对《高层民用建筑设计防火规范》中防排烟有关问题的探讨

发布时间：2008年09月02日
作者：佚名
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[摘要] 　作者通过对《高规》中防排烟问题有关条文的理解、分析,提出并论述了防排烟设施设置的新观点、新方法及相应解决措施。
[关键词] 　防烟　排烟　咽喉要道　抑制　控制　火势蔓延
　　《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称《高规》) 是为了防止和减少高层民用建筑(以下简称高层建筑) 火灾的危害、保护人身和财产的安全而制定的,在《高规》第1. 0. 2 条中已明确规定:“高层建筑的防火设计,必须遵循‘预防为主,消防结合’的消防工作方针,针对高层建筑发生火灾的特点,立足自防自救,采用可靠的防火措施,做到安全适用、技术先进、经济合理”。这就是说,在高层建筑设计中,必须遵守国家的有关方针、政策和“预防为主,消防结合”的方针,针对高层建筑的火灾特点,从全局出发,结合实际情况,积极采用可靠的防火措施,保障消防安全。
但是,在《高规》中有关防排问题的一些条文规定,条文解释出现与《高规》第1. 0. 2 条规定似有矛盾及含糊不清之处,故笔者从以下三个方面谈谈对《高规》中有关规定的理解与看法:
1 　防烟楼梯间前室、消防电梯间前室和合用前室,是堵截烟气蔓延的咽喉要道,只应在该前室和合用前室设置机械防烟设施
为集中使用加压送风,本文所讨论的前室和合用前室的加压送风口为常闭型。
1. 1 　安全可靠,从根本上避免了烟气窜入防烟楼梯间及消防电梯井内的隐患
当高层建筑发生火灾时,防烟楼梯间是高层建筑内部人员唯一的垂直疏散通道,消防电梯是消防人员进行扑救的主要垂直运输工具。为了疏散和扑救的需要,必须确保在疏散和扑救过程中防烟楼梯间及消防电梯井内无烟。
如何才能确保在疏散和扑救过程中防烟楼梯间及消防电梯井内无烟呢? 烟气的流动是从着火点窜到内走道,再通过前室或合用前室方能窜到防烟楼梯间及消防电梯井内。也就是说,烟气要想窜入防烟楼梯间及消防电梯井内的必经之路是其前室及合用前室。只要在该前室和合用前室把好关口,就能确保在疏散和扑救过程中防烟楼梯间及消防电梯井内无烟。
如何才能把好该前室和合用前室不让烟气窜入防烟楼梯间及消防电梯井内这道关口呢? 这就只有在该前室和合用前室设置机械防烟设施最为安全可靠。
而《高规》第8. 2. 1 条与第8. 2. 3 条规定:“除建筑高度超过50 m的一类公共建筑和建筑高度超过100 m 的居住建筑外,靠外墙的防烟楼梯间及前室、消防电梯间前室和合用前室,宜采用自然排烟方式”、“防烟楼梯间前室或合用前室,利用敞开的阳台、凹廊或前室内有不同朝向的开启外窗自然排烟时,该楼梯间可不设防烟设施。”
因受室外风向、风速和建筑本身的密封性或热压作用的影响,自然排烟效果不太稳定。如遇火灾时,很难避免烟气通过该前室和合用前室、阳台及凹廊而不窜入防烟楼梯间或消防电梯井内。一旦自然排效果到影响,对整个建筑的人员将受到严重威胁,而且对消防队电进行扑救也带来了相当大的困难。而在防烟楼梯间前室、消防电梯间前室和合用前室(不论其前室、合用前室是否具备自然排烟条件) 设置机械防烟设施时,就能从根本上避免烟气窜入防烟楼梯间及消防电梯井内。因此笔者认为《高规》第8. 2. 1 条与第8. 2. 3 条规定欠妥当。
1. 2 　节省投资,避免了防烟楼梯间及其前室、合用前室均设机械防烟施或只防烟楼梯间设机械防烟设施时所造成的浪费
