大空間建筑自然排煙窗有效性研究

吳曉燕

摘 要：隨著經濟發展和社會需求的提高，建筑物在高度、跨度、功能等方面的要求越來越高，現有的消防規范已不能涵蓋其所有內容，高大空間建筑往往采用傳統、經濟的自然排煙系統設計方案，該方案的有效性需要得到進一步的驗證。本文以某會展中心大空間建筑為例，通過實體試驗的方法，驗證在高大空間內采用自然排煙的措施是否有效，且分析在熱障條件下對自然排煙系統的影響。對今后采用自然排煙設計方案的該類大空間、大跨度建筑提供一定參考。

關鍵詞：消防；大空間；自然；排煙

中圖分類號：TU834.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0175-01

我國目前處于城市建設的繁榮時期，各種大空間建筑、異形的地標建筑接踵而至，例如大型商場、體育場館、機場航站樓、影劇院、會展中心等，這些高大空間建筑已經成為城市現代化程度的重要標志之一。高大空間建筑與傳統建筑相比，在使用功能、建筑材料、結構形式、空間大小、配套設施等方面有很大的不同，這些建筑一旦發生火災，其火災特性與普通建筑火災有著很大的差異。主要表現為大空間建筑人員密集、可燃物多、火災荷載大，其內部難以設置防火防煙的分隔措施，火災中產生的大量有毒高溫煙氣難以排出，極易造成群死群傷和大面積火災。因此，研究高大空間建筑排煙系統，特別是對高大空間建筑采用自然排煙設計方案的有效性以及熱障效應對自然排煙的影響的探討與研究具有十分重要的意義。

1 高大空間建筑特點

高大空間建筑發生火災后，在浮力、熱障效應等影響下，較一般建筑而言，有以下幾個特點：

（1）就高大空間建筑內部而言，隨著著火部分的溫度升高，空氣和煙氣的混合物密度減小，與相鄰的部位的空氣形成密度差，因浮力引起煙氣向上運動，煙氣不斷卷吸周圍冷空氣而不斷被冷卻，使上升過程中遭遇“熱障”而失去熱浮力，煙氣將在一定高度懸浮，而出現了煙氣分層現象。

（2）高大空間建筑的火災防火防煙分區不容易實現，高大空間的建筑特點是空間開敞性明顯，所以要想將其分隔成不同防火防煙分區，不易有效實現，火災煙氣容易在空氣供應充足的室內任意流動蔓延。

（3）對火災探測技術的要求比較特殊，普通建筑的樓層高度多數在6m以下，火災煙氣能夠很快到達頂棚，因此這類探測器是適用的。高大空間建筑火災煙氣到達十幾米或幾十米的高度時，其溫度和濃度都大大降低，致使火災探測的靈敏度降低，或者超過了火災探測器的保護范圍，使得火災探測器無法啟動，即使啟動，火勢也早已發展到相當大的規模，延誤了早期滅火的有利時機。

2 高大空間建筑采用自然排煙方式有效性的試驗研究

火災場景設置。建筑概況。新疆國際會展中心一期位于烏魯木齊市水磨溝區。會展中心主要規劃近期總用地面積329443m2，建筑面積110767m2，包括展廳、會議中心、多功能廳、接見廳、觀景廊及相關配套功能。新疆國際會展中心工程主體為鋼筋混凝土框架結構，屋頂采用大跨度張弦桁架，屋面采用直立鎖邊鋁鎂錳合金板飾面。會展中心主體建筑高為50.3m，地面建筑物共5層，地上展廳為2層（局部有2層夾層作為辦公、配套用房），會議中心設在2～5層，一期共設8個展廳（展廳尺寸99m×63m）：其中一層7個，二層1個，展位約2630個。新疆國際會展中心屬大型公共建筑，首層7個展廳中，將1-3號展廳和4-6號展廳分別劃分為一個防火分區，防火分區面積為18500m2，展廳之間采用9米防火隔離帶進行分隔，展廳利用高大空間進行蓄煙，展廳采用頂部自然排煙的排煙方式，自然排煙面積為地面面積的3%，排煙窗采用電動排煙窗。火災探測系統采用吸氣式火災探測器，大空間智能消防炮進行滅火。

3 模擬結果分析

（1）工況一（開啟自然排煙窗的情況下驗證自然排煙有效性）：試驗開始以后，煙氣被火源加熱，迅速隨熱羽流上升并于150s時到展廳頂部，然后轉入水平蔓延狀態。該工況使用5MW木垛火，火災煙氣主要在6號展廳，5號展廳有少量的煙氣，4號展廳基本沒有煙氣到達。火災煙氣上升至頂部以后，開始水平蔓延，并逐步蓄積和沉降，沉降至16m高度，煙氣沒有進一步下沉。開啟排煙窗以后，煙氣迅速從排煙窗排出至室外，頂部的煙氣濃度迅速降低。實驗結果表明，展廳的大空間對煙氣有一定的稀釋作用，高大空間有利于煙氣的蓄積，煙氣能夠保持在人員需要清晰高度之上，自然排煙窗能夠將火災煙氣排出至室外，其排煙窗面積能夠滿足要求。靠近外墻，離排煙出口較遠的一側，其煙氣排出的速度比較慢，在有條件的情況下，建議縮短最遠點至自然排煙的距離。

（2）工況二（驗證環境溫度對展廳排煙效果的影響，驗證在熱障效應下排煙系統的有效性）：試驗開始以后，煙氣被火源加熱，迅速隨熱羽流上升并于160s時到展廳頂部，然后轉入水平蔓延狀態。該工況使用5MW木垛火，火災煙氣主要在6號展廳，5號展廳有少量的煙氣，4號展廳基本沒有煙氣到達。火災煙氣上升至頂部以后，開始水平蔓延，并逐步蓄積和沉降，沉降至16m高度，煙氣沒有進一步下沉。開啟排煙窗以后，煙氣迅速從排煙窗排出至室外，頂部的煙氣濃度迅速降低。實驗結果表明，本項目中展廳內地面溫度