暖通空調系統防排煙設計研究

摘要：我國超高層建筑數量逐漸增加，其屬于城市現代化發展的成果，但相較于普通建筑，超高層建筑擁有極強的煙囪效應，若暖通空調系統防排煙設計不合理，在火災發生后會造成災難性的后果。首先，闡述超高層建筑暖通空調系統防排煙設計要點，包括自然排煙、機械排煙和機械加壓送風排煙。其次，通過結合實例的方式，提出強煙囪效應下防排煙系統設計建議。

關鍵詞：暖通空調""防排煙設計""煙囪效應""城市現代化

Research"on"Smoke"Control"and"Exhaust"Design"of"HVAC"System

LI"Congcong

Zhongnuan"（Xi'an）"Air"Conditioning"Engineering"Co.，"Ltd.，"Xi'an，"Shaanxi"Province，"710000"China

Abstract："The"number"of"super"high-rise"buildings"in"China"is"gradually"increasing，"which"is"a"result"of"urban"modernization"development."However，"compared"to"ordinary"buildings，"super"high-rise"buildings"have"a"strong"chimney"effect."If"the"Heating"Ventilating"and"Air"Conditioning（HVAC）"system"smoke"control"design"is"not"reasonable，"it"will"cause"catastrophic"consequences"in"the"event"of"a"fire."This"article"first"elaborates"on"the"key"points"of"smoke"control"and"exhaust"design"for"HVAC"systems"in"supernbsp;high-rise"buildings，"including"natural"smoke"exhaust，"mechanical"smoke"exhaust，"and"mechanical"pressurized"air"supply"smoke"exhaust."Secondly，"by"combining"examples，"design"suggestions"for"smoke"control"and"exhaust"systems"under"strong"chimney"effects"are"proposed.

Key"Words："HVAC;"Smoke"control"and"exhaust"design;"Chimney"effect;"Urban"modernization

超高層建筑具有規模大和結構復雜的特點，一旦發生火災，會產生大量的有毒有害煙氣，若排煙設計不合理，煙氣會在短時間內大量蔓延，威脅人們的生命安全。統計數據表明，因煙氣毒熏死亡的人數占比接近50%。因此，對暖通空調系統防排煙設計進行研究，具有十分重要的意義。

1"超高層建筑暖通空調系統防排煙設計要點

1.1自然排煙

常見防排煙系統形式，即可以利用室內外風壓、溫度的差異，通過門窗將煙氣排放至戶外，以維持建筑內部環境良好，但該形式的防排煙系統適用范圍有限，在超高層建筑中不適用。例如：將排風系統設計為該形式，應確定門窗規格，以保證設計的系統可以正常運行，可以開啟的外窗面積至少為窗戶總面積的40%，如排煙窗戶布設位置較高，應注意用于開閉窗戶的裝置高度設計，其布設高度應在1.3～1.5之間，方便人們順利開啟窗戶[1]。

1.2機械排煙

利用機械設施，將內部煙氣排放至室外，是現代建筑常見防排煙系統形式，適用范圍較為廣闊，如將暖通空調防排煙系統設計為該形式，應依據建筑高度確定系統設計方案。針對高度較高的建筑，應分段布設系統，并保證各區域排煙系統的獨立性，以保證防排煙效果符合預期。在防排煙系統設計過程中，應注意材料的選擇，要求用于防排煙的煙道，管道應具有較強的耐高溫能力，在溫度不超過280"℃環境中，管道結構不會被破壞，系統可以正常運行。

1.3機械加壓送風排煙

機械加壓送風排煙是常見防排煙系統的一種，其在超高層建筑較為常見，該形式的防排煙系統性能良好，可以有效排除內部空間存在的煙氣，避免內部環境被破壞。機械加壓送風系統由風機、管道、送風口與控制柜共同組成，并且各結構在系統運行中發揮不同作用，其性能直接影響系統的運行效果，為此在設計環節，設計人員應根據防排煙需要，選擇性能適宜的設備用于系統建設，確保設計的系統切實可行。在設計時，應注意風機布設位置確定，為消除外界因素的干擾，應將其布設于單獨機房內，并通過優化機房設計，實現控制送風機風量的目標[2]。

