防火及防排烟设计的几点建议

防火及防排烟设计的几点建议

如何设计民用建筑的消防和减税设计符合“安全适用、技术先进、经济合理”的要求，是过去20年热方案设计的一个重要课题。与此相关的规范在不断地编制、颁布和完善,设计者也在不断地积累、总结经验。本文将就此课题继续进行探讨。1从《规范》的使用上看在工程设计中,各种专业名词术语的准确定义,是十分重要的。防火、排烟的各种阀门如何统一名称,却是一个悬而未决的问题。现将已经公布实施的3个国家标准在防火、排烟阀门称谓上的差异分述如下。《采暖通风与空气调节术语标准》(以下简称《术语标准》第4.6.24条定义防火阀为:“用于自动阻断来自火灾区的热气流、火焰通过的阀门。”第4.6.26条定义排烟阀为:“装于排烟系统内,火灾时能自动开启进行排烟的阀门。”很明显,编制者是以使用功能(阀门动作后所达到的效果)来为其命名的,符合一般的思维模式;且阀门动作前的状态也一目了然:防火阀常开,排烟阀常闭。这两条定义未对阀门动作的条件进行限制,如动作信号的输出输入、熔断温度值等,在工程设计中只需补充简单的说明即可完善。对于有两个动作的阀门,如安装于通风、排烟共用系统的排烟支管上的先开启(输入开启电信号)以排烟、再关闭(输入熔断信号)以防火的阀门,也就顺理成章地引申为排烟防火阀,不会引起误解。这3种阀门可以说已能完全满足机械排烟系统的各项功能要求。《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称《高规》)“2术语”未将上述阀门名称列入其中。按常理,它应当沿用《术语标准》的释义。其第8.4.5条要求:“在排烟支管上应设有当烟气温度超过280℃时能自行关闭的排烟防火阀。”从工程设计实践看,无论是在通风、排烟合用系统的排烟支管上还是在负担多个防烟分区的排烟系统的各排烟支管上,它都应是一个常闭、双动作(先开后关)的阀门。因此《高规》对这一阀门的称谓与《术语标准》的引申是一致的,也符合工程设计人员的习惯叫法。然而《高规》第8.4.7条又道:“排烟风机……应在其机房入口处设有当烟气温度超过280℃时能自动关闭的排烟防火阀。”这就有疑问了。从文字理解,它与第8.4.5条提到的阀门完全一致。但实际上它却是一个常开、只有关闭动作的阀门,按《术语标准》应称作防火阀。很明显,此条的表述是不够严谨的。规范编制者大约是以这两种阀门都容许烟气通过并阻隔火焰的共同特征来为其命名的,但这种对阀门的状态不加区分、对阀门的动作目的不做体现的笼统名称,缺乏合理性,还使设计文件中不得不增添更多的补充文字说明,以免订货时出现错误。在《暖通空调制图标准》(以下简称《制图标准》)表3.2.3第11项中,把《高规》称为排烟防火阀的两个阀门又统称为排烟阀,这既不同于《高规》,又与《术语标准》相去甚远。标准编制者大约是因这两种阀门都用在排烟系统上就如此命名,却完全忽视其已具备的防火功能,显得更不合理。综上所述,列表如下:出现上述情况,是完全不应该的。任何标准、规范所使用的名词术语,都应该与已实施的标准、规范相一致(《高规》第1.0.6条和《制图标准》第1.0.4条都是申明了这一点的),否则容易造成歧义,使标准、规范的使用者无所适从。具体说来,防火、排烟阀门的名称,都应遵循《术语标准》的规定。2中庭体积大小《高规》第8.4.2.3条是如下表述的:“中庭体积小于17000m3时,其排烟量按其体积的6次/h换气计算;中庭体积大于17000m3时,其排烟量按其体积的4次/h换气计算;但最小排烟量不应小于102000m3/h。”从专业角度理解,在中庭体积17000m3这个分界点以上,再按6h-1换气计算排烟量可能过大,所以减小为4h-1换气。但在中庭体积17000～25500m3这个范围内,按4h-1换气计算的排烟量反而小于中庭体积17000m3这个分界点以下所计算出的最大排烟量102000m3/h,显然不合理,于是作出上述规定。