大型商業(yè)綜合體防排煙系統(tǒng)設(shè)計

梅旭++肖磊

摘 要：大型商業(yè)綜合體建筑體量大，功能劃分復雜，導致消防設(shè)計難度加大，尤其在防排煙設(shè)計方面。對于火災而言，由于大型商業(yè)建筑綜合體結(jié)構(gòu)復雜及人員密集等特點，一旦發(fā)生火災，極易造成群死群傷的災難性后果。為了在火災事故時能及時、有效地控制和排除火災煙氣，為人員逃生提供足夠的可用安全疏散時間，為消防救援提供有利條件，消防設(shè)計中煙氣控制系統(tǒng)的設(shè)計就顯得尤為必要。本文總結(jié)了大空間煙氣流動的特點以及大空間煙氣管理的方式，詳細介紹了自然填充、自然排煙、機械排煙方式的基本原理，為案例工程的防排煙設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：商業(yè)綜合體 防排煙 大空間 建筑 防排煙

中圖分類號：TU997 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（c）-0150-02

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和建筑技術(shù)的提高，建筑形式也發(fā)生著巨大的變化。現(xiàn)代商業(yè)綜合體也逐漸向大型化、中庭化、多功能化方向發(fā)展，已集購物、餐飲、酒吧、KTV、電影院等功能于一體，消費種類繁多、購物環(huán)境優(yōu)美，更成為城市發(fā)展的新亮點。與常規(guī)商業(yè)建筑相比，現(xiàn)代商業(yè)綜合體體量更為龐大、空間設(shè)計復雜、人流物流密集、設(shè)備用電頻繁。現(xiàn)有相關(guān)消防規(guī)范雖然對商業(yè)建筑的各項消防指標做了規(guī)定，但對于大型商業(yè)綜合體的消防指標規(guī)定不夠明確；開發(fā)商的實際需求也導致在建筑消防設(shè)計中無法嚴格貫徹規(guī)范條文的有關(guān)規(guī)定。考慮到上述因素，本文擬通過研究大型商業(yè)綜合體的火災理論、煙氣運動規(guī)律，從而得出合理的解決方案，使其消防安全性能達到預期的安全水平。針對大型商業(yè)綜合體開展火災煙氣蔓延規(guī)律研究，根據(jù)火災發(fā)展特性和煙氣流動規(guī)律來制定有效的火災防控措施，對減少此類建筑火災造成的損失具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 商業(yè)綜合體建筑的特性

1.1 大空間建筑火災煙氣特性

各類大空間建筑結(jié)構(gòu)和使用功能的不同決定了其建筑火災危險性存在較大差異，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）扁平型大空間建筑高度一般在6m以下，但橫向的距離很長且占地面積大，多見于大型商場和大型地下車庫。資料表明扁平型的大空間內(nèi)發(fā)生火災后，高溫煙氣在浮力作用下上升，直到撞擊頂棚并形成頂棚射流，煙氣沿著水平方向向四周呈放射狀蔓延。與受限空間不同的是，扁平型大空間由于面積廣，在水平蔓延過程中短時間內(nèi)不會遇到四周墻壁而形成反浮力壁面射流。在頂棚射流形成過程中，煙氣層不斷卷吸環(huán)境冷空氣，頂棚射流厚度增加，煙氣層分界面降低，如果空間足夠大，最終煙氣層將降低到地面。也就是說，在遠離火源處，煙氣層分層狀況將不是很明顯。距離火源周圍的空間內(nèi)能見度很低而且煙氣溫度高，對人員疏散和消防隊員快速尋找火源極為不利，而且距離火源附近的可燃物在煙氣高溫的熱輻射作用下極可能被引燃，發(fā)生大面積燃燒。

