建筑设备：第13章 建筑防排烟

1、第13章 建筑防排烟烟气的流动规律与控制机理1自然排烟2加压防烟送风系统4机械排烟33防排烟系统的设备部件 35通风空调系统与防排烟系统的兼用 613.1 烟气的流动规律与控制机理13.1.1 烟气的流动规律 引起烟气流动的因素有如下几点： 1. 烟囱效应引起的烟气流动（图13.1 ） 2. 浮力引起的烟气流动（图13.2 ） 3. 热膨胀引起的烟气流动4. 风力作用下的烟气流动5. 通风空调系统引起的烟气流动 了解这些因素作用下的烟气流动规律，有助于正确的采取防烟、防火措施。图13.1火灾烟气的传播 (a)t0ts (b)t0 ts情况 1. 烟囱效应引起的烟气流动图13.2 在浮力作用下的

2、烟气流动 2. 浮力引起的烟气流动3. 热膨胀引起的烟气流动4. 风力作用下的烟气流动建筑物在风力作用下，迎风侧产生正风压，而在建筑侧部或背风侧，将产生负风压。当着火房间在正压侧时，将引导烟气向负压侧的房间流动。反之，当着火房间在负压侧时，风压将引导烟气向室外流动。5. 通风空调系统引起的烟气流动通风空调系统的管路是烟气流动的通道。当系统运行时，空气流动方向也是烟气可能流动的方向，烟气可能从回风口、新风口等处进入系统。当系统不工作时，由于烟囱效应，浮力、热膨胀和风压的作用，各房间的压力不同，烟气可通过房间的风口、风道传播，也将使火势蔓延。13.1.2 火灾烟气控制原理主要目的：在建筑物内创造无

3、烟或烟气含量极低的疏散通道或安全区（即安全疏散）。实质：控制烟气合理流动，也就是使烟气不流向疏散通道、安全区和非着火区，而向室外流动。主要方法隔断或阻挡防 烟（加压防烟或密闭防烟）排 烟（疏导排烟）1、隔断或阻挡墙、楼板、门等都具有隔断烟气传播的作用。两个概念：防火分区：用防火墙、楼板、防火门或防火卷帘等分隔的区域。可以将火灾限制在一定局部区域内(在一定时间内)，不使火势蔓延。防烟分区：在设置排烟措施的过道、房间中用隔墙或其他措施分隔的区域。 可以阻挡和限制烟气的流动（图7-7为用梁或挡烟垂壁阻挡烟气流动）。防烟分区在防火分区中分隔。防火分区、防烟分区的大小及划分原则参见高层民用建筑防火规范。

4、防火分区在建筑设计中，利用各种防火分隔设施，将建筑物的平面和空间分成若干个分区，称为防火分区。竖向防火分隔设施：楼板、防火挑檐、避难层、功能转换层水平防火分隔设施：防火墙、防火门、防火窗、防火卷帘、防火幕和防火水幕等，建筑墙体客观上也发挥防火分隔作用。名称一类建筑二类建筑地下室每层每个防火分区10001500500Back当设有自动灭火系统时，上述面积可增加1倍。防烟分区定义：为了将烟气控制在一定的范围内，利用防烟隔断将一个防火分区划分成的多个小区。作用：防烟分区是对防火分区的细分，其作用是有效的控制火灾产生的烟气流动，但它无法防止火灾的扩散。划分：根据高规的规定设置排烟设施的走道及净高不超过

5、6m的房间，要求划分防烟分区。防烟分区可通过挡烟垂壁、隔墙或从顶棚下突出不小于0.5m的梁来划分。一般每个防烟分区采用独立的排烟系统或垂直排烟道（竖井）进行排烟。每个防烟分区的建筑面积不宜超过500m2，且不应跨越防火分区。Back图7-7 用梁和挡烟垂壁阻挡烟气流动图7-7 用梁和挡烟垂壁阻挡烟气流动(a) 下凸500mm的梁；(b) 可活动的挡烟垂壁Back（1）密闭防烟方式当发生火灾时，人员迅速疏散，并立即用防火门将火灾房间封闭起来，使火因缺氧而熄。特点：简单易行，但只适于面积小，且建筑材料耐火性能好，密封性好的房间。应用：我国目前未使用这种方式。通常，对安全疏散区采用加压防烟方式来达到

