高層建筑防煙樓梯間防排煙方式研究

王 昊

（呼和浩特市消防救援支隊賽罕區山丹街消防救援站，內蒙古自治區 呼和浩特 010010）

高層建筑其顯著特征是樓層比較多，房間數量較多，人員相對密集，也正因為這些特征，增添了很多安全隱患，讓消防人員在實施救援過程中受限于建筑因素，救援工作陷入困境。而且通常高層建筑會由多個不同使用單位負責管理，但每個單位都有各自工作重心和管理要求，差異的工作方式和管理理念，加上安全意識比較缺乏，容易在走廊堆放易燃易爆物品，增加風險。而且高層建筑層數多，高度遠遠超過云梯所能達到的高度，加上建筑內部結構錯綜復雜，路線交錯，施救變得困難，容易增加傷亡率，因此，文章著重探究的是合理設計樓梯間防排煙方式，解決高層建筑安全問題。

1 高層建筑設計防排煙設施的原因

受高層建筑特點影響，結合高層建筑發生火災的特點來說，第一，火勢容易因為建筑物垂直高度而迅速蔓延，并且因建筑內部設有樓梯間、管道井、電纜井、排氣道、垃圾道等各種豎向管井，讓蔓延途徑增多，還會增大火勢，如果缺少防排煙設計，煙霧在不受阻攔的情況下，面對高度達到百米左右的建筑物，只需要2～5.5分鐘就可以從火災一端迅速蔓延到另一端，并且經過建筑內各個管井，順著垂直方向，不到1分鐘火勢就可以快速蔓延到幾十層，讓整個建筑淹沒在一片火海中。第二，高層建筑樓層多，垂直疏散有很大的難度，展開施救需要的時間也比較多，但是火勢蔓延速度快，如果用時過多，很容易造成嚴重傷亡。根據測試，一般50層高的建筑，通常情況下通過樓梯疏散需要2小時11分鐘，相比煙氣流動的速度慢了許多。因樓梯間設置有限，在發生火災之后，很難在短時間內將人員全部撤離危險區域，而且在危機時刻，人員難免因為慌亂而發生擠傷、摔傷、踩踏等悲劇，加上樓內電梯無法作為安全撤離的通道，在火勢蔓延時，電梯內很容易被濃煙填充，人員會因吸入大量濃煙而致死。因此，在高層建筑內部設置防排煙設施的作用就顯而易見了，根據國外火災統計，火災中死亡人數，其中由于煙氣致死的高達50%以上，甚至還有地區高達70%～80%。為了控制因煙氣造成的人員傷亡，需要設計排煙排熱系統，建設防煙樓梯，作為高層建筑垂直疏散通道，確保高層建筑內發生火災后人員可以通過防煙樓梯通道快速疏散到安全區域。

2 樓梯間防排煙方式設計

樓梯間防排煙設計方式有很多種，其主要方式包含三類，即自然排煙、機械防煙和機械排煙。在高層建筑中通常是將這三種綜合利用，根據不同位置及需求采用不同的防排煙設計方式。因為這三種防排煙設計方式并非完美無缺，都有各自的優點和局限，綜合使用可以優勢互補。

第一，自然排煙主要是利用可開啟外窗或利用陽臺、凹廊排煙的方式，這種方式的優點在于結構簡單，而且具有經濟實用價值，并不需要專門安裝排煙設備，在發生火災時也不受電源中斷的影響，日常中還可以作為換氣來使用。但是局限性在于不利于防盜，而且樓梯間前室必須要靠外墻設計，否則難以落實，并且還受季節風向因素影響，排煙效果并不穩定。

第二，機械防煙的優點是可以保持正壓的狀況，通過機械加壓作用送風。風道截面積比較小，占用的空間比較少，從經濟角度十分適用，可以有效在正壓情況下組織煙氣進入到保護區。同時，通過正壓系統提供的新鮮空氣可以對煙氣起到冷卻作用，降低火災區域的溫度以及侵入疏散通道的煙氣溫度。缺點在于加壓送風樓梯間的正壓值過高時，會造成樓梯間通往前室或者走廊的門無法打開。

第三，機械排煙是利用排煙風機將煙抽走，具有良好的排煙效果，其鮮明的優勢在于可以不受環境因素的局限，靈活布置，能保證有穩定的排煙量。但是缺點是設備投資以及后續維護管理費用比較高，還需要與其他供電系統、自動報警系統、建筑設施等相關項目進行協同配合，才能發揮良好排煙效果。而且在火勢猛烈階段排煙效果還會大打折扣。

了解了以上自然排煙、機械防煙和機械排煙三種防排煙方式的優缺點之后，有人可能會思考，既然綜合使用可以發揮各自優勢作用，那么是否可以隨機選擇排煙方式，將其組合起來共用在一個空間場所內，是否效果就會翻倍？但是這其實存在認知錯誤，因為機械排煙和自然排煙不能用在同一空間，因為這樣操作自然排風口就變成了補風口，而機械排煙量又不能滿足整個空間排煙量需求。因此，還需要結合實際情況，科學選擇和安排，才能發揮綜合使用的良好效果。

