基于防排烟系统分析地下车库排烟方式

摘要：随着城市建设的高速发展，大量地下空间建筑涌现。建筑火灾中的烟气是影响火灾逃生的一个危险因素，烟气的有毒有害成分、高温和遮光作用等极易导致人员伤亡。本文基于现有的建筑内排烟系统设计，分析某商业建筑地下车库。首先，依据现行规范计算排烟量、送/补风量；其次，根据建筑物的具体情况完成系统布局，并进行阻力计算；最后，根据阻力、风量及现行规范进行设备选型。排烟系统在各类建筑中发挥着至关重要的作用，能够减少有害气体对人员的危害，提高疏散效率。关键词：防排烟系统；防烟分区；排烟量；补风量一、国内外研究背景在国内，防排烟工程的发展相对较晚，但随着经济社会的快速发展，防排烟工程的重要性逐渐凸显。中国的建筑工艺与风格在不同时期发生了很大的改变，防排烟系统也在不断演变。尤其是近年来，随着高层建筑、地下建筑和大型公共设施的增多，防排烟技术发展迅速，取得了一系列技术突破和应用成果。1983年6月1日试行的《高层民用建筑设计防火规范》GBJ4582中，防烟和排烟的概念被正式提出，从那时起防排烟就成为了一项重要的建筑防火系统［1］。国内防排烟工程的发展主要得益于国家对消防安全的政策支持。近年来，国家大力推广消防安全措施，防排烟工程作为消防安全的重要手段，其发展得到了社会各界的关注。在国内防排烟工程的发展过程中，还出现了一些具有自主知识产权的技术和产品，如智能防排烟系统，这些技术和产品在消防安全领域发挥着越来越重要的作用。在国外，防排烟工程的发展较早，技术成熟且应用领域广泛。从20世纪初开始，随着工业革命的推进，建筑火灾事故频发，防排烟技术逐渐受到重视。美国的烟气控制系统具有较高的技术水平，尤其在性能化设计上处于世界领先地位。重点采用仿真分析与实测相结合的方法，以保证在不同的消防环境下具有较好的防烟效果。在消防安全方面，美国是最早进行消防研究和发展的国家之一，也是建筑技术较为先进的国家之一，并形成了一套较为完善的消防安全体系。美国的防排烟系统设计理论、设计方法和技术水平已达到了较高水平。二、防烟分析该工程设计对象为某商业建筑地下汽车库负一层，该地下车库层高4m，车库所用面积为6745.68m2/层，汽车库安装了自动灭火系统。（一）防烟分区划分某商业建筑设有机械排烟地下车库，当发生火灾时，为了排出室内烟气，防止火势蔓延，应采用机械排烟系统排出烟气。因此，根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB501164-2014）的相关规定，该商业建筑应对地下车库的防烟分区进行严格划分，且防烟分区不应跨越防火分区。根据这一规定，该商业建筑应对地下车库的防烟分区进行划分，并确保其防烟分区的面积不得超过2000m2［2］。因此，本设计将该商业建筑地下车库划分为四个防烟分区。（二）防排烟量计算1.排烟量确定查阅文献可知，当车库的净高为3m及以上时，车库的排烟量为30000m3/h；车库的净高为3.1m-4.0m时，车库的排烟量为31500m3/h；车库的净高为4.1m-5.0m时，车库的排烟量为33000m3/h；车库的净高为5.1m-6.0m时，车库的排烟量为34500m3/h；车库的净高为6.1m-7.0m时，车库的排烟量36000m3/h。因此，可知该商业建筑地下汽车库负一层车库的排烟量为31500m3/h。2.补风量确定根据气流基本原理，当需要排出一个部位的空气时，应在另外一个部位进行补风。在某商业建筑地下汽车库中，因其防火分区设置了防火墙，且楼层要进行楼面分割，所以在某些防火区域中，并没有直接通往户外的车辆撤离通道，所以也意味着该商业建筑的地下车库无自然进风条件。以上所说的区域周围都是密封的，在排烟过程中，如果不能及时补充空气，烟雾就不可能排到外面去。因此，按照相关规范，应增设适当的补风机，其进气量应超过排烟量的50%。在设计中，这个比率能够在发生火灾时，做到迅速、顺畅排出烟气和热气［3］。本次设计中的补风量取值为排烟量的50%，所以补风量为31500×50%=15750m3/h。3.排烟量确定在一个排烟系统承担多个防烟区域的情况下，排烟系统承担的区域具有一定的净高度。以某一防火分区为基准，任意相邻两个防火分区的排烟量相加，选取不同结果中的最大值［4］。在这次的设计中，这个商业建筑的地下车库的净高是4m，它有四个分区排烟量都是31500m3/h。因此，这个计算是将一个防火分区内任意两个相邻防烟分区的排烟量求和，然后取最大值63000m3/h。