6、防烟的目的。（2）加压防烟方式 凭借机械力，将室外新鲜的空气送入应该保护的疏散区域，如前室、楼梯间、封闭避难层(间)等，以提高该区域的室内压力，阻挡烟气的侵入。2、防 烟组成：加压送风机、风道和送风口。 加压防烟加压防烟的两种情况：当门关闭时房间内保持一定正压值，空气从门缝或其他缝隙处流出，防止了烟气的侵入(a图)；当门开启时送入加压区的空气以一定风速从门洞流出，阻止烟气流入(b图)。由上述两种情况分析可以看到，为了阻止烟气流入被加压的房间，必须达到：(1) 门开启时，门洞有一定向外的风速；(2) 门关闭时，房间内有一定正压值。这也是设计加压送风系统的两条原则。Back加压防烟图13.3 防烟

7、系统的组成 加压防烟的两种情况利用自然或机械作用力将烟气排到室外，称之为排烟。利用自然作用力的排烟称为自然排烟利用机械(风机)作用力的排烟称为机械排烟排烟的部位着火区排烟：将火灾发生的烟气(包括空气受热膨胀的体积)排到室外，降低着火区的压力，不使烟气流向非着火区，以利于着火区的人员疏散及救火人员的扑救。疏散通道的排烟：排除可能侵入的烟气，以保证疏散通道无烟或少烟，以利于人员安全疏散及救火人员通行。3、排 烟13.2 自然排烟13.2.1 自然排烟的方式自然排烟是利用热烟气产生的浮力、热压或其他自然作用力使烟气排出室外。特点：设施简单，投资少，日常维护工作少，操作容易；但排烟效果受室外很多因素的

8、影响与干扰，并不稳定，因此它的应用有一定限制。虽然如此，在符合条件时宜优先采用。自然排烟有两种方式：一是利用外窗或专设的排烟口排烟；二是利用竖井排烟。13.2.2 自然排烟设计条件 13.2.3 自然排烟设计13.2.1 自然排烟的方式 自然排烟的方式图13.4 自然排烟(a) 利用可开启外窗排烟；(b) 利用专设排烟口排烟；(c) 利用竖井排烟(a)是利用可开启的外窗进行排烟。(b)如果外窗不能开启或无外窗，可以专设排烟口进行自然排烟。(c)是利用专设的竖井进行排烟，即相当于专设一个烟囱。13.2.2 自然排烟设计条件 高层民用建筑设计防火规范(GB 50045-95)规定：(1) 建筑高度

9、50m的一类公共建筑和建筑高度100m的居住建筑，靠外墙的防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室和合用前室，宜采用自然排烟方式(图)。(2) 采用自然排烟的防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室或合用前室，可开启外窗(图)面积应符合下列规定。 Back阳台、凹廊和室外楼梯自然排烟 Back利用直接向外开启的窗排烟 Back排烟规定 防烟楼梯间每五层内可开启外窗总面积之和不小于2m2； 防烟楼梯间的前室、消防电梯前室可开启外窗面积不小于2m2，合用前室不应小于3m2； 需要排烟的房间、长度不超过60m的内走道可开启外窗面积 不小于该房间、内走道面积的2%； 净空高度小于12m的中庭可开启的天窗或高侧窗的