2、超高層建筑防排煙系統研究

2.1煙囪效應分析

煙囪效應是指以空氣浮力為依托，驅動空氣在建筑物、煙囪、煙道和其他容器進出的過程。室內外空氣密度和溫濕度之間的差異，是導致空氣浮力產生的主要原因。在高層建筑中，建筑內部明顯高于外部溫度的情況便屬于煙囪效應。其壓差與建筑高度和室內外溫差均具有正比關系。

2.2強煙囪效應下建筑防排煙系統設計

若建筑內部出現火災，隨著溫度的持續上升，建筑內部空氣密度會持續下降，煙氣會朝著上方流動，浮力效應就此產生，再加上超高層建筑內部設置了大量的豎向通道，便于煙氣流動，在理想狀態下，火災產生的煙氣會在短時間內全部上流到頂層，積聚在頂層后逐漸向周邊蔓延，中間樓層幾乎不存在煙氣蔓延的情況，直至頂層無法容納煙氣，并且儲煙倉到達上限，煙氣才會向下蔓延，但模擬結果表明，樓層高度、室內外溫差是決定煙氣能否在頂層積聚的因素，不能簡單判斷煙氣的蔓延方向，例如：某建筑的層數為30層，在火災發生后，受到內外部溫差的影響，煙氣會在21層左右積聚，并朝著下方蔓延，而21層以下的樓層，未受到煙氣的影響。要想對煙囪效應進行控制，應將防火阻隔設置到各垂直通道和各樓層之間，以防止煙氣以縫隙和孔洞為媒介向下蔓延，最大限度地控制煙氣蔓延造成的影響。與此同時，本研究還建議在常規防排煙設計的同時，將檢測器設置到豎向通道，為實時掌握煙氣流動方向提供信息支持[3]。

2.3案例分析－以麗澤SOHO為例

目前，高層中庭已經被廣泛應用于超高層建筑，并且將火災特點和防排煙規范作為依據，均在中庭科學設置防排煙系統，使消防安全得到保證。考慮到超高層建筑中庭的特點，在設計時，大多對消防性能模擬設計方法進行應用，通過這種方式，得到消防性能化報告，并依據報告設置防排煙系統。在排煙方式上，僅少數建筑采用自然排煙，絕大多數建筑均采用機械排煙，如表1所示。

查閱相關技術標準后得知，在中庭設置防排煙系統時，若采用的排煙方式為機械排煙，其最大排煙量應為周邊防煙分區排煙最大值的2倍，并且不能低于107"000"m3/h，若采用的排煙方式為自然排煙，需要將上述排煙量作為標準，同時結合自然排煙窗口風速，對有效開窗面積予以計算，值得注意的是，風速取值不能超過0.5"m/s[4]。

例如：麗澤SOLO在設計防排煙系統時，除將現有設計方案作為依據，還以軸對稱羽流分析方法為參照，為確保中庭區域的消防安全，通過消防性能化計算的方式，確定排煙量，計算結果為684"000"m3。為進一步提升排煙效率，對排煙效果進行模擬，最終調整了空間排煙口的布置位置，即將排煙口設置在中庭和避難層頂部，并采取均勻分配的方式，對各位置排煙量加以明確，確定各位置排煙量不能低于171"000"m3/s。

本項目為確保中庭區域的消防安全，并未與其他建筑一樣采用消防智能化設計，而是將國家規范作為依據，在房間和走廊設置防排煙系統，設計要點如下。

2.3.1.機械排煙

在本工程中，中庭防火分區由多個部分構成，分別為扶梯和地上中庭區域，計算結果表明，中庭區域的體積為253"000"m3，基于計算結果和相關規范，確定中庭排煙量的值為1"013"000"m3/h。

