關(guān)于防排煙系統(tǒng)設(shè)計的一些思考

吳梅艷

（福建綠城建筑設(shè)計有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

研究表明，高溫有毒的煙氣是造成火災(zāi)人員傷亡的首要因素，因火災(zāi)煙氣致死人數(shù)約占火災(zāi)死亡人數(shù)的70%[1]。作為重要的消防設(shè)施，建筑防排煙系統(tǒng)能有效阻擋有害煙氣、保障人員安全疏散同時有利于消防人員順利進入火場施救。防排煙系統(tǒng)設(shè)計的重要性毋庸置疑。本文旨在通過個人工作實踐，對工程設(shè)計、施工及驗收中發(fā)現(xiàn)和遇到的一些問題，對防排煙系統(tǒng)設(shè)計進行一些思考和探索。

1 自然防排煙

《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》（以下簡稱《標準》）中強制規(guī)定了建筑高度大于50m的公建、工建及建筑高度大于100m的住宅，其防煙樓梯間、前室、合用前室等均應(yīng)設(shè)置機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)，其他情況則在符合規(guī)范前提下，合理采用自然防煙或機械加壓送風(fēng)方式。此外，排煙系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)根據(jù)建筑功能及平面布置等因素，盡可能采用自然排煙[1]。

事實上，自然防排煙效果受到各種條件的影響，如火災(zāi)發(fā)生季節(jié)不同，會主導(dǎo)不同的風(fēng)向，造成不同的室內(nèi)外溫差，風(fēng)壓和熱壓的共同作用為自然防排煙效果帶來了許多不確定性。自然防排煙還需依賴可開啟外窗的作用，而外窗的開啟往往需要室內(nèi)人員操作。有專家推論，在自然因素、人為因素及建筑物自身因素等綜合作用下，自然防排煙可靠率僅為50%。

設(shè)計過程中，設(shè)計師往往遵循簡便易行的原則，在符合規(guī)范前提下，盡可能選擇自然防排煙方式。我國幅員遼闊，地形多變，氣候帶分布廣泛。類型相似的建筑，可能設(shè)計在夏熱冬暖的海濱城市，也可能設(shè)計在寒冷的內(nèi)陸北方城市。如夏熱冬暖地區(qū)的人們普遍習(xí)慣開窗通風(fēng)，冬季無采暖需求或采暖需求較低，建筑室內(nèi)外溫差亦不大，樓梯煙囪效應(yīng)小，優(yōu)先采用自然防排煙方式較為可靠。反之，類似建筑如設(shè)在寒冷地區(qū)濱海城市的開闊地帶，冬季由于室內(nèi)外溫差大，樓梯間煙囪效應(yīng)明顯，加之室外風(fēng)向多變，大風(fēng)天氣頻發(fā)，自然防排煙方式極有可能因熱壓和風(fēng)壓的作用影響效果。因此，做為設(shè)計師，我們不應(yīng)該為求省事，簡單套用，而應(yīng)該因地制宜，充分了解各地的地形、氣候、氣象參數(shù)等條件，合理采用自然防排煙方式。

