關于民用建筑工程設計中防排煙及通風問題的思考

齊樹凱　蘇海通　李道海　劉保龍　尚柱

摘要：為解決民用建筑火災濃煙造成的人員傷亡，本文在介紹建筑火災危害與特點的基礎上，提出當前建筑防排煙與通風設計存在的問題，然后明確建筑火災煙氣流動主要影響因素及建筑防排煙與通風設計要點，以期為相關人員提供參考，提高建筑的防排煙與通風效果，將火災帶來的危害降至最低。

關鍵詞：民用建筑；建筑火災；防排煙通風設計

火災是威脅建筑安全的主要災害事故，火災發生后產生的濃煙嚴重危害建筑中人員的生命安全，因此防排煙設計必須得到相關人員的重視。在明確當前建筑防排煙存在的問題基礎上，制定合理有效的措施，從根本上提高建筑的防排煙水平。

一、建筑火災危害與特點

建筑火災是指建筑中某個房間發生起火燃燒，并不斷蔓延到其它房間甚至引起整座建筑著火。現在的民用建筑樓層越來越多，功能也更加豐富，此外存在很多電氣設備和多種裝飾材料，一旦建筑發生火災，無論人員疏散還是救援，都面臨極大困難。因火災蔓延速度很快，很容易造成不同程度的人員傷亡及財產損失。對人體造成最大傷害的實際上并非起火燃燒，而是燃燒產生的濃煙，統計表明，因火災傷亡的人員中，有至少70%都是吸入過量有毒煙氣[1]。因此，在建筑設計中必須高度重視并切實做好防排煙及通風設計，室內空氣設計參數與標準如表1所示。

二、建筑防排煙與通風設計問題

（一）自然排煙

相關設計規范提出：“防煙樓梯間前室或合用前室，利用敞開的陽臺、凹廊或前室內有不同朝向的可開啟外窗自然排煙時，該樓梯間可不設置防煙設施”。此條要求提出只能在規定情境下才可采取自然排煙，當外窗為可開啟時，它的面積必須符合這個條款提出的規定。從排煙成效可以看出，在熱壓作用影響下，建筑外部空氣持續通過外窗到達室內環境中，透風量多少受到樓層高度的很大影響，如果樓層很高，則室內會有很多外部空氣進入，進而影響到排煙成效。通常建筑前室均為安全通道，如果這個部分的排煙成效比較差，則會威脅到室內人員的生命安全。基于此，對于高度達到50m及以上的建筑以及人員疏散困難、所需時間較長的建筑，不可單純采用自然排煙[2]。

（二）機械排煙

采用機械排煙方式時，可能在確定風機風量的過程中沒有充分考慮漏風率，同時面積達到50m2以上以及地下機房不建議采用機械排煙的方式。當沒有充分考慮漏風率時，會使實際排煙量不能達到設計要求，相關設計人員普遍認為此類建筑功能房間均采用自動控制方式，無需開展專門的防排煙設計，但這樣的想法是錯誤的，雖然這些功能房間有很高自動化水平，但依然需要做好人員管理。在實際運行過程中，要求管理人員做好定期觀察。由于這些房間的線路錯綜復雜、使用很多可燃材料，所以火災危險性往往更大，必須高度重視并認真做好排煙設計[3]。

（三）機械防煙

在機械防煙設計中，可能存在以下幾方面問題：

1.沒有充分考慮豎井自身漏風系數。雖然在相關規范中沒有針對加壓送風方式確定具體風量時要求豎井自身漏風系數，對此可參考采暖和通風方面的規范，要求風管漏風率不超過10%，這一規定在建筑防煙設計中也適用。防煙設計中必須考慮好漏風系數，否則加壓送風區域實際送風量根本不能達標。

2.設計風量的確定與要求不符。防煙設計常有這樣的錯誤做法，即加壓送風關鍵時要增大風量，或單純達到規定就可以避免問題出現。但為了適應這種很大的風量，門洞風速必然很大，在風速達到一定值以后，將影響到疏散門的開啟，導致人員疏散面臨到很大困難。[4]。

3.機房未采取新風進風方式。在實際的設計工作中，機房中的送風風機未能考慮在管路系統中增加新風風量，這樣會出現很多問題。在一定條件下，房門關閉，室外的新風無法進入到房間中，單純依靠滲透進入的新風很難達到要求，若室內新風量不足將對加壓送風效果造成很大影響。可見，風機房的設置與設備房間都要按要求增設新風進入管，為保證火災發生后加壓送風系統仍能正常工作，在設計過程中必須充分考慮進風量和管道。

