大型商業(yè)綜合體防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

梅旭++肖磊

摘 要：大型商業(yè)綜合體建筑體量大，功能劃分復(fù)雜，導(dǎo)致消防設(shè)計(jì)難度加大，尤其在防排煙設(shè)計(jì)方面。對(duì)于火災(zāi)而言，由于大型商業(yè)建筑綜合體結(jié)構(gòu)復(fù)雜及人員密集等特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)，極易造成群死群傷的災(zāi)難性后果。為了在火災(zāi)事故時(shí)能及時(shí)、有效地控制和排除火災(zāi)煙氣，為人員逃生提供足夠的可用安全疏散時(shí)間，為消防救援提供有利條件，消防設(shè)計(jì)中煙氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就顯得尤為必要。本文總結(jié)了大空間煙氣流動(dòng)的特點(diǎn)以及大空間煙氣管理的方式，詳細(xì)介紹了自然填充、自然排煙、機(jī)械排煙方式的基本原理，為案例工程的防排煙設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：商業(yè)綜合體 防排煙 大空間 建筑 防排煙

中圖分類(lèi)號(hào)：TU997 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）09（c）-0150-02

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和建筑技術(shù)的提高，建筑形式也發(fā)生著巨大的變化。現(xiàn)代商業(yè)綜合體也逐漸向大型化、中庭化、多功能化方向發(fā)展，已集購(gòu)物、餐飲、酒吧、KTV、電影院等功能于一體，消費(fèi)種類(lèi)繁多、購(gòu)物環(huán)境優(yōu)美，更成為城市發(fā)展的新亮點(diǎn)。與常規(guī)商業(yè)建筑相比，現(xiàn)代商業(yè)綜合體體量更為龐大、空間設(shè)計(jì)復(fù)雜、人流物流密集、設(shè)備用電頻繁?，F(xiàn)有相關(guān)消防規(guī)范雖然對(duì)商業(yè)建筑的各項(xiàng)消防指標(biāo)做了規(guī)定，但對(duì)于大型商業(yè)綜合體的消防指標(biāo)規(guī)定不夠明確；開(kāi)發(fā)商的實(shí)際需求也導(dǎo)致在建筑消防設(shè)計(jì)中無(wú)法嚴(yán)格貫徹規(guī)范條文的有關(guān)規(guī)定?？紤]到上述因素，本文擬通過(guò)研究大型商業(yè)綜合體的火災(zāi)理論、煙氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而得出合理的解決方案，使其消防安全性能達(dá)到預(yù)期的安全水平。針對(duì)大型商業(yè)綜合體開(kāi)展火災(zāi)煙氣蔓延規(guī)律研究，根據(jù)火災(zāi)發(fā)展特性和煙氣流動(dòng)規(guī)律來(lái)制定有效的火災(zāi)防控措施，對(duì)減少此類(lèi)建筑火災(zāi)造成的損失具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 商業(yè)綜合體建筑的特性

1.1 大空間建筑火災(zāi)煙氣特性

各類(lèi)大空間建筑結(jié)構(gòu)和使用功能的不同決定了其建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性存在較大差異，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）扁平型大空間建筑高度一般在6m以下，但橫向的距離很長(zhǎng)且占地面積大，多見(jiàn)于大型商場(chǎng)和大型地下車(chē)庫(kù)。資料表明扁平型的大空間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后，高溫?zé)煔庠诟×ψ饔孟律仙钡阶矒繇斉锊⑿纬身斉锷淞?，煙氣沿著水平方向向四周呈放射狀蔓延。與受限空間不同的是，扁平型大空間由于面積廣，在水平蔓延過(guò)程中短時(shí)間內(nèi)不會(huì)遇到四周墻壁而形成反浮力壁面射流。在頂棚射流形成過(guò)程中，煙氣層不斷卷吸環(huán)境冷空氣，頂棚射流厚度增加，煙氣層分界面降低，如果空間足夠大，最終煙氣層將降低到地面。也就是說(shuō)，在遠(yuǎn)離火源處，煙氣層分層狀況將不是很明顯。距離火源周?chē)目臻g內(nèi)能見(jiàn)度很低而且煙氣溫度高，對(duì)人員疏散和消防隊(duì)員快速尋找火源極為不利，而且距離火源附近的可燃物在煙氣高溫的熱輻射作用下極可能被引燃，發(fā)生大面積燃燒。

（2）大空間建筑具有頂棚高度高，空間體量較大的特點(diǎn)。這類(lèi)建筑高度一般在20m左右，具有很強(qiáng)的蓄煙納熱能力?；馂?zāi)時(shí)，煙氣和熱量可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)被容納，煙氣層可保持在較高位置，空間的能見(jiàn)度較扁平型大空間高，火災(zāi)危險(xiǎn)性相對(duì)較小。在火災(zāi)初始階段，煙氣對(duì)人員疏散安全的影響相對(duì)較小，給消防救援人員提供了較有利的救援環(huán)境。