换句话说,中庭体积小于17000m3时,按6h-1换气计算排烟量;中庭体积达到25500m3时,才能真正按4h-1换气计算排烟量;其间直接按102000m3/h取值,无须再算。这一理解与《实用供热空调设计手册》表10.27是完全一致的,也应当是规范编制者的本意。但是单从文字上理解,“最小排烟量不应小于102000m3/h”的规定却是对两种计算排烟量的不同方法的总体归纳,因为这段文字之前是分号而不是逗号。这就意味着无论中庭体积大小,102000m3/h是最小排烟量;《高规》第8.4.2.3条的实际含义也就成为“中庭排烟量按其体积的4h-1换气计算,但最小排烟量不应小于102000m3/h”。在实际工程中,按此种理解进行设计的不乏其例。还出现过施工图审查时将体积远小于17000m3的中庭按6h-1换气计算出的排烟量判为“违规”,须作“重大修改”的情况。这是一个在标点符号上的小小疏忽所造成的问题,应尽快得到解决。3按走道长度限定适用的烟压高层建筑的内走道是火灾发生时联系着火房间与疏散楼梯间的惟一通道,其排烟设计是高层建筑防排烟设计的关键一环。采用经济合理的措施尽可能减少内走道受烟气影响从而安全疏散人员,是内走道排烟设计的目标。《高规》第8.1.3.1条、第8.2.2.3条、第8.4.1.1条对内走道如何设置排烟设施作了如下规定:长度超过20m的内走道,应设排烟设施;长度不超过60m且可开启外窗面积不小于走道面积的2%的内走道,应采用自然排烟方式;无直接自然通风,且长度超过20m的内走道或虽有直接自然通风,但长度超过60m的内走道,应设置机械排烟设施。从以上规定可以看出,内走道是否设排烟设施和设何种排烟设施,取决于走道的自然通风状况和走道的长度。把以上规定应用于工程设计,常常出现以下两个困扰设计人员的问题:第一,何谓“有直接自然通风”?采用自然排烟的内走道中,有不小于走道面积的2%的可开启外窗是否应算作“有直接自然通风”?这些可开启外窗应处于何处才能认定内走道“有直接自然通风”?例如,长度同为59m且可开启外窗面积均符合规范规定的三个无分支直走道中,A走道在两端头开窗,B走道一端开窗一端封闭,C走道两端封闭而在其长度的二等分处开窗,三者的自然通风效果有明显区别,是否都可以看作是“有直接自然通风”而采用自然排烟方式?第二,内走道的长度如何确定?长度不超过20m的内走道一般都是只有两个端头的无分支直走道或折走道(如“L”形、“Z”形走道),其长度理应为两端头之间的水平距离,不会引起争议。但较长的走道将出现各种不同类型,如环状走道(“O”形、“口”形走道)、枝状走道(“Y”形、“H”形走道)和复合走道(“¤形走道),其长度计算方法很难一概而论。既不能把全部走道都算作走道的长度,也不能统统按走道最远两端头的水平距离计算走道长度。因为可开启外窗的位置并不一定就在走道的各个端头,致使相同走道的自然通风状况各异,更增加了确定内走道长度的复杂性。由于上述问题的存在,设计中常常出现执行规范过宽或过严两种偏向。例如,分别处于上述A,B两走道中最不利点的疏散人员与可开启外窗即自然排烟口的水平距离相差一倍之多,显而易见后者的安全性太差。如果认为其符合自然排烟条件,理由是不充分的。又例如,一个长度为61m、两端开窗的无分支直走道(D走道)是不能满足自然排烟要求的。但如在其长度的二等分处再开窗成为E走道后,处于走道内最不利点的疏散人员与自然排烟口的水平距离就缩短至原来的二分之一,安全性大为提高。如果仍将其当作长度超过60m的内走道而不允许自然排烟,显然过于保守。作出以上判断的依据已不仅仅是前面提及的《高规》关于内走道排烟的各条规定,还参照了《高规》第8.1.3条条文说明中提到的一个重要事实:“据火灾实地观测,人在浓烟中低头掩鼻最大通行的距离为20～30m。”这一观测结果是研究排烟设施如何设置才能既经济合理又安全适用的基础,不妨将其称作“30m原则”。它也正是长度不超过60m且两端开窗的无分支直走道能满足自然排烟要求的依据。