超高層建筑設計中電梯井煙囪效應問題及改進辦法

劉軒志

摘 要：關于超高層建筑設計中電梯井煙囪效應產生問題的原因主要是結構密閉性不合理以及建筑通風條件達不到應該有的標準等，針對這些煙囪效應產生的問題和原因，本文將提出一些有效的解決辦法來改善煙囪效應在超高層建筑設計中對電梯井的影響。通過這些改進辦法來提高超高層建筑在消除防患方面方法探析和實踐引導，不讓超高層建筑的設計成為建筑中安全隱患的出現原因。

關鍵詞：超高層建筑；電梯井；煙囪效應

1 引言

近年來我國高層建筑的建設如火如荼，由于高層建筑占地面積小，容納程度高，符合如今經濟快速發展和耕地資源緊張的現狀，因此高層建筑成為了全國甚至整個世界的建筑設計形態趨勢。高層甚至超高層建筑確實存在很多優點和特色，但是在設計時仍然具有一些現實環境和條件的限制以及設計中出現的特殊情況和問題，尤其是在消除防患方面存在很多棘手的問題。超高層的存在就意味著高層電梯的存在，高層電梯井中的煙囪效應對高層消防的影響更是巨大的。

2 超高層建筑設計中電梯井煙囪效應產生原理分析

煙囪效應最初的應用場景是利用熱空氣上升的原理增減高層建筑中的排風口來排走建筑內部產生的一些渾濁的空氣。超高層建筑不像低層建筑那樣可以進行完全的自然通風，必須借助一定的設備裝置來形成可以進行通風的物理條件，才能在超高層建筑的高層和超高層形成通風條件[1]。為了排出這些渾濁的空氣就必須在高層建筑中設計和安裝一些必要的筒狀物體作為煙囪，以及一些對應的出風口的設置和拔風設備的裝置。除了一些形成自然通風的效應和結果以外，煙囪效應還具有降低能耗的效果。主要體現在雙層玻璃的熱量阻隔上，通過墻體之間熱量的阻隔來保存墻體內部的熱量，防止這些熱量的流失從而降低了建筑中的能量消耗[2]。而這些設施和設備的裝置在完成排風任務和熱量留存任務后仍然運行，在這個運行過程中不可避免的會產生一些建筑消防上的安全隱患，這些安全隱患的內容和產生的影響在很大程度上超過了煙囪效應帶來的有益的影響。

3 超高層建筑設計中電梯井煙囪效應產生的不利影響

在第一部分中分析了煙囪效應產生的原理和影響并提到了在超高層建筑中會產生的環保安全隱患，而這些建筑消防上的環保安全隱患問題則是超高層建筑設計中電梯井煙囪效應會產生的主要的問題和不利影響。將這些環保安全隱患問題進行細分可以得到三個部分的內容。首先是煙囪效應中煙囪的出現會導致一些固體顆粒物通過出風口和煙囪進入到室內形成一定的污染，而煙囪和排風口存在的縫隙是原理得以實踐的重要部分，沒有這些縫隙也就不能完成煙囪和排風口的一些排風任務[3]。因此二者的存在在一定程度上是矛盾的，也是煙囪和排風口在設計時需要特別注意的地方。其次，煙囪效應在效能強烈時會產生巨大的頂力，而這個頂力如果不加控制就會影響到超高層電梯口的電梯門不能正常關閉從而形成一定的電梯故障，形成一些不必要的人員安全隱患。最后是火災會促使煙囪效應的不利影響的擴大，火的蔓延和熱量的迅速增加導致墻體之間溫度驟然升高，而煙囪效應的產生條件正是由于熱空氣垂直上升產生的，再加上電梯井的垂直空間為煙囪效應提供的熱空氣上升的空間條件而造成這一影響的擴大。這三個方面的環保安全隱患既來源于超高層建筑在設計時的特殊條件，又來源于依賴煙囪效應形成通風條件和熱量留存條件的不利后果。這些后果作為本次研究分析的超高層建筑設計中電梯井煙囪效應產生的問題來進行對策方面的探析。除了煙囪效應自身所用的材料和產生的影響外，形成不利影響的原因還包括有外部條件的影響。而在這個過程中，外部條件的影響可以說是很形成煙囪效應不利影響的很重要的部分。外部條件中主要的內容是外部溫度條件，也可以說是溫度變化和室內室外溫差造成的溫差效應。尤其是在北方地區的冬季存在的外部氣溫過低的情況下造成的室外與室內的溫差。這些溫差的產生會影響到熱空氣流動過程壓力情況，值得注意的是，冬季的室內外溫差較大的情況導致超高層建筑的低層部分受到較大的熱空氣壓力而形成的十分明顯的作用力，這些作用力的產生會直接影響到超高層建筑中電梯門的開啟和關閉，也會影響到超高層建筑中中層以下的樓層門無法進行正常開合過程。

