建筑暖通空调防排烟设计常见问题分析

赵 程 山东建勘集团有限公司

建筑中发生火灾事故时，若缺乏有效的暖通空调防排烟系统，则势必会导致烟雾迅速在建筑物内蔓延，从而给消防工作和人员疏散带来极大的困难。基于此，必须要进行科学合理的建筑暖通空调防排烟设计，确保暖通空调防排烟系统功能的有效发挥，最大限度地保障人员的安全。

1 建筑暖通空调防排烟设计

建筑暖通空调防排烟系统是建筑暖通空调系统的重要组成部分，该系统可分为两大子系统：防烟系统与排烟系统。从广义角度上而言，防烟系统主要是通过人为采取一些措施和手段消除建筑中失火区域所产生的烟雾，并对产烟区进行有效的隔离，防止烟雾蔓延到无烟区或者其他人员进出的区域；排烟系统则主要是通过人为采取一些措施和手段对建筑中失火区域产生烟雾的地方进行处理，将产生的烟雾通过管道等设施排放出去，以消除火灾产生的烟雾，改善产烟区的空气质量，降低火灾发生率。从狭义角度上而言，防烟系统主要是设置在建筑楼房内的，通常是指防止建筑中失火区域所产生的烟雾蔓延到人流的疏散通道；排烟系统则是主要是指通过室内相应的管道将建筑中失火区域所产生的烟雾输送到大气中，以防止因烟雾排放不及时而引发二次火灾[1]。

现阶段在建筑暖通空调防排烟设计中，防烟系统的功能主要是通过人为设计的机械加压送风方式实现，通过该方式可以源源不断地向室内输入新鲜空气，以避免室内的烟雾蔓延到人员输送通道当中；排烟系统的功能则主要是通过自然方式而实现。例如，开启天窗利用自然的风力来向外排烟，但部分大型建筑场所也会通过机械运送方式来实现排烟。总的来说，防烟系统与排烟系统的设计均直接关系到建筑的消防安全，所以均应得到充足够的重视。

2 建筑暖通空调防排烟设计常见问题

2.1 自然排烟外窗设计不合理

很多设计人员在自然排烟外窗设计上不考虑实际情况，一味提高外窗的设计面积，甚至还有个别设计人员的专业素质不合格，对一些专业概念了解不足、混淆不清。例如，没有分清可开启外窗面积与外窗面积的概念，从而导致自然排烟外窗设计不合理。其次，部分设计人员在自然排烟外窗设计中，没有充分考虑到实际施工过程中可能会出现的种种问题，而只是根据主观意愿、美观需求以及成本需求等来进行设计，甚至是直接利用其他形式的天窗来代替规范的自然排烟外窗。再者，排烟窗口的设计尺寸过小或是开凿的位置不合理，也是现实中比较常见的不合理的自然排烟外窗设计。例如，若排烟窗口的设计位置太低，则会因烟雾密度较小不易下沉而导致无法有效完成排烟；若排烟窗口的设计位置太高，则会因现场人员难以打开排烟窗而导致无法及时进行救援。一般来说，建筑中采用自然通风方式的避难层或避难间，必须设置有不同朝向的可开启外窗，且可开启外窗的有效面积应大于等于地面面积的2%、每个朝向的面积应大于等于2.0 m2，杜绝出现固定窗或内窗[2]。

2.2 防排烟风机设置不合理

在建筑暖通空调防排烟设计中，经常存在着防排烟风机设置不合理的问题，这项问题也是导致烟雾难以顺利排出的重要原因之一。具体来说，防排烟风机设置不合理主要体现在以下几个方面。首先，输送风的截面尺寸设计不合理。当输送风的截面尺寸过小时，往往不能有效利用风力资源来实现排烟。其次，送风量的规划不合理。在建筑暖通空调防排烟设计中，要求针对不同的防火区域设计不同的输送风量，且每一防火区域的具体输送风量均应严格遵循《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB 51251—2017）技术标准。当合用前室时，应在楼梯间与合用前室中分别设置独立的机械加压送风系统，然而在实际设计过程中，设计人员经常只是根据粗略的计算来规划送风量，与技术标准不符，极易引起严重后果。再者，送风管道的设计不合理。部分设计人员没有严格依照相关设计规范来进行送风管道的设计，而只是根据经验想当然地进行设计。例如，机械加压送风系统没有按照规范采用管道送风，错误地采用了土建风道，或者送风管道的管材没有采用不燃材料，或者管道内壁不够光滑等。最后，风口风速的设计不合理。防排烟风机正常运行的一大前提是风速合理，而风口风速一般是根据具体的送风管道材料来进行确定的。例如，当送风管道为金属内壁时，风口风速应小于等于20 m/s；当送风管道为非金属内壁时，风口风速应小于等于15 m/s。

