地下車庫建筑的通風排煙消防設(shè)計探討

劉志堅

摘要：地下車庫具有不占用地面土地資源和存取方便等優(yōu)勢被廣泛使用在各大建筑的建設(shè)當中，但是地下車庫也具有一定的弊端，即地下車庫相對封閉，一旦發(fā)生火災(zāi)，所造成的危害是相對較大的。為此，在設(shè)計地下車庫時，設(shè)計人員應(yīng)當著重設(shè)計車庫內(nèi)部的通風排煙和消防設(shè)計，結(jié)合實際車庫的大小計算出所需排煙通風的功率，并設(shè)計合理的消防管線，以便于在發(fā)生火災(zāi)時能夠及時對著火點進行撲救，從而有效降低損失。

關(guān)鍵詞：地下車庫;通風排煙;消防設(shè)計

地下車庫建筑具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、封閉性強、通風量小、出入口少等典型特點。另外，絕大部分的地下建筑沒有與外界直接連接的通風窗口，導(dǎo)致內(nèi)部空間氣體與外界氣體交換性差的結(jié)果。地下車庫建筑的特殊性，決定了地下建筑發(fā)生火災(zāi)將產(chǎn)生幾大難題：排煙散熱差、火場溫度升溫快又高、火災(zāi)撲救難度大等。同時，很大一部分的地下車庫均與地上建筑相連接，對此，為保障地下車庫的通風排煙和消防工作能夠有條不紊地進行，則需要設(shè)計人員充分結(jié)合實際情況，合理的設(shè)計出融合當?shù)貧夂驐l件的系統(tǒng)設(shè)計，規(guī)避常見的地下車庫火災(zāi)問題，進而促進我國地下車庫通風排煙消防科學(xué)化發(fā)展。

1? 地下車庫通風與排煙設(shè)計

1.1? 確定排風量

通風量的測定已經(jīng)是每個地下車庫設(shè)計之初必不可少組成部分之一。現(xiàn)階段我國最為常見的測定方法主要有兩種：

第一種，根據(jù)實際的換氣頻率進行排風量的評估，一般可將排風不少6次/時和送風不少5次/時作為估算值，同時還要結(jié)合建筑所使用的暖通空調(diào)來進一步確定通風量的設(shè)計相關(guān)標準。

第二種，通過稀釋有害物質(zhì)的方法來判斷其排風量的標準，該方式主要以汽車尾氣中的CO、氮氧化物等為參照標準，重點檢測汽車尾氣中的有毒氣體在空氣中稀釋程度，并對氣體量進行計算，進而得出該地下車庫的實際通風排煙所需的排風功率。表1為部分品牌汽車排放的尾氣情況[1]。

根據(jù)相關(guān)資料和前人研究分析，當?shù)叵萝噹熘械腃O濃度不超過安全閥值時，其他有害氣體也能滿足安全濃度，具體CO排放量計算公式如下[1]：

式中G為地下車庫排放CO量，mg/h;C1為車庫內(nèi)不同汽車排放CO的平均濃度，mg/m3;L1為不同汽車排放CO的總量，m3/h。

地下車庫的排風量計算公式，如下所示：

式中T1為汽車尾氣溫度（國產(chǎn)車溫度為823K，進口車溫度為773K）;T2為車庫內(nèi)溫度一般取常溫293K;W為停車總車位數(shù)，臺;B為不同車輛單位時間內(nèi)排氣量，mL/min;D為不同車輛的占比;t為每臺車在地下車庫的運行時間，min，一般取值為6;S為車庫的停車車位利用系數(shù)，即單位時間內(nèi)停車輛數(shù)與庫內(nèi)車位數(shù)的比值;C為地下車庫內(nèi)的允許濃度，據(jù)《工業(yè)衛(wèi)生標準》（36～79），取值為100mg/m3;C0為地下車庫的送風中的濃度值，mg/m3，一般取值為2.5～3.5mg/m3。

