大型集中排煙系統(tǒng)末端區(qū)域排煙效果不佳的根源及防治對策

摘 要：大型集中排煙系統(tǒng)末端區(qū)域排煙效果不佳的根源在于排煙風(fēng)機的吸程過小，吸氣范圍不大。防治對策：一是限制排煙系統(tǒng)的規(guī)模；二是采用“接力”方式排煙；三是采用中心匯集式排煙方式；四是研發(fā)強力排煙吸風(fēng)機。

關(guān)鍵詞：大型集中排煙系統(tǒng)；排煙效果；風(fēng)機吸程；零流量特性

Abstract：large on regional exhaust system at the end of exhaust smoke of the root cause is that the electron absorption， exhaust fan， suction range is not big. Countermeasures： one is to restrict the size of the exhaust system； The second is to use "relay" way to smoke； Three is to use center type smoke； Four is the research and development strength exhaust fan.

key words： a large concentration of exhaust system， smoke exhaust effect， suction fan， zero flow characteristic

近十年來筆者配合某市消防支隊參與了幾十項大型工程的消防施工圖審查和竣工驗收工作，在驗收大型商業(yè)、高層酒店和地下車庫等大型建筑安裝的大型集中排煙系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)末端區(qū)域排煙效果不佳，有些甚至一半以上區(qū)域排煙微弱或無煙排出，沒能達到防火規(guī)范所規(guī)定的排煙量。可經(jīng)設(shè)計圖紙復(fù)核、設(shè)備性能檢測和安裝質(zhì)量檢測均符合設(shè)計規(guī)范和驗收標準，使工程驗收組百思不得其解，雖拿出多項整改方案和措施，均收效甚微，給防排煙系統(tǒng)留下重大安全隱患。這些工程一旦發(fā)生火災(zāi)，這些排煙不佳的防煙分區(qū)和防火分區(qū)會威脅著人員安全疏散和消防及時撲救工作。

所謂大型集中排煙系統(tǒng)是指一臺排煙風(fēng)機擔(dān)負多個樓層、多個防煙分區(qū)或防火分區(qū)的排煙系統(tǒng)。例如大型商場把排煙風(fēng)機安裝在屋頂，通過集中排煙豎井把下方各層的排煙干管集中并聯(lián)起來的排煙系統(tǒng)。高層通廊式酒店、辦公、醫(yī)院、公寓等高層建筑過長或封閉式內(nèi)走廊的排煙也大多數(shù)把排煙風(fēng)機安裝在屋頂上的集中式排煙系統(tǒng)。還有大型地下車庫、地下商場、人防工程、大型超市等大型建筑一臺排煙風(fēng)機擔(dān)負著多個防煙分區(qū)和防火分區(qū)的集中排煙系統(tǒng)。這些集中式排煙系統(tǒng)按照防火規(guī)范所規(guī)定的排煙量、風(fēng)速、風(fēng)壓和布置要求進行設(shè)計和安裝，待安裝完畢后對系統(tǒng)運行效果進行檢測，在關(guān)閉其它排煙口的狀態(tài)下啟動排煙風(fēng)機分別檢測單個排煙口的風(fēng)速，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在距排煙風(fēng)機或集中排煙豎井由近及遠排煙口的風(fēng)速迅速下降，也就是排煙量迅速下降，在某一排煙口以外降為零，也就是無風(fēng)排出。在某大型四層商貿(mào)城的消防排煙系統(tǒng)驗收中，通過對各層的排煙口的排煙效果分別檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)最下層的衰減速度最快，最上層的衰減速度最慢，整個排煙系統(tǒng)以排煙風(fēng)機為中心由上層到下層出現(xiàn)了一個零流量曲線，零流量曲線以外的區(qū)域排煙口排煙量為零，零流量曲線以內(nèi)由遠及近排煙口的排煙量逐漸增大。同樣情形也發(fā)生在一座大型高層酒店各層封閉內(nèi)走廊消防排煙系統(tǒng)改造后的驗收檢測中和幾個大型地下車庫排煙系統(tǒng)驗收檢測中。對這種不佳的排煙效果所可能引起的原因，起初筆者對風(fēng)機的風(fēng)量、風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速、電機功率、風(fēng)機選型、電源缺相等可能影響排煙效果的原因都進行過懷疑和檢測，甚至更換過排煙風(fēng)機，結(jié)果都無濟于事。

