建筑暖通的消防安全設計與防排煙設計關鍵點研究

張淑穗

（中鐵四院集團南寧勘察設計院有限公司，廣西 南寧 530000）

隨著國家經濟快速增長，大量的商業中心、超市、廣場、百貨公司等購物中心類型的建筑應運而生，一般情況下，這類建筑具有面積較大、功能較復雜、火災風險較高以及人員密度較大等特點[1]。在現代化的建筑工程建設中，暖通系統得到廣泛應用，給人民帶來更優越的生活體驗，工程方在施工中，對暖通的安全性也高度關注，為最大限度地發揮暖通系統的作用，就必須不斷地提高對暖通系統設計安全性的要求，以免在后期的使用過程中，出現一些不正常狀況或異常現象。

一旦建筑中的暖通系統運行發生故障，不僅會降低其使用效率，還會對建筑內群體的生命安全造成威脅，因此，除了對暖通系統的消防安全設計，還要優化建筑內對應的防排煙工程，明確防排煙設計是建設優化暖通系統的關鍵。當建筑暖通系統運行受到外界環境影響出現異常或發生火災等事故時，對應的防排煙系統應保證建筑物中人員的人身安全具有十分重要的意義[2]。為了控制建筑內火災事故，需要在保證相關設計工作具有較高合理性的前提下，結合建筑工程項目中的實際情況，規范每個設計環節，從根本上保證工程質量，消除不合理的因素，最大程度地提高建筑的消防安全水平[3]。為落實這項工作，該文將以某地區建筑工程項目為例，從其暖通系統入手，進行詳細設計。

1 建筑暖通的消防安全設計

1.1 綜合建筑暖通火災風險評估

為規范建筑工程項目設計中的暖通施工，開展研究前，應先明確建筑在投入使用后，由于暖通工程造成的建筑火災風險[4]。

在該過程中引入古斯塔夫概念，先計算建筑暖通火災危險度，如公式（1）所示。

式中：GR為建筑暖通火災危險度；Qm為建筑空間中，可發生移動行為的火災荷載因子；α為建筑空間中易燃因子；Qi為建筑空間中，不可發生移動行為的火災荷載因子；S為建筑面積；Ri為火災蔓延因子；W為建筑結構中的耐火因子。

對公式（1）中的未知參數進行計算，如公式（2）所示。

式中：Mv為建筑室內可發生移動行為的可燃物體質量，kg。Δhc為單個可燃物體的有效熱值，MJ/kg。At為地熱面積。

通常情況下，為簡化計算，會將地熱面積At轉化為等熱值相同的標準木材覆蓋面積ω，計算單位kg/m2，對ω和Qm間的關系進行分析，見表1。

表1 ω與Qm之間的關系分析

按照上述方式對公式（1）中不同參數進行計算，根據上述內容，進行建筑暖通火災風險評估，評估計算如公式（3）所示。

式中：I為建筑暖通火災風險評估結果；k為危險因子；H為空間暖通系統特征因子；F為暖通設備的空間分布密度；β為人員數量因子。根據評估結果進行暖通系統綜合消防的安全設計。

1.2 暖通系統綜合消防安全設計

明確建筑暖通系統發生火災事故的風險后，進行暖通系統綜合消防安全設計。在具體工作中，根據消防規定，在暖通系統中安裝防火閥門，明確建筑中的每個樓層都需要設置一個專門的防火分區，且不能在不同防火分區間共用暖通系統，例如必須在不同防火分區間共用暖通系統[5]，需要在穿越防火分區的隔墻處設置消防閥，當穿過伸縮縫或變形墻時，還應在對應位置的兩側分別設置消防閥，并將墻體與風管間的空隙采用防火材料進行封閉處理[6]。在該過程中，建筑暖通系統中的垂直風管的防火閥安裝示意圖如圖1所示。

圖1 建筑暖通系統中的垂直風管的防火閥安裝示意圖

在上述內容的基礎上，參照大型建筑工程火災自動報警系統設計文件中的相關標準與要求，進行系統中機械消防排煙、火災自動報警等功能模塊的有效連接。為滿足暖通系統設計過程中的消防設計需求，應在現有內容的基礎上，對系統中的排煙風機、補風機等增設靈活的手動操控方式，通過這種方式對建筑內暖通系統多個方面進行綜合調控[7]。

一般情況下，不建議將暖通系統內的風管系統作為排煙系統，但也有個別情況，如果平時風管系統仍用于排煙作業，就需要根據相關工作的具體要求，在風管中安裝自動化閉門、全智能主動切換閥門等，并采取相關措施，保障密閉門和閥門安全。在共用排煙、風管系統的情況下，要保證系統中的相關設備的性能指標（風管的內徑、排風速率等）與暖通防排煙系統的設計要求一致。通過上述方式對暖通系統進行綜合消防安全設計。

2 防排煙設計

2.1 引入機械排煙法

在建筑暖通消防工程中，為提高防排煙效果，采用機械排煙法，在該方法中引入機械排煙系統，自動排除煙氣。當建筑中的一個位置發生火災時，它所在的防煙分區的排煙口或排煙閥會立刻打開，排煙風機會通過排煙管道、排煙口，將燃燒時產生的煙霧和熱量排出。圖2為機械排煙系統組成結構示意圖。