（3）中庭建筑的最大特點(diǎn)是它具有一個(gè)或者多個(gè)在豎直方向上連續(xù)貫通數(shù)層的封頂大型空間。例如上海國(guó)際貿(mào)易中心、廣州白天鵝賓館、日本新宿NS大廈等建筑都設(shè)有中庭的典型建筑。中庭四周與建筑物樓層的廊道或窗口相連接，這些部位開(kāi)口大，與周?chē)臻g相互連通，是火災(zāi)豎向蔓延主要通道。無(wú)論在中庭的底部或中庭相聯(lián)的樓層失火，火災(zāi)煙氣都會(huì)迅速蔓延并擴(kuò)展至與之相連的其他各樓層，給人員的疏散和火災(zāi)撲救帶來(lái)一系列困難。

1.2 大空間防排煙系統(tǒng)面臨的問(wèn)題

然而在設(shè)計(jì)大空間的防排煙系統(tǒng)時(shí)，按照《高規(guī)》第8.4.1.3條“凈空高度超過(guò)12m的中庭應(yīng)設(shè)置機(jī)械排煙”和8.4.2.3條“中庭體積小于或等于17000m3時(shí)，其排煙量按其體積的6次/h換氣計(jì)算；中庭體積大于17000m3時(shí)，其排煙量按其體積的4次/h換氣計(jì)算，但最小排煙量不應(yīng)小于102000m3/h”的要求，這將需要很大啟動(dòng)電流，而且耗電量巨大，資金投入也是一筆不小的開(kāi)支。

其次，按照質(zhì)量守恒定律，要將煙氣排放出去，就需要補(bǔ)充一定的新鮮空氣進(jìn)來(lái)。即煙氣從大空間上方排出，新鮮空氣從下方補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，推動(dòng)煙氣向上運(yùn)動(dòng)。補(bǔ)充進(jìn)來(lái)的空氣量也需足夠大而不至于使空間內(nèi)形成負(fù)壓狀態(tài)影響煙氣的排除。

鑒于上述原因，大空間的火災(zāi)煙氣流動(dòng)特性可能會(huì)與其他地區(qū)不同?；馂?zāi)煙氣流動(dòng)的距離長(zhǎng)，煙氣的溫度降低而沒(méi)有足夠的浮升力使煙氣上升到頂棚，而在流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生彌散現(xiàn)象。此外，大空間頂部大部分采用透光性極好的玻璃，陽(yáng)光的透射通常可能會(huì)導(dǎo)致頂部空氣溫度的增加，此時(shí)，大空間頂部的溫度可以比底部高出10～15℃。大空間由于太陽(yáng)的熱輻射和外界熱空氣的作用，也可能引起溫度不高的煙氣在上升過(guò)程中發(fā)生“熱障現(xiàn)象”。因此，深入研究大空間煙氣流動(dòng)特點(diǎn)，確定合理的防排煙方案是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。

2 大空間內(nèi)的煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 排煙方式的選擇

大空間的排煙設(shè)計(jì)有兩種方式：機(jī)械排煙和自然排煙，兩者可并存且不可互補(bǔ)?！陡邔用裼媒ㄖ阑鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定根據(jù)大空間的高度不同，選擇不同的排煙方式：（1）凈空高度不大于12m，具備自然排煙條件的（可開(kāi)啟天窗面積或高側(cè)窗面積≥地面面積的5%）可采用自然排煙方式。（2）凈空高度不大于12m，不具備自然排煙條件，采用機(jī)械排煙方式。（3）凈空高度大于12m，無(wú)論有無(wú)可開(kāi)啟天窗、高側(cè)窗均應(yīng)采用機(jī)械排煙方式。

2.2 排煙口設(shè)計(jì)要求

自然排煙口應(yīng)滿(mǎn)足窗戶(hù)可開(kāi)啟部位總面積不小于地面面積的5%，由于窗戶(hù)較高，應(yīng)有方便開(kāi)啟的裝置。機(jī)械排煙口對(duì)于不小于12m的大空間應(yīng)豎向分段設(shè)置排煙口，每2～3層設(shè)一個(gè)排煙口。endprint

2.3 排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

目前我國(guó)對(duì)大空間煙氣控制的要求主要體現(xiàn)在每小時(shí)的換氣量上，大空間體積小于17000m3時(shí)，其體積排煙量按其體積的6次/h換氣次數(shù)計(jì)算；體積大于17000m3時(shí)，其體積排煙量按其體積的4次/h換氣次數(shù)計(jì)算；最小排煙量不應(yīng)小于102000m3/h。但是這種換氣計(jì)算方法有一定的缺陷：對(duì)大空間的設(shè)計(jì)，排煙量過(guò)大，不經(jīng)濟(jì)；對(duì)于中小體積空間其值則偏小，達(dá)不到安全煙氣控制的預(yù)期目的。

