淺談防排煙系統設計常見問題與對策

賀曉靜

（大同市建筑設計研究院集團有限公司，山西 大同 037000）

0 引言

發生火災之后，因為物品燃燒而產生的煙氣包含大量有害物質，在一定程度上加劇了火災的危險程度。防排煙系統不僅可以及時將火災煙氣排除，還能為消防救援與人員疏散予以必要保障，為此應對系統設計高度重視。可是因為設計工作相對復雜，加之防排煙系統會引用相關新工藝和新技術，大幅提升了系統設計難度。面對當前常見的系統設計問題，要求工作人員采取針對性的解決對策，從而優化系統性能。

1 設計基本原理

在一定的建筑空間范圍內，煙氣沉降的快慢和空間面積、火災規模息息相關，火源越大不僅會產生更多煙氣，而且沉降速度較快；越大的空間面積會蓄積更多煙量，使得沉降速度會變得緩慢。設計該系統的核心目的在于，通過限制煙氣生產或是對煙氣流動的控制，減少煙氣引發的危害。

防排煙系統分為防煙和排煙兩種形式。防煙是將煙氣封閉在一定范圍內，控制煙氣亂串，保證疏散通道暢通，無煙氣侵入。排煙的目的是將火災時產生的煙氣及時排除，通過防煙分區的劃分使煙氣在該防煙分區內活動并排走，避免煙氣向其他防煙分區擴散，為人員疏散及消防隊員滅火爭取時間[1]。

2 設計影響因素

防排煙系統設計能有效控制煙氣流動，為建筑內的人員疏散提供安全空間。在設計系統環節，應該分析煙氣來源與其影響的范圍。另外，應該考慮其余消防系統對設置防排煙帶來的影響，由此可見，設計防排煙系統本是集成優化多種消防系統的一個過程，而對系統設計造成影響的因素主要體現在以下方面。

2.1 消防滅火系統

當發生火災后，消防控制系統出現的一系列情況將干擾到防排煙系統的工作。例如，自動噴淋系統的啟動可以降低溫度，在一定水平上可以減小排煙熱浮升壓力，但這樣會造成煙霧層快速以及能見度的迅速降低，這就會降低了防排煙系統的效率，所以，火災發生后會啟動火災報警系統，報警系統聯動防排煙系統，防排煙系統迅速進入工作狀態，及時排走煙氣，保證疏散通道暢通。

2.2 火災發生位置

如果是在中庭或是空曠處發生火災，煙氣羽流因此不受限于建筑結構而體現出軸對稱型發展[2]。在熱浮升力的影響下煙氣上升到頂棚，會繼續向四面八方蔓延而漸漸堆積在空間內，那么大空間所發揮的蓄煙作用，能夠減緩對于室內人員的危害[2]。在頂棚安設的排煙系統，設備排煙量注意依據這一空間范圍內的煙氣儲蓄量以及火災發生規模而定。發生火災的位置如果靠近建筑中庭，煙氣很容易流進中庭，火災發生區域范圍內煙氣滯留量降低，此時應對排煙量酌情設定。

2.3 空調通風系統

這一系統在建筑發生火災時，能夠影響煙氣在建筑內的蔓延過程。局部空間發生火災之后，導致煙氣影響到未發生火災的空間。一般情況下，會先將空調通風系統關閉，防止煙氣向火災發生區域擴散。但是，當通風系統兼做排煙系統時，則會通過電氣控制切換系統模式，平時作為通風系統，而著火時作為排煙系統，此時僅通過閥門及電氣模塊的切換實現功能，并不關閉系統。誠然，這種設計方案會增加控制的復雜度，但此方案會減少管道設置，避免建筑凈高降低。

3 系統設計要點

某座商業綜合體面積是6.7 萬m2，建筑整體高度是42.2m，建筑設施的耐火等級是Ⅰ級。作為建筑設計關鍵環節的防排煙系統，合理設計該系統能為運營安全提供保障。設計建筑內完整的防排煙系統的基本內容包括：選擇合適的防排煙方式，合理劃分防煙分區，計算儲煙倉厚度和最小清晰高度，確定擋煙垂壁厚度，計算加壓送風量、排煙量、補風量、單個排煙口最大允許排煙量、自然排煙窗面積，合理布置消防機房、消防管道及風口的位置，計算消防系統的阻力，根據風量及阻力選擇風機，合理布置閥門及相關的附件。

