建筑自然排煙與機械排煙的適用性研究

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建筑自然排煙與機械排煙的適用性研究摘要：本文從建筑物自然排煙的熱壓、風(fēng)壓作用，以及自然排煙極限高度著手，對建筑物排姻設(shè)施的設(shè)置提出了自己的看法，并對建筑機械排煙進行適用性研究，同時對地下建筑的防排悃也有自己的看法。?關(guān)鍵詞：建筑　自然排煙　機械排煙　研究　　?　　1、引言?　　火災(zāi)統(tǒng)計資料表明，火災(zāi)中的死亡者中有60-80％死亡原因與火災(zāi)中的煙氣有關(guān)，如2005年山東威海金瑩家電火災(zāi)中10名死者全都是煙氣中毒死亡；2000年河南洛陽東都商廈“12.25”特大火災(zāi)中的309名死者絕大多數(shù)是CO中毒死亡；1990年1月14日西班牙一舞廳發(fā)生火災(zāi)，死亡43人，其中大部分是坐在凳子上死亡的，可以推測煙氣是造成死亡的主要原因。為了確保國家和人民財產(chǎn)與生命安全，建筑防排煙工程的設(shè)計具有非常重要的意義。在這其中，有關(guān)自然排煙與機械排煙的適用性研究也非常必要。?　　?　　2、火災(zāi)煙氣分析?　　可燃物多為有機物，還有少量金屬，有機物的化學(xué)成份主要有碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)，此外還含有硫(S)、磷(P)和鹵素(F、Cl、Br、I)等元素，其燃燒產(chǎn)物主要有一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽、二氧化硫和五氧化二磷等，在不完全燃燒狀態(tài)下還會生成大量的中間產(chǎn)物?；馂?zāi)煙氣的危害性主要表現(xiàn)在毒害性、減光性和恐怖性三方面?；馂?zāi)煙氣的毒害性首先使受災(zāi)人員或撲救人員直接中毒或窒息死亡，其次是使受災(zāi)人員或撲救人員因缺氧或一氧化碳中毒暈倒后而被火燒死，火災(zāi)煙氣的減光性和恐怖性的危害在于妨礙疏散和撲救，造成火場混亂。?　?　　3、防排煙?　　所謂防排煙就是將火災(zāi)過程中產(chǎn)生的有毒煙氣，在著火房間和著火房間所在的防煙分區(qū)內(nèi)就地加以排出，防止煙氣擴散到疏散通道和其它防煙分區(qū)中去，確保疏散和撲救用的樓梯和樓梯間內(nèi)無煙，使著火層人員可以安全疏散，同時也可以給滅火救援工作創(chuàng)造有利條件。?5

1　　排煙方式總體可分為自然排煙方式和機械排煙方式，而機械排煙方式又分為三種不同的方式：全面通風(fēng)排煙方式、機械送風(fēng)正壓防煙方式、機械負壓排煙方式。?　　?　　4、自然排煙的適用性?　　自然排煙是利用火災(zāi)產(chǎn)生的熱流的浮力和外部風(fēng)力通過建筑物的對外開口把煙氣排至室外的排煙方式，其實質(zhì)上就是熱煙氣與室外冷空氣的對流運動，其動力是火災(zāi)加熱室內(nèi)空氣產(chǎn)生的熱壓和室外的風(fēng)壓。?自然排煙的方式有兩種：(1)豎井排煙。其原理是依靠室內(nèi)火災(zāi)時產(chǎn)生的熱壓和室外空氣的風(fēng)壓形成“煙囪效應(yīng)”排煙。不需要能源，設(shè)備簡單；但豎井需要排煙口和進風(fēng)口，兩口需較大的截面積，否則排煙效果不佳，占用建筑面積較多；排煙效果不均勻；適用性有局限。(2)利用建筑的陽臺、凹廊或在外墻上設(shè)置便于開啟的外窗進行無組織的排煙。這種排煙方式不需要專門設(shè)備，適用性廣，可與建筑物原有構(gòu)造結(jié)合；其缺點是因受室外風(fēng)向、風(fēng)速和建筑本身的密封性或熱壓作用的影響，排煙效果不太穩(wěn)定。因火災(zāi)所產(chǎn)生的煙氣溫度高于空氣，密度比空氣小，著火房間內(nèi)的煙氣層壓力大于室外空氣壓力，煙氣自然向外排出。室內(nèi)外的溫差越大，煙氣越容易排出。隨著煙氣的排出，造成室內(nèi)壓力的降低，當(dāng)?shù)陀谑彝饪諝鈮毫r，室外空氣就流進室內(nèi)。這就形成了室內(nèi)煙氣與室外空氣的對流運動，稱為熱壓作用。熱壓作用能夠很好地解釋“煙囪效應(yīng)”以及人員疏散時所采取低姿匍匐的緣由。?　　在垂直地面的某一高度上，必將出現(xiàn)室內(nèi)外壓力差為零，通過該位置的水平面稱為該著火房間的中性層。在中性層以下，室外空氣的壓力總是高于著火房間內(nèi)氣體的壓力，空氣將從室外流進室內(nèi)；而在中性層以上則恰恰相反，著火房間內(nèi)氣體的壓力高于室外空氣的壓力，煙氣將從室內(nèi)排至室外。?　　建筑物周圍室外氣流靜壓的升降稱為風(fēng)壓作用。當(dāng)室外氣流遇到建筑物時將發(fā)生繞流。在迎風(fēng)面，氣流受阻，動壓降低，靜壓升高，出現(xiàn)正壓，室外空氣將從迎風(fēng)面的窗孔流進室內(nèi)；而在側(cè)風(fēng)面和背風(fēng)面，產(chǎn)生局部漩渦，靜壓降低，出現(xiàn)負壓，室內(nèi)的氣體將從背風(fēng)面或側(cè)風(fēng)面的窗孔排出室外。?5