10、面积不应小于该中庭面积的5%。 Back13.2.3 自然排烟设计1.自然排烟设计对建筑设计的制约如下： 1) 房间必须至少有一面墙壁是外墙； 2) 房间进深不宜过大，否则不利于自然排烟； 3) 排烟口的有效面积与地面面积之比不小于1/50。13.2 自然排烟2.自然排烟设计应考虑的几点：1) 对于高层住宅及二类高层建筑，当前室内两个不同方向设有可开启的外窗，且可开启窗口面积符合要求时，其排烟效果受风力、风向、热压等因素的影响较小，能达到排烟的目的。因此，在实际设计中，应尽可能利用不同朝向开启外窗来排除前室的烟气（图13.5）。 2) 排烟口位置越高，排烟效果越好，所以，可开启外窗应尽可能靠近

11、顶棚位置，并应有方便开启的装置。3) 为了减小风向对自然排烟的影响，当采用阳台、凹廊为防烟前室时，应尽量设置与建筑色彩、体型相适应的挡风措施（图13.6）。4) 内走廊排烟窗口应尽量设在两个不同的朝向上。 图13.5 有两个不同朝向的可开启的外窗的前室Back图13.6 设置挡风板的阳台、凹廊Back13.3 机械排烟13.3.1 机械排烟方式13.3.2 机械排烟部位13.3.3 机械排烟量的确定13.3.4 机械排烟系统的设计1. 排烟系统的布置2. 系统组成3. 排烟口的设计要求4. 排烟风道设计要求13.3.5 中庭排烟1. 中庭的定义2. 中庭机械排烟量3. 中庭机械排烟的气流组织1

12、3.3.1 机械排烟方式1、特点：机械排烟系统实质上就是一个排风系统。与自然排烟相比，机械排烟具有以下优缺点： 机械排烟不受外界条件的影响，而能保证有稳定的排烟量。 机械排烟的风道截面小，可以少占用有效建筑面积。 机械排烟的设施费用高，需要经常保养维修。 机械排烟需要有备用电源。2、方式：局部排烟：在每个需要排烟的部位设置独立的排烟风机直接进行排烟集中排烟：将建筑物划分为若干个区，在每个区内设置排烟风机，通过排烟风道排烟13.3.2 机械排烟部位一类高层建筑和建筑高度超过32m的二类高层建筑的下列部位，应设机械排烟设施：(1) 长度超过20m且不能直接对外采光和自然通风的走道；虽有直接采光和自

13、然通风，但长度超过60m的走道。(2) 面积超过100，且经常有人停留或可燃物较多的地上房间。(3) 高层建筑室内超过12m的中庭。(4) 总面积超过200或一个房间超过50，而且经常有人停留或可燃物较多的地下室。 13.3.3 机械排烟量的确定我国高层民用建筑设计防火规范规定：内走道、房间或防烟分区的排烟风量按地面面积不小于60m3/(hm2)。建筑内部的中庭(高度12m)的机械排烟风量为6次/h(中庭体积17000m3)，或4次/h(中庭面积17000m3)，但不得小于28.3m3/s。机械排烟系统的总风量按120 m3/h确定。机械排烟系统的最小风量不得小于2 m3/s。对于系统管路的截

14、面选择排烟风速的确定。一个排烟系统可以担负若干个防烟分区，其最大排烟量为60000 m3/h，最小排烟量为7200m3/h。 13.3.4 1. 排烟系统的布置1) 排烟气流应与机械加压送风的气流合理组织，并尽量考虑与疏散人流方向相反。2) 为防止风机超负荷运转，排烟系统竖直方向可分成数个系统，不过不能采用将上层烟气引向下层的风道布置方式。3) 每个排烟系统设有排烟口的数量不宜超过30个，以减少漏风量对排烟效果的影响。13.3.4 1. 排烟系统的布置4) 机械排烟系统与通风和空气调节系统，一般应分开设置，当有条件利用通风和空气调节系统进行排烟时，则也可以结合利用，但是必须采取相应的安全措施。

