防排烟标准在建筑火灾救援中的应用

曹 永 生

(大同消防救援支队,山西 大同 037000)

1 烟气在建筑火灾中的作用及防排烟方法

1.1 烟气的组成及其危害

建筑火灾现场的烟气大体由三类物质组成：燃烧物质释放出的高温蒸气和有毒气体；被分解和凝聚的未燃物质；被火焰加热而带入上升气流中的大量空气。烟是上述三类物质充分混合而成的混合物，具有窒息性、毒害性、灼热性、蔽光性等危害。高温有毒的火灾烟气是阻碍疏散逃生、影响消防救援、导致人员伤亡、造成经济损失的主要原因。

1.2 建筑火灾中烟气流动蔓延

建筑火灾中产生的高温烟气上升到火焰上方形成烟羽流，烟羽流在上升过程中不断带动周围的空气，在热对流和烟囱效应的作用下上升到顶棚，在顶棚表面形成向四周水平扩张的烟气射流。随着温度的升高，烟气流动速度加快，与周围空气的混合作用减弱，当火势发展到一定程度，形成火风压，火风压会改变空气流动方向，产生逆流，从而加剧火势蔓延。尤其在结构复杂的建筑中，由于通风系统造成的压力差、高温造成气体密度差、烟囱效应以及自然风的影响，烟气流动规律有许多不确定性和复杂性。

1.3 建筑防排烟方法

按照防排烟标准要求建筑中必须设置的所有防/排烟设施组成的系统称为防/排烟系统。

防烟系统的作用是在建筑发生火灾时能够及时有效地将烟气控制在划定的区域范围内，限制烟气扩大蔓延到其他区域。其主要形式为：机械加压送风和可开启外窗的自然排烟两种设施。

排烟系统的作用是在建筑发生火灾时能够快速动作，及时将火灾产生的烟气排出建筑，为人员疏散和消防救援创造有利环境。其主要形式为：机械排烟和可开启外窗的自然排烟两种设施。

2 新旧防排烟标准差异对建筑火灾救援的影响

2018年7月，住房城乡建设部发布国家标准GB 51251—2017建筑防烟排烟系统技术标准的公告，自2018年8月1日起实施，此次防排烟标准修订结合我国消防救援现状和多年来的实战经验，采用了性能化设计方法计算后简化的方式方法，以求用准确、快速、简便、易掌握的方法将建筑防排烟的设计做的更好、更合理。新标准实行后，现有的建筑很难进行改造，现行的项目方案可能要有较大的改动，最主要的是对今后建筑火灾的扑救产生更加深刻的影响。

2.1 新标准对应的不同和变化

1)新标准防烟分区的划分增加与建筑净高有关，并增加防烟分区长边的要求，净高大于9 m不划分区。净高不大于3 m，防烟分区不大于500 m2；长边不大于24 m； 3 m<净高≤6 m,防烟分区不大于1 000 m2；长边不大于36 m，净高大于6 m，防烟分区不大于2 000 m2。与旧标准中建筑防烟分区不大于500 m2，净高大于6 m不划分区。依据新标准建筑室内防烟分区更加清晰明确，与之配套的室内消防设施增多，在火灾发生时可以更加有效的阻止烟气蔓延。

2)挡烟垂壁主要用于高层建筑、仓库等大空间场合，能有效阻挡烟雾在建筑顶棚下横向流动，以利提高在防烟分区内的排烟效果，其设置标准为自顶棚下垂不小于500 mm的挡烟设施或吊顶面积不大于500 m2，新标准挡烟垂壁的设置改为与储烟仓厚度有关。这就延长了建筑物抵御火灾初期对烟气的控制，能够更好的控制火灾蔓延的速度和时间。

3)防排烟标准中房间、走道、中庭和楼梯以建筑的容积百分比、开窗面积确定自然排烟量或规定排烟机烟量和次数确定机械排烟量，其数值集中在2%～5%，60 cmh/m2，2 m2之间，并没有其他具体的规范要求。新标准中房间排烟设置不仅与建筑净高有关，还提高了机械排烟量增加了自然排烟开窗的数量，净高不大于6 m自然排烟2%；机械排烟60 cmh/m2且不小于150 000 cmh,净高大于6 m自然排烟开窗面积根据排烟量和风速反推。走道排烟设置为自然排烟时，走道两侧各开窗2 m2,机械排烟不小于13 000 cmh。中庭排烟是机械排烟时，最大防烟分区120 cmh/m2≥107 000 cmh。周围场所仅回廊排烟不小于40 000 cmh，自然排烟开窗面积根据排烟量和风速反推。楼梯排烟窗每5层开2 m2，顶层开0.8 m2，间隔不多于3层。按新标准设计建筑物的自然排烟和机械排烟不仅在排烟量而且在排烟速度上将有质的飞跃，在火灾发展过程中能够有效排除室内烟气从而使被困人员安全逃生，消防员高效处置火灾。

4)此外标准新增了一些设施，如防烟固定窗，设置要求加压送风的楼梯顶部不小于1 m2的窗，靠外墙的防烟楼梯间，每5层不小于2 m2的窗。排烟固定窗针对采用机械排烟的无窗房间，面积要求顶层不小于2%，中庭不小于5%，非顶层1/2以上单个不小于1 m2，间距不大于20 m。开启形式有利于烟气排出均可，面积不大于200 m2，开启方向不限。这些新概念的提出虽然增加了设计施工难度和成本，但确实可以有效增加建筑抵御火灾的能力。

