淺析建筑排煙簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)計(jì)算的應(yīng)用

張 濤

（晉中市公安消防支隊(duì)，山西 晉中 030600）

1 概述

火災(zāi)發(fā)生后，因煙氣而造成的人員死亡遠(yuǎn)大于因熱輻射、火焰或建筑物倒塌而造成的，而且火災(zāi)蔓延主要是通過熱煙氣擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，因火災(zāi)而傷亡者中，大多數(shù)是煙害所致?；馂?zāi)中受煙害直接致死的約占1/3～2/3，因火燒死的約占1/3～1/2，而且火燒死中也是多數(shù)先受煙毒暈倒而后燒死。人們?cè)絹碓缴羁痰卣J(rèn)識(shí)到，通過提供一套有效的排煙系統(tǒng)，可以保障人身的安全，減少煙氣擴(kuò)散而導(dǎo)致的火勢(shì)蔓延。但問題是對(duì)于低層建筑，特別是對(duì)于低層工業(yè)建筑人們對(duì)建筑物防排煙設(shè)施的重視程度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。我國(guó)現(xiàn)行的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第9.1.3條規(guī)定，下列場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置排煙設(shè)施：①丙類廠房中建筑面積大于300 m2的地上房間；人員、可燃物較多的丙類廠房或高度大于32 m的高層廠房中長(zhǎng)度大于20 m的內(nèi)走道；任一層建筑面積大于5 000 m2的丁類廠房；②占地面積大于1 000 m2的丙類倉(cāng)庫(kù)……。可以看出，《規(guī)范》雖然明確規(guī)定了需要設(shè)置排煙設(shè)施的場(chǎng)所，但是如何設(shè)置排煙設(shè)施，在哪些具體部位設(shè)置；對(duì)于廠房或倉(cāng)庫(kù)等特殊建筑，生產(chǎn)區(qū)、倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)與內(nèi)走道之間沒有嚴(yán)格的區(qū)分限制，排煙設(shè)施究竟應(yīng)在哪些部位設(shè)置而沒有一個(gè)統(tǒng)一明確規(guī)定。

為此，筆者參閱一些相關(guān)技術(shù)資料，提出一套簡(jiǎn)單易于操作的排煙設(shè)計(jì)計(jì)算理論。

2 建筑排煙簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)

2.1 確定預(yù)期火災(zāi)的大小

火災(zāi)中產(chǎn)生的煙氣數(shù)量取決于火勢(shì)的大小。但是人們不可能簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)一個(gè)排煙系統(tǒng)來適應(yīng)任何大小的火災(zāi)。設(shè)計(jì)的火災(zāi)模型不可能簡(jiǎn)單認(rèn)為是可能發(fā)生的最大的火災(zāi)，因?yàn)樽畲蠡饎?shì)往往出現(xiàn)在轟燃后，燃及整個(gè)防火場(chǎng)所或防火區(qū)內(nèi)的極盛期，設(shè)計(jì)的排煙系統(tǒng)也不是專門針對(duì)這類火災(zāi)的。

通常情況下，一種實(shí)際和理論上更合理的方法是假設(shè)火勢(shì)在不斷變大。計(jì)算可簡(jiǎn)化為選擇設(shè)定時(shí)間的火勢(shì)大?。ɡ纾嚎梢詤⒄栈馂?zāi)發(fā)現(xiàn)時(shí)間或人員疏散時(shí)間）或選擇轟燃即將發(fā)生前的火勢(shì)。如需根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定時(shí)間，需根據(jù)人們所共知T形火來決定火災(zāi)的大小。在此可以參照美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局對(duì)一系列的火災(zāi)試驗(yàn)基礎(chǔ)上分析得出的下列簡(jiǎn)式來初步估算各種火災(zāi)大?。?/p>

Q=at2

式中：Q：火災(zāi)釋放的熱量，kW；

a：火災(zāi)增長(zhǎng)常數(shù)；

t：燃燒時(shí)間，s。

火災(zāi)增長(zhǎng)常數(shù)隨材料的狀況和火災(zāi)房間布局而變化。表1給出了4種基本類型的火災(zāi)增長(zhǎng)常數(shù)。

表1 T型火概況

假設(shè)這種火災(zāi)是在圓形范圍內(nèi)，熱量釋放為500 kW/m2時(shí)，那么火災(zāi)的區(qū)域?yàn)椋篞/500

如果僅主要考慮人身安全，t為保證安全撤離所必需的時(shí)間，如果排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)以消防人員進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的，t為消防隊(duì)反應(yīng)的時(shí)間。