15、5) 房间和走道的排烟系统与防烟楼梯间，消防电梯前室以及合用前室的排烟系统应分开设置。6) 排烟口、排烟阀门、排烟风道等与烟气接触的部件，必须采用非燃材料制作，并与可燃物保持不小于150mm的距离。13.3.4 2. 系统组成机械排烟系统大小与布置应考虑排烟效果、可靠性与经济性。系统服务的房间过多(即系统大)，则排烟口多、管路长、漏风量大、最远点的排烟效果差，水平管路太多时，布置困难，优点是风机少、占用房间面积少。如系统小，则相反。下面介绍在高层建筑常见部位的机械排风系统划分案1. 内走道的机械排烟系统2. 多个房间(或防烟分区)的机械排烟系统1. 内走道的机械排烟系统内走道每层的位置相同，因

16、此宜采用垂直布置的系统(图13.8) 。排烟风口可以是常开型风口，但在每层的支风管上都应装有排烟防火阀；排烟风口可以用常闭型的防火排烟口，取消支管上排烟防火阀。排烟风机房入口应装排烟防火阀，以防火势蔓延到机房所在层。排烟风口的作用距离不得超过30m，如走道太长，需另设系统或每层设水平支管。 图13.8 内走道机械排烟系统1.风机 2 排烟风口 3 排烟防火阀 4 百叶风口Back2.多个房间(或防烟分区)的机械排烟系统地下室或无自然排烟的地面房间设置机械排烟时，每层宜采用水平连接的管路系统，然后用竖风道将若干层的子系统合为一个系统(图13.9)。排烟风口作用距离不得超过30m。当每层房间很多，

17、水平排烟风管布置困难时，可以分设几个系统。排烟风口是常闭型的风口。每层的水平风管不得跨越防火分区。 图13.9 多个房间的机械排烟系统1.风机4 百叶风口2 排烟风口3 排烟防火阀Back13.3.4 3. 排烟口的设计要求 1) 当用隔墙或挡烟壁划分防烟分区时，每个防烟分区应分别设置排烟口。2) 排烟口应尽量设置在防烟分区的中心部位，排烟口到该防烟分区最远点的水平距离不应超过30m(图13.10)；走道的排烟口与防烟楼梯的疏散口的距离无关，但排烟口应尽量布置在人流疏散方向相反的位置(图13.11)。图13.11 走道排烟口与疏散口的位置 图13.10 排烟口至防烟分区最远水平距离Back13

18、.3.4 3. 排烟口的设计要求 3) 排烟口必须设置在距顶棚800mm以内的高度上。对于顶棚高度超过3m的建筑物，排烟口可设在距地面2.1m的高度上，或者设置在与顶棚之间1/2以上高度的墙面上(图13.12)。图13.12 排烟口设置的有效高度 13.3.4 3. 排烟口的设计要求 4) 为防止顶部排烟口处的烟气外溢，可在排烟口一侧的上部装设防烟幕墙(图13.13)。图13.13 防烟幕墙与排烟口的位置 13.3.4 3. 排烟口的设计要求 5) 排烟口的尺寸，可根据烟气通过排烟口有效断面时的速度不大于10m/s进行计算。排烟口的最小面积一般不宜小于0.04。6) 同一分区内设置数个排烟口时

19、，要保证所有排烟口能同时开启，排烟量应等于各排烟口排烟量的总和。7) 排烟口均应设有手动开启装置或与感烟器连锁的自动开启装置或消防控制中心远距离控制的开启装置等。除开启装置将其打开外，平时一般保持闭锁状态。手动开启装置宜设在墙面上，距地板面0.81.5m；或从顶棚下垂时，距地板面宜为1.8m处。 13.3.4 4. 排烟风道设计要求 1) 排烟风道不应穿越防火分区。2) 排烟风道应采用非金属不燃材料制作，并应具有良好的气密性。3) 排烟风道风量的确定。风道内通过的风量，应按该排烟系统各分支风管所有排烟口中最大排烟口的两倍计算。当某个排烟系统各个排烟口风量都小于3600m3/h时，其排烟总管可按

