《建筑防排烟工程》 课件 王洁 第1-4章 火灾烟气的产生及危害-建筑防烟系统设计

建筑防排烟工程第一章火灾烟气的产生及危害1.1烟气的生成和组成1.1.1烟气的生成1.1.2烟气的组成1.2烟气的特性1.2.1烟气的状态参数1.2.2烟气的浓度1.2.3烟气的遮光性1.2.4材料发烟特性【主要内容】1.3烟气的危害1.3.1能见度方面危害1.3.2呼吸方面危害1.3.3温度方面危害1.3.4心理方面危害火灾是在时间或空间上失去控制的燃烧。燃烧是可燃物与氧化剂发生的一种剧烈的发光、发热的化学反应，且通常伴随着热分解反应（热解是物质由于温度升高而发生无氧化作用的不可逆化学分解）。在一定的温度下，燃烧反应的速度并不快，但热分解的速度很快，此时的燃烧没有火焰和发光现象，但有发烟现象。火灾烟气是火灾过程中物质因热解和燃烧作用而形成的一种重要产物，其生成与燃烧工况有着密切的关系。1.1烟气的产生和组成事故统计表明：火灾中80%以上死亡是由烟气所导致。除了极少数情况外，几乎所有火灾中都会产生大量烟气。火灾烟气生成与燃烧工况密切相关1.1.1烟气的产生完全燃烧产物中烟气成分主要取决于可燃物的组成和燃烧条件，大多为二氧化碳、水、二氧化氮、五氧化二磷或卤化氢等，有毒有害物质相对较少。不完全燃烧产物主要是一氧化碳、有机磷、醇、醚、多环芳香烃等有机化合物，多为有毒有害物质。除了处于燃料控制下的初期增长阶段以及可燃物几乎消耗殆尽的减弱阶段，建筑火灾的燃烧常常属于不完全燃烧。烟气包含：完全燃烧产物和不完全燃烧产物。1.1.1烟气的产生烟气定义美国消防工程师协会编写的《消防工程师手册》（SFPE）：燃烧产物的烟雾气溶胶或凝结相成分，烟气主要组成包括烟灰、半挥发性有机化合物和固体无机化合物购车的微颗粒成分，以及非常易挥发的有机化合物、挥发性有机化合物、液态和气态无机化合物组成的非颗粒成分。美国试验与材料学会（ASTM）：某种物质在燃烧或分解时散发出的固态或液态悬浮微粒和高温气体。美国消防协会中庭建筑烟气控制设计指南（NFPA92B）：在上述基础上增加“以及混合进去的任何空气”。1.1.2烟气的组成火灾烟气由三类物质组成：①热解和燃烧所生成的气（汽）体；②热解和燃烧所生成悬浮微粒；③由于卷吸而进入的空气。1.1.2烟气的组成1.热解和燃烧所生成的气（汽）体①有机化合物（碳、氢、硫、磷等元素）：二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、水蒸气（H2O）、二氧化硫（SO2）和五氧化二磷（P2O5）等。少量氢气（H2）和碳氢化合物（CxHy）。②高分子合成材料：游离基③发生、发展和熄灭各阶段中烟气组成不同。1.1.2烟气的组成2.热解和燃烧所生成的悬浮微粒①烟颗粒：游离碳（炭黑粒子）、焦油类粒子和高沸点物质的凝缩液滴等。②阴燃：热分解的挥发分产物；白色、青白色③有焰燃烧：碳颗粒（大部分）、灰分；黑色1.1.2烟气的组成3.由于卷吸而进入的空气烟气中只有很小部分来源于燃烧产物，而大部分是这种卷吸作用进入的空气。1.1.2烟气的组成1.2.1烟气的状态参数（压力、温度、密度）

1.压力一般着火房间内烟气的平均相对压力Pys为10～15Pa，在短时可能达到的峰值为35～40Pa。烟气的绝对压力Py为：由于Pys相对P0可忽略不计，故1.2烟气的特性1.2.1烟气的状态参数2.温度着火房间内最高温度也不同，低则达500～600℃，高则达800～1000℃。地下建筑火灾中烟气温度可高达1000℃以上。混合后烟气温度：掺混后烟气温度经验公式：烟气绝对温度：1.2烟气的特性1.2.1烟气的状态参数3.密度利用理想气体方程PM=ρRT推导烟气的比容Vy或密度ρy对于火灾烟气来说，Py≈P0，故烟气密度为：在平原地区，可用标准大气压Pb≈P0。烟气的密度一般比空气稍大，但两者差值最大也不超过3%。1.2烟气的特性1.有毒气体的浓度任何一种有毒气体的分体积Vi占烟气总体积Vy的比例，称为该有毒气体在烟气中的体积分数ri百分浓度%百万分浓度ppm1.2.2烟气的浓度2.烟粒子的浓度质量浓度、颗粒浓度和光学浓度质量浓度颗粒浓度光学浓度1.2.2烟气的浓度设由光源射入测量空间的光束强度为I0，该光束由测量空间L射出后的强度为I，则比值I/I0称为该空间内烟气透射率。透射率倒数的常用对数称为烟气的光学密度。光束经过的距离是影响光学密度的重要因素。单位长度光学密度D0（m-1）1.2.3烟气的遮光性光源光敏元件稳定电源数据采集系统图1-4烟气遮光性测量装置示意图LI0I根据Beer-Lambert定律，有烟情况下的受光器处光强度I可表示为：Kc称为烟气的减光系数。据此，减光系数可表示为：描述烟的遮光性也可用百分遮光度B（%）：1.2.3烟气的遮光性在相同的距离l和一定的光源强度I0下，受光器处的光强I下降，透射率降低，减光系数Kc增大，百分遮光度B增大，单位光学密度D0和光学密度D增大，说明了空间内烟气的遮光性增强，烟粒子浓度增大；反之，受光器处的光强I上升，透射率增大，减光系数Kc减小，百分遮光度B减小，单位光学密度D0和光学密度D减小，说明了空间内烟气的遮光性变弱，烟粒子浓度减小。烟气的遮光性与烟气的光学密度可以相互转换，它们的对应关系见表1-3。1.2.3烟气的遮光性表1-3

