高层民用建筑防排烟系统问题分析

2022-04-14何建芳

建材发展导向 2022年7期

何建芳

（山西华鼎建筑设计有限公司，山西太原 030000）

由于我国人口的增长以及居民人口密度的增大，高层建筑的需求也逐渐增加，高层建筑密度的出现在缩减土地应用面积的同时满足了广大人民群众的住房需求，并在一定程度上缓解了民用建筑购买与需求之间的压力。但由于设计部门的任务量加大以及设计人员质量的良莠不齐导致在住房设计中存在一定的问题，常见高层建筑中的问题主要包括高层建筑防火、防排烟、节能等问题，其中以其防排烟设计问题较为严重。但由于高层建筑具有楼层数较高，出行存在一定的局限性，因此当高层建筑中存在火灾现象时造成的危害也较常规低层建筑范围更广、扩散速度更快、程度更深。火灾发生后由可燃物产生的大量有害气体以及烟雾在经人体吸收后会导致其出现窒息以及中毒现象，因此当火灾发生时，楼层的防火性能以及防排烟性能是决定建筑内部人员是否有足够的逃生时间以及能否存活的先决条件之一，因此高层民用建筑的防排烟设计是否有效合理、如何兼顾安全性并节约施工建设成本等问题是高层民用建筑防排烟设计领域中面临的主要问题。

通常高层民用建筑设置防烟设施的场所主要包括防烟楼梯间、封闭楼梯间、独立前室、共用前室、合用前室以及消防电梯间前室、避难层（间）等；设置排烟设施的场所主要有地下室、走道、中庭、无窗房间或者设置固定窗的房间等。防排烟设施是高层民用建筑中保障人民生命财产安全必不可少的消防设施。科学合理的防排烟设计，能够及时排除火灾时产生的烟气，保障建筑内人员的安全疏散和消防救援的展开。合理设置防排烟系统，规范系统的施工、调试、验收以及维护保养，是十分必要的。但是由于部分设计和施工人员，对国家颁布的有关防火、防排烟规范和标准理解不够透彻，导致在设计和施工中存在了诸多问题，本文对高层民用建筑防排烟系统中所遇的常见问题以及其相应的解决措施进行了简要讨论。

1 高层建筑防烟系统可能出现的问题

建筑物的防烟方式分为自然通风的防烟方式和机械加压送风的防烟方式。虽然自然通风方式相对于机械加压送风系统更加简便易行，但是在设计工程中，应该结合建筑物的特性，在提高安全性能和满足相应规范、标准的基础上，综合考虑各种因素，选择合适的防烟方式。

1.1 自然通风系统达不到防烟要求

前室可开启外窗面积不够。前室采用自然通风方式时，独立前室、消防电梯前室可开启外窗或开口面积不应小于2.0m，共用前室、合用前室不应小于3.0m。由于开窗面积大，经常需要将整个窗户都做成可开启。但在实际工程中，施工单位或者建设方，为了减少成本，会减少开启扇的数量，一旦发生火灾，前室通风面积不够，很难保证所需的正压要求，不能有效阻止烟气进入前室，严重影响建筑内人员的疏散和消防救援人员的扑救工作。

1.2 机械防烟设施达不到防烟要求

1）风机选型不当。按规范要求，防烟楼梯间、独立前室、共用前室和消防电梯前室的机械加压送风量应由计算确定。当计算值和规范规定的值不一致时，应按两者中较大值确定。有的设计者直接按规范给定的值确定，往往导致选用的风机风量、风压偏小，不能满足要求；有的建设单位不按设计的风机型号订货，购买功率规格较小的风机，导致风机风量严重不足。风机风量不足，会导致正压送风口风量严重不足，正压送风系统余压值达不到规范要求，开启门洞处风速近似于零的情况。

2）设置机械加压送风系统的防烟楼梯间设置有可开启外窗。在实际工程中，有的住户为了满足平时通风要求，擅自将楼梯间的固定窗改为可开启窗。一旦发生火灾，楼梯间的加压送风量就会通过窗户扩散到室外，楼梯间正压得不到保证，烟气极有可能蔓延至楼梯间，影响建筑内人员的疏散。

3）加压送风口风量不足。由于管道连接不严实、常闭风口关闭不严密，漏风十分严重，导致送风口的风速、风量达不到规范要求。

4）机械加压送风系统未设置测压装置及风压调节措施。机械加压送风系统设置测压装置，既可作为系统运作的信息掌控，又可作为超压后启动余压调节阀，风压调节措施的动作信号。由于疏散门的方向是朝疏散方向开启，而加压送风作用方向与疏散方向恰好相反。若风压过高则会引起开门困难，甚至不能打开门，影响疏散。而风压太低，前室和楼梯间很难保证所需的正压要求，不能有效阻止烟气进入前室，严重影响建筑内人员的疏散和消防救援人员的扑救工作。

