建筑防排煙系統設計的易出誤區與探討

王哲 秦以鵬

1 中國城市建設研究院有限公司

2 北京市住宅建筑設計研究院有限公司

建筑防排煙系統的形式有防煙系統與排煙系統兩種。防煙旨在將煙氣封鎖在一定的區域內，阻止煙氣的侵入，保證疏散線路暢通。防煙設施包含兩種：可開啟外窗的自然排煙防煙和機械加壓送風防煙。排煙旨在將發生火災時建筑物內產生的大量煙氣及時排除，阻止煙氣進一步向防煙分區以外擴散，從而保證疏散線路暢通，為疏散爭取更多的時間。排煙設施包含兩種：可開啟外窗的自然排煙和機械排煙。為更好的保證生命財產安全，需要在建筑物內設置可靠、周密的防排煙設施，最終達到預設的防排煙效果。而在工程設計中有很多問題是設計人員容易忽視的，從而導致整個防排煙系統的設計不能達到預設的效果，因此設計人員必須加以重視。

1 防排煙系統易存在的設計誤區

1.1 自然排煙（防煙）系統

1）可開啟外窗的有效排煙面積設計誤區。根據《建筑設計防火規范》要求需保證足夠的可開啟外窗面積，而外窗形式各式各樣，如上懸窗、固定窗、平開窗、側拉窗等，另外，開啟角度也不相同（圖1）。在計算時需考慮外窗的開啟形式、開啟角度等因素確定有效排煙面積，而多數設計人員往往忽視這一重要內容。設計時需根據《建筑設計防火規范》圖示及相關手冊，進行詳細的設計計算，確定外窗可開啟面積是否滿足規范要求。

圖1 自然防排煙窗開啟角度

2）可開啟外窗的安裝位置設計誤區。《建筑設計防火規范》及圖示中有這樣的表述“前室或合用前室具有不同朝向的可開啟外窗，且可開啟外窗的面積滿足自然排煙口的面積要求”[1]，這個表述是毋庸置疑的，但其對窗戶高度沒有明確，考慮熱壓和風壓作用，如果外窗設置位置較低，不利于煙氣排出。一般在設置外窗高度為房間或內走道凈高的一半以上，但是這樣會存在一個問題，如果房間的凈高大，一般人為難以開啟，需在方便操作的位置設置外窗開啟裝置，此處設計時可考慮設置電動排煙窗，并結合工程實際情況而定，如圖2 中懸窗手動與電動開啟裝置。由此可見，除保證有效的排煙面積外，可開啟外窗的安裝位置也是設計人員不容忽視的重要內容。

圖2 中懸窗手動與電動開啟裝置

1.2 機械加壓送風系統

機械加壓送風是利用送風機將室外新鮮空氣送入疏散通道空間內，如建筑內的消防電梯間前室或合用前室，防煙樓梯間及其前室等部位。旨在保證在建筑物發生火災事故時，防止煙氣擴散到疏散通道和應急避難場所。

1）自然防煙和加壓送風雙重保證的復合式防煙系統設計誤區。在居住建筑高度大于100 m，公共建筑高度大于50 m 時，不能采用自然排煙，無論防煙樓梯間及其前室，消防電梯間前室或合用前室有沒有條件設置，按照規范要求，均應設計機械加壓送風。有設計人員會認為設置自然防煙和加壓送風防煙復合式防煙系統，更利于防煙的做法是錯誤的。從實際防煙效果進行分析，高層建筑的前室或合用前室如利用不同方向可開啟外窗自然排煙，對中和面以下各層前室或合用前室，由于熱壓作用（煙囪效應），室外新風通過外窗向室內滲透（與排煙方向相反，高度越高，滲透越嚴重），將抵消部分自然排煙效果[2]。若利用敞開的陽臺或者凹廊進行自然排煙，當發生火災時，室外風正好吹向陽臺或者凹廊，其將受到室外風向及風速的制約，造成排煙效果將明顯失效。而這些部位又是最重要的疏散通道，如果此部位排煙效果不好，甚至失效，將嚴重威脅到整個建筑內人員的生命。因此設計時需注意采用機械加壓送風的場所宜設置為固定外窗，切記不應設置百葉窗。

2）機械加壓送風阻力設計誤區。實際工程中風道內壁可能凸入梁、柱、多葉送風口、排煙口等，這樣就會增大風道阻力，設計人員往往會忽略此部分阻力的考慮，造成選用設備風壓不足，影響排煙效果。另外在設計風道時，可以考慮將傳統風道改為不銹鋼風管，保證送風管道內壁光滑，且嚴密不漏風。

3）機械加壓送風的送風量設計誤區。在進行加壓送風防排煙設施的設計時，往往會有設計人員誤認為送風量越大越好，從而導致建筑的防排煙效果不能保證。加壓送風部位在進行設計時，應保證室內維持一定的余壓，如對前室、合用前室、消防電梯前室及封閉避難層的余壓值保證在25 至50 Pa 之間，對防煙樓梯間的余壓值保證在40 至50 Pa 之間。若選用風量過大，會導致防煙區內超壓，使得疏散門難以開啟，這時則需要在加壓區內設置減壓閥。若選用風量過小，會導致防煙區內余壓不足，從而不能阻擋住煙氣的擴散，因此應合理設計加壓送風量。

