工业建筑防排烟系统的设计难点及解决方法分析

王玉博

中国昆仑工程有限公司辽宁分公司 辽宁 辽阳 111003

引言

伴随着现代工业技术的不断发展，工业建筑的数量逐渐增多，建筑内运行的生产规模也逐渐扩大。与之同期增加的是建筑面积和发生火灾时烟气的防范与排放。为了实现建筑内烟气的顺利排放，避免出现由于烟气堵塞或外溢造成的意外情况发生，建筑内的防排烟系统设计受到了重点关注[2]。专家学者的不断努力下，防排烟系统在理论上已经取得了良好的成绩，但由于实际建筑的多样化程度较高，尤其当前建筑趋向高层化发展，防排烟系统中不同结构的设计阶段仍存在不同的问题[3]，整体运行仍旧具有一定程度的不稳定性和不安全性。为了确保防排烟系统的价值可以最大化体现，并在实际应用中能够简单安装、易于维护、经济成本低，且能量消耗少，对这些问题进行详细的研究是十分必要的。从根本上讲，防排烟系统的作用就是对废（烟）气的运输和管理[4]，而其运行的原理就是通过消防防排烟风机收集火灾发生时产生的有害气体，在外加风力的作用下将其通过管道运送至室外[5]。因此，在设计阶段出现的问题也主要围绕该过程展开。考虑到实际建筑的实际施工条件存在较大差异，设计防排烟系统时也需将该部分因素考虑在内[1]。

工业建筑对安全防护的要求较高，防排烟系统的技术也不断发展，规划合理的防排烟系统，合理设计各部件以充分发挥防排烟系统的效果，提升整体的应用效率。为此，本文提出工业建筑防排风系统的设计难点及解决方法分析，研究了防排烟系统在排烟窗设计、排烟口风量以及管道设计环节存在的问题，并提出针对性的解决措施。通过本文的研究，以期为建筑内防排烟系统的设计提供有价值的参考，确保系统的作用价值得以全面发挥。

1 防排烟系统设计难点分析

工业建筑的防排烟系统通常包括自然排烟和机械排烟，自然排烟是利用发生火灾时室内烟气温度较高，烟气剧烈膨胀，压强大进而排出室内空气的原理，将工业建筑内的烟气排出。自然排烟对于室外的建筑本体设计要求较高，但考虑其具有能量消耗少的优势，主要应用自然排烟的方式，结合机械排烟综合排出建筑内烟气。工业建筑内的防排烟系统主要是包括排烟窗、消防防排烟风机以及排烟管道三个主要的组成部分，因此，本文分别从这三个方面对设计中存在的难点进行分析。

1.1 自然排烟窗的设计问题

排烟窗分为自动排烟窗以及手动排烟窗两种，自然排烟窗是通过自主排烟的方式将建筑物发生火灾时产生的烟气排至室外[6]。一般情况下，自然排烟窗都是以悬窗或平开窗的形式存在的，并要求开窗角度在70°以上，以此确保其有效开启面积能够满足建筑内的排烟需求。但实际的工业建筑中，一般都是高大的厂房，迎风强度较大，平开窗在风力作用的影响下难以实现稳定，且当出现雨雪天气时，平开窗也会由于外立面而降低使用寿命[7]。因此，部分建筑会采用在建筑高处设置上悬窗的方式解决该问题，但与平开窗相比，上悬窗在烟气排出方面的效果并不理想，而这也就造成了排烟窗设计上的问题。而以识别为基础的工业化排烟窗，其在高于6m的工业建筑中较为常见，只有当排烟量达到一定程度时，应用其才具有实际经济价值，否则会增加建筑的运营成本，这对防排烟系统设计提出了更高的要求。

1.2 机械排烟口风量的设计问题

在防排烟系统中，排烟量的设计也是极为重要的一环，当送风量过大时，会造成资源浪费，同时也增加系统的运行成本，当送风量过小时，会影响待排烟体在管道内的驻留时间，不仅增加烟气泄漏的风险，同时也不利于排烟窗的运行。防排烟系统中每个排烟口的风量需要根据对应排烟空间的大小以及产烟量进行设置，在最新发布的“新防排烟标准”中，提高对单位建筑面积以及单位烟气体积的排烟要求，烟仓净高越小单个排烟口允许排烟量越小，这样不仅加大了管道风口的施工难度，也增加了排烟阀的隐患，对于部分对外观要求较高的建筑，也会直接影响其观赏性。其次，“新防排烟标准”中明确了防烟分区排烟口的分布密度，最大间距不得超过30m，在此条件下，对于承担2个或多个空间排烟任务的鼓风装置提出了更高的要求。主风管近端的风量较大，远端风量较小，在末端风口满足最远水平距离30m的条件下，如何平衡不同位置的通风量也成了防排风系统设计的难点之一。

1.3 排烟管道的设计问题

现代工业建筑已经无法通过土建风道实现对烟气的排放，因此，在防排烟系统中，需要搭建必要的管道以供排烟需求。但现阶段的管道搭建对于内壁的管理标准并不一致，因此，烟气在其中运行时会受到较大的阻力，影响最终的排烟效果。除此之外，管道的排布方式对于烟气的运行也有较大影响，较为常见的竖井内衬风道不仅对管道的尺寸要求较高，施工过程中的难度也较大，受安装距离的限制，安装过程中会对竖井尺寸产生一定的影响，增加空间占用面积，对于整个建筑结构的破坏作用不容忽视。除此之外，考虑到部分工业建筑对应的企业实际经济条件，完全废弃原始的土建风道，搭建新的排烟管道较难实现，不仅仅是经济上难以实现，建筑本身也难以承受大范围的重建工程，这也是制约现阶段排烟管道设计的关键问题之一。

