关于民用建筑工程设计中防排烟及通风问题的思考

摘要：为解决民用建筑火灾浓烟造成的人员伤亡，本文在介绍建筑火灾危害与特点的基础上，提出当前建筑防排烟与通风设计存在的问题，然后明确建筑火灾烟气流动主要影响因素及建筑防排烟与通风设计要点，以期为相关人员提供参考，提高建筑的防排烟与通风效果，将火灾带来的危害降至最低。关键词：民用建筑；建筑火灾；防排烟通风设计火灾是威胁建筑安全的主要灾害事故，火灾发生后产生的浓烟严重危害建筑中人员的生命安全，因此防排烟设计必须得到相关人员的重视。在明确当前建筑防排烟存在的问题基础上，制定合理有效的措施，从根本上提高建筑的防排烟水平。一、建筑火灾危害与特点建筑火灾是指建筑中某个房间发生起火燃烧，并不断蔓延到其它房间甚至引起整座建筑着火。现在的民用建筑楼层越来越多，功能也更加丰富，此外存在很多电气设备和多种装饰材料，一旦建筑发生火灾，无论人员疏散还是救援，都面临极大困难。因火灾蔓延速度很快，很容易造成不同程度的人员伤亡及财产损失。对人体造成最大伤害的实际上并非起火燃烧，而是燃烧产生的浓烟，统计表明，因火灾伤亡的人员中，有至少70%都是吸入过量有毒烟气[1]。因此，在建筑设计中必须高度重视并切实做好防排烟及通风设计，室内空气设计参数与标准如表1所示。二、建筑防排烟与通风设计问题（一）自然排烟相关设计规范提出：“防烟楼梯间前室或合用前室，利用敞开的阳台、凹廊或前室内有不同朝向的可开启外窗自然排烟时，该楼梯间可不设置防烟设施”。此条要求提出只能在规定情境下才可采取自然排烟，当外窗为可开启时，它的面积必须符合这个条款提出的规定。从排烟成效可以看出，在热压作用影响下，建筑外部空气持续通过外窗到达室内环境中，透风量多少受到楼层高度的很大影响，如果楼层很高，则室内会有很多外部空气进入，进而影响到排烟成效。通常建筑前室均为安全通道，如果这个部分的排烟成效比较差，则会威胁到室内人员的生命安全。基于此，对于高度达到50m及以上的建筑以及人员疏散困难、所需时间较长的建筑，不可单纯采用自然排烟[2]。（二）机械排烟采用机械排烟方式时，可能在确定风机风量的过程中没有充分考虑漏风率，同时面积达到50m2以上以及地下机房不建议采用机械排烟的方式。当没有充分考虑漏风率时，会使实际排烟量不能达到设计要求，相关设计人员普遍认为此类建筑功能房间均采用自动控制方式，无需开展专门的防排烟设计，但这样的想法是错误的，虽然这些功能房间有很高自动化水平，但依然需要做好人员管理。在实际运行过程中，要求管理人员做好定期观察。由于这些房间的线路错综复杂、使用很多可燃材料，所以火灾危险性往往更大，必须高度重视并认真做好排烟设计[3]。（三）机械防烟在机械防烟设计中，可能存在以下几方面问题：1.没有充分考虑竖井自身漏风系数。虽然在相关规范中没有针对加压送风方式确定具体风量时要求竖井自身漏风系数，对此可参考采暖和通风方面的规范，要求风管漏风率不超过10%，这一规定在建筑防烟设计中也适用。防烟设计中必须考虑好漏风系数，否则加压送风区域实际送风量根本不能达标。2.设计风量的确定与要求不符。防烟设计常有这样的错误做法，即加压送风关键时要增大风量，或单纯达到规定就可以避免问题出现。但为了适应这种很大的风量，门洞风速必然很大，在风速达到一定值以后，将影响到疏散门的开启，导致人员疏散面临到很大困难。[4]。3.机房未采取新风进风方式。在实际的设计工作中，机房中的送风风机未能考虑在管路系统中增加新风风量，这样会出现很多问题。在一定条件下，房门关闭，室外的新风无法进入到房间中，单纯依靠渗透进入的新风很难达到要求，若室内新风量不足将对加压送风效果造成很大影响。可见，风机房的设置与设备房间都要按要求增设新风进入管，为保证火灾发生后加压送风系统仍能正常工作，在设计过程中必须充分考虑进风量和管道。三、建筑火灾烟气流动主要影响因素建筑發生火灾时，其烟气的流动会受到以下因素的影响。（一）高温作用火灾最直观的就是高温，受高温作用烟气快速膨胀，使烟气流动发生变化。通过对气体膨胀定律的了解可知，当气体质量不变时，气体的体积会随温度升高显著变大。根据相关实验数据，当火灾处于旺盛状态时，起火区域大气压不断升高，在温度达到700℃及以上时，烟气体积大幅增加，甚至相较于初始可以增加3倍，导致压力也大幅增加，进一步拉大了起火区域和其它部位之间的压力差，提升烟气流动动力，最终使烟气快速向其它位置蔓延和扩散，此时的水平和竖直速度分别可以达到05-08m/s、3-4m/s[5]。（二）烟囱效应建筑中因火灾发生形成的烟气持续上升必然带来烟囱效应。由于室内温度普遍高于室外，故在这种压差作用下，空气将在下方大量涌入，然后从上部流向室外。