建筑暖通空調防排煙設計常見問題分析

趙 程 山東建勘集團有限公司

建筑中發生火災事故時，若缺乏有效的暖通空調防排煙系統，則勢必會導致煙霧迅速在建筑物內蔓延，從而給消防工作和人員疏散帶來極大的困難。基于此，必須要進行科學合理的建筑暖通空調防排煙設計，確保暖通空調防排煙系統功能的有效發揮，最大限度地保障人員的安全。

1 建筑暖通空調防排煙設計

建筑暖通空調防排煙系統是建筑暖通空調系統的重要組成部分，該系統可分為兩大子系統：防煙系統與排煙系統。從廣義角度上而言，防煙系統主要是通過人為采取一些措施和手段消除建筑中失火區域所產生的煙霧，并對產煙區進行有效的隔離，防止煙霧蔓延到無煙區或者其他人員進出的區域；排煙系統則主要是通過人為采取一些措施和手段對建筑中失火區域產生煙霧的地方進行處理，將產生的煙霧通過管道等設施排放出去，以消除火災產生的煙霧，改善產煙區的空氣質量，降低火災發生率。從狹義角度上而言，防煙系統主要是設置在建筑樓房內的，通常是指防止建筑中失火區域所產生的煙霧蔓延到人流的疏散通道；排煙系統則是主要是指通過室內相應的管道將建筑中失火區域所產生的煙霧輸送到大氣中，以防止因煙霧排放不及時而引發二次火災[1]。

現階段在建筑暖通空調防排煙設計中，防煙系統的功能主要是通過人為設計的機械加壓送風方式實現，通過該方式可以源源不斷地向室內輸入新鮮空氣，以避免室內的煙霧蔓延到人員輸送通道當中；排煙系統的功能則主要是通過自然方式而實現。例如，開啟天窗利用自然的風力來向外排煙，但部分大型建筑場所也會通過機械運送方式來實現排煙。總的來說，防煙系統與排煙系統的設計均直接關系到建筑的消防安全，所以均應得到充足夠的重視。

2 建筑暖通空調防排煙設計常見問題

2.1 自然排煙外窗設計不合理

很多設計人員在自然排煙外窗設計上不考慮實際情況，一味提高外窗的設計面積，甚至還有個別設計人員的專業素質不合格，對一些專業概念了解不足、混淆不清。例如，沒有分清可開啟外窗面積與外窗面積的概念，從而導致自然排煙外窗設計不合理。其次，部分設計人員在自然排煙外窗設計中，沒有充分考慮到實際施工過程中可能會出現的種種問題，而只是根據主觀意愿、美觀需求以及成本需求等來進行設計，甚至是直接利用其他形式的天窗來代替規范的自然排煙外窗。再者，排煙窗口的設計尺寸過小或是開鑿的位置不合理，也是現實中比較常見的不合理的自然排煙外窗設計。例如，若排煙窗口的設計位置太低，則會因煙霧密度較小不易下沉而導致無法有效完成排煙；若排煙窗口的設計位置太高，則會因現場人員難以打開排煙窗而導致無法及時進行救援。一般來說，建筑中采用自然通風方式的避難層或避難間，必須設置有不同朝向的可開啟外窗，且可開啟外窗的有效面積應大于等于地面面積的2%、每個朝向的面積應大于等于2.0 m2，杜絕出現固定窗或內窗[2]。

2.2 防排煙風機設置不合理

在建筑暖通空調防排煙設計中，經常存在著防排煙風機設置不合理的問題，這項問題也是導致煙霧難以順利排出的重要原因之一。具體來說，防排煙風機設置不合理主要體現在以下幾個方面。首先，輸送風的截面尺寸設計不合理。當輸送風的截面尺寸過小時，往往不能有效利用風力資源來實現排煙。其次，送風量的規劃不合理。在建筑暖通空調防排煙設計中，要求針對不同的防火區域設計不同的輸送風量，且每一防火區域的具體輸送風量均應嚴格遵循《建筑防煙排煙系統技術標準》（GB 51251—2017）技術標準。當合用前室時，應在樓梯間與合用前室中分別設置獨立的機械加壓送風系統，然而在實際設計過程中，設計人員經常只是根據粗略的計算來規劃送風量，與技術標準不符，極易引起嚴重后果。再者，送風管道的設計不合理。部分設計人員沒有嚴格依照相關設計規范來進行送風管道的設計，而只是根據經驗想當然地進行設計。例如，機械加壓送風系統沒有按照規范采用管道送風，錯誤地采用了土建風道，或者送風管道的管材沒有采用不燃材料，或者管道內壁不夠光滑等。最后，風口風速的設計不合理。防排煙風機正常運行的一大前提是風速合理，而風口風速一般是根據具體的送風管道材料來進行確定的。例如，當送風管道為金屬內壁時，風口風速應小于等于20 m/s；當送風管道為非金屬內壁時，風口風速應小于等于15 m/s。

