大空间建筑防排烟设计

 【摘要】随着科学技术的发展和社会需求的提高，建筑物在高度、跨度、功能等方面的要求越来越高，现有的消防规范已不能涵盖其所有内容，传统的防排烟设计方法已经不能满足未来建筑的需要。本文从大空间的建筑结构，阐述了大空间建筑的防排烟设计。 

　　【关键词】大空间建筑 建筑火灾 防排烟设计 

　　中图分类号：TU2文献标识码： A 

　　一、前言 

　　随着社会经济和城市建设的飞速发展，一些跨度大、功能多的大空问建筑不断涌现，例如大型商场、体商场馆、机场航站楼、影剧院、会展中心等。这些建筑一旦发生火灾，其火灾特性与普通建筑火灾有着很大的差异。主要表现为大空间建筑人员密集、可燃物多、火灾荷载大，其内部难以设置防火防烟分隔设施，火灾中产生的大量有毒高温烟气难以排出，极易造成群死群伤和大面积火灾。因此，对大空闻建筑防排烟设计的探讨与研究具有十分重要的意义。 

　　二、大空间建筑性能特点 

　　1、能满足室内人员密集，且行走线路长，人员分流清晰的要求。例如机场候机楼、车站候车楼，出发、到达、转乘旅客要分流清晰，不能混流，人员为完成预定流程行进路线较长。此类大空间建筑各种走道长度长，出口、楼梯、电梯多。 

　　2、若用实体墙进行分割，室内人员会感到压抑，也不利于自然采光，因而多用玻璃幕墙、栏杆简易分割。玻璃幕墙、栏杆的防火、防烟流动性能较差，不利于防火、防烟阻隔。 

　　3、要求视线广阔、开阔性良好，不能设置分割物，例如体育场馆、影剧院。火灾烟气容易在室内任意流动蔓延。 

　　4、功能复杂，集办公、生产服务、设备机房于一体。大空间建筑内楼层分割复杂，部分设置中间夹层、跃层、错层，大空间套小房间，夹层、小房间没有条件设置直接通向大气空间的窗户，通风条件差，火灾烟气难以直接排至室外；跃层、错层使烟气流流向复杂，难以控制。 

　　三、设计火灾场景 

　　1、喷淋控制火灾场景。统计表明喷淋系统的有效性能够达到96％~99％以上，所以设计中通常以喷淋启动时的火灾热释放速率作为最大火灾规模，即保守假设喷淋未完全扑灭火灾，而是将火灾控制在此规模稳定发展。因此，对于喷淋控制火来说，喷淋系统的设计是决定火灾最大热释放率的因素之一。 

　　2、无喷淋控制火灾场景。虽然统计及概率分析表明，在具备良好的系统维护情况下，喷淋失效的可能性很低，但是，一旦系统失效，火灾的快速发展最终会导致轰燃，严重影响消防战斗。因此，预测轰燃发生的时间，以及轰燃发生前火场的温度、能见度、CO(一氧化碳)浓度等条件，可以为消防指挥提供一定的参考。 

　　3、火灾烟气质量生成率。理想上，火焰燃烧会在起火房间内形成一个上层热烟气层和下部无烟层与火羽流。由于火灾中卷吸进羽流的空气远远超过燃烧产物，燃烧产物的量与空气相比很少，因此在计算烟气生成率时可以忽略。烟气的质量生成率可以估算为烟层下方整个羽流的空气卷吸量。 

　　四、防排烟工程设计方法分析 

　　1、国外工程设计现状。消防安全设计的主要目标是保护人员生命和财产，而烟气是建筑火灾中造成人员伤亡和财产损失的主要原因。因此，防排烟工程设计是建筑消防安全的重要组成部分，也是实现消防安全目的重要工程技术方法。世界各国从20世纪末相继开展了相关的理论和实验方面的研究工作，并陆续发布了一系列烟气与热排放方面的技术标准和指南。 

　　2、国内工程设计现状。在我国，建筑的防排烟设计在20世纪80年代年代成为通风工程的一个分支而问世，也可称为建筑物发生火灾条件下的通风工程，即防排烟工程⋯。我国的现代消防、工程起步较晚，防排烟工程更是刚刚起步。目前，我国尚没有一套较完善、科学的法规来管理烟气控制系统的设计和使用。在建筑防排烟工程进行设计时，相关人员主要依据消防技术标准和规范的相关条文，这些规范主要是参照早期世界上发达国家的消防技术规范并吸收一定的实验成果，结合我国的具体国情制定出来的。 

　　3、自然排烟方式。自然排烟和机械排烟是控制烟气下降的常用方法，与机械排烟相比自然排烟具有无需大的动力设备、运行维修费用少、平时可兼作换气用等优点。大空间建筑中的高大空间具有较强的蓄烟功能；且大空间建筑通常顶棚或侧墙设置大面积采光或通风带，可与自然排烟结合使用。采用自然排烟时，烟气和周围空气之间的温差、排烟口和进风口之间的高差、室外风力和风向以及高层建筑热风压作用等都会对自然排烟的效果产生影响。自然排烟口可以采用屋顶排烟口或高侧窗的形式。如果采用高侧窗的形式，当建筑物的排烟口设在迎风面时，其排烟量在室外风的作用下会发生变化；当室外风的作用力小于烟气的浮升力时，则排烟量减少；当室外风的作用力等于烟气的浮升力时，则不会有烟气排出；当室外风的作用力大于烟气的浮升力时，则室外风会通过排烟口进入建筑内从而加剧烟气在建筑内的流动。导致自然排烟的失败一・。自然排烟系统的结构简单，容易操作，也比较经济，在顶棚能够开设排烟口的建筑，其自然排烟效果好。但受环境条件(如室外风速、风向、建筑物所在地区的气候特点等)和建筑本身密闭性的影响较大。自然排烟口必须具有足够大的面积。同时，相比机械排烟自然排烟是一个比较缓慢的过程，当室内火源仍然存在时，单纯依靠自然排烟是无法达到彻底排除烟气的。另外，自然排烟口的开启需要掌握一定的时机，这些通风口在平时是关闭的，如何处理好它们在紧急情况下的开启，也需要解决一些相应的控制技术问题。 