在設計過程中，將2臺排煙量為34"300"m3/h的排煙風機，設置到13層南北塔處，在24層南北塔處設置2臺排煙量為42"750"m3/h的排煙風機。在35層南北塔處所設置的風機數量同樣為2臺，但排煙量稍小，為33"000"m3。屋面處設置8臺排煙量為71"630"m3/h的排煙風機。對于中庭處，所采取的排煙方式為自然補風，即將大堂疏散出口低位自動補風窗作為補風口，使煙氣沿著上方排出，而下部則會源源不斷補風，值得注意的是，需要對補風風速進行限制，避免其超過2"m/s。

2.3.2.機械補風

根據規范中的相關規定得知，若防火分區無法采取自然補風，并且缺少可以打開的外窗時，需要通過機械補風、送風系統，完成加壓送風，從而將煙氣排出。在確定補風量時，應將防火分區的排煙量作為依據，通常情況下，補風量不能低于分區排煙量的一半。在本項目中設置了多個消防補風機，同時各層均設置能夠與本層排煙口聯動開啟的補風口。補風口內還設置了防火和電動閥，其能夠在70"℃的環境下正常使用[5]。

考慮到在煙囪效應的作用下，部分煙氣會流竄，故將檢測器設置在豎向井道處，用于監測煙氣的流動和走向，為合理規劃救援和疏散路線創造有利的條件。

2.4煙囪效應控制措施

結合上文可知，煙囪效應會導致煙氣流竄，威脅人們的安全，為此，在設計防排煙系統時，應遵循相關規定。

如果建筑類型為高層建筑，應該每隔2～3層設置防火分隔，設置位置為樓板處，分隔材料為不燃燒體，并且耐火極限需要與樓板相同。對于超高層建筑，各層樓板均要設置防火分隔，同時使用不燃燒材料填充孔隙。

將防火門設置到樓梯間和前室門，同時保證其具有自動感應關閉功能。針對井道房間和走廊之間的孔隙，使用不燃燒材料填充密實。針對位于廚房和衛生間的排風管道，需要將防火閥設置在管道內，確保火災發生后，閥門可以切斷煙氣的流通路徑，使走廊和房間相互分隔，減緩煙氣的蔓延速度。

科學選擇風機。設計人員需要將風道漏風系數作為依據，做好防排煙風機的選擇，不僅要將風壓要求作為考慮因素，還要把漏風量和金屬風道作為控制對象，確保漏風量低于10%。如果采用的風道為混凝土風道，應貫徹密封性和平滑性原則，在此基礎上，對排煙系統管道和施工長度予以明確，控制幅度為20%以上。若排煙系統的長度較大，控制幅度應超過30%。若無須對漏風情形進行考慮，根據計算結果設計防排煙系統，效果可能無法達到預期。為此，設計人員必須遵循相關規范，并結合漏風系統實際情況重新計算。

控制風速。這里所說的風速，主要指排煙和送風口的風速。目前，建筑防火設計完善對風速提出了明確的要求：加壓送風口風速不能超過7"m/s，排煙口風速應低于10"m/s。但部分建筑在防排風系統設計時，可能未遵循上述標準，導致系統運行阻力大增，并且系統防排煙效果受限。故在設計過程中，必須按照相關規定設計風速，以保證系統運行效果。

3結語

綜上所述，本文對超高層建筑防排煙系統設計進行分析，并得出以下結論。（1）在煙囪作用的影響下，火災發生后的煙氣難以及時排除，為此，需要通過科學合理的設計，保證建筑始終處在微正壓的環境。（2）總結了防排煙系統設計要點，分別為自然排煙、機械排煙和機械加壓送風排煙。（3）鑒于超高層建筑會利用中庭改善采光和通風環境，故建議將防火卷簾和玻璃幕墻設置到中庭，將其與其他樓層之間的聯系阻斷，實現對煙囪效應的有效控制。（4）結合實際案例，提出了防排煙系統設計建議，分別為設置垂直排煙通道、安裝檢測器、遵循防火設計規范等。

參考文獻

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