公共建筑防排煙系統在滅火救援中的應用探索

摘要：分析了火災煙霧對人體的影響，設計了機械排煙與自然排煙在內的防排煙系統。通過在綜合體公共建筑群進行實驗，對比了設計系統與傳統系統的排煙效果。結果表明，設計系統在排煙量、排煙時間及有害氣體吸收率方面均優于傳統系統，其中CO吸收率為98.6%，排煙量為42366m3/h，排煙時間僅需23.5 min。防排煙系統提升了公共建筑的滅火救援效率，為人員疏散和消防作業提供了有利的條件。

關鍵詞：公共建筑；防排煙系統；滅火救援

中圖分類號：TU892" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）12-0022-03

城市化進程加快，公共建筑的數量和規模持續擴大，消防安全問題日益顯著。公共建筑發生火災時，產生的煙氣會導致滅火救援難度增加，救援不及時會造成人員傷亡。因此，公共建筑設計中應用防排煙系統，對于保障人員安全、提高滅火救援效率具有重要意義。公共建筑的防排煙系統主要分為機械排煙和自然排煙方式，自然排煙系統借助建筑自身結構，如陽臺、走廊和外窗等，利用自然氣壓和外部風力促進空氣對流，從而實現煙氣排除的目的。機械排煙系統則依靠風機設備強制排煙，降低著火區域壓力，防止煙氣向非著火區域擴散，為人員疏散提供條件。

1 煙霧對人體的影響

火災發生時，產生的煙霧包含多種有害氣體，如一氧化碳（CO）、氰化氫（HCN）、二氧化碳（CO2）、丙烯醛（C3H4O）、氯化氫（HCl）和二氧化硫（SO2）等，這些氣體會對人體健康構成威脅[1]。

其中，CO無色無味，具有較強的毒性。在人體中，CO與血紅蛋白的結合能力高于氧氣，大約是氧氣的250倍。這種超強的結合能力嚴重阻礙了人體對氧氣的正常吸收，進而引發嚴重生理反應，包括頭痛、疲勞、意識不清和肌肉無力等癥狀，在嚴重情況下可導致死亡。

當CO濃度超過0.35mg/m3時，將對人體健康造成較大的危害。HCN是一種劇毒氣體，能夠快速抑制細胞內的呼吸酶活性，阻斷細胞呼吸過程，導致組織嚴重缺氧。C3H4O對呼吸道具有強烈的刺激性，能引起劇烈的咳嗽、喉痛和支氣管炎，長期或高濃度暴露還可能對肺部造成永久性損傷，增加患肺癌的風險[2]。HCl氣體由含氯材料燃燒產生，對呼吸道和眼睛有強烈的腐蝕性，能導致嚴重的呼吸道損傷、化學性肺炎和角膜損傷。SO2是一種刺激性氣體，對呼吸道有強烈的刺激作用，能夠引起咳嗽、喘息和支氣管炎。

2 公共建筑防排煙系統設計

2.1" 防排煙系統設計原理

在建筑空間中，煙氣控制系統的關鍵是減少煙霧生成、控制煙霧流動或者削減煙霧總量，以減輕煙霧造成的損害。減少產物主要通過選用適宜的建筑材料、實施區域隔離、優化排煙設施和制定滅火策略等方式來實現防煙霧的目的。

公共建筑需要嚴格管控建筑內部物品和材料的特性，避免采用可能釋放大量有毒煙霧的材料，從源頭上把控煙霧的產生。此外，利用煙氣控制門、調節閥等設備實行區域隔離，將煙霧限定在特定的發煙區域或者儲煙空間內，阻止其擴散到其他區域[3]。在滅火策略方面，設計時應考慮滅火設備的快速部署和有效使用，確保滅火劑能夠迅速到達火源，同時減少滅火過程中對人員和環境造成二次危害。

2.2" 防排煙控制系統設計

2.2.1" 排煙方式的選擇

在公共建筑中，排煙方式分為機械排煙與自然排煙。根據《建筑設計防火規范》規定，針對不同高度的建筑空間，提出了相應的排煙策略：若建筑高度未超過12m，且滿足自然排煙條件，如可開啟天窗或者高側窗的面積至少達到地面面積的5%，應當優先考慮自然排煙；對于高度未超過12m，但不滿足自然排煙條件的大型空間，應采用機械排煙系統；當建筑空間高度超過12m時，無論是否具備自然排煙條件，如天窗或高側窗是否可開啟，都必須采用機械排煙系統。

2.2.2" 排煙口設計要求

防排煙控制系統設計時，需考慮窗戶的可開啟區域面積，通常要求該面積不少于地面面積的5%。當公共建筑發生火災時，打開窗戶應確保提供充足的通風量，以實現快速排煙的目的[4]。

對于空間高度超過12m的區域，在設計機械排煙口時，需要考慮排煙口的通風量，在垂直方向上每隔2～3層樓設置一個排煙口，以確保排煙效果，防止煙氣在垂直方向上的積聚，從而降低火災造成的危害。

2.2.3" 補氣系統的設計

補風系統的設計要求補風量至少達到排煙量的50%，且補風需直接取自室外。補風系統可以采用疏散門、手動或自動開啟的窗戶以及機械通風裝置實現，其入口應設置于儲煙倉的下方。機械補風速度應控制在10m/s，在公共區域或面積超過500m2的空間內，送風口的流速不得超過5m/s；自然補風速度需限制在3m/s以內。

