回廊式中庭建筑煙氣控制方法研究

李　松

(西雙版納消防支隊，云南 西雙版納　666300)

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回廊式中庭建筑煙氣控制方法研究

李松

(西雙版納消防支隊，云南 西雙版納666300)

結(jié)合我國現(xiàn)行的消防規(guī)范要求，根據(jù)回廊式中庭建筑的結(jié)構(gòu)及火災(zāi)特點(diǎn)，探討了中庭煙氣控制的設(shè)計方法，提出了“中庭+相鄰區(qū)域”的煙氣控制模式，闡述了具體的防排煙措施，對中庭建筑的防排煙設(shè)計具有一定的參考意義。

回廊式中庭；煙氣控制；防排煙措施

0　引言

中庭是指短邊長度不小于6 m(半徑不小于6 m)，橫截面積不小于100 m2，且其共享層數(shù)不少于3層的帶有頂蓋的室內(nèi)庭院。設(shè)有中庭的建筑稱為中庭建筑。中庭以建筑物內(nèi)部空間為核心，綜合多種功能的空間而形成的體積很大的空間，它通常貫穿多個樓層，并與各樓層相通[1]。中庭式建筑具有采光、通風(fēng)、節(jié)能、布置室內(nèi)景觀等多種功能以及寬敞的視覺空間、明亮的內(nèi)部環(huán)境、濃厚的文化氛圍等顯著特點(diǎn)，因而受到國內(nèi)外建筑師的推崇，并不斷涌現(xiàn)在我國的各類標(biāo)志性建筑物中,并在我國現(xiàn)代建筑中占有相當(dāng)?shù)谋壤齕2]。

根據(jù)中庭與其室內(nèi)建筑的關(guān)系及圍封的形式，從建筑防火、防煙的角度，可將中庭建筑劃分為4種形式：長廊式、回廊式、隔離式和互通式[3]。其中回廊式中庭是較為常見的形式，該中庭通過回廊與周圍建筑物的使用區(qū)域發(fā)生空間上的聯(lián)系(見圖1)，回廊在中庭建筑中處于十分敏感的區(qū)域，是防煙防火的重點(diǎn)部位。由于回廊式中庭建筑內(nèi)中庭與各層直接相連形成共享空間，一旦發(fā)生火災(zāi)，高溫有毒煙氣就有可能通過中庭及回廊進(jìn)入到建筑物各個樓層，對中庭周圍區(qū)域的消防安全會產(chǎn)生較大影響。

中庭建筑火災(zāi)危險性較大，并具有煙氣擴(kuò)散速度快、初期探測難度大、安全疏散困難等特點(diǎn)，對傳統(tǒng)的建筑消防安全設(shè)計和煙氣控制方法提出了很大的挑戰(zhàn)。目前，中庭煙氣控制主要是采用自然排煙和機(jī)械排煙兩種方法，根據(jù)建筑實(shí)際情況也可采用火災(zāi)模擬方法計算排煙量。機(jī)械排煙又可分為兩大類，即集中式和分散式。本文根據(jù)回廊式中庭的具體特點(diǎn)，提出了“中庭+相鄰區(qū)域”的煙氣控制方法，該方法對于保證人員安全疏散和滅火救援具有現(xiàn)實(shí)意義。

圖1　回廊式中庭

1　回廊式中庭排煙體積計算方法

中庭排煙體積是計算中庭排煙量的重要依據(jù)?；乩仁街型ビ捎谄渥呃扰c周圍建筑物的使用區(qū)域在空間上的緊密相連，因此，根據(jù)中庭與周圍區(qū)域的防火分隔情況，中庭排煙體積的計算方法可分為4種(見表1)。

表1　回廊式中庭的防煙面積與排煙體積

2　回廊式中庭排煙量的計算方法

2.1換氣次數(shù)法[4]

我國現(xiàn)行的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB 50016—2014)中明確規(guī)定中庭應(yīng)設(shè)置排煙設(shè)施。中庭排煙可根據(jù)建筑物具體情況，采用自然排煙和機(jī)械排煙兩種方式，當(dāng)中庭的凈空高度超過12 m時，應(yīng)采用機(jī)械排煙的方式，機(jī)械排煙量的計算方法應(yīng)采用換氣次數(shù)法。中庭體積是中庭排煙依據(jù)，規(guī)范對中庭機(jī)械排煙計算風(fēng)量的規(guī)定如下：當(dāng)中庭體積不大于17 000 m3時，其排煙量按其體積的6次·h-1換氣計算；當(dāng)中庭體積大于17 000 m3時，其排煙量按其體積的4次·h-1換氣計算，但最小排煙量應(yīng)不小于102 000 m3·h-1。計算公式如下：