因为此走道内任一点距自然排烟口的水平距离都未超过30m。参照“30m原则”来确定内走道的排烟方式,《高规》关于内走道排烟的各条规定中部分内容难以应对实际工程设计中各种复杂情况的矛盾就易于解决了。具体归纳起来,可将内走道如何设置排烟设施的规定作如下新的表述:长度超过20m的内走道,应设排烟设施;走道内可开启外窗总面积不小于走道面积的2%且走道内任一点至可开启外窗的水平距离不超过30m的内走道,宜采用自然排烟方式,否则应设置机械排烟设施。这一表述有两个明显的特点:一是将“直接自然通风”等同于面积达到规范要求的可开启外窗,使术语更加简化、明确;二是当内走道长度超过20m后,不再提内走道长度而代之以可开启外窗至走道内任一点的水平距离,使设计人员面对各种类型不同且开窗位置各异的内走道时能够明确判断其应当采用何种排烟方式。例如,可将某一内走道中所有可开启外窗作为起始点,沿着走道向内延伸30m(包括各分支走道)。如果这些延伸线的终点已到达内走道的所有区域,即可采用自然排烟方式,否则该内走道应设置机械排烟设施。因此上述A,C,E走道可自然排烟,而B,D走道应设机械排烟。对于设置机械排烟设施的内走道,还需要讨论如何计算走道排烟面积的问题。这是因为《高规》第8.4.2条条文说明作了如下规定:“走道排烟面积即为走道的地面积与连通走道的无窗房间或设固定窗的房间面积之和,不包括有开启外窗的房间面积。同一防火分区内连接走道的门可以是一般门,不规定是防火门。”如果此规定意味着将一间以上的全部无窗房间或设固定窗的房间面积都包括到走道排烟面积之内,其理由是不够充分的。首先,火灾总是在一间房间内发生,再逐步蔓延至内走道的。多个房间同时发生火灾的概率极小,设计时不应加以考虑,否则就谈不上“经济合理”。其次,面积大于100m2的无窗房间或设固定窗的房间按《高规》第8.4.1.2条的规定属于应设机械排烟设施的房间,其面积显然不应计入走道排烟面积。最后,若将此规定用于内走道应设机械排烟设施的地下室,则意味着整个地下室面积都应算作走道排烟面积,因为地下室房间都是无窗房间。那么《高规》第8.4.1.4条对地下室应设机械排烟设施的房间在面积大小、可燃物多少、人员是否经常停留等诸方面所作的限制统统成为多余。二者之间的矛盾显而易见。因此,走道排烟面积宜为走道的地面积与连通走道的最大一间未设排烟设施(包括自然排烟设施和机械排烟设施)且未设防火门的房间面积之和。4对“挡烟垂壁”的理解《高规》第8.4.5条规定:“防烟分区内的排烟口距最远点的水平距离不应超过30m。”也就是说,防烟分区内的两个排烟口之间的水平距离不应超过60m。在设计实践中(特别是在地下汽车库的排烟设计中),一般都是这样做的。这和上个问题所提到的《高规》第8.2.2.3条(长度不超过60m的内走道两端开窗且面积符合规定就可自然排烟)和《高规》第8.1.3条条文说明(所谓“30m原则”)是完全一致的。然而《高规》第8.4.5条条文说明中的“图21”却十分让人费解,在设计与审批时常为此发生争议。现将此图照搬如下。图1左图中“或顶棚下突出50cm以上的挡烟垂壁、挡烟梁”的文字说明,难以理解。如果图1左图的右边部分属于一个防烟分区,设置挡烟垂壁纯属多余;如果不属于一个防烟分区,那么划分防烟分区的挡烟垂壁(或挡烟梁)应和相邻隔墙共同组成房间一定高度以上的围合体,挡烟垂壁不可能断开,而挡烟梁更不可能中断。图1右图中文字说明“挡烟垂壁”所指之处,是否画的是一个排烟口?如果是排烟口,上述对正文的理解就应改为防烟分区内的两个排烟口之间的水平距离不应超过30m,这与正文的本意明显不一致。如果此处排烟口错画而确实设了一个挡烟垂壁,那么这个挡烟垂壁的设置依据何在?《高规》第5.1.6条只规定了按一定大小的建筑面积划分防烟分区,没有任何地方规定走道要按长度划分防烟分区。在设计实践中也从未见按此方式设挡烟垂壁的。此外,L1把走道的一端划到房间内,应是笔误。