高層民用建筑的防煙排煙設(shè)計(jì)

高層民用建筑的防煙排煙設(shè)計(jì)

1防煙煙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化高層建筑功能復(fù)雜，通風(fēng)速度快，垂直排水距離長。高層建筑中使用了大量的可燃性材料，如塑料地板、環(huán)保地板等。這些燃料在燃燒過程中產(chǎn)生了大量的有毒氣體，容易引起人們的分散。而火災(zāi)中產(chǎn)生的煙霧阻礙人們逃生和進(jìn)行滅火行動(dòng),是火災(zāi)中對(duì)人們生命安全危害最大的因素。實(shí)驗(yàn)證明,100m2的普通辦公室發(fā)生火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣可以將面積1500m2、高37m的中庭充滿2/3。同時(shí),國內(nèi)外的高層建筑火災(zāi)統(tǒng)計(jì)資料表明:在火災(zāi)死亡的人員中,大部分是被燃燒產(chǎn)生的有毒有害的煙氣熏死的,這個(gè)比例最高達(dá)70%以上。因此,搞好防、排煙,控制煙霧擴(kuò)散和及時(shí)排除有害煙氣是高層建筑消防安全系統(tǒng)中十分重要的問題。搞好高層建筑中的房間、走道、中庭、避難層、防煙樓梯間及其前室、消防電梯前室或合用前室的防煙排煙設(shè)計(jì),防止煙氣侵入,對(duì)減少人員傷亡,進(jìn)行滅火搶救和防止煙火垂直蔓延都是非常重要的。防排煙的設(shè)計(jì)合理與否,直接關(guān)系到火災(zāi)中的安全疏散的速度和效果,本文就高層民用建筑的防煙排煙設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述目前,高層建筑防排煙系統(tǒng)一般分為三種:(1)自燃排煙;(2)機(jī)械排煙;(3)機(jī)械加壓送風(fēng)防煙。2自然防煙方式的簡介這種防排煙方式是利用自然條件在自然力的作用下,使火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣不能侵入到防煙樓梯間和消防電梯內(nèi)。該方式具有構(gòu)造簡單,不需要專門的排煙設(shè)備,火災(zāi)時(shí)不受電源中斷的影響,平時(shí)還可兼做換氣用,管理方便等優(yōu)點(diǎn)。特別是GB50045—7.995(2001年版)《高層民用建筑防火規(guī)范》(以下簡稱“高規(guī)”)第8.2.3條規(guī)定:“防煙樓梯間前室或合用前室,利用敞開的陽臺(tái)、凹廊或前室內(nèi)有不同朝向的可開啟外窗自然排煙時(shí),該樓梯間可不設(shè)防煙設(shè)施”。對(duì)于占數(shù)量較多的普通高層住宅,室內(nèi)裝修比較簡單,房間小,圍護(hù)結(jié)構(gòu)耐火等級(jí)較高的建筑物,采用自然防排煙方式基本上能夠達(dá)到保障安全、節(jié)省投資的目的,也符合我國目前高層建筑的實(shí)際情況。常用的自然防排煙方式主要有以下幾種:①靠建筑物外墻建造的全敞開的室外防煙樓梯;②利用陽臺(tái)或凹廊作為敞開前室的防煙樓梯間;③利用前室開窗排煙的防煙樓梯間;④不靠外墻的防煙樓梯間或雖靠外墻但不能開窗的前室的自然排煙,一般是設(shè)排煙豎井和過風(fēng)豎井;⑤有外窗且長度不超過60m的內(nèi)走道;⑥高度不超過12m的中庭。但第四種方式中的自然排煙豎井與進(jìn)風(fēng)豎井需要占有很大的有效空間,布置起來也不方便,又降低了建筑的使用面積,所以,不易被設(shè)計(jì)人員所接受。雖則如此,自然排煙方式?jīng)]有被廣泛應(yīng)用,是由于它也有其自身缺點(diǎn):①樓梯間前室必須靠外墻設(shè)計(jì),否則難以實(shí)現(xiàn)。因此,設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行防排煙方式能否選擇自然排煙方式就必須基于建筑設(shè)計(jì)的藍(lán)本;②受風(fēng)向等多種因素的影響較大,自然排煙的排煙效果不穩(wěn)定,特別是低層區(qū),火災(zāi)時(shí)如果開窗方向與風(fēng)向相反,會(huì)造成向樓梯間或前室灌煙現(xiàn)象,嚴(yán)重影響人員的疏散;③排煙窗的開啟比較困難,火災(zāi)時(shí)如果考慮由人員手動(dòng)開啟每層的排煙窗是不現(xiàn)實(shí)的,理論上必須設(shè)置遠(yuǎn)距離開窗裝置,而這由于現(xiàn)實(shí)原因往往難以實(shí)現(xiàn);④在排煙口的實(shí)際施工中,除去窗戶的圍框及其它影響,排煙口的面積會(huì)大打折扣;并且有時(shí)考慮裝修的需要,很多窗戶并不做成平開窗,而是推拉窗,這樣排煙口的有效面積又會(huì)減半,從而大大影響了自然排煙的效果;⑤GB50045—7.995(2001年版)《高規(guī)》第8.2.1條:“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”即此方式不適用于建筑高度超過50m的公共建筑和建筑高度超過100m的居住建筑。