【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)需求的提高，建筑物在高度、跨度、功能等方面的要求越來越高，現(xiàn)有的消防規(guī)范已不能涵蓋其所有內(nèi)容，傳統(tǒng)的防排煙設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足未來建筑的需要。本文從大空間的建筑結(jié)構(gòu)，闡述了大空間建筑的防排煙設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】大空間建筑 建筑火災(zāi) 防排煙設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、前言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的飛速發(fā)展，一些跨度大、功能多的大空問建筑不斷涌現(xiàn)，例如大型商場(chǎng)、體商場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)航站樓、影劇院、會(huì)展中心等。這些建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，其火災(zāi)特性與普通建筑火災(zāi)有著很大的差異。主要表現(xiàn)為大空間建筑人員密集、可燃物多、火災(zāi)荷載大，其內(nèi)部難以設(shè)置防火防煙分隔設(shè)施，火災(zāi)中產(chǎn)生的大量有毒高溫?zé)煔怆y以排出，極易造成群死群傷和大面積火災(zāi)。因此，對(duì)大空聞建筑防排煙設(shè)計(jì)的探討與研究具有十分重要的意義。
二、大空間建筑性能特點(diǎn)
1、能滿足室內(nèi)人員密集，且行走線路長(zhǎng)，人員分流清晰的要求。例如機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓、車站候車樓，出發(fā)、到達(dá)、轉(zhuǎn)乘旅客要分流清晰，不能混流，人員為完成預(yù)定流程行進(jìn)路線較長(zhǎng)。此類大空間建筑各種走道長(zhǎng)度長(zhǎng)，出口、樓梯、電梯多。
2、若用實(shí)體墻進(jìn)行分割，室內(nèi)人員會(huì)感到壓抑，也不利于自然采光，因而多用玻璃幕墻、欄桿簡(jiǎn)易分割。玻璃幕墻、欄桿的防火、防煙流動(dòng)性能較差，不利于防火、防煙阻隔。
3、要求視線廣闊、開闊性良好，不能設(shè)置分割物，例如體育場(chǎng)館、影劇院�；馂�(zāi)煙氣容易在室內(nèi)任意流動(dòng)蔓延。
4、功能復(fù)雜，集辦公、生產(chǎn)服務(wù)、設(shè)備機(jī)房于一體。大空間建筑內(nèi)樓層分割復(fù)雜，部分設(shè)置中間夾層、躍層、錯(cuò)層，大空間套小房間，夾層、小房間沒有條件設(shè)置直接通向大氣空間的窗戶，通風(fēng)條件差，火災(zāi)煙氣難以直接排至室外；躍層、錯(cuò)層使煙氣流流向復(fù)雜，難以控制。
三、設(shè)計(jì)火災(zāi)場(chǎng)景
1、噴淋控制火災(zāi)場(chǎng)景。統(tǒng)計(jì)表明噴淋系統(tǒng)的有效性能夠達(dá)到96％~99％以上，所以設(shè)計(jì)中通常以噴淋啟動(dòng)時(shí)的火災(zāi)熱釋放速率作為最大火災(zāi)規(guī)模，即保守假設(shè)噴淋未完全撲滅火災(zāi)，而是將火災(zāi)控制在此規(guī)模穩(wěn)定發(fā)展。因此，對(duì)于噴淋控制火來說，噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是決定火災(zāi)最大熱釋放率的因素之一。
2、無噴淋控制火災(zāi)場(chǎng)景。雖然統(tǒng)計(jì)及概率分析表明，在具備良好的系統(tǒng)維護(hù)情況下，噴淋失效的可能性很低，但是，一旦系統(tǒng)失效，火災(zāi)的快速發(fā)展最終會(huì)導(dǎo)致轟燃，嚴(yán)重影響消防戰(zhàn)斗。因此，預(yù)測(cè)轟燃發(fā)生的時(shí)間，以及轟燃發(fā)生前火場(chǎng)的溫度、能見度、CO(一氧化碳)濃度等條件，可以為消防指揮提供一定的參考。
3、火災(zāi)煙氣質(zhì)量生成率。理想上，火焰燃燒會(huì)在起火房間內(nèi)形成一個(gè)上層熱煙氣層和下部無煙層與火羽流。由于火災(zāi)中卷吸進(jìn)羽流的空氣遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過燃燒產(chǎn)物，燃燒產(chǎn)物的量與空氣相比很少，因此在計(jì)算煙氣生成率時(shí)可以忽略。煙氣的質(zhì)量生成率可以估算為煙層下方整個(gè)羽流的空氣卷吸量。
四、防排煙工程設(shè)計(jì)方法分析