4.气流组织分布送风口一般设置在上部，排烟口也安装在上部。三、风管、风口选择与计算（一）风管材料选择在设计中，吸烟管道的材质必须要有很好的防火能力，而且管子内壁应是平滑且无毛刺［5］。在参考了一些相关的资料之后，我们知道了镀锌钢管的抗腐蚀能力。因此，在这次设计中，选择了镀锌钢板，并且根据矩形截面的公式进行了计算。（二）风口尺寸及数量计算在该商业建筑地下汽车库中，在使用金属风管的情况下，排烟速度不能超过20m/s；在使用有平滑内壁的非金属材质风管时，其排烟速度不能超过15m/s，而机械排烟管的排烟速度不能超过10m/s。故本设计中排烟风管设计风速取20m/s，排烟口设计风速取10m/s，补风口风速取10m/s。1.排烟风口相关计算（1）风口布置：假定排烟口面积为500mm×600mm单层百叶风口。（2）根据Q=vA得：Q=0.5×0.6×10=3m3/s。（3）所有防烟分区的排烟量均为31500m3/h=8.75m3/s。（4）设取n个排烟口，n×3=8.75，得n=2.917，则n取3。（5）一个防烟分区需要至少3个500mm×600mm的排烟口。（6）防烟分区排烟口的实际风速v=8.75/3×0.3=9.722m/s。2.排烟风管相关计算以风机1为例，设A处风管尺寸为600mm×300mm，QA=?Q=10500m3/h=2.917m3/s，v=QA/SA=2.917/0.18=16.206m/s<20m/s，风管风速v=16.206m/s，B处风管尺寸为600mm×610mm，实际风速为15.937m/s，C处风管尺寸为800mm×700mm，实际风速为15.625m/s，D处风管尺寸为1400mm×800mm，实际风速为15.625m/s。3.机械补风口相关计算（1）风口布置：假定补风口面积为300mm×400mm单层百叶风口。（2）根据Q=vA得：Q=0.3×0.4×10=1.2m3/s。（3）所有分区补烟量为：31500×50%=15750m3/h=4.375m3/s。（4）取n个补风口，n×1.2=4.375，n=3.6，则n取4。（5）因此机械补风风口应取4个300mm×400mm。（6）补风口的实际风速为：v=4.3754×0.12=9.115m/s。四、防排烟水力计算（一）排烟系统的水力计算假设输送气体的密度为1.3m3/kg，根据查阅资料可知非圆形金属烟道沿程摩擦阻力系数λ取0.03［6］。（二）沿程损失系数ξ=3，则hi=ξ·ρ/2·v2=3×1.3/2×15.6252=476.074pa。（四）风机的总阻力风机1带动分区一和分区四的排烟管道。沿程损失：Δpm=762.35pa，局部阻力损失：Δpj=1393.551pa，风机1总阻力为：Δp=Δpm+Δpj=762.35+1393.551=2155.901pa风机2带动分区二和分区三的排烟管道。沿程损失：Δpm=887.665pa，局部阻力损失：Δpj=1411.483pa，则风机2总阻力为：Δp=Δpm+Δpj=887.665+1411.483=2299.148pa五、风机及配套设备选择（一）概述假设计算背景为仅有一个分区发生火灾时，那么在选用风机时，应采用最大阻力的风机。在考虑误差的情况下，对风机选型中的风量、风压等参数及计算公式进行了修订［8］。（二）防烟分区风机的选择Pf=Kp×ΔP=1.2×2299.148=2758.978paqv，f=Kp×qv=1.2×31500=37800m3/h根据风机风压2758.978Pa，风机风量37800m3/h，选择型号为5-72No.10D普通离心风机一台：转速1450r/min，流量40441m3/h～56605m3/h，全压3202pa～2532pa，电动机功率25kW。（三）补风区域风机的选择选择T40系列轴流风机一台：转速940r/min，风量19749m3/h，全压158pa，有效功率0.867kW，轴功率1.032kW，配用电动机功率2.2kW。六、平面图结语随着科技的快速发展，人们对防排烟系统安全性的要求也越来越高，开展防排烟系统研究与探索，将在理论上推进防排烟技术在火灾逃生安全领域向纵深发展。防排烟系统在火灾中具有至关重要的作用，不仅能够控制火势蔓延，保障人员安全，还能降低火灾损失和提高建筑安全性。因此，在建筑设计与建设中，必须对防排烟系统的设置与维修给予足够重视，以保证在危急关头能起到应有的作用。本次对某商业建筑地下汽车库负一层的建筑内排烟系统设计，目的是掌握其防烟模式，