烟气遮光性与光学密度的对应关系透射率（I/I0）百分减光度（B/%）长度（L/m）单位光学密度（D0/m-1）减光系数（Kc/m-1）1.000任意000.90101.00.0460.10510.00.00460.01050.60401.00.2220.51110.00.0220.05110.30701.00.5231.2010.00.05230.120.10901.01.002.3010.00.100.230.01991.02.004.6110.00.200.46各种可燃物在不同温度下，其发烟性能也各不相同。少数纯燃料（如一氧化碳、甲醇、甲醛、乙醚等）燃烧的火焰不发光，且基本上不产生固态或液态悬浮微粒。大分子燃料燃烧时的发烟量却比较显著。在自由燃烧情况下，固体可燃物（如木材）和部分经过氧化的燃料（如乙醇、丙酮等）的发烟量比生成这些物质的碳氢化合物（如聚乙烯和聚氯乙烯）的发烟量少得多。发烟量：单位质量可燃材料所产生的烟量。发烟速度：单位质量的可燃物在单位时间内的发烟量。1.2.4材料发烟特性木材类在温度升高时，发烟量有所减少。这主要是由于分解出的碳质微粒在高温下又重新燃烧，且温度升高后减少了碳质微粒的分解所致。高分子有机材料能产生大量的烟气。表1-1各种材料在不同温度下的发烟量（Kc=0.5m-1）材料名称发烟量/（m3/g）300℃400℃500℃松4.01.80.4杉木3.62.10.4普通胶合板4.01.00.4难燃胶合板3.42.00.6硬质纤维板1.42.10.6锯木屑板2.82.00.4玻璃纤维增强塑料6.24.1聚氯乙烯4.010.4聚苯乙烯12.610.0聚氨酯（人造橡胶之一）14.04.0表1-2各种材料在不同温度下的发烟速度[m3/(s·g)]木材类在加热温度超过350℃时，发烟速度一般随温度的升高而降低。高分子有机材料则恰好相反。高分子材料的发烟速度比木材要大得多，因为高分子材料的发烟系数大，且燃烧速度快之故。【KTV火灾】材料名称加热温度（℃）225230235260280290300350400450500550针枞0.720.800.710.380.170.17杉0.170.250.280.610.720.710.530.130.13普通胶合板0.030.190.250.260.931.081.101.070.310.24难燃胶合板0.010.090.110.130.200.560.610.580.590.220.20硬质板0.761.221.190.190.260.27微片板0.630.760.850.190.150.12苯乙烯泡沫板A1.582.685.926.908.96苯乙烯泡沫板B1.242.363.565.344.46聚氨酯5.011.515.016.5玻璃纤维增强塑料0.501.03.00.50聚氯乙烯0.104.57.509.70聚苯乙烯1.04.951.97火灾烟气危害：能见度、呼吸、温度、心理方面危害。前两种危害直接威胁到人的生命安全，是造成火灾时人员伤亡的主要因素。1、能见度方面危害能见度：是指人们在一定环境下刚好能看到某个物体的最远距离。能见度的影响主要有两方面：一、是烟气的减光性使能见度降低，疏散速度下降；二、是烟气有视线遮蔽及刺激效应，会助长惊慌状况，扰乱疏散秩序。主要由烟气的浓度决定，同时还受到烟气的颜色、物体的亮度、背景的亮度以及观察者对光线的敏感程度等因素的影响。1.3烟气的危害式中V——能见度（m）；Kc——减光系数（m-1）；R——比例系数，反映了特定场合下各种因素对能见度的综合影响；D0——单位长度光学密度（m-1）。

大量火灾案例和实验结果表明，即便设置了事故照明和疏散标志，火灾烟气仍可导致人们辨识目标和疏散能力的大大下降。（1-9）能见度与减光系数和单位光学密度有如下关系：图1-2发光标志的能见度与减光系数的关系白色烟气是阴燃产生的，黑色烟气是明火燃烧产生的。通过白色烟气的能见度较低，可能是由于光的散射率较高。他建议对于疏散通道上的反光标志、疏散门以及有反射光存在的场合，R取2~4；对自发光标志、指示灯等，R取5~10。由此可知，安全疏散标志最好采用自发光标志。Jin（金）对自发光标志和反光标志在不同烟气情况下的能见度进行了测试。图1-4在刺激性与非刺激性烟气中人的行走速度烟气对眼睛的刺激作用也会影响能见度。在刺激性的烟气中，人的眼睛睁时间、行走速度将降低，能见度低于非刺激性的烟气。Jin（金）对暴露于刺激性烟气中人的能见度和移动速度与减光系数的关系进行了实验。表1-6给出了人可以耐受的能见度极限值。小空间通常功能分区简单，进入其中的人对内部构造可能熟悉起来比较容易，而且小空间到达安全出口的距离短，能见度的要求就相对低一些；大空间内功能分区复杂，人员流动性大，对疏散设施不容易熟悉，寻找安全出口需要看得更远，因此能见度要求更高。故在疏散安全设计上，通常采用最小能见度为10m。表1-6人员可以耐受的能见度极限值参数小空间大空间光学密度/m-10.20.08能见度/m510为保证安全疏散的极限视距[V]，必然有一个极限的减光系数[Ks]，即如表1-7所示。由表可见，在任何情况下都能保证安全疏散的烟气光学浓度[D0]为0.1m-1左右。表1-7保证安全疏散的极限消光系数[Ks]值m-1

光源标志型式对建筑物熟悉者对建筑物不熟悉者发光型标志灯或窗1～20.17～0.33反射型指示灯或门0.4～0.80.07～0.132、呼吸方面危害大气中环境氧气浓度人体症状21％活动正常17~21％高山症，肌肉功能会减退10~17%尚有意识，但显现错误判断力，神态疲倦本身不易察觉10%导致失能9.6%人们无法进行避难逃生6~8%呼吸停止，在6~8分钟内发生窒息（Asphyxiation）死亡（1）缺氧部分火灾试验显示，在许多情况下任一毒害气体尚未到达致死浓度之前，最低存活氧气浓度或最高呼吸温度已先行到达。当空气中含氧量降低到15%时，人的肌肉活动能力下降降到10%～14%时，人就四肢无力，智力混乱，辨不清方向降到6%～10%时，人就会晕倒。所以，对于处在着火房间内的人们来说，氧气的短时致死浓度为6%。（2）中毒燃烧材料来源气体产生种类所有高分子材料一氧化碳、二氧化碳羊毛、皮革、聚氨酯、尼龙含氮高分子材料氰化氢、一氧化氮、二氧化氮、氨羊毛、硫化橡胶、含硫高分子材料等二氧化硫、二硫化碳、硫化氢聚氯乙烯、含卤素阻燃剂的高分子材料、聚四氟乙烯硫化氢、氟化氢、溴化氢聚烯类及许多其他高分子烷、烯聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯等苯酚醛树脂酚、醛木材、纸张、天然原木纤维丙烯醛聚缩醛甲醛纤维素及纤维产品甲酸、乙酸高分子材料热解及燃烧产生气体的毒害性成分基本上可分为三类：窒息性或昏迷性成分、对感官或呼吸器官有刺激性成分、其它异常毒害性成分。

表1-7有机高分子材料燃烧所产生的有害气体（2）中毒——COCO人吸入后和血液中的血红蛋白结合成为一氧化碳血红蛋白。当CO和血液50％以上的血红蛋白结合时，便能造成脑和中枢神经严重缺氧，继而失去知觉，甚至死亡。即使吸入量在致死量以下，也会因缺氧而头痛无力及呕吐等，导致不能及时逃离火场而死亡。火灾死亡统计资料：大部分罹难者是因吸入一氧化碳等有害气致死。表1-10CO浓度与暴露症状CO暴露浓度（ppm）暴露时间（min）症状50360～480不会出现副作用的临界值200120～180可能出现轻微头疼40050～120头疼、恶习60045头疼、头昏、恶习120瘫痪可能失去知觉100060失去知觉160020头疼、头昏、恶心32005～10头疼、头昏30失去知觉64001～2头疼、头昏10～15失去知觉，有死亡危险128001～3即可出现生理反应，失去知觉，有死亡危险（2）中毒——CO2随着二氧化碳浓度及暴露时间的增加，将对人体造成严重影响。譬如，当CO2