2.1 自然排煙方式

自然排煙方式主要通過建筑陽臺、凹廊或在外墻上設置便于開啟的外窗、排煙窗來實現排煙目的。這種方式發揮實際作用需要合理設計，其中氣流、房屋高度、排煙窗與墻面的水平距離等方面因素起著關鍵作用。因為高層建筑其高度因素，受到外部條件的影響比較有限，運用自然排煙方式最簡單，也十分適用。不同建筑結構需要結合相應的要求靈活設計，如對于設有中庭的高層建筑，應該按照相關要求，在中庭位置應設置自然排煙系統，如果是敞開式車庫以及建筑面積小于1 000 m2的地下一層車庫，需要在車庫進出口位置設置排煙系統，但是需要注意的是車庫坡道口要小于30 m。從排煙設施設置上來看，將其設置在外墻時，排煙窗應該保持在儲煙倉以內或室內凈高度的1/2以上的位置，并且按照建筑內部火災蔓延趨勢以及煙氣流向進行設計。同時，要分三種情況分析，科學規劃排煙口下邊緣與建筑物房屋的位置關系：其一，當建筑房屋高度小于3 m，排煙口下邊緣與棚頂的距離不能超過80 cm。其二，房間高度處于3～4 m，排煙口下邊緣距離地板面應超過2.1 m以上。其三，房間高度超過4 m，排煙口下邊緣應設置在房間總高度一半以上的位置。另外，每組排煙窗的長度和距離也有要求，需要分散均勻設計，其長度最好不超過3 m。

2.2 機械防煙方式

機械防煙方式是通過機械加壓送風，經過通風作用以及其產生的氣體流動和壓力差來控制煙氣的流動。機械加壓送風技術最早應用于二戰期間，其作用是為了保護作戰重點部位的房間，避免遭遇生化武器攻擊。而在和平年代，正壓送風系統又可以應用在工程生產中，為工人們提供干凈清潔的空間，還可以運用到醫院中進行無菌手術。所以，其應用范圍廣泛，并且都取得了良好的效果。如今，在高層建筑安全問題上，機械防煙方式可以制造良好的疏散環境，保障建筑物內部被困人員安全疏散撤離，而且機械加壓送風方式已經被各個工程技術人員所承認，需要根據其工作原理，科學組織加壓送風系統。一是加壓空間的送風，需要借助通風機，利用風道將從室外攝取的空氣分配給加壓空間的關鍵位置，但是要保障采取的空氣不能受到煙氣的污染，要保持空氣的純凈。二是加壓空間的漏風，漏風問題是任何建筑物都無法避免的一個問題，像門縫、窗縫等，都是常出現漏風問題的部位，無法規避。因此，需要做好加壓風量計算，一方面，要讓所有關門的直接加壓或者間接加壓的樓梯間以及前室內的正壓值可以穩定保持在一定范圍內。另一方面，要讓所有開啟的直接通向或者間接通向走廊的門，在門洞處要維持與煙氣流向相反的且具有一定流速的空氣流。對于機械防煙系統如何取正壓值，如表1所示：

表1 機械正壓取值

三是非正壓部分的排風，空氣由加壓空間滲入相鄰的非加壓部位后，需要讓空氣與煙氣排煙到建筑物之外。如果缺少設計滲漏出路，則加壓空間和相鄰部位將難以建立正常的壓力差。基于此，相關人員需要綜合考量，結合各協同組成部分，設計好機械正壓送風防煙系統流程，以規范化管理設計好防煙通道，維護建筑物的安全。如圖1所示機械正壓送風系統：

圖1 機械正壓送風系統圖

2.3 機械排煙方式

機械排煙方式是按照通風氣流組織理論，借助排煙風機設備，將建筑物室內煙氣通過設備功能或者按照自然進風、機械進風的形式，將煙氣排除室外。對于同一防煙區設計規劃需要采用同一種排煙方式。排煙口按照標準計算，將排煙風機設備布置在前室頂棚或者靠近頂棚的墻面位置上。同時，防煙區內任何一端要與最近的排煙口的水平距離控制在30 m以內。在設置機械排煙設施時，應該順延水平方向安裝，并且每個機械排煙系統應該遵循獨立設置原則。排煙系統還要與其他系統分開設置，如通風系統、空氣調節系統等，但是也有例外情況，如果受制于現實條件，無法進行獨立設置，可以進行合用，但是也有具體要求，需要根據排煙系統設計標準有序安排，在打開排煙口時，每個排煙合用系統的管道要與通風系統以及空氣調節系統的控制閥門不能超出10個。

3 結語

上述分析，探討了不同的防排煙方式，并結合設計防排煙方式對于高層建筑的必要性以及原因分析，結合國外研究情況，主要圍繞自然排煙、機械防煙以及機械排煙三種方式展開分析，結合各自的優勢以及局限，并且綜合建筑樓梯間、前室等防排煙設施布置方法以及需要注意的事項。從當下城市中高層建筑逐漸增多的趨勢下，防排煙設施建設勢在必行，有著廣闊的發展前景，能夠將防煙、排煙系統綜合利用，發揮煙氣控制效果，為高層建筑安全保駕護航。