地下車庫建筑的通風排煙和消防設計

張 磊

（蘭州市城關區消防救援大隊，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

按照《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》（GB 50067-2014）的要求，地下車庫主要分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類；按照車庫與地面建筑關系劃分，地下車庫主要劃分為單車式與附加式。目前，各大城市修建的地下車庫多以附加式為主，即與地上建筑連接為一體。由于地下車庫處于地面建筑物的下方，整個空間始終處于密閉狀態，基于地下車庫的這一特點，設計人員在設計車庫時，首先需要考慮的是通風、排煙與消防功能，既要確保地下車庫始終保持良好的通風效果，又需要兼顧考慮地下車庫的消防安全問題，進而提供一個安全可靠的泊車環境[1]。本文圍繞地下車庫建筑的通風排煙設計思路，以及消防設計的關鍵技術要點展開全面論述。

1 地下車庫火災特征分析

與地面建筑的火災事故相比，地下車庫火災的控制難度更大，這主要是由于地下車庫停放著大量的機動車輛，一旦發生火災，不僅車輛本身會發生燃燒，而且也會引燃油箱內的可燃液體。因此，地下車庫兼具了液體火災與固體火災的雙重特性。地下車庫火災源頭有停放在車庫內的機動車、風機房的電器線路、弱電機房線路以及控制柜線路等，由于地下車庫出入口少、自然通風效果差、泄壓面積小，在火災發生以后，煙氣濃度與密閉空間內的溫度將急劇上升，這給火災救援工作增加了難度。尤其對停放大量車輛的地下車庫來說，如果初起火災無法得到有效控制，一旦引燃機動車輛，則極有可能發生爆炸事故，進而給車庫內的被困人員造成二次傷害。由此可以看出，地下車庫火災的危險性、破壞性都遠遠高于地面建筑火災。

2 地下車庫的通風與排煙設計思路

2.1 確定排風量標準

在對地下車庫的通風與排煙設施進行設計時，首先需要考慮車庫的排風量。目前，在判定地下車庫排風量標準時，一般采用以下兩種方法：

（1）結合地下車庫的實際換氣頻率來判定排風量。利用這種方法得到的數值為估算值，即排風不少于6次∕h，送風不少于5次∕h，在得到估算值后，還需結合車庫建筑使用的暖通空調來對排風量標準進一步予以確定。

（2）根據機動車尾氣中一氧化碳、氮氧化物等有害氣體在地下空間內的稀釋程度，來確定排風量標準，這種方法在判定排風量時較為常用。比如：計算機動車尾氣中一氧化碳的排放量時，通常利用下面的計算式：

式中：

G——地下車庫排放的一氧化碳的總量；

L1——不同汽車排放一氧化碳的總量；

C1——車庫內不同汽車排放的一氧化碳的平均濃度。

根據一氧化碳排放量的計算式可以推導出排風量的計算公式，即：

式中：

T1——汽車尾氣溫度；

T2——車庫內溫度，通常情況下取常溫293K；

W——車庫內總車位數；

B——不同車輛單位時間內的排氣量；

D——不同車輛的占比；

t——每臺車輛在地下車庫的運行時間，包括車輛的行駛時間與停放期間未熄火狀態的時間；

S——車庫的停車車位利用系統；

C——地下車庫內的允許一氧化碳的濃度，根據相關標準要求，該濃度的正常取值為100mg∕m3；

C0——地下車庫送風過程中含有的一氧化碳的濃度，正常取值范圍在2.5～3.5mg∕m3之間。

根據這一計算式可以準確計算出地下車庫的排風量，設計人員根據計算結果，可以對通風設計方案予以優化和改進，以保證地下車庫能夠始終保持良好的通風效果[2]。

2.2 確定排煙量標準

設計人員在考慮排風量的同時，應當確定地下車庫的排煙量標準，以保證火災發生以后，車庫內的煙霧能夠快速排出。根據《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》（GB 50067-2014）的規定，地下車庫的每一個防煙分區設置的排煙風機的排煙量應當達到30000m3∕h以上，而且根據車庫高度的不同，排煙量的大小也存在明顯差異，如表1所示。

表1 不同高度車庫的排煙量指標

表1中的數值屬于理論數值，表中列出的數值實際上并未考慮火災荷載量、煙氣層高度、煙羽流溫度等參量，尤其對煙羽流溫度這一參量來說，煙羽流類型不同，得到的排煙量計算結果也有所不同。因此，在確定和計算地下車庫排煙量標準時，應當根據火災中的實際情況予以全面考量，這樣才能得到較為精確的計算數值。要計算地下車庫每一個防煙分區的排煙量，需要計算出煙氣的最小清晰高度、煙羽流質量流量、煙氣層的平均絕對溫度以及防煙分區的排煙量。其中煙氣最小清晰高度的計算公式為：

