建筑防排烟系统设计的易出误区与探讨

2020-08-03王哲秦以鹏

建筑热能通风空调 2020年6期

王哲秦以鹏

1 中国城市建设研究院有限公司

2 北京市住宅建筑设计研究院有限公司

建筑防排烟系统的形式有防烟系统与排烟系统两种。防烟旨在将烟气封锁在一定的区域内，阻止烟气的侵入，保证疏散线路畅通。防烟设施包含两种：可开启外窗的自然排烟防烟和机械加压送风防烟。排烟旨在将发生火灾时建筑物内产生的大量烟气及时排除，阻止烟气进一步向防烟分区以外扩散，从而保证疏散线路畅通，为疏散争取更多的时间。排烟设施包含两种：可开启外窗的自然排烟和机械排烟。为更好的保证生命财产安全，需要在建筑物内设置可靠、周密的防排烟设施，最终达到预设的防排烟效果。而在工程设计中有很多问题是设计人员容易忽视的，从而导致整个防排烟系统的设计不能达到预设的效果，因此设计人员必须加以重视。

1 防排烟系统易存在的设计误区

1.1 自然排烟（防烟）系统

1）可开启外窗的有效排烟面积设计误区。根据《建筑设计防火规范》要求需保证足够的可开启外窗面积，而外窗形式各式各样，如上悬窗、固定窗、平开窗、侧拉窗等，另外，开启角度也不相同（图1）。在计算时需考虑外窗的开启形式、开启角度等因素确定有效排烟面积，而多数设计人员往往忽视这一重要内容。设计时需根据《建筑设计防火规范》图示及相关手册，进行详细的设计计算，确定外窗可开启面积是否满足规范要求。

图1 自然防排烟窗开启角度

2）可开启外窗的安装位置设计误区。《建筑设计防火规范》及图示中有这样的表述“前室或合用前室具有不同朝向的可开启外窗，且可开启外窗的面积满足自然排烟口的面积要求”[1]，这个表述是毋庸置疑的，但其对窗户高度没有明确，考虑热压和风压作用，如果外窗设置位置较低，不利于烟气排出。一般在设置外窗高度为房间或内走道净高的一半以上，但是这样会存在一个问题，如果房间的净高大，一般人为难以开启，需在方便操作的位置设置外窗开启装置，此处设计时可考虑设置电动排烟窗，并结合工程实际情况而定，如图2 中悬窗手动与电动开启装置。由此可见，除保证有效的排烟面积外，可开启外窗的安装位置也是设计人员不容忽视的重要内容。

图2 中悬窗手动与电动开启装置

1.2 机械加压送风系统

机械加压送风是利用送风机将室外新鲜空气送入疏散通道空间内，如建筑内的消防电梯间前室或合用前室，防烟楼梯间及其前室等部位。旨在保证在建筑物发生火灾事故时，防止烟气扩散到疏散通道和应急避难场所。

1）自然防烟和加压送风双重保证的复合式防烟系统设计误区。在居住建筑高度大于100 m，公共建筑高度大于50 m 时，不能采用自然排烟，无论防烟楼梯间及其前室，消防电梯间前室或合用前室有没有条件设置，按照规范要求，均应设计机械加压送风。有设计人员会认为设置自然防烟和加压送风防烟复合式防烟系统，更利于防烟的做法是错误的。从实际防烟效果进行分析，高层建筑的前室或合用前室如利用不同方向可开启外窗自然排烟，对中和面以下各层前室或合用前室，由于热压作用（烟囱效应），室外新风通过外窗向室内渗透（与排烟方向相反，高度越高，渗透越严重），将抵消部分自然排烟效果[2]。若利用敞开的阳台或者凹廊进行自然排烟，当发生火灾时，室外风正好吹向阳台或者凹廊，其将受到室外风向及风速的制约，造成排烟效果将明显失效。而这些部位又是最重要的疏散通道，如果此部位排烟效果不好，甚至失效，将严重威胁到整个建筑内人员的生命。因此设计时需注意采用机械加压送风的场所宜设置为固定外窗，切记不应设置百叶窗。

2）机械加压送风阻力设计误区。实际工程中风道内壁可能凸入梁、柱、多叶送风口、排烟口等，这样就会增大风道阻力，设计人员往往会忽略此部分阻力的考虑，造成选用设备风压不足，影响排烟效果。另外在设计风道时，可以考虑将传统风道改为不锈钢风管，保证送风管道内壁光滑，且严密不漏风。

