基于煙囪效應的高層建筑電梯防火設計研究

伏果

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隨著建筑行業的發展，高層、超高層建筑數量不斷增加，有效改善了人們的居住生活條件，尤其是建筑電梯數量的不斷增加，為人們居住和出行提供了便利條件。但另一方面，高層建筑電梯存在煙囪效應，即建筑內空氣隨電梯井空間上升或下降，進而形成較強的空氣對流現象。

1 煙囪效應成因分析及常見對策

煙囪效應多發生于冬季，主要是受內、外部環境因素影響產生。首先，從外部環境來看，冬季環境下，外部氣溫顯著低于室內氣溫，當外部密度較大的冷空氣由較低樓層進入建筑內時，經電梯井向上流動；其次，從內部環境來看，當外部冷空氣進入室內并向上流動過程中，建筑內部沿途阻隔一定程度上分擔煙囪效應產生的總壓差，進而導致熱壓差系數存在較大差異。

針對煙囪效應，一般通過改善建筑圍護結構、電梯門前設置送風出風系統、地下停車場設置門洞或排風等措施加以解決，通過減少冷空氣進入通道、緩解熱壓差等方式緩解煙囪效益。然而，此類方式通常會一定程度上影響建筑消防安全，增加建筑消防安全隱患。

2 工程案例及消防設計思路

2.1 工程概況

某建筑為框架核心筒結構，建筑高度為240m，共計51層，按防火分區分為：低區5～18層、中區20～32 層、高區34～51層。建筑內部設有21部電梯，其中，2部為消防電梯，電梯按分區劃分為低、中、高三組，電梯分區設有避難層，與防火分區一致。為節省建筑內部空間，相鄰電梯井道無隔離，即高、中、低電梯豎向共用井道。本建筑頂層高度較高，在冬季外界溫度較低的情況下，容易出現較為顯著的煙囪效應，頂層電梯出風量較大，首層轎廂和廳門易出現無法關閉和電梯嘯叫現象。其他季節則不明顯。

2.2 消防設計思路

為合理解決該建筑電梯煙囪效應問題，應從多方面入手進行解決。

（1）地下室二層VIP電梯井道向備用間開通，并從備用間向地下車庫區域開洞，緩解電梯井由中庭抽取空氣；

（2）地下室一層夾層井道向電梯廳夾層開洞，在8層新風機房部位向高區電梯井道開洞，在33層備用間內開洞，設置機械排風系統；在高區50層吊頂井道側壁開洞。

通過開洞與機械送風方式緩解井道從中庭抽取空氣，減少因煙囪效應而造成的轎廂無法關閉、電梯嘯叫等問題。然而，由于增加了電梯井道與相鄰空間的開洞，并以機械送風方式進行送風，可能加速火災情況下的火勢蔓延，進而導致火災和煙氣由電梯井道向其他樓層流動，因此，有必要需要對該建筑消防設計進行進一步優化。

2.2 消防設計優化

針對上述可能存在的問題，應從建筑消防、交通等方面入手，對消防設計方案進行優化。

（1）在地下二層、地下一層夾層部位設置防火閥，防火閥與消防系統聯動，當溫度超過70℃時熔斷自動關閉，從而起到消防隔離、緩解煙囪效應的目的。

（2）在防火分區與井道之間開設的洞口與排風管道之間，應使用防火措施進行封堵。

（3）地下室二層及一層夾層電梯井開洞備用間和電梯廳夾層使用防火材料進行裝修，并確保區域內整潔，禁止防止易燃、可燃物品。備用間采用甲級防火門，以便于防火隔離。

（4）在防火低區和中區送、排風管道備用間應按防火要求進行設計，應采用耐火極限不少于2h的防火隔墻，樓板要求耐火極限不得少于1.5h，甲級防火門應與其他部分分割，內部裝飾應采用耐火材料，風管耐火極限應不小于30min或以耐火極限不低于30min的防火板進行保護。

（5）高區電梯廳采用耐火材料裝修裝飾，并由耐火完整性不低于1h的防火玻璃和電動感應防火隔離門與其他區域分離，電梯吊頂采用耐火材料裝修，耐火極限不得低于15min。電梯廳及吊頂區域的配電箱、配電管應采用阻燃或耐火線路，并穿金屬導管和封閉式金屬線槽，確保防火措施落實到位。

（6）電梯層耐火極限不得少于1h，應滿足《電梯層門耐火試驗、完整性、隔熱性和熱通量測定》（GB／T27903）相關技術要求。電梯井內除電纜、電線及必要線路外，不可設置易燃、可燃物，井內線路必須采用阻燃、耐火電纜。電梯檢修門防火等級不得低于乙級。

（7）電梯轎廂內必須設置與消防控制室通話的消防專用電話，當火災發生時，應強制電梯停靠至首層，各樓層電梯門應強制關閉，電梯運行狀況信息應通過電梯反饋信號傳達至消防控制室。

3 消防設計效果分析

針對本項目電梯煙囪效應實際情況，結合消防設計要求，在確?；馂陌l生時建筑內人員安全疏散、撤離的前提下，對消防水方案進行分析如下：

（1）當火災發生時，在電梯井道與著火層相連的情況下，煙氣將會以較快的速度向其他樓層蔓延，最大上升速度可達7m/s，如非著火樓層電梯門未強制關閉，則可能經由井道進入非著火區域，進而影響相鄰樓層的人員疏散。同時，在發生火災的情況下，在煙囪效應的作用下，電梯井道的溫度可達210 ℃，而電梯油閃點溫度為250 ℃。因此，在發生火災情況下，因井道造成電梯油和電纜燃燒的可能性較小。

（2）經過樓層的阻隔削弱作用，頂層電梯井道內煙氣溫度應低于200 ℃，低于由熱輻射引起燃燒的界限值（360 ℃），如電梯井內設有易燃、可燃物，則可能導致火情蔓延至其他樓層。

（3）當火災發生時，頂層人員疏散是消防設計重點考慮的問題之一。如頂層人員在消防警報時開始疏散，則可能在火情發展前達到安全區域；如未能及時發出警報或未能及時疏散，則可能導致頂層人員不能及時向下疏散至安全區域。在此情況下，頂層人員應就近疏散至最近的避難層，由消防人員進行消防處理；當火情難以控制時，建筑內人員應在在消防人員的指揮下疏散至室外安全區域。

4 結語

隨著建筑行業的發展，高層、超高層建筑煙囪效應是建筑消防設計中的重要問題。在具體設計中，應通過加強建筑結構密封性、局部設置門洞、加強送風等方式緩解煙囪效應，并通過防火門隔離、采用耐火裝飾材料、清理可燃物等途徑，提高建筑防火性能，避免火災沿電梯井道蔓延至其他樓層，從而實現高層建筑火災的有效控制。