高層建筑消防電梯井煙氣蔓延探究

王翰華

（寧德消防，福建 寧德 352100）

1 高層建筑火災特點

高層建筑因功能復雜、樓層多、豎井多、人員密集等特點使得其火災危險性比普通建筑大，其主要表現在：

1.1 火災、煙氣蔓延影響因素多

高層建筑樓層高、豎井多，因此在發生火災時，受到的影響因素復雜，如豎井的煙囪效應、電梯轎廂活塞效應、外環境風力影響等，使得火災煙氣迅速從著火層蔓延至其他樓層。

1.2 功能復雜，起火因素多

很多高層建筑是集多種功能為一體，涉及商店、娛樂區、辦公間、設備間等，功能越多，起火因素越復雜，且高層建筑用電量大、裝修復雜，一旦因短路漏電等問題形成點火源，極易引發火災，造成巨大損失。

2 高層建筑內煙氣蔓延

煙氣由燃燒或熱解作用產生的氣體、懸浮顆粒和卷吸的空氣組成。有關調查表明，煙氣是火災中造成傷亡的最主要原因之一。煙氣對人體的危害性主要有毒性、減光性、恐怖性和高溫?；馂娜紵龝拇罅繜煔?，當環境中含氧量下降時人易因缺氧出現頭暈、四肢無力、呼吸急促等癥狀，嚴重時甚至使人窒息死亡，同時，不同的燃燒物在燃燒時會分解出不同的物質，若燃燒物在燃燒時產生有毒物質氰化物、甲醛等，或腐蝕性物質硫化氫、氯化氫等，或刺激性物質氯氣、氨等，被人體吸入后會發生不同程度的化學性中毒事故?；馂臒煔庵械臒熈Ｗ訉梢姽庥姓趽踝饔茫蟠蠼档土四芤娋嚯x，再加之若有刺激性氣體對眼睛的刺激作用，將嚴重影響人員辨識疏散標志、疏散路徑的能力，減慢疏散速度，增加了傷亡概率。人處于火災中，看到滾滾濃煙，聽到轟燃等造成的巨響，會產生強烈的恐懼感，失去理智，不知所措，易釀成踩踏、墜樓等事故。同時，隨著燃燒的進行，煙氣溫度迅速上升達到幾百度甚至上千度，嚴重超出人體忍受極限，造成灼傷事故。

3 高層建筑內煙氣流動驅動力

高層建筑高度高、豎井多、設施功能復雜等特點使得火災煙氣蔓延途徑多、蔓延速度快，若發生火災，煙氣將通過這些豎井迅速蔓延到其他樓層，對人員構成危害，造成嚴重的經濟損失。高層建筑消防電梯井內煙氣蔓延的特殊性給防火防煙帶來了困難與挑戰，在對電梯井加壓送風模擬和試驗研究前，分析煙氣運動規律具有重要的意義。煙氣流動的驅動力主要有浮力和膨脹力、煙囪效應、風的作用、通風系統的影響、電梯的活塞效應等。

3.1 浮力和膨脹力

對于高層建筑，著火房間產生的高溫煙氣使得該房間內的溫度高于周圍冷空氣的溫度，相鄰流體之間存在溫度梯度，便會出現密度梯度，密度小的高溫流體不斷上升流動，從房間內的上部開口處流出，同時冷空氣從下部開口處流入房間，即產生浮力效應。同時，煙氣的流動速度與溫度有關，溫度越高流動越快。煙氣因浮力作用不斷上升，在上升過程中會受到墻壁等維護結構的冷卻而有下沉趨勢，到達頂棚后轉向水平擴散，隨著火勢發展，煙氣量不斷增加，造成上部煙氣層增厚。當到達門窗等開口時，煙氣通過開啟的開口向其他區域擴散，若門窗等開口關閉，室內熱量大量積累，熱煙氣層厚度和溫度逐漸增加，達到一定臨界條件后易引起轟燃，導致門窗破裂，引起轟燃，煙氣將從破裂缺口擴散至其他區域。

3.2 煙囪效應

煙囪效應是在垂直的圍護結構中，由于氣流對流作用，促使煙塵和熱氣流向上流動的效應。是室內外溫差形成的熱壓及室內外風壓共同作用的結果，通常以前者為主，室內外溫差越大、建筑高度越高，煙囪效應越明顯。高層建筑中存在大量的豎直通道，如樓梯井、電梯井、電纜井、管道井等，在這些豎井內流動的氣體，其煙囪效應十分顯著。根據建筑物內外溫度的高低，主要分為正煙囪效應和逆煙窗效應，如在夏季，由于室內空調系統的運行使豎井內溫度低于周圍環境溫度，氣流通過中性層以上的開口流入，下部開口流出，豎井內氣流向下運動，將這種內部氣流下降的現象稱為逆煙囪效應，反之當建筑豎井內溫度高于周圍環境溫度，氣流通過中性層以下的開口流入，上部開口流出，豎井內氣流向上運動，將內部氣流下降的現象稱為逆煙囪效應。隨著火災的發生，煙氣溫度越高，在豎井蔓延煙囪效應越明顯，煙囪效應一方面加速了煙氣的擴散速度，使其快速蔓延至其他非著火區域，造成更嚴重的事故后果，一方面煙囪效應形成的氣流流動，使得外界空氣不斷進入，火源卷吸新鮮空氣將使得燃燒更加猛烈，加劇火勢的發展。

4 煙氣控制方法

有關研究表明，建筑火災中煙氣沿垂直方向的擴散速度比沿水平方向的流動度大得多，幾分鐘內煙氣就可擴散到幾十層的樓層中，從而對起火點之外向其他區域的人員構成危害。因此，為保護疏散通道的安全，為消防救援提供條件，應采取有效的方法控制煙氣。煙氣控制指的是所有可以單獨或組合起來使用以減輕或消除火災煙氣危害的方法。煙氣控制的途徑主要有兩條∶一是擋煙，二是排煙。擋煙是指用某些耐火性能好的物體或材料把煙氣阻擋在某些限定區域，不讓它流到可對人對物產生危害的地方。排煙是指使煙氣沿著對人和物沒有危害的渠道排到建筑外，從而消除煙氣的有害影響。煙氣控制方式主要有∶

4.1 非燃化防煙

從燃燒條件的三要素考慮，減少燃燒反應的發生概率，降低煙氣的產生量，比如可燃物遠離火源∶將可燃物與氧氣隔開，使之窒息缺氧而燃燒終止∶建筑物使用的建筑材料、室內裝飾、管道的保溫材料、日用家具等盡量采用不燃或難燃材料，從根本上杜絕煙源，若使用了可燃或易燃材料，可采用涂防火涂料、添加阻燃劑同時加入抑煙劑等方法達到消煙、阻燃的目的。

4.2 阻礙隔煙

在煙氣流動路徑上，設置各種阻礙，阻止煙氣的蔓延，將其阻止在限定區域內，削弱著火區煙氣對其他區域的影響。阻礙煙氣的措施有很多，比如利用具有一定耐火性能的墻壁、門窗等固定結構擋煙；采用擋煙垂壁、擋煙梁等擋煙構件對建筑進行防煙分區以達到擋煙目的；在有各種管道或設備穿越的樓板、墻壁空隙處采用封堵材料進行填塞以減少煙氣蔓延途徑。

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