建筑防排煙系統(tǒng)設計研究

文／趙永孝 徐州大屯工程咨詢有限公司 江蘇徐州 221611

1、建筑防排煙系統(tǒng)設計的作用和價值

建筑工程中所開展的防排煙設計，主要涵蓋防煙與排煙兩大系統(tǒng)類型。其中防煙系統(tǒng)是通過采用自然通風方式，防止火災煙氣在樓梯間、前室、避難層（間）等空間內積聚，或通過采用機械加壓送風方式阻止火災煙氣侵入樓梯間、前室、避難層（間）等空間的系統(tǒng) 。而排煙系統(tǒng)的側重點與防煙系統(tǒng)有較大差異，更加側重于通過可開啟的外窗將火災煙氣直接排放到外界空氣中或通過機械排煙系統(tǒng)的排煙管道排出，阻止煙氣、熱氣在著火空間內大量聚集，使逃生人員能夠清晰地看到逃生路線順利逃生，并減少煙氣、熱氣對人員的傷害以利于人員疏散，能夠有效保障人民群眾的生命安全。也正因如此，在進行建筑規(guī)劃與設計時，需要針對防排煙系統(tǒng)進行專項設計，避免在火災發(fā)生之后燃燒產(chǎn)生的煙氣直接影響人群疏散通道，導致人員無法及時有效疏散，而排煙系統(tǒng)也可以將火災煙氣直接排放到外界，減少室內空間的煙氣濃度和二次火災發(fā)生的幾率和隱患[1]。因此在建筑規(guī)劃與設計中不斷提高防排煙設計的水平與質量，能夠有效提高建筑工程的安全性效果，讓人民群眾的日常生活更加舒適，減少火災發(fā)生之后煙氣、熱氣對人員的傷害。

2、建筑防排煙系統(tǒng)中存在的問題

2.1 防排煙規(guī)劃及分區(qū)設計問題

防排煙系統(tǒng)與建筑整體結構規(guī)劃緊密相連，因此需要在建筑設計階段直接針對即將應用或安裝的防排煙系統(tǒng)設計必要的排煙窗、固定窗、消防救援窗等等，但是很多建筑設計人員在針對防排煙系統(tǒng)進行規(guī)劃和設計中仍然存在設計水平較低的問題。例如，防排煙系統(tǒng)設計與消防防火需求緊密聯(lián)系，因此可以在整體的規(guī)劃角度設置防火分區(qū)，但是在單個空調系統(tǒng)、通風系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)中內部則無法設置分區(qū)，所以可以在空調系統(tǒng)、通風系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)跨越防火分區(qū)時，在管道穿越防火墻的位置設置防火閥，以阻止火災從一個防火分區(qū)沿空調系統(tǒng)、通風系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)管道蔓延至其他防火分區(qū)。特別是在防排煙系統(tǒng)管道設計中和管道穿越防火墻處的孔洞封堵，需要選擇不燃材料，避免因防火閥失效或填充材料失效導致煙氣的蔓延，但是很多防排煙規(guī)劃和設計人員卻忽視了此類細節(jié)處需求，導致防排煙規(guī)劃及設計效果無法充分凸顯[2]。

2.2 防排煙系統(tǒng)中存在的問題

首先，在自然通風的封閉樓梯間、防煙樓梯間在最高位置設置的外窗面積偏小，位置由于梁等客觀條件所限，或者人為未設計在最高位置，導致煙氣聚集，對疏散和救援產(chǎn)生不利影響。

其次，在自然排煙中，很多排煙系統(tǒng)設計與規(guī)劃過程中始終存在排煙外窗設計不當而導致自然排煙效果不佳的問題。主要體現(xiàn)于個別設計人員過于重視美觀性效果，自然排煙窗分布嚴重不均與，單個自然排煙窗面積過大；可開啟面積和有效可開啟面積之間的混淆，如推拉窗應按儲煙倉內可開啟最大窗口面積計算，而有時會誤將整個可推拉部分面積或者儲煙倉以外的面積計入自然排煙窗面積之內；設計人員在高大空間中，設置自然排煙窗時，位置偏低，煙層溫度與環(huán)境溫差較小，煙氣已經(jīng)基本失去浮力，會在空中滯留或沉降，以至于排煙效果較差；建筑施工中實際采用的平開窗以及懸窗開啟角度小于設計角度，間接減少自然排煙窗有效可開啟面積，而以懸窗作為排煙窗時，下懸窗要好于上懸窗的排煙效果；建筑施工中設置在高位的自然排煙窗未在低位設置手動開啟裝置，使得建筑內部人員在火災隱患發(fā)生時無法及時打開排煙內窗，從而順利獲得外界救援或逃生。對此防排煙系統(tǒng)設計無法充分實現(xiàn)其應有的效果。

