高層建筑防排煙設計中常見問題分析及對策

朱愛蘭

摘要：隨著我國城市化建設步伐的加快，各地高層建筑與日俱增。由于高層建筑規模大、功能復雜，一旦發生火災，逃生及救火難度極大。目前，我國關于高層建筑防排煙系統設計的很多規范，在設計細節上還有很多標示不清或缺失的情況，導致高層建筑設計以及建設過程中存有很多問題。文章闡述了目前我國高層建筑防排煙系統設計的結構形式，分析了設計中的常見問題，并根據多年的高層建筑防排煙系統設計經驗，提出了防排煙系統設計的主要對策，以供同行借鑒和參考！

Abstract： With the accelerating pace of urbanization in our country， the high-rise buildings in various places are increasing day by day. Due to the large scale and complex functions of high-rise buildings， in the event of a fire， escape and fire fighting are extremely difficult. At present， many norms on the design of smoke exhaust and control systems for high-rise buildings in our country are still unclear or missing in the design details， resulting in many problems in the design and construction of high-rise buildings. The paper expounds the structure form of the design of smoke exhaust and control system for high-rise building， analyzes the common problems in the design， and puts forward the main countermeasure based on many years of experience.

關鍵詞：高層建筑；防排煙設計；自然排煙；機械加壓；開窗面積

Key words： high-rise building；smoke exhaust and control design；natural smoke exhaust；mechanical pressurization；window opening area

中圖分類號：TU972.4+.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）07-0178-03

0 引言

自改革開放以來，我國經濟建設舉世矚目，各地高樓林立且在日益增加。高層建筑增加了建筑面積，提高了居住和辦公的舒適性，但正是因為高層建筑裝修標準高、功能復雜、人員數量較多，發生火災時，難以及時疏散，在一定程度上也增加了安全隱患。最近幾年，由高層建筑火災而引發的事故，呈明顯的上升趨勢，給國家、人民造成重大的生命和財產安全損失。而在這些高層建筑的火災事故中，只有30～50%的人員傷亡是由火燒直接造成，其余都是由于火災中的煙氣，導致人員窒息或中毒死亡。高層建筑在發生火災時，由于自身的“煙囪效應”，產生的大量煙氣迅速上升，對人員疏散、滅火行動有較大影響。

如何才能在高層建筑火災發生時，能夠及時排除建筑物內的煙氣，避免煙氣進入安全疏散通道，確保建筑物內人員安全疏散和消防人員開展滅火救援工作，降低由于煙氣導致的人員傷亡，是房建工程師們一直重點關注和尋求解決的設計目標。

本文首先介紹了我國目前常見的幾種建筑防排煙技術，分析了高層建筑防排煙設計中的幾種常見問題，提出了有針對性的防排煙設計優化的對策，以供同行借鑒和參考。

1 高層建筑排煙技術

我國高層建筑目前常見的排煙方式主要有三種，自然排煙、機械排煙和機械防煙。根據《建筑設計防火規范》中的相關規定，高層建筑物內的排煙方式，可采用開啟外窗等自然排煙、機械排煙和機械加壓式送風。排煙是通過措施，將煙氣從煙區內快速排放到大氣中，而防煙則主要是利用某些措施，降低著火區域內的煙氣量，防止煙氣從有煙區擴散至無煙區。在高層建筑結構中，這兩部分稱為排煙系統和防煙系統，分別起到盡快排煙和防止煙氣進一步擴散的作用。

①自然排煙。自然排煙主要是利用室內外空氣的對流作用形成的風壓，將可燃物燃燒后的煙氣排至大氣。目前在高層建筑結構設計中，主要有豎井和外窗的無組織排煙形式；

②機械排煙。機械排煙是借助電動設備等外力，將建筑物內的煙氣和熱量排至大氣；

③機械防煙。機械防煙是利用電動設備向疏散路線或避難所等空間輸送風壓，防止煙氣進入無煙區。

2 高層建筑防排煙設計中的常見問題分析

①無法自然排煙。高層建筑具有一定的可開啟外窗面積，是確保可以自然排煙的基礎，但很多情況是，我們在設計高層建筑的排煙窗時，由于位置設置不當、結構形式不合理或面積不規范等影響，開窗的角度低于國家標準規定的>70°；

