建筑火災排煙技術研究進展

樊卓

摘要：近年來我國建筑火災呈現高發態勢。在建筑火災案例中，大部分遇難者因為煙氣毒害窒息而死。火場送風排煙是內攻滅火救援的重要手段之一，而送風與排煙之間又存在一定的矛盾與平衡點，國內外專家學者進行了大量的研究，本文就建筑火災煙氣特點和近年來的研究成果進行了簡單介紹。

關鍵詞：建筑;火災;排煙

建筑火災是各類火災中發生最頻繁且最易發生重大人員傷亡事故的一種。近年來隨著我國經濟的快速發展，房地產產業也迎來了高速發展，高層、超高層、大型綜合體建筑拔地而起，伴之而來的是火場煙氣難以排出，人員疏散難以開展。針對建筑火災中煙氣流動特點和煙氣控制、排出以及送風和排煙的平衡點等內容，國內外學者做了大量研究，這對建筑的排煙設計和滅火內攻排煙與疏散也給出了一定的指導作用。

一、建筑火災煙氣特點

（一）高溫性

煙氣的高溫性是指發生火災后，火場煙氣會隨著火場成百上千攝氏度的高溫氣流擴散，容易對被困人員的皮膚和呼吸系統造成損傷，甚至造成呼吸衰竭、休克而死。

（二）毒害性

煙氣的毒害性是指建筑物中可燃物復雜的理化性質在火場高溫下，能夠分解出大量的CO、HCl、NH3、Cl2和H2S等有毒有害氣體，這些氣體不僅容易造成被困人員暈厥，還會對人的眼、鼻等部位產生強烈的刺激性作用，影響人員逃生。

（三）減光性

煙氣的減光性是指火場高溫導致室內可燃物分解導致高溫煙氣中游離了大量的碳和其他固體小顆粒以及小液滴。空氣中的懸浮微粒對光的吸收、反射及折射等作用，致使能見度降低，被困人員極易迷路、難以撤離的同時搜救人員也難以深入室內展開搜救。

（四）恐怖性

煙氣的恐怖性是指在發生火災后，煙氣的高溫性、減光性、毒害性以及火場表觀上的烈焰和濃煙會使人產生恐懼感，造成被困人員驚慌失措、失去理智、甚至失去活動能力，導致疏散過程混亂，給疏散和搜救工作造成不利影響，有時還會因此發生嚴重的踩踏事故。

二、幾種常用的火場排煙方式

根據火場煙氣空間流動的特性，可以將排煙方法分為水平排煙和垂直排煙兩種;根據火場上排煙器械的不同，火場排煙又可以分為自然排煙、機械排煙和水噴霧排煙。

（一）水平排煙

水平排煙是指火場送風和排煙基本上煙氣流處于同一水平方向上，這種排煙方式使用較多。

（二）垂直排煙

垂直排煙在高層建筑和大型商場的火災中使用較多，它是利用建筑物內的排煙管道和建筑穹頂在垂直方向上排出高溫煙氣流，垂直排煙時要防止出現煙囪效應。

（三）自然排煙

自然排煙是指在自然條件下，利用火場內外溫差產生的風壓和室外風力共同作用下形成的熱煙氣和冷空氣的對流運動。

（四）機械排煙

機械排煙根據排煙方式可以分為負壓機械排煙和正壓送風機械排煙兩種。

1.負壓機械排煙。負壓機械排煙一般是指在下風方向利用排煙機將室內煙氣排出室外的方式。負壓排煙在火災初期作用較為明顯，可以有效阻止室內高溫煙氣形成的風壓，防止高溫煙氣向非著火區域蔓延，克服自然排煙依靠天氣的影響因素，負壓排煙受限于排煙機的熱負荷，導致在猛烈燃燒階段其作用不明顯。

2.正壓送風排煙。正壓送風排煙是將室外的新鮮空氣通過加壓送風的方式輸送到室內，使室內的新鮮空氣壓力大于高溫煙氣的壓力，從而控制氣流走向，這種送風方式不易出現負壓排煙中高溫煙氣損壞排煙設備的情況，因此已經成為目前公認的最為安全可靠的排煙方式，被大多數國家和地區所使用。

（五）水噴霧排煙

噴霧水流排煙是指在送風口方向設置開花水槍，利用噴向空中的水霧的壓力使高溫氣流向排煙口方向流動，并利用空中水霧的冷卻降溫和對煙塵的吸附作用，將空氣中的懸浮物隨著水滴進行吸附沉降，以達到排煙的效果。水噴霧排煙是一種最常用且最有效的排煙方法，它既方便又能冷卻降溫、掩護滅火人員內攻救人，還可以凈化火場空氣。在使用時要注意噴射壓力在0.7～0.9MPa之間，噴射角度在60度至62度之間排煙效果最佳。

三、建筑火災排煙通風所帶來的矛盾

建筑火災中由于室內裝修和擺放的各種物品在高溫作用下會產生大量的有毒煙氣，因此火災后必須要向建筑內通風排煙，但是在這個過程中又不可避免地會出現下列問題：第一，排煙或送風時在排出室內有毒煙氣的同時又會引入室外新鮮空氣;第二，室外新鮮空氣在對濃煙進行稀釋降溫的同時也會因為新鮮空氣中氧濃度的升高而使室內可燃物加速燃燒，有增大火勢影響的風險;第三，著火房間的高溫煙氣通過排煙口排出時，容易將未著火房間充滿煙氣甚至將其引燃，導致人員疏散困難，增加火勢蔓延的危險。

