量和控制面积的确定。由于对设计规范的不完全理解，不少有关大面积房间设计中防烟分区的划分是错误的，相应导致排烟量计算错误。

如果一个房间无吊顶或采用网格吊顶，尤其是大面积空间场所(如车库、超市等)，按目前国内常见的结构形式，框架梁一般都能“从顶棚下突出不小于500mm”。这样可省去挡烟垂壁，不但节省投资而且满足安全要求。但对于大面积房间，往往这些主梁和次梁将房间划分成若干小的防烟分区，设计人员若利用这些自然形成的防烟分区，则排烟量设计将偏小，排烟口众多，这种做法是不现实的，因火灾初期产生大量的烟气，烟气不可能仅限于一两个小的防烟分区内，可能需要几个防烟分区同时排烟，即同时打开几个排烟口，因此只能满足两个防烟分区同时排烟的排烟量是不能满足要求的。

为达到较好的效果，排烟口仍应该按500m2范围内距最远点的水平距离不超过30m的原则设置，至于多出来的梁相当于增加了一些挡烟垂壁，无疑对挡烟和疏散起到较好的作用。但同时应提高火灾的探测，感烟和感温探测器应该按照各个小的分区分别设置，以便及早发现火情，在火灾初期发现火灾，配合完善自动排烟设施的功能。同时，防烟分区划分完后，设计人员还应注意相应防烟分区的周围设置明显的挡烟垂壁，以保证相邻防烟分区之间不串烟或少串烟。

(二)一套系统带多个防烟分区的问题

《高规》第8.4.2条，规定了排烟风机风量的计算方法，并在第8.4.2.2部分提到担负两个或两个以上防烟分区排烟时的设计，却并没有说明“两个以上”究竟最多能到几个分区。规范考虑到局部火灾不同时发生的可能性，提出担负两个或两个以上防烟分区排烟时，排烟量只按最大防烟分区面积不小于120m3·h－1·m－2计算。毕竟风机的能力是有限的，到底能担负几个防烟分区的任务呢?一般情况下，排烟系统是跟着防火分区走的，排烟系统尽量不要穿越防火分区，每个防火分区应该至少一个排烟系统，风机风量按最大防烟分区面积乘以120m3·h－1·m－2计算，可考虑10%漏风量选择。防烟分区可以用挡烟垂壁来合理划分，以便使风机的风量处于合理的效率范围，对于较大面积的防火分区，防烟分区适当大一些，以便提高风机排烟能力，而防火分区偏小的地方，防烟分区可适当小一些，风量不需要太高。

另外，多个防火分区共用一套排烟系统的情况也是会出现的，如对于地下功能房间，一套排烟系统即可控制多个防火分区。这种情况下，主要问题是消防感温或感烟探测器与排烟系统的联动，一般应将其按照防烟分区分别设置。对于商场之类的可燃物比较多的场合，火势蔓延较快，所以按规范中的要求选择的风机一般偏小，最好风机风量按整个防火分区来计算。

四、机械排烟系统漏风量的计算

排烟风机风量确定时应考虑风管(风道)的漏风量及其他防烟分区未开启排烟阀(口)的漏风量。《高规》第8.4.12条规定:排烟风机“排烟量应增加漏风系数”，但漏风系数的选取却并无规定，设计和施工上较难把握。建议可参考《建规》第9.4.8条规定:排烟风机“排烟量应考虑10% ～20%的漏风量”，且条文解释给出了不同材质的漏风量估计，“对于金属风道，其漏风量可选择10%或更大;对于混凝土等风道，则应向建筑专业提出风道的密封、平滑性能等要求，其漏风量要根据排烟系统管路的长短和施工质量等选取，最小不宜小于20%，排烟系统长或施工质量差，则宜取30%”［4］。由于高层建筑的火灾危险性较高，在选取漏风量时，应适当增加比例。同时，应考虑其它防烟分区未开启排烟阀(口)的漏风量。

五、中庭排烟烟气分层问题

对于高度较高的“竖长”型中庭，在中庭地面火灾初期或阴燃阶段，由于火灾规模相对较小、烟羽流温度低、热浮力小，加上烟羽流不断卷吸周围冷空气而不断被冷却，使上升过程中遭遇“热障”而失去热浮力，火灾初期的烟气将在某一高度悬浮，而出现了烟气分层。为了减弱中庭烟气分层，达到防烟雾要求，并兼顾通透性，可考虑在各楼层边缘采用自动挡烟垂帘进行分隔，同时鉴于“竖长”型中庭对早期探测的影响，需要考虑分层设置感烟火灾探测器。烟气分层也会影响排烟量的确定和排烟口的设置，可以考虑在直流排烟的基础上，在中庭上中部的回廊处，设置排烟系统，利用回廊排烟法实现对分层烟气的排除。