式中：

H——地下車庫的凈高。

煙羽流質量流量的計算公式為：

式中：

Qc——熱釋放速率對流部分，一般取值為0.7Q（kW）；

Z——燃料面到煙層底部的高度；

Z1——火焰極限高度。

煙氣層平均絕對溫度的計算公式為：

式中：

K——煙氣中對流放熱量因子；

Cp——空氣的定壓比熱；

ΔT——煙層平均溫度與環境溫度的差；

T0——環境的絕對溫度；

T——煙層的平均絕對溫度。

而防煙分區排煙量的計算公式為：

式中：

ρ0——環境溫度下的氣體密度。

通過以上計算公式，能夠精準計算出地下車庫的排煙量，設計人員根據計算結果能夠確定機械排煙風扇的安裝數量，如果地下車庫的使用面積在2000m2以下，那么該車庫只需要安裝一個機械排煙風扇，這樣既能夠收到良好的排煙效果，同時，也為地下車庫內部人員的生命安全提供了堅實保障。

2.3 排風口與排煙口的布置方式

在設計排風口與排煙口時，設計人員可以遵循“雙口并用”的原則，即排風與排煙共用一個系統。在選擇風機時，設計人員盡量選用離心式風機，此風機具有良好的抗熱性與抗形變能力，且在運轉過程中，系統可以自動跟蹤風機的運行狀態，一旦出現運轉異常，檢修人員能夠第一時間趕到現場清除故障隱患。

在設計地下車庫排風口與排煙口時，應遵循采暖通風相關技術標準的規定，一般情況下，地下車庫的上部與下部位置均要設置排風口，并保證上部排風口排出總風量的1∕3，下部排風口排出總風量的2∕3[3]。如果地下車庫的高度在2.8～3.3m之間，采取上下布置排風與排煙口的方式，排煙效果相對較差。因此，設計人員應當考慮煙氣全部從上排煙口排出的情況，進而使排風與排煙系統構成一個整體結構，這樣更利于煙氣的疏散。

3 地下車庫建筑的消防設計思路

3.1 車庫出入口過渡照明與車輛疏散設計

當駕駛員行駛至地下車庫入口時，光線由明轉暗，當車輛行駛至出口位置時，光線由暗轉明，這種明暗交替的過程很容易分散駕駛員的注意力，進而引發不必要的安全事故。因此，設計人員出于對駕駛員安全以及便于人員疏散的考慮，需要在車庫出入口的位置設置照明裝置。根據規范要求，坡道式地下車庫的出入口位置應設置過渡照明，白天入口位置亮度變化可以遵循10∶1到15∶1的比例，夜間室內外亮度變化可以遵循2∶1到4∶1的比例取值。在設計照明裝置時，設計人員應當結合當地平均散射照度值來確定入口位置的照度與亮度。

另外，在設計地下車庫時，設計人員應當著重考慮每一臺車輛的停放間距，要保障車輛停放密度適中。如果間距過小，一旦發生火災事故，車庫內的車輛將快速產生連鎖反應，以至于著火車輛迅速增加，如果間距過大，也將給地下車庫的開發與建設單位造成巨大的經濟損失，而且也浪費了車庫空間?；趯@些方面的考慮，設計人員應當嚴格參照《地下車庫建筑設計規范》的要求，如果地下車庫能夠容納的車輛低于100輛，則至少設置一個車輛出入口，如果車庫容量超過100輛，則需要根據車庫地形、出入口環境等因素，合理設置出入口，如表2所示。

表2 地下車庫出入口數量規定

3.2 自動噴水滅火系統設計思路

結合地下車庫的密閉性特點，在設計自動噴水滅火系統時，應當綜合考慮初起火災的撲救效果。首先，應當合理劃分防火區域，其中每個防火分區允許的最大建筑面積為：單層地下車庫的允許面積是3000m2、多層車庫的允許面積是2500m2、多層地下車庫的允許面積是2000m2。對于設有自動滅火設備的防火分區，最大允許建筑面積可以在原有數值的基礎上增加一倍，這樣，也能夠收到較好的滅火效果。以某地下車庫為例，該車庫的建筑面積為13732m2，除了不宜使用水撲救火災的區域外，其它區域均設置自動噴水滅火系統，如果根據上面的劃分標準，該車庫可以劃分為4個防火分區。