2 機械防排煙

2.1 風(fēng)道阻力的影響

新《標準》規(guī)定了機械防、排煙系統(tǒng)不能直接采用土建豎井，均應(yīng)采用管道排煙。因為風(fēng)道光滑度對系統(tǒng)有效性起關(guān)鍵作用，該條為強制性條文，應(yīng)嚴格執(zhí)行。文獻指出前室及合用前室的多葉送風(fēng)口厚度一般為 275mm，而豎井墻厚有時僅為100mm，在薄墻安裝風(fēng)口會使得風(fēng)口內(nèi)凸175mm，以26層高的豎井為例計算，風(fēng)口內(nèi)凹的阻力比光滑豎井時增加了407.1Pa。新《標準》的實施，往后設(shè)計中不會再有多葉送風(fēng)口直接凸進土建風(fēng)道的情況，但暖通設(shè)計與建筑配合中仍不免因條件受限，豎井面積過小，內(nèi)襯風(fēng)管與井道內(nèi)壁甚至僅有50-100mm的間距，如果風(fēng)井仍為100mm的薄墻，多葉送風(fēng)口勢必會內(nèi)凸進風(fēng)管內(nèi)75-125mm。由于采用金屬內(nèi)襯風(fēng)管時，規(guī)范對風(fēng)管的最高風(fēng)速限定值是20m/s，因風(fēng)井面積限制，設(shè)計時將風(fēng)速算到接近20米的情況并不鮮見，故多葉送風(fēng)口內(nèi)凸進風(fēng)管仍然會產(chǎn)生較大系統(tǒng)阻力。因此，我們在設(shè)計時應(yīng)注意核算多葉送風(fēng)口的安裝厚度，盡可能保證內(nèi)襯風(fēng)管外壁和風(fēng)井外壁有300mm以上的厚度，避免出現(xiàn)風(fēng)口內(nèi)凸進風(fēng)管，因條件受限，風(fēng)口不得已要凸進內(nèi)襯風(fēng)管時，應(yīng)計算內(nèi)凸段所增大的系統(tǒng)阻力，在風(fēng)機選型時加大風(fēng)機風(fēng)壓。

相比機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)，機械排煙系統(tǒng)往往更為復(fù)雜。為節(jié)約管井及機房條件等，機械排煙系統(tǒng)設(shè)計往往采用豎直方向合用，水平方向不跨越防火分區(qū)，但每層負擔(dān)多個防煙分區(qū)排煙的方式。對于較為復(fù)雜的大型項目，排煙系統(tǒng)復(fù)雜性亦大大增加，其負擔(dān)的防煙分區(qū)越多，系統(tǒng)中的排煙防火閥、各種變徑、三通、四通及彎頭等局部構(gòu)件也會相應(yīng)增多，而局部阻力對風(fēng)道阻力的貢獻約占 80%左右。此外，對于復(fù)雜建筑，排煙管道常常不能經(jīng)由上下貫通對位的排煙豎井排至室外，自下而上要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)接，同時根據(jù)豎井形狀改變風(fēng)管大小，這極大增加了系統(tǒng)的沿程和局部阻力，也增大了系統(tǒng)漏風(fēng)的風(fēng)險。如果豎井條件受限，導(dǎo)致風(fēng)管長寬比過大，也會大大增大系統(tǒng)阻力。為節(jié)約凈高，排煙系統(tǒng)風(fēng)管風(fēng)速經(jīng)常選得較大，設(shè)計師為節(jié)省時間沒有逐個計算排煙系統(tǒng)的阻力，而是采用經(jīng)驗數(shù)值選定風(fēng)機的風(fēng)壓。風(fēng)機風(fēng)壓選擇失當常常會導(dǎo)致排煙系統(tǒng)風(fēng)量不足的問題，極大影響了排煙效果。這類問題在消防工程驗收中如能被測量發(fā)現(xiàn)，自然還能更正，可復(fù)雜項目內(nèi)含幾百上千個排煙口，消防驗收實難一一驗證糾錯，這就需要我們設(shè)計師在設(shè)計過程中本著嚴謹負責(zé)的態(tài)度，認真計算校核系統(tǒng)阻力。