2.3 正压送风系统余压装置设计不到位

根据《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB 51251—2017）技术标准，建筑暖通空调防排烟设计中机械加压送风量应满足在疏散门关闭状态下，走道-前室-楼梯间的压力呈递增分布，其中前室、封闭避难层或避难间与走道间的压差应在25 ～30 Pa，楼梯间与走道间的压差应在40 ～50 Pa，当余压值大于最大允许压力差时应采取相应的泄压措施；而在疏散门开启状态下，门洞断面风速应控制在0.7～1.2 m/s[3]。但在实际设计中，经常会出现正压送风系统余压装置设计不到位的情况，或是根本未设置余压，或是未按相关要求进行余压设置，从而导致不能满足各空间的余压要求，继而在暖通空调防排烟系统运行过程中无法满足送风量及余压要求，造成烟气进入疏散场所，威胁到人员安全。

2.4 风机选择不满足系统要求

在建筑暖通空调防排烟设计中，对于风机的选择具有一定的要求，若所选择的风机与系统要求不符，极易引起后期暖通空调防排烟系统性能的快速衰退，引发一些本可避免的安全事故。在现实中，由于一些配电、双刨路及正压送风的设计方案不够合理，与实际电负荷要求相差较远，因此正压送风口极易出现系统瑕疵。其次，部分金属管的防火涂料涂抹不科学，且个别设备没有按规定配套设置余压阀，从而大大影响了系统性能。再者，经实际消防检查，送风口或排烟口的风量较小、无风的情况屡见不鲜，这主要是由于在机械加压系统设计过程中没有采取相应的措施来保证各层送风量的均匀性所导致的。再者，在实践过程中，部分企业还会出于成本方面的考虑而刻意压缩管井及建造层高，从而导致风管尺寸也被压缩，而风管设计的风速极大，选取的风机风量及压力偏差也较大。

2.5 配电设施不齐全或不规范

配电设施不齐全或不规范的问题在现实中并不少见。由于防排风机的使用具有较强的特殊性，所以在建筑暖通空调防排烟设计中，用电负荷往往需要单独铺设线路才能够有效满足。但在现实中，有时没有铺设专用配电线路所需的消防电源，而是使用单回路配电箱或普通配电箱代替，这极易造成在紧急情况下供电线路无法正常运行。其次，根据相关规定，排烟机和送风机的配电线路均应使用防火或耐火线缆，若违反了该规定，仅使用普通管材来铺设线路，则会埋下巨大的安全隐患，无法保证消防安全。再者，在建筑现场需要设置垂直墙壁以用于阻挡烟雾蔓延，防排烟设备在其中起着至关重要的作用，但现实中对于防排烟设备的维护经常有所忽视，导致火灾发生时系统无法正常工作。

2.6 排烟阀和防火阀配置不合理

排烟阀和防火阀是建筑暖通空调防排烟系统的重要组成部分，当建筑中发生了火灾时，耐火性能良好的排烟阀和防火阀能够更有效地将烟雾与明火阻拦在一定范围外，为消防系统的工作运行提供更便利的条件。不过，前提是必须保证排烟阀和防火阀配置合理，若排烟阀和防火阀配置不合理，则其功能也无法有效发挥。在现实中，这方面最常见的问题是风机管道在通过防火隔离的区域时没有按规定配置一定数量的排烟阀和防火阀。其次，排烟阀和防火阀的配置不应是一成不变的，而应根据实际情况和需求来进行合理的配置。在某些情况下，通过防火隔离的区域时可能会需要取消配置排烟阀和防火阀。再者，排烟风机的入口处也应配置排烟阀和防火阀，目的是更好地实现排烟效果。此外，一些管道，如送风管、补风管、加压排烟管等，它们通过防火隔离的区域时不得配置排烟阀和防火阀，若配置了排烟阀和防火阀则反而是不合理的。

2.7 一次施工图系统设计未考虑后期二次精装深化

现代建筑项目后期往往需要进行二次精装深化，所以要求建筑暖通空调防排烟系统的一次施工图系统设计也充分考虑到后期二次精装深化问题[4]。然而就现实情况来看，很多一次施工图系统设计并未考虑后期二次精装深化，从而导致暖通空调防排烟系统在后期使用过程中出现了许多因设计不合理而引起的问题。无论是自然排烟外窗的设计、排烟口的设计还是排烟风机的选择，均应充分结合施工图纸，对后期二次精装深化问题进行综合分析和全面考虑，以及时发现设计中的不合理之处并及时进行调整，避免系统在后期使用问题引起不必要的返工和增加不必要的改造成本。