2 高层建筑排烟系统可能出现的问题

2.1 自然排烟设施达不到排烟要求

自然排烟是利用外窗将火灾时产生的烟气排至室外，降低着火区的压力，不使烟气流向非着火区，同时也排走燃烧产生的热量，以利于着火区人员的疏散及消防人员的救援。自然排烟不需要电源和风机设备，是一种设施简单、投资少、日常维护工作少、易操作的排烟方式。但是部分工程由于在设计和施工过程中没有严格安装防排烟相关规范执行，导致自然排烟的效果大打折扣甚至完全丧失其基础功能，分析其原因，主要有以下几个方面。

1）自然排烟窗位置设置不合理。当自然排烟窗设置在迎风面时，一旦发生火灾，不仅不能及时高效的排除烟气，还会造成烟气倒灌现象。为了避免这种现象，可以把排烟窗设置成平移窗或者悬窗。需要注意的是，当排烟窗设置成悬窗时，需要折算开启的有效排烟面积：当悬窗开启角大于70°时，其面积按窗的面积计算；当开启角度小于或等于70°时，其面积应按窗最大开启时的水平投影面积计算。

2）高位自然排烟窗未设置手动开启装置。一旦发生火灾，排烟窗不能立刻开启，烟气不能及时排除，势必会给人民的生命财产造成极大的损失。因此设置在高位不便于直接开启的自然排烟窗应在距地面高度1.3～1.5m处设置手动开启装置。净空高度大于9m的中庭、建筑面积大于2000m的营业厅、展览厅、多功能厅等场所，应集中设置手动开启装置和自动开启设施。在火灾发生时，理想中的人员按序依次手动开启排烟窗的这一设想几乎无法实现，因此手动开启装置尽量集中设置在人员疏散口附近。

3）自然排烟窗未设置在储烟仓范围内。火灾时产时的烟气会迅速的蔓延在空间的顶部，如果这些烟气不能及时的排走，则会逐渐积累并下降至影响人员疏散的高度，造成对人员的伤害。因此自然排烟窗应尽量靠近房间的顶棚，这样才能高效、快速的排除烟气。

4）自然排烟窗的面积达不到规范要求。在设计过程中设计人员将自然排烟窗的面积计算错误；或者是在在施工过程中，由于建设方在追求外立面效果时，将自然排烟窗封堵；或者是为了节约成本，将可开启外窗做成了固定窗等等一些列的因素。为了避免这些问题的出现，设计人员在设计时必须严格遵循相关规范和标准认真仔细的设计校核，施工方和建设方不能擅自更改设计图纸，相关职能部门要对建设方和施工方就行常态化的监督。

2.2 机械防烟设施达不到排烟要求

相比未经人为以及设备进行干预的自然排烟，机械排烟是指利用专用的排烟风机将由火灾产生的有毒气体以及烟雾进行抽搐，以达到降低火灾紧急避险区域的有害烟雾浓度并争取营救时间的目的。这种排烟途径在在紧急疏散通道内、火灾原发地点等位置的烟气排出过程中具有极高的效能，同时该方法多用于可燃物燃烧初期。相比于自然排烟，机械排烟不受外界条件的影响，是一种更稳定可靠的排烟方式，但是由于以下因素，机械排烟也许达不到理想效果。

1）火灾时，常闭排烟口或者排烟风机不能及时启动。一般而言，防排烟系统仅着火时使用，平时系统基本是不运行的。一个合格的系统长期不使用，就有可能造成排烟防火阀易熔片脱落；维护管理不当，传动机构腐蚀，控制系统失灵无法使用。这样一旦发生火灾，排烟系统不能启动，不能及时将烟气排至室外，势必影响人员的疏散和消防救援。因此，设备管理单位应该定期对设备进行检查和维护、维修。

2）挡烟垂壁设置不合理。设置挡烟垂壁、划分防烟分区是为了将建筑火灾时产生的烟气聚集在一个防烟分区并及时将其排除，阻止其蔓延至其他防烟分区。挡烟垂壁高度过低，储烟仓厚度小，烟气极易蔓延至其他防烟分区；挡烟垂壁设置过高，储烟仓厚度大，这样虽然能很好的阻止烟气蔓延，但是清晰高度降低，影响人员的疏散和消防扑救。因此必须合理计算挡烟垂壁的高度，严格控制烟层厚度，以保证足够的清晰高度。