2.2 計(jì)算煙氣體積和溫度

煙氣生成量與火勢(shì)的大小和煙氣上升的高度的關(guān)系為：

式中：Ce=0.188在吊頂離火較高的大空間量；

Ce＝0.210在吊頂離火較低的大空間量；

Ce＝0.337在具有通風(fēng)口的小房間里；

M：煙氣的流量，kg/s；

P：火災(zāi)周長(zhǎng)，m；

Y：到煙氣層底的高度，m。

2.3 煙氣與周圍環(huán)境的溫差

θ=Q/M℃

式中，Q：設(shè)計(jì)的火勢(shì)大小，kW。

2.4 需排出的煙氣的體積為

式中：V：須排出的煙氣體積；

T0：環(huán)境溫度，通常為 20℃（293 K）。

T=θ+T0

式中：ρ0：環(huán)境大氣密度，kg/m3

通過上式，在計(jì)算煙氣溫度時(shí)，通常假設(shè)火災(zāi)產(chǎn)生的熱量Q的1/3是被建筑物本身吸收的，其余2/3的能量是使煙氣溫度上升的。

另外，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮火場(chǎng)煙氣溫度過高，正常情況下θ的值大于200℃人們疏散逃生是較困難的，因此當(dāng)計(jì)算所得θ值高于200℃時(shí)，需要重新設(shè)計(jì)排煙系統(tǒng)，或者在排煙區(qū)域內(nèi)安裝自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)以降低煙氣的溫度。

2.5 確定排煙點(diǎn)數(shù)目

我國(guó)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第9.2.4規(guī)定，自然排煙口距該防煙分區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)的水平距離不應(yīng)超過30 m（因?yàn)榇笥谶@個(gè)距離將會(huì)使煙氣過于冷卻而與煙氣層下的空氣混合在一起）。第9.1.6條還規(guī)定機(jī)械加壓送風(fēng)管道、排煙管道和補(bǔ)風(fēng)管道內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)符合下列規(guī)定：采用金屬管道時(shí)，不宜大于20 m/s，采用非金屬管道時(shí)，不宜大于15 m/s。除此之外，從每個(gè)排煙口的臨界排煙速度應(yīng)為：

式中：V：臨界排煙速度，m3/s；

d：從排煙點(diǎn)到煙氣層底的距離，m；

T0：周圍環(huán)境溫度，K；

Tc：煙氣溫度，K；

θ：煙氣與周圍環(huán)境的溫差（Tc-T0）℃。

圖1 物品倉(cāng)庫(kù)的結(jié)構(gòu)圖

2.6 設(shè)計(jì)實(shí)例

以一丙Ⅱ類物品倉(cāng)庫(kù)為例簡(jiǎn)要說明設(shè)計(jì)計(jì)算程序，見圖1。一多層倉(cāng)庫(kù)，每層是一個(gè)20×15 m的防火分區(qū)，耐火極限為2 h，二部樓梯，通向樓梯間的門高度1.8 m,底板到吊頂?shù)母叨葹?.2 m。

確定火災(zāi)大?。簩?duì)丙類倉(cāng)庫(kù)，火災(zāi)蔓延較為迅速，人們對(duì)火災(zāi)的響應(yīng)時(shí)間為300 s。

對(duì)照表1，a取 0.047，

Q=0.047 t2＝0.047×3 002＝4 230 kW

煙氣流量M=0.19PY3/2=0.19×10.3×23/2=5.5 kg/s

假設(shè)1/3的熱量被建筑結(jié)構(gòu)吸收，則有效熱量為4 230×2/3＝2 820 kW

θ＝Q/M=2 820/5.5=513℃

T0=20 ℃，ρ0T0=354.5

確定排煙點(diǎn)數(shù)量：d=3.2（吊頂高度）-2＝1.2×m

臨界排煙速度

排煙管道的布置見圖1，排煙口到最遠(yuǎn)點(diǎn)不超過30 m，考慮送風(fēng)，排煙速度＝12.5 m3/s。

假設(shè)自然送風(fēng)使用自動(dòng)開啟低層進(jìn)風(fēng)的方法，最大進(jìn)風(fēng)速度為5 m/s，最小送風(fēng)面積

3 結(jié)論

低層建筑，尤其是工業(yè)建筑，《規(guī)范》對(duì)這類場(chǎng)所排煙設(shè)施的要求不是很明確，人們?cè)趯?duì)該類型場(chǎng)所進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)所能參照的依據(jù)也不是很多。因此通過上述實(shí)例的分析，希望可以對(duì)其設(shè)計(jì)思路帶來啟發(fā)，同時(shí)也希望國(guó)家有關(guān)防排煙設(shè)計(jì)的專業(yè)規(guī)范能盡快出臺(tái)，逐步規(guī)范防排煙的設(shè)計(jì)、安裝、施工。