2.8 未明晰构造结构

在现实的建筑暖通空调防排烟设计中，有时由于没有对建筑主体结构进行深入研究与分析，导致未明晰构造结构，因此使得最终的暖通空调防排烟设计方案不够科学和合理。建筑暖通空调防排烟设计过程中，只有先明晰建筑的构造结构，再结合其实际构造结构特征来进行暖通空调防排烟设计，才能够保证设计效果。

具体来说，针对部分带有车库结构的建筑，应加强其车库的防排烟设计，严格遵循相关消防规定，并充分考虑车库的补风设计、屋顶的排风设计等通风设计问题。例如，建筑中的部分区域可以采取双速风机的设置，这样可以进一步提升其防排烟的效果。由于发生火灾时烟雾的密度往往较低，容易在室内屋顶附近漂浮，所以在建筑暖通空调防排烟设计中不能忽视烟雾的该特性，尽量将相关防排烟装置设置在屋顶、顶层中。针对建筑地下室和走廊的暖通空调防排烟设计，应关注细节，强调规范，如当地下室没有窗户且面积大于50 m2时应设置机械排烟装置及补风系统，当内部走廊无自然通风且长度大于20 m 时应设置机械通风排烟装置，当地下室内部走廊长度大于60 m时应设置机械排烟装置，当疏散走廊长度大于20 m 时应设置机械通风防排烟装置。

针对楼层低于20 层的高层建筑，在进行暖通空调防排烟设计时必须充分考虑火灾发生时火灾区域及相邻楼层的通风排烟问题，尽量增加疏散通道数量，合理设计门洞及提升门洞风速[5]。总体来说，建筑暖通空调防排烟设计应结合建筑主体结构特征进行整体优化设计，从而最大限度提升整个系统的运行效率和节约成本。

2.9 与其他专业的协调配合不足

暖通空调防排烟系统是建筑中的重要系统之一，它的设计工作并非完全独立开展的，而往往需要与其他专业来协调配合开展，包括土木专业、结构专业、工艺技术专业以及水、电、动力等。各专业之间是互相依托、互相支持的关系，只有先确保各专业良好协调配合，才能够达到最佳的设计效果。但现实中，建筑暖通空调防排烟设计经常与其他专业的协调配合不足，因此导致实际设计效果较差。例如，当在设计过程中其他专业的方案图纸发生了变化后，暖通空调防排烟的设计却没有随之进行调整，或是在调整之前设计人员并没有充分了解其他专业的设计意图，加之计算量较大，所以导致实际设计调整不合理。

在实际工作中，经常存在着多个项目交叉工作的现象，若在设计调整期间没有对每一次的调整作出准确的判断，而等到方案已经定型后才发现不合理之处，则往往“亡羊补牢，为时已晚”，此时再进行调整则会对其他专业产生巨大影响。针对该问题，除了要在建筑暖通空调防排烟设计中充分重视与其他专业的协调配合外，还应积极利用建筑信息模型技术（Building Information Modeling，BIM）等先进技术来加强与其他专业的协调配合。

BIM 技术是一种基于建筑的各项真实信息数据构建工程3D 模型，并且对建筑工程进行仿真模拟的技术。BIM 技术具有诸多优势特征，如模拟性，在应用BIM 技术进行建筑设计时，通常需要使用计算机对设计方案进行模拟，检测设计方案中可能存在的问题，这种方式摆脱了时间、空间的限制，可以随时随地观看模拟结果并对模拟结果进行调整，有利于规避各种问题；协调性，在应用BIM 技术进行建筑设计时，可以实现对设计方案的合理优化，及时发现各种问题，并通过协调多方来制定有效解决方案，保障设计的科学性与合理性。

在应用BIM 技术进行建筑设计时，需要对建筑相关信息进行全面收集，并以此为根据构建3D 模型，从而将建筑空间结构关系显示出来，实现可视化。在实践中，只需在BIM 系统中建立出相应的建筑暖通空调防排烟系统3D 模型，并与其他专业模型进行互通，即可轻松实现多专业协同设计，期间无论哪个专业的哪项设计发生了改变，暖通空调防排烟系统中与之相关联部分的信息都会随之进行自动调整，并第一时间反馈给设计人员。

3 结语

建筑暖通空调防排烟设计直接关系到建筑的消防安全，需不断提升其设计效果。但在实际建筑暖通空调防排烟设计中往往存在着一些问题，常见的主要有自然排烟外窗设计不合理、防排烟风机设置不合理、正压送风系统余压装置设计不到位以及风机选择不满足系统要求等问题，若想提升其设计效果，必须先结合实际对相关问题展开分析，寻找科学有效的解决方法。