②排煙閥安裝位置不當。操作人員的操作技能或缺乏責任意識，錯誤安裝送風閥和排煙閥。

③防排煙機電設備不滿足標準要求。如配電設施或正壓送風系統的電負荷不滿足標準要求、系統未設置安全閥、金屬管未涂防火涂料等。

④風口和風閥的選擇不當、管道漏風。由于風口的設置不當，造成風口的有效面積偏小，再加之系統中的阻力過大，造成進風量不足；有些施工單位盲目增加風口的面積，導致風速過低；進風管道內的內壁沒有及時抹光、腳手架臨時鋼管洞等沒有及時修復等，這幾種現象，都無法通過風閥做出調節，使進風系統無法滿足有關規定的要求。endprint

⑤正壓送風系統壓差調節裝置的結構設計不合理。根據有關規定，防煙樓梯間與前室共用時，應在支風管位置安裝自動調節裝置，并設置單獨的送風系統。但是，目前的很多正壓送風系統由于技術能力的限值，無法設置相應的壓差自動調節裝置，其余壓值也無法高于前室或樓梯間。

3 高層建筑防排煙系統設計的主要對策

3.1 防排煙系統的主體設計思想

當高層建筑物發生火災時，產生的煙霧會引起逃生中的人們迷失方向或窒息死亡，其對人體的傷害要遠遠大于明火對人身的傷害。根據流體力學風的流動原理可知，煙霧的流動是由于風的流動、各通風系統間的壓力差或不同著火區域的溫差導致的氣體密度差而產生的，這三個因素都會引起煙囪效應，形成火災煙霧。現代高層建筑物內常存有很多易燃物品，如果出現火災，這些可燃物品將產生大量的氟化氫、二氧化碳和一氧化碳等有害煙霧，所以，在設計高層建筑物的防排煙系統時，不僅要考慮煙霧的擴散，還要考慮如何才能及時清除產生的有毒有害氣體。

理想的防排煙系統設計，應當在有限的空間內發生火災時，確保能夠迅速采取有效的措施，如：對非火災區域采用機械加壓送風并阻止火勢蔓延，及時排出由火災引起的熱量和煙霧等。

3.2 防排煙系統設計的常見問題控制對策

3.2.1 防煙系統的設計方法

高層建筑的防煙系統設計通常采用的是機械式加壓送風，在此類工程防煙系統設計過程中，應從下述幾點以強化設計的有效性：①提高送風量的計算精確性。機械式加壓送風的送風量是決定建筑物防煙系統整體安全性的決定性因素，而在對送風量進行計算時，常由于工作條件等多因素的制約，送風量的計算過程被簡化，造成計算得出的送風量不夠精確。針對于這種情況，在設計高層建筑物的送風量時，應先根據建筑物的整體結構設計，建立并健全一個完成的建筑模型煙塵控制區，從整體角度來確定送風量，提高防煙系統送風量計算的可靠性和整體安全性。②合理控制送風量及其范圍。防煙區域內的空氣泄露洞口越多、直徑越大，防煙系統向空間內加壓的送風量就越多，難以保證正壓值。而且，防煙區的防火門對送風量也會產生影響。針對于這種情況，在設計建筑物的送風量時，要根據防煙區域的加壓空間和計算的送風量大小，設計匹配的風量與范圍，確保高層建筑防煙區域設計的合理性。③優化系統設計。如果建筑物發生火災，開啟著火層的送風口，對防排煙功能的作用和意義不大，所以，防煙系統的設計應重點考慮單點發生的火災。同時，要考慮如何能夠簡單且便捷的開啟著火層前室的送風口，增加系統設計的可靠性和經濟性。