3自然快速煙間的煙壓機(jī)械排煙是利用排煙風(fēng)機(jī)將煙氣抽走,從而降低被保護(hù)區(qū)的煙氣濃度。這種排煙方式在防煙樓梯間及其前室和合用前室一般不單獨(dú)使用,而是作為一種特殊情況下的輔助措施,但其對(duì)于排出疏散走道、起火房間的煙氣有著顯著的效果,而且一般應(yīng)用于火災(zāi)初期。機(jī)械排煙的設(shè)置部位:①無直接自然通風(fēng),且長度超過20m的內(nèi)走道或雖有直接通風(fēng),但長度超過60m的內(nèi)走道,在疏散的時(shí)候走道作為疏散的主要通道應(yīng)在火災(zāi)時(shí)迅速排除有毒煙氣;②面積超過100m2,且經(jīng)常有人停留或可燃物較多的地上無窗房間或設(shè)固定窗的房間;③不具備自然排煙條件或凈空高度超過12m的中庭;④除利用窗井等開窗進(jìn)行自然排煙的房間外,各房間總面積超過200m2或一個(gè)房間面積超過50m2,且經(jīng)常有人停留或可燃物較多的地下室。排煙效果的好壞,取決于排煙口設(shè)置的位置及排煙口的形式。這種排煙方式一般是利用排風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制排煙。利用這種方式進(jìn)行排煙在設(shè)計(jì)和使用上應(yīng)劃分防煙分區(qū),合理有效地利用隔墻、擋煙垂壁等進(jìn)行排煙。在近年高層民用建筑工程實(shí)例中,防煙樓梯間及其前室的防排煙方式除少數(shù)采用單一自然排煙或機(jī)械加壓防煙方式外,絕大多數(shù)均采用自然排煙和機(jī)械加壓防煙相結(jié)合的方式,機(jī)械排煙的方式已基本不被采用,僅作輔助措施。這是由于機(jī)械排煙適用范圍小、效果差。機(jī)械排煙方式用于防煙樓梯間僅適用于帶裙房的高層建筑,并且需當(dāng)裙房以上部分利用可開啟的外窗進(jìn)行自然排煙,裙房部分不具備自然排煙條件時(shí),應(yīng)在前室或合用前室局部設(shè)置。舊的《高規(guī)》CGJ45—1982中規(guī)定,防煙樓梯間前室、消防電梯前室和合用前室可以采用機(jī)械排煙方式。但從多年來的實(shí)踐證明,這種方式的排煙效果并不理想,這是因?yàn)闄C(jī)械排煙易給前室造成負(fù)壓,人員疏散時(shí)的疏散方向與煙流動(dòng)方向一致,特別是疏散人員擁擠時(shí)會(huì)造成大量煙氣擁入前室,沒有從根本上達(dá)到疏散通道內(nèi)無煙的目的,給疏散人員造成不安全感。因此,新的《高規(guī)》GB50045—1995中規(guī)定,僅把其作為特殊情況下的輔助措施,以彌補(bǔ)自然排煙方式的不足;其次,機(jī)械排煙方式所設(shè)置的排煙口需設(shè)手動(dòng)和自動(dòng)開啟裝置,這就要求其能與自動(dòng)報(bào)警設(shè)備聯(lián)動(dòng),而且要求系統(tǒng)中,任一排煙口開啟時(shí),排煙風(fēng)機(jī)能自行啟動(dòng),增加了設(shè)備的復(fù)雜性和工程造價(jià)。4防煙加壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法機(jī)械加壓送風(fēng)防煙。機(jī)械加壓送風(fēng)防煙是通過風(fēng)機(jī)加壓送風(fēng),使樓梯間和前室或合用前室保持正壓,從而阻止煙氣的侵入。這樣,在火災(zāi)期間,送入樓梯間及前室一定量的空氣,就會(huì)將煙氣排斥在外。對(duì)于自然排煙方式受建筑結(jié)構(gòu)限制,排煙效果不穩(wěn)定的缺點(diǎn),相比之下,機(jī)械加壓送風(fēng)防煙方式則具有防煙效果好,而且可靈活布置,不受環(huán)境條件限制的優(yōu)點(diǎn)。由于多種原因,有些樓梯間可開啟外窗面積達(dá)不到要求,或根本沒有外墻,這時(shí),就應(yīng)當(dāng)考慮采用機(jī)械通風(fēng)的方法來防止煙氣進(jìn)入樓梯間或前室。采用機(jī)械排風(fēng)是不可能達(dá)到要求的。因?yàn)榕艧熛到y(tǒng)運(yùn)行時(shí),樓梯間或前室的壓力將降低,煙氣只有通過樓梯間或前室才能被排出,這就給疏散人員造成了不安全感。另外在人員疏散時(shí),樓梯間或前室非常擁擠,理想的氣流組織受到破壞,使排煙效果受到影響。對(duì)樓梯間及前室進(jìn)行加壓送風(fēng)是一種較好的方法,即通過機(jī)械的方法將室外的新鮮空氣送入樓梯間及其前室,使樓梯間及其前室的壓力高于建筑物中其它部分的壓力,這樣煙氣就不會(huì)進(jìn)入樓梯間及其前室,達(dá)到防煙的目的。