再次，再機械加壓送風系統(tǒng)中，加壓送風口的位置應合理，不應設置在門后，因為火災時，疏散的人群會將門推開，推開的門扇將前室的送風口擋住，影響正常送風，就會降低了防煙效果；再者，送風口直對樓梯間，由于樓梯間通往安全區(qū)域的疏散門（包括一層、避難層、屋頂通往安全區(qū)域的疏散門）開啟的概率最大.加壓送風口應遠離這些樓層，避免大量的送風從這些樓層的門洞泄漏，導致樓梯間的壓力分布均勻性差。

最后，在機械排煙設計工作中，排煙的效果是以煙氣是否能夠順利排出作為主要依據(jù)，因此排煙口的設計就顯得尤為重要，設計時為了節(jié)約造價，設計人員往往不會去均勻布置風口，如果從一個排煙口排出太多的煙氣則會在煙層底部撕開一個“洞”，使新鮮的冷空氣卷吸進去，隨煙氣排出，從而降低了實際排煙量，雖然從表面看相鄰的幾個排煙口不是一個排煙口，但由于它們距離很近，其效果往往近似于單個排煙口；另一方面，設置擋煙設施時，未考慮耐火完整性，而火災時，高位會燒壞外窗，而燒壞的外窗可能會在機械排煙系統(tǒng)動作后變成進風口，使其失去排煙作用。

3、防排煙設計的主要內容

3.1 樓梯間和前室的自然通風設計

當建筑物火災發(fā)生時，樓梯間是建筑物內部人員逃生的通道。同時，前室、合用前室是消防隊員進行火災撲救的起始場所。因此，在火災發(fā)生時，首要的就是控制煙氣進入樓梯間及前室。對建筑高度不高的建筑，推薦采用設可開啟外窗的方式對樓梯間和前室采用自然通風以降低工程造價和減少機械設備的后期維護。

對于前室為了達到自然通風的目的，可以采用以下方式：（1）前室有全敞開的陽臺或凹廊；（2）在兩個及以上不同朝向的外墻上有可開啟外窗，且獨立前室有兩個外窗面積均不小于2.0m2，合用前室有兩個外窗面積均不小于3.0m2。當前室為獨立前室且其僅有一個門與走道或房間相通時，可僅在樓梯間設置機械加壓送風系統(tǒng)。而就防煙樓梯間來說，當前室滿足以上自然通風條件，樓梯間即可采用自然通風，簡便易行。另外當前室的機械加壓送風口設置在前室的頂部形成有放阻隔煙氣的風幕或正對前室入口的墻面形成正面阻擋煙氣侵入前室時，樓梯間可采用自然通風系統(tǒng) 。而對于采用自然通風的樓梯間，考慮到一旦有煙氣進入樓梯間后如果不能及時排出，將會給上部人員疏散和消防撲救進攻帶來很大的危險。依據(jù)煙氣流動的規(guī)律在頂層的樓梯間設置一定面積的可開啟外窗可防止煙氣的積聚使其及時排出，以保證樓梯間有較好的疏散和救援條件。

3.2 機械加壓防煙送風設計

對于建筑高度不高的建筑，當不能滿足自然通風條件是，應設置機械加壓送風系統(tǒng)，而對于高度較高的建筑，其自然通風效果受建筑本身的密閉性以及自然環(huán)境中風向、風壓的影響較大，難以保證防煙效果，所以需要采用機械加壓來保證防煙效果。

以往我國針對機械加壓防煙送風系統(tǒng)，特別是送風口位置并沒有更加清晰明確的規(guī)定，甚至個別設計人員會將前室加壓送風口直接安裝設計與防火門后，導致在火災發(fā)生時防火門開啟后遮擋住加壓送風口，直接影響機械加壓送風系統(tǒng)的防煙效果。因此在建筑防煙排煙系統(tǒng)新技術標準的應用及推廣之下，可以對前室及樓梯間加壓送風口的位置進行更加清晰明確的規(guī)定，將其設置在前室頂部或正對入口的墻面之上，樓梯間設置再不影響人員疏散的位置。此類設計方法能夠有效形成風路，進一步阻隔火災蔓延的煙氣，而直接將前室加壓送風口設計于正對前室入口的墻面也能夠形成一定的阻擋煙氣侵入的良好效果，此類設計方法和規(guī)劃形式都能在原有的防煙水平基礎上提高防煙系統(tǒng)的防煙水平，讓前室和樓梯間的防煙效果更加安全可靠[3]。

