建筑暖通空調防排煙設計常見問題分析

李晉芝

（太原理工大學建筑設計研究院有限公司，山西 太原 030024）

0 引言

現代社會對于建筑工程的各個層面均提出了更新的要求，暖通空調也成為人們生活中的重要組成部分。暖通空調中最關鍵的部分是防排煙系統，該系統可在建筑發生火災事故時，第一時間輔助救援行動，為消防工作爭取更多的時間。但部分建筑單位或設計人員沒有對防排煙設計工作引起重視，導致在設計工作中出現了較多問題，為了解決這些問題，發揮出暖通空調自身的能效，需要設計人員深入研究防排煙設計，使建筑的消防安全性能有所提升。

1 建筑暖通空調系統的排煙模式

1.1 煙囪效應排煙

如果建筑內部發生了火災，其室內溫度會逐漸上升，使得室內外構成了溫度差，當這一溫度差到達一定數值后，便會對煙霧產生一種動力，這種動力排煙模式即為煙囪效應，在國外也叫“煙塔排煙”。在建筑暖通空調防排煙設計中，可采用煙囪效應排煙模式，通過在豎井產生的風力開展排煙工作。這種模式的優勢在于受室外氣候影響較小，外部環境因素對其產生的干擾也相對較低，設備簡單且投入成本少，無須使用其他動力設備，在我國現階段的建筑中應用廣泛。但其缺點是占地面積較大，而過大的占地面積必然會導致土地資源的浪費，對于建筑開發商來講成本過高。圖1為煙囪效應排煙原理。

圖1 煙囪效應排煙原理

1.2 機械設備排煙

機械設備排煙即使用排煙風機一類的機械設備，對建筑室內的煙霧進行排放，將室外的新鮮空氣引入至室內環境中。空氣是一種助燃物，若在建筑火災現場中，采用這一排煙模式之時容易造成火勢的加大，需要在運用該模式的情況下科學選擇地點。此模式的優勢在于可控程度高、效果明顯、穩定性強，與煙囪效應排煙模式相比，該模式可確保排煙區域的安全系數。但其缺點在于設計中要同時安裝排風機與送風機，兩種設備都價格昂貴、耗電量多，有時還會因為火災現場的高溫灼燒等原因，使得對機械設備的電力供應受到負面影響，降低了設備排煙的效率和質量。無論選擇何種排煙方式，都要依照建筑實際情況來決定，必須以保證人們的生命財產安全為核心標準[1]。

2 影響建筑排煙的煙霧流動因素

建筑中若發生了火災，便要立刻啟動排煙系統，保證建筑內所有人員擁有充足的撤離時間，但當前仍然具有較多因素，會對暖通空調的排煙效果產生不良影響。火災事故發生后，現場會產生較多有毒氣體，其會隨著氣流通向建筑內的每個角落，阻礙了人員的迅速撤離。火災現場的溫度較高，會讓現場同室外出現溫度差，導致室內外的壓力不均衡，產生煙囪效應，這一效應也是導致火災現場煙霧彌漫的重要原因之一。火災現場中，風力、風速等環境因素，會讓煙霧的蔓延速度難以得到控制和把握，若不能在短時間內處理，便會為現場救援工作的有序開展造成阻礙，也容易擴大火災的影響或發生爆炸事故等，威脅建筑與內部人員的安全[2]。表1為煙霧體積變化和流動速度與火災現場溫度的關系。

表1 煙霧體積變化和流動速度與火災現場溫度的關系

3 建筑暖通空調防排煙設計中存在的問題

3.1 排煙窗口的設計不科學

我國在建筑設計規范中，在排煙窗口的設計上提出了更高的要求，設計人員應主要將其設置于建筑上方，也要將開啟裝置合理布局，便于在火災發生時讓煙霧可朝著上方傳播，有利于于高效排出建筑上方的煙霧。但部分建筑未能在設計排煙窗口時，使其安排在建筑上方，容易造成人們快速疏散而忘記開啟裝置，難以真正發揮出其應有的價值。雖然一些建筑中的排煙系統和火警報警系統得到了整合，可實現在火災發生后自動開啟排煙窗口，但這一系統價格昂貴，使其無法在建筑中得到廣泛應用。部分設計人員缺少對建筑所在區域排煙裝置的了解，沒有按照標準流程、考慮實際施工中會存在的問題等，以此為標準進行合理設計，而單純以成本、美觀度等開展設計工作，或直接使用其他形式的天窗代替規范的自然排煙外窗等[3]。