3.1 設置合適的防煙形式

設置防煙系統的目的是在發生火災時，提供不受煙氣干擾的疏散路線和避難場所。按照我國制定的有關規范，在防煙樓梯間及其前室、消防電梯前室或合用前室、避難走道前室及避難層這些部位應設置加壓送風系統[3]。根據規范要求，能滿足自然通風的采用自然防煙方式，不滿足自然通風的采用機械加壓送風系統。機械加壓送風的部位必須使關閉的門對著火樓層保持一定的壓力差，同時應保證在打開加壓部位的門時，在門洞斷面處有足夠大的氣流速度，能有效阻止煙氣入侵，保證人員安全疏散與避難。機械加壓送風系統由加壓送風機、加壓送風管道、加壓送風口、防火閥等部件組成。加壓送風機應設置在專用機房內。加壓送風管道應采用內壁光滑的不燃材料制作，管道的壁厚及管道的耐火極限應滿足規范的要求。當管道的內壁為金屬時，其設計風速不應大于20m/s；當管道的內壁為非金屬時，其設計風速不應大于15m/s。加壓送風口的風速不宜大于7m/s。樓梯間的加壓送風口每隔2～3 層設一個常開式百葉風口，前室則每層設一個常閉式加壓送風口。

3.2 合理劃分防煙分區

隨著2018 年新版《建筑防煙排煙系統技術標準》的實施，防煙分區的劃分不僅有了面積的要求，而且對防煙分區最大長邊尺寸也有了要求，所以合理的劃分防煙分區，既可以有效的阻止煙氣擴散，又可以保證排煙效果，確保人員安全疏散。設置防煙分區時，如果面積過大，會使煙氣波及面積擴大，增加受災面，不利于安全疏散和撲救；如果面積過小，會影響建筑功能使用，還會提高工程造價[4]。防煙分區的劃分可以采用擋煙垂壁、隔墻或結構梁等具有一定耐火性能的不燃燒體。防煙分區一般根據建筑的功能、用途、面積、樓層等劃分。

3.3 選擇合適的排煙形式

排煙系統應根據建筑的使用功能、平面布局等因素選擇合適的方式。排煙的主要方式分為自然排煙和機械排煙，在滿足自然排煙的要求下優先選擇自然排煙系統，但是同一防煙分區應采用同一種排煙方式。

自然排煙系統的排煙窗一般分為多功能形式、百葉式以及單開式。多功能形式排煙窗相似于煙囪效應的建筑設計，能夠起到防雨和保護的功效；百葉式排煙窗安裝起來相對比較簡便，所以自然排煙系統一般采用百葉式；單開式排煙窗也能夠融合在玻璃幕墻，起到緊急排煙作用。在具體使用時，需要依據實際情況選擇合適的排煙窗。自然排煙窗的控制機構一般分為電力控制和氣動控制。電力控制的主要構件有排煙窗、耐火電纜及控制箱；而氣動控制的則是排煙窗、壓縮機等部分組成。在設計該系統時要結合建筑種類、消防要求等選擇控制機構。

機械排煙系統采用排煙風機強制排煙，該系統由排煙風機、排煙管道、排煙口、排煙防火閥等部件組成[5]。排煙管道應采用內壁光滑的不燃材料制作，管道的壁厚及管道的耐火極限應滿足規范的要求。當管道的內壁為金屬時，其設計風速不應大于20m/s；當管道的內壁為非金屬時，其設計風速不應大于15m/s。排煙口應設置在儲煙倉內，但當空間凈高不大于3m 時，排煙口可設在凈高一半以上。排煙口的設計風速不宜大于10m/s。排煙口的排煙量不應大于規范要求的最大允許排煙量。排煙口的設置需滿足防煙分區內任一點與最近排煙口的水平距離不超過30m。

3.4 合理設置補風系統

除了地上走道或者建筑面積小于500m2的房間外，設置排煙系統的場所均應設置補風系統。補風系統應與排煙系統聯動開啟或關閉[6]。補風系統分為自然補風系統和機械補風系統。補風量應不小于排煙量的50%。自然補風系統可采用除了防火門、窗外的外門和可開啟外窗。自然補風口的風速不宜大于3m/s。機械補風系統由補風機、補風管、補風口、防火閥等部件構成。補風機應設置在專用機房內。補風管道應采用內壁光滑的不燃材料制作，管道的壁厚及管道的耐火極限應滿足規范的要求。當管道的內壁為金屬時，其設計風速不應大于20m/s；當管道的內壁為非金屬時，其設計風速不應大于15m/s。機械補風口的風速不宜大于10m/s，但在人員密集場所的補風口風速不宜大于5m/s。當補風口與排煙口設置在同一空間內相鄰防煙分區時，補風口位置不限；但當補風口與排煙口設置在同一防煙分區時，補風口應設在清晰高度內。補風口與排煙口水平距離應不小于5m。