(1)

式中，L——排煙量，m3；

V——中庭排煙體積，m3；

n——換氣次數(shù)。

2.2面積法

當(dāng)中庭的凈空高度小于12 m時，可采用自然排煙方式排煙，其排煙計算方法采用面積法。按照我國現(xiàn)行規(guī)范要求，中庭開啟天窗或高側(cè)窗的凈面積不應(yīng)小于中庭地面面積的5%。

2.3火情計算法[5]

對于不能使用面積法和換氣次數(shù)法計算排煙量的中庭建筑，可利用火情計算法設(shè)定中庭建筑的火災(zāi)模型來計算排煙量。計算出的中庭排煙量，在考慮建筑成本的同時更應(yīng)考慮排煙效率以及減少火災(zāi)危險性等因素，在進(jìn)行中庭排煙量的計算時應(yīng)采用排煙量較大的數(shù)值。例如在中庭建筑起火后，建筑設(shè)計的排煙量如小于建筑實(shí)際產(chǎn)生的煙氣量，在短時間內(nèi)不能及時有效地排煙，那么火災(zāi)煙氣將迅速蔓延至整個中庭空間，對建筑安全產(chǎn)生巨大危險。所以，計算出的排煙量必須滿足大于或等于煙氣體積生成率，才能達(dá)到安全要求。由于受到實(shí)際建筑工程中諸多不穩(wěn)定因素的影響，所以計算排煙量時應(yīng)根據(jù)建筑實(shí)際情況適當(dāng)增大。計算公式如下：

(2)

(3)

(4)

式中，M——煙氣質(zhì)量流量，kg·s-1；

P——火災(zāi)周長，m；

Y——煙層底高，m；

θ——煙氣與周圍環(huán)境溫差，℃；

V——煙氣體積流量，m3·s-1；

Q——熱釋放量，MW(kW)；

T0——環(huán)境溫度，K；

P0——環(huán)境空氣密度，kg·m-3。

3　回廊式中庭的煙氣控制方法

3.1回廊式中庭煙氣控制的總體目標(biāo)

根據(jù)大空間的研究情況，大空間煙氣控制系統(tǒng)的目標(biāo)主要有兩個：(1)將煙氣層控制在大空間上部的儲煙倉內(nèi)；(2)防止煙氣從大空間向鄰室區(qū)域蔓延，這樣才能保證中庭內(nèi)人員的安全疏散?；乩仁街型ナ谴罂臻g建筑的特殊形式，其特殊結(jié)構(gòu)決定了在火災(zāi)情況下，豎向共享空間對于其周圍區(qū)域的影響將大于其他類型的中庭。因此，回廊式中庭相比于其他幾類中庭建筑其防火防煙的要求則更高。在回廊式中庭的消防安全設(shè)計中，應(yīng)充分利用回廊這個重要的區(qū)域，在中庭與其相鄰區(qū)域之間形成一道消防安全屏障，使回廊成為中庭建筑火焰蔓延和煙氣擴(kuò)散的“緩沖區(qū)”。但是，如果回廊的防火墻分隔不合理或用于防火分隔的防火卷簾耐火極限達(dá)不到防火要求，那么在火災(zāi)情況下，就可能造成煙氣和火焰蔓延到整個建筑空間。同時回廊也將失去其作為重要疏散通道的作用，以至于影響消防官兵展開滅火戰(zhàn)斗行動。

3.2回廊式中庭排煙措施

根據(jù)回廊式中庭的建筑特點(diǎn)和總體煙氣控制目標(biāo)，可把回廊式中庭的煙氣控制分為中庭和相鄰區(qū)域兩部分。

3.2.1中庭排煙措施

3.2.1.1填充排煙法

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在中庭地面上時(見圖2)，煙氣會直接向中庭上部空間擴(kuò)散，那么對該種煙氣的控制方法主要是利用中庭對煙氣的容納能力，在保證安全的條件允許煙氣充滿中庭上部空間，在煙氣填充過程中建筑室內(nèi)人員同時疏散。設(shè)置在中庭的排煙機(jī)或者自然排煙窗必須保證能排除空間內(nèi)的煙氣，并能控制煙氣層累積厚度，保證煙層在中庭空間高度8 m之上。設(shè)置的排煙機(jī)或自然排煙窗要能以足夠的速率排除空間內(nèi)所聚集的煙氣，延遲煙氣填充的時間以保證人員疏散的安全。同時，回廊內(nèi)的排煙系統(tǒng)應(yīng)能及時開啟，并有效排除回廊區(qū)域的煙氣，以保證回廊、前室及樓梯間等疏散通道的安全。這種排煙方式適用于中庭空間的凈空高度較高、體積空間較大、地面燃料荷載較小的情況，并且要求煙氣充滿中庭的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人員疏散完畢所需要的時間，以滿足建筑室內(nèi)人員有足夠的時間逃生。