圖2 機械排煙系統組成結構示意圖

一般針對建筑內走道位置采用豎向方式對機械排煙系統進行布設，房間內按房間、防火、防煙分區進行水平布置。如果是豎向排煙，就應該考慮通過火災區域的要求，將豎向排煙管置于管井內。當通過防火分區時，應在通過處設置排煙消防閥門。穿過變形縫的排煙管道，應該在變形縫的兩邊都安裝1個排煙防火閥，如圖3所示。

圖3 穿越處排煙防火閥設置示意圖

對通風空調和正壓送風系統等相類似場所來說，采用的防火閥規格應在70℃以上。針對帶有地下室結構的建筑，當安裝機械排煙裝置時，還應安裝補風裝置。在裝設機械補風的過程中，補風量比例不能低于排煙量的50%。

機械排煙也是一種非常重要的機械排煙方式。當發生建筑火災時，火災生成的濃煙會從排煙口強制排出，且在應用技術的過程中，負壓環境可以對建筑物內部的火勢進行調整，如果濃煙過大，就很容易導致排煙口無法將全部濃煙排出，從而降低消防安全性。所以，在應用機械排煙法的過程中，要對排煙系統的參數進行計算，并充分重視其與防火閥的配合，避免在火災發生后，煙霧向建筑內蔓延擴散，為消防救援工作的開展提供一個有效的基礎，保障人民的生命財產安全。

2.2 自然排煙設計

通過自然排煙的設計可以提高建筑的排煙效果。將自然排煙的設計重點放在開窗面積、外窗類型設計方面。一般情況下，當建筑針對防煙樓梯間的窗戶設計時，其參數主要以1.2m×1.2m為主，當進行防火窗設計時，選用甲等安全性設計方案[8]。一旦建筑出現火情，防火窗會立即關閉，因此很難有效排煙。針對該問題，在設計的過程中，必須與建筑物的特定層高相結合。當建筑物高度大于60 m時，設計時應將其參數變更為0.8m×1.2m，以保證出現火災時，建筑可采用自然排煙的方式減少室內煙氣濃度。根據《建規》、《煙標》規定，建筑物的自然通風口應占其所在建筑樓面面積的2%～5%，且不能超過該樓面建筑樓面面積。通過對NFPA92B、NFPA204進行分析可知，在一定的火災范圍內，天然排煙口面積與補風口面積間的關系如公式（4）所示。

式中：mv為通過自然排煙口的質量流速；ρ0為所處環境的空氣密度；g為自由落體的加速度；Cd，v為排煙口排放系數；Av為排煙口的面積；Ai為補風口的面積；T0為環境溫度；T為煙層溫度；d為煙層厚度。

結合上述公式可以確定自然排煙的面積，對建筑物中任一點至最近的自然通風窗口（開口）的水平距離如圖4所示。圖4中，當建筑面積大于100m2時，A點到達排煙窗（口）的水平距離不超過30m，B點到排煙窗（口）的水平距離不超過30m。當建筑物內的火情超過510kW時，煙霧就能克服周圍溫度變化的影響，平穩地升至天花板，實現自然排煙。如果建筑火災的規模是5MW，設計煙層厚度為1.5m，那么補風速度應該是2.0m/s，達到自然排風要求效果。利用CFD方法可以對建筑物內部火災蔓延的情況進行三維可視化顯示，同時可以得到建筑物內部火災蔓延的速度、溫度、可見度和濃度場等多個參量的云圖或矢量圖像。在該基礎上，改變火災發生地點、規模、排煙方式以及室內外環境等因素，結合火災發生時的可燃物排煙方式等特征，對火災發生時的煙氣擴散狀況、氣流分布等進行全面、系統性地研究，尋找最佳的排煙方式。

圖4 建筑物中任一點至最近的天然通風窗口（開口）的水平距離

2.3 防排煙系統遠程啟動

一般來說，防排煙系統是以消防控制室為主，在整個系統的使用過程中有2種控制方式，一種是多線控制板，另一種是總線控制板。這兩種不同的起始方式都是不同的，也是復雜的。在需要手動操作的情況下，必須使用事先設定好的第二個代碼編號來啟動，這樣的啟動方法比較煩瑣，并且需要大量的作業，為了確保暖通消防工程中的防排煙系統能夠迅速啟動，必須使用多線路聯動的控制板來實現防排煙系統的遠程啟動，這樣消防室內的工作人員就可以通過人工操作啟動防排煙系統，在火災發生后在第一時間進行撲救。

當出現火災時，打開防排煙系統，將建筑內的煙氣排出，降低室內煙氣濃度，提高建筑內的能見度，使消防人員能夠及時疏散被困人員，保障人民的生命安全。在建筑防排煙系統的建設中，必須對防排煙風扇進行優化。還可以在防排煙系統中引入防排煙扇，其工作原理是將煙氣散發后所產生的余熱引導到安全區，從而有效地減少了火災對建筑的危害。

3 結語

在現代化建筑工程項目中，暖通系統是一個不可缺少的重要組成部分，它不僅能給人提供一個舒適的居住環境，而且能有效地提高建筑物的防火性能。另外，該系統的應用也有助于建筑物在發生火災時，更好地應對各種安全事件。所以，在設計或施工的過程中，一定要仔細分析在建筑暖通設計中存在的普遍問題，確定設計要點并進行相應改進，從而提高建筑暖通系統的建設水平。通過該研究，明確了暖通系統設計在建筑工程項目設計中的重要性，通過這種方式，為提高建筑工程項目消防安全設計水平提供指導。