地下车库建筑的通风排烟消防设计探讨

刘志坚

摘要：地下车库具有不占用地面土地资源和存取方便等优势被广泛使用在各大建筑的建设当中，但是地下车库也具有一定的弊端，即地下车库相对封闭，一旦发生火灾，所造成的危害是相对较大的。为此，在设计地下车库时，设计人员应当着重设计车库内部的通风排烟和消防设计，结合实际车库的大小计算出所需排烟通风的功率，并设计合理的消防管线，以便于在发生火灾时能够及时对着火点进行扑救，从而有效降低损失。

关键词：地下车库;通风排烟;消防设计

地下车库建筑具有结构复杂、封闭性强、通风量小、出入口少等典型特點。另外，绝大部分的地下建筑没有与外界直接连接的通风窗口，导致内部空间气体与外界气体交换性差的结果。地下车库建筑的特殊性，决定了地下建筑发生火灾将产生几大难题：排烟散热差、火场温度升温快又高、火灾扑救难度大等。同时，很大一部分的地下车库均与地上建筑相连接，对此，为保障地下车库的通风排烟和消防工作能够有条不紊地进行，则需要设计人员充分结合实际情况，合理的设计出融合当地气候条件的系统设计，规避常见的地下车库火灾问题，进而促进我国地下车库通风排烟消防科学化发展。

1  地下车库通风与排烟设计

1.1  确定排风量

通风量的测定已经是每个地下车库设计之初必不可少组成部分之一。现阶段我国最为常见的测定方法主要有两种：

第一种，根据实际的换气频率进行排风量的评估，一般可将排风不少6次/时和送风不少5次/时作为估算值，同时还要结合建筑所使用的暖通空调来进一步确定通风量的设计相关标准。

第二种，通过稀释有害物质的方法来判断其排风量的标准，该方式主要以汽车尾气中的CO、氮氧化物等为参照标准，重点检测汽车尾气中的有毒气体在空气中稀释程度，并对气体量进行计算，进而得出该地下车库的实际通风排烟所需的排风功率。表1为部分品牌汽车排放的尾气情况[1]。

根据相关资料和前人研究分析，当地下车库中的CO浓度不超过安全阀值时，其他有害气体也能满足安全浓度，具体CO排放量计算公式如下[1]：

式中G为地下车库排放CO量，mg/h;C1为车库内不同汽车排放CO的平均浓度，mg/m3;L1为不同汽车排放CO的总量，m3/h。

地下车库的排风量计算公式，如下所示：

式中T1为汽车尾气温度（国产车温度为823K，进口车温度为773K）;T2为车库内温度一般取常温293K;W为停车总车位数，台;B为不同车辆单位时间内排气量，mL/min;D为不同车辆的占比;t为每台车在地下车库的运行时间，min，一般取值为6;S为车库的停车车位利用系数，即单位时间内停车辆数与库内车位数的比值;C为地下车库内的允许浓度，据《工业卫生标准》（36～79），取值为100mg/m3;C0为地下车库的送风中的浓度值，mg/m3，一般取值为2.5～3.5mg/m3。

1.2  设计通风排烟管道系统共用的方案

在设计人员设计地下车库的通风排烟管道时，应当注重通风排烟管道系统共用设计，即在设计通风与排烟的总体布局时，设计人员应当结合实际情况设计出通风排烟双系统共用一条管线的设计图，在正常情况下排烟系统停止工作，由通风系统占用管道进行日常的通风工作，而当地下车库发生火灾，产生大量烟雾的情况下通风系统停止工作，由排烟系统占用管道进行排烟作业，从而实现立体车库的空间优化布局，节省车库的空间资源，降低运行成本[2]。同时，通风排烟管道系统还可以在最大限度上提高系统的运行稳定性，防止日常检测工作中出现遗漏的问题，为消防人员的灭火救援争取更多宝贵的时间机会。另外，在选择排风风机时，设计人员应当将离心式风机作为第一首选。图1和图2分别为轴流风机和离心式风机。