2.3 正壓送風系統余壓裝置設計不到位

根據《建筑防煙排煙系統技術標準》（GB 51251—2017）技術標準，建筑暖通空調防排煙設計中機械加壓送風量應滿足在疏散門關閉狀態下，走道-前室-樓梯間的壓力呈遞增分布，其中前室、封閉避難層或避難間與走道間的壓差應在25 ～30 Pa，樓梯間與走道間的壓差應在40 ～50 Pa，當余壓值大于最大允許壓力差時應采取相應的泄壓措施；而在疏散門開啟狀態下，門洞斷面風速應控制在0.7～1.2 m/s[3]。但在實際設計中，經常會出現正壓送風系統余壓裝置設計不到位的情況，或是根本未設置余壓，或是未按相關要求進行余壓設置，從而導致不能滿足各空間的余壓要求，繼而在暖通空調防排煙系統運行過程中無法滿足送風量及余壓要求，造成煙氣進入疏散場所，威脅到人員安全。

2.4 風機選擇不滿足系統要求

在建筑暖通空調防排煙設計中，對于風機的選擇具有一定的要求，若所選擇的風機與系統要求不符，極易引起后期暖通空調防排煙系統性能的快速衰退，引發一些本可避免的安全事故。在現實中，由于一些配電、雙刨路及正壓送風的設計方案不夠合理，與實際電負荷要求相差較遠，因此正壓送風口極易出現系統瑕疵。其次，部分金屬管的防火涂料涂抹不科學，且個別設備沒有按規定配套設置余壓閥，從而大大影響了系統性能。再者，經實際消防檢查，送風口或排煙口的風量較小、無風的情況屢見不鮮，這主要是由于在機械加壓系統設計過程中沒有采取相應的措施來保證各層送風量的均勻性所導致的。再者，在實踐過程中，部分企業還會出于成本方面的考慮而刻意壓縮管井及建造層高，從而導致風管尺寸也被壓縮，而風管設計的風速極大，選取的風機風量及壓力偏差也較大。

2.5 配電設施不齊全或不規范

配電設施不齊全或不規范的問題在現實中并不少見。由于防排風機的使用具有較強的特殊性，所以在建筑暖通空調防排煙設計中，用電負荷往往需要單獨鋪設線路才能夠有效滿足。但在現實中，有時沒有鋪設專用配電線路所需的消防電源，而是使用單回路配電箱或普通配電箱代替，這極易造成在緊急情況下供電線路無法正常運行。其次，根據相關規定，排煙機和送風機的配電線路均應使用防火或耐火線纜，若違反了該規定，僅使用普通管材來鋪設線路，則會埋下巨大的安全隱患，無法保證消防安全。再者，在建筑現場需要設置垂直墻壁以用于阻擋煙霧蔓延，防排煙設備在其中起著至關重要的作用，但現實中對于防排煙設備的維護經常有所忽視，導致火災發生時系統無法正常工作。

2.6 排煙閥和防火閥配置不合理

排煙閥和防火閥是建筑暖通空調防排煙系統的重要組成部分，當建筑中發生了火災時，耐火性能良好的排煙閥和防火閥能夠更有效地將煙霧與明火阻攔在一定范圍外，為消防系統的工作運行提供更便利的條件。不過，前提是必須保證排煙閥和防火閥配置合理，若排煙閥和防火閥配置不合理，則其功能也無法有效發揮。在現實中，這方面最常見的問題是風機管道在通過防火隔離的區域時沒有按規定配置一定數量的排煙閥和防火閥。其次，排煙閥和防火閥的配置不應是一成不變的，而應根據實際情況和需求來進行合理的配置。在某些情況下，通過防火隔離的區域時可能會需要取消配置排煙閥和防火閥。再者，排煙風機的入口處也應配置排煙閥和防火閥，目的是更好地實現排煙效果。此外，一些管道，如送風管、補風管、加壓排煙管等，它們通過防火隔離的區域時不得配置排煙閥和防火閥，若配置了排煙閥和防火閥則反而是不合理的。

2.7 一次施工圖系統設計未考慮后期二次精裝深化

現代建筑項目后期往往需要進行二次精裝深化，所以要求建筑暖通空調防排煙系統的一次施工圖系統設計也充分考慮到后期二次精裝深化問題[4]。然而就現實情況來看，很多一次施工圖系統設計并未考慮后期二次精裝深化，從而導致暖通空調防排煙系統在后期使用過程中出現了許多因設計不合理而引起的問題。無論是自然排煙外窗的設計、排煙口的設計還是排煙風機的選擇，均應充分結合施工圖紙，對后期二次精裝深化問題進行綜合分析和全面考慮，以及時發現設計中的不合理之處并及時進行調整，避免系統在后期使用問題引起不必要的返工和增加不必要的改造成本。