20、7200m3/h计算，其余各支管的风量均按各自担负的风量计算。4)略5)略13.3.5 中庭排烟1.中庭的定义中庭又称中厅，在建筑上的定义为“有数层高的竖井空间，竖井上有屋顶，竖井周围的大部分为建筑物所包围的一种建筑物。”即通过两层或多层楼，且顶部封闭的被周围建筑包围的一个共享空间。13.3.5 中庭排烟2. 中庭机械排烟量中庭机械排烟量按其容积的换气次数确定：1) 中庭容积小于17000m3时，排烟量按其体积的6次/h换气量计算。2) 中庭体积大于17000m3时，排烟量按其体积的4次/h换气量计算,且排烟量不应小于102000m3/h。13.3.5 中庭排烟3. 中庭机械排烟的气流组织中庭

21、机械排烟口应设在中庭的顶棚上，或设在紧靠中庭顶部的集烟区(图13.14)。图13.14 中庭排烟排烟口的最低标高，应设在中庭最高部分门洞的上端，当中庭较低部位靠自然进风有困难时，可采用机械补风，补风量不宜小于排烟量的50%。 13.4 加压防烟送风系统13.4.1 加压送风系统的设置及方式1. 加压送风系统的设置2. 加压送风系统的方式13.4.2 加压送风量的计算1. 垂直疏散通道加压送风量的计算2. 封闭避难层加压送风量的计算13.4.3 加压送风系统的设计要点 1. 加压送风系统的设置根据现行高层民用建筑设计防火规范(GB5004595)2001年版规定，高层建筑如下部位应设机械加压送风

22、的防护措施：1)不具备自然排烟条件的防烟楼梯间、消防电梯间前室或合用前室。2)采用自然排烟措施的防烟楼梯间，其不具备自然排烟条件的前室。3)高层建筑的裙房部分不具备自然排烟条件时，其前室或合用前室应设置局部机械加压送风系统。4)封闭避难层。2. 加压送风系统的方式(表13-1)1. 垂直疏散通道加压送风量的计算1) 压差法(疏散通道需要保持一定的正压值)当门关闭时保持一定正压值计算所需的送风量：2) 风速法(开启着火层疏散通道时要相对保持该门洞处的风速)当门开启时，保持门洞处一定风速所需的风量： 3) 加压送风量的控制标准(表13-3)当计算值和本表不致时，应按两者中的较大值确定。 2. 封闭

23、避难层加压送风量的计算 当火灾发生时，为了阻止烟气入侵，对封闭避难层设置加压送风设施，不但可以保证避难层内一定的正压值，而且也是为避难人员的呼吸需要提供室外新鲜空气。高层民用建筑设计防火规范规定，封闭避难层(间)的机械加压送风量应按避难层(间)的净面积每平方米不小于30 m3/h计算。 13.4.3 加压送风系统的设计要点 1. 加压送风机的全压，除计算系统风道压力损失外，尚有下列余压值：防烟楼梯间50Pa；前室或合用前室为25Pa；封闭式避难层为25Pa。2. 防烟楼梯间的加压送风口宜每隔23层设一个风口，风口应采用自垂式百叶风口或常开百叶式风口；当采用常开百叶式风口时，应在加压风机的压出管

24、上设置止回阀。13.4.3 加压送风系统的设计要点 3. 前室的送风口应每层设置，每个风口的有效面积按1/3系统总风量确定。当设计为常闭型时，发生火灾只开启着火层的风口。风口应设手动和自动开启装置，并应与加压送风机的启动装置联锁，手动开启装置宜设在距地面0.81.5m处；如每层风口设计为常开百叶式风口时，应在加压风机的压出管上设置止回阀。4. 加压空气的排出，可通过走廊或房间的外窗、竖井自然排出，也可利用走廊的机械排烟装置排出。 13.5 防排烟系统的设备部件 防排烟系统的设备及部件主要包括防火阀、排烟阀(口)、压差自动调节阀、余压阀及专用排烟轴流风机、自动排烟窗等。13.5.1防火防阀口的分