3.2.1 噴頭布置

在布置噴頭時，不得超過最大保護面積以及噴頭最大與最小間距，正確的布置方法是噴頭與墻體之間的最大間距不得超過噴頭間距的一半，墻與噴頭的間距應當為垂直間距，而且與墻體相鄰的噴頭距離≤1.7m。一般情況下，噴頭的安裝部位主要在車庫頂板或者吊頂下方，這樣能夠形成均勻噴灑的水流。在安裝噴頭時，濺水盤與車庫頂板間的距離應當≥75mm，但不得超過150mm，如果車庫頂梁、風管、排管等障礙物的寬度超過1.2m時，在這些障礙物的下方應當增設噴頭，這樣更容易撲滅初起火災[4]。

3.2.2 管網布局

自動噴水滅火系統的管道材質一般選用鍍鋅鋼管，其中，配水管與支管的直徑應在25mm以上，每一根配水支管噴頭數的上限值為8個，在布置噴水系統管網時，設計人員應當遵循“配水干管、配水管、支管”的布置順序，并將噴頭與配水干管和配水管直接連接在一起。目前，地下車庫自動噴水滅火系統的配水支管一般有三種布置形式，即支狀管、環狀管以及格柵管。而在布置管網系統時，如果車庫建筑面積較大，布置形式也呈現出多樣化特點，比如有中央中心型、側邊中心型、中央末端型等布置類型。

3.3 防火卷簾門與應急廣播系統

根據《火災自動報警系統設計規范》（GB 50116-2013）的要求，防火卷簾門應當設置在車道上面，當車庫內的火災探測器動作以后，位于車道上面的防火卷簾門應下降到底，其自動控制下降程序如下：（1）當車庫內的感煙探測器探測到煙氣以后，將直接發出報警動作，這時防火卷簾門應當下降至距離地面1.8m的位置，當感溫探測器動作以后，卷簾門應當下降到底。而該程序在實際操作過程中，為了避免發生失誤，卷簾門的控制程序應當以水流指示器的報警信號為準，或者當地下車庫內的多組感煙或者多組感溫探測器動作以后，卷簾門再做出相應動作，即下降至離地面1.8m的位置，而后當卷簾門兩側的感溫探溫器動作以后，卷簾門再下降到底，這樣能夠有效防止失誤動作現象的發生。（2）當地下車庫發生火災后，為了快速疏散車庫內的被困人員，一般情況下，在地下車庫的消防控制室內設置專門的火災應急廣播機柜，并按照防火分區，給應急廣播設置分路，一旦出現火情，每一個防火分區的值班人員可以手動或者自動操控應急廣播系統，以此最大限度地減少人員傷亡[5]。

3.4 消火栓環管布置

消火栓是地下車庫最為關鍵的滅火裝置。布置消火栓環線管路時，應當遵循“不妨礙車輛正常行駛”的原則，盡量采取隱蔽式的布置方式，即將消火栓隱藏在車庫四周的結構墻體當中，并采取多點分布聯合閉環的設置方法，這樣，能夠兼顧車庫內部的每一個防火分區。同時，由于消火栓的排水管道抗擠壓能力、耐低溫冰凍能力較差，地下車庫管理人員應當加強對消火栓管線的保護力度。

3.5 采光井設計思路

《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》（GB 50067-2014）明確規定，地下車庫的自然排煙口的總面積不得小于室內地面面積的2%，從這一規定可以看出，地下車庫采光井是一種最為實用、最為經濟、最為有效的自然排煙設施。一般情況下，地下車庫采光井主要有兩種布置形式，一種是依靠地下室外墻的側窗進行采光通光；另一種則是以擋土墻圍砌成的井字形采光口。目前，第二種采光井的使用頻率相對較高。如果地下車庫具備自然進風條件，可以利用室外排風口作為自然進風的方式，一旦地下車庫發生火災事故，當煙氣量達到一定程度后，車庫內的機械排煙系統的排煙功能將喪失，在這種情況下，采光井也將成為極為重要的排煙通道，因此，人們也將采光井形象地比喻為“生命通道”。

4 結束語

綜上所述，通過對地下車庫建筑通風、排煙、消防系統設計思路與功能作用的分析可以看出，提高地下車庫的防災、抗災能力的第一要務是擁有一個科學完善的通風、排煙與消防系統。因此，地下車庫設計人員在設計過程中，應當著重考慮車庫的通風、排風、排煙、火災預警、火災控制等與消防安全息息相關的基本要素，并積極借鑒一些先進的設計理念與成功案例，在降低地下車庫火災事故發生概率的同時，為廣大車主提供一個安全、舒適的泊車環境。