1、國外工程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀。消防安全設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是保護(hù)人員生命和財(cái)產(chǎn)，而煙氣是建筑火災(zāi)中造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的主要原因。因此，防排煙工程設(shè)計(jì)是建筑消防安全的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)消防安全目的重要工程技術(shù)方法。世界各國從20世紀(jì)末相繼開展了相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)方面的研究工作，并陸續(xù)發(fā)布了一系列煙氣與熱排放方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和指南。
2、國內(nèi)工程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀。在我國，建筑的防排煙設(shè)計(jì)在20世紀(jì)80年代年代成為通風(fēng)工程的一個(gè)分支而問世，也可稱為建筑物發(fā)生火災(zāi)條件下的通風(fēng)工程，即防排煙工程⋯。我國的現(xiàn)代消防、工程起步較晚，防排煙工程更是剛剛起步。目前，我國尚沒有一套較完善、科學(xué)的法規(guī)來管理煙氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用。在建筑防排煙工程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)人員主要依據(jù)消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的相關(guān)條文，這些規(guī)范主要是參照早期世界上發(fā)達(dá)國家的消防技術(shù)規(guī)范并吸收一定的實(shí)驗(yàn)成果，結(jié)合我國的具體國情制定出來的。
3、自然排煙方式。自然排煙和機(jī)械排煙是控制煙氣下降的常用方法，與機(jī)械排煙相比自然排煙具有無需大的動(dòng)力設(shè)備、運(yùn)行維修費(fèi)用少、平時(shí)可兼作換氣用等優(yōu)點(diǎn)。大空間建筑中的高大空間具有較強(qiáng)的蓄煙功能；且大空間建筑通常頂棚或側(cè)墻設(shè)置大面積采光或通風(fēng)帶，可與自然排煙結(jié)合使用。采用自然排煙時(shí)，煙氣和周圍空氣之間的溫差、排煙口和進(jìn)風(fēng)口之間的高差、室外風(fēng)力和風(fēng)向以及高層建筑熱風(fēng)壓作用等都會(huì)對(duì)自然排煙的效果產(chǎn)生影響。自然排煙口可以采用屋頂排煙口或高側(cè)窗的形式。如果采用高側(cè)窗的形式，當(dāng)建筑物的排煙口設(shè)在迎風(fēng)面時(shí)，其排煙量在室外風(fēng)的作用下會(huì)發(fā)生變化；當(dāng)室外風(fēng)的作用力小于煙氣的浮升力時(shí)，則排煙量減少；當(dāng)室外風(fēng)的作用力等于煙氣的浮升力時(shí)，則不會(huì)有煙氣排出；當(dāng)室外風(fēng)的作用力大于煙氣的浮升力時(shí)，則室外風(fēng)會(huì)通過排煙口進(jìn)入建筑內(nèi)從而加劇煙氣在建筑內(nèi)的流動(dòng)。導(dǎo)致自然排煙的失敗一・。自然排煙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，也比較經(jīng)濟(jì)，在頂棚能夠開設(shè)排煙口的建筑，其自然排煙效果好。但受環(huán)境條件(如室外風(fēng)速、風(fēng)向、建筑物所在地區(qū)的氣候特點(diǎn)等)和建筑本身密閉性的影響較大。自然排煙口必須具有足夠大的面積。同時(shí)，相比機(jī)械排煙自然排煙是一個(gè)比較緩慢的過程，當(dāng)室內(nèi)火源仍然存在時(shí)，單純依靠自然排煙是無法達(dá)到徹底排除煙氣的。另外，自然排煙口的開啟需要掌握一定的時(shí)機(jī)，這些通風(fēng)口在平時(shí)是關(guān)閉的，如何處理好它們?cè)诰o急情況下的開啟，也需要解決一些相應(yīng)的控制技術(shù)問題。
五、大空間建筑防排煙設(shè)施設(shè)計(jì)須注意的幾個(gè)問題
1、防排煙分區(qū)分割設(shè)施的選擇。常用的防煙分區(qū)分割設(shè)施有防煙垂壁、擋煙梁、防煙隔墻和防煙門。由以上分析可知大空間建筑不宜硬性分割，防煙隔墻和防煙門的阻煙效果明顯優(yōu)于防煙垂壁和擋煙梁，但火災(zāi)時(shí)人員的水平疏散路線與煙氣的水平擴(kuò)散路線大體上是一致的，在走道上設(shè)置防煙隔墻和防煙門，對(duì)阻煙是有利的，而對(duì)疏散則是非常不力的。大空間建筑對(duì)疏散的要求非常高，因而大空間建筑的走道防煙區(qū)段的劃分首先考慮采用防煙垂壁和擋煙梁。防煙垂壁和擋煙梁的下端一般距頂棚要在0.5m以上。對(duì)于大空間建筑內(nèi)較長(zhǎng)的走道(超過30m)，可將其劃分為若干防煙分區(qū)，區(qū)段之間設(shè)置阻煙設(shè)施，一定程度上可延緩煙氣的蔓延和擴(kuò)散，也宜用防煙垂壁和擋煙梁�？紤]到大空間建筑對(duì)疏散的高要求，氣幕阻煙也是一種十分有效的防煙方式。氣幕阻煙既能阻止火災(zāi)煙氣侵入非火災(zāi)區(qū)域或疏散通道，提高這些區(qū)域的安全系數(shù)；又允許受災(zāi)人員和救援人員暢通無阻地進(jìn)出這些區(qū)域。