因为离心式风机具有高耐热性和大排风功率的优点，与轴流风机相比离心式风机还具有故障定位和便于维修养护的功能，在一定程度上可以降低企业的资金投入[3]。

1.3  精准计算排烟量

地下车库与其它建筑最为明显的区别在于，地下车库人员稀少但车辆众多，虽然有监控对其进行管制，但是不能第一时间对车库起火进行灭火补救。对此，设计人员应当对地下车库的排烟量进行精准的计算，并始终以排烟的功能性为设计理念，即当车库占地面积较大时，排烟系统应当能够与环卫、人防等应急系统相结合及时对车库内部的烟雾进行排除。

根据GB50067-2014《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（下面简称汽规）第8.2.4条规定，每个防烟分区排烟风机的排烟量不应小于30000m3/h，且不应小于表2中的数值[4][5]。

需要注意的是，表2中给出的排烟量只是满足了理论最小值而已，并没有考虑实际火灾中的火灾荷载、烟气层高度、烟羽流温度等参数。而GB51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》（下面简称为《防排烟标准》）第4.6.7规定：地下车库场所的排烟量计算，应按照烟羽流类型，根据火灾热释放速率、清晰高度、烟羽流质量流率及烟羽流温度等参数计算确定[5]。

实际中一般采用轴对称型烟羽流，如图2所示

因此每个防烟分区的排烟量计算公式为：

（1）最小清晰高度计算

式中Hq为最小清晰高度（m）;H为房间净高度（m）。

（2）烟羽流质量流量计算

式中Mρ为烟羽流质量流量（kg/s）;Qc为热释放速率对流部分，一般取Qc=0.7Q（kW）;Z为燃料面到烟层底部的高度（m）（取值应不小于最小清晰高度与燃料面高度之差），为简化计算，本文忽略了燃料的高度，所以Z=H-db（m）;db为排烟系统吸入口最低点之下烟气层厚度（m）;Z1为火焰极限高度（m）。

（3）烟层平均温度T与环境温度T0的差ΔT（k）是影响排烟口最大排烟量和防烟分区排烟量的一个重要影响因素。《防排烟标准》给出了烟气层平均绝对温度的计算公式：

式中K为烟气中对流放热量因子，本文采用的是机械排烟时，K取1.0;Cp为空气的定压比热，Cp取1.01[kJ/（kg·k）]。

（4）当建筑空间净高小于或等于6m的场所，其排烟量应按不小于60m3/（h·m2），且取值不小于15000m3/h;当建筑净高大于6m的防烟分区排烟量计算公式：

式中V是防烟分区的排烟量（m?/s）;ρ0是环境温度下的气体密度，取1.2（kg/m?）。

通常情况下，地下车库的机械排烟风扇应当以不大于2000m2设计为区间安装一个，且应当与日常的通风系统区别开，同时，在确定实际的排烟量之后，设计人员才可以將设计方案投放到实际的施工当中。进而保证一旦地下车库发生火灾，车库中各通风口能够在第一时间以最大功率进行运转，从而保障车库内部人员的生命安全[6]。

1.4  科学设计排烟口

在设计通风排烟系统时需要着重考虑排风口和排烟口的安装问题，因为排出的空气中含有大量的有毒有害物质，所以通风排烟口的安装必须要以满足地下车库的良好通风为基础，同时保障周围环境的空气清新为目的而建立。在相对封闭的地下车库而言，汽车在进出车库时产生的尾气是不会受到空气流动的影响，绝大多数的尾气会悬浮在空气当中，因此，设计人员在进行地下车库通风口的设计时还应考虑库内空气流通的现象，避免出现通风口不能有效的进行室内通风工作。另一方面，设计人员要针对排烟口的高度、朝向、风速等因素要开展烟雾系统的规划设计。

国内学者张梅红[7]等人通过FDS软件分析了排烟口朝向对气流的影响。以某扁平商业空间为例，模拟在特定防烟分区设置条件下，不同机械排烟口朝向的排烟效果，如图3所示。作者通过模拟得到了结论，认为在排烟管道其他参数一致的前提下，若排烟口朝向顶部开启，可以促使排烟管道下部烟气向上流动，并更容易排除烟气。