3）机械加压送风的送风量设计误区。在进行加压送风防排烟设施的设计时，往往会有设计人员误认为送风量越大越好，从而导致建筑的防排烟效果不能保证。加压送风部位在进行设计时，应保证室内维持一定的余压，如对前室、合用前室、消防电梯前室及封闭避难层的余压值保证在25 至50 Pa 之间，对防烟楼梯间的余压值保证在40 至50 Pa 之间。若选用风量过大，会导致防烟区内超压，使得疏散门难以开启，这时则需要在加压区内设置减压阀。若选用风量过小，会导致防烟区内余压不足，从而不能阻挡住烟气的扩散，因此应合理设计加压送风量。

1.3 机械排烟系统

机械排烟是利用排烟风机的作用力，将火灾产生的烟气从建筑物内排出。从而达到防止火灾烟气蔓延到防烟分区以外区域的目的，以确保人员有充足的时间可以安全疏散。

1）排烟风机选择设计误区。排烟风机的选择应从风量和风压两个设计参数上进行详细的设计计算。在工程排烟系统设计时，排烟风机的风量会被误认为是所有排烟量的叠加之和，由此忽略了整个排烟系统的漏风率及其所负担的多个防烟分区，故设计时排烟风量的确定应从最大防烟分区排烟量和系统的漏风率两方面来综合考虑。对于排烟系统的风压，设计人员往往忽略其详细的水力计算，导致选用风机时风压选用过小，而设计时经常会涉及压缩风管占用空间的问题，造成排烟风管的风速设计过高，导致系统阻力与选用风机的风压不匹配，最终造成排烟系统最不利环路的排烟量不足。

2）涉及自然补风和机械补风之间如何划定设计界限的设计误区。在一些封闭的地上建筑或地下建筑内无疑要考虑设置机械排烟系统，与此同时补风系统的设置也必然是不可或缺的。但设计人员往往忽略设置机械补风和自然补风之间如何划定设计界限的问题。此类工程设计中补风系统的设计，重点在于补风通路的空气阻力大小，若采用自然补风，则补风通路的空气阻力必然不大于50 Pa。若补风通路的空气阻力大于50 Pa，则需设计人员考虑设置独立的机械补风系统。或火灾时能够转换成补风的机械送风系统，且其补风量以大于排烟量的50%为宜，以确保室内烟气置换效果良好。

2 对《建筑防火设计规范》中加压送风及机械补风系统防火阀设置的几点看法

1）加压送风口加装70 ℃防火阀，《建规》中是这样规定了，从防烟系统安全性考虑这样是没有问题的，但笔者有不同看法，在防排烟系统中，一旦起火烟气温度会迅速的升高，在200 s 内着火区域内大部分空间均超过65 ℃[3]。如果设置熔断动作温度为70 ℃的防火阀，一旦发生火灾，烟气蔓延到加压风机的送风口，烟温迅速达到70 ℃，动作防火阀自动关闭，也就意味着将无法再进行加压送风，从而影响建筑内的人员疏散。据有关科学研究指出，人体可以短暂承受65 ℃的温度。当温度达到140 ℃时，能够忍受的温度急剧缩短至5 min，并且会产生不可逆的损伤。当温度进一步升高至170 ℃时，忍受时间最多仅能维持约1 min[4]。故从延长疏散时间及加压送风口失效的角度考虑，笔者对于装设70 ℃防火阀存在质疑，建议加压送风口可以考虑装设150 ℃防火阀为宜，对于这个观点笔者希望专业人士再做相关的实验和研究。

2）加压送风管道是否需要装设防火阀，动作温度为多少？机械排烟的补风系统是否需加防火阀，在风管加装，还是风口加装？针对这两部分《建规》中无明确说明，只是在9.3.11 条“通风、空气调节系统的风管在穿越防火分区处、穿越重要或火灾危险性大的场所的房间隔墙和楼板处，竖向风管与每层水平风管交接处的水平管段上等部位应设置公称动作温度为70 ℃的防火阀”[1]中有关于防火阀的设置要求。同时在《人民防空工程设计防火规范》6.5.4 条中有这样的表述“防烟管道应设置温度大于70 ℃时能自动关闭的防火阀。排烟管道应设置温度大于280 ℃时能自动关闭的防火阀”[5]，其中装设防火阀这点是毋庸置疑的。对于加压送风管道和机械补风管道来说设置动作温度为70 ℃的防火阀，在火灾初期如果能够保证风道内持续不断的低温新风，则不会造成防火阀熔断器的快速动作，而实际情况是在发生火灾的极短时间内会造成高温烟气的迅速蔓延，因而造成防火阀会提前发生熔断动作。笔者认为从延长疏散时间考虑加装70 ℃防火阀所提供的疏散时间太短，不利于人员疏散，与此同时笔者结合前面论述，考虑防烟送风口可能存在失效的结果，笔者建议加压送风管道和机械补风管道考虑装设150 ℃防火阀，对于这个观点希望专业人士再做相关的实验和研究。