淺談超高層建筑內(nèi)的煙囪效應(yīng)與電梯安全

李以建

【摘 要】煙囪效應(yīng)是指由于建筑內(nèi)外空氣的溫度不同而引起的建筑物內(nèi)空氣沿垂直方向的空氣流動(dòng)現(xiàn)象。電梯的安全運(yùn)行常受到環(huán)境因素的影響， 而電梯井道是煙囪效應(yīng)的主要流動(dòng)通道之一。煙囪效應(yīng)的強(qiáng)度與多種因素有關(guān)，當(dāng)超高層建筑內(nèi)部產(chǎn)生的煙囪效應(yīng)過(guò)于強(qiáng)烈，可能會(huì)對(duì)電梯的安全運(yùn)行造成影響，從而引發(fā)電梯的安全隱患。因此，在超高層建筑設(shè)計(jì)和電梯安裝和維護(hù)中，均應(yīng)該考慮煙囪效應(yīng)可能導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)，及早采取措施削弱煙囪效應(yīng)產(chǎn)生的安全隱患，保障電梯運(yùn)行安全。

【關(guān)鍵詞】超高層建筑；煙囪效應(yīng)；電梯；隱患排除

0 引言

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的穩(wěn)步推進(jìn)，城市化水平的穩(wěn)步提升，高樓大廈在中國(guó)的土地上也是隨處可見(jiàn)，隨之而來(lái)的是電梯的迅速普及，人們的生活和工作已經(jīng)離不開(kāi)電梯。電梯因其安全、便利和高效，使其成為解決高層建筑人流和物流垂直輸送的主要途徑。在超高層建筑中，電梯井道常常貫通整棟大樓，這就提供了高樓煙囪效應(yīng)的主要通道。高速運(yùn)動(dòng)的空氣進(jìn)出電梯井道以及空氣在電梯井道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)都可能影響電梯的安全運(yùn)行。

1 背景

超高層建筑在我國(guó)《民用建筑設(shè)計(jì)通則》 GB50352—2005中規(guī)定，建筑高度超過(guò)100米時(shí)，不論住宅及公共建筑均為超高層建筑。超高層建筑的內(nèi)部一般都會(huì)設(shè)置樓梯間、 送排 風(fēng)道、排煙道、電梯井等豎井，當(dāng)室內(nèi)溫度高于室外時(shí)，室內(nèi)空氣由于密度小，便可以沿著這些垂直通道自然上升，通過(guò)頂層的門(mén)窗縫隙以及各種孔洞滲出，室外空氣由于密度大，由底層滲入補(bǔ)充，這就形成煙囪效應(yīng)。

煙囪效應(yīng)是由于室內(nèi)外溫差而引起的。當(dāng)室內(nèi)的溫度高于室外的溫度時(shí)，室外的冷空氣經(jīng)建筑下部門(mén)窗縫隙或其他開(kāi)口流入室內(nèi)時(shí)，冷空氣在室內(nèi)被加熱后，溫度升高、密度減小、向上流動(dòng)，經(jīng)由建筑的樓梯井、電梯井、弱電井、管道井等各種井道，到達(dá)建筑上部的樓層，然后由上部樓層的縫隙、孔口排出。這樣，在室外侵入的冷空氣不斷的推動(dòng)下，高層建筑就起到像煙囪一樣的作用。

可以看出，煙囪效應(yīng)產(chǎn)生的原因是，由于室內(nèi)外空氣存在溫差，導(dǎo)致密度差，室外空氣密度大于室內(nèi)，室外空氣從建筑下部的孔口源源不斷地流入室內(nèi)，經(jīng)由建筑物下部樓層最便捷的路徑（如地下車(chē)庫(kù)、建筑底層大廳以及下部各樓層的門(mén)窗和開(kāi)口）進(jìn)入電梯井道內(nèi)，并形成井道內(nèi)快速上升的氣流，再經(jīng)由建筑物上部開(kāi)口（如井道通風(fēng)口，各樓層門(mén)窗以及機(jī)房）排出。煙囪效應(yīng)的強(qiáng)度與煙囪的高度、戶內(nèi)及戶外溫度差距以及戶內(nèi)外空氣流通的程度有關(guān)。在相同的建筑高度下，室內(nèi)外的溫差越大，或在相同的室內(nèi)外溫差下，建筑高度越高，推動(dòng)力也越大，產(chǎn)生的煙囪效應(yīng)就會(huì)越嚴(yán)重。

2 煙囪效應(yīng)可能產(chǎn)生的電梯安全隱患

（1）井道內(nèi)外的空氣通過(guò)層門(mén)縫隙時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，造成噪音，井道的煙囪效應(yīng)使空氣在端站可能達(dá)到的流通速度最大，因此在端站門(mén)產(chǎn)生的噪聲的機(jī)會(huì)也更大；同時(shí)煙囪效應(yīng)空氣與井道內(nèi)運(yùn)動(dòng)部件（如轎廂，對(duì)重）的周?chē)部赡墚a(chǎn)生空氣動(dòng)力學(xué)噪聲；