2.8 未明晰構造結構

在現實的建筑暖通空調防排煙設計中，有時由于沒有對建筑主體結構進行深入研究與分析，導致未明晰構造結構，因此使得最終的暖通空調防排煙設計方案不夠科學和合理。建筑暖通空調防排煙設計過程中，只有先明晰建筑的構造結構，再結合其實際構造結構特征來進行暖通空調防排煙設計，才能夠保證設計效果。

具體來說，針對部分帶有車庫結構的建筑，應加強其車庫的防排煙設計，嚴格遵循相關消防規定，并充分考慮車庫的補風設計、屋頂的排風設計等通風設計問題。例如，建筑中的部分區域可以采取雙速風機的設置，這樣可以進一步提升其防排煙的效果。由于發生火災時煙霧的密度往往較低，容易在室內屋頂附近漂浮，所以在建筑暖通空調防排煙設計中不能忽視煙霧的該特性，盡量將相關防排煙裝置設置在屋頂、頂層中。針對建筑地下室和走廊的暖通空調防排煙設計，應關注細節，強調規范，如當地下室沒有窗戶且面積大于50 m2時應設置機械排煙裝置及補風系統，當內部走廊無自然通風且長度大于20 m 時應設置機械通風排煙裝置，當地下室內部走廊長度大于60 m時應設置機械排煙裝置，當疏散走廊長度大于20 m 時應設置機械通風防排煙裝置。

針對樓層低于20 層的高層建筑，在進行暖通空調防排煙設計時必須充分考慮火災發生時火災區域及相鄰樓層的通風排煙問題，盡量增加疏散通道數量，合理設計門洞及提升門洞風速[5]?？傮w來說，建筑暖通空調防排煙設計應結合建筑主體結構特征進行整體優化設計，從而最大限度提升整個系統的運行效率和節約成本。

2.9 與其他專業的協調配合不足

暖通空調防排煙系統是建筑中的重要系統之一，它的設計工作并非完全獨立開展的，而往往需要與其他專業來協調配合開展，包括土木專業、結構專業、工藝技術專業以及水、電、動力等。各專業之間是互相依托、互相支持的關系，只有先確保各專業良好協調配合，才能夠達到最佳的設計效果。但現實中，建筑暖通空調防排煙設計經常與其他專業的協調配合不足，因此導致實際設計效果較差。例如，當在設計過程中其他專業的方案圖紙發生了變化后，暖通空調防排煙的設計卻沒有隨之進行調整，或是在調整之前設計人員并沒有充分了解其他專業的設計意圖，加之計算量較大，所以導致實際設計調整不合理。

在實際工作中，經常存在著多個項目交叉工作的現象，若在設計調整期間沒有對每一次的調整作出準確的判斷，而等到方案已經定型后才發現不合理之處，則往往“亡羊補牢，為時已晚”，此時再進行調整則會對其他專業產生巨大影響。針對該問題，除了要在建筑暖通空調防排煙設計中充分重視與其他專業的協調配合外，還應積極利用建筑信息模型技術（Building Information Modeling，BIM）等先進技術來加強與其他專業的協調配合。

BIM 技術是一種基于建筑的各項真實信息數據構建工程3D 模型，并且對建筑工程進行仿真模擬的技術。BIM 技術具有諸多優勢特征，如模擬性，在應用BIM 技術進行建筑設計時，通常需要使用計算機對設計方案進行模擬，檢測設計方案中可能存在的問題，這種方式擺脫了時間、空間的限制，可以隨時隨地觀看模擬結果并對模擬結果進行調整，有利于規避各種問題；協調性，在應用BIM 技術進行建筑設計時，可以實現對設計方案的合理優化，及時發現各種問題，并通過協調多方來制定有效解決方案，保障設計的科學性與合理性。

在應用BIM 技術進行建筑設計時，需要對建筑相關信息進行全面收集，并以此為根據構建3D 模型，從而將建筑空間結構關系顯示出來，實現可視化。在實踐中，只需在BIM 系統中建立出相應的建筑暖通空調防排煙系統3D 模型，并與其他專業模型進行互通，即可輕松實現多專業協同設計，期間無論哪個專業的哪項設計發生了改變，暖通空調防排煙系統中與之相關聯部分的信息都會隨之進行自動調整，并第一時間反饋給設計人員。

3 結語

建筑暖通空調防排煙設計直接關系到建筑的消防安全，需不斷提升其設計效果。但在實際建筑暖通空調防排煙設計中往往存在著一些問題，常見的主要有自然排煙外窗設計不合理、防排煙風機設置不合理、正壓送風系統余壓裝置設計不到位以及風機選擇不滿足系統要求等問題，若想提升其設計效果，必須先結合實際對相關問題展開分析，尋找科學有效的解決方法。