淺議高層建筑防煙樓梯間防排煙方式對比分析

摘 要：高層建筑因其功能復(fù)雜、煙氣流動速度快、垂直疏散距離長造成人員疏散困難，這就要求設(shè)計時在建筑的每層營造出一塊火災(zāi)時免受高溫?zé)煔馇趾Φ摹跋鄬Π踩臻g”，讓處在建筑中的人員能夠從容疏散到室外的安全地帶。這一“相對安全空間”就是防煙樓梯間。因此，《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50049-95）明確規(guī)定：一類建筑和除單元式和通廊式住宅外的建筑高度超過32米的二類建筑以及塔式住宅，均應(yīng)設(shè)防煙樓梯間。防煙樓梯間的防排煙方式有三種：自然排煙、機(jī)械防煙和機(jī)械排煙。

關(guān)鍵詞：高層建筑；防煙樓梯間；防排煙

1、自然排煙

自然排煙是利用可開啟的外窗或利用陽臺、凹廊排煙的方式。

1、自然排煙的優(yōu)點

其優(yōu)點是構(gòu)造簡單、經(jīng)濟(jì)，不需要專門的排煙設(shè)備，火災(zāi)時不受電源中斷的影響，平時還可兼做換氣用。特別是前室或合用前室利用敞開的陽臺、凹廊或前室內(nèi)有不同朝向的可開啟外窗自然排煙時，樓梯間可不設(shè)排煙設(shè)施。因此，這種方式多被大家廣泛采用。

2、自然排煙的缺點

（1）利用敞開的陽臺、凹廊排煙時，不利于防盜，特別是一些高層商業(yè)建筑和金融財政建筑，防盜也是一項十分重要的因素。

（2）樓梯間前室必須靠外墻設(shè)計，否則難以實現(xiàn)。

（3）受風(fēng)向等多種因素的影響較大，排煙效果不穩(wěn)定，特別是低層區(qū)，火災(zāi)時如果開窗方向與風(fēng)向相反，會造成向樓梯間或前室灌煙現(xiàn)象，嚴(yán)重影響人員的疏散。

（4）排煙窗的開啟比較困難，火災(zāi)時如果考慮由人員手動開啟每層的排煙窗是不現(xiàn)實的，必須設(shè)置遠(yuǎn)距離開窗裝置。

（5）此方式不適用于建筑高度超過50m的公共建筑和建筑高度超過100m的居住建筑。

2、機(jī)械防煙

機(jī)械防煙是通過風(fēng)機(jī)加壓送風(fēng)，使樓梯間和前室或合用前室保持正壓，從而阻止煙氣的侵入。

1、機(jī)械防煙的優(yōu)點

其優(yōu)點是防煙效果好，而且可靈活布置，不受環(huán)境條件的限制。為驗證機(jī)械防煙的防煙效果，公安部四川消防科研所曾利用高層建筑火災(zāi)試驗塔做過試驗。左圖為實驗塔平面圖：

附表

實驗過程：一是只對樓梯間加壓到40Pa，前室不加壓。實驗結(jié)果表明，當(dāng)逃生者推開1號、2號門而3號門關(guān)閉時，門上方有少許微煙進(jìn)入前室，但當(dāng)逃生者繼續(xù)前進(jìn)又推開3號門時，前室內(nèi)的少許微煙立即退出，無論從直接觀察和化學(xué)成分取樣分析結(jié)果看，前室內(nèi)煙氣均不能構(gòu)成對逃生者的威脅，并且在2號、3號門開啟的過程中，走廊內(nèi)的煙氣也很快退回起火房間。二是對無前室的樓梯間加壓，試驗前將3號門開啟，使樓梯間與前室相通，變成一個擴(kuò)大的封閉樓梯間。試驗時關(guān)好2號門，從樓梯間送風(fēng)口向“擴(kuò)大了的樓梯間”送風(fēng)加壓到40Pa，當(dāng)逃生者打開2號門時，煙氣不僅不進(jìn)入前室，而且向回退卻，效果十分顯著。三是對樓梯間和前室同時加壓。試驗結(jié)果如表：

附表

實驗結(jié)果表明，機(jī)械防煙不僅防煙效果顯著，而且具有較大的可靠性和穩(wěn)定性。

2、機(jī)械防煙的缺點

（1）設(shè)計計算比較復(fù)雜。防煙樓梯間及其前室、合用前室和消防電梯前室的加壓總風(fēng)量要通過計算確定，由于影響壓力送風(fēng)量計算的因素較復(fù)雜，目前對送風(fēng)量尚無統(tǒng)一的計算方法。從理論上講，每個公式的產(chǎn)生與其對應(yīng)的研究背景是各有自己的理由，而當(dāng)用某一公式去解決某一實際工程設(shè)計時，往往存在著一定的差別，這樣就造成了即使同一條件的工程，因選擇不同的計算公式，其結(jié)果差別也很大。另一方面，在加壓送風(fēng)量的設(shè)計計算中，由于某些計算公式缺乏系統(tǒng)的全面的介紹，特別是假設(shè)參數(shù)的選擇不當(dāng)，也容易造成設(shè)計計算的錯誤。即使在同一條件下，因使用公式不同，其結(jié)果差別很大，上述原因使當(dāng)前在加壓送風(fēng)量的設(shè)計計算中存在著一定的盲目性，可變性。