為何會出現(xiàn)上述結(jié)果呢？在一次冬季晨練時筆者偶然發(fā)現(xiàn)一個很淺顯的生活常識：用嘴吹氣影響面前的空氣流動很遠，而用力吸氣只能影響面前很近的空氣流動。筆者又聯(lián)想到所學(xué)的《水泵與泵站》中所闡述的離心式水泵的工作特性，其吸水的高度也就是水泵的吸程僅有幾米，而其壓水的高度也就是水泵的壓程確很高、很遠，且水泵的吸程是個很穩(wěn)定的參數(shù)，不隨水泵壓程和流量的增大而增大，而且任何一臺離心式水泵無論其流量大小和揚程高低其距所抽取的水面都有一個比較固定的安裝高度，大約在3～6米左右，這在所有離心式水泵安裝說明書中都有明確規(guī)定。筆者又查閱了《風(fēng)機》等專著，與離心式水泵有相同工作原理的排煙用軸流式風(fēng)機和離心式風(fēng)機其吸程也是很小的，也是一個比較固定的參數(shù)，風(fēng)機的全壓多數(shù)被壓程所占據(jù)，因此當風(fēng)機用于送風(fēng)時可以把空氣輸送很遠，而用于排煙時所能給吸氣端提供的壓差很小，也就很難影響很遠處空氣流動，從而遠處的排煙風(fēng)口也就無煙排出。當打開距風(fēng)機近的風(fēng)口時會有大量空氣排出，隨著吸氣風(fēng)管的延長，風(fēng)管和關(guān)閉不嚴的風(fēng)口漏風(fēng)量的增加，在整個排煙系統(tǒng)會出現(xiàn)一個進風(fēng)、阻力、動力、排風(fēng)動態(tài)平衡系統(tǒng)，從而在排煙區(qū)域出現(xiàn)一條零流量曲線，零流量曲線以內(nèi)區(qū)域的排煙口的排煙量逐漸增大，而零流量曲線以外區(qū)域的排煙口則無煙可排。這種現(xiàn)象也同樣出現(xiàn)在離心式水泵工況中：當水泵安裝高度超過了離心式水泵所規(guī)定的吸程水泵就會出現(xiàn)空轉(zhuǎn)而抽不出水。水泵與風(fēng)機都存在零流量工況，這種零流量工況會出現(xiàn)在兩種極端工況下：一種是當壓程達到最大值時，這時的揚程最大，一般為最大工作效率時的1.3～1.5倍，另一種零流量工況出現(xiàn)在當吸程達到最大值時，這時的吸程也將是最大工作效率時的1.3～1.5倍。由于水泵與風(fēng)機的吸程很小，當吸入端的管線較長時就會很快出現(xiàn)零流量工況，而且這個零流量工況與當?shù)氐拇髿鈮毫τ嘘P(guān)，當?shù)氐拇髿鈮毫Υ笃湮叹透撸霈F(xiàn)零流量點就晚，反之出現(xiàn)的就早。而這種特性與水泵和風(fēng)機的大小和壓程的大小無關(guān)，與水泵和風(fēng)機的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。因此當排煙系統(tǒng)的規(guī)模一大就會出現(xiàn)零流量工況，尤其是當場所沒有補風(fēng)的情況下啟動排風(fēng)機后很快出現(xiàn)負壓現(xiàn)象，也就類似降低了現(xiàn)場的大氣壓力，也就很快出現(xiàn)零流量工況。由此看來利用普通排煙風(fēng)機要想抽吸遠處的煙氣在理論上是行不通的，從而也就解開了所有檢測過的大型集中排煙系統(tǒng)末端排煙效果都不佳的故障根源所在。