3）机械排烟口位置设置不合理。按照《建筑防烟排烟系统标准》GB51251—2017中相关规定，排烟口设置在储烟仓内，才能将火灾时产生的烟气高效、快速的排除，有利于人员的疏散。但是在实际工程中，有的设计人员未按照规范计算储烟仓厚度，排烟口的位置未设置在储烟仓范围内，这样可能会严重影响排烟功效，造成烟气流组织混乱。排烟口的设置还需使烟气流方向与人员疏散方向相反，排烟口与附近安全出口相邻边缘之间的水平距离不应小于1.5m，这是设计人员容易忽略的一点。因烟气不断从起火点冒出，排烟口周围则会聚集很多浓烟，如果排烟口的位置不避开安全出口，这团浓烟则会堵住安全出口，影响疏散人员识别安全出口位置，不利于人员的疏散。

3 防排烟系统未与火灾自动报警联动

3.1 防烟系统未与火灾自动报警联动

当火灾发生时，防火分区的感烟与感温防烟系统信号会在短时间内发送至消防控制主机，主机进一步发出开启相关探测设施对应区域的常闭加压送风口指令至相应的或经联动模块并由其开启送风口，发出指令并启动全部加压送风机，因此防烟系统与火灾报警系统的联动控制对于后续的消防工作以及火灾紧急避险具有积极意义（如图1所示），是保障后续消防工作能够及时开展的重要前提。当相应系统未与自动报警系统联动时会在影响其防烟系统性能的同时造成火灾报警时间的延误，对后续火灾避险造成不利影响。

3.2 排烟系统未与火灾自动报警联动

排烟系统与火灾报警装置（如图1所示）联动是指机械排烟系统中的常闭排烟阀或排烟口具有火灾自动报警系统开启、消防控制室手动开启、现场手动开启联动消防报警特性的功能，同时其开启信号与排烟风机存在联动关系。当火灾发生后期联动的自动报警系统在15s内联动开启同一防烟烟区域内部的所有排烟阀门、排烟口、排烟风机以及与补风设备，并在30秒内关闭与排烟功能不相关的通风、空调设施系统。当排烟系统在设计初期未进行与火灾报警系统联动的相关联动设计则会对火灾发生时的排烟时机进行延误进一步导致其无法及时达到排烟的目的。

图1 防排烟系统与火灾报警系统的联动控制

4 解决上述问题的对策

4.1 从职能部门监督管理方面抓落实

根据我国现目前针对这一问题出台的《建筑工程消防监督管理规定》指出，相关建筑工程单位中的设计部门、施工部门、监督管理等不同职能的部门必须严格遵守相关规章与消防法规，并根据职能以及上下级的区分进行定期检查，对其是否严格执行落实相关条例等进行检查。

4.2 从功能划分上，强调防排烟设施的重要性

根据防排烟系统的功能以及设施特性加强相关设计单位人员的消防安全技能，深化其消防安全意识，并使其从根本上理解到消防安全以及防排烟设施的重要性，进而优化其最终防排烟系统的质量以及使用效能。

4.3 从设计环节开始严格执行规范

由于防排烟系统的设计是否符合建筑特性是其后续能否完全发挥其相应功能的重要前提，因此从设计开始应严格按照执行规范进行相应设施安装等措施的实施。同时应对设计方案进行反复的优化以及团队讨论，此外设计单位的选择也尤为重要，在敲定设计单位前对设计单位的专业资质进行全方位考察并对设计单位人员资质进行考核，以保证后续设计工程的相关工作能够顺利开展，对后续的相关排烟系统的安装起到质量保障作用。在后续安装等环节中严格依照流程并结合建筑特点进行防排烟系统的安装，减少后续因质量监管不合格引起的反复施工造成的工程质量低下以及成本损耗严重的现象。

4.4 从施工环节加强工程中监督检查

对防排烟系统的施工质量进行全程监管，特别是在关键性的环节中应进行质量的实时把控，对于监管过程中发现的漏洞实施及时整改措施，以达到规避工程质量问题的目的。同时，对隐蔽工程施工质量进行严格质量监督。由于高层民用建筑存在涉及许多施工细节以及隐蔽施工环节，因此在相关系统的安装以及问题排查中容易产生遗漏，因此对于存在隐蔽施工现象的工程应进行额外关注，以达到改善施工质量的目的。