三、建筑火災煙氣流動主要影響因素

建筑發生火災時，其煙氣的流動會受到以下因素的影響。

（一）高溫作用

火災最直觀的就是高溫，受高溫作用煙氣快速膨脹，使煙氣流動發生變化。通過對氣體膨脹定律的了解可知，當氣體質量不變時，氣體的體積會隨溫度升高顯著變大。根據相關實驗數據，當火災處于旺盛狀態時，起火區域大氣壓不斷升高，在溫度達到700℃及以上時，煙氣體積大幅增加，甚至相較于初始可以增加3倍，導致壓力也大幅增加，進一步拉大了起火區域和其它部位之間的壓力差，提升煙氣流動動力，最終使煙氣快速向其它位置蔓延和擴散，此時的水平和豎直速度分別可以達到05-08m/s、3-4m/s[5]。

（二）煙囪效應

建筑中因火災發生形成的煙氣持續上升必然帶來煙囪效應。由于室內溫度普遍高于室外，故在這種壓差作用下，空氣將在下方大量涌入，然后從上部流向室外。室外低溫空氣經由相對較低的部位大量涌入室內，并在相對較高的部位重新流向室外。這樣會在建筑中形成壓力分層的現象，具體來說就是高處壓力小于內部與低處壓力大于內部。此外，還會在某個高度位置形成中和面。這一效應主要和建筑高度及壓差直接相關，當建筑較高或壓力較大時，煙囪效應較明顯。若建筑中較低的樓層起火，則煙氣將從低層快速上升至高層，這一效應對樓層較高的建筑有更大影響[6]。

（三）通風及空氣調節

現在很多建筑都有新風系統，這個系統的風量往往很大，一旦建筑中發生火災，會由于新風系統的存在使室內仍然進入大量新風，這樣無疑會加劇燃燒。另外，火災濃煙還會進入空調管道系統到達其它沒有起火的房間，這種現象在空調系統設有回風系統時表現的更加顯著。

（四）風力情況

建筑外部風速與風向都是決定建筑中火災濃煙流動的重要因素。通過相應的實驗可以了解到，迎風面上的建筑墻面必然受到一定向內壓力，同時背風面上的建筑墻面則必然受到一定向外壓力，此時受風向作用會使中和面趨于變化。如果建筑中的火災發生位置為迎風面及中和面以上，則火災影響相比之下較小，火災濃煙會被風壓或者是正壓大量排除。而如果建筑中的火災發生位置為迎風面及中和面以下，則火災影響相比之下較大，此時火災濃煙將在某個部位大量集中，并具有向上蔓延的顯著趨勢，到遍布所有樓層為止，可見其威脅很大。

四、建筑防排煙與通風設計要點

在當前的民用建筑當中，火災發生后人員疏散越來越困難，這一點在高層建筑中表現的更為顯著。從建筑火災的人員疏散實驗了解到，如果建筑中每個樓層都有240個人，其疏散樓梯寬度為1.1m，則以11層建筑為例，其人員疏散共耗時6.5min，而以50層建筑為例，其人員疏散耗時可達131min。此外，對高度達到百米的建筑而言，當沒有阻攔時，煙霧可以在30s之內到達建筑頂部。基于此，如果建筑發生火災，則將所有人員撤出的難度是很大的。若有選擇性的將人員暫時滯留到建筑中，則對于特定場合，包括避難層和防煙前室等，其煙氣濃度必須處在容許范圍內，因此對防排煙及通風提出了極高要求[7]。在實際的建筑防排煙與通風設計過程中，要注意以下幾方面要點。

（一）盡量減少煙氣產生量

這方面最有效的方法為從源頭上加以控制，對此有必要在建筑中設置自動報警與滅火系統，以此在火災發生后使相關人員立即感知火情，在最短時間內撲滅火災，同時采取有效措施對火情進行控制。另外，在建筑建設中，建議采用發煙量相對較少的材料，尤其是裝飾材料，以減少火災發生后的發煙速度與數量，為人員逃生預留更多時間。