浓度在10％时，人体暴露时间2分钟，将导致意识模糊。CO2浓度(%)对人体的影响0.556h内不会产生任何症状1~2引起不适感3呼吸中枢受到刺激,呼吸频率增大,血压升高4感觉头痛、耳鸣、目眩、心跳加速5感觉喘不过气,30min内引起中毒6呼吸急促,感觉难受7~10数分钟内失去知觉,甚至死亡表1-11列出了除CO、CO2外的火灾烟气中部分有害气体允许浓度。表1-11部分有害气体允许浓度热分解气体的来源主要的生理作用短期（10min）估计致死浓度/ppm木材、纺织品、聚丙烯腈尼龙、聚氨酯以及纸张等物质燃烧时分解出不等量氰化氢，本身可燃，难以准确分析氰化氢（HCN）：一种迅速致死、窒息性的毒物；在涉及装潢和织物的新近火灾中怀疑有此种毒物，但尚无确切的数据。350纺织物燃烧时产生少量的、硝化纤维素和赛璐珞（由硝化纤维素和樟脑制得，现在用量减少）产生大量的氮氧化物二氧化氮（NO2）和其他氮的氧化物：肺的强刺激剂，能引起即刻死亡以及滞后性伤害>200木材、纺织品、尼龙以及三聚氰胺的燃烧产生；在一般的建筑中氨气的浓度通常不高；无机物燃烧产物氨气（NH3）：刺激性、难以忍受的气味，对眼、鼻有强烈的刺激作用>1000工程应用采用一种有效的简化处理方法来度量烟气中燃烧产物对人体的危害浓度，通常以一氧化碳浓度为主要的定量判定指标，即一氧化碳浓度小于0.25%（2500ppm）时，人员可以安全疏散。（3）尘害火灾烟气中悬浮微粒是有害的，危害最大的是颗粒直径小于10μm的飘尘，它们肉眼看不见，能长期漂浮在大气中，少则数小时，长则数年。尤其是微粒小于5μm的飘尘，由于气体的扩散作用，能进入人体肺部，黏附并聚集在肺泡壁上，引起呼吸道疾病和增大心脏病死亡率，对人体造成直接危害。除此之外，由于火灾过程中产生的大量烟气得不到有效并及时的净化，这大量污染气体便会使城市的PM2.5指数迅速升高，对人们的日常生活造成了严重影响，火灾中产生大量的CO2气体，会加剧温室效应。3、温度方面危害（1）高温烟气高温会引致烧伤、热虚脱、脱水及呼吸道闭塞（水肿），对于火场内及邻接区域的人员皆具危险性。当周围气体温度达到60℃时，人体尚能忍受一段时间，不过要视当时人的衣着及个人体质等因素决定承受时间的长短；若周围温度为120℃时，人体只能承受十几分钟；当火场温度达175℃时，只要一分钟人的皮肤就会受到严重的伤害。表1-13是不同温度下人体可耐受时间，目前工程应用认为安全的烟气温度应在60℃以下。温度/℃405060708090可忍受时间/min604635262015表1-13不同温度下人体可耐受时间（2）热辐射人体对烟气层等火灾环境的辐射热的耐受极限是2.5kW/m2，处于这个程度的辐射热灼伤几秒钟之内就会引起皮肤强烈疼痛，辐射热为2.5kW/m2的烟气相当于上部烟气层的温度达到180~200℃。而对于较低的辐射热流，人员可以忍受5min以上。对于很短的曝火时间，例如快速通过一个发生火灾的封闭空间的敞开门洞所需的时间，甚至可以忍受10kW/m2辐射热流。热辐射强度<2.5kW/m22.5kW/m210kW/m2忍受时间>5min30s4s表1-14人体对辐射热的耐受极限人类无法存活指标人类危害忍受临界值温度和含水量<60℃，水分饱和100℃，水分含量<10%180℃，水分含量<10%耐受时间>30min12min1min（3）热对流火场中人员呼吸的空气已经被火源和烟气加热，吸入的热空气主要通过热对流的方式与人体尤其是呼吸系统换热。试验表明，呼吸过热的空气会导致热冲击（即高温情况下导致人体散热不畅出现的中暑症状）和呼吸道灼伤。研究表明火场中可吸入空气的温度不高于60℃才认为安全。

表1-12人体对热对流的耐受极限火灾烟气的遮光性、毒性、高温等都对人的感官有刺激作用，使人在逃离火场过程中会产生一些特定的心理反应。

表1-16人员疏散心理反应特征及其对人员疏散的影响程度4、心理方面危害心理反应特征特征说明与人员疏散的关系冲动侥幸冲动心理是由于外界环境的刺激引起的，受情绪左右，需要激情推动；侥幸心理是人们在特殊环境下的一种趋利避害的投机心理。两者密切联系，相互影响火灾环境的外在刺激使人们容易产生冲动的想法，可能在侥幸心理的支配下做出过激决策，应避免这种情况的出现躲避心理当察觉火灾等异常现象时，为确认而接近，但感觉危险时由于反射性的本能，马上向远离危险的方向逃跑起火车厢内人员因危险而往两侧疏散时，将造成人群移动的困难与混乱习惯心理对于经常使用的空间如走廊、楼梯、出入口等，有较深切的了解及安全感，火灾时宁可选择较危险但熟悉的路径应加强人员应急疏散培训和教育鸵鸟心态在危险接近且无法有效应对时，出现判断失误的概率增加且具有逃往狭窄角落方向的行动发生于地下空间内火灾，人们躲进封闭空间企图逃避危险服从本能人员在遭遇紧急状况时，较容易服从指示行事，但指令的内容必须非常简洁空间内的紧急事故安抚与引导广播，为避难疏散成功的重要因素寄托概念对于事物过于沉迷，忽略紧急事故发生，即使事故发生也很难转移其注意力，一般发生在消费性场所一般具有餐饮及床铺的长途旅行列车较易发生角色概念人们认为花钱消费应得到一定服务，即使发生事故状况，仍需由员工服务指导避难，多属于消费性角色依赖行为在事故状态不明的情况下，期待工作人员主动告知应该如何做火灾中人的复杂心理严重影响人的反应。人员行为反应特征主要是指疏散中人们表现出来的行为共性。

表1-17人员疏散行为反应特征及其对人员疏散的影响程度4、心理方面危害行为特征特征说明与人员疏散的关系归巢行为当人遇到意外灾害时为求自保，会本能地折返原来的途径，或以日常生活惯用的途径以求逃脱造成主出入口拥塞，避难时间增长从众行为人员在遭遇紧急状况时，思考能力下降，会追随先前疏散者(Leader)或多数人的倾向若有熟悉环境的诱导人员，可减少避难时混乱及伤亡向光行为由于火灾黑烟弥漫、视线不清，人们具有往稍亮方向移动的倾向(火焰亮光除外)疏散路径上明亮的紧急出口、指引标识等设施，可安抚群众且加快疏散速度往开阔处移动行为越开阔的地方其障碍可能越少，安全性也可能较高，生存的机会也可能较多通道的入口处留设较开阔的空间潜能发挥行为危险状态常能激发出人们的潜能，排除障碍而逃生紧急情况下潜能的激发有助于顺利疏散综上所述，火灾烟气对人的危害主要表现为能见度、毒性和温度，因此工程中评价火灾中人员安全的判据也一般从温度、毒性气体的浓度、能见度等方面进行讨论。

表1-18人员安全判据指标1.3烟气的危害项目人体可耐受的极限能见度清晰高度下方，能见度临界指标为10m烟气中疏散的温度清晰高度下方人体直接接触的烟气温度小于60℃烟气的毒性清晰高度下方，小于0.25%（2500ppm）辐射危害清晰高度以上的烟气层的热辐射强度不得对人体构成危险（一般烟气温度为180℃）复习题1.