对于排烟口的风速来说，机械排烟口的排烟速率大于烟气生成速率时，烟气层厚度就会逐渐减小，但是排烟速率增加到一定值时，排烟口处会发生吸穿现象，烟气层下部的大量空气混合烟气涌入排烟口，降低机械排烟系统的排烟效果。《防排烟标准》给出了单个排烟口最大允许排烟量的计算公式[5]：

式中Vmax为单个排烟口最大允许排烟量（m?/s）;γ为排烟位置系数，计算中基于排烟口中心位置到最近墙体的间距大于排烟口直径的2倍，此处取γ=1。此外，烟气系统的设计和安装时，应该形成一个闭环系统，如果车库内的温度达到一定的程度，系统就会自动的关闭，如此一来，可以有效地防止火势的蔓延与传播。

2  地下车库消防设计的关键技术

2.1  汽车疏散设计

地下车库作为城市交通的重要停车场所，全天候内都停放了大量的大小轿车。又因地下车库的地面设计，使得停放车辆的间距小，导致一定面积内的汽车停放密度大的结果。因此，只要有一辆汽车着火后，若不及时控制，火势将迅速蔓延相邻车辆，相邻车辆火势再传播至其周围的车辆，形成一系列的火灾连锁反应，最终形成区域内的立体燃烧。因此当地下车库出现火情封路的情况，其内部的车辆和人员就极有可能会被困在车内，为此，设计人员应当重视地下车库的出入口设计，严格按照《车库建筑设计规范》中的要求，对于车库容纳低于100辆的地下车库应当至少需设计一个出入口;对于车库容量大于100辆的地下车库，在设计时应当酌情考虑车库的地形而设计车库的出入口，尽量缩短最不利点的被困人员逃生的距离以及车辆驶出地下车库的时间，并且在出现火情的时候及时控制所有车辆禁止进入或停在地下车库附近，方便地下车库中的车辆能够顺利行驶出来。

2.2  自动喷水灭火系统

由于地下车库出入口少，火灾发生时，难以迅速疏散地下车库内的停泊汽车。而汽车自身的可燃物多，如油箱中的汽油或柴油、汽车表面油漆材料、内部装饰品、汽车座椅与靠垫等，导致火灾荷载较大，这时初期火灾的防控尤为重要。现代地下车库的设计中应当结合现代科学技术设计出智能灭火系统，通过在地下车库安装的多个火灾探测器锁定着火点，再利用在地下车库顶棚安装滑道的方式来实现将管线迁移到着火点进行灭火工作。在设计该系统时设计人员应当着重考虑自动喷水灭火系统管线结冰问题，以及着火点检测技术的设计，对此，技术人员应当将电伴热防冻设备加装在灭火系统中，提高消防管道在冬季的安全使用性能。值得注意的是随着新能源汽车的普及，灭火剂的选择尤为重要，这需要火灾探测系统能快速通过甄别车牌来区分传统汽车和新能源汽车。

另外，为地下车库的管理员可以实现对车库火情的及时掌握，该系统还应当设计移动自动消防检测设备，或者定点火灾检测装置，同时还可以在该设备上加装温度探测器与烟雾探测器。进而对地下车库中烟雾浓度、温度变化以及火源进行监测，在其中任何一项监测数值达到程序的设定值时，则会自动将警报传递给地下车库的管理人员手中，并联动紧急疏散广播灯光、排烟风机、防火卷帘等固定消防设施，进而实现对火情的及时抑制，避免火灾问题持续扩大影响整个地下车库。

2.3  消防电气配电系统设计

对于一些大型的现代高层建筑地下车库来说，均已配备了新能源汽车充电桩，其建筑内部配置的电气配电系统本身就具有一定的安全隐患。因此，设计人员在进行地下车库的消防设计时，应当着重处理电气配电系统的设计，并严格按照当地消防规划设计要求来配置电气系统，并选择耐火耐高温的材料以及合理配备电气安全保护装置，保证火灾初期建筑内部的固定消防设施正常运行[8][9]。同时，如果建筑具有设计双电源供电方式的条件，设计人员应当首先考虑该供电模式，将消防电气线路和建筑电气线路单独设计，进而降低消防电气配电系统存在火灾隐患概率。