目前国内对不具备自然排烟条件的防烟楼梯间及其前室或合用前室进行加压送风的做法有三种:第一种,只对防烟楼梯间进行加压送风,其前室或合用前室不送风;第二种,防烟楼梯间及前室或合用前室分别设置两个独立的加压送风系统,进行加压送风;第三种,对防烟楼梯间设置一套加压送风系统的同时,又从该加压送风系统伸出一支管分别对其各层前室或合用前室进行加压送风。
上述三种方法均可行,但均存在风机风量大、投资高的弊病。因防烟楼梯间所相通的疏散口多,不仅要考虑首层疏散门的开启,还需考虑向屋顶疏散门的开启;不仅要考虑采光窗缝的漏风,还要考虑防烟楼梯间前室或合用前室门的漏风;不仅要考虑着火层人员疏散与扑救时防烟楼间前室门和合用前室门的开启,而且还要考虑其他层人员疏散时防烟楼梯间前室或合用前室门的开启。这样,在防烟楼梯间的加压送风量会很大,投资会很高。第二、第三种方法,其不仅有防烟楼梯间的送风,而且又增加了其前室或合用前室的送风,因此投资会更高。若只在其前室或合用前室设置加压送风时,其送风量大大减小,故可大量节省投资。
而《高规》第8. 3. 6 条中规定:“机械加压送风的防烟楼梯间和合用前室,宜分别独立设置送风系统, ”及《高规》第8. 3. 1 条中规定:“下列部位应设置独立的机械加压送风的防烟设施:8. 3. 1. 1 不具备自然排烟条件的防烟楼梯间、消防电梯间前室或合用前室。”这样,不利于节省投资。
1. 3 　可合理、集中使用加压送风
在前一个问题中所述的三种加压送风做法,其加压送风量均大量地消耗在与烟气无关的门洞及门窗缝的漏风上,只有少部分是真正用到了堵截烟气的流窜上。而且,当不同楼层的防烟楼梯间与其前室或合用前室之间的门以及其前室或合用前室与内走道之间的门同时开启或部分开启时、首层疏散门及屋顶疏散门的同时开启或部分开启时,气流风量分配与走向十分复杂,以致对防烟楼梯间及其前室或合用前室的风量控制是很难实现的。若只在其前室或合用前室设加压送风时,则可以合理、集中地使用加压送风。
1. 4 　可保证有效、合理、准确地计算加压送风量
对保证加压送风真正合理地起作用,则必须有效、合理、准确地计算加压送风量,而目前加压送风量的计算方法繁多,至今尚无统一。究其原因,主要在是《高规》编者在防排烟问题上的思路欠合理。而在此思路的引导下,出现了影响加压送风量计算复杂,且各种计算公式在研究加压送风量的计算时出发点不一致等因素。因而在工程设计中,往往存在着一定的差别,尤其是同一条件的工程,因选择不同的计算公式,其计算结果差别很大。还有的是某些计算公式缺乏系统、全面的介绍,特别是假设参数选择不当,也容易造成设计计算的错误。
上述原因使得当前在加压送风量的设计计算中存在着一定的盲目性和可变性,尤其是上下疏散门的开启个数及时间长短是根本无法准确确定的,这就带来计算风量与实际需要风量的可变性与不稳定性,从而发生很大的误差。为避免计算发生误差太大, 《高规》第8. 3. 2 条规定:“高层建筑防烟楼梯间及前室、合用前室和消防电梯间前室的加压送风量应由计算确定,或按表8. 3. 2 - 1 至表8. 3. 2 - 4 的规定确定。当计算值和本表不一致时,应按两者中较大值确定。”
有此规定比无此规定要好一些,只解决了保险问题,而未真正解决避免计算发生误差太大的问题,因较大值不一定是合理值,有时往往较大值与合理值会悬殊很大。此规定仍未从根本上解决合理、准确的计算问题,当只计算防烟楼梯间前室或合用前室的加压送风量时,其影响因素会准确地确定下来,从而能合理、有效、准确地计算加压送风量,避免了盲目性、可变性、误差太大等问题。
2 　抑制、减缓火势蔓延速度至关重要,综观全局,最大限度的降低火灾损失