25、类：13.5 防排烟系统的设备部件 13.5.2 压差自动调节阀：由调节饭、压差传感器、调节执行机构等装置组成，其作用是对需要保持正压值的部位进行送风量的自动调节，同时在保证一定正压值的条件下防止正压值超压而进行泄压。 13.5.3 余压阀：为了保证防烟楼梯间及其前室，消防电梯前室和合用前室的正压值，防止正压值过大而导致门难以推开，根据设计的需要有的在楼梯间与前室、前室与走道之间设置余压阀。 13.5 防排烟系统的设备部件 13.5.4 自垂式百叶风口：风口竖直安装在墙面上，平常情况下，靠风口百叶的自重自然下垂，隔绝在冬季供暖时楼梯间内的热空气在热压作用下上升而通过上部送风管和送风机逸出室外。

26、当发生火灾进行机械加压送风时，气流将百叶吹开而送风。 13.5.5 排烟风机：主要有离心风机、轴流风机和自带电源的专用排烟风机。排烟风机应有备用电源，并应有自动切换装置；排烟风机应耐热，变形小，使其在排送280烟气时连续工作30min仍能达到设计要求。13.6 通风空调系统与防排烟系统的兼用 13.6.1 兼用的优点13.6.2 兼用的可能性13.6.3 兼用的方式13.6.4 兼用的形式13.6.5 工程应用13.6.1 兼用的优点 兼用可充分利用通风空调系统的管道和设备，节省建设费用，减少占用空间（提高建筑物的有效利用率和提高空间净高）。兼用可提高系统的可靠性。13.6.2 兼用的可能性

27、几种典型空调系统实现兼用的可能性1) 普通集中式空调系统2) 风机盘管系统3) 变风量系统4) 通风系统通风空调系统多种多样，并非所有的系统都能转化为防排烟工况，必须从分析系统本身的特性入手，探讨其兼用的可能性以及对兼用的制约因素。1) 普通集中式空调系统普通集中式空调系统换气次数一般为612次/h。若假设顶棚高2.43.0m，则输送风量为0.240.60m3(min)。我国目前的排烟量标准为1.0 m3(min)。从输送风量的能力来说，普通集中式空调系统可以承担占空调面积1/43/5区域的排烟。一般空调干管内风速为68m/s，而排烟管道内的风速可以达到空调风道内的风速的2倍以上，只要不超过2

28、0m/s即可。因此，仅从风道面积而言，普通空调管道尺寸完全可以满足排烟量的要求。2) 风机盘管系统单纯的风机盘管系统，由于不设风道，无法用于排烟。风机盘管加独立新风系统，有输送新风的风道。 以客房为例，其新风量一般为2.02.5次/h，若考虑房间净高2.8m，则新风量为0.090.12 m3(min)，占标准排烟量的9%12%，即新风系统可承担空调面积的9%12%区域的排烟，利用价值不高。3) 变风量系统变风量机构处于变风量系统风道内，控制装置耐热性能差，火灾时容易受损害。故该系统不能用于排烟。变风量系统不会用在走廊、前室等疏散通道上，因此也不能用于加压送风。故不考虑变风量系统与防排烟系统兼用

29、。4) 通风系统卫生间等场所的换气仅为自身空间的小风量换气，用于排烟的价值不大。厨房、车库等换气要求输送的风量相当大，用于排烟的价值就比较大。此外，通风系统简单，大多为排风系统，这与排烟系统是类似的，仅在耐热性能上差异大。如果均按排烟要求采用耐热材料与耐热措施，则排烟系统与排风系统完全可以兼用。13.6.3 兼用的方式 通风空调系统兼用于防排烟，是利用压力差来控制烟气的流动，其方式有：排烟：将烟排除防烟：建立一定压力差以阻止烟气流入安全区。1. 通风空调系统与排烟系统兼用 2. 通风空调系统与防烟系统兼用1) 利用送风系统加压方式（非着火层、楼梯间）2) 利用楼梯间加压系统送风方式 1. 通风空调系统与排烟系统兼用