（2）大空間建筑具有頂棚高度高，空間體量較大的特點。這類建筑高度一般在20m左右，具有很強的蓄煙納熱能力。火災時，煙氣和熱量可在較長時間內(nèi)被容納，煙氣層可保持在較高位置，空間的能見度較扁平型大空間高，火災危險性相對較小。在火災初始階段，煙氣對人員疏散安全的影響相對較小，給消防救援人員提供了較有利的救援環(huán)境。

（3）中庭建筑的最大特點是它具有一個或者多個在豎直方向上連續(xù)貫通數(shù)層的封頂大型空間。例如上海國際貿(mào)易中心、廣州白天鵝賓館、日本新宿NS大廈等建筑都設(shè)有中庭的典型建筑。中庭四周與建筑物樓層的廊道或窗口相連接，這些部位開口大，與周圍空間相互連通，是火災豎向蔓延主要通道。無論在中庭的底部或中庭相聯(lián)的樓層失火，火災煙氣都會迅速蔓延并擴展至與之相連的其他各樓層，給人員的疏散和火災撲救帶來一系列困難。

1.2 大空間防排煙系統(tǒng)面臨的問題

然而在設(shè)計大空間的防排煙系統(tǒng)時，按照《高規(guī)》第8.4.1.3條“凈空高度超過12m的中庭應設(shè)置機械排煙”和8.4.2.3條“中庭體積小于或等于17000m3時，其排煙量按其體積的6次/h換氣計算；中庭體積大于17000m3時，其排煙量按其體積的4次/h換氣計算，但最小排煙量不應小于102000m3/h”的要求，這將需要很大啟動電流，而且耗電量巨大，資金投入也是一筆不小的開支。

其次，按照質(zhì)量守恒定律，要將煙氣排放出去，就需要補充一定的新鮮空氣進來。即煙氣從大空間上方排出，新鮮空氣從下方補充進來，推動煙氣向上運動。補充進來的空氣量也需足夠大而不至于使空間內(nèi)形成負壓狀態(tài)影響煙氣的排除。

鑒于上述原因，大空間的火災煙氣流動特性可能會與其他地區(qū)不同。火災煙氣流動的距離長，煙氣的溫度降低而沒有足夠的浮升力使煙氣上升到頂棚，而在流動過程中發(fā)生彌散現(xiàn)象。此外，大空間頂部大部分采用透光性極好的玻璃，陽光的透射通常可能會導致頂部空氣溫度的增加，此時，大空間頂部的溫度可以比底部高出10～15℃。大空間由于太陽的熱輻射和外界熱空氣的作用，也可能引起溫度不高的煙氣在上升過程中發(fā)生“熱障現(xiàn)象”。因此，深入研究大空間煙氣流動特點，確定合理的防排煙方案是當前迫切需要解決的問題。

2 大空間內(nèi)的煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 排煙方式的選擇

大空間的排煙設(shè)計有兩種方式：機械排煙和自然排煙，兩者可并存且不可互補。《高層民用建筑防火設(shè)計規(guī)范》規(guī)定根據(jù)大空間的高度不同，選擇不同的排煙方式：（1）凈空高度不大于12m，具備自然排煙條件的（可開啟天窗面積或高側(cè)窗面積≥地面面積的5%）可采用自然排煙方式。（2）凈空高度不大于12m，不具備自然排煙條件，采用機械排煙方式。（3）凈空高度大于12m，無論有無可開啟天窗、高側(cè)窗均應采用機械排煙方式。

2.2 排煙口設(shè)計要求

自然排煙口應滿足窗戶可開啟部位總面積不小于地面面積的5%，由于窗戶較高，應有方便開啟的裝置。機械排煙口對于不小于12m的大空間應豎向分段設(shè)置排煙口，每2～3層設(shè)一個排煙口。endprint