火灾烟气的组成成分？2.烟气遮光性的定义？它与能见度的关系如何？3.烟气的相关特征参数有哪些？4.火灾烟气的危害性主要体现在哪些方面？第二章火灾烟气的流动2.1烟气流动的驱动力2.1.1热浮力引起的烟气运动2.1.2热膨胀引起的烟气运动2.1.3烟囱效应引起的烟气运动2.1.4外界风作用下的烟气运动2.1.5通风空调系统引起的烟气运动2.1.6电梯活塞效应2.2烟气的扩散路线内容梗概2.3着火房间及走廊内烟气流动2.3.1烟气羽流2.3.2顶棚射流2.3.3烟气层沉降2.3.4走廊内烟气流动2.4竖井中烟气流动2.4.1具有连续侧向开缝竖井2.4.2具有上下侧向开口的竖井2.4.3具有连续侧向开缝和一个上部侧向开口的竖井2.4.4顶部水平开口的竖井2.1烟气流动的驱动力1、浮力2、烟囱效应3、膨胀力4、外界风5、空调系统6、电梯活塞效应烟气流动的驱动力建筑火灾过程中，在热浮力的作用，烟气从火焰区直接上升到达楼板或者顶棚，然后会改变流动方向沿顶棚水平扩散。由于受冷空气掺混以及楼板、顶棚等建筑围护结构的阻挡，水平方向流动扩散的烟气温度逐渐下降并向下流动。逐渐冷却的烟气和冷空气流向燃烧区，形成了室内的自然对流流动，火越烧越旺。。2.1.1热浮力引起的烟气流动热浮力作用下着火房间内烟气的自然对流2.1.2热膨胀引起的烟气运动温度升高引起的气体膨胀是影响烟气流动的重要因素。忽略燃料燃烧所增加的质量，再假设烟气的热性质与空气相同，则烟气流出与空气流入的体积流量之比可表达为绝对温度之比：式中，Vout——从着火房间流出的烟气体积流量，m3/s；Vin——流入着火房间的空气流量，m3/s；Tout——从着火房间流出烟气的绝对温度，K；Tin——流入着火房间空气的绝对温度，K。若流入空气温度为20℃，当烟气温度为250℃时，烟气热膨胀的系数为1.8；当烟气温度为500℃时，热膨胀的系数为2.6；当烟气温度达到600℃时，其体积约膨胀到原体积的三倍。由此可见，火灾燃烧过程中，从体积流量来说，因膨胀产生了大量体积烟气。若着火房间的门窗开着，由于流动面积较大，燃气膨胀引起的开口处的压差较小可忽略。如果着火房间门窗关闭，并假定其中有足够多的氧气支持较长时间的燃烧，则，燃气膨胀引起的压差将使烟气通过各种缝隙向非着火区流动。2.1.3烟囱效应烟囱效应：在建筑的竖直通道中，由于温度差的存在使得自然对流循环加强，促使烟气流动的效应。正烟囱效应：当建筑物内部温度较高，室外温度较低时，竖井通道（楼梯间、电梯井、强弱电桥架等）中存在一股上升气流。逆烟囱效应：内部温度＜室外温度，竖井通道内气流向下。烟囱效应是建筑火灾中烟气流动的主要因素。正烟囱效应作用：火灾发生在中性面下，烟气将随建筑物中空气流入竖井，并沿竖井上升。烟气流入竖井后，井内气温升高，产生的浮力作用增大，竖井内上升气流加强。一旦烟气上升到中性面以上，烟气便可由竖井流出，进入建筑物上部各楼层，然后随气流通过各楼层的外墙开口排至室外。如果楼层间的缝隙可以忽略，则中性面以下的楼层，除了着火层外都将没有烟气进入；如果楼层上下之间存在缝隙，则着火层所产生的烟气将向上一层渗漏，中性面以下楼层的烟气将随空气进入竖井向上流动。火灾发生在中性面上，由正烟囱效应引起的空气流从竖井进入着火层能够阻止烟气流进竖井。当楼层间存在缝隙时，如果着火层的燃烧强烈，热烟气的浮力克服了竖井内的烟囱效应，则烟气仍可进入竖井继而流入上层楼层。着火房间中的烟气将随着建筑物中的气流通过外墙开口排至室外。逆烟囱效应作用：火灾发生在中性面上，火灾开始阶段烟气温度较低，烟气将随着建筑物中空气流入竖井，烟气流入竖井后虽然使井内的气温有所升高，但仍然低于外界空气温度，竖井内气流方向朝下，烟气被带到中性面以下，然后随气流进入各楼层中。随着火灾发展，高温烟气进入竖井后将导致井内气温高于室外气温，浮力作用克服了竖井内的逆烟囱效应，则烟气在竖井内转而向上流动。2.1.4外界风作用下的烟气运动风的存在对建筑物将产生压力，这种压力会影响建筑屋内的烟气流动，因素包括：风向风速建筑物高度几何外形邻近建筑物一般说来，风朝建筑物吹过来会在建筑物的迎风侧产生较高的滞止压力，这可增强建筑物内的烟气向下风向的流动。2.1.4外界风作用下的烟气运动风级风级名称风速/（m/s）地面动态0无风0~0.2静，烟直上1软风0.3~1.5烟能表示方向，树叶略有摇动2轻风1.6~3.3树叶微响，旗子开始摇动，人脸部感到有风3微风3.4~5.4树上有细树枝摇动不停，旗子展开4和风5.5~7.9小树枝摇动，地面上灰尘和纸屑被吹起5劲风8.0~10.7有叶的小树摇摆，内陆水面有小波6强风10.8~13.8大树枝摇动，举伞困难，电线呼呼作响7疾风13.9~17.1全树摇动，迎风步行感到不便8大风17.2~20.7折毁小树枝，迎风步行感到阻力很大9烈风20.8~24.4小房子被破坏，屋顶平瓦移动10狂风24.5~28.4陆地上少见，能把树木拔起，把建筑物摧毁11暴风28.5~32.6陆地上少见，摧毁力很大，造成严重灾害12台风32.7~36.9陆地上绝少见，摧毁力极大2.1.4外界风作用下的烟气运动风速随着高度的变化情况为：靠近地面的风速较小，随着高度的增加，风速相应增大，始时，风速增大得很快，后来逐渐减缓：设计时应根据当地气象部门提供的风速或实测的风速值的具体测定位置与所设计的建筑物的具体位置的地面状态加以修正，即：设计建筑物的位置风速测定位置ψ值开阔地开阔地1.0市区1.2市区开阔地0.8市区1.0表2-2风速修正系数2.1.4外界风作用下的烟气运动风的动压：风由于受到建筑物阻挡而造成建筑物四周气流静压发生升高或降低的现象称为风压作用，若以远处未受干扰的气流的压力为基准，静压升高，风压为正，称为正压；静压降低，风压为负，称为负压。2.1.4外界风作用下的烟气运动在某一风向下，建筑物外围上任一点的风压为：表2-3建筑物外墙面的风压系数值风向夹角风压系数k值迎风面背风面00.75-0.4150.75-0.5300.72-0.48450.45-0.5600.28-0.48750-0.590-0.4-0.4建筑物在风力作用下的压压系数分布

2.1.4外界风作用下的烟气运动风压对建筑物外墙开口处压力分布的影响2.1.4外界风作用下的烟气运动（a）风压为正时（迎风）（b）风压为负时（背风）无外界风时，着火房间的开口处在中性层以下外部空气流入，中性层以上室内烟气流出。在有外界风的情况下，且建筑物房间外墙面开口位于迎风侧，即开口受到的风压为正压时，外墙面开口的中性层因正压作用而升高；在有外界风的情况下，且建筑物房间外墙面开口位于背风侧，即开口受到的风压为负压时，外墙面开口的中性层因负压作用而降低。在高层建筑发生火灾往往出现外窗玻璃破碎这种情况下，若破碎的外窗处于正迎风面，大量外界新鲜空气在高风压的作用下进入高层建筑内部，将驱动整个高层建筑内热烟气迅速流动，使火灾迅速蔓延，给建筑内人员的安全疏散及消防人员的灭火作战带来极大影响。若破碎的外窗处于背风面，则外部风压在高层建筑背风面产生的强大负压会将热烟气从高层建筑内抽出，为建筑内人员的安全疏散赢得宝贵时间。

