高层建筑防排烟系统设计及施工应注意的问题探究

摘要：为切实提升高层建筑使用安全性，保障建筑物防排烟系统使用可靠性，参建单位应加强防排烟系统设计及施工研究，降低火灾时烟气对使用者的损害。基于此，本文简要阐述了高层建筑防排烟系统的影响因素，深入分析了防排烟系统的重要性以及系统设计及施工中会出现的问题，提出行之有效的应对策略，力求降低火灾伤害，减少经济损失、人员伤亡，引导高层建筑防排烟系统设计及施工高质量发展。关键词：高层建筑；防排烟系统；设计方法；施工要点引言近年来，城市化建设进程加快，高层建筑物数量骤增，一旦发生火灾事故，往往会发展成为严重事故。防排烟系统作为高层建筑消防安全的重要组成，其设计水平和施工质量直接影响火灾事故自救和外界救援，所以应该做好建筑防排烟系统规划，及时发现此环节存在的问题，探索设计优化方法及施工质量控制措施，具有显著的理论和实践意义。一、高层建筑防排烟系统的重要性高层建筑结构复杂，功能众多，当发生火灾时，很容易产生烟囱效应，受热压影响，烟气迅速扩散。防排烟系统设计在提高疏散效率、抑制火情发展等方面发挥着重要作用。据调查，烟气水平与垂直流动速度飞快，在无阻挡情况下，烟气以极快的速度扩散到几十层高的大楼，流动速度远远超过人的疏散速度。火灾燃烧生成的高温有毒烟气，成为威胁人员生命安全的主要因素之一，给人员疏散、救援工作带来较大难度。通过防排烟系统应用，可抑制烟气无序排放，降低室温，为灭火与人员疏散创造有利环境。高层建筑电梯井、楼梯间属于火灾时的垂直方向蔓延途径。为确保疏散通道安全，技术人员在防烟楼梯间制造一个前室，采用机械加压送风，使前室压力超过走道，在前室门关闭情况下，通过门缝向走道漏风，使着火房间的烟气无法顺着走道进入前室，保持疏散通道畅通，由此减少人员中毒和烧伤。二、高层建筑防排烟系统的影响因素（一）烟气扩散运动火灾发生后，所释放的能量致使烟气发生扩散运动，火灾周围空气逐渐流进火灾区，而热烟流出火灾区。因烟气流动方向不断发生变化，增加了有毒气体向四周迅速扩散的风险，严重威胁使用者的生命安全。在此情况下，救援部门只有准确把握火灾发生时气体流动的影响因素，才能提高救援效率。（二）烟囱效应建筑物内外空气存在温差，当室外气温低于室内温度时，建筑物竖井的空气便会向上运动，形成“烟囱效应”。对于高层建筑来说，当室内外温差较大时，烟囱效应更为显著，此时竖井中存在向下的空气流，称为“逆烟囱效应”。在两种效应影响下，空气不断运动，如若着火点位于中性层面下方，烟气会迅速朝着建筑物上部运动；如若位于中性层面上方，烟气会迅速朝着上一层蔓延，此时中性层下方更为安全，不会立即受到烟气侵害[1]。（三）空调、通风系统空调、通风系统作为建筑物内部主要设备之一，在为人们提供舒适室内环境的同时，也会在火灾发生时成为“帮凶”。火灾时烟气会借助空调、通风系统的送、回风管道，在建筑内部迅速扩散，对人员生命安全构成严重威胁。此外，如若空调、通风系统对着火区域送风，还会发挥助燃作用，使火势进一步扩大。这就要求建筑物发生火灾时，应能自动关闭所有空调、通风系统，以免烟气在建筑物内扩散。三、高层建筑防排烟系统的设计方法（一）防烟系统1.自然通风系统在自然通风模式下，防烟楼梯间前室、消防电梯前室应具有面积大于或等于2平方米的可开启外窗或开口，共用前室和合用前室应具有面积大于或等于3平方米的可开启外窗或开口。采用自然通风方式防烟避难层中的避难区，应具有不同朝向的可开启外窗或开口，可开启的有效面积应大于或等于地面面积的2%，且每个朝向面积均应大于或等于2平方米。避难间应至少有一侧外墙具有可开启外窗，可开启有效面积应大于或等于地面面积的2%，并应大于或等于2平方米，确保防烟的有效性。2.机械加压送风系统在不具备自然通风条件时，该系统的设置是确保火灾中建筑疏散楼梯间及前室（合用前室）安全的主要措施。此种防烟的主要目标是预防烟气在开关门时进入疏散通道，导致人员伤亡。技术原理是在开门时，要保证安全空间内压力超过相邻空间压力，这就需要保证门开启时门洞口漏出的风具有一定的风速来阻挡烟气侵入。为确保火灾状态下及时响应，该系统应与火灾自动报警系统联动，并应能在防火分区内的火灾信号确认后15秒内联动，同时开启该防火分区的全部疏散楼梯间、该防火分区所在着火层及其相邻上下各一层疏散楼梯间及其前室或合用前室的常闭加压送风口和加压送风机。保证着火区域及受影响较大区域中防烟部位及时建立安全屏障，避免烟气侵入，保证人员安全疏散[2]。机械加压送风系统为人员的安全快速疏散提供了宝贵的时间，因此不仅要求设备在火灾中正常运行，还要确保其在火灾中输送的气体为可保证人员正常使用的空气，即该系统的进风为室外未受火灾和烟气污染的空气。加压送风机的进风口应直通室外且要防止烟气被吸入。与此同時，要注意加压送风机的进风口位置应与排烟风机的出风口位置不在同一面上。如若条件受限，也要考虑两个风口分开设置且应具有一定的安全距离，即要满足相关设计规范的要求。