2　　當(dāng)室外氣流達到一定風(fēng)速時，有可能導(dǎo)致建筑物采用外窗自然排煙失效，因為風(fēng)速是隨著高度發(fā)生變化，因此，導(dǎo)致自然排煙失效的風(fēng)速稱為臨界風(fēng)速，該風(fēng)速所在的高度應(yīng)稱為建筑物自然排煙的極限高度。?　　5、機械排煙的適用性?機械排煙方式是用機械設(shè)備強制送風(fēng)(或排煙)的手段來排除煙氣的方式。送風(fēng)和排煙可全部借助機械力作用，也可一個借助機械力的作用，另一個則借助自然通風(fēng)或排煙作用，據(jù)此，機械排煙又具體分為三種方式。(1)全面通風(fēng)排煙方式：對著火房間進行機械排煙，同時對走廊、樓梯(電梯)前室和樓梯間進行機械送風(fēng)，控制送風(fēng)量略小于排煙量，使著火房間保持負壓，以防止煙氣從著火房間漏出的排煙方式；(2)機械送風(fēng)正壓防煙方式：用送風(fēng)機給防煙前室和樓梯間等送新鮮空氣，使這些部位的壓力比著火房間相對高些，著火房間的煙氣經(jīng)專設(shè)的排煙口或外窗以自然排煙的方式排出；利用移動式排煙機進行正壓送風(fēng)在火場中使用頻率較高。盡量在上風(fēng)方向送風(fēng)推進，以有效控制地下建筑內(nèi)煙氣的擴散，保證人員安全撤離通道，并使消防員處于無煙氣流的安全狀態(tài)，為尋找火源和救援創(chuàng)造條件。利用離心式風(fēng)機排煙，以軸流風(fēng)機送風(fēng)，在著火房間用主機(離心式風(fēng)機)排煙，同時對走廊和樓梯間前室用輔機(軸流風(fēng)機)送風(fēng)，會加快排煙的速效：?　　機械排煙口有效面積Fpy=vF/3600Wy(　)?　　式中v――單位時間內(nèi)排煙房間單位面積上的排煙量(v>60m3/h)?　　F――排煙房間的地面面積(　)?　　Wy――煙氣排出速度(m/s)，計算時可取W=10m/s?　　送風(fēng)口有效面積f=Qf/Wf(　)?　　式中Qf――正壓送風(fēng)機送風(fēng)量?　　wf――5

