基于烟囱效应的高层建筑电梯防火设计研究

伏果

中南建筑设计院股份有限公司 湖北 武汉 430071

随着建筑行业的发展，高层、超高层建筑数量不断增加，有效改善了人们的居住生活条件，尤其是建筑电梯数量的不断增加，为人们居住和出行提供了便利条件。但另一方面，高层建筑电梯存在烟囱效应，即建筑内空气随电梯井空间上升或下降，进而形成较强的空气对流现象。

1 烟囱效应成因分析及常见对策

烟囱效应多发生于冬季，主要是受内、外部环境因素影响产生。首先，从外部环境来看，冬季环境下，外部气温显著低于室内气温，当外部密度较大的冷空气由较低楼层进入建筑内时，经电梯井向上流动；其次，从内部环境来看，当外部冷空气进入室内并向上流动过程中，建筑内部沿途阻隔一定程度上分担烟囱效应产生的总压差，进而导致热压差系数存在较大差异。

针对烟囱效应，一般通过改善建筑围护结构、电梯门前设置送风出风系统、地下停车场设置门洞或排风等措施加以解决，通过减少冷空气进入通道、缓解热压差等方式缓解烟囱效益。然而，此类方式通常会一定程度上影响建筑消防安全，增加建筑消防安全隐患。

2 工程案例及消防设计思路

2.1 工程概况

某建筑为框架核心筒结构，建筑高度为240m，共计51层，按防火分区分为：低区5～18层、中区20～32 层、高区34～51层。建筑内部设有21部电梯，其中，2部为消防电梯，电梯按分区划分为低、中、高三组，电梯分区设有避难层，与防火分区一致。为节省建筑内部空间，相邻电梯井道无隔离，即高、中、低电梯竖向共用井道。本建筑顶层高度较高，在冬季外界温度较低的情况下，容易出现较为显著的烟囱效应，顶层电梯出风量较大，首层轿厢和厅门易出现无法关闭和电梯啸叫现象。其他季节则不明显。

2.2 消防设计思路

为合理解决该建筑电梯烟囱效应问题，应从多方面入手进行解决。

（1）地下室二层VIP电梯井道向备用间开通，并从备用间向地下车库区域开洞，缓解电梯井由中庭抽取空气；

（2）地下室一层夹层井道向电梯厅夹层开洞，在8层新风机房部位向高区电梯井道开洞，在33层备用间内开洞，设置机械排风系统；在高区50层吊顶井道侧壁开洞。

通过开洞与机械送风方式缓解井道从中庭抽取空气，减少因烟囱效应而造成的轿厢无法关闭、电梯啸叫等问题。然而，由于增加了电梯井道与相邻空间的开洞，并以机械送风方式进行送风，可能加速火灾情况下的火势蔓延，进而导致火灾和烟气由电梯井道向其他楼层流动，因此，有必要需要对该建筑消防设计进行进一步优化。

2.2 消防设计优化

针对上述可能存在的问题，应从建筑消防、交通等方面入手，对消防设计方案进行优化。

（1）在地下二层、地下一层夹层部位设置防火阀，防火阀与消防系统联动，当温度超过70℃时熔断自动关闭，从而起到消防隔离、缓解烟囱效应的目的。

（2）在防火分区与井道之间开设的洞口与排风管道之间，应使用防火措施进行封堵。

（3）地下室二层及一层夹层电梯井开洞备用间和电梯厅夹层使用防火材料进行装修，并确保区域内整洁，禁止防止易燃、可燃物品。备用间采用甲级防火门，以便于防火隔离。

（4）在防火低区和中区送、排风管道备用间应按防火要求进行设计，应采用耐火极限不少于2h的防火隔墙，楼板要求耐火极限不得少于1.5h，甲级防火门应与其他部分分割，内部装饰应采用耐火材料，风管耐火极限应不小于30min或以耐火极限不低于30min的防火板进行保护。

（5）高区电梯厅采用耐火材料装修装饰，并由耐火完整性不低于1h的防火玻璃和电动感应防火隔离门与其他区域分离，电梯吊顶采用耐火材料装修，耐火极限不得低于15min。电梯厅及吊顶区域的配电箱、配电管应采用阻燃或耐火线路，并穿金属导管和封闭式金属线槽，确保防火措施落实到位。

（6）电梯层耐火极限不得少于1h，应满足《电梯层门耐火试验、完整性、隔热性和热通量测定》（GB／T27903）相关技术要求。电梯井内除电缆、电线及必要线路外，不可设置易燃、可燃物，井内线路必须采用阻燃、耐火电缆。电梯检修门防火等级不得低于乙级。

（7）电梯轿厢内必须设置与消防控制室通话的消防专用电话，当火灾发生时，应强制电梯停靠至首层，各楼层电梯门应强制关闭，电梯运行状况信息应通过电梯反馈信号传达至消防控制室。

3 消防设计效果分析

针对本项目电梯烟囱效应实际情况，结合消防设计要求，在确保火灾发生时建筑内人员安全疏散、撤离的前提下，对消防水方案进行分析如下：

（1）当火灾发生时，在电梯井道与着火层相连的情况下，烟气将会以较快的速度向其他楼层蔓延，最大上升速度可达7m/s，如非着火楼层电梯门未强制关闭，则可能经由井道进入非着火区域，进而影响相邻楼层的人员疏散。同时，在发生火灾的情况下，在烟囱效应的作用下，电梯井道的温度可达210 ℃，而电梯油闪点温度为250 ℃。因此，在发生火灾情况下，因井道造成电梯油和电缆燃烧的可能性较小。

（2）经过楼层的阻隔削弱作用，顶层电梯井道内烟气温度应低于200 ℃，低于由热辐射引起燃烧的界限值（360 ℃），如电梯井内设有易燃、可燃物，则可能导致火情蔓延至其他楼层。

（3）当火灾发生时，顶层人员疏散是消防设计重点考虑的问题之一。如顶层人员在消防警报时开始疏散，则可能在火情发展前达到安全区域；如未能及时发出警报或未能及时疏散，则可能导致顶层人员不能及时向下疏散至安全区域。在此情况下，顶层人员应就近疏散至最近的避难层，由消防人员进行消防处理；当火情难以控制时，建筑内人员应在在消防人员的指挥下疏散至室外安全区域。

4 结语

随着建筑行业的发展，高层、超高层建筑烟囱效应是建筑消防设计中的重要问题。在具体设计中，应通过加强建筑结构密封性、局部设置门洞、加强送风等方式缓解烟囱效应，并通过防火门隔离、采用耐火装饰材料、清理可燃物等途径，提高建筑防火性能，避免火灾沿电梯井道蔓延至其他楼层，从而实现高层建筑火灾的有效控制。