暖通工程師淺談自然排煙系統(tǒng)設計

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建筑物發(fā)生火災后會產生熱煙氣,煙氣中的毒氣可致人死亡,高溫也使人難以忍受,以致燒傷,黑色的煙氣會遮擋光線使人驚慌。據(jù)有關火災死亡人數(shù)原因統(tǒng)計分析,有80%以上的人是煙氣中毒而死,由此可以看出建筑物的防排煙的重要性。

自然排煙是靠開啟建筑物的外窗,利用煙氣的熱壓差造成煙氣運動,自己排出室外,開口部位設在高處向室外排煙,低處室外冷空氣進入室內,形成對流,為安全疏散創(chuàng)造安全環(huán)境。

自然排煙系統(tǒng)按排煙開口控制方式不同,可分為自動自然排煙系統(tǒng)、手動自然排煙系統(tǒng)和不可控自然排煙系統(tǒng)三種類型。

一、設置自然排煙設施的范圍

(一)《建筑設計防火規(guī)范》設置自然排煙設施的范圍

(1)符合下列情況且具備自然排煙條件

1、丙類廠房中建筑面積大于300m2的地上房間,人員、可燃物較多的丙類廠房或高度大于32m的高層廠房中長度大于20m的內走道;任一層建筑面積大于5000m2的丁類廠房;

2、占地面積大于1000m2的丙類倉庫;

3、公共建筑中經常有人停留或可燃物較多,且建筑面積大于的300m2地上房間;公共建筑中長度大于20m的內走道;

4、中庭

5、設置在一、二、三層且房間建筑面積大于200 m2或設置在四層及四層以上或地下、半地下的歌舞娛樂放映游藝場所;

6、總建筑面積大于200m2或一個房間建筑面積大于50m2且經常有人停留或可燃物較多的地下、半地下建筑或地下室、半地下室;

7、其他建筑中地上長度大于的40m的疏散走道。

(2)除建筑高度超過50m的廠房(倉庫)外,靠外墻的防煙樓梯間及其前室、消防電梯間前室和合用前室,宜采用自然排煙方式。

二、《高層民用建筑設計防火規(guī)范》設置自然排煙設施的范圍

除建筑高度超過50m的一類公共建筑和建筑高度超過100m的居住建筑外,靠外墻的防煙樓梯間及其前室、消防電梯間前室和合用前室,宜采用自然排煙方式。

三、自然排煙系統(tǒng)的設計要求

(一)采用自然排煙的開窗面積的設計要求

(1)防煙樓梯間前室、消防電梯間前室可開啟外窗面積不應小于2m2,合用前室不應小于3m2。

(2) 靠外墻的防煙樓梯間每五層內可開啟外窗總面積之和不應小于2m2。

(3)長度不超過60m的內走道可開啟外窗面積不應小于走道面積的2%。

(4)需要排煙的房間可開啟外窗面積不應小于該房間面積的2%。

(5)凈空高度小于12m的中庭可開啟天窗或高側窗的面積不應小于該中庭地面積的5%。

(二)其他自然排煙的設計要求

(1)防煙樓梯間前室或合用前室;利用敞開的陽臺、凹廊或前室內有不同朝向且開口面積符合自然排煙口凈面積的可開啟外窗自然排煙時,該樓梯間可不設防煙設施。

(2)排煙窗設置在上方,并應有方便開啟的裝置。

(3)自然排煙口距該防煙分區(qū)最遠點的水平距離不應超過30m。

四、設計注意事項

目前建筑消防設計中應根據(jù)相關規(guī)范設定范圍,確定排煙方案時,應注意以下幾點,并予以落實:

1、自然排煙主要靠煙氣的浮力,火災時如噴淋系統(tǒng)動作將降低煙溫而使煙氣排放能力受限,這對人員較為密集面能而言較為不利,條件許可時,宜采用機械排煙。

2、排煙窗如處于迎風面,易形成煙氣倒灌,無法實現(xiàn)預定方案,為改善這種情況,目前幕墻工藝可采用下弦窗或平移窗,尤其是平移窗,當開啟時形成窗外擋煙板,即在擋煙板與窗口間形成負壓,便于煙氣排向室外,應該說平移窗是種較先進可靠的方式,不影響建筑立面造型、采光,但缺點是成本較高。

3、高層建筑由于熱壓作用,存在上、下層之間的壓力差,一般中和面在建筑高度一半附近,故室內防火分區(qū),防煙分區(qū)須妥善考慮,否則冬季工況,建筑底部開窗排煙,同樣易出現(xiàn)煙氣倒灌現(xiàn)象。

4、當火災房間溫度很高,煙氣中含有大量未燃燒的氣體,當煙氣自然排出時會形成火焰,可能導致火勢向上蔓延,這就對建筑防火分隔提出了更高的要求。

5、自然排煙的煙氣是靠外墻上可開啟外窗直排室外,需要一定的有效開窗面積,目前開窗面積的計算國家有關規(guī)范中無定量分析的方法(針對不同窗型),可參考《上海市民用建筑防排煙技術規(guī)程》的計算方法。

6、自然排煙窗高度的確定問題,首先應明確排煙窗高度應高于蓄煙高度,保證人員的安全疏散,一般說來在房間一半高度以上設排煙窗,而進風方式則應具體分析,一般大空間場所應在房間下半部開設進風窗或機械補風,開窗面積約為排煙窗面積的1.3～1.5倍。

開窗方式一般有手動、電動、氣動三種,此外《高規(guī)》允許緊急狀態(tài)時打碎玻璃的辦法進行排煙(其可行性,有效性值得商榷),設計和業(yè)主單位可根據(jù)經濟條件確定,一般地說電動控制較可靠,也較為常見。但相應成本也較高。

7、目前消防設計中,出現(xiàn)同一防火分區(qū)內,不同防煙分區(qū)采用不同排煙方案(自然排煙或機械排煙)的情況,這顯然是不可靠的,相互之間的影響容易使自然排煙失效,煙氣倒灌的現(xiàn)象較易發(fā)生,應杜絕此類作法。

8、無論自然排煙或是機械排煙,其終極目標是利用人員疏散,減少有毒煙氣和高熱對人員的侵害,當煙氣帶火狀態(tài)出現(xiàn)時,煙溫超過280℃,排煙系統(tǒng)工作即告結束,排煙防火閥關閉,排煙風機停止,同樣,自然排煙窗也需自動關閉,這樣方可避免拔風助燃,加劇火災強度的問題的發(fā)生。

9、無論自然排煙或是機械排煙,自然排煙窗或機械排煙口煙控實際有效距離的觀念必須得到加強,人員在煙氣中安全行走距離的限制也決定了防煙分區(qū)的長度應與之相適應。建議結合建筑特征控制在40~60M內。

10、中庭防火排煙設計始終是消防設計的重點之一,而我國目前尚沒有一套較科學、系統(tǒng)的法規(guī)來管理中庭煙氣控制系統(tǒng)的設計。近幾年來性能化設計技術的引入給我們帶來了新的思路,目前對于中庭的煙氣控制的方法是配設排煙系統(tǒng),同時安裝自動噴水滅火系統(tǒng),限制建筑結構以及堆放在中庭地面的可燃材料數(shù)量以減少煙氣產生。需要時設置擋煙垂壁或防煙卷簾,阻止煙氣侵入相鄰空間和疏散通道。允許煙氣在人員疏散時充滿中庭上部空間。應保證煙氣填充時間足以使人員安全撤離火場。采用上層排煙系統(tǒng)以保持煙層高于疏散人員,直到全部人員安全疏散,有關實驗也同時證明了排煙系統(tǒng)的設置能有效減少煙層界面下降的速率。

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