2.2 防排烟标准在建筑火灾救援中的影响

自然排烟由于结构简单，操作方便，投资少，兼顾采光，维护方便等原因，是大多数建筑排烟的主要方式。在新标准中大量采用自然排烟方式，不仅有固定窗、排烟窗等设计，还对楼梯间、房间、楼道的开窗数量和面积进行了大幅度修改。但在实际使用中，自然排烟效果却不稳定。自然排烟窗受建筑结构、内外装修布局等多种因素影响其排烟效果，如高层建筑外墙广告牌、玻璃幕墙；钢结构和大跨度建筑屋顶窗的开启方式；发生火灾时的天气条件、建筑外的风向、风力等等都能够影响建筑自然排烟的效果。

机械排烟由于反应快，可按需要依标准灵活布置，且不受外界气候的限制，具有一定的可靠性和稳定性，在各类建筑中广泛采用。但是建筑物防火设计不规范、设备维护保养不到位以及火灾进入全面燃烧阶段等条件的影响下排烟效果就会大大降低。排烟量是设计机械排烟系统的基础。排烟量的定量结果，直接影响机械排烟的施工和效果，因此合理确定排烟量极其重要。由于有关排烟量的计算公式有很多，而影响排烟量的各类因素也十分繁杂，对同一建筑的具体项目选择不同的计算公式，会产生很大的差别，即使用同一公式，由于参数的不同亦会产生不同的结果。

在建筑设计中各类建规标准中各种防火设计标准与防排烟设计都有联系，在新防排烟标准正式施行后，各项设计和施工指标有较大的改动。但其他消防规范中没有同步修改。例如，新标准中防烟分区的改变不仅在面积上有改动，而且和建筑的周长有关，这种改动在建筑施工时会间接影响其他建筑消防设施的设置进而影响灭火救援工作；房间和走道排烟标准变化增加了固定窗、排烟窗的数量和机械排烟的排烟量，建筑发生火灾后，此类设置虽能加强初期火灾的排烟量，但也增加了通风口可能造成火灾蔓延；储烟仓是控制建筑初期火灾烟气蔓延新设施，标准中的排烟口和补风口也相应的增加了间距和高差，在实际运用中如果出现故障或是操作失误导致烟气倒流，有可能造成火势蔓延。

综上所述，当建筑防排烟标准合理设计施工、防排烟设施正确保养使用、火灾现场内外环境相对合适的三个条件共同作用下，防排烟设施在建筑火灾初期和发展阶段才能够起到相应的作用。一旦有条件被破坏就可能导致火灾现场的变化，由排烟降毒变为高温烟气四处蔓延造成火势扩大，或是将无法排出的高温烟气集聚在室内形成轰燃、回燃条件造成更大的危害。

3 标准实际应用中需要注意的问题

3.1 合理规范的设计施工

正确的排烟方式是提升建筑安全性的重要保障。对于标准内诸如风速不宜大于10 m/s或排烟量不应小于7 200 m3/h等有明确界限的不能误读，主观臆断依照标准数据风速越小越好或是排烟量越大越好，应结合建筑物特点以及自然排烟、机械排烟的性能、特点、适用范围等综合考虑。合理确定排烟数据及方法，认真设计设施布置。

3.2 正确操作保养防排烟设施

对于已建成的防排烟系统，合用系统必须设置安全可靠的转换措施，确保满足平时、灾时的使用需要，同时设置必要的防火安全措施满足排烟的要求。使用单位应加强日常管理和维护保养，定期联合消防员进行演练和培训，一旦建筑物发生火灾可以确保自动设施正常启动 ，操作人员正确开启手动设施，尤其是自然排烟窗、排烟口、空调系统等需要手动关闭的设施，确保火灾时尽可能的合理引导气流，确保不发生高温烟气倒灌、逆流或是影响人员疏散逃生。

3.3 消防救援方面的意见和建议

火灾发生时建筑防排烟设施可能因系统损毁或操作原因逐渐失去作用，造成建筑物烟气控制失败而导致火灾进入全面燃烧阶段。因此，消防救援部门针对可能出现的此类情况，利用移动消防设备，固移结合配合正确的灭火战术改善火场环境，从而掌握火灾扑救的主动权。

1)移动排烟设备，风力排烟机或水驱动排烟机可以局部排除或阻截高温烟气的流动，弥补固定设施的不足为消防救援人员灭火和阻截火势蔓延提供有力的支撑。

2)移动防火卷帘，这类装备可以用灭火毯、伸缩杆等材料改装，主要用于封堵火灾现场破损的窗户、防火门、排烟口以及其他不利于火场的防排烟的孔洞。此外，移动卷帘可以用于消防员进攻通道上替代防火门，不仅方便消防水带的铺设，还可以有效分割火场，达到快速灭火的目的。

3)小型破拆工具，消防救援部门拥有的各类小型破拆工具，可以在火灾现场快速打开孔洞或破拆其他障碍物，形成新的自然排烟口，加速火灾现场排烟。

4)合理的灭火战术，不论防排烟设施或消防装备如何先进，最后灭火的是人。因此，掌握符合火场实际情况的灭火战术是装备与人有效结合的重要环节，消防救援人员应掌握相关的防排烟知识，结合现场情况正确控制火场烟气流动和进风量，充分利用固定防排烟设施和移动消防装备，以期达到最佳的结合效果。

4 结语

防排烟系统有了独立的技术标准，相比于《高规》和《建规》中的规定，新标准要求更加严格。新标准的变化不仅对消防设施有影响，而且对建筑结构设计影响更为巨大，现有的建筑基本没有改造的余地。也就是说在执行新标准后的建筑，不论在结构上还是设施上都与现有的建筑有很大程度上的不同，这就给消防救援人员带来了新的课题，在今后相当一段时期内要面对两种不同设计结构的建筑，在发生火灾后，需要两种不同的扑救方法。因此，认真学习各类标准规范，掌握手中各种消防器材装备，灵活运用灭火战术才能在未来的建筑火灾救援中立于不败之地。