高层建筑火势蔓延快,楼梯间、电梯井、管道井、风道、电缆井、排气道等竖井均像一座高耸的烟囱,成为火势迅速蔓延的途径。一旦起火,燃烧猛烈、容易蔓延。根据《高规》第1. 0. 2 条条文解释所述:“据测定,在火灾初起阶段,因空气对流,在水平方向造成的烟气扩散速度为0. 3 m/ s ;在火灾燃烧猛烈阶段,由于高温状态下的热对流而造成的水平方向烟气扩散速度为0. 5～3 m/ s ;烟气沿楼梯井或其他竖井扩散速度为3～4 m/ s”。
高层建筑火灾的扑救,要尽快地将火灾扑灭在初起阶段。这才能大大减小火灾对人员安全的威胁,使火灾造成的损失大大减小空气流动的快慢直接影响火势蔓延的快慢,而新风涌入的多少不仅影响空气流动的快慢,同时新风中的氧还直接影响火是着还是灭、是旺还是衰的问题。对于扑救火灾而言,最重要的莫过于失掉时间,赢得时间就等于赢得胜利,失掉时间就等于失掉胜利。这样,如何能想办法赢得时间就显得相当重要了。
新风的涌入,对火势起到了推波助浪的作用,会使火势蔓延加速,不利于抑制、减缓火势的蔓延,从而缩短了疏散与扑救的宝贵时间。而机械排烟与加压送风又不可避免地要使新风涌入,这对抑制火势相当不利,因此合理、有效地控制机械排烟量与加压送风量对保证人员安全疏散与扑救非常重要。如果机械排烟量与加压送风量过大,将加速火势蔓延,对人员疏散与扑救不利;如果机械排烟量与加压送风量过小,将直接影响人员的安全疏散与扑救。这就要求机械排烟量与加压送风量正确合理,达到既能保证人员安全疏散、又能在不影响人员安全疏散的同时赢得有利时间,在火势蔓延速度小的情况下尽快疏散与扑救,从而使火灾损失降低到最小。
而《高规》第8. 3. 2 条规定:“...机械加压送风量...。当计算值和本表不一致时,应按两者中较大值确定”。在《高规》第8. 4. 2 条中有这样的规定:“...应按每平方米面积不小于60 m3/ h 计算(单台风机最小排烟量不应小于7200 m3/h) ”、“ ...,应按最大防烟分区面积每平方米不小于120 m3/h 计算”等提法。这就给人们造成一个误导:“总认为机械排烟量与加压送风量愈大愈好。”其实不然,如果机械排烟量与加压送风量过大,反使火势蔓延速度加快;火势蔓延速度的加快,等于疏散有利时间减少,若疏导不当或慌乱而造成的人员伤亡的可能性就加大;同时又给扑救带来困难,因时间短扑救不当造成的财产损失就加大;反之,抑制、减缓火势的蔓延,会使人员作伤亡减小、财产损失减少。合理、正确地控制机械排烟量与加压送风量,才是既能有效保证人员的安全疏散,又能赢得有利时间对火灾进行扑救的万全之策,从而使人民生命财产的损失达到最小。
3 　正确、合理地计算及控制机械烟量与加压送风量
为避免计算工作中出现由盲目性、可变性而引起的误差太大,为避免机械排烟量与加压送风量不当而造成的损失,特提出机械排烟量与加压送风量的计算方法及控制措施的建议。
3. 1 　机械排烟量的计算
在同一防火分区内,设置机械排烟设施的走道、净高不超过6. 00 m的房间,是采用挡烟垂壁、隔墙或从顶棚下突出不小于0. 50 m 的梁划分防烟分区。这样,在同一防火分区内,由于受机械排烟的抽风、机械防烟的送风、火灾引起的空气对流、室外风速、建筑物热效应、人员疏散与扑救等因素影响,不可避免的造成空气流动。因此,在同一防火分区内,不可避免地要有烟气的流窜,这就很难有效保证把火灾限制在某一防烟分区内。因此,横向上在同一防火分区内,各防烟分区应以其面积乘以0m3/ h·m2 计算各自排烟量及排烟风口截面与支风管截面、并按风管所担负的各防烟分区面积顺次乘以60m3/ h·m2 计算该防火分区的排烟量及风管截面(假如按每平方米60m3/ h 计算排烟量的数据正确与合理时) ;在竖向上应按风道所担负的各防火分区之排烟量最大值作为系统总排烟量来选择计算排烟风机及风道。