2.1.5通风空调系统引起的烟气流动在火灾情况下，即使风机不开动，采暖、通风和空气调节系统（HeatVentilationandAirCondition，简称HVAC系统）的管道也能成为烟气流动的通道。在前面所说的几种力（尤其是烟囱效应）的作用下，烟气将会沿管道流动，从而促使烟气在整个楼内蔓延。

防止措施：关闭HVAC防火阀和风机，切断着火区与其他部位的联系。

2.1.6电梯活塞效应当电梯在电梯井中运动时，能够使电梯井内出现瞬时压力变化，称为电梯的活塞效应。当电梯向下运动时将会使其下部的空间向外排气，其上部的空间向内吸气，而电梯向上运动时气流运动则正好相反。发生火灾时，电梯的活塞效应能够在较短的时间内影响电梯附近空间和房间的烟气流动方向和速度。着火房间→室外着火房间→相邻上层房间→室外着火房间→走廊→楼梯间→上部各楼层→室外烟气蔓延路径2.2烟气的扩散路线2.3着火房间及走廊内

烟气流动

2.3.1烟气羽流燃烧表面上方不太远的区域内存在连续的火焰面，称为连续火焰区；在往上的一定区域内火焰则是间断出现的，称为间歇火焰区。火焰区的上方为燃烧产物（烟气）的羽流区，其流动完全由浮力效应控制，一般称其为浮力羽流，或称烟气羽流。

2.3.2顶棚射流当羽流与顶棚相遇时，热烟气在径向进行扩展，形成顶棚射流。

2.3.2顶棚射流多数情况下顶棚射流层的厚度约为顶棚高度H的5%~12%，而顶棚射流层内最大温度和最大速度出现在顶棚以下顶棚高度H的1%处。

2.3.2顶棚射流对于顶棚下建筑横梁之间和走廊中烟气的受限流动，其最大温度为

2.3.3烟气层沉降

2.3.4走廊内烟气流动1.着火房间扩散到走廊中的烟气流动特点烟气在上层流动，空气在下层流动，分层流动状态能保持40~50m的流程；但若流动过程中遇到外部气流干扰时，如室外空气送进或排气设备排气时，则层流状态将变成紊流状态。烟气层的厚度在20-30m的流程内能维持不变。

2.3.4走廊内烟气流动2.着火房间蔓延到走廊中的烟气量外窗打开、门关闭的情况下

2.3.4走廊内烟气流动2.着火房间蔓延到走廊中的烟气量外窗关闭、门打开的情况下，大量气扩散到走道中，严重影响人员疏散安全如果门窗同时打开，大部分烟气将通过窗孔的上部排至窗外，扩散到走道中的烟气量仍较少2.4压力中性面本节学习内容2.4.1具有连续侧向开缝竖井2.4.2具有上下侧向开口的的竖井2.4.3具有连续侧向开缝和一个上部侧向开口的

竖井2.4.4顶部水平开口的竖井2.4.1具有连续侧向开缝竖井具有连续侧向开缝竖井，从其顶部到底部有连续的宽度相同的侧向开缝与外界连通。由于竖井内温度高于竖井外温度，则由正烟囱效应而引起的该竖井内气流状况如图2-19。图2-19与外界具有连续开缝竖井的气流状况2.3.1具有连续侧向开缝竖井由于中性面处竖井内外压力相等，所以我们不妨假设此处压力为p0。在距中性面N上方垂直距离h处的竖井内外压力分别为：pin=p0+ρinghpout=p0+ρoutgh两式相减2.3.1具有连续侧向开缝竖井∵竖井内外压差变化远小于绝对大气压力patm（Pa），因此，可以用patm和竖井内外气体温度来表示气体密度，则式（2-18）可写为∴孔口流动——流量平方根法则当烟气从出口向外蔓延时，其流动遵从流体孔口流动规律。与开口壁的厚度相比，开口面积很大的孔洞（如门窗洞口）的气体流动，叫做孔口流动，如图2-20。

图2-20孔口处的气流

2.2烟气等效流通面积从开口面积为A的出口喷出的气流发生缩流现象，流体发生缩流后的截面面积变为A’。故引入收缩系数a,则a=A’/A，由流体力学实验得知取值一般为0.62~0.64，一般圆形薄壁小孔口的a=0.62~0.64。那么通过孔口处的容积流量Q（m3/s）为：

Q=aAv

（2-20）2.2烟气等效流通面积根据伯努利方程（不考虑孔口入口处的缩流阻力和孔口内的摩擦阻力）：

（2-21）则将（2-15）代入（2-14），烟气总流量Q、开口两侧总压差△p=

p1-p2，和流通面积A之间的关系式为

（2-22）对于多数烟气控制计算来说，可以假定通过某一孔口的烟气温度不变和收缩系数相同。下面分别讨论各种情形下等效流通面积的计算。2.4.1具有连续侧向开缝竖井从h处起向上取微元高dh，设w为竖井的宽度。根据流量平方根法则，通过该微元面积向外排出的气体质量流量为则从竖井中性面至上缘之间的开口面积中排出的气体质量流量为同理，可以得到从竖井中性面至下缘之间的开口面积中流入的空气质量流量为式中，a——竖井的流量系数；

ρout——外界空气的密度，kg/m3；

ρin——室内空气的密度，kg/m3。顺便指出，大开口房间的压力中性面与上述具有连续侧向开缝的竖井类似。火灾发展过程中，中性面位置的变化过程如下列图a--d所示火灾初期，室内气体分为上部热烟气层和下部冷空气层，因而室内压力分布由两段斜率不同的直线组成，下半段直线与室外压力分布线平行，室内外压力分布线没有交点，不存在压力中性面；随着火灾的发展，热烟气层逐渐变厚，室内压力分布线上半段随之变长，并与室外压力分布线相交，交点所在的水平面即为压力中性面；发生轰然后，室内气体不再分层，压力分布线成为一条直线。2.4.2具有上下侧向开口的竖井图2-15具有上下双开口竖井的气流状况这种类型的竖井与上节具有连续侧向开缝竖井的不同在于：两个侧向开口间的距离比开口本身的尺寸大得多，这样可忽略沿开口自身高度的压力变化，也就省去了积分的麻烦。但分析方法与上节相类似。由于中性面处竖井内外压力相等，所以我们不妨假设此处压力为p0。在竖井下部开口处，竖井内外压力分别为：p1in=p0+ρingHN

（1）p1out=p0+ρoutgHN

（2）则竖井下部开口处的内外压力差：

（3）在竖井上部开口处，竖井内外压力分别为：p2in=p0+ρing（H-HN）

（4）p2out=p0+ρoutg（H-HN）

（5）则竖井上部开口处的内外压力差：

（6）根据流量平方根法则，当Tin>Tout时，通过下部流入口流进室内的空气质量流量为通过上部排出口流出的气体质量流量为由于流量连续，即min=mout，故两边平方，根据理想气体定律移项整理得