1.3 機械排煙系統

機械排煙是利用排煙風機的作用力，將火災產生的煙氣從建筑物內排出。從而達到防止火災煙氣蔓延到防煙分區以外區域的目的，以確保人員有充足的時間可以安全疏散。

1）排煙風機選擇設計誤區。排煙風機的選擇應從風量和風壓兩個設計參數上進行詳細的設計計算。在工程排煙系統設計時，排煙風機的風量會被誤認為是所有排煙量的疊加之和，由此忽略了整個排煙系統的漏風率及其所負擔的多個防煙分區，故設計時排煙風量的確定應從最大防煙分區排煙量和系統的漏風率兩方面來綜合考慮。對于排煙系統的風壓，設計人員往往忽略其詳細的水力計算，導致選用風機時風壓選用過小，而設計時經常會涉及壓縮風管占用空間的問題，造成排煙風管的風速設計過高，導致系統阻力與選用風機的風壓不匹配，最終造成排煙系統最不利環路的排煙量不足。

2）涉及自然補風和機械補風之間如何劃定設計界限的設計誤區。在一些封閉的地上建筑或地下建筑內無疑要考慮設置機械排煙系統，與此同時補風系統的設置也必然是不可或缺的。但設計人員往往忽略設置機械補風和自然補風之間如何劃定設計界限的問題。此類工程設計中補風系統的設計，重點在于補風通路的空氣阻力大小，若采用自然補風，則補風通路的空氣阻力必然不大于50 Pa。若補風通路的空氣阻力大于50 Pa，則需設計人員考慮設置獨立的機械補風系統?；蚧馂臅r能夠轉換成補風的機械送風系統，且其補風量以大于排煙量的50%為宜，以確保室內煙氣置換效果良好。

2 對《建筑防火設計規范》中加壓送風及機械補風系統防火閥設置的幾點看法

1）加壓送風口加裝70 ℃防火閥，《建規》中是這樣規定了，從防煙系統安全性考慮這樣是沒有問題的，但筆者有不同看法，在防排煙系統中，一旦起火煙氣溫度會迅速的升高，在200 s 內著火區域內大部分空間均超過65 ℃[3]。如果設置熔斷動作溫度為70 ℃的防火閥，一旦發生火災，煙氣蔓延到加壓風機的送風口，煙溫迅速達到70 ℃，動作防火閥自動關閉，也就意味著將無法再進行加壓送風，從而影響建筑內的人員疏散。據有關科學研究指出，人體可以短暫承受65 ℃的溫度。當溫度達到140 ℃時，能夠忍受的溫度急劇縮短至5 min，并且會產生不可逆的損傷。當溫度進一步升高至170 ℃時，忍受時間最多僅能維持約1 min[4]。故從延長疏散時間及加壓送風口失效的角度考慮，筆者對于裝設70 ℃防火閥存在質疑，建議加壓送風口可以考慮裝設150 ℃防火閥為宜，對于這個觀點筆者希望專業人士再做相關的實驗和研究。

2）加壓送風管道是否需要裝設防火閥，動作溫度為多少？機械排煙的補風系統是否需加防火閥，在風管加裝，還是風口加裝？針對這兩部分《建規》中無明確說明，只是在9.3.11 條“通風、空氣調節系統的風管在穿越防火分區處、穿越重要或火災危險性大的場所的房間隔墻和樓板處，豎向風管與每層水平風管交接處的水平管段上等部位應設置公稱動作溫度為70 ℃的防火閥”[1]中有關于防火閥的設置要求。同時在《人民防空工程設計防火規范》6.5.4 條中有這樣的表述“防煙管道應設置溫度大于70 ℃時能自動關閉的防火閥。排煙管道應設置溫度大于280 ℃時能自動關閉的防火閥”[5]，其中裝設防火閥這點是毋庸置疑的。對于加壓送風管道和機械補風管道來說設置動作溫度為70 ℃的防火閥，在火災初期如果能夠保證風道內持續不斷的低溫新風，則不會造成防火閥熔斷器的快速動作，而實際情況是在發生火災的極短時間內會造成高溫煙氣的迅速蔓延，因而造成防火閥會提前發生熔斷動作。筆者認為從延長疏散時間考慮加裝70 ℃防火閥所提供的疏散時間太短，不利于人員疏散，與此同時筆者結合前面論述，考慮防煙送風口可能存在失效的結果，筆者建議加壓送風管道和機械補風管道考慮裝設150 ℃防火閥，對于這個觀點希望專業人士再做相關的實驗和研究。

3 結語

建筑防排煙系統對于控制建筑火災的擴大有至關重要的作用，設計人員必須加以重視。本文對防排煙系統易出現設計誤區的相關闡述，希望對初涉行業人員有所幫助，在進行設計時可以進一步完善防排煙系統，保證建筑內人員的安全。筆者對建筑設計防火規范提出一些個人看法，難免存在不足與偏頗，希望同行批評指正。