这样,不仅合乎实际情况,而且有利于合理选择计算风口、风管及风机,从而避免了风量、风管、风道及风机选择计算的不合理。这可通过图1 与图2 的比较,显而易见地能够得以说明。
3. 2 　机械排烟量应“范围”,不应规定“不小于”
机械排烟量规定“范围”,既可及时排走烟气满足疏散与扑救需要,还可做到经济合理。而“不小于”这类的规定则会产生误导,致使人们形成愈大愈好的错觉,这不但使投资增高形成浪费,而且还会因排烟量过大引发新风涌入量过大而造成火势蔓延速度加快、火灾损失加重。
因此,机械排烟量的大小应规定“范围”,而不应规定“不小于”。为了慎重起见,机械排烟量的大小及上下限范围,应由公安消防研究部门认真研究测试后给出。
3. 3 　加压送风量的计算
在横向上,只考虑防烟楼梯间前室、消防电梯间前室和合用前室(不论其前室、合用前室是否具备自然排烟条件) 的加压送风量,计算时既要考虑前室或合用前室门缝的漏风。因其前室和合用前室门窗缝的漏风量比保证其前室门开启时其洞处风速所需风量小得很多,故无需进行保证其前室室或合用前室正压值的风量计算。又因其前室或合用前室门的开启是朝着防烟楼梯间方向,不存在其前室或合用前室正压过高而影响开门的问题,故余压阀可不设。
在竖向上,只考虑一个着火层的加压送风量,且取其大值选择计算送风机。这样既合理,又与机械排烟相互呼应。奇怪的是,由于《高规》中没有明确提示加压送风系统总风量如何计算,故不少人不分青红皂白一提加压送风就按着火层加上一层或着火层加上下两层来计算其前室或合用前室加压送风系统的送风量。这是很不妥当、很不负责的,因烟气来自着火层,且机械排烟是按着火层考虑排烟量计算的;实实在在地讲,有烟则排、无烟则不排、有烟则防、无烟则不防;故其前室或合用前室的加压送风量也应按着火层考虑计算。
3. 4 　准确、合理规定防烟楼梯间前室、消防电梯间前室或合用前室加压送风时其门洞断面的风速及范围
防烟楼梯间前室、消防电梯间前室或合用前室门洞断面风速在有关手册及有关资料中均有一些推荐值及范围,但数值不尽相同,而做为规范而言,仍应由公安消防部门认真研究测试后给出更为安全可靠。
3. 5 　采用变频技术控制,满足合理的机械排烟量与加压送风量
一个机械排烟系统或加压送风系统,由于受横向、竖向不同条件的影响,运行过程中各风口处的风速不可能就是计算风速。尤其是机械排烟系统在横向上,有的防烟分区大、有的防烟分区小;有的着火只在本防烟分区内有烟而未波及其它防烟分区,这时排烟风机工作后其排烟量很大,且只为这一着火的防烟分区服务,这样该防烟分区的排烟口风速必然很大;排烟口风速愈大即该防烟分区排烟量愈大,排烟量愈大即新风补充愈大,新风补充愈大即对抑制、减缓火势的蔓延就愈不利,火势蔓延愈快即对疏散与扑救愈不利,造成的火灾损失也就愈大。因此,正确合理地控制机械排烟量与加压送风量就显得相当重要了。
现在,我国的变频调速已是成熟技术,速度信号远传也已在不少行业广泛使用。因此,在机械排烟口与加压送风口处装一风速探测器,将速度信号远传给风机,然后通过速度控制变频调速至满足合理所需风量。
3. 6 　准确、合理规定机械排烟口及加压送风口的风速及范围
要想合理控制风口风速,首先应规定合理的机械排烟口与加压送风口的风速及范围。否则,合理控制风口风速就是一句空话,因此建议公安消防部门认真研究测试后给出。
4 　结束语
以上三方面的理解与看法,是笔者通过对《高规》的学习与工程设计所提出的一些体会,错误之处难免,敬请提出宝贵意见,以使《高规》在实施过程中更加完善。
参考文献
1 　高层民用建筑设计防火规范(GB50045 - 95)