2.3 排煙系統(tǒng)的設(shè)計計算

目前我國對大空間煙氣控制的要求主要體現(xiàn)在每小時的換氣量上，大空間體積小于17000m3時，其體積排煙量按其體積的6次/h換氣次數(shù)計算；體積大于17000m3時，其體積排煙量按其體積的4次/h換氣次數(shù)計算；最小排煙量不應小于102000m3/h。但是這種換氣計算方法有一定的缺陷：對大空間的設(shè)計，排煙量過大，不經(jīng)濟；對于中小體積空間其值則偏小，達不到安全煙氣控制的預期目的。

2.4 補氣系統(tǒng)的設(shè)計

（1）補風量不應小于排煙量的50%，空氣應直接從室外引入。補風系統(tǒng)可采用疏散外門、手動或自動可開啟外窗以及機械補風等方式。機械補風口或自然補風口應設(shè)在儲煙倉以下。（2）機械補風口的風速不宜大于10m/s，公共聚集場所或面積大于500m2的區(qū)域，送風口的風速不宜大于5m/s；自然補風口的風速不宜大于3m/s。（3）設(shè)有機械排煙的走道或小于500m2可不設(shè)補風系統(tǒng)。（4）排煙區(qū)域所需的補風系統(tǒng)應與排煙系統(tǒng)聯(lián)動開啟。（5）補風口與排煙口設(shè)置在同一空間內(nèi)相鄰的防煙分區(qū)時，補風口位置不限；補風口與排煙口設(shè)置在同一防煙分區(qū)時，補風口應設(shè)在儲煙倉以下；補風口與排煙口水平距離不應小于5m。

3 自動排煙設(shè)施

自動排煙設(shè)施主要包括自動機械排煙設(shè)施和自動自然排煙設(shè)施。其中，自動的機械排煙設(shè)施包括排煙風機、排煙管道、排煙防火閥、排煙口等幾部分。自動的自然排煙設(shè)施包括排煙窗、控制機構(gòu)和失效保護裝置三大部分。

3.1 排煙窗

目前常見的排煙窗可分為單開式、對開式、百葉式和多功能式四種。（1）單開式排煙窗是一種下懸外開式自然排煙通風裝置，可裝配與建筑幕墻系統(tǒng)相同的各類玻璃，可完全融入現(xiàn)代玻璃幕墻系統(tǒng)，是專為玻璃幕墻建筑物的煙霧控制而設(shè)計，可用于緊急時排煙。（2）對開式排煙窗是一種高效能的自然排煙通風裝置，以一個強力的氣動或電動控制系統(tǒng)為運動核心，排煙裝置給建筑提供了自然補償方法，解決建筑物內(nèi)部由于輻射及對流熱量造成的局部過熱或整體悶熱，提供日常通風降溫以增加室內(nèi)舒適感。（3）百葉式排煙窗作為自然排煙窗的一種特殊形式的設(shè)計，由于其新穎獨特的百葉窗體設(shè)計，自由靈活的安裝操作，高效穩(wěn)定的排煙效率，一出現(xiàn)就大量運用于自然排煙系統(tǒng)中。（4）多功能排煙窗具有高效的排煙性能，符合煙囪效應的框體設(shè)計，更穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，防雨雪的葉片設(shè)計。

3.2 控制機構(gòu)

排煙窗開啟的控制分為電動控制和氣動控制兩種方式。（1）電動控制方式電動控制自動排煙窗系統(tǒng)由排煙窗、消防控制電源、控制柜、和防火電纜組成。（2）氣動控制方式氣動控制自動排煙窗系統(tǒng)由排煙窗、壓縮機、儲氣罐、控制柜和連接銅管組成。

3.3 失效保護機構(gòu)

為了保證排煙系統(tǒng)的可靠性，自動排煙窗必須具備在任何緊急情況下（系統(tǒng)失電、失消防信號）都能正常工作的防失效保護功能，保證在發(fā)生故障時能自動打開并處于全開位置。也就是說，在發(fā)生火災情況下，沒有任何電源或者氣源的情況下，排煙窗依靠自身的機械設(shè)計通過感溫等手段來開啟排煙窗。

參考文獻

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