回廊式中庭建筑煙氣控制方法研究

李　松

(西雙版納消防支隊，云南 西雙版納　666300)

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回廊式中庭建筑煙氣控制方法研究

李松

(西雙版納消防支隊，云南 西雙版納666300)

結合我國現行的消防規范要求，根據回廊式中庭建筑的結構及火災特點，探討了中庭煙氣控制的設計方法，提出了“中庭+相鄰區域”的煙氣控制模式，闡述了具體的防排煙措施，對中庭建筑的防排煙設計具有一定的參考意義。

回廊式中庭；煙氣控制；防排煙措施

0　引言

中庭是指短邊長度不小于6 m(半徑不小于6 m)，橫截面積不小于100 m2，且其共享層數不少于3層的帶有頂蓋的室內庭院。設有中庭的建筑稱為中庭建筑。中庭以建筑物內部空間為核心，綜合多種功能的空間而形成的體積很大的空間，它通常貫穿多個樓層，并與各樓層相通[1]。中庭式建筑具有采光、通風、節能、布置室內景觀等多種功能以及寬敞的視覺空間、明亮的內部環境、濃厚的文化氛圍等顯著特點，因而受到國內外建筑師的推崇，并不斷涌現在我國的各類標志性建筑物中,并在我國現代建筑中占有相當的比例[2]。

根據中庭與其室內建筑的關系及圍封的形式，從建筑防火、防煙的角度，可將中庭建筑劃分為4種形式：長廊式、回廊式、隔離式和互通式[3]。其中回廊式中庭是較為常見的形式，該中庭通過回廊與周圍建筑物的使用區域發生空間上的聯系(見圖1)，回廊在中庭建筑中處于十分敏感的區域，是防煙防火的重點部位。由于回廊式中庭建筑內中庭與各層直接相連形成共享空間，一旦發生火災，高溫有毒煙氣就有可能通過中庭及回廊進入到建筑物各個樓層，對中庭周圍區域的消防安全會產生較大影響。

中庭建筑火災危險性較大，并具有煙氣擴散速度快、初期探測難度大、安全疏散困難等特點，對傳統的建筑消防安全設計和煙氣控制方法提出了很大的挑戰。目前，中庭煙氣控制主要是采用自然排煙和機械排煙兩種方法，根據建筑實際情況也可采用火災模擬方法計算排煙量。機械排煙又可分為兩大類，即集中式和分散式。本文根據回廊式中庭的具體特點，提出了“中庭+相鄰區域”的煙氣控制方法，該方法對于保證人員安全疏散和滅火救援具有現實意義。

圖1　回廊式中庭

1　回廊式中庭排煙體積計算方法

中庭排煙體積是計算中庭排煙量的重要依據。回廊式中庭由于其走廊與周圍建筑物的使用區域在空間上的緊密相連，因此，根據中庭與周圍區域的防火分隔情況，中庭排煙體積的計算方法可分為4種(見表1)。

表1　回廊式中庭的防煙面積與排煙體積

2　回廊式中庭排煙量的計算方法

2.1換氣次數法[4]

我國現行的《建筑設計防火規范》(GB 50016—2014)中明確規定中庭應設置排煙設施。中庭排煙可根據建筑物具體情況，采用自然排煙和機械排煙兩種方式，當中庭的凈空高度超過12 m時，應采用機械排煙的方式，機械排煙量的計算方法應采用換氣次數法。中庭體積是中庭排煙依據，規范對中庭機械排煙計算風量的規定如下：當中庭體積不大于17 000 m3時，其排煙量按其體積的6次·h-1換氣計算；當中庭體積大于17 000 m3時，其排煙量按其體積的4次·h-1換氣計算，但最小排煙量應不小于102 000 m3·h-1。計算公式如下：

(1)

式中，L——排煙量，m3；

V——中庭排煙體積，m3；

n——換氣次數。

2.2面積法

當中庭的凈空高度小于12 m時，可采用自然排煙方式排煙，其排煙計算方法采用面積法。按照我國現行規范要求，中庭開啟天窗或高側窗的凈面積不應小于中庭地面面積的5%。

2.3火情計算法[5]

對于不能使用面積法和換氣次數法計算排煙量的中庭建筑，可利用火情計算法設定中庭建筑的火災模型來計算排煙量。計算出的中庭排煙量，在考慮建筑成本的同時更應考慮排煙效率以及減少火災危險性等因素，在進行中庭排煙量的計算時應采用排煙量較大的數值。例如在中庭建筑起火后，建筑設計的排煙量如小于建筑實際產生的煙氣量，在短時間內不能及時有效地排煙，那么火災煙氣將迅速蔓延至整個中庭空間，對建筑安全產生巨大危險。所以，計算出的排煙量必須滿足大于或等于煙氣體積生成率，才能達到安全要求。由于受到實際建筑工程中諸多不穩定因素的影響，所以計算排煙量時應根據建筑實際情況適當增大。計算公式如下：