那么如何解決這種因普通排煙風(fēng)機的特性所導(dǎo)致的大型集中排煙系統(tǒng)排煙效果不佳呢？筆者曾協(xié)同某市消防支隊對某四層大型商貿(mào)城出現(xiàn)的排煙效果不佳的集中排煙系統(tǒng)進行了整改。首先對排煙效果最差的一層一個防火分區(qū)進行整改，整改的方案是在一層排煙豎井的入口處增設(shè)一臺與屋頂同型號的排煙風(fēng)機，采用與屋頂集中排煙風(fēng)機聯(lián)動方式。當同時打開上下兩臺排煙風(fēng)機，分別測定一層排煙口的風(fēng)速時發(fā)現(xiàn)排煙效果得到很大的改善。但這種整改方案受到項目業(yè)主和商戶們的一致反對，原因有三：一是商場已裝修吊頂完畢并開業(yè)，每層加裝龐大的排煙風(fēng)機和風(fēng)管對吊頂?shù)钠茐暮艽螅覍ι啼伒挠绊懞艽螅欢敲繉臃至鶄€防火分區(qū)，若每個防火分區(qū)都安裝一臺排煙風(fēng)機，就是對最不利的一、二層進行整改，也需要安裝十幾臺排煙風(fēng)機，工程量大且影響面太大；三是風(fēng)機分散安裝，其動力配電和聯(lián)動控制線路施工對已吊頂裝修完畢的大型商場的確是項非常麻煩的工程。根據(jù)該系統(tǒng)排煙效果不佳的主要原因是排煙風(fēng)機的吸力小，要增大吸力必須從風(fēng)機上尋找出路。根據(jù)風(fēng)機并聯(lián)和串聯(lián)安裝都可以增大揚程的作用原理，筆者與消防支隊、項目業(yè)主、設(shè)計單位和施工單位集體研究決定采用對商場影響最小的屋頂增設(shè)排煙風(fēng)機的方案進行整改，加大整個系統(tǒng)的吸力來全面改善從上層到下層整個系統(tǒng)的排煙效果。根據(jù)風(fēng)機的運行特性，增設(shè)的風(fēng)機必須與原風(fēng)機同一型號，并先拿一個系統(tǒng)進行實驗性改造，先串聯(lián)后并聯(lián)進行對比性實驗，哪種效果好再推廣至其它區(qū)域改造，如果效果都不理想再采用分層增設(shè)排煙風(fēng)機的方案。通過串聯(lián)和并聯(lián)實驗檢測兩種方案的排煙效果都得到一定程度的改善，且兩種方案的改善效果差異不大，但都沒能達到預(yù)期的效果，不利防煙分區(qū)的排煙口排風(fēng)還是非常微弱，單個風(fēng)口的排煙量遠遠達不到規(guī)范所規(guī)定的60m3/h·㎡要求，等于宣告改造以失敗而告終！分析其失敗的根源還是風(fēng)機的吸程過小，無論是串聯(lián)還是并聯(lián)對提高整個排煙系統(tǒng)的吸力非常有限。綜上所述一旦按大型集中式排煙系統(tǒng)進行設(shè)計和安裝，只對系統(tǒng)的總排煙風(fēng)機進行調(diào)換、串聯(lián)和并聯(lián)等措施對明顯改善排煙效果是徒勞的。對大型商場、地下車庫、人防工程、高層酒店、辦公、醫(yī)院和公寓等建筑切忌采用大型集中式排煙系統(tǒng)，即使安了也只能對相距風(fēng)機很近的樓層和排煙分區(qū)有效，對遠區(qū)無效！會導(dǎo)致這些樓層和排煙分區(qū)一旦發(fā)生火災(zāi)而不能有效排煙而影響人員疏散和消防及時撲救。