2、正壓送風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)量�；馂�(zāi)發(fā)生后，由于煙囪效應(yīng)的作用，火災(zāi)煙氣極易進(jìn)人大空間建筑內(nèi)的樓梯間、電梯豎井，而樓梯、消防電梯是人員疏散到安全地點(diǎn)最主要的場(chǎng)所和通道。利用正壓送風(fēng)風(fēng)機(jī)向樓梯間及前室、消防電梯前室，送入新鮮空氣，使樓梯間及前室、消防電梯前室保持一定的正壓，使火災(zāi)煙氣難以進(jìn)入其中，從而起到防煙的作用。根據(jù)火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)和中國人的生理特性，前室與走道之間的壓差宜設(shè)置在25Pa，前室與樓梯間之間的壓差也設(shè)置在25Pa，即前室氣壓為25Pa，樓梯間氣壓為50Pa。
3、大空間內(nèi)夾層等密閉房間排煙的同時(shí)應(yīng)補(bǔ)風(fēng)。對(duì)于不能自然排煙的房間，應(yīng)設(shè)置機(jī)械排煙。大空間建筑內(nèi)夾層房間一般不設(shè)窗戶，密閉性較好，機(jī)械排煙機(jī)工作后，外界空氣不能及時(shí)補(bǔ)充到這類房間，其氣壓迅速下降，加之火災(zāi)時(shí)消耗空氣中的氧氣，不利于房間內(nèi)人員生存。房間內(nèi)氣壓迅速下降后小于室外氣壓，外向開啟的安全門不易被打開，也對(duì)房間內(nèi)人員安全構(gòu)成威脅。對(duì)于大空間夾層房間在設(shè)置機(jī)械排煙的同時(shí)要設(shè)置補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。在火災(zāi)初期同時(shí)開啟機(jī)械排煙風(fēng)機(jī)和補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)，確認(rèn)房間內(nèi)人員疏散完畢后，關(guān)閉補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)而機(jī)械排煙風(fēng)機(jī)繼續(xù)工作。此外補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)還可用于平時(shí)改善大空間建筑密閉房間空氣質(zhì)量和災(zāi)后迅速恢復(fù)空間空氣環(huán)境。
六、防排煙設(shè)計(jì)需要考慮的幾個(gè)要點(diǎn)
1、煙層高度�；馂�(zāi)中，羽流卷吸周圍空氣，熱浮力作用帶動(dòng)煙氣上升，到達(dá)頂棚后開始水平擴(kuò)散形成煙層，碰到墻壁或擋煙垂壁后，煙氣開始下降。隨著煙氣的連續(xù)供應(yīng)，煙層開始下降，致使煙層厚度增加。如果沒有排煙，由于羽流連續(xù)向煙層供應(yīng)煙氣，煙層會(huì)不斷下降，同時(shí)溫度升高。因此，有效的排煙系統(tǒng)應(yīng)該能夠在維持煙氣層化的前提下，通過持續(xù)排煙，將煙層保持在一定高度之上，同時(shí)延緩煙層內(nèi)的溫升。
2、煙層溫度。如果沒有排煙，煙層溫度是隨時(shí)間變化的。如果排煙設(shè)備運(yùn)作，煙層不變，可以得到理想化的恒定煙層溫度。計(jì)算火災(zāi)過程中煙層的溫度變化對(duì)于研究火場(chǎng)環(huán)境是非常重要的。
3、煙氣毒性。火災(zāi)煙氣的毒性主要是由少數(shù)幾種氣體決定的，這些氣體的作用可能會(huì)相互增強(qiáng)，也可能會(huì)相互抵消。目前還沒有一個(gè)公認(rèn)的計(jì)算火災(zāi)釋放的毒性或刺激性氣體濃度的方法或極限濃度值。在大多數(shù)火災(zāi)中，只要保證最低能見度，基本上有害氣體濃度可以維持在疏散人員可忍受的極限之內(nèi)。
七、結(jié)束語
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的飛速發(fā)展，一些跨度大、功能多的大空問建筑不斷涌現(xiàn)，例如大型商場(chǎng)、體商場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)航站樓、影劇院、會(huì)展中心等。這些建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，其火災(zāi)特性與普通建筑火災(zāi)有著很大的差異。主要表現(xiàn)為大空間建筑人員密集、可燃物多、火災(zāi)荷載大，其內(nèi)部難以設(shè)置防火防煙分隔設(shè)施，火災(zāi)中產(chǎn)生的大量有毒高溫?zé)煔怆y以排出，極易造成群死群傷和大面積火災(zāi)。因此，對(duì)大空聞建筑防排煙設(shè)計(jì)的探討與研究具有十分重要的意義。
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