且L1,L2所表示的长度不应当是垂直的和水平的,根据图1左图所示的原则,它们应是相连的两条斜线。还需补充一句,图1右图中的两个楼梯应注明是封闭楼梯间。综上所述,建议“图21”修改为图2。5自动控制程序的结论《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》(以下简称《车规》)第8.2.7条规定:“汽车库内无直接通向室外的汽车疏散出口的防火分区,当设置机械排烟系统时,应同时设置进风系统……”。也就是说,汽车疏散出口可以作为机械排烟时的自然进风口。在多数情况下,地下1层汽车库均有直接通向室外的汽车疏散出口,因此理所当然的不再另设进风系统,包括自然进风口。然而《车规》第5.3.3条又规定:“……地下汽车库……坡道的出入口应采用水幕、防火卷帘或设置甲级防火门等措施与停车区隔开。”目前最常见的做法,就是在坡道的出入口处设防火卷帘。因此有一种观点认为,车库内发生火灾时防火卷帘已经关闭,无法自然进风,必须另设机械进风系统或自然进风口。地下汽车库内发生火灾时坡道的出入口处所设防火卷帘究竟是如何动作的?查《火灾自动报警系统设计规范》第6.3.8.1条:“疏散通道上的防火卷帘两侧,应设置火灾探测器组及其警报装置,且两侧应设置手动控制按钮。”防火卷帘的自动控制程序是:“感烟探测器动作后,卷帘下降至地(楼)面1.8m;感温探测器动作后,卷帘下降到底。”这就可以明确得出以下结论:a)并非车库内任何地点发生火灾时疏散通道上的防火卷帘就立刻动作,而是该防火卷帘两侧的火灾探测器组探测到附近的火灾时防火卷帘才动作。b)即使该防火卷帘附近发生火灾,防火卷帘的动作也是分两步进行的。当火灾初期感烟探测器动作后,防火卷帘下方仍有充裕的空间可以进风。回过头来再看机械排烟系统的动作程序:当车库内某一地点(当然是指与疏散通道相连的防火分区内)发生火灾时,只要探测此区域的感烟探测器发出信号,机械排烟系统将立即投入运行,通向室外的汽车疏散出口同时成为室外新鲜空气进入口。也就是说,此处的感烟探测器已无烟可探,对应的防火卷帘也不会动作。只有在车库内火灾进一步扩大,高温烟气蔓延至通向室外的汽车疏散出口时,此处的防火卷帘才会下降至地面1.8m的高度(一个防火分区内有两个汽车疏散出口时,两处的防火卷帘都下降的概率更小)。防火卷帘下降后,相当于进风截面减小,进风速度将会增加,从而减缓高温烟气向防火卷帘继续蔓延。以一个面积2000m2、净高3.6m、具有宽7m(双车道)的汽车疏散通道的车库为例,按6h-1换气量作机械排烟,此时进风速度已达0.9m/s以上,超过了加压送风时前室或楼梯间开门处为阻挡烟气侵入所要求的风速(0.7m/s)。如果在这种情况下感温探测器终于动作,只能说明车库内的火灾状况已极为严重,防火卷帘下降到底相当于宣布疏散的结束,机械排烟及进风已毫无意义。还有一种特殊的情况,那就是一辆汽车恰好在防火卷帘下方着火燃烧(车道上不可能有别的可燃物),感烟、感温探测器立即动作,致使防火卷帘完全关闭,无法再进风。要产生这样一种结果还依赖更特殊的一个条件,即着火燃烧的汽车在防火卷帘下降时必需立即开走,否则车体必然阻碍防火卷帘完全关闭。换句话说,某一车库内发生火灾已属偶然事件,在其中特定位置(车道)发生火灾就更属偶然事件,且此处的火灾还附带有上述条件(燃烧车辆立即开走),此种巧合中之巧合的小概率事件发生的可能性实在太小。如果设计上要保证在如此情况下仍能进风而另设进风口或进风系统,就好像要求建筑结构在“9·11”事件后提高标准以应付超常突发事件一样不合理。退一步讲,完全放弃车道进风而另设进风口,此风口是否应为防火风口?如果仅设普通风口,相当于破坏了防火卷帘的隔断作用。如果设防火风口,仍无法回避类似的特殊情况。一辆汽车既然可以在防火卷帘下方着火燃烧,当然也可以在防火风口旁着火燃烧,使其自动关闭而无法进风。此外,甚至还可能发生顽童因好奇而直接在防火风口处点火造成其关闭的偶然事件。