3.3 自然排煙設計

當建筑物內著火時，為了將煙氣控制在著火區(qū)域所在的空間范圍內，并限制煙氣從該區(qū)域的儲煙倉內向其他區(qū)域蔓延。煙氣層高度需控制在儲煙倉下沿以上，以保證火災時人員的安全疏散及消防救援。而在設置防煙分區(qū)時，如果劃分防煙分區(qū)過大時（包括長邊過長），煙氣再水平射流的擴散過程中，會卷吸周圍大量冷空氣而沉降，不利于煙氣的及時排出；而防煙分區(qū)的面積過小，又會使儲煙能力減弱，使煙氣過早沉降或蔓延到相鄰的防煙分區(qū)。

對于建筑物室內的排煙，應該首先考慮自然排煙，相較于機械排煙，自然排煙有簡單易行，可靠，維護方便等優(yōu)點。而對于自然排煙窗的設置，在過去很長時間內只要是外窗都可以視為自然排煙窗，其后果可想而知，煙氣彌漫整個著火區(qū)域，人員逃生找不到方向，嚴重阻礙人員的安全疏散及消防救援。隨著建筑防煙排煙技術標準的執(zhí)行，國內防排煙才正式大步走入正軌。自然排煙窗應設置在建筑空間上部，儲煙倉以內。儲煙倉的設置，下部要有足夠的清晰高度空間以利于人員的安全疏散及消防救援。為了避免煙氣長距離蔓延卷吸過多冷空氣而沉降，自然排煙窗應均勻布置且防煙分區(qū)內任一點到自然排煙窗的距離不應小于30m。對于高達空間，往往可燃物較多，著火時，熱釋放速率很快，而其空間往往有較多的自然排煙窗，如果一一開啟，往往需要較長的時間，不但對火災產(chǎn)生的煙熱排放不利，更對開啟人員的安全造成威脅，所以推薦設置集中手動和自動開啟裝置。

3.4 機械排煙設計

對于需要設置排煙設施，而自然排煙又不能滿足排煙需求時，需設計機械排煙系統(tǒng)。設置排煙系統(tǒng)時，應與通風、空調系統(tǒng)分開。為了防止火災在不同防火分區(qū)蔓延，且有利于不同防火分區(qū)煙氣的排出。機械排煙系統(tǒng)沿水平方向布置時，每個防火分區(qū)的機械排煙系統(tǒng)應獨立設置。

排煙風機宜設置在排煙系統(tǒng)的最高處，煙氣出口宜朝上.并應高于加壓送風機和補風機的進風口。當確有困難時，送風機的進風口與排煙風機的出風口應分開布置，當豎向布置時，送風機的進風口應設置在排煙出口的下方，其兩者邊緣最小垂直距離不應小于6.0m；水平布置時，兩者邊緣最小水平距離不應小于 20. Om 。因為距離過近的話，排煙風機排出的煙氣可能會被補風機或送風機吸入從而造成污染。

另外設置機械排煙時，為了防止火災沿管道蔓延，需要在重要的位置設置排煙防火閥，以便在火災蔓延時，及時關閉通道，避免更大的損失。例如：垂直風管與每層水平風管交接處的水平管段上設置排煙防火閥可以防止火災從一個樓層蔓延至其他樓層； 一個排煙系統(tǒng)負擔多個防煙分區(qū)的排煙支管上設置排煙防火閥可以阻止火災在不同防煙分區(qū)內蔓延，最大程度控制火勢，減少損失等。

另外在設置機械排煙口時，可以將排煙口設置于風管上方，這樣可以最大程度將排煙口深入到儲煙倉根部，既可以增大單個風口的最大排煙量也可以避免排煙口距離儲煙倉下沿太近，排煙的同時吸入周圍空氣，使排煙效果變差。

不管是機械排煙還是機械加壓送風設計中，必須采用管道送風，避免直接應用混凝土風道，因為混凝土風道存在風量延程損耗大的問題，容易導致機械防煙排煙系統(tǒng)無法充分發(fā)揮作用甚至失效。所以應積極應用金屬送風管道確保管道的不可燃材質提高管道送風水平。與此同時，可以在土建風道內安裝內襯風管，但需要提前預留好安裝內襯風管的條件和空間，要根據(jù)防排煙系統(tǒng)的實際運行需要和防排煙系統(tǒng)的規(guī)范需求，預留好風管安裝的最小空間，確保內襯風管能夠充分發(fā)揮其作用，另外排煙口和送風口的及其管道內的風速都應該控制在合適范圍之內，既金屬管道內風速不應超過20m/s，非金屬管道風速不應超過15m/s，排煙口的風速不應大于10m/s，送風口的風速不應大于7m/s。