圖2　填充排煙方式

3.2.1.2直接排煙法

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在中庭地面上時，也可采用直接排煙法，即置換排煙法。這種排煙方法的具體措施是在中庭頂部設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)，通過設(shè)計計算排煙量，使通過排煙系統(tǒng)所擔(dān)負(fù)的排煙量大于或等于火災(zāi)生成的煙氣流量，以達(dá)到有效排煙?；馂?zāi)產(chǎn)生的煙氣，會在中庭的頂棚形成煙氣層，在煙氣層的下方形成凈空氣層，由于要從中庭頂部排出煙氣，所以中庭空間所聚集煙氣層的底部高度必須滿足安全疏散的要求。另外，置換排煙法所采取的排煙量應(yīng)考慮延遲煙層的沉降。置換排煙法的顯著特點(diǎn)是在疏散階段將蔓延到中庭的煙氣稀釋到可接受的濃度，也可稱其為置換稀釋排煙法。這種排煙方式適用于中庭凈空高度較低、建筑空間體積較小的情況。

3.2.1.3混合排煙法

當(dāng)中庭上部空間較小，火災(zāi)發(fā)生在中庭地面上(見圖3)，直接利用自然排煙方式或設(shè)置機(jī)械排煙不能滿足消防安全要求時，可采用中庭+回廊混合排煙法，即分別在中庭和回廊設(shè)置排煙設(shè)施，中庭與回廊之間采用擋煙垂壁、防火卷簾等防煙構(gòu)件分隔。這種排煙方法可以最大限度的排除中庭和蔓延到回廊的煙氣，既可以保證中庭人員疏散的安全，也可以保證回廊及回廊周圍房間的安全。

圖3　混合排煙方式

3.2.2中庭相鄰區(qū)域排煙措施

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在與中庭相鄰的區(qū)域時，其煙氣控制的主要任務(wù)是：(1)排除任何進(jìn)入中庭空間的煙氣，限制煙氣的累積或延遲煙氣向中庭空間蔓延；(2)用反向氣法阻止煙氣進(jìn)入中庭空間[3]。排煙措施可采用回廊排煙法和著火房間排煙法兩種方式。

3.2.2.1回廊排煙法

相比于中庭空間，其周圍的相鄰區(qū)域即房間更易發(fā)生火災(zāi)，且火災(zāi)生成的高溫有毒煙氣很難在短時間控制在著火房間內(nèi)。煙氣一旦從著火房間涌出，則很快會通過中庭向四周擴(kuò)散。由于回廊作為中庭與相鄰房間的過渡區(qū)，在建筑防火中可起到重要緩沖作用，那么就要充分利用好回廊與中庭及相鄰房間的防火分隔措施。在中庭各樓層的回廊邊緣可設(shè)置固定式擋煙垂壁，也可設(shè)置與感煙探測器聯(lián)動的活動擋煙垂壁或防火卷簾及水幕分隔?；乩扰c相鄰防火區(qū)域之間應(yīng)設(shè)有防火墻或防火卷簾。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，相鄰區(qū)域室內(nèi)排煙設(shè)施應(yīng)與回廊內(nèi)的排煙系統(tǒng)同時開啟?；乩仁街型ヒ话憧稍O(shè)置集中排煙系統(tǒng)進(jìn)行排煙，排煙機(jī)和排煙口由消防控制室集中控制，并與火災(zāi)聯(lián)動系統(tǒng)聯(lián)動。當(dāng)著火房間或相連回廊的排煙系統(tǒng)不能阻止煙氣向中庭擴(kuò)散時，就需要開啟中庭的排煙系統(tǒng)來排除進(jìn)入中庭的煙氣(見圖4)。這樣既可以保證作為疏散通道的回廊安全性，又可以有效防止煙氣進(jìn)入中庭空間。在日常情況下，也可利用機(jī)械排煙系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)對中庭空間及回廊進(jìn)行通風(fēng)換氣，提高建筑室內(nèi)環(huán)境的舒適性。