對于安裝了機械排煙設施的走廊或者面積小于500m2的區域，可以不設置專門的補風系統。補風系統應與排煙系統同時啟動。若補風入口與排煙入口位于同一空間內的相鄰防煙分區，補風入口的布置不受限制；若兩者位于同一個防煙分區，補風入口應位于儲煙倉下方，且與排煙入口的水平距離至少保持5m。

2.3" 自動排煙設施

自動排煙系統主要分為機械排煙與自然排煙兩種模式，機械排煙系統采用“半干法+干法+活性炭吸附+袋式除塵”的復合煙氣凈化技術；自然排煙系統則包含排煙窗戶、控制單元及失效保護裝置等關鍵要素。自動排煙系統應與建筑內的自動滅火系統實現聯動，一旦檢測到火災信號，即自動啟動排煙和滅火設備，快速實現排煙和滅火功能。

2.3.1" 機械排煙

機械排煙具有流程簡潔、能耗低、技術成熟度高及成本效益顯著的特點。半干法能有效滿足排放標準，干法可作為備用方案；組合工藝減少了半干法中石灰漿液的用量，干法起到補充作用，增強系統的穩定性。在半干法出現故障時，干法可替代成為主要處理工藝，確保排放達標。此外，該組合工藝運行成本低且便于維護[5]。

2.3.2" 自然排煙

排煙窗口主要分為單開式、百葉式、對開式以及復合式四種類型。排煙窗的開啟控制機制主要分為電動與氣動兩種類型，電動驅動系統由排煙窗主體、專用消防電源、控制柜以及必備的防火電纜等部件構成，通過電動控制實現自動排煙窗的操作。氣動驅動系統包含排煙窗、壓縮機、氣瓶、控制模塊以及連接銅管等組件，依靠氣動控制確保自動排煙窗的可靠運行。

為確保排煙系統的穩定運行，自動排煙窗配備防失效保護裝置。該裝置可在電力故障、消防警報信號缺失等緊急狀況下，確保排煙窗持續正常工作，且在檢測到故障時能夠自動完全開啟，以確保排煙效果[6]。

3 防排煙系統在公共建筑滅火救援中的應用

3.1" 公共建筑概況

實驗場地為一組綜合體公共建筑群，該建筑群內部設施齊全，包括酒店設施、餐飲區域、接待大廳、購物中心以及地下停車設施等。公共建筑總占地面積約75257m2，總高度達到128.85m，共有31層，其中地下3層，地上28層。

在公共建筑的樓層中，布置了20個感應器和8套排煙系統，這些排煙系統被劃分出8個獨立的排煙區域，每個區域均配備有一套核心的排煙設施，具體布局見圖1。

3.2" 實驗過程

實驗團隊到達預定區域后，制造煙霧并迅速啟動數據采集設備，同時精確記錄相關數據及時間點。待煙霧濃度達到預設標準并均勻分布于各區域時，啟動排煙系統，并實時記錄排煙量與持續時間，以此評估系統性能。在排煙系統運行期間，模擬滅火操作，利用滅火設備對火源進行撲滅，觀察并記錄滅火效果及耗時，以深入評估防排煙系統對滅火救援的實際影響。為進行對比分析，重復上述實驗流程，但采用傳統防排煙系統，監測室內煙霧濃度、排煙效率以及煙霧成分的變化，從而全面對比兩種系統在排煙性能上的差異。

3.3" 結果分析

公共建筑所采用的防排煙系統在執行排煙任務時，排煙量可達42366m3/h，不僅滿足煙霧排放的基本要求，而且其排煙作業僅需23.5min。在相同的實驗條件下，傳統防排煙系統的排煙量為36761m3/h，雖然可以達到標準要求，但耗時卻延長至36.7min。具體結果分析見表1。此外，模擬滅火操作的結果顯示，在新型防排煙系統的輔助下，滅火時間顯著縮短，滅火效果更為顯著，進一步驗證了防排煙系統在提升滅火救援效率方面的實際作用。

4 結束語

本文設計了一套機械排煙與自然排煙的綜合防排煙系統，通過對比實驗，驗證了該系統在提高排煙效率、降低有害氣體濃度方面的有效性。該系統在排煙量、排煙時間及有害氣體吸收率等方面均優于傳統系統的性能，顯著提升了公共建筑的滅火救援效率。此外，在系統設計過程中，充分考慮了排煙口布局、補氣系統及自動排煙設施的要求，確保該系統在緊急情況下的高效運行。不僅有效彌補了傳統系統在功能上的不足，更為公共建筑的消防安全提供了更為可靠的技術保障。

參考文獻

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[3]邱長明.高層建筑工程消防防排煙系統存在的問題及對策探析構建[J].水上安全，2024（16）：125-127.

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[5]林翠娥.科研樓暖通空調防排煙系統設計分析：以上海科創園項目為例[J].綠色建造與智能建筑，2023（10）：76-78.

[6]張曉玉.高層建筑防排煙系統設計及施工應注意的問題探究[J].消防界（電子版），2023，9（14）：81-83.