开口形式相同，则a1=a22.4.2具有上下侧向开口的竖井（1）火灾温度越高，即Tin越大，HN

越小，即中性面下移。（2）下部开口面积A1越大，HN

越小，即中性面下移，有利于对外排烟。所以，在进行自然排烟设计时，应适当加大竖井底部的开口面积，这样有利于上层的对外排烟。中性面位置计算公式：中性面位置与上下开口面积、竖井内气体温度及外界空气温度有关。2.4.3具有连续侧向开缝和一个上部侧向开口的竖井这种情况相当于连续侧向开缝和侧向开口两种情况的综合。故计算方法也是以上两种的综合。Hv--------上部开口中心到地面的高度Hn--------中性面高度图2-16具有一个上开口及连续开缝竖井的气流状况流出房间的烟气质量是由门孔中性面至上缘之间的开口面积中流出的烟气质量与由上部开口流出的烟气质量之和，即：同理，可以得到从窗孔中性面至下缘之间的开口面积中流入的空气质量流量为当Av不等于0时，此式可进一步整理为：根据质量守恒，联立以上两式，消去相同的项，并将理想气体定律关于密度和温度的关系（）代入，得：对于较大的开口，比值w/Av趋近于零，上式中的第一、三项接近于零，于是得到HN=Hv，这样中性面就位于上部开口处。显然，由上述方程决定的中性面位置受流动面积影响较大，而受温度影响较小。无论开口在中性面上部还是下部，其位置将位于方程（2-55）所给的无开口时的高度与开口高度Hv之间。wH/Av的值越小，中性面的位置就越接近于Hv。受压差的影响，水平天窗处流动方向有单向和双向。火灾时室内压力高于室外，水平开口处仅存在单向流动。某房间顶部有一排烟口，发生火灾后其烟气运动如下图。图2-18顶部自然排烟口的烟气流动2.4.4顶部水平开口的竖井上部开口下部开口烟气和空气的质量流量：根据质量平衡，即进入着火房间的空气流量等于流出顶部排烟口的烟气流量，得又由理想气体定律中性面高度可用温度参数表达复习题1.火灾烟气流动的驱动力有哪些？2.烟囱效应的含义及其对烟气流动的影响？3.烟气并联气流通路等效流通面积的推导？4.具有连续开缝和一个上侧开口的竖井的压力中性面计算公式的推导？第三章火灾烟气的控制3.1火灾烟气控制基本策略3.2防烟方式3.2.1非燃化防烟3.2.2密闭防烟3.2.3隔断或阻挡防烟3.2.4机械加压防烟3.3排烟方式3.3.1自然排烟3.3.2机械排烟教学要求3.4防烟分区3.4.1防烟分区的划分3.4.2防烟分区的划分方法3.4.3防烟分区的划分构件烟气控制措施对ASET和RSET都有影响。对着火区域进行排烟，可以降低烟气温度和有毒有害气体的浓度，延长ASET；同时，排烟也能提高火场能见度，加快人员疏散速度，从而缩短RSET。由此可见，建筑防排烟工程是保障火灾时人员安全的重要消防技术之一。3.1火灾烟气控制基本策略3.2.1建筑材料非燃化非燃化是指建筑材料、室内家具材料、各种管道及其保温绝热材料由非燃材料或难燃材料制成。3.2防烟方式3.2.2密闭防烟密闭防烟是采用耐火性和密封性较好的围护结构将房间封闭起来，并对进出房间的气流加以控制。原理：杜绝新鲜的空气流入，使着火房间内的燃烧因缺氧而自行熄灭适用：防火分隔容易划分得很细的场所，如地下管廊。住宅、公寓、旅馆，厨房。优点：不需要动力就能达到很好效果。缺点：门窗经常处于关闭状态，使用不方便，而且发生火灾时，如果房间内有人需要疏散，房门打开时将引起漏烟。3.2防烟方式3.2.3阻碍防烟阻碍防烟是在烟气扩散流动的路线上设置某些耐火性能好的阻碍结构（如防火卷帘、防火门、防火阀、挡烟垂壁等）把烟气阻挡在某些限定区域，防止烟气继续扩散。3.2防烟方式挡烟垂壁位置： 通常设置在烟气扩散流动路线上烟气控制区域的分界处，有时也在同一防烟分区内采用，以便和排烟设备配合进行更有效的排烟。有效高度： 挡烟垂壁从顶棚向下的下垂高度h0一般距顶棚面要在50cm以上，称为有效高度。挡烟垂壁的作用机理

当室内发生火灾时，所产生的烟气由于浮力作用而聚积在顶棚下面，随时间的推移，烟层越来越厚。只有当挡烟垂壁的有效高度h0大于烟层厚度h时，烟气才能成功地被阻挡在垂壁和墙壁所包围的区域内而不能向外扩散。

那么，是不是只要挡烟垂壁的有效高度h0大于烟层厚度h,烟气不向外扩散呢？

答案是否定的。有时，即使h0大于h，当烟气流动高于一定速度时，由于反浮力壁面射流的形成，烟层可能克服浮力作用而越过挡烟垂壁的下缘继续水平扩散。所以要想挡烟垂壁起作用，挡烟垂壁的h0必须大于烟气层厚度h或大于烟气层厚度h与其下降高度Δh之和。3.2.4机械加压防烟机械加压防烟是在建筑物发生火灾时，对着火区以外的区域进行加压送风，使其保持一定的正压，以防止烟气侵入的防烟方式。3.2防烟方式采用位置：疏散通道（前室和楼梯间）避难层（间）避难走道等部位加压防烟的机理使用风机在防烟分隔物的两侧造成压力差从而抑制烟气（控制烟气蔓延最基本的方法）直接利用空气流阻挡烟气（对有较大开口的挡烟物而言）空气气流（普遍用于门口与走廊）加压（当挡烟物只有很小的缝隙时）空气净化（被保护区域）加压防烟的机理

1、加压

通过建筑结构缝隙、门缝以及其它流动路径的空气体积流率正比于这些路径两端压差的n次方。对于除极窄的狭缝以外的所有流动路径，均可取n=0.5。根据伯努利方程，可以近似地计算出通过门缝等的空气泄漏量：

式中，W——空气泄漏量，m3/sA——流动面积，m2，通常等于流动路径的截面积；∆P——流动路径两端的压差，Pa；

ρ——流动空气的密度，kg/m3；

C——流动系数，它取决于流动路径的几何形状及流动的湍流度等，其值通常在0.6~0.7的范围内。取C为0.65，ρ为1.2kg/m3，则上述方程可表示为：式中系数Kf

=0.839。于是得空气的体积流量与压差和缝隙面积关系图。利用这个关系图也可确定空气体积流率。例如，关闭的门周围缝隙的面积为0.01m2，两边压差为2.5Pa时空气体积流量约为0.013m3/s。当压差增至75Pa时空气体积流量增至0.073m3/s。

2、空气气流从理论上而言，合理利用空气气流能够有效地阻止烟气向任何空间蔓延。托马斯（Thomas）提出了阻止烟气侵入走廊所需临界气流速度的经验公式：式中，Vk——阻止烟气扩散的临界气流速度，m/s；E——走廊中的能量进入速率，取其为火源热释放速率中的对流换热部分Qc；W——走廊的宽度，m；

——上游空气密度(冷空气)，kg/m3；Cp——下游气体的比热，kJ/kg·C；T——下游气体的绝对温度，K；k——量级为1的常数；g——重力加速度，m/s2。

考虑到距火区较远处物性参数在流动截面上的分布近似均匀，取

=1.3kg/m3，Cp=1.005kJ/kg·C，T=300K，g=9.81m/s2和k=1，则临界气流速度为：系数kv取0.292。此公式适用于火区在走廊以及烟气通过敞开的门、透气窗和其它开口进入走廊的情况。但是，它不适用于水喷淋作用下的火灾情况，因为这时上游空气和下游气体之间的温差很小。图2-29（下页）给出了上式的图解.机械加压防烟的优点（1）确保疏散通道的绝对安全。（2）降低对建筑物某些部位的耐火极限要求。（3）便于旧式建筑物的防排烟技术改造。但这种防烟方式也存在一定的问题，当正压值过高时，会影响疏散通道防火门的开启。目前对加压区域所维持的正压值要求各国有所不同，一般为25～50Pa。3.3.1自然排烟