3.2 送風口的設計不標準

在送風口設計上，我國較多建筑會使用豎向送風的機械排煙管道，搭配利用統一規格的百葉窗開口送風。但由于部分建筑單位沒有缺少對送風口管道內壁處理的管控，容易造成管道內部的不平整，有一些建筑單位尚未派遣專業人員定期對管道開展保養與維護工作，也會使其內壁出現腐蝕。設計人員在設計管道時若不夠合理，則會造成管道內部彎路較多、長度過長等問題，會對送風口的工作效果帶來不利影響。

3.3 防火閥的設計不合理

當建筑發生火災之時，耐火性良好的防火閥可將明火阻攔在一定范圍之外，可為消防工作的運行提供便捷。如果防火閥設計不合理，便會使其功能無法得到高效發揮，其中較為常見的問題是風機管道在防火隔離區域內，未能參考規范標準安裝規定數量的防火閥。由于防火閥的配置較為靈活，設計人員應依照具體情況開展工作，在排風機入口處也要設計防火閥，以獲得更好的排煙成效。而在送風管、補風管、加壓排煙管等通過防火隔離區域的位置上也應該安裝防火閥。

3.4 與其他專業的協調配合不足

暖通空調中的防排煙部分是建筑中的關鍵系統之一，其設計工作并非單獨展開，通常需要設計人員與其他專業協同合作，涵蓋了土木、工藝技術、電氣、結構等，各個專業之間具有相互支撐的關系，用以獲得理想的設計效果。但部分設計人員對專業配合的認識存在不足，使得最終的設計成效未能達到理想狀態。例如，在設計中出現了其他專業方案或圖紙的變化，而暖通空調防排煙設計卻未能加以調整，設計人員在調整前未能了解其他專業的設計意圖，便會存在設計調整不科學的問題。在設計工作中還會存在多個項目交叉的現象，若沒有對每次調整都做出正確判斷，待到方案定型后才發現存在的問題，此時再開展調整工作會給其他專業帶來影響。

4 建筑暖通空調防排煙設計的優化策略

4.1 完善自然排煙窗口的設計

在建筑暖通空調防排煙設計中，最科學的一種排煙方式便是自然排煙，需要設計人員明確建筑的結構、布局、風口等因素，為設計工作的開展夯實基礎。要求設計人員認識到自然排煙的重要性，在具體開展設計工作中充分利用自然排煙方式，結合具體的外窗類型，計算出開啟角度、確定開啟形式等，使外窗可開啟有效面積符合規范要求。還應當采取有效措施，對自然排煙窗口的設計加以完善，保證整體防排煙質量得到顯著提升。如果使用自然通風式的避難間，則必須設置不同朝向的可開啟外窗，其有效面積應超過地面面積的2%，每個朝向的面積控制在至少2m2，不可存在固定窗或內窗。

4.2 提高送風口設計的規范性

我國較多建筑使用固定百葉窗式的常開風口，作為主要的機械排煙系統送風口，但不同的建筑在送風口的設計方面具有差異性要求，若設計人員未能把握這些差異點，便會使送風口存在風速不等、風量不均等現象。部分設計人員將送風口和送風機間的距離安排較遠，容易造成整體的送風量較低，也會對防排煙的成效產生影響。要求建筑單位應參考建筑的具體情況，將其內部區域劃分為多個防排煙模塊，指定專業工作人員精準測量每個防排煙模塊的實際面積，用以確定和規劃送風口的安裝位置。在完成這些工序后，還需要對送風口的設計進行實驗，期間對計算結果進行記錄，成為設計人員調整送風口大小、位置的重要依據，有助于提高送風口設計的規范性，也使得機械送風系統的防排煙能效有所發揮[4]。