2.4  消火栓环管设计布置

地下车库中消防栓的环管设计应当充分借鉴国外发达的设计方法，并将其融入实际的设计当中探索属于自己设计方案。其中为避免消防栓妨碍车辆的行驶以及避免车辆对其造成破坏，应当将消火栓暗藏在地下车库的结构墙中，实现多点分布联合闭环的创新设计方式，提高地下车库消防能力[10]。此外，对地下车库给排水管道进行保护是我国地下车库消防设计中最为常见的设计之一。通常情况下给排水管线主要是防止消防供水管线受到挤压、低温冻结等破坏，在实际的使用中无法为消防提供消防用水，因此，设计人员应当将消防管道外侧加装硬度较高且厚大的阻燃保温材料，防止管道被破坏。

2.5  车库采光井设计布置

自然排烟是利用环境因素和建筑结构进行排烟，也是最简单的一种排烟方式，其设计成本较低。汽规中第8.2.3条规定，自然排烟口的总面积不应小于室内地面面积的2%，但并未对单个排烟口面积大小作特别规定。在地下车库设置排烟口一般为车库出入口和车库采光井。车库采光井是依靠地下室外墻的侧窗，或者是以挡土墙围砌成的井字形采光口，如图4所示。

GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[11]第6.3.8.2条明确指出，具备自然进风条件时，可采用室外排风口作为自然进风的方式。因此，地下车库在发生火灾时，由于烟气量太大，导致机械排烟系统失效。此时可将车库采光井作为送风、排烟的重要途径。

3  结语

总而言之，地下车库设计通风排烟与消防工作是一项技术难度较高的工作，在设计中不但要切实解决车库的设计困难，同时还要结合外部环境的特点设计出适合车库的通风排烟消防系统。因此，设计人员应当严格认真的开展通风排烟与消防的计算和设计，尽最大可能将地下车库的危险系数降到最低，保障人民群众的生命财产安全。

参考文献：

[1]潘雨顺.高层建筑地下车库通风与消防排烟设计[J].通风除尘，1995（04）：30-34.

[2]张洋.地下车库建筑的通风排烟消防设计[J].消防界（电子版），2021，7（07）：90-91.

[3]孙玉丽.高层建筑地下车库通风排烟系统设计探讨[J].低温建筑技术，2012，34（08）：31-33.

[4]GB50067-2014，汽车库、修车库、停车场设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

[5]GB51251-2017，建筑防烟排烟系统技术标准（附条文说明）[S].北京：中国计划出版社，2017.

[6]顾俊飚.基于高层建筑地下车库防火设计分析与建议[J].消防界（电子版），2018，88（17）：122-128.

[7]张梅红，赵伟.扁平空间排烟口朝向对排烟效果的影响[J].消防科学与技术，2011，30（03）：211-213.

[8]廖飞.民用建筑地下车库充电桩配电设计解决方案[J].低碳世界，2018，88（06）：162-163.

[9]赵振北.消防配电设计在建筑电气设计中的应用[J].今日消防，2021，6（05）：41-42.

[10]李占峰.高层建筑地下车库消防设计关键技术[J].消防界（电子版），2021，7（06）：71-72.

[11]GB50736-2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S]，北京：中国建筑工业出版社，2012.

Ventilation and smoke exhaust fire

protection design of underground garage building

Liu Zhijian

Changsha Fire and Rescue Brigade

Abstract：Underground garage has the advantages of not occupying the ground land resources and easy access are widely used in the construction of major buildings. But underground garage also has certain disadvantages， that is， the underground garage is relatively closed， once a fire occurs， the harm is serious. For this reason， when designing underground garage， designers should focus on the ventilation and smoke exhaust and fire protection inside the garage， calculate the required power of smoke exhaust and ventilation with the actual size of the garage， and design reasonable fire protection pipeline， so that the fire can be put out in time， thus effectively reducing the loss.

Keywords：undergroundgarage;ventilationandsmokeexhaust;fire protection design