1.2? 設(shè)計通風排煙管道系統(tǒng)共用的方案

在設(shè)計人員設(shè)計地下車庫的通風排煙管道時，應(yīng)當注重通風排煙管道系統(tǒng)共用設(shè)計，即在設(shè)計通風與排煙的總體布局時，設(shè)計人員應(yīng)當結(jié)合實際情況設(shè)計出通風排煙雙系統(tǒng)共用一條管線的設(shè)計圖，在正常情況下排煙系統(tǒng)停止工作，由通風系統(tǒng)占用管道進行日常的通風工作，而當?shù)叵萝噹彀l(fā)生火災(zāi)，產(chǎn)生大量煙霧的情況下通風系統(tǒng)停止工作，由排煙系統(tǒng)占用管道進行排煙作業(yè)，從而實現(xiàn)立體車庫的空間優(yōu)化布局，節(jié)省車庫的空間資源，降低運行成本[2]。同時，通風排煙管道系統(tǒng)還可以在最大限度上提高系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，防止日常檢測工作中出現(xiàn)遺漏的問題，為消防人員的滅火救援爭取更多寶貴的時間機會。另外，在選擇排風風機時，設(shè)計人員應(yīng)當將離心式風機作為第一首選。圖1和圖2分別為軸流風機和離心式風機。

因為離心式風機具有高耐熱性和大排風功率的優(yōu)點，與軸流風機相比離心式風機還具有故障定位和便于維修養(yǎng)護的功能，在一定程度上可以降低企業(yè)的資金投入[3]。

1.3? 精準計算排煙量

地下車庫與其它建筑最為明顯的區(qū)別在于，地下車庫人員稀少但車輛眾多，雖然有監(jiān)控對其進行管制，但是不能第一時間對車庫起火進行滅火補救。對此，設(shè)計人員應(yīng)當對地下車庫的排煙量進行精準的計算，并始終以排煙的功能性為設(shè)計理念，即當車庫占地面積較大時，排煙系統(tǒng)應(yīng)當能夠與環(huán)衛(wèi)、人防等應(yīng)急系統(tǒng)相結(jié)合及時對車庫內(nèi)部的煙霧進行排除。

根據(jù)GB50067-2014《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》（下面簡稱汽規(guī)）第8.2.4條規(guī)定，每個防煙分區(qū)排煙風機的排煙量不應(yīng)小于30000m3/h，且不應(yīng)小于表2中的數(shù)值[4][5]。

需要注意的是，表2中給出的排煙量只是滿足了理論最小值而已，并沒有考慮實際火災(zāi)中的火災(zāi)荷載、煙氣層高度、煙羽流溫度等參數(shù)。而GB51251-2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》（下面簡稱為《防排煙標準》）第4.6.7規(guī)定：地下車庫場所的排煙量計算，應(yīng)按照煙羽流類型，根據(jù)火災(zāi)熱釋放速率、清晰高度、煙羽流質(zhì)量流率及煙羽流溫度等參數(shù)計算確定[5]。

實際中一般采用軸對稱型煙羽流，如圖2所示

因此每個防煙分區(qū)的排煙量計算公式為：

（1）最小清晰高度計算

式中Hq為最小清晰高度（m）;H為房間凈高度（m）。

（2）煙羽流質(zhì)量流量計算

式中Mρ為煙羽流質(zhì)量流量（kg/s）;Qc為熱釋放速率對流部分，一般取Qc=0.7Q（kW）;Z為燃料面到煙層底部的高度（m）（取值應(yīng)不小于最小清晰高度與燃料面高度之差），為簡化計算，本文忽略了燃料的高度，所以Z=H-db（m）;db為排煙系統(tǒng)吸入口最低點之下煙氣層厚度（m）;Z1為火焰極限高度（m）。