既然從排煙風(fēng)機性能特性上已找到大型集中式排煙系統(tǒng)不適用于上述大型和高層建筑的排煙系統(tǒng)的病根，那么這些建筑的消防排煙出路何在呢？出路在于：一是限制排煙系統(tǒng)的規(guī)模，也就是一臺排煙風(fēng)機所擔(dān)負的排煙分區(qū)不能太多，防火分區(qū)不能太大，樓層數(shù)不能太多，排煙管道不能太長。根據(jù)多項工程現(xiàn)場檢測的結(jié)果可知，對于大型商場和多層地下車庫應(yīng)采用公共排煙豎井的分層分防火區(qū)安裝排煙風(fēng)機的排煙系統(tǒng)，且每層的排煙管道長度控制50米以內(nèi)。若采用屋頂集中式安裝排煙風(fēng)機的排煙系統(tǒng)，所帶的樓層高度與每層所設(shè)排煙風(fēng)管長度之和應(yīng)控制在50米以內(nèi)。對于高層酒店、辦公、醫(yī)院和公寓等場所封閉內(nèi)走廊的排煙最好把排煙口安裝在排煙豎井壁上，分段安裝排煙風(fēng)機，每段排煙豎井的高度不應(yīng)超過50米，也就就是樓層不超過15層，與避難層的設(shè)置間距類似。二是為彌補排煙管道過短，大型車庫和人防工程可以采用誘導(dǎo)式風(fēng)機把遠處的煙氣誘導(dǎo)至排煙口處，也就是采用“接力”方式排煙。三是充分利用排煙風(fēng)機壓程長的特性，對于大的防火分區(qū)采用中心匯集式排煙布置方式，也就是把排煙風(fēng)機或排煙豎井布置在防火分區(qū)的中心位置，以排煙風(fēng)機或排煙豎井為中心把排煙管道呈輻射狀向四周布置，利用壓風(fēng)管或風(fēng)道把煙氣壓出去，這種方式的吸入端排煙管道也不能太長，應(yīng)控制在40米以內(nèi)。四是可以研發(fā)強力排煙吸風(fēng)機，加大排煙風(fēng)機的吸程。

設(shè)計中還應(yīng)限制吸入端的排煙管道和豎井的風(fēng)速取值不能太大，處于吸風(fēng)段風(fēng)速為4～8m/s，否則因吸風(fēng)段系統(tǒng)摩阻過大很快耗盡吸力，而導(dǎo)致吸程很近。那種假定處于吸風(fēng)段風(fēng)速達10～15m/s，由于排風(fēng)機吸程很小無法形成巨大的壓差是實現(xiàn)不了的。另外排煙口應(yīng)盡量布置在排煙分區(qū)的中部，每道排煙管上不應(yīng)安裝過多的排煙口，其數(shù)量宜控制在6個以內(nèi)，而且排煙管道和電動排煙口的密封性要好。無自然補風(fēng)的封閉場所應(yīng)設(shè)機械補風(fēng)系統(tǒng)，且送風(fēng)機和送風(fēng)口應(yīng)安裝在排煙風(fēng)機或排煙豎井的對面，保持相對流動狀態(tài)，不得與排煙風(fēng)機靠的太近。應(yīng)安裝送風(fēng)管道把風(fēng)均勻輸送到各個排煙分區(qū)和防火分區(qū)，給各區(qū)的排煙口提供一定強度的“接力”驅(qū)動力，加大排煙口的排煙量，不留排煙死角。規(guī)范規(guī)定的排煙口距最遠排煙點的距離不超過30米，這在空氣對流補充和獨立排煙口實驗狀態(tài)下是有可能的，但實際工程檢測中是沒有能實現(xiàn)過的，所以排煙口應(yīng)盡量安裝防煙分區(qū)的中部，防煙分區(qū)的形狀應(yīng)接近正方形，不應(yīng)采用長條形劃分防煙分區(qū)。

綜上所述，由于排煙風(fēng)機利用的是排煙風(fēng)機的吸程，而吸程占風(fēng)機全壓很少的一部分，其吸力不大，影響范圍很小，抽吸距離很短，不能按送風(fēng)機的原理和全壓的理念設(shè)計和利用排煙風(fēng)機，在大型場所排煙系統(tǒng)設(shè)計和安裝中務(wù)必加以重視，否則一旦安裝完畢效果不佳將成為難以整改的死癥。

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【文章編號】1627-6868（2017）05-0029-02

【作者簡介】邵進良（1964-），男，河南平輿縣人，大學(xué)本科，高級工程師，二級注冊建筑師，注冊給排水設(shè)備師，三門峽市規(guī)劃勘測設(shè)計院總工程師，三門峽公安消防支隊特聘消防審查與驗收專家成員，研究方向：建筑及水暖設(shè)計。已發(fā)表專業(yè)學(xué)術(shù)論文十四篇，獲得國家實用發(fā)明專利兩項。曹文獻（1982-），男，工程師，三門峽公安消防支隊。