經(jīng)消防及有關(guān)部門實(shí)驗(yàn)證明,機(jī)械防煙不僅防煙效果顯著,而且具有較大的可靠性和穩(wěn)定性。機(jī)械加壓送風(fēng)防煙方式控制系統(tǒng)簡單、安全、可靠,近年來已成為國內(nèi)外高層建筑廣泛采用的防煙方式。但在設(shè)計(jì)過程中,機(jī)械防煙方式的設(shè)計(jì)計(jì)算是比較復(fù)雜的。防煙樓梯間及其前室、合用前室和消防電梯前室的加壓總風(fēng)量要通過計(jì)算確定,由于影響壓力送風(fēng)量計(jì)算的因素較復(fù)雜,目前對(duì)送風(fēng)量尚無統(tǒng)一的計(jì)算方法。根據(jù)相關(guān)資料的指導(dǎo),一般對(duì)防煙加壓系統(tǒng)送風(fēng)量的計(jì)算方法有以下幾種:{注意,送風(fēng)量計(jì)算時(shí)還必須考慮由于風(fēng)道等因素而造成的漏風(fēng)系數(shù)(1.15—1.2)及一定的安全系數(shù)(1.1—1.15)}(1)壓差計(jì)算法:保持關(guān)門時(shí)正壓區(qū)間達(dá)到正壓水平的送風(fēng)量計(jì)算。式中a——流量系數(shù)(門開啟時(shí)取0.65)F——開門的計(jì)算面積,m2P——空氣密度,(取1.2kg/m3)(2)門洞風(fēng)速法:維持開啟門洞最低氣流速度的送風(fēng)量計(jì)算。式中v——門洞平均風(fēng)速,m/sf——門洞面積,m2n——門的數(shù)量(3)層均風(fēng)量法:即規(guī)定每層的平均加壓送風(fēng)量值,而總的送風(fēng)量就是所有樓層之和。(4)綜合計(jì)算法:源自加拿大,適用于不設(shè)前室的樓梯間正壓送風(fēng)系統(tǒng)。(5)按《高規(guī)》第8.3.2條的規(guī)定確定。以上計(jì)算方法中,層均風(fēng)量法過于簡單,缺乏理論支持,在國內(nèi)也缺乏長期運(yùn)行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),所以一般不建議使用。加拿大的綜合計(jì)算法由于只適用于不設(shè)前室的樓梯間的正壓送風(fēng)系統(tǒng),許多專家不贊成使用。所以國內(nèi)現(xiàn)在廣泛使用的計(jì)算方法只有壓差計(jì)算法和門洞風(fēng)速法或者根據(jù)《高規(guī)》第8.3.2條的規(guī)定確定。因?yàn)榍笆液秃嫌们笆议T窗縫的漏風(fēng)量比保證其前室門開啟時(shí)其門洞處風(fēng)速所需要的風(fēng)量小得多,故一般不需進(jìn)行計(jì)算保證其前室或合用前室正壓值的風(fēng)量計(jì)算,只需計(jì)算維持開啟門洞最低氣流速度的送風(fēng)量,再與《高規(guī)》第8.3.2條的規(guī)定值進(jìn)行比較,取其大者作為加壓送風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)量即可。從理論上講,每個(gè)公式的產(chǎn)生與其對(duì)應(yīng)的研究背景是各有各自的理由,而當(dāng)用某一公式去解決某一實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí),往往存在著一定的差別,這樣就造成了即使同一條件的工程,因選擇不同的計(jì)算公式,其結(jié)果差別也很大;另一方面,在加壓送風(fēng)量的設(shè)計(jì)計(jì)算中,由于某些計(jì)算公式缺乏系統(tǒng)的全面的介紹,特別是假設(shè)參數(shù)的選擇不當(dāng),也容易造成設(shè)計(jì)計(jì)算的錯(cuò)誤。即使在同一條件下,因使用公式不同,其結(jié)果差別很大,上述原因使當(dāng)前在加壓送風(fēng)量的設(shè)計(jì)計(jì)算中存在著一定的盲目性,可變性,造成設(shè)計(jì)上的難度。而在工程成本上分析,機(jī)械防煙方式除風(fēng)機(jī)外,為保證送風(fēng)壓力的均衡不至于個(gè)別部位因壓力過大造成人員開門困難,還要設(shè)置許多送風(fēng)口?！陡咭?guī)》要求樓梯間每隔2～3層設(shè)一個(gè)加壓送風(fēng)口,前室的加壓送風(fēng)口每層一個(gè),而且要求風(fēng)口有手動(dòng)開啟和遠(yuǎn)距離聯(lián)動(dòng)控制的功能。因此增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性以及工程的投資,維護(hù)管理也不方便。因此,從控制工程成本考慮,近年高層民用建筑大多是因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)關(guān)系無條件開設(shè)自然排煙外窗方而采用單一機(jī)械防煙