基于通風排煙對于火災發展趨勢的以上兩種矛盾，相關專家做了很多的研究來探明不同類型的建筑煙氣聚集過程和排煙方式對火災發展的影響。

四、建筑火災排煙研究進展

李桐[1]在對全尺寸房間送風條件下的燃燒試驗進行研究時發現，風速大小、風口與油盤間距、風口朝向角度、風口直徑、油盤形狀以及油盤的長寬比等參數對熱釋放率峰值和熱釋放率峰值到達時間均成一定的相關關系。

許小磊、何嘉鵬等[2]采用FLUENT軟件，依據kε兩方程三維紊流數學模型，對高層建筑排煙口不同布置方式下的排煙效果進行模擬分析時發現相同機械排煙功率下，頂棚機械排煙效率比側壁機械排煙效率高10%左右，走廊內的煙氣平均溫度低54℃。

周嵐、王漢良等[3]采用FDS模擬對大型綜合體建筑的環形中庭排煙效果進行研究，發現采用豎井自然排煙時，煙氣層溫度與外界環境溫度的變化可以進行調整，當溫差較小時，可以維持一個較為穩定的煙氣層環境，利于人員的安全疏散。距離火源位置較近時，豎井自然排煙效果較好，遠離火源時，機械排煙效果較好，因此在實際操作中可以采取二者相結合的方式達到最優排煙效果[3]。

王婉娣、張輝[4]利用靈敏度分析方法研究建筑火災排煙啟動時間對煙氣控制效果的影響時發現了排煙啟動時間對煙氣層高度影響的規律，并提出了啟動時間存在三個區間：最優區間、風險區間和失效界點。

桂娟、高軍等[5]在對高大空間建筑排煙的鹽水研究時發現鹽源強度對熱分層高度影響不大，高達中庭的儲煙作用可以供人員一定時間逃生。

李改、蔣亞龍[6]通過FDS模擬高層建筑火災自然排煙效果影響因素時發現火災功率越大，煙氣層高度和能見度越低，自然排煙效果越差;火源在走廊中部時，自然排煙效果比在走廊一端效果好;自然排煙效果與外窗高度成正相關關系，與外窗寬度無關;走廊長度越小，自然排煙效果越好。

霍昭磐、李思成[7]利用FDS模擬大空間建筑正壓送風排煙效果時發現，排煙口面積越大，排煙效果越好，但排煙效能減小，當排煙口面積為送風口面積的2倍時，排煙效果最佳。

威爾克（Welker J.R）[8]的研究發現，對于圓形燃油火，甲醇火的燃燒速率在實驗風速范圍內（0.3m/s～0.6m/s）基本保持不變，甲醇、丙酮、己烷、環乙胺和苯的燃燒速率都隨風速的增大而減小，隨油池直徑增大而增大。霍夫曼（Huffman）等人較早測量了環形火陣列中池火的燃燒速率，發現隨火源間距離增大，燃燒速率先增大后減小。

五、展望

建筑火災作為最為常見的一種火災形勢，正隨著建筑物的構型而變得越發復雜，火災排煙作為滅火救援中最重要的一環，也變得愈發復雜，一直是國內外專家學者研究的熱點。如何把握好送風與火災熱釋放效率之間的平衡、如何控制煙氣流的走向防止煙氣蔓延以及如何控制煙高溫煙氣流向便于人員疏散等問題已經在很多專家學者的實驗以及軟件中得到模擬。然而，目前的研究還局限于空間的軟件數值模擬，研究者一直在致力于適用于一般情況下的送風與排煙平衡點的量化研究。因此，適用于一般條件下的火場排煙可能會成為今后的研究重點。

參考文獻：

[1]李桐.送風對建筑火災熱釋放率特性影響的實驗研究[D].西安：西安建筑科技大學，2015.

[2]許小磊，何嘉鵬，周汝，等.排煙口布置方式對高層建筑火災排煙效果的影響[J].中國安全生產科學技術，2009，5（05）：18-22.

[3]周嵐，王漢良，韓見云.大型商業綜合體中庭防排煙可行性研究[J].消防科學與技術，2014，33（06）：632-635.

[4]王婉娣，張輝.排煙啟動時間對煙氣控制的影響[J].清華大學學報：自然科學版，2016，56（02）：223-228.

[5]桂娟，王健，高軍，等.高大空間建筑排煙的鹽水實驗研究[J].建筑熱能通風空調，2014（06）：11-14.

[6]李改，蔣亞龍.高層建筑火災自然排煙效果影響因素分析研究[J].蚌埠學院學報，2015，4（05）：16-21.

[7]霍昭磐，李思成.大空間建筑正壓送風排煙效果的模擬研究[J].建筑科學，2016，32（06）：96-101.

[8]Welker J R，Pipkin O A，Sliepcevich C M.The effect of wind on flames[J].Fire Technology，1965，1（02）：122-129.

作者簡介：

樊卓（1979—），男，山西芮城人，本科學歷，陜西省漢中市消防救援支隊副支隊長，滅火救援部部長，研究方向：消防滅火救援。