淺談超高層建筑內的煙囪效應與電梯安全

李以建

【摘 要】煙囪效應是指由于建筑內外空氣的溫度不同而引起的建筑物內空氣沿垂直方向的空氣流動現象。電梯的安全運行常受到環境因素的影響， 而電梯井道是煙囪效應的主要流動通道之一。煙囪效應的強度與多種因素有關，當超高層建筑內部產生的煙囪效應過于強烈，可能會對電梯的安全運行造成影響，從而引發電梯的安全隱患。因此，在超高層建筑設計和電梯安裝和維護中，均應該考慮煙囪效應可能導致的安全風險，及早采取措施削弱煙囪效應產生的安全隱患，保障電梯運行安全。

【關鍵詞】超高層建筑；煙囪效應；電梯；隱患排除

0 引言

隨著中國城市化進程的穩步推進，城市化水平的穩步提升，高樓大廈在中國的土地上也是隨處可見，隨之而來的是電梯的迅速普及，人們的生活和工作已經離不開電梯。電梯因其安全、便利和高效，使其成為解決高層建筑人流和物流垂直輸送的主要途徑。在超高層建筑中，電梯井道常常貫通整棟大樓，這就提供了高樓煙囪效應的主要通道。高速運動的空氣進出電梯井道以及空氣在電梯井道內的運動都可能影響電梯的安全運行。

1 背景

超高層建筑在我國《民用建筑設計通則》 GB50352—2005中規定，建筑高度超過100米時，不論住宅及公共建筑均為超高層建筑。超高層建筑的內部一般都會設置樓梯間、 送排 風道、排煙道、電梯井等豎井，當室內溫度高于室外時，室內空氣由于密度小，便可以沿著這些垂直通道自然上升，通過頂層的門窗縫隙以及各種孔洞滲出，室外空氣由于密度大，由底層滲入補充，這就形成煙囪效應。

煙囪效應是由于室內外溫差而引起的。當室內的溫度高于室外的溫度時，室外的冷空氣經建筑下部門窗縫隙或其他開口流入室內時，冷空氣在室內被加熱后，溫度升高、密度減小、向上流動，經由建筑的樓梯井、電梯井、弱電井、管道井等各種井道，到達建筑上部的樓層，然后由上部樓層的縫隙、孔口排出。這樣，在室外侵入的冷空氣不斷的推動下，高層建筑就起到像煙囪一樣的作用。

可以看出，煙囪效應產生的原因是，由于室內外空氣存在溫差，導致密度差，室外空氣密度大于室內，室外空氣從建筑下部的孔口源源不斷地流入室內，經由建筑物下部樓層最便捷的路徑（如地下車庫、建筑底層大廳以及下部各樓層的門窗和開口）進入電梯井道內，并形成井道內快速上升的氣流，再經由建筑物上部開口（如井道通風口，各樓層門窗以及機房）排出。煙囪效應的強度與煙囪的高度、戶內及戶外溫度差距以及戶內外空氣流通的程度有關。在相同的建筑高度下，室內外的溫差越大，或在相同的室內外溫差下，建筑高度越高，推動力也越大，產生的煙囪效應就會越嚴重。

2 煙囪效應可能產生的電梯安全隱患

（1）井道內外的空氣通過層門縫隙時產生振動，造成噪音，井道的煙囪效應使空氣在端站可能達到的流通速度最大，因此在端站門產生的噪聲的機會也更大；同時煙囪效應空氣與井道內運動部件（如轎廂，對重）的周圍也可能產生空氣動力學噪聲；

（2）與一般門相比，電梯門對壓差的作用更加敏感，由于電梯的前室一般為開敞式，缺少前室門對風壓的阻隔，使電梯門承受較大的風壓，若作用在電梯門兩側的壓差過大，將使電梯門的運行出現卡阻，引起電梯門出現開閉故障，導致電梯無法正常運行，并造成豎直交通堵塞及人員被困電梯內的安全事故。

（3）當建筑物內發生火災時，煙囪效應會將濃煙或火苗抽入井道內，造成火災危情的擴散；

（4）井道內的煙囪效應氣體與電梯轎廂或對重相向運動時產生較大的空氣阻力，能量的損耗較大；

（5）當高速氣流與電梯相向運動時，可在電梯轎廂上下產生較為嚴重的亂流，導致轎廂運行的舒適感降低甚至出現搖晃。

3 隱患排除的措施

（1）盡量避免建筑物底部樓層（如大堂、車庫）電梯口直接連通外部空間，應在電梯口與外部空間設置隔障或設置帶門的候梯空間，以阻隔空氣的流動。建筑大堂的入口處需要采用三扇以上的自動旋轉門，或者至少雙重的 自動門（確保其中一重自動門打開時，另一重自動門是關閉的），防止室內外空氣的直接對流交換；尤其防止電梯大堂直接與外部直接開放連通。

（2）在GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》的5.2.3 井道的通風中要求：“井道應適當通風，井道不能用于非電梯用房的通風。注：在沒有相關的規范或標準情況下，建議井道頂部的通風口面積至少為井道截面積的1%。”

井道的通風口可以直接連通室外，也可以通過機房或者滑輪間連通室外。在超高層建筑的電梯井道中，通風口的設置應盡量避免直接連通室外，可考慮經由機房或滑輪間做適當緩沖再與室外連通。

（3）可在超高層建筑中間層附近分割電梯運行區段，建筑內電梯分為低層區段電梯高層區段電梯，并在中間層附近設置換乘空間，如此，可將電梯分別裝設在不同井道，降低了“煙囪”的高度，防止煙囪效應直接貫通建筑（注：此方案需考慮對重下方可進人空間的防護）；若井道必需要貫通整個建筑時，應避免將機房設置于頂層平臺上，使機房直接與室外連通，可將機房設置于最高層，使機房與室外之間增加緩沖空間；

（4）在標準范圍內增加層門與轎門地坎之間的間距，增加空氣流通截面，防止因空氣流通截面突然變小而使通過轎門和層門之間的空氣流通速度加快，從而阻礙電梯門的正常運行。采用可控制門機關閉力矩的門機，并配合增加額外的關門重塊來保證電梯門的正常關閉。

（5）避免火災時濃煙進入井道，最好在井道各入口處加入煙霧過濾器。

（6）可考慮各層門加入門封條，避免空氣從縫隙處滲出引起噪音（此方式產生的費用較高）。

4 結語

電梯安全關乎人民群眾生命財產安全，不得有絲毫麻痹大意。電梯的使用環境對于電梯安全至關重要，因而在實際的設計使用過程中，在滿足國家標準和檢驗規則中的要求的同時，還應結合現場實際情況采取相對應的防護措施，以降低故障出現的可能。煙囪效應對于電梯安全的影響雖然不可避免，但如果設計和使用過程中能夠采取具有針對性的防護措施，則煙囪效應的影響是完全可以被控制的。所以，在建筑設計與電梯的設計制造上都應當將煙囪效應的影響納入考慮的范圍，真正做到防范于未然，保障電梯安全、舒適、高效的運行，這對城市的發展將大有裨益。

【參考文獻】

[1]民用建筑設計通則 GB50352—2005[M].中國建筑工業出版社.

[2]電梯制造與安裝安全規范 GB7588-2003[M].中國標準出版社.

[3]電梯安裝驗收規范 GB/T10060-2011[M].中國標準出版社.

[4]電梯技術條件 GB/T10058-2009[M].中國標準出版社.

[責任編輯：楊玉潔]