如若室内加压送风口设置位置不当，不仅会造成火灾中烟气流动方向的改变，影响人员安全撤离，降低该系统在火灾防烟中的使用效果[3]。因此，室内加压送风口布置要注意以下几点：避免影响人员在火灾中的安全疏散，加压送风口宜避免设置在疏散部位；前室的加压送风口为常闭式且应设置手动开启装置，手动开启装置不宜设置过高造成使用不便；避免影响送风正常运行，削减防烟效果，被门挡住的部位不宜设置加压送风口；考虑使用过程中的舒适感，送风口风速不宜设置过大，且不应超过7米/秒。（二）排烟系统1.自然排烟系统此种方式是无机械通风设备，主要依靠火灾产生热流浮力、外部风力等自然力，通过建筑外窗、阳台等对外开口，将烟气排放到室外，使楼梯间、前室或合用前室、走道、房间等空间不受烟气侵袭，具有成本低、简单方便、不受电源中断影响等特点，但防排烟效果会受外界风向、温度、所处楼层高度等因素影响，适用于临近建筑外墙的楼梯间、前室或合用前室、走道、房间等[4]。2.机械排烟系统机械排烟系统是通过专门的排烟系统、自控装置、电源等强制排烟，维护管理与造价较高，但优势在于占地面积小、排烟效果稳定，且不受室外气象条件影响。根据工作方式不同，还可细分为局部排烟、集中排烟两种类型，前者在需要排烟处设置独立排烟机，直接排烟；后者利用多种设备共同排烟。排烟口设置时，应注意以下要点：一是防烟分区内任意一点与最近排烟口的水平距离不能超过30米；二是考虑到火灾时人员安全疏散，烟流方向宜与人员疏散方向相反，排烟口与安全出口水平距离不应小于1.5米；三是排烟口应设置在储烟仓内；四是考虑到排烟口实际使用中，排烟同时不能吸走过多的空气，影响实际排烟量，故排烟口的风速不应超过10米/秒。3.防火阀设置阻止高温烟气或带火烟气进入排烟管道系统，保护排烟风机和排烟管道，防止火灾向其他区域蔓延。在同一个建筑同一个排烟系统中，竖向穿越的主排烟管与每层水平布置的排煙管道连接处需设置排烟防火阀；一般设置在穿越不同防火分区、重要防火分隔墙以及进入排烟风机房处；一个排烟系统负担多个防烟分区的排烟支管上；应设置排烟防火阀。排烟防火阀平时呈开启状态，火灾时当排烟管道内烟气温度达到280°C时自行关闭并联锁关闭相应排烟风机、补风机，起到隔烟阻火作用。四、高层建筑防排烟系统施工要点1.设备选材为了提高施工质量，保证防排烟系统正常运行，施工之前施工单位必须认真阅读经批准的施工图、设计说明书等设计文件，并严格按照设计文件采购设备及部件，要保持设备实际情况与施工图上设备性能的一致性和准确性，避免出现错漏，保证施工正常进行。施工单位还应根据设计文件要求，在土建施工中做好系统所需预埋件、预留孔洞等工作。根据《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251、《消防设施通用规范》GB55036的条文，机械加压送风管道和机械排烟管道均应采用不燃材料，且管道内表面应光滑，管道密闭性能应满足火灾时加压送风或排烟要求。风管成品外形应符合施工要求，禁止有变形、孔洞、漏打螺栓孔等质量缺陷，施工材料应资质齐全，进场前要仔细核对检查。防烟、排烟系统应具有保证系统正常工作的技术措施，系统中的管道、阀门和组件性能应满足其在加压送风或排烟过程中正常使用的要求[5]。（二）严格遵循设计文件施工要求在建筑施工期间，排烟系统施工过程中需严格遵循经批准的施工图及设计文件，严禁私自更改设计中的任何设计，如门、窗位置及尺寸，以免造成防烟分区或最大排烟距离更改，延误消防及竣工验收，甚至造成火灾中人员疏散不利。排烟系统的安装位置与连接方式应确保通风畅通，便于检修与维护；该系统的电气设备、控制装置等都应具备可靠性与稳定性，确保火灾状态下能够正常启动和运行。建筑施工规范还要求对排烟系统进行科学使用与维护，要求使用者加强排烟系统日常管理，确保排烟口畅通、通风效果稳定，定期巡检和清洁，确保设备运行状态正常[6]。（三）严格遵守施工要求，提高建筑排烟能力防排烟系统高效运行离不开电力保障，如若供配电系统施工方面出现异常，会影响建筑排烟能力提升。例如，因人为原因出现配电箱接线错误、配电系统自身防火性能缺失等，都会使供配电能力降低，造成建筑机械排烟系统失效。对此，施工前技术人员应认真细致审核图纸，开展技术交底工作，确保工人了解图纸设计意图，充分熟悉图纸内容；在施工期间，应加强工人的技能培训，使其严格遵循施工要求，确保风机风量设计与施工合理，所选风机型号应符合设计标准，将风阀设置在缝口，预防窜风。在自然排烟系统施工中，准确设定排烟窗位置及高度，严格控制窗体结构与大小；根据相关规定，自然排烟窗应安装在排烟区的顶部或者外墙上，如若安装在外墙上，则应在储烟仓范围内设置自然排烟窗（口），但在净高小于3米的走道、室内空间区域，自然排烟窗可安装在室内净高1/2以上。对于机械排烟系统，应按照规定设置在储烟仓内部，如若在侧墙上设置，吊顶与最近边缘距离应控制在0.5米以内。在机械排烟位置，应确保机械设备、配电系统正确安装，禁止出现接线错误、系统防火性能不全等问题，并由专人负责监督和验收，及时发现问题并解决，保障最终施工