（3）煙層平均溫度T與環(huán)境溫度T0的差ΔT（k）是影響排煙口最大排煙量和防煙分區(qū)排煙量的一個重要影響因素。《防排煙標準》給出了煙氣層平均絕對溫度的計算公式：

式中K為煙氣中對流放熱量因子，本文采用的是機械排煙時，K取1.0;Cp為空氣的定壓比熱，Cp取1.01[kJ/（kg·k）]。

（4）當建筑空間凈高小于或等于6m的場所，其排煙量應(yīng)按不小于60m3/（h·m2），且取值不小于15000m3/h;當建筑凈高大于6m的防煙分區(qū)排煙量計算公式：

式中V是防煙分區(qū)的排煙量（m?/s）;ρ0是環(huán)境溫度下的氣體密度，取1.2（kg/m?）。

通常情況下，地下車庫的機械排煙風扇應(yīng)當以不大于2000m2設(shè)計為區(qū)間安裝一個，且應(yīng)當與日常的通風系統(tǒng)區(qū)別開，同時，在確定實際的排煙量之后，設(shè)計人員才可以將設(shè)計方案投放到實際的施工當中。進而保證一旦地下車庫發(fā)生火災(zāi)，車庫中各通風口能夠在第一時間以最大功率進行運轉(zhuǎn)，從而保障車庫內(nèi)部人員的生命安全[6]。

1.4? 科學(xué)設(shè)計排煙口

在設(shè)計通風排煙系統(tǒng)時需要著重考慮排風口和排煙口的安裝問題，因為排出的空氣中含有大量的有毒有害物質(zhì)，所以通風排煙口的安裝必須要以滿足地下車庫的良好通風為基礎(chǔ)，同時保障周圍環(huán)境的空氣清新為目的而建立。在相對封閉的地下車庫而言，汽車在進出車庫時產(chǎn)生的尾氣是不會受到空氣流動的影響，絕大多數(shù)的尾氣會懸浮在空氣當中，因此，設(shè)計人員在進行地下車庫通風口的設(shè)計時還應(yīng)考慮庫內(nèi)空氣流通的現(xiàn)象，避免出現(xiàn)通風口不能有效的進行室內(nèi)通風工作。另一方面，設(shè)計人員要針對排煙口的高度、朝向、風速等因素要開展煙霧系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計。

國內(nèi)學(xué)者張梅紅[7]等人通過FDS軟件分析了排煙口朝向?qū)饬鞯挠绊憽Ｒ阅潮馄缴虡I(yè)空間為例，模擬在特定防煙分區(qū)設(shè)置條件下，不同機械排煙口朝向的排煙效果，如圖3所示。作者通過模擬得到了結(jié)論，認為在排煙管道其他參數(shù)一致的前提下，若排煙口朝向頂部開啟，可以促使排煙管道下部煙氣向上流動，并更容易排除煙氣。

對于排煙口的風速來說，機械排煙口的排煙速率大于煙氣生成速率時，煙氣層厚度就會逐漸減小，但是排煙速率增加到一定值時，排煙口處會發(fā)生吸穿現(xiàn)象，煙氣層下部的大量空氣混合煙氣涌入排煙口，降低機械排煙系統(tǒng)的排煙效果。《防排煙標準》給出了單個排煙口最大允許排煙量的計算公式[5]：

式中Vmax為單個排煙口最大允許排煙量（m?/s）;γ為排煙位置系數(shù)，計算中基于排煙口中心位置到最近墻體的間距大于排煙口直徑的2倍，此處取γ=1。此外，煙氣系統(tǒng)的設(shè)計和安裝時，應(yīng)該形成一個閉環(huán)系統(tǒng)，如果車庫內(nèi)的溫度達到一定的程度，系統(tǒng)就會自動的關(guān)閉，如此一來，可以有效地防止火勢的蔓延與傳播。