六、排烟口布置数量和间距

如果一个排烟口的排烟量过大、流速过快，则会在烟层底部撕开一个“洞”，使新鲜的冷空气也被排出，降低了实际排烟量，即产生拉穿效应(plug－holing)。机械排烟系统中，每个排烟口的排烟量不应大于临界排烟量。为了避免出现临界排烟量，应该适当增加排烟口的数量，并保证相邻排烟口的间距，以便更好地控制烟气排出时的流动状态。通常排烟口的数量，在保证排烟口到最远端的距离为30m的前提下，一般一个防烟分区一个，太多在控制上会增加复杂程度，因此应当进行综合考虑。同时，排烟口的布置，应参考NFPA92B，将最短距离引入规范。

七、补风口设置位置

《建规》虽然对补风条件和风量做了规定，但是对于补风口的位置未进行明确。设计人员为便于施工和平时管理，将补风口设置在靠近顶棚的位置，而补风口设置在顶部或距地面较高的位置，会导致补风气流直接冲击烟气层，加速烟气下沉，不利于排烟。笔者认为，机械送风口或自然补风口应设在储烟仓以下，不能高于预计的烟气层高度，设计在空间的底部最有利，但补风口的设置位置不能过低且靠近火源，否则进来的空气很快到达火源，为燃烧提供了大量的氧气，会促进火势增大。同时为设置合理的补风方向，应确定合适的开口位置以匹配房间的空间布局，如大空间建筑宜设置对称补风口。当补风口与排烟口设置在同一空间内相邻的防烟分区时，补风口位置不限;当补风口与排烟口设置在同一防烟分区时，补风口应设在储烟仓下沿以下;补风口与排烟口水平距离不应少于5m。

八、走道防排烟设计

(一)长度超过规定的疏散内走道

由于规范没有明确内走道的含义，标准图集中也没有表示清楚，使得内走道的防排烟设计成为一个较难准确把握的边缘问题。笔者根据多年的设计经验，以及对相关规范图集和手册的综合理解，认为内走道的含义是:走道长向两侧均为内墙的走道。

对于非高层内走道的相关设计，长度超过规定(公共建筑一般为20m，其它建筑为40m)的疏散内走道，应设置排烟设施。此处的排烟设施一般应尽量采用可开启外窗的自然排烟。如果一端有窗，为能有效地排除烟气，排烟窗距房间最远点的水平距离不应超过30m，所以窗的自然排烟作用长度为30m;如果两端有窗，窗的自然排烟作用长度为60m;长度超过规定时，可采取走道多处开窗的办法。当还是不能满足时，应设置机械排烟设施，但此时的外窗即成为进风口，排烟面积宜按照全部长度计算;应从人员疏散至排烟口的极限距离为30m的理念来理解。但餐饮、歌舞、娱乐、放映、游艺等人员密集场所，极限距离为20m。

对于高层建筑，《高规》第8.4.1条规定，一类高层建筑和建筑高度超过32m的二类高层建筑中，无直接自然通风，且长度超过20m的内走道或虽有直接自然通风，但长度超过60m的内走道，应设置机械排烟设施。具有长距离内走道的各种高层建筑，相对建筑内人数比较多，一般要求设机械排烟，因为如果设自然排烟，在发生火灾时窗户都是关闭的，人员在逃生情况下是不会去开窗的，所以机械排烟很有必要。另外因为火灾实验观测得到的是人在浓烟中的最大通行距离是20～30m，按照“以人为本”的原则，应该取下限值，因此建议将60m的数值适当降低，可考虑改为40m。

(二)走道和相连房间的机械排烟问题

关于走道和相连房间的排烟问题，《建规》第9.4.2条的条文解释模糊。条文说明第9.4.2条，“不设排烟设施的部位(包括地下室)可不划分防烟分区，与注意事项3.4:“当走道按规定需设置排烟设施，而房间(包括半地下、地下房间)可不设，且房间与走道相通的门为防火门时，可只按走道划分防烟分区。若房间与走道相通的门不是防火门时，防烟分区的划分应包括这些房间。”这两条规范解释存在矛盾?笔者认为，上述两部分是针对不同的对象而提，前者是主要解释某个部位防烟分区的划分;后者主要解释防烟分区的面积划分，为便于计算走道排烟面积，如果走道与房间之间是防火门则单独考虑排烟，如果不是防火门则房间面积应该计入走道的排烟面积之内。