3風(fēng)口處速度(m/s)，計算時可取7(m/s)，相應(yīng)得到的是最小的總有效面積。(3)機械負壓排煙方式：用排煙風(fēng)機把著火房間內(nèi)的煙氣通過排煙口排至室外的方式。隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)行的防排煙系統(tǒng)有必要加以改進。如現(xiàn)在隨處可見的大型超市賣場，面積動輒就達上萬甚至數(shù)萬平方米，人員集中，可燃物多，一旦發(fā)生火災(zāi)極易造成群死群傷。類似場所的排煙系統(tǒng)更顯重要。要求其每層可開啟外窗面積不小于各層建筑面積的2％或者結(jié)合有風(fēng)管的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置機械排煙系統(tǒng)。即場所內(nèi)最遠點距最近的外窗長度超過30米，則必須設(shè)置機械排煙系統(tǒng)。還有一些工業(yè)開發(fā)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了占地面積較大的通用廠房和物流倉庫，一旦發(fā)生火災(zāi)，如高溫?zé)煔獾貌坏郊皶r排放，很難撲救，包括一些鋼結(jié)構(gòu)建筑，還有坍塌危險。類似建筑如規(guī)定其沿建筑物外墻靠近頂部處設(shè)置一圈可開啟外窗，則高溫?zé)煔饩湍芗皶r排出，有利于撲救，使損失減少到最低。實踐證明設(shè)置高窗的鋼結(jié)構(gòu)建筑即使可燃物全部燒毀，建筑還能保持完整性，不至于坍塌。較高的高層由于受室外風(fēng)向、風(fēng)速和建筑本身的密封性或熱壓作用的影響，采用自然排煙的方式不能達到排煙的目的反而可能助長煙氣的擴散，故在50米以上的一類公共建筑和100米以上的居住建筑應(yīng)采用機械加壓送風(fēng)的防排煙方式。筆者在工作中發(fā)現(xiàn)，某些建筑高度超過50m的一類公共建筑和建筑高度超過100m的居住建筑，在靠外墻的防煙樓梯間及其前室、消防電梯前室和合用前室中，設(shè)了正壓送風(fēng)，但同時這些部位又開有外窗。這種情況下，由于開窗面積較大，普遍在2m2以上，有些前室較大的公共建筑，有效開窗面積甚至達到4-6m2。正壓送風(fēng)的風(fēng)壓很難達到“防煙樓梯間為40-50Pa；前室、合用前室、消防電梯間前室為2530Pa”的壓力要求，防煙效果大打折扣。?　　?　　6、地下建筑的排煙?　　隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，在全國的大中型城市不斷出現(xiàn)各種大型的地下商場以及地下商業(yè)步行街。這種地下商業(yè)建筑面積大，通風(fēng)條件差；功能分區(qū)復(fù)雜，人員密集，一旦發(fā)生火災(zāi)，煙氣不易排出，煙氣量大，極易造成人員缺氧、中毒、灼傷；同時地下發(fā)生火災(zāi)時，能見度大大降低，加上大多數(shù)顧客對環(huán)境不熟悉，對疏散造成困難。地下建筑還有一個特點就是煙氣運動方向與人的疏散方向相同，如煙氣得不到控制，將會嚴重影響人員的安全疏散。同地上建筑一樣，地下商業(yè)建筑綜合運用擋煙垂壁、噴淋、排煙、送風(fēng)等各種方法來合理引導(dǎo)煙氣流動。其中送風(fēng)系統(tǒng)主要用于疏散樓梯間和主要疏散通道。煙氣進入疏散樓梯間便會隨人流一同上行，很不利于疏散，因此建議超過一層時使用有正壓送風(fēng)的封閉樓梯間，擋煙垂壁的設(shè)置與排煙系統(tǒng)密切相關(guān)，多功能消防水槍和水力排煙機作為移動式排煙裝備，由于其操作簡便、機動性強、動力防爆安全，具有良好的冷卻隔熱和排煙特性，在在撲救地下建筑火災(zāi)中可以發(fā)揮很大作用?！?　　7、結(jié)語?5

4　　在目前的技術(shù)條件下，各種防、排煙方式都有其各自的優(yōu)點以及局限性，防煙、排煙兩者是一個不可分割的有機整體，是煙氣控制的兩個方面。在現(xiàn)代建筑設(shè)計中，各種排煙方式并不是簡單的單一應(yīng)用，是多種方式的綜合應(yīng)用，就像簡單的自然防、排煙來說，是自然排煙和防煙垂壁兩者的結(jié)合，這種綜合性應(yīng)用的結(jié)果將比采用單一方式的效果更好。5