定义：利用火灾热烟气流的浮力和外部风压作用，通过建筑开口将建筑内的烟气直接排至室外的排烟方式，其实质是热烟气和冷空气的对流运动。

方式：专门设置在侧墙上部或屋顶的排烟口，专用的排烟竖井。3.3排烟方式图3-9（a）是利用可开启的外窗进行排烟。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。专设的排烟口也可以是外窗的一部分，但它在火灾时可以人工开启或自动开启。开启的方式也有多样，如可以绕一侧轴转动，或绕中轴转动等。

窗户自然排烟的典型形式图3-9（b）是利用竖井排烟。各层房间设排烟风口与排烟竖井相连接，当某层起火有烟时，排烟风口自动或人工打开，热烟气即可通过竖井排到室外。这种排烟方式实质上是利用烟囱效应的原理。在竖井的排出口设避风风帽，还可以利用风压的作用。但是由于烟囱效应产生的热压很小，而排烟量又大，因此需要竖井的截面和排烟风口的面积都很大。竖井排烟的典型形式3.3.1自然排烟优点：构造简单、经济，不需要专门的排烟设备及动力设施；运行维修费用低，排烟口可以兼做平时通风换气使用，避免设备的闲置；对于顶棚较高的房间（中庭），若在顶棚上开设排烟口，自然排烟的效果很好。

3.3排烟方式3.3.1自然排烟缺点：（1）自然排烟的效果不稳定。火灾时烟气温度随时间发生变化、室外风向和风速随季节变化、高层建筑的热压作用随季节发生变化。3.3排烟方式图3-10自然排烟时烟气倒灌现象

3.3.1自然排烟缺点：（2）对建筑结构有特殊要求。排烟的房间必须靠室外或在楼层顶部；房间的进深不宜过长，避免烟气流动路径过长，热浮力下降，烟气在流动过程中发生沉降，导致烟气滞留室内，不能从排烟口流出；排烟口的有效排烟面积要达到一定比例，有时会影响到建筑结构和功能，如，有明确要求作分隔的房间采用自然排烟，必须设置外窗或排烟口，会带来诸如隔声、防尘、防雨等问题。3.3排烟方式3.3.1自然排烟缺点：（3）存在火势蔓延至上层的可能性。由外窗或排烟口向外排烟时，当烟气排出时的温度很高，如果烟气中含有大量未燃尽的可燃物质，则烟气排至室外后会形成火焰。因为火焰四周补气条件不同，靠近外墙面的火焰内侧，空气得不到补充，造成负压区，致使火焰有扑向墙壁面的贴壁现象。3.3排烟方式3.3.1自然排烟缺点：（3）存在火势蔓延至上层的可能性。为了防止火焰或烟气蔓延到上部楼层而引起火灾扩大，可以在建筑结构上采用以下措施：①建筑外墙上、下层开口之间设置高度不小于1.2m的实体墙或挑出宽度不小于1.0m、长度不小于开口宽度的防火挑檐；当室内设置自动喷水灭火系统时，上、下层开口之间的实体墙高度不小于0.8m。②当上、下层开口之间设置实体墙有困难时，可设置防火玻璃墙，且高层建筑的防火玻璃墙的耐火完整性不低于1.00h，多层建筑的防火玻璃墙的耐火完整性不低于0.50h。③建筑幕墙与煤层楼板、隔墙处的缝隙采用防火封堵材料封堵。3.3排烟方式3.3.2机械排烟

1、定义：机械排烟是借助机械力作用强迫送风或排气的手段来排除火灾烟气的一种方式。

图2-30机械集中排烟方式使用这种方式需要在进烟管口处形成相当大的负压，否则难以将烟气吸过来。如果负压程度不够，在室内远离进烟管口区域的烟气往往无法排出。若烟气生成量较大，烟气仍然会沿着门窗上部蔓延出去。另外，由于这种方式下风机直接接触高温烟气，所以应当能耐高温，同时还应当在进烟管中安装防火阀，以防烟气温度过高而损坏风机。综合评价：这种排烟方式的设计、安装都比较方便，因此成为目前采用最多的机械排烟方式。a）机械排烟-自然进风方式：在需要排烟的上部安装某种排烟风机，风机的启动可使进烟管口处形成低压，从而使烟气排出。而房间的门、窗等开口便成为新鲜空气的补充口。优点：全面通风排烟方式的防排烟效果良好，运行稳定，且不受外界气象条件的影响。缺点：使用两套风机，其造价较高，且在风压的配合方面需要精心设计，否则难以达到预定的排烟效果。

a）机械排烟-机械进风方式：一般称这种方式为全面通风排烟方式，使用这种方式时，通常让送风量略小于排烟量，即让房间内保持一定的负压，从而防止烟气的外溢或渗漏。3.3.2机械排烟

2、优点：

能够克服自然排烟受外界气象条件以及高层建筑热压作用的影响，不受外界条件的影响；能保证有稳定的排烟量，排烟效果比较稳定，特别是火灾初期，能有效地保证非着火层或区域的人员疏散和物资转移的安全。

3.3.2机械排烟

2、缺点：

（1）排烟效果与火灾发展密切相关火灾的情况错综复杂，某些场合下，火灾进入猛烈发展阶段，烟气大量产生，可能出现烟气的生成量短时内超过风机排烟量的情况，这时排烟风机来不及把所生成的烟气完全排除，使着火房间内形成正压，从而使烟气扩散到非着火区中去，因此防烟效果大大降低。这就是说，机械排烟方式在火灾初期行之有效，在火灾猛烈发展阶段可能失效。为保证机械排烟在整个火灾过程中绝对有效，就需大大增大排烟风机的容量，这将使设备投资增高。

3.3.2机械排烟

2、缺点：

（2）系统设计难度较大距离排烟口一段距离后，排烟口的抽吸效果急速下降，此时较远距离的烟气就无法被排出，而加大排烟风速会造成“吸穿效应”，即吸气气流穿透了烟气层，排烟口吸进了大量的烟气层以下的空气，烟气层吸穿会导致机械排烟效率下降。因此，为保证系统的有效排烟，要求设计人员需要具备较深厚的烟气控制理论功底和实践经验。

3.3.2机械排烟

2、缺点：

（3）系统设备和设施要求较高着火房间内的烟气温度可能高达600~1000oC，要求排烟风机和排烟管道承受如此高的温度是不可能的。

排烟风机与排烟管道的连接部件应能在280℃时连续30min保证其结构完整性；排烟风机应满足280℃时连续工作30min的要求，排烟风机应与风机入口处的排烟防火阀连锁，当该阀关闭时，排烟风机应能停止运转；排烟管道的设置和耐火极限也应满足规范标准的具体要求。。

3.3.2机械排烟

2、缺点：

（4）建设和维护费用高完整的机械排烟系统包括风机、管道排烟口、阀门和控制装置等，加上设计与施工，需要较大的初期投资；同时，为了能够正常使用，平时也要定期保养维护。因此，在系统的整个生命周期，需要较高的费用。最后应强调的是，防烟、排烟两者是一个有机的整体，是烟气控制的两个方面。在建筑防排烟工程中，上述各种防烟和排烟的方式往往不是单一的应用，而是多种方式的综合应用，这种综合性应用的结果，往往比采用单一方式的效果更好。图3-16为机械加压防烟与机械排烟两种组合形式。

图3-16机械加压防烟与机械排烟组合示意（a）楼梯间及其前室分别机械加压送风，房间和走道机械排烟（b）楼梯间自然通风，前室机械加压送风，房间和走道机械排烟3.4.1防烟分区的划分1.防火分区防烟分区是在建筑防火分区的基础上进行划分的。防火分区是指在建筑内部采用防火墙、楼板及其他防火分隔设施分隔而成，能在一定时间内防止火灾向同一建筑的其余部分蔓延的局部空间。

