暖通工程师浅谈自然排烟系统设计

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建筑物发生火灾后会产生热烟气,烟气中的毒气可致人死亡,高温也使人难以忍受,以致烧伤,黑色的烟气会遮挡光线使人惊慌。据有关火灾死亡人数原因统计分析,有80%以上的人是烟气中毒而死,由此可以看出建筑物的防排烟的重要性。

自然排烟是靠开启建筑物的外窗,利用烟气的热压差造成烟气运动,自己排出室外,开口部位设在高处向室外排烟,低处室外冷空气进入室内,形成对流,为安全疏散创造安全环境。

自然排烟系统按排烟开口控制方式不同,可分为自动自然排烟系统、手动自然排烟系统和不可控自然排烟系统三种类型。

一、设置自然排烟设施的范围

(一)《建筑设计防火规范》设置自然排烟设施的范围

(1)符合下列情况且具备自然排烟条件

1、丙类厂房中建筑面积大于300m2的地上房间,人员、可燃物较多的丙类厂房或高度大于32m的高层厂房中长度大于20m的内走道;任一层建筑面积大于5000m2的丁类厂房;

2、占地面积大于1000m2的丙类仓库;

3、公共建筑中经常有人停留或可燃物较多,且建筑面积大于的300m2地上房间;公共建筑中长度大于20m的内走道;

4、中庭

5、设置在一、二、三层且房间建筑面积大于200 m2或设置在四层及四层以上或地下、半地下的歌舞娱乐放映游艺场所;

6、总建筑面积大于200m2或一个房间建筑面积大于50m2且经常有人停留或可燃物较多的地下、半地下建筑或地下室、半地下室;

7、其他建筑中地上长度大于的40m的疏散走道。

(2)除建筑高度超过50m的厂房(仓库)外,靠外墙的防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室和合用前室,宜采用自然排烟方式。

二、《高层民用建筑设计防火规范》设置自然排烟设施的范围

除建筑高度超过50m的一类公共建筑和建筑高度超过100m的居住建筑外,靠外墙的防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室和合用前室,宜采用自然排烟方式。

三、自然排烟系统的设计要求

(一)采用自然排烟的开窗面积的设计要求

(1)防烟楼梯间前室、消防电梯间前室可开启外窗面积不应小于2m2,合用前室不应小于3m2。

(2) 靠外墙的防烟楼梯间每五层内可开启外窗总面积之和不应小于2m2。

(3)长度不超过60m的内走道可开启外窗面积不应小于走道面积的2%。

(4)需要排烟的房间可开启外窗面积不应小于该房间面积的2%。

(5)净空高度小于12m的中庭可开启天窗或高侧窗的面积不应小于该中庭地面积的5%。

(二)其他自然排烟的设计要求

(1)防烟楼梯间前室或合用前室;利用敞开的阳台、凹廊或前室内有不同朝向且开口面积符合自然排烟口净面积的可开启外窗自然排烟时,该楼梯间可不设防烟设施。

(2)排烟窗设置在上方,并应有方便开启的装置。

(3)自然排烟口距该防烟分区最远点的水平距离不应超过30m。

四、设计注意事项

目前建筑消防设计中应根据相关规范设定范围,确定排烟方案时,应注意以下几点,并予以落实:

1、自然排烟主要靠烟气的浮力,火灾时如喷淋系统动作将降低烟温而使烟气排放能力受限,这对人员较为密集面能而言较为不利,条件许可时,宜采用机械排烟。

2、排烟窗如处于迎风面,易形成烟气倒灌,无法实现预定方案,为改善这种情况,目前幕墙工艺可采用下弦窗或平移窗,尤其是平移窗,当开启时形成窗外挡烟板,即在挡烟板与窗口间形成负压,便于烟气排向室外,应该说平移窗是种较先进可靠的方式,不影响建筑立面造型、采光,但缺点是成本较高。

3、高层建筑由于热压作用,存在上、下层之间的压力差,一般中和面在建筑高度一半附近,故室内防火分区,防烟分区须妥善考虑,否则冬季工况,建筑底部开窗排烟,同样易出现烟气倒灌现象。

4、当火灾房间温度很高,烟气中含有大量未燃烧的气体,当烟气自然排出时会形成火焰,可能导致火势向上蔓延,这就对建筑防火分隔提出了更高的要求。

5、自然排烟的烟气是靠外墙上可开启外窗直排室外,需要一定的有效开窗面积,目前开窗面积的计算国家有关规范中无定量分析的方法(针对不同窗型),可参考《上海市民用建筑防排烟技术规程》的计算方法。

6、自然排烟窗高度的确定问题,首先应明确排烟窗高度应高于蓄烟高度,保证人员的安全疏散,一般说来在房间一半高度以上设排烟窗,而进风方式则应具体分析,一般大空间场所应在房间下半部开设进风窗或机械补风,开窗面积约为排烟窗面积的1.3～1.5倍。

开窗方式一般有手动、电动、气动三种,此外《高规》允许紧急状态时打碎玻璃的办法进行排烟(其可行性,有效性值得商榷),设计和业主单位可根据经济条件确定,一般地说电动控制较可靠,也较为常见。但相应成本也较高。

7、目前消防设计中,出现同一防火分区内,不同防烟分区采用不同排烟方案(自然排烟或机械排烟)的情况,这显然是不可靠的,相互之间的影响容易使自然排烟失效,烟气倒灌的现象较易发生,应杜绝此类作法。

8、无论自然排烟或是机械排烟,其终极目标是利用人员疏散,减少有毒烟气和高热对人员的侵害,当烟气带火状态出现时,烟温超过280℃,排烟系统工作即告结束,排烟防火阀关闭,排烟风机停止,同样,自然排烟窗也需自动关闭,这样方可避免拔风助燃,加剧火灾强度的问题的发生。

9、无论自然排烟或是机械排烟,自然排烟窗或机械排烟口烟控实际有效距离的观念必须得到加强,人员在烟气中安全行走距离的限制也决定了防烟分区的长度应与之相适应。建议结合建筑特征控制在40~60M内。

10、中庭防火排烟设计始终是消防设计的重点之一,而我国目前尚没有一套较科学、系统的法规来管理中庭烟气控制系统的设计。近几年来性能化设计技术的引入给我们带来了新的思路,目前对于中庭的烟气控制的方法是配设排烟系统,同时安装自动喷水灭火系统,限制建筑结构以及堆放在中庭地面的可燃材料数量以减少烟气产生。需要时设置挡烟垂壁或防烟卷帘,阻止烟气侵入相邻空间和疏散通道。允许烟气在人员疏散时充满中庭上部空间。应保证烟气填充时间足以使人员安全撤离火场。采用上层排烟系统以保持烟层高于疏散人员,直到全部人员安全疏散,有关实验也同时证明了排烟系统的设置能有效减少烟层界面下降的速率。

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