（2）與一般門(mén)相比，電梯門(mén)對(duì)壓差的作用更加敏感，由于電梯的前室一般為開(kāi)敞式，缺少前室門(mén)對(duì)風(fēng)壓的阻隔，使電梯門(mén)承受較大的風(fēng)壓，若作用在電梯門(mén)兩側(cè)的壓差過(guò)大，將使電梯門(mén)的運(yùn)行出現(xiàn)卡阻，引起電梯門(mén)出現(xiàn)開(kāi)閉故障，導(dǎo)致電梯無(wú)法正常運(yùn)行，并造成豎直交通堵塞及人員被困電梯內(nèi)的安全事故。

（3）當(dāng)建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙囪效應(yīng)會(huì)將濃煙或火苗抽入井道內(nèi)，造成火災(zāi)危情的擴(kuò)散；

（4）井道內(nèi)的煙囪效應(yīng)氣體與電梯轎廂或?qū)χ叵嘞蜻\(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的空氣阻力，能量的損耗較大；

（5）當(dāng)高速氣流與電梯相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，可在電梯轎廂上下產(chǎn)生較為嚴(yán)重的亂流，導(dǎo)致轎廂運(yùn)行的舒適感降低甚至出現(xiàn)搖晃。

3 隱患排除的措施

（1）盡量避免建筑物底部樓層（如大堂、車(chē)庫(kù)）電梯口直接連通外部空間，應(yīng)在電梯口與外部空間設(shè)置隔障或設(shè)置帶門(mén)的候梯空間，以阻隔空氣的流動(dòng)。建筑大堂的入口處需要采用三扇以上的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)，或者至少雙重的 自動(dòng)門(mén)（確保其中一重自動(dòng)門(mén)打開(kāi)時(shí)，另一重自動(dòng)門(mén)是關(guān)閉的），防止室內(nèi)外空氣的直接對(duì)流交換；尤其防止電梯大堂直接與外部直接開(kāi)放連通。

（2）在GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》的5.2.3 井道的通風(fēng)中要求：“井道應(yīng)適當(dāng)通風(fēng)，井道不能用于非電梯用房的通風(fēng)。注：在沒(méi)有相關(guān)的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)情況下，建議井道頂部的通風(fēng)口面積至少為井道截面積的1%?！?/p>

井道的通風(fēng)口可以直接連通室外，也可以通過(guò)機(jī)房或者滑輪間連通室外。在超高層建筑的電梯井道中，通風(fēng)口的設(shè)置應(yīng)盡量避免直接連通室外，可考慮經(jīng)由機(jī)房或滑輪間做適當(dāng)緩沖再與室外連通。

（3）可在超高層建筑中間層附近分割電梯運(yùn)行區(qū)段，建筑內(nèi)電梯分為低層區(qū)段電梯高層區(qū)段電梯，并在中間層附近設(shè)置換乘空間，如此，可將電梯分別裝設(shè)在不同井道，降低了“煙囪”的高度，防止煙囪效應(yīng)直接貫通建筑（注：此方案需考慮對(duì)重下方可進(jìn)人空間的防護(hù)）；若井道必需要貫通整個(gè)建筑時(shí)，應(yīng)避免將機(jī)房設(shè)置于頂層平臺(tái)上，使機(jī)房直接與室外連通，可將機(jī)房設(shè)置于最高層，使機(jī)房與室外之間增加緩沖空間；

（4）在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)增加層門(mén)與轎門(mén)地坎之間的間距，增加空氣流通截面，防止因空氣流通截面突然變小而使通過(guò)轎門(mén)和層門(mén)之間的空氣流通速度加快，從而阻礙電梯門(mén)的正常運(yùn)行。采用可控制門(mén)機(jī)關(guān)閉力矩的門(mén)機(jī)，并配合增加額外的關(guān)門(mén)重塊來(lái)保證電梯門(mén)的正常關(guān)閉。

（5）避免火災(zāi)時(shí)濃煙進(jìn)入井道，最好在井道各入口處加入煙霧過(guò)濾器。

（6）可考慮各層門(mén)加入門(mén)封條，避免空氣從縫隙處滲出引起噪音（此方式產(chǎn)生的費(fèi)用較高）。

4 結(jié)語(yǔ)

電梯安全關(guān)乎人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，不得有絲毫麻痹大意。電梯的使用環(huán)境對(duì)于電梯安全至關(guān)重要，因而在實(shí)際的設(shè)計(jì)使用過(guò)程中，在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)規(guī)則中的要求的同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取相對(duì)應(yīng)的防護(hù)措施，以降低故障出現(xiàn)的可能。煙囪效應(yīng)對(duì)于電梯安全的影響雖然不可避免，但如果設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中能夠采取具有針對(duì)性的防護(hù)措施，則煙囪效應(yīng)的影響是完全可以被控制的。所以，在建筑設(shè)計(jì)與電梯的設(shè)計(jì)制造上都應(yīng)當(dāng)將煙囪效應(yīng)的影響納入考慮的范圍，真正做到防范于未然，保障電梯安全、舒適、高效的運(yùn)行，這對(duì)城市的發(fā)展將大有裨益。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]