（2）各部位的送風(fēng)量要保證其壓力差和余壓值，其壓力必須與人員疏散方向相反，即保證樓梯間大于前室、前室大于走廊，樓梯間和前室的余壓值一般要求分別為50Pa和25Pa。

（3）防煙樓梯間和合用前室宜分別獨(dú)立設(shè)置送風(fēng)系統(tǒng)，當(dāng)必須共用一個系統(tǒng)時，應(yīng)在通向合用前室的支風(fēng)管上設(shè)置壓差自動調(diào)節(jié)裝置。

（4）設(shè)備復(fù)雜、投資高。除風(fēng)機(jī)外，為保證送風(fēng)壓力的均衡不至于個別部位因壓力過大造成人員開門困難，還要設(shè)置許多送風(fēng)口。一般要求樓梯間每隔2—3層設(shè)一個加壓送風(fēng)口，前室的加壓送風(fēng)口每層一個，而且要求風(fēng)口有手動開啟和遠(yuǎn)距離聯(lián)動控制的功能。因此增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了工程投資，維護(hù)管理也不方便。

3、機(jī)械排煙

機(jī)械排煙是利用排煙風(fēng)機(jī)將煙氣抽走，從而降低被保護(hù)區(qū)的煙氣濃度。這種排煙方式在防煙樓梯間及其前室和合用前室一般不單獨(dú)使用，而是作為一種特殊情況下的輔助措施，但其對于排出疏散走道、起火房間的煙氣有著顯著的效果。

（1）機(jī)械排煙存在適用范圍小、效果差的問題。機(jī)械排煙方式用于防煙樓梯間僅適用于帶裙房的高層建筑，當(dāng)裙房以上部分利用可開啟的外窗進(jìn)行自然排煙，裙房部分不具備自然排煙條件時，在前室或合用前室局部設(shè)置。舊的《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》CGJ45—82中規(guī)定，防煙樓梯間前室、消防電梯前室和合用前室可以采用機(jī)械排煙方式。但從多年來的實踐證明，這種方式的排煙效果并不理想，這是因為機(jī)械排煙給前室造成負(fù)壓，人員疏散時的疏散方向與煙流動方向一致，特別是疏散人員擁擠時會造成大量煙氣擁入前室，沒有從根本上達(dá)到疏散通道內(nèi)無煙的目的，給疏散人員造成不安全感。因此，新的《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50045-95中規(guī)定，僅把其作為特殊情況下的輔助措施，以彌補(bǔ)自然排煙方式的不足。

（2）排煙口需設(shè)手動和自動開啟裝置，這就要求其能與自動報警設(shè)備聯(lián)動，而且要求系統(tǒng)中，任一排煙口開啟時，排煙風(fēng)機(jī)能自行啟動，增加了設(shè)備的復(fù)雜性和工程造價。

（3）還應(yīng)注意機(jī)械排煙系統(tǒng)用于排除走廊中的煙氣時，排煙口應(yīng)遠(yuǎn)離疏散出口。這是我們過去設(shè)計中經(jīng)常容易出現(xiàn)錯誤的地方。我們還是看一下四川消防科研所的實驗。實驗時，對實驗塔的樓梯間和前室進(jìn)行加壓送風(fēng)，在靠近2號門的吊頂上設(shè)置排煙口進(jìn)行排煙，排煙口為1000×800（mm）多葉式。實驗表明，煙氣在流經(jīng)排煙口表面時，貼近排煙口表面的煙氣明顯地被排走，而距排煙口下面500—300mm的煙氣仍以原速度越過排煙口，這說明排煙口的負(fù)壓吸力范圍只在距排煙口300mm以內(nèi)有一定的負(fù)壓排煙作用。當(dāng)2號、3號門打開之后，由于壓力轉(zhuǎn)換作用產(chǎn)生的風(fēng)速將走廊的大量煙氣推向發(fā)煙室，但緊貼吊頂?shù)臒煔馐芘艧熆诘呢?fù)壓作用使一部分煙氣聚集在排煙口周圍不愿退回，因而給逃生者進(jìn)入前室之前帶來了威脅。因此，排煙口不宜設(shè)在疏散口處，同理，傳統(tǒng)設(shè)計中在前室內(nèi)設(shè)排煙口則更有害無利了。

通過對防煙樓梯間三種防排煙方式優(yōu)缺點的比較可以得出以下結(jié)論：

1、高層建筑防煙樓梯間及其前室，電梯前室和合用前室的防排煙設(shè)計宜優(yōu)先考慮自然排煙方式。

2、加壓送風(fēng)的防煙方式適用于各種樓梯間和前室，防煙效果好，不受環(huán)境條件的限制。

3、機(jī)械排煙只是在特殊條件下適用防煙樓梯間的前室和合用前室的輔助方式，一般不提倡使用。

4、防煙樓梯間的防排煙方式應(yīng)根據(jù)建筑工程實際綜合運(yùn)用。