2? 地下車庫消防設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

2.1? 汽車疏散設(shè)計

地下車庫作為城市交通的重要停車場所，全天候內(nèi)都停放了大量的大小轎車。又因地下車庫的地面設(shè)計，使得停放車輛的間距小，導(dǎo)致一定面積內(nèi)的汽車停放密度大的結(jié)果。因此，只要有一輛汽車著火后，若不及時控制，火勢將迅速蔓延相鄰車輛，相鄰車輛火勢再傳播至其周圍的車輛，形成一系列的火災(zāi)連鎖反應(yīng)，最終形成區(qū)域內(nèi)的立體燃燒。因此當?shù)叵萝噹斐霈F(xiàn)火情封路的情況，其內(nèi)部的車輛和人員就極有可能會被困在車內(nèi)，為此，設(shè)計人員應(yīng)當重視地下車庫的出入口設(shè)計，嚴格按照《車庫建筑設(shè)計規(guī)范》中的要求，對于車庫容納低于100輛的地下車庫應(yīng)當至少需設(shè)計一個出入口;對于車庫容量大于100輛的地下車庫，在設(shè)計時應(yīng)當酌情考慮車庫的地形而設(shè)計車庫的出入口，盡量縮短最不利點的被困人員逃生的距離以及車輛駛出地下車庫的時間，并且在出現(xiàn)火情的時候及時控制所有車輛禁止進入或停在地下車庫附近，方便地下車庫中的車輛能夠順利行駛出來。

2.2? 自動噴水滅火系統(tǒng)

由于地下車庫出入口少，火災(zāi)發(fā)生時，難以迅速疏散地下車庫內(nèi)的停泊汽車。而汽車自身的可燃物多，如油箱中的汽油或柴油、汽車表面油漆材料、內(nèi)部裝飾品、汽車座椅與靠墊等，導(dǎo)致火災(zāi)荷載較大，這時初期火災(zāi)的防控尤為重要。現(xiàn)代地下車庫的設(shè)計中應(yīng)當結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)設(shè)計出智能滅火系統(tǒng)，通過在地下車庫安裝的多個火災(zāi)探測器鎖定著火點，再利用在地下車庫頂棚安裝滑道的方式來實現(xiàn)將管線遷移到著火點進行滅火工作。在設(shè)計該系統(tǒng)時設(shè)計人員應(yīng)當著重考慮自動噴水滅火系統(tǒng)管線結(jié)冰問題，以及著火點檢測技術(shù)的設(shè)計，對此，技術(shù)人員應(yīng)當將電伴熱防凍設(shè)備加裝在滅火系統(tǒng)中，提高消防管道在冬季的安全使用性能。值得注意的是隨著新能源汽車的普及，滅火劑的選擇尤為重要，這需要火災(zāi)探測系統(tǒng)能快速通過甄別車牌來區(qū)分傳統(tǒng)汽車和新能源汽車。

另外，為地下車庫的管理員可以實現(xiàn)對車庫火情的及時掌握，該系統(tǒng)還應(yīng)當設(shè)計移動自動消防檢測設(shè)備，或者定點火災(zāi)檢測裝置，同時還可以在該設(shè)備上加裝溫度探測器與煙霧探測器。進而對地下車庫中煙霧濃度、溫度變化以及火源進行監(jiān)測，在其中任何一項監(jiān)測數(shù)值達到程序的設(shè)定值時，則會自動將警報傳遞給地下車庫的管理人員手中，并聯(lián)動緊急疏散廣播燈光、排煙風機、防火卷簾等固定消防設(shè)施，進而實現(xiàn)對火情的及時抑制，避免火災(zāi)問題持續(xù)擴大影響整個地下車庫。