3.4防烟分区3.4.1防烟分区的划分1.防火分区3.4防烟分区名称耐火等级允许建筑高度或层数防火分区的最大允许建筑面积（m2）备注高层民用建筑一、二级按本规范第5.1.1条确定1500对于体育馆、剧场的观众厅，防火分区的最大允许建筑面积可适当增加单、多层民用建筑一、二级按本规范第5.1.1条确定2500三级5层1200-四级2层600-地下或半地下建筑（室）一级-500设备用房的防火分区最大允许建筑面积不应大于1000m23.4.1防烟分区的划分2.防烟分区定义防烟分区是指在建筑内部屋顶或顶板、吊顶下采用具有挡烟功能的构、配件分隔成具有一定蓄烟能力的局部空间。储烟仓是位于建筑空间顶部，由挡烟垂壁、梁或隔墙等形成的用于蓄积火灾烟气的空间。

3.4防烟分区（a）密闭式吊顶的储烟仓示意图（b）无吊顶或通透式吊顶的储烟仓示意图3.4.1防烟分区的划分2.防烟分区划分原则（1）防烟分区不应跨越防火分区。

3.4防烟分区3.4.1防烟分区的划分2.防烟分区划分原则（2）每个防烟分区的建筑面积不宜超过相关规范标准要求。

3.4防烟分区3.4.1防烟分区的划分2.防烟分区划分原则（3）通常应按楼层划分防烟分区。（4）特殊用途的场所应单独划分防烟分区。对有特殊用途的场所，如疏散楼梯间及其前室、消防电梯间前室或合用前室，作为疏散和扑救的主要通道，应单独划分防烟分区。对于一些重要的、大型的、复杂的高层建筑，尤其是超高层建筑，为了保证建筑物内所有人员在发生火灾时能安全疏散脱险，往往设置了专门的避难间或避难层，不论面积多大，都应单独划分防烟分区，并应有良好的防排烟设施。

3.4防烟分区3.4.1防烟分区的划分2.防烟分区划分原则通过挡烟垂壁等划分防烟分区，实际上是在建筑的上部构成了若干个储烟仓，这些储烟仓将烟气聚拢起来，便于其内部的排烟设施进行排烟。储烟仓的厚度取决于隔烟设施的深度，因此挡烟垂壁等挡烟分隔设施的深度不应小于储烟仓厚度。当采用自然排烟方式时，储烟仓的厚度不应小于空间净高的20%，且不应小于500mm；当采用机械排烟方式时，不应小于空间净高的10%，且不应小于500mm。同时储烟仓底部距地面的高度应大于安全疏散所需的最小清晰高度，最小清晰高度应由计算确定。

3.4防烟分区3.4.1防烟分区的划分2.防烟分区划分原则对于有吊顶的空间，吊顶开孔不均匀或开孔率小于或等于25%时，吊顶内空间高度不得计入储烟仓厚度。

3.4防烟分区3.4.2防烟分区的划分方法（1）按用途划分对于建筑物的各个部分，按其不同的用途，如厨房、卫生间、起居室、客房及办公室等，来划分防烟分区比较合适，也较方便。国外常把高层建筑的各部分划分为居住或办公用房、疏散通道、楼梯间及其前室、停车库等防烟分区。但是按此种方法划分防烟分区时，应注意对通风空调管道、电气配管、给排水管道等穿墙和楼板处，用不燃烧材料填塞密实。

3.4防烟分区3.4.2防烟分区的划分方法（2）按面积划分

3.4防烟分区表3-2公共建筑、工业建筑防烟分区的最大允许面积及其长边最大允许长度空间净高H/m最大允许面积/m2长边最大允许长度/mH≤3.0500243.0＜H≤6.0100036H＞6.0200060m；具有自然对流条件时，不应大于75m3.4.2防烟分区的划分方法（2）按面积划分

3.4防烟分区不同净高建筑防烟分区最大允许面积及长边最大允许长度对于工业建筑，在采用自然排烟系统时，其防烟分区的长边长度尚不应大于建筑内空间净高的8倍3.4.2防烟分区的划分方法（3）按方向划分

3.4防烟分区尽可能根据房间的不同用途沿垂直方向按楼层划分防烟分区。对于建筑高度超过100m的超高层建筑，可以把高层建筑按15~20层分段，一般是利用不连续的电梯井在分段处错开，楼梯间也做成不连续的，这样处理能有效地防止烟气无限制地向上蔓延3.4.2防烟分区的划分方法（4）特殊划分

3.4防烟分区1）公共建筑、工业建筑中的走道宽度不大于2.5m时，其防烟分区的长边长度不应大于60m，当把建筑内的走道作为一个防烟分区时，其长边长度与走道的宽度有关，当宽度不大于2.5m时，防烟分区的长边长度不应大于60m。2）当空间净高大于9m时，防烟分区之间可不设置挡烟设施。这一条主要针对的是高大空间，如航站楼、高铁候车大厅、会展中心、大型厂房等。3）汽车库防烟分区建筑面积不宜大于2000m2，且防烟分区不应跨越防火分区。设置排烟设施的建筑内，为了防止烟气通过竖向的通道迅速向建筑上部蔓延，在敞开楼梯和自动扶梯穿越楼板的开口部应设置挡烟垂壁等设施。复习题简述火灾烟气控制基本策略。防烟和排烟的方式主要有哪些？自然排烟和机械排烟有哪些优缺点？防烟分区划分原则是什么？列出至少三种防烟分区的划分构件。4建筑防烟系统设计第四章建筑防排烟系统设计4.1防烟系统的设置部位4.1.1自然通风系统的选择4.1.2机械加压送风系统的选择 4.2防烟系统设施4.2.1自然通风设施4.2.2机械加压送风设施4.3机械加压送风量计算4.3.1查表法4.3.2计算法4.4防烟系统设计要求4.4.1自然通风设计要求4.4.2机械加压送风系统设计要求4.4.3机械加压送风系统设施设计要求4.5防烟系统运行与控制4.5.1运行方式4.5.2余压阀的设定4.5.3余压值的设定4.1防烟系统的设置部位防烟系统定义：通过采用自然通风方式，防止火灾烟气在楼梯间、前室、避难层（间）等空间内积聚，或通过采用机械加压送风方式阻止火灾烟气侵入楼梯间、前室、避难层（间）等空间的系统。防烟系统分类：自然通风系统机械加压送风系统4.1防烟系统的设置部位防烟系统设置部位：防烟楼梯间及其前室消防电梯间前室或合用前室避难走道的前室避难层（间）4.1防烟系统的设置部位公共建筑、厂房、仓库建筑高度≤50m，住宅建筑高度≤100m，当其防烟楼梯间的前室或合用前室符合下列条件之一时，楼梯间可不设防烟系统：前室或合用前室采用敞开的阳台、凹廊前室或合用前室具有不同朝向的可开启外窗，且独立前室两个外窗面积分别不小于2.0m2，合用前室两个外窗面积分别不小于3.0m24.1.1自然通风系统的选择自然通风系统是以热压和风压作用的、不消耗机械动力的、经济的通风方式。受风压影响大。适用范围：建筑高度≤50m的公共建筑、工业建筑

和

建筑高度≤100m的住宅建筑，其防烟楼梯间、独立前室、共用前室、合用前室（除共用前室与消防电梯前室合用外）及消防电梯前室封闭楼梯间（靠外墙设置）：①地下仅为一层，且地下最底层的地坪与室外出入口地坪高度差小于10m；首层有直接开向室外的门或有≥1.2m2的可开启外窗。②封闭楼梯间地上每五层内可开启外窗的有效面积≥