4 針對超高層建筑設計中電梯井煙囪效應產生的不利影響提出的解決措施

4.1 使用合理材料進行空隙填充

針對固體顆粒物通過出風口和煙囪進入到室內形成一定的污染等問題，可以通過材料的填充來妥善處理這一問題，通過填充空隙來防止固體顆粒物以及一些雜物的進入，室內的空間環境也倚仗于通風口的清潔和環保。在進行填充前必須選擇好合理的填充材料才能完成好這一解決措施，而合理的填充材料最重要的特點就是不易燃燒，超高層建筑的安全隱患很容易產生，況且填充材料的位置正處于熱量聚集的幕墻結構內，要保證幕墻結構的嚴密性就必須進行空隙填充，建設嚴密的幕墻結構的目標是為了減少顆粒物進入室內的污染情況[4]，但仍要注意超高層建筑中增加一份材料就相當于增加了一處可能會引起環保安全隱患的地點。因此在每一處材料的建設上都必須審慎進行設計任務的完善并注重材料的選擇，避免填充空隙的材料成為引起火災或者擴大火災蔓延形勢的材料。除了不易燃燒的特點外還應該與墻體所選用的材料特性相一致，保證建筑內部結構完善時的整體性。

4.2 電梯井的建設中應該注意的問題

電梯井的存在是煙囪效應發揮作用的空間，也是煙囪效應對電梯運行過程影響的重要源泉，因此電梯井的設計與施工對煙囪效應在超高層建筑中發揮的負面作用是關鍵性的一部分。為了保證電梯能夠在建筑交付使用后保持運行暢通，并且保證建筑中人員乘坐電梯時的安全情況，就必須在進行電梯井建設時充分考慮到煙囪效應對于電梯設施的潛在影響。建筑中任何管井和電梯井都具有連接其他電纜或者設施的洞口，這些洞口在必要時也應該進行空隙的填充，并保證使用不易燃燒的材料來進行空隙填充。除了洞口需要的一些問題外還有管井中的檢查門的設置，根據煙囪效應產生后對于超高層建筑中門不能正常的開啟和關閉等后果，檢查門的設置必須具備自動開關的設計，通過這樣的功能設計來防止在煙囪效應產生作用后的不能開關檢查門的不利影響，檢查門如果不能正常開關，就會影響到整個管井的正常運行。這也是環保安全隱患中存在的一個重要的部分。

4.3 保證合理的分隔距離

在超高層建筑設計中，適當的分隔距離是防止環保安全隱患的有效措施，包括發熱層的分隔以及通道和房間的分隔。發熱層的分隔主要是由于煙囪效應產生時幕墻內的熱量留存情況，不易燃燒的材料的填充只是解決了幕墻結構中產生的縫隙問題，除了填充空隙等必要措施以外，還包括有隔熱板的設置。超高層建筑設計中的防火分隔必要性隨著建筑樓層的升高而升高，防火分隔中也應該注意使用不易燃燒的材料作為隔熱板的材料。

5 結束語

超高層建筑在設計中由于其自身的高層屬性，很容易產生安全隱患，加之煙囪效應的必然需要也成為了一部分安全隱患產生的原因。通過材料的選擇和距離的分隔能夠有效解決超高層建筑設計中電梯井煙囪效應產生的部分問題。

參考文獻：

[1] 李以建.淺談超高層建筑內的煙囪效應與電梯安全[J].科技視界，2016（4）：288.

[2] 劉加根，趙洋，林波榮.超高層建筑環境性能模擬優化研究[J].建設科技，2014（22）：66～69.

[3] 王葵.超高層建筑煙囪效應問題以及防治措施探討[J].山西建筑，2017（2）：130～131.

[4] 高甫生.關注超高層建筑煙囪效應可能引發的安全問題[J].暖通空調，2012（11）：82～90.