4、防排煙系統(tǒng)水平提升對策

4.1 強化設計人員的專業(yè)能力和素質

防排煙設計水平的全面提升，設計人員始終發(fā)揮著重要的作用，因此需要進一步強化設計人員的專業(yè)能力和素質。不論是建筑設計規(guī)劃還是防排煙系統(tǒng)規(guī)劃，相關設計人員是直接參與者也是工作的主導者，其自身工作質量水平直接影響建筑防排煙效果，因此需要著重提升設計人員的專業(yè)素質能力和思想認識。首先，在專業(yè)素質中可以優(yōu)先選擇防排煙設計經(jīng)驗豐富，專業(yè)技能水平強的人員進行規(guī)劃和設計，也可以配套出臺設計人員選拔制度，確保參與防排煙系統(tǒng)設計人員擁有與工作需求相匹配的專業(yè)知識和能力體系。其次，需要對現(xiàn)有設計人員的工作水平進行全面的監(jiān)督和指導，可以在日常工作之余讓設計人員積極學習各類新興技術和設計方法，參與不同類型的培訓論壇和講座等等，在日常設計中積極開展中思，切實提高工作的主動性和積極性。而設計人員自身也需要不斷提高對統(tǒng)防排煙設計的重要性認識，始終保持嚴肅認真的工作態(tài)度，切實提高防排煙系統(tǒng)設計的作用和價值。

4.2 全面規(guī)防排煙各個環(huán)節(jié)

要進一步規(guī)范防排煙各個環(huán)節(jié)，作為建筑的建設單位和施工單位，都需要對環(huán)節(jié)進行全面的把控和了解，確保設計能夠與國家當前規(guī)范及要求內容相符合，如果涉及工作中出現(xiàn)了問題，也能第一時間進行發(fā)現(xiàn)和解決。在現(xiàn)有消防系統(tǒng)規(guī)劃和施工設計中，防排煙系統(tǒng)是重中之重，甚至直接影響了建筑內部的消防安全水平，因此防排煙系統(tǒng)設計需要具備專業(yè)化圖紙，為后期的施工操作進行必要的幫助與指導。除此之外，也可以根據(jù)防排煙系統(tǒng)的相關設計內容、施工技術等做好技術交底，并針對具體的設計內容進行全方位考察，全面了解建筑所處地區(qū)的自然風情況、氣候條件等諸多因素，為防排煙系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和規(guī)劃運算奠定良好的數(shù)據(jù)基礎。

4.3 嚴格執(zhí)行設計與施工監(jiān)督管理

防排煙系統(tǒng)水平的提升不僅需要明確設計工作的重要價值，同樣也需要強化設計與施工領域的監(jiān)督與管理。當相關設計要素完成之后，需要積極采購防排煙系統(tǒng)相關材料和機械設備，現(xiàn)場管理人員需要對防排煙系統(tǒng)材料和設備進行全面的質量驗收，避免不合格材料流入施工現(xiàn)場之中。另一方面，很多防排煙系統(tǒng)設計內容為隱蔽性工程，因此為了進一步凸顯設計層面的質量和水平，需要對此類隱蔽工程進行全面的施工監(jiān)督和施工質量保障，做好防排煙系統(tǒng)施工內容的驗收，也可以進行試運行檢查，如果在試運行期間發(fā)現(xiàn)了問題和隱患，要協(xié)調專業(yè)設計人員和施工人員進行全面調試和解決，避免建筑投入使用之后，現(xiàn)有暖通空調防排煙設計無法充分發(fā)揮其作用。

總結：

綜上所述，在現(xiàn)代化建筑設計領域中，越發(fā)重視人民群眾的日常生活需求，旨在打造更加舒適、安全的生活和活動空間，暖通空調系統(tǒng)始終發(fā)揮著決定性的作用，同樣也與人民群眾的生命安全緊密聯(lián)系。在進行暖通空調系統(tǒng)設計中，需要站在建筑整體的角度進行防排煙系統(tǒng)的全面規(guī)劃。要充分明確暖通空調系統(tǒng)防排煙設計的作用和價值，明確防排煙設計中存在的問題及隱患，并根據(jù)防排煙設計的內容進行合理有效地規(guī)范，通過強化設計人員專業(yè)能力與素質等必要的方法提高暖通空調防排煙設計水平。希望通過本文的研究能夠為我國建筑設計以及暖通空調系統(tǒng)防排煙設計水平的提高奠定良好基礎。