2 设计难点解决方法

通过上文的分析不难看出，在防排烟系统的设计中，主要难点分别在排烟窗、排烟风力大小控制以及排烟管道三个方面，为此，本文针对上述分析结果提出了相应的解决方法，具体如下。

2.1 优化排烟方式及排烟窗、挡烟垂壁的选材

在防排烟系统中，要确保其在实际的应用中能够在实际的应用中发挥理性作用，首先确保设计的合理性，而落实设计的重要环节就是安装施工和建筑材料的选择。上文已经分析得出，机械排烟虽然使用价值较高，但从企业实际经营角度考虑并不是最佳选择，而自然排烟窗容易受到外部环境的影响出现问题，但是投资及维护成本相对较低，为此，可以在设计排烟系统之前，利用建筑自身的结构梁对内部空间进行划分，按照划分的防烟分区，利用隔墙实现空间的拆分，利用有效条件增加自然排烟的使用量。部分建筑的结构存在一定的特殊使用性，对此，可以通过挡烟垂壁实现空间的隔断。空间拆分的标准要按照“新防排烟标准”，机械排烟与自然排烟同时存在时，储烟仓厚度应满足两者最不利的条件，即挡烟设置高度应在空间净高的20%以上，且数值大于500mm。当划分后的空间吊顶净高在安装固定式挡烟垂壁后无法满足工作人员的基本通行需求时，可以用卷帘式挡烟垂壁、翻板式挡烟垂壁进行适当替换，但该类型的垂壁需要设置相应的控制装置，并且其运行速度要符合相关规范的要求。需要特别注意的是，挡烟垂壁的材料要具有不燃、耐高温、抗风摆的基本属性，当挡烟部分出现破洞、倾斜、挖补、撕裂、拼接错位等缺陷时，需要及时进行更换，以避免出现排烟外溢的情况。

2.2 精细化排烟口控制

由于消防防排烟风机的成本较高，因此，在防排风系统中，一般由一套防排烟设备控制整体管道的排烟量，又由于存在一套防排烟风机负责多个防烟分区的可能，固各排烟口与防排烟风机存在距离不同问题，风压也会存在明显差异。为了确保各个排烟口的压力需求都能够得到满足，本文对系统的排口位置及状态进行精细化控制。首先是位置，建筑内走廊是重要的疏散通道，在该位置的排烟口设施的设置是重点。但是，在实际的建筑中，走廊内的管线的敷设较为复杂，且由于建筑层高的限制，排烟口的位置难以实现均匀分布。为此，可以在不高于3m的室内空间内，将排烟口以消防防排烟风机位置为中心分布，将排烟口高度控制在建筑高度的 1/2 以内，通过这样的方式确保每个排烟口的压力值相对均匀，实现对烟气的有效吸收，在1/2空间距离内完成对烟气的完全吸收，在建筑上层不设置跑风口的条件下有效排烟。除此之外，将其他位置的排烟口分布到储烟仓之外的区域内，以此缓解挡烟垂壁的运行精度，当出现所处高度在清晰高度以上时，也可以满足防烟需求。此时的储烟仓厚度需要大于挡烟垂壁高度，与最小清晰高度之间存在部分重叠，这样排烟口就可以在排烟时卷吸大量的新鲜空气，稀释建筑内部的残留烟气。同时，排烟系统的实际排烟吸入口的设计要兼顾储烟仓的存储量，确保其最低点在储烟仓最高标准以下。

2.3 调整管道安装方式

在“新防排烟标准”出台之前，仅有部分工业建筑实现了管道排烟，大部分还是以经济型的土建风道作为排烟通道，为了提高防排风系统的效率，可以采用在原有土建风道内嵌入工业管道的方式对其进行修建。考虑到井道内风管距与墙间距存在的差异对施工造成的影响，本文利用安装技术解决该问题。首先，在土建风道内安装金属风管时要设置预留空间，在竖向土建风道内，安装结构板，以此降低风道壁的阻力，并在洞口设置预留洞，洞口的大小按照风道的直径的10%～15%计算，考虑到风管的安装过程中的空间需求，在排烟管道外侧增加与风管直径一致的边距。在此基础上，将金属风管安置在空隙内，并利用钢筋混凝土对其进行填充，以此避免环境对其的腐蚀作用，最后在预留洞口处搭砌砖墙。由于竖井土建风道的长度较大，因此在其内部安装金属风管的施工难度较大，为此可以采用后砌墙的方式加固风道井壁，避免风管与原有风道壁之间出现物质重叠，导致风管内部被填充，降低排烟效率。

3 结束语

防排烟系统是控制建筑内火灾等险情的重要设施，其运行的可靠性与建筑安全息息相关，合理的设计是确保其作用充分发挥的关键。对防排烟系统设计中存在的问题进行详细研究对于提高系统运行效率具有明显的促进作用，对于建筑本身的安全也有积极意义。本文提出工业建筑防排烟系统的设计难点及解决方法分析，分别在排烟窗、排烟口以及排烟管道三个方面进行针对性的研究。通过该文章，以期为防排烟系统价值的充分发挥提供有价值的参考。