4 系統設計問題

4.1 機械排煙系統

設計排煙系統時，常見的機械排煙系統問題體現在以下兩點。

（1）未能合理設置排煙口。排煙口的設置宜使煙氣流動方向與人員疏散方向相反，但是往往在設計過程中，會因為排煙機房的位置、排煙管道的布置等問題而疏忽了這個問題，從而對排煙效果造成影響。

（2）未能選用合適的排煙風機。排煙風機屬于該系統設計的一項重點內容。為此，設計人員應該結合風量及風壓等參數，可實際上排煙風機的選用經常發生風量過高或是風量過低的問題，進而對排煙效果帶來影響。

4.2 自然排煙系統

設計排煙系統時，常見的自然排煙系統問題體現在以下兩點。

（1）未能合理設計自然排煙窗位置。自然排煙窗需要結合建筑具體情況綜合分析風壓作用、熱壓作用，在滿足上述要求的基礎上對其所在位置科學設計。根據規范要求，自然排煙窗需設置在儲煙倉內，且應設在排煙區域的較高部位，但通常從實際情況來看，建筑專業為了立面效果或使用功能，自然排煙窗的位置會偏低，容易導致很難順利將煙氣排出。

（2）未能合理設計排煙窗的面積。無論是推拉窗還是平開窗都屬于可開啟外窗。在設計開窗面積環節，一方面要嚴格依據有關標準，另一方面要考慮開啟角度及其形式，以此設計排煙窗面積。但是由于沒有合理設置開窗角度而影響到防排煙效果。

4.3 機械加壓送風系統

設計防煙系統時，常見的機械加壓送風系統問題體現在以下兩點。

（1）不合理的系統送風量。在規范標準中，明確提出系統應具備的送風量，可是在設計環節，時常發生送風量偏高或是偏低的現象。偏高的送風量會導致防煙區域壓力增大，這在一定程度上加大了開啟疏散門的難度；偏低的送風量會導致防煙區域壓力降低，使煙氣很難在防煙區被順利擴散。

（2）不合理的系統送風阻力。系統設計未能考慮排風口、多葉送風口等造成的風道阻力。由此，很有可能選擇設備風壓不足，進而對系統排煙效果帶來負面影響。

5 系統優化對策

5.1 排煙口科學設計

設置排煙口是建筑消防排煙系統的關鍵部分之一，所以必須合理設置排煙口。自然排煙系統中自然排煙窗的面積及位置必須滿足規范要求，在前期與建筑專業溝通時，盡可能將自然排煙窗設置在儲煙倉的高位，并且排煙窗的面積需考慮開啟角度，嚴格按照規范要求計算。機械排煙系統中排煙口的位置及單個排煙口的排煙量也應合理設計，排煙口的排煙量需根據房間凈高及功能和排煙口的尺寸及風速計算出排煙口最大允許排煙量，排煙口的位置也要合理選擇，排煙口應設在儲煙倉內，且宜設在頂棚或靠近頂棚的墻面上，排煙口與附近安全出口相鄰邊緣之間的水平距離不應小于1.5m，且需滿足防煙分區內任一點與最近排煙口的水平距離不超過30m，排煙口的設置宜使煙氣流動方向與人員疏散方向相反。

5.2 加壓送風量合理設計

有關送風量設計應該綜合考慮漏風量與送風量，以此保障最合適的加壓送風量。結合有關規范提出的防煙區正壓值，前室、封閉避難層與走道之間的壓差應為25～30Pa，樓梯間與走道之間壓差則要控制在40～50Pa，唯有滿足該要求才可以防止煙氣侵入。針對加壓送風量的計算而言，常見的方法為壓差法和風速法，其中，壓差法是指計算疏散通道區域內一定正壓值的實際送風量；風速法主要是打開疏散通道基礎上對維持門洞位置一定風速的送風量。結合國家頒布的有關標準，將所得計算結果乘以1.2 就能夠得到最終設計送風量。

6 結語

不合理的防排煙系統設計，很有可能產生嚴重后果并帶來難以預估的經濟損失。基于時代發展與建筑功能需求的增加，直接向防排煙系統設計發起艱巨挑戰。作為設計人員，應在設計環節嚴格依據具體的規范要求，保證系統的合理性與穩定性，由此充分發揮應有的功能作用，在減少損失的同時為人民群眾的生命安全提供保障。