2.2 風(fēng)機選型的影響

設(shè)計師在風(fēng)機選型中一般只關(guān)注風(fēng)機風(fēng)量和全壓值，鮮少關(guān)注不同品牌的風(fēng)機廠商其產(chǎn)品特性曲線的差異。文獻通過計算發(fā)現(xiàn)，選用不同的風(fēng)機會得到不同位置的管道工作點，在各防煙分區(qū)排煙量差異較大時，有可能使風(fēng)機運行不到穩(wěn)定工作區(qū)，可能造成風(fēng)機喘振。即使各防煙分區(qū)風(fēng)量相同，但各支路管道距離差距較大時，因管道阻力不同，在以遠端防煙分區(qū)工況點選型風(fēng)機特性曲線上，工作點也可能落在穩(wěn)定工作區(qū)以外，此時電動機功率增大，可能導(dǎo)致離心風(fēng)機電動機過載損壞。一旦該防煙分區(qū)發(fā)生火災(zāi)，排煙系統(tǒng)的穩(wěn)定工作恐難保證。因此，我們在設(shè)計過程中應(yīng)盡可能將各防煙分區(qū)面積劃分得較為均勻，同時避免各環(huán)路阻力差異過大，風(fēng)機選型確定后，應(yīng)注意各防煙分區(qū)工作點是否落在穩(wěn)定工作區(qū)域，盡可能協(xié)助施工單位和風(fēng)機廠家選型，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.3 防煙系統(tǒng)壓力的影響

加壓送風(fēng)時，防煙樓梯間空氣壓力應(yīng)大于前室，前室大于走道，方能阻止煙氣進入樓梯間。如果僅從防煙角度考慮，很容易得出加壓送風(fēng)越大越好的結(jié)論，事實上，對于樓梯間、前室、合用前室等區(qū)域，由于加壓送風(fēng)作用力與疏散門開啟方向相反，如壓力過高，疏散門難以開啟，影響人員安全疏散。美國NFPA1《防火規(guī)范》中規(guī)范打開安全逃生設(shè)施任意門的推力不應(yīng)超過133N。《標準》3.4.9條以推力110N計算得出該推力能克服門兩側(cè)最大壓力差為43Pa[1]。設(shè)計人員在機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量選擇上往往隨意性較大，系統(tǒng)超壓的現(xiàn)象較為嚴重，《規(guī)范》實施前，許多項目甚至不設(shè)計泄壓措施。本人認為，系統(tǒng)壓力控制理應(yīng)引起足夠重視，否則加壓送風(fēng)系統(tǒng)的存在對人員安全疏散造成了影響，豈非適得其反。防煙系統(tǒng)壓力控制方法是否安全可靠也需考慮。工程中一般通過在需要加壓的樓梯間、前室、合用前室設(shè)置余壓傳感器，聯(lián)動加壓送風(fēng)機的旁通風(fēng)管來控制壓力值。卻也有文獻認為，對于僅有樓梯間加壓送風(fēng)，其前室不設(shè)加壓的情況下，僅在樓梯間設(shè)置壓力傳感器，在樓梯間門未開啟的情況下，前室正壓值難以保證，此時應(yīng)在樓梯間和前室隔墻處設(shè)置帶電動風(fēng)閥及防火閥的連通風(fēng)管，同時在前室設(shè)置壓力傳感器就地連鎖聯(lián)通風(fēng)管上的電動風(fēng)閥。實際工程中，由于考慮造價、美觀性等因素，設(shè)計師會根據(jù)業(yè)主的意愿，較少采用每層前室、合用前室直接設(shè)置余壓閥控制的方法。

3 總結(jié)

防排煙系統(tǒng)做為消防設(shè)施的重要組成部分，系統(tǒng)設(shè)計的可靠性十分重要。設(shè)計師應(yīng)當因地制宜，結(jié)合具體情況，合理選擇防排煙系統(tǒng)形式。設(shè)計機械防排煙系統(tǒng)時，不應(yīng)化繁就簡，僅依靠經(jīng)驗數(shù)據(jù)來設(shè)計，系統(tǒng)阻力、風(fēng)機形式、風(fēng)量大小等都應(yīng)經(jīng)過嚴密的計算來確定。設(shè)計師在與其他專業(yè)、業(yè)主等方配合溝通中，更應(yīng)本著安全無小事的原則，使得防排煙系統(tǒng)的設(shè)計真正做到合理、安全、有效。