　　五、大空间建筑防排烟设施设计须注意的几个问题 

　　1、防排烟分区分割设施的选择。常用的防烟分区分割设施有防烟垂壁、挡烟梁、防烟隔墙和防烟门。由以上分析可知大空间建筑不宜硬性分割，防烟隔墙和防烟门的阻烟效果明显优于防烟垂壁和挡烟梁，但火灾时人员的水平疏散路线与烟气的水平扩散路线大体上是一致的，在走道上设置防烟隔墙和防烟门，对阻烟是有利的，而对疏散则是非常不力的。大空间建筑对疏散的要求非常高，因而大空间建筑的走道防烟区段的划分首先考虑采用防烟垂壁和挡烟梁。防烟垂壁和挡烟梁的下端一般距顶棚要在0.5m以上。对于大空间建筑内较长的走道(超过30m)，可将其划分为若干防烟分区，区段之间设置阻烟设施，一定程度上可延缓烟气的蔓延和扩散，也宜用防烟垂壁和挡烟梁。考虑到大空间建筑对疏散的高要求，气幕阻烟也是一种十分有效的防烟方式。气幕阻烟既能阻止火灾烟气侵入非火灾区域或疏散通道，提高这些区域的安全系数；又允许受灾人员和救援人员畅通无阻地进出这些区域。 

　　2、正压送风系统的送风量。火灾发生后，由于烟囱效应的作用，火灾烟气极易进人大空间建筑内的楼梯间、电梯竖井，而楼梯、消防电梯是人员疏散到安全地点最主要的场所和通道。利用正压送风风机向楼梯间及前室、消防电梯前室，送入新鲜空气，使楼梯间及前室、消防电梯前室保持一定的正压，使火灾烟气难以进入其中，从而起到防烟的作用。根据火灾模拟实验和中国人的生理特性，前室与走道之间的压差宜设置在25Pa，前室与楼梯间之间的压差也设置在25Pa，即前室气压为25Pa，楼梯间气压为50Pa。 

　　3、大空间内夹层等密闭房间排烟的同时应补风。对于不能自然排烟的房间，应设置机械排烟。大空间建筑内夹层房间一般不设窗户，密闭性较好，机械排烟机工作后，外界空气不能及时补充到这类房间，其气压迅速下降，加之火灾时消耗空气中的氧气，不利于房间内人员生存。房间内气压迅速下降后小于室外气压，外向开启的安全门不易被打开，也对房间内人员安全构成威胁。对于大空间夹层房间在设置机械排烟的同时要设置补风系统。在火灾初期同时开启机械排烟风机和补风风机，确认房间内人员疏散完毕后，关闭补风风机而机械排烟风机继续工作。此外补风风机还可用于平时改善大空间建筑密闭房间空气质量和灾后迅速恢复空间空气环境。 

　　六、防排烟设计需要考虑的几个要点 

　　1、烟层高度。火灾中，羽流卷吸周围空气，热浮力作用带动烟气上升，到达顶棚后开始水平扩散形成烟层，碰到墙壁或挡烟垂壁后，烟气开始下降。随着烟气的连续供应，烟层开始下降，致使烟层厚度增加。如果没有排烟，由于羽流连续向烟层供应烟气，烟层会不断下降，同时温度升高。因此，有效的排烟系统应该能够在维持烟气层化的前提下，通过持续排烟，将烟层保持在一定高度之上，同时延缓烟层内的温升。 

　　2、烟层温度。如果没有排烟，烟层温度是随时间变化的。如果排烟设备运作，烟层不变，可以得到理想化的恒定烟层温度。计算火灾过程中烟层的温度变化对于研究火场环境是非常重要的。 

　　3、烟气毒性。火灾烟气的毒性主要是由少数几种气体决定的，这些气体的作用可能会相互增强，也可能会相互抵消。目前还没有一个公认的计算火灾释放的毒性或刺激性气体浓度的方法或极限浓度值。在大多数火灾中，只要保证最低能见度，基本上有害气体浓度可以维持在疏散人员可忍受的极限之内。 

　　七、结束语 

　　随着社会经济和城市建设的飞速发展，一些跨度大、功能多的大空问建筑不断涌现，例如大型商场、体商场馆、机场航站楼、影剧院、会展中心等。这些建筑一旦发生火灾，其火灾特性与普通建筑火灾有着很大的差异。主要表现为大空间建筑人员密集、可燃物多、火灾荷载大，其内部难以设置防火防烟分隔设施，火灾中产生的大量有毒高温烟气难以排出，极易造成群死群伤和大面积火灾。因此，对大空闻建筑防排烟设计的探讨与研究具有十分重要的意义。 

　　参考文献： 

　　[1]张虎．大空间建筑防排烟工程设计[J]．消防技术及产品信息 

　　[2]徐海斌．性能化防火评估技术在大空间建筑的应用研究[D]．长沙：湖南大学，2006 

　　[3]郭国旗.刘正勤，王东奎．郑州国际会展中心性能化防火设计与评估[J]．消防科学与技术，