3.2.2 排煙系統的設計方法

①建筑物的自然排煙，主要是根據煙氣自身的浮力而做出的結構設計。當發生火災時，若排煙窗處于迎風面，就會發生煙氣倒灌的情況。為了避免這種情況的發生，排煙窗可設計成弦窗或平移窗等方法，將煙氣排放到外部，降低煙氣倒灌的概率，且不影響正常的建筑物采光。但這種設計方法的施工成本較高，所以，如果條件允許，優先選用機械排風方式。

由于高層建筑物的熱壓作用，建筑物內外空間的空氣存在壓力差，因此，室內防火、防煙分區可適當考慮自然排煙設計，防止冬季發生煙氣倒灌的現象。

②當建筑物發生火災時，建筑物內的溫度較高，產生的煙氣含有大量的可燃性氣體，當這些可燃氣體與空氣接觸后，易形成火焰并助燃。所以，為了確保人員疏散安全，建筑物的自然排風窗口的設計高度應大于蓄煙高度，并且排煙窗的位置應設置在1/2房間高度的上方。

總之，高層建筑物無論采用自然排煙或者機械排煙的設計方法，其最終目的為了疏散人群，降低煙霧對人們造成傷害。但是，當著火區域的煙氣溫度高于280℃時，就應該關閉排煙系統，以防加劇火災的的強度。

3.2.3 防排煙系統的具體設計

高層建筑防排煙系統設計，應考慮建筑物的建筑結構形式和應用特點，以安全為防排煙系統設計的基本出發點，再考慮如何降低施工成本、節省空間。《建筑設計防火規范》和《高層民用建筑設計防火規范》中，明確了高層建筑物防排煙系統設計的方案，并規定了一些細節設計的要求，具體內容如下：

①建筑物采用自然排煙的結構，其開窗面積要滿足如下規定：1）消防電梯間前室和防煙樓梯間前室，可開啟的外窗面積不得小于2m2，合用前室不得小于3m2；2）靠近外墻的防煙樓梯間，每五層可開啟的外窗面積不得小于2m2；3）當內走道的長度小于60m時，其可開啟外窗的面積應大于走道面積的2%；4）需排煙的房間，可開啟的外窗面積需大于該房間面積的2%。

②建筑物內設有機械式排煙的，排煙風機的風量要滿足如下規定：1）凈空高度大于6m的不劃防煙分區或有一個防煙分區排煙的房間，排煙風機的風量要按照大于60m3/（h·m2）；2）大于等于兩個防煙分區的排煙，排煙風機的風量不應小于120m3/（h·m2）；3）當高層建筑物裙房的上部采用的是可開啟外窗自然排煙時，其消防電梯的前室或合用前室、防煙樓梯及前室應設置局部機械排煙設施，排煙風機的風量要按照大于60m3/（h·m2）。排煙風機的排氣口要設置在靠近頂棚的墻壁或頂棚上。

③設置在頂棚上的排煙口，與周圍易燃或可燃物品的距離應大于1m，排煙口要有自動或手動關閉的功能。排煙區內的排煙口，距離最遠點的水平距離應≤30m。

④機械排煙系統可采用離心式或排煙軸流式風機，并要保證在280℃的環境溫度下，能夠持續運行30min。排煙系統的入口處排煙支管，要設置可自動停機的排煙防火閥，排氣管的材料要采用不可燃材質。

⑤在吊頂內安裝的排煙管要采用不可燃材料，且與可燃物間的距離不應小于150mm。地下室設置機械式排煙時，還要設置送風系統，送風量應大于排煙量的50%。

4 結束語

總而言之，高層建筑火災隱患多、救火難度大，在進行高層建筑的結構設計時，防排煙系統設計是極其重要的環節，其設計質量的好壞，對建筑物的使用安全和減少財產損失有著重要的影響。所以，設計人員要認真學習并掌握防排煙系統的設計理論，滿足國家相關規范的要求，確保防排煙系統設計的科學性與合理性。

參考文獻：

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