4.3 關注對防排煙防火閥的設計

作為防排煙系統中的重要組成部分，防火閥主要起到了開關、調節的作用，能夠將火災區域的通風系統空氣流動通路關閉，可安裝在暖通空調的調節系統、通風系統中，但由于施工條件、環境因素的影響，容易造成防火閥設計的不科學，致使防火閥不利于安裝或在投用后出現使用不便的問題。為此，設計人員應關注對防排煙防火閥的設計，在容易存在火災隱患的房間，以及危險程度較高的樓板、隔離墻位置，都要設計出符合安裝條件的防火閥。在水平、垂直方向的風管方面，在其交接位置也要為其安排防火用的消防管道空間。在空氣調節設備隔離樓板、穿越防火分區兩側、變形縫等位置上，也要科學設計防火閥。當防火閥投用后，設計人員應在排煙風機的機房位置，設置專用的排煙直管和防火閥，在穿越防火墻上方也要設計防火閥，有利于提高建筑的安全等級[5]。

4.4 使用信息技術重視與其他專業的配合

為解決暖通空調防排煙設計同其他專業配合的問題，設計人員可采用信息技術輔助專業間的協調工作，如采用建筑信息模型技術（building information modeling,BIM），其是一種三維工程建模軟件，圍繞建筑各項實際信息數據，可對建筑工程內的諸多子項目進行仿真模擬。BIM軟件可在具體開展設計工作時，利用計算機對設計方案展開立體式模擬，檢查設計方案中可能會存在的問題，突破了時空局限，便于設計人員隨時隨地利用各種類型客戶端中的看圖軟件查看模擬結果，再對其中存在的問題進行記錄后，使用計算機端中的BIM軟件及時調整設計方案，可規避各種交叉的發生。在使用BIM軟件之時，能夠達成設計方案的科學優化，通過協調多方確定解決問題的措施，使設計的合理性有所提高。此時需要設計人員全面收集建筑相關信息，以此為主要參考依據建立建筑整體的三維模型，以可視化的方式顯示出建筑內的空間結構關系，再建立暖通空調防排煙系統的三維模型，使其與其他專業模型互通后，便能達到多專業共同設計的目的。任何一個專業發生若干項變化后，防排煙系統的數據信息和三維模型也會自動做出調整，立即將調整后的結果反饋給設計人員，從根本上解決了以往專業協調不佳的問題。

4.5 科學設計防排煙風機

防排煙風機的作用在于消除消防管道內產生的煙霧，確保疏散通道內的空氣質量，通常由不可燃材料制作而成，常用的防排煙風機有離心式、軸流式兩種。經由風機對煙霧的排除，可減少建筑內的熱量，或把熱量傳導至不會發生火災的區域內，降低了煙霧對人體健康產生的威脅。任何類型的防排煙風機在設計中，都要確保其在輸送介質在小于85℃的情況下擁有10年的壽命，且在煙霧溫度為280℃的環境中，可連續工作至少0.5h。設計人員也要考慮到門窗的因素，其也能加快煙霧的排放速度。若建筑屬于高層建筑，設計人員便要將煤氣、電網等管線也加以考慮，了解建筑內的管線分布情況，預先設計好加壓式送風機。若排煙的凈空高度超過了9m，則會導致無法劃分出排煙區域，則要適當擴大排煙工作的范圍。高層建筑通常會安裝天窗，若在計算中加入了天窗的排煙量，可提高排煙速度計算。防排煙風機需要滿足系統風量、風壓的要求，應將其盡量安排在風機的高效運轉區域。如果建筑位于高原地區，由于海拔高度大、氣壓低且密度小的緣故，在防排煙風機設計過程中，便要考慮到當地大氣壓力的影響，在質量、流量、阻力相同的情況下，高原地區的風機風量和風壓都要高于平原地區。在具體施工過程中，設計人員應配合施工人員計算出排煙量，科學運用門窗等裝置，以此確定出最適宜的排煙方式。

5 結語

綜上所述，建筑中的暖通空調防排煙設計，與建筑的消防性能和用戶的使用體驗密切相關。因此，設計人員應牢牢把握各項設計要點，根據具體設計工作中存在的問題，結合實際制定出更具針對性的處理方案，將先進的設計理念和方法應用到各個設計環節中，才能提升暖通空調防排煙系統的有效性，使系統可以在火災事故發生時正常運行，最大限度上保障建筑和人員的安全。