圖4　回廊排煙方式

3.2.2.2著火房間排煙法

當(dāng)中庭相鄰的房間發(fā)生火災(zāi)時，可利用回廊與中庭之間的擋煙垂壁或者防火卷簾等防排煙設(shè)施在回廊內(nèi)形成儲煙倉，將火災(zāi)產(chǎn)生的絕大部分煙氣通過著火房間內(nèi)的排煙設(shè)施迅速排除(見圖5)。蔓延到回廊的煙氣通過回廊內(nèi)排煙設(shè)施排除，阻止煙氣進(jìn)入中庭空間。

圖5　著火房間排煙方式

3.3排煙系統(tǒng)的補(bǔ)風(fēng)問題

通常對中庭建筑的煙氣控制，除了進(jìn)行防煙設(shè)計和排煙設(shè)計外，還必須考慮中庭的補(bǔ)風(fēng)問題。當(dāng)中庭建筑下部的對外開口較少時，排煙效果將大打折扣。中庭建筑的補(bǔ)風(fēng)量應(yīng)不小于總排煙量的50%，以替換被排至室外的煙氣。補(bǔ)風(fēng)的形式可以采用自然補(bǔ)風(fēng)方式，如果建筑下部開口面積有限，也可以考慮設(shè)置機(jī)械補(bǔ)風(fēng)。補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)通過補(bǔ)風(fēng)部位的風(fēng)速須小于5 m·s-1，以避免對通過補(bǔ)風(fēng)部位疏散人員造成傷害[4]。在設(shè)置中庭補(bǔ)風(fēng)時應(yīng)注意，一是補(bǔ)風(fēng)口應(yīng)設(shè)于建筑物下部，補(bǔ)充的進(jìn)風(fēng)口必須低于煙層高度；二是中庭排煙時應(yīng)采用相鄰防煙分區(qū)補(bǔ)風(fēng)，若條件不允許，也可同一防煙分區(qū)補(bǔ)風(fēng)，但補(bǔ)風(fēng)口應(yīng)遠(yuǎn)離排煙口，如二者為水平設(shè)置時，水平距離不應(yīng)小于10 m，垂直設(shè)置時高差應(yīng)不小于3 m。另外，排煙區(qū)域所需的補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)與排煙系統(tǒng)聯(lián)動開啟。

4　結(jié)論

大空間建筑的煙氣控制問題一直是消防界研究的熱點(diǎn)。中庭建筑作為大空間建筑的典型代表，對于中庭式建筑采用回廊與中庭共同機(jī)械排煙的方式能夠較好地控制火災(zāi)煙氣在建筑內(nèi)的蔓延，并保證建筑物內(nèi)人員的安全疏散及消防戰(zhàn)斗行動的順利展開。本文對回廊式中庭建筑煙氣控制的原理進(jìn)行了歸納總結(jié)，針對中庭的著火類型提出了“中庭+相鄰區(qū)域”的煙氣控制模式，并分析研究合理可行的防排煙措施，對中庭建筑防排煙設(shè)計提供設(shè)計思路。

[1] 劉勇，付祥釗，謝斌．對不同類型中庭建筑防排煙措施的探討[J]．制冷與空調(diào)，2002，(2)：11-14．

[2] 呂勝良，呂磊．中庭建筑防排煙設(shè)計探討[J]．安防科技，2006，(8)：25-28．

[3] 裴蓓，程遠(yuǎn)平，李曉麗，等．中庭建筑煙氣控制分析及其防排煙措施探討[J]．消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2006，(10)：26-29．

[4] 楊焱，路世昌，智會強(qiáng)，等．中庭煙氣流動規(guī)律及防排煙系統(tǒng)的研究[J]．安全，2006，(5)：11-15．

[5] 杜紅.防排煙技術(shù)[M].北京:中國人民公安人學(xué)出版社，2014.

(責(zé)任編輯、校對馬龍)

A Study on the Smoke Control of a Cloister Style Courtyard Building

LI Song

(XishuangbannaMunicipalFireBrigade,YunnanProvince666300,China)

Combined with China's current fire code requirements, according to the characteristics of a cloister style courtyard building, the design method of atrium smoke control is studied，the smoke control mode of the atrium and the adjacent areas. The paper offers some concrete measures to prevent atrium smoke spread. The smoke extraction design of an atrium building in this paper provides certain reference.

the cloister style courtyard building; smoke control; smoke preventing measures

2015-11-20

李松(1985—)，男，云南景東人，工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2016)02-0024-04