2.4 補(bǔ)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）補(bǔ)風(fēng)量不應(yīng)小于排煙量的50%，空氣應(yīng)直接從室外引入。補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)可采用疏散外門(mén)、手動(dòng)或自動(dòng)可開(kāi)啟外窗以及機(jī)械補(bǔ)風(fēng)等方式。機(jī)械補(bǔ)風(fēng)口或自然補(bǔ)風(fēng)口應(yīng)設(shè)在儲(chǔ)煙倉(cāng)以下。（2）機(jī)械補(bǔ)風(fēng)口的風(fēng)速不宜大于10m/s，公共聚集場(chǎng)所或面積大于500m2的區(qū)域，送風(fēng)口的風(fēng)速不宜大于5m/s；自然補(bǔ)風(fēng)口的風(fēng)速不宜大于3m/s。（3）設(shè)有機(jī)械排煙的走道或小于500m2可不設(shè)補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。（4）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(dòng)開(kāi)啟。（5）補(bǔ)風(fēng)口與排煙口設(shè)置在同一空間內(nèi)相鄰的防煙分區(qū)時(shí)，補(bǔ)風(fēng)口位置不限；補(bǔ)風(fēng)口與排煙口設(shè)置在同一防煙分區(qū)時(shí)，補(bǔ)風(fēng)口應(yīng)設(shè)在儲(chǔ)煙倉(cāng)以下；補(bǔ)風(fēng)口與排煙口水平距離不應(yīng)小于5m。

3 自動(dòng)排煙設(shè)施

自動(dòng)排煙設(shè)施主要包括自動(dòng)機(jī)械排煙設(shè)施和自動(dòng)自然排煙設(shè)施。其中，自動(dòng)的機(jī)械排煙設(shè)施包括排煙風(fēng)機(jī)、排煙管道、排煙防火閥、排煙口等幾部分。自動(dòng)的自然排煙設(shè)施包括排煙窗、控制機(jī)構(gòu)和失效保護(hù)裝置三大部分。

3.1 排煙窗

目前常見(jiàn)的排煙窗可分為單開(kāi)式、對(duì)開(kāi)式、百葉式和多功能式四種。（1）單開(kāi)式排煙窗是一種下懸外開(kāi)式自然排煙通風(fēng)裝置，可裝配與建筑幕墻系統(tǒng)相同的各類(lèi)玻璃，可完全融入現(xiàn)代玻璃幕墻系統(tǒng)，是專(zhuān)為玻璃幕墻建筑物的煙霧控制而設(shè)計(jì)，可用于緊急時(shí)排煙。（2）對(duì)開(kāi)式排煙窗是一種高效能的自然排煙通風(fēng)裝置，以一個(gè)強(qiáng)力的氣動(dòng)或電動(dòng)控制系統(tǒng)為運(yùn)動(dòng)核心，排煙裝置給建筑提供了自然補(bǔ)償方法，解決建筑物內(nèi)部由于輻射及對(duì)流熱量造成的局部過(guò)熱或整體悶熱，提供日常通風(fēng)降溫以增加室內(nèi)舒適感。（3）百葉式排煙窗作為自然排煙窗的一種特殊形式的設(shè)計(jì)，由于其新穎獨(dú)特的百葉窗體設(shè)計(jì)，自由靈活的安裝操作，高效穩(wěn)定的排煙效率，一出現(xiàn)就大量運(yùn)用于自然排煙系統(tǒng)中。（4）多功能排煙窗具有高效的排煙性能，符合煙囪效應(yīng)的框體設(shè)計(jì)，更穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，防雨雪的葉片設(shè)計(jì)。

3.2 控制機(jī)構(gòu)

排煙窗開(kāi)啟的控制分為電動(dòng)控制和氣動(dòng)控制兩種方式。（1）電動(dòng)控制方式電動(dòng)控制自動(dòng)排煙窗系統(tǒng)由排煙窗、消防控制電源、控制柜、和防火電纜組成。（2）氣動(dòng)控制方式氣動(dòng)控制自動(dòng)排煙窗系統(tǒng)由排煙窗、壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、控制柜和連接銅管組成。

3.3 失效保護(hù)機(jī)構(gòu)

為了保證排煙系統(tǒng)的可靠性，自動(dòng)排煙窗必須具備在任何緊急情況下（系統(tǒng)失電、失消防信號(hào)）都能正常工作的防失效保護(hù)功能，保證在發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)打開(kāi)并處于全開(kāi)位置。也就是說(shuō)，在發(fā)生火災(zāi)情況下，沒(méi)有任何電源或者氣源的情況下，排煙窗依靠自身的機(jī)械設(shè)計(jì)通過(guò)感溫等手段來(lái)開(kāi)啟排煙窗。

參考文獻(xiàn)

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