(2)

(3)

(4)

式中，M——煙氣質量流量，kg·s-1；

P——火災周長，m；

Y——煙層底高，m；

θ——煙氣與周圍環境溫差，℃；

V——煙氣體積流量，m3·s-1；

Q——熱釋放量，MW(kW)；

T0——環境溫度，K；

P0——環境空氣密度，kg·m-3。

3　回廊式中庭的煙氣控制方法

3.1回廊式中庭煙氣控制的總體目標

根據大空間的研究情況，大空間煙氣控制系統的目標主要有兩個：(1)將煙氣層控制在大空間上部的儲煙倉內；(2)防止煙氣從大空間向鄰室區域蔓延，這樣才能保證中庭內人員的安全疏散。回廊式中庭是大空間建筑的特殊形式，其特殊結構決定了在火災情況下，豎向共享空間對于其周圍區域的影響將大于其他類型的中庭。因此，回廊式中庭相比于其他幾類中庭建筑其防火防煙的要求則更高。在回廊式中庭的消防安全設計中，應充分利用回廊這個重要的區域，在中庭與其相鄰區域之間形成一道消防安全屏障，使回廊成為中庭建筑火焰蔓延和煙氣擴散的“緩沖區”。但是，如果回廊的防火墻分隔不合理或用于防火分隔的防火卷簾耐火極限達不到防火要求，那么在火災情況下，就可能造成煙氣和火焰蔓延到整個建筑空間。同時回廊也將失去其作為重要疏散通道的作用，以至于影響消防官兵展開滅火戰斗行動。

3.2回廊式中庭排煙措施

根據回廊式中庭的建筑特點和總體煙氣控制目標，可把回廊式中庭的煙氣控制分為中庭和相鄰區域兩部分。

3.2.1中庭排煙措施

3.2.1.1填充排煙法

當火災發生在中庭地面上時(見圖2)，煙氣會直接向中庭上部空間擴散，那么對該種煙氣的控制方法主要是利用中庭對煙氣的容納能力，在保證安全的條件允許煙氣充滿中庭上部空間，在煙氣填充過程中建筑室內人員同時疏散。設置在中庭的排煙機或者自然排煙窗必須保證能排除空間內的煙氣，并能控制煙氣層累積厚度，保證煙層在中庭空間高度8 m之上。設置的排煙機或自然排煙窗要能以足夠的速率排除空間內所聚集的煙氣，延遲煙氣填充的時間以保證人員疏散的安全。同時，回廊內的排煙系統應能及時開啟，并有效排除回廊區域的煙氣，以保證回廊、前室及樓梯間等疏散通道的安全。這種排煙方式適用于中庭空間的凈空高度較高、體積空間較大、地面燃料荷載較小的情況，并且要求煙氣充滿中庭的時間遠遠大于人員疏散完畢所需要的時間，以滿足建筑室內人員有足夠的時間逃生。

圖2　填充排煙方式

3.2.1.2直接排煙法

當火災發生在中庭地面上時，也可采用直接排煙法，即置換排煙法。這種排煙方法的具體措施是在中庭頂部設置機械排煙系統，通過設計計算排煙量，使通過排煙系統所擔負的排煙量大于或等于火災生成的煙氣流量，以達到有效排煙。火災產生的煙氣，會在中庭的頂棚形成煙氣層，在煙氣層的下方形成凈空氣層，由于要從中庭頂部排出煙氣，所以中庭空間所聚集煙氣層的底部高度必須滿足安全疏散的要求。另外，置換排煙法所采取的排煙量應考慮延遲煙層的沉降。置換排煙法的顯著特點是在疏散階段將蔓延到中庭的煙氣稀釋到可接受的濃度，也可稱其為置換稀釋排煙法。這種排煙方式適用于中庭凈空高度較低、建筑空間體積較小的情況。

3.2.1.3混合排煙法

當中庭上部空間較小，火災發生在中庭地面上(見圖3)，直接利用自然排煙方式或設置機械排煙不能滿足消防安全要求時，可采用中庭+回廊混合排煙法，即分別在中庭和回廊設置排煙設施，中庭與回廊之間采用擋煙垂壁、防火卷簾等防煙構件分隔。這種排煙方法可以最大限度的排除中庭和蔓延到回廊的煙氣，既可以保證中庭人員疏散的安全，也可以保證回廊及回廊周圍房間的安全。

圖3　混合排煙方式

3.2.2中庭相鄰區域排煙措施

當火災發生在與中庭相鄰的區域時，其煙氣控制的主要任務是：(1)排除任何進入中庭空間的煙氣，限制煙氣的累積或延遲煙氣向中庭空間蔓延；(2)用反向氣法阻止煙氣進入中庭空間[3]。排煙措施可采用回廊排煙法和著火房間排煙法兩種方式。