2.3? 消防電氣配電系統(tǒng)設(shè)計

對于一些大型的現(xiàn)代高層建筑地下車庫來說，均已配備了新能源汽車充電樁，其建筑內(nèi)部配置的電氣配電系統(tǒng)本身就具有一定的安全隱患。因此，設(shè)計人員在進行地下車庫的消防設(shè)計時，應(yīng)當著重處理電氣配電系統(tǒng)的設(shè)計，并嚴格按照當?shù)叵酪?guī)劃設(shè)計要求來配置電氣系統(tǒng)，并選擇耐火耐高溫的材料以及合理配備電氣安全保護裝置，保證火災(zāi)初期建筑內(nèi)部的固定消防設(shè)施正常運行[8][9]。同時，如果建筑具有設(shè)計雙電源供電方式的條件，設(shè)計人員應(yīng)當首先考慮該供電模式，將消防電氣線路和建筑電氣線路單獨設(shè)計，進而降低消防電氣配電系統(tǒng)存在火災(zāi)隱患概率。

2.4? 消火栓環(huán)管設(shè)計布置

地下車庫中消防栓的環(huán)管設(shè)計應(yīng)當充分借鑒國外發(fā)達的設(shè)計方法，并將其融入實際的設(shè)計當中探索屬于自己設(shè)計方案。其中為避免消防栓妨礙車輛的行駛以及避免車輛對其造成破壞，應(yīng)當將消火栓暗藏在地下車庫的結(jié)構(gòu)墻中，實現(xiàn)多點分布聯(lián)合閉環(huán)的創(chuàng)新設(shè)計方式，提高地下車庫消防能力[10]。此外，對地下車庫給排水管道進行保護是我國地下車庫消防設(shè)計中最為常見的設(shè)計之一。通常情況下給排水管線主要是防止消防供水管線受到擠壓、低溫凍結(jié)等破壞，在實際的使用中無法為消防提供消防用水，因此，設(shè)計人員應(yīng)當將消防管道外側(cè)加裝硬度較高且厚大的阻燃保溫材料，防止管道被破壞。

2.5? 車庫采光井設(shè)計布置

自然排煙是利用環(huán)境因素和建筑結(jié)構(gòu)進行排煙，也是最簡單的一種排煙方式，其設(shè)計成本較低。汽規(guī)中第8.2.3條規(guī)定，自然排煙口的總面積不應(yīng)小于室內(nèi)地面面積的2%，但并未對單個排煙口面積大小作特別規(guī)定。在地下車庫設(shè)置排煙口一般為車庫出入口和車庫采光井。車庫采光井是依靠地下室外墻的側(cè)窗，或者是以擋土墻圍砌成的井字形采光口，如圖4所示。

GB50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》[11]第6.3.8.2條明確指出，具備自然進風條件時，可采用室外排風口作為自然進風的方式。因此，地下車庫在發(fā)生火災(zāi)時，由于煙氣量太大，導(dǎo)致機械排煙系統(tǒng)失效。此時可將車庫采光井作為送風、排煙的重要途徑。

3? 結(jié)語

總而言之，地下車庫設(shè)計通風排煙與消防工作是一項技術(shù)難度較高的工作，在設(shè)計中不但要切實解決車庫的設(shè)計困難，同時還要結(jié)合外部環(huán)境的特點設(shè)計出適合車庫的通風排煙消防系統(tǒng)。因此，設(shè)計人員應(yīng)當嚴格認真的開展通風排煙與消防的計算和設(shè)計，盡最大可能將地下車庫的危險系數(shù)降到最低，保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

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Ventilation and smoke exhaust fire

protection design of underground garage building

Liu Zhijian

Changsha Fire and Rescue Brigade

Abstract：Underground garage has the advantages of not occupying the ground land resources and easy access are widely used in the construction of major buildings. But underground garage also has certain disadvantages， that is， the underground garage is relatively closed， once a fire occurs， the harm is serious. For this reason， when designing underground garage， designers should focus on the ventilation and smoke exhaust and fire protection inside the garage， calculate the required power of smoke exhaust and ventilation with the actual size of the garage， and design reasonable fire protection pipeline， so that the fire can be put out in time， thus effectively reducing the loss.

Keywords：undergroundgarage;ventilationandsmokeexhaust;fire protection design