室外低温空气经由相对较低的部位大量涌入室内，并在相对较高的部位重新流向室外。这样会在建筑中形成压力分层的现象，具体来说就是高处压力小于内部与低处压力大于内部。此外，还会在某个高度位置形成中和面。这一效应主要和建筑高度及压差直接相关，当建筑较高或压力较大时，烟囱效应较明显。若建筑中较低的楼层起火，则烟气将从低层快速上升至高层，这一效应对楼层较高的建筑有更大影响[6]。（三）通风及空气调节现在很多建筑都有新风系统，这个系统的风量往往很大，一旦建筑中发生火灾，会由于新风系统的存在使室内仍然进入大量新风，这样无疑会加剧燃烧。另外，火灾浓烟还会进入空调管道系统到达其它没有起火的房间，这种现象在空调系统设有回风系统时表现的更加显著。（四）风力情况建筑外部风速与风向都是决定建筑中火灾浓烟流动的重要因素。通过相应的实验可以了解到，迎风面上的建筑墙面必然受到一定向内压力，同时背风面上的建筑墙面则必然受到一定向外压力，此时受风向作用会使中和面趋于变化。如果建筑中的火灾发生位置为迎风面及中和面以上，则火灾影响相比之下较小，火灾浓烟会被风压或者是正压大量排除。而如果建筑中的火灾发生位置为迎风面及中和面以下，则火灾影响相比之下较大，此时火灾浓烟将在某个部位大量集中，并具有向上蔓延的显著趋势，到遍布所有楼层为止，可见其威胁很大。四、建筑防排烟与通风设计要点在当前的民用建筑当中，火灾发生后人员疏散越来越困难，这一点在高层建筑中表现的更为显著。从建筑火灾的人员疏散实验了解到，如果建筑中每个楼层都有240个人，其疏散楼梯宽度为1.1m，则以11层建筑为例，其人员疏散共耗时6.5min，而以50层建筑为例，其人员疏散耗时可达131min。此外，对高度达到百米的建筑而言，当没有阻拦时，烟雾可以在30s之内到达建筑顶部。基于此，如果建筑发生火灾，则将所有人员撤出的难度是很大的。若有选择性的将人员暂时滞留到建筑中，则对于特定场合，包括避难层和防烟前室等，其烟气浓度必须处在容许范围内，因此对防排烟及通风提出了极高要求[7]。在实际的建筑防排烟与通风设计过程中，要注意以下几方面要点。（一）尽量减少烟气产生量这方面最有效的方法为从源头上加以控制，对此有必要在建筑中设置自动报警与灭火系统，以此在火灾发生后使相关人员立即感知火情，在最短时间内扑灭火灾，同时采取有效措施对火情进行控制。另外，在建筑建设中，建议采用发烟量相对较少的材料，尤其是装饰材料，以减少火灾发生后的发烟速度与数量，为人员逃生预留更多时间。（二）充分利用建筑自身构造进行自然排烟自然排烟的关键在于要有相应的风压及热压，这就要求保证开窗面积。由于该方式基本不需要其它任何动力，且结构十分简单，发挥效果也比较稳定，需要的成本低，所以是被大量采用的方式。但该排放方式存在易受风速和烟囱效应等因素影响的缺陷，由于这两个影响因素都有不确定性，所以实际排烟成效也不稳定，不能连续提供符合要求的排烟能力，这对多层建筑而言，可能满足要求，但对高层，尤其是超高层建筑而言，单纯采用自然排烟是远远不够的，需要在保留自然排烟的基础上融入机械排烟。（三）利用好竖井排烟能否在最大限度上利用竖井来排烟，主要取决于烟囱效应的发挥是否足够，简单来说就是通过开敞式竖井进行排烟。但从实际情况来看，不论排烟井还是送风井，均需要占用一些空间，这就形成了一定局限性。如果空间预留不足，根本不能采用该方法。要求设计人员开展好专门的分析计算，只要条件允许，就应该考虑这种排烟方法。（四）增设机械加压送风系统采用该送风系统的民用建筑，通常未设置能实现自然排烟的防烟楼梯间。建筑一旦起火，应立即对着火区域以外的部位进行加压送风，确保这些区域的实际空气压力不小于着火区域，从而避免烟气大量进入，导致财产损失，控制并防止火灾进一步蔓延。（五）依靠排煙风机实行机械排烟排烟风机对机械排烟而言是一种最常用的方式。它的原理很简单，即在机械动力作用下强制性排除室内火灾浓烟，简单来说就是通过排烟风机的运行产生一定吸力，促使火灾浓烟到达排烟口，之后由排烟管道使其排出到室外。机械排烟效果主要受排烟口位置和排烟风口具体形式等因素的影响。在设计中要做好防烟分区的划分，以保证实际的排烟效果，此外还要充分利用隔墙与垂壁对烟气的不断蔓延进行阻挡[8]。（六）做好防烟知识宣传工作相关部门要以火灾发生后人们的心理状态及行动特点为依据，制定合理可行的避难与疏散计划，并开展疏散演练，加强对防烟知识的教育和宣传，确保建筑中所有防烟灭火设施均可以正常使用。（七）采用排油烟防火止回阀安装于厨房烟机或卫生间排风机后端和具有一定耐火等级的共用排风管道进口部位，在风机工作过程中处于开启状态，以排出废气，而风机不工