（二）充分利用建筑自身構造進行自然排煙

自然排煙的關鍵在于要有相應的風壓及熱壓，這就要求保證開窗面積。由于該方式基本不需要其它任何動力，且結構十分簡單，發揮效果也比較穩定，需要的成本低，所以是被大量采用的方式。但該排放方式存在易受風速和煙囪效應等因素影響的缺陷，由于這兩個影響因素都有不確定性，所以實際排煙成效也不穩定，不能連續提供符合要求的排煙能力，這對多層建筑而言，可能滿足要求，但對高層，尤其是超高層建筑而言，單純采用自然排煙是遠遠不夠的，需要在保留自然排煙的基礎上融入機械排煙。

（三）利用好豎井排煙

能否在最大限度上利用豎井來排煙，主要取決于煙囪效應的發揮是否足夠，簡單來說就是通過開敞式豎井進行排煙。但從實際情況來看，不論排煙井還是送風井，均需要占用一些空間，這就形成了一定局限性。如果空間預留不足，根本不能采用該方法。要求設計人員開展好專門的分析計算，只要條件允許，就應該考慮這種排煙方法。

（四）增設機械加壓送風系統

采用該送風系統的民用建筑，通常未設置能實現自然排煙的防煙樓梯間。建筑一旦起火，應立即對著火區域以外的部位進行加壓送風，確保這些區域的實際空氣壓力不小于著火區域，從而避免煙氣大量進入，導致財產損失，控制并防止火災進一步蔓延。

（五）依靠排煙風機實行機械排煙

排煙風機對機械排煙而言是一種最常用的方式。它的原理很簡單，即在機械動力作用下強制性排除室內火災濃煙，簡單來說就是通過排煙風機的運行產生一定吸力，促使火災濃煙到達排煙口，之后由排煙管道使其排出到室外。機械排煙效果主要受排煙口位置和排煙風口具體形式等因素的影響。在設計中要做好防煙分區的劃分，以保證實際的排煙效果，此外還要充分利用隔墻與垂壁對煙氣的不斷蔓延進行阻擋[8]。

（六）做好防煙知識宣傳工作

相關部門要以火災發生后人們的心理狀態及行動特點為依據，制定合理可行的避難與疏散計劃，并開展疏散演練，加強對防煙知識的教育和宣傳，確保建筑中所有防煙滅火設施均可以正常使用。

（七）采用排油煙防火止回閥

安裝于廚房煙機或衛生間排風機后端和具有一定耐火等級的共用排風管道進口部位，在風機工作過程中處于開啟狀態，以排出廢氣，而風機不工作時則處在關閉狀態，以避免廢氣回流。在室內或共用風道中氣溫符合要求后可自動關閉，同時在要求的時間范圍內符合耐火性能要求。

結語

綜上所述，防排煙與通風設計一直以來都是民用建筑工程設計的重要內容與環節，其設計質量不僅影響民用建筑日常使用功能，還決定了建筑火災發生后能否有效防排煙。以上對民用建筑的防排煙及通風設計問題及需要注意的要點進行了初步分析與總結，旨在為實際民用建筑工程的防排煙和通風設計提供可靠參考依據。

參考文獻

[1]李營，彭洋洋.民用建筑防排煙及通風空調系統防火設計中的幾點問題探討[J].居業，2022（02）：101-103.

[2]王懿.民用建筑地下停車庫通風防排煙設計分析[J].江西建材，2021（11）：123-125.

[3]金星.淺談住宅地下空間防排煙及通風系統設計[J].房地產世界，2020（17）：48-50.

[4]羅剛.民用建筑暖通空調設計中防火、防爆措施的分析與總結[J].暖通空調，2019，49（06）：74-78.

[5]陳延香.分析民用建筑地下停車庫通風防排煙設計[J].建材與裝飾，2019（04）：69-70.

[6]蔡文君.探討民用建筑工程設計中防排煙及通風問題[J].建材與裝飾，2018（24）：68-69.

[7]劉冬明.高層民用建筑通風空調系統中的防火排煙設計分析[J].科技創新導報，2017，14（26）：151-152.

[8]王科星.民用建筑防排煙及通風空調系統防火中的幾點問題探討[J].現代物業（上旬刊），2015，14（07）：110-111.

作者簡介：齊樹凱（1989- ），男，漢族，山東聊城人，本科，工程師，研究方向：消防產品檢測。