3.2.2.1回廊排煙法

相比于中庭空間，其周圍的相鄰區域即房間更易發生火災，且火災生成的高溫有毒煙氣很難在短時間控制在著火房間內。煙氣一旦從著火房間涌出，則很快會通過中庭向四周擴散。由于回廊作為中庭與相鄰房間的過渡區，在建筑防火中可起到重要緩沖作用，那么就要充分利用好回廊與中庭及相鄰房間的防火分隔措施。在中庭各樓層的回廊邊緣可設置固定式擋煙垂壁，也可設置與感煙探測器聯動的活動擋煙垂壁或防火卷簾及水幕分隔。回廊與相鄰防火區域之間應設有防火墻或防火卷簾。當發生火災時，相鄰區域室內排煙設施應與回廊內的排煙系統同時開啟。回廊式中庭一般可設置集中排煙系統進行排煙，排煙機和排煙口由消防控制室集中控制，并與火災聯動系統聯動。當著火房間或相連回廊的排煙系統不能阻止煙氣向中庭擴散時，就需要開啟中庭的排煙系統來排除進入中庭的煙氣(見圖4)。這樣既可以保證作為疏散通道的回廊安全性，又可以有效防止煙氣進入中庭空間。在日常情況下，也可利用機械排煙系統排煙風機對中庭空間及回廊進行通風換氣，提高建筑室內環境的舒適性。

圖4　回廊排煙方式

3.2.2.2著火房間排煙法

當中庭相鄰的房間發生火災時，可利用回廊與中庭之間的擋煙垂壁或者防火卷簾等防排煙設施在回廊內形成儲煙倉，將火災產生的絕大部分煙氣通過著火房間內的排煙設施迅速排除(見圖5)。蔓延到回廊的煙氣通過回廊內排煙設施排除，阻止煙氣進入中庭空間。

圖5　著火房間排煙方式

3.3排煙系統的補風問題

通常對中庭建筑的煙氣控制，除了進行防煙設計和排煙設計外，還必須考慮中庭的補風問題。當中庭建筑下部的對外開口較少時，排煙效果將大打折扣。中庭建筑的補風量應不小于總排煙量的50%，以替換被排至室外的煙氣。補風的形式可以采用自然補風方式，如果建筑下部開口面積有限，也可以考慮設置機械補風。補風系統通過補風部位的風速須小于5 m·s-1，以避免對通過補風部位疏散人員造成傷害[4]。在設置中庭補風時應注意，一是補風口應設于建筑物下部，補充的進風口必須低于煙層高度；二是中庭排煙時應采用相鄰防煙分區補風，若條件不允許，也可同一防煙分區補風，但補風口應遠離排煙口，如二者為水平設置時，水平距離不應小于10 m，垂直設置時高差應不小于3 m。另外，排煙區域所需的補風系統應與排煙系統聯動開啟。

4　結論

大空間建筑的煙氣控制問題一直是消防界研究的熱點。中庭建筑作為大空間建筑的典型代表，對于中庭式建筑采用回廊與中庭共同機械排煙的方式能夠較好地控制火災煙氣在建筑內的蔓延，并保證建筑物內人員的安全疏散及消防戰斗行動的順利展開。本文對回廊式中庭建筑煙氣控制的原理進行了歸納總結，針對中庭的著火類型提出了“中庭+相鄰區域”的煙氣控制模式，并分析研究合理可行的防排煙措施，對中庭建筑防排煙設計提供設計思路。

[1] 劉勇，付祥釗，謝斌．對不同類型中庭建筑防排煙措施的探討[J]．制冷與空調，2002，(2)：11-14．

[2] 呂勝良，呂磊．中庭建筑防排煙設計探討[J]．安防科技，2006，(8)：25-28．

[3] 裴蓓，程遠平，李曉麗，等．中庭建筑煙氣控制分析及其防排煙措施探討[J]．消防技術與產品信息，2006，(10)：26-29．

[4] 楊焱，路世昌，智會強，等．中庭煙氣流動規律及防排煙系統的研究[J]．安全，2006，(5)：11-15．

[5] 杜紅.防排煙技術[M].北京:中國人民公安人學出版社，2014.

(責任編輯、校對馬龍)

A Study on the Smoke Control of a Cloister Style Courtyard Building

LI Song

(XishuangbannaMunicipalFireBrigade,YunnanProvince666300,China)

Combined with China's current fire code requirements, according to the characteristics of a cloister style courtyard building, the design method of atrium smoke control is studied，the smoke control mode of the atrium and the adjacent areas. The paper offers some concrete measures to prevent atrium smoke spread. The smoke extraction design of an atrium building in this paper provides certain reference.

the cloister style courtyard building; smoke control; smoke preventing measures

2015-11-20

李松(1985—)，男，云南景東人，工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2016)02-0024-04