因此同样存在无法百分之百地保证送风安全的问题。综上所述可见,利用坡道出入口进风既是符合规范的,也是安全适用且经济合理的,此处所设防火卷帘并不影响车库机械排烟时由此自然进风。6将自然烟物设置在汽车库的各个环节《车规》在执行中还有以下两个问题需要探讨。a)第8.2.1条中的2000m2是指单层地下汽车库面积还是指多层地下汽车库的总面积。如果是前者,处于地下二、三层甚至更多层数,每层面积都在2000m2以下的汽车库就可以不设机械排烟系统。这类汽车库完全封闭,烟气无任何出路,疏散难度远大于地下1层,不设机械排烟系统是无法想象的。如果是后者,一个总面积超过2000m2、地下1层面积却远小于2000m2的多层地下汽车库,却又要在地下1层设机械排烟系统,显然也是不合理的。因此,在工程设计中建议按以下原则执行:面积超过2000m2的地下1层汽车库应设置机械排烟系统。地下2层及以下的汽车库均应设置机械排烟系统。b)《车规》完全没有提到自然排烟这个重要概念。但其总则第1.0.4条按惯例要求车库的防火设计“尚应符合国家现行的有关设计标准和规范的要求”,并在相应条文说明中提到了《高规》和《人民防空工程设计防火规范》(以下简称《人防规》)。因此,《高规》中关于自然排烟的一系列规定和《人防规》第6.1.4条关于地下人防工程自然排烟的规定理应适用于汽车库排烟设计。如果这样理解不错,在具体执行中,仍有两个问题需要解决。首先,面积未超过2000m2的地下1层汽车库不设置机械排烟系统,是否考虑了自然排烟措施?这个问题可以由上海市工程建设规范《民用建筑防排烟技术规程》(有参与编制了《车规》的同一单位参与编制了该技术规程)第4.1.2条的条文说明来回答:“单层小于2000m2的汽车库,其汽车库的进出口可直接排烟”。由此可见,室外的汽车疏散出口是被作为自然排烟设施来看待的。这一结论又带来了新问题,那就是上面讨论过的、不影响汽车库机械排烟时自然进风的防火卷帘,对自然排烟的阻碍却是毫无疑问的了。试想火灾发生后烟气到达汽车疏散出口时,感烟探测器将立即发出信号使防火卷帘下降到距地1.8m,如此一来还能自然排烟么?所以,凡未设置机械排烟系统的地下汽车库,对室外的汽车疏散出口不宜设防火卷帘或防火门等挡烟物。其次,面积超过2000m2的地下1层汽车库,是否容许自然排烟?在实际工程中,常常遇到地下1层汽车库上部有相当多的空间在室外地坪以上并向外开口的情况。这些开口一般都布置在不止一个方向的外墙上,有的甚至四面开通,其面积也大多超过车库面积的2%。若以《高规》和《人防规》衡量,是可以不设机械排烟系统的。建议《车规》也对此认可,并可规定车库内任一点距开口处的水平距离不应大于30m。在实际工程中,还存在住宅小区的下沉式广场周边设室内汽车库的情况。这些汽车库对下沉式广场完全开敞或大部分开敞,自然通风条件十分优越,但却常被认为是地下汽车库,面积超过2000m2就必须机械排烟。如果认可《高规》和《人防规》关于自然排烟的规定,这些不符合经济合理原则的做法都可以避免。7不燃材料在生产中的应用《高规》8.5.6条规定:“通风、空气调节系统的管理等,应采用不燃烧材料制作……”。然而在对应的条文说明中,却说本条“首先明确了风机等设备和风管一样均应采用不燃烧材料制成”。正文中从未提及,最多属于“等”的内容,说明中却成了“首先明确”的内容,十分令人费解。通风、空调管道容易造成火灾蔓延,采用不燃烧材料制作已是共识。要求“风机等设备”采用不燃材料制作,就完全禁止了玻璃钢及塑料风机、通风柜、排风罩在一些带实验室的高层建筑(学校、科研机构中常见)中的使用,也禁止了卫生间塑料排风扇在大量公共建筑和住宅中的使用。如果“等”中还包括风口,木质风口、塑料风口也被取消了使用资格。这在工程实践中很难实现。从安全角度看,风机等设备若在专用的设备房中燃烧,建筑上的防火隔断(包括防火阀在内)足以阻止火灾蔓延。风机等设备在一般房间燃烧,也只烧到用不燃材料制成的风管为止,就和房间中木头家具的燃烧一