建筑管道排煙系統設計要點探究

張蕊 程曉敏 武華勝 龐敏 孫路 李明躍

摘 要： 通過對建筑管道排煙系統設計的要點進行探究，包括建筑特點和使用需求分析、系統設計和計算方法應用、施工過程中的注意事項、設備安裝和連接方式、煙氣產生量和速度的計算、風機選型和功率計算、定期檢查和清潔、故障排除和維修方法、系統更新和升級的考慮等內容。通過案例分析，將理論知識與實際工程相結合，深入探討了建筑管道排煙系統設計的關鍵要點。

關鍵詞： 建筑排煙系統 設計要點 建筑管道 案例分析

中圖分類號： TU834文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）03-0065-03

Exploration of Key Points in the Design of the Smoke Exhaust System of Building Pipes

ZHANG Rui CHENG Xiaomin WU Huasheng PANG Min SUN Lu LI Mingyue

Anhui Provincial Institute of Product Quality Supervision and Inspection， Hefei， Anhui Province， 230051 China

Abstract： This article explores key points in the design of the smoke exhaust system of building pipes， including the analysis of building characteristics and usage requirements， the application of system design and calculation methods， precautions during construction， equipment installation and connection methods， the calculation of smoke output and speed， the selection and power calculation of fans， regular inspection and cleaning， troubleshooting and mainte‐nance methods， the consideration of system updates and other aspects. Through case analysis， this article combines theoretical knowledge with practical engineering， and deeply explores key points in the design of the smoke exhaust system of building pipes.

Key Words： Architectural smoke exhaust system； Key points in design； Building pipe； Case analysis

建筑排煙系統作為火災安全的重要組成部分，對于保障人員疏散和減少火災損失具有重要意義。然而，在建筑排煙系統的設計過程中，需要考慮眾多因素，并且要符合相關法規和標準。本文旨在探究建筑管道排煙系統設計的關鍵要點，包括建筑特點和使用需求分析、系統設計和計算方法應用、施工過程中的注意事項、設備安裝和連接方式、煙氣產生量和速度的計算、風機選型和功率計算、定期檢查和清潔、故障排除和維修方法、系統更新和升級的考慮。

1 建筑管道排煙系統的背景和重要性

1.1 建筑管道排煙系統的定義和作用

建筑管道排煙系統是指為了保障火災發生時人員疏散通道暢通，迅速排除煙霧而設計的系統。它由煙道、排煙風機、煙氣壓力控制裝置等組成，通過合理布置煙道和設置排煙口，將火災產生的有毒煙霧從室內排放到室外，以確保人員安全逃生。

1.2 建筑管道排煙系統在火災安全中的重要性

建筑管道排煙系統在火災安全中扮演著至關重要的角色。首先，它能夠快速排除煙霧，減少火場煙霧濃度，提供清晰的視線，有助于人員疏散和消防員進行滅火救援工作。其次，建筑管道排煙系統可以保持疏散通道暢通，確保人員迅速有序地撤離火災現場，降低人員傷亡的風險[1]。此外，它還能防止煙霧通過樓梯井、走廊等傳播到其他樓層或房間，避免火勢蔓延，保護整個建筑物的安全。

2 建筑管道排煙系統的設計原則

2.1 符合相關法規和標準

建筑管道排煙系統的設計必須符合國家和地方相關的法規和標準。這些法規和標準規定了排煙系統的基本要求、設計參數以及安全性能等，包括建筑消防設施設計規范、建筑防火技術規范等。確保設計符合法規和標準可以提高排煙系統的可靠性和安全性，有效預防火災和人員傷亡。

2.2 考慮建筑特點和使用需求

在設計建筑管道排煙系統時，需要充分考慮建筑的特點和使用需求，包括建筑的結構類型、平面布局、高度、功能分區等因素。不同類型的建筑對排煙系統的要求會有所不同，例如：高層建筑需要考慮排煙風機的揚程和風量，大跨度建筑需要考慮煙道的布置和連接方式等。同時，還需根據建筑的使用需求確定排煙系統的設計參數，如排煙口的數量和位置、煙道尺寸等。

2.3 確保人員疏散和消防通道暢通

建筑管道排煙系統的設計應確保人員疏散和消防通道的暢通。排煙系統需要合理布置，使煙氣能夠快速排出建筑物，不妨礙人員疏散通道的使用。排煙口和通風口的位置應考慮人員逃生路徑和安全出口的位置，避免煙氣對人員逃生造成干擾。此外，還需設置相應的防火門、防火墻等措施，以保證消防通道的完整性和防火分隔效果。

2.4 保證排煙效果和控制煙氣擴散

建筑管道排煙系統的設計要保證良好的排煙效果和控制煙氣擴散。為此，需要根據火災情況計算煙氣產生量和速度，確定合適的排煙風機類型、數量和功率。同時，煙道的尺寸和材料選擇也需符合相關要求，以確保排煙效果的達到預期。此外，還需要考慮煙氣在排煙過程中的流動特性，采取合適的導煙措施，有效控制煙氣的傳播范圍和影響。

2.5 合理利用自然通風和機械通風方式

在建筑管道排煙系統的設計中，應充分利用自然通風和機械通風方式。自然通風是指利用自然氣流通過煙道、通風口等實現排煙的方式，具有無能耗、無噪聲等優點；機械通風則依靠排煙風機等設備提供動力，增強排煙效果。綜合考慮建筑特點、使用需求和經濟性等因素，在設計中合理選擇自然通風和機械通風方式，并適當組合，以達到最佳的排煙效果和經濟效益[2]。

3 建筑管道排煙系統的組成和構造

3.1 主要組件：排煙風機、煙氣管道、煙氣壓力控制裝置等

建筑管道排煙系統由多個主要組件組成，包括排煙風機、煙氣管道、煙氣壓力控制裝置等。排煙風機是整個系統的核心部件，通過產生負壓將煙氣從火災現場排出建筑物。煙氣管道作為煙氣的傳輸通道，將煙霧從起火點引導到室外。煙氣壓力控制裝置用于控制煙氣的流動方向和速度，確保排煙效果的有效性。

3.2 管道布置和連接方式

管道布置需要根據建筑的特點和使用需求，在適當位置設置煙道和煙氣傳輸通道。布置時應盡量避免管道彎曲和阻塞，以確保煙氣暢通排放。此外，還需考慮管道連接方式的選擇，常見的連接方式有法蘭連接、螺紋連接和焊接連接等，選擇合適的連接方式可以確保管道的密封性和穩定性。

3.3 通風口和排煙出口位置設計

通風口應設置在建筑的高低位不同位置，以利用自然氣流進行排煙。排煙出口的位置應根據火災情況和人員疏散路徑確定，通常設于安全出口附近，確保人員撤離時不受煙霧影響[3]。在具體設計中，需要綜合考慮建筑的結構特點、消防要求和煙氣傳輸路徑等因素，合理確定通風口和排煙出口的數量和位置。

3.4 防火墻和隔煙門的設置

為了增強建筑管道排煙系統的防火性能，還需要設置防火墻和隔煙門。防火墻主要用于防止煙氣通過樓層和房間之間的傳播，將火災限制在起火區域，減少火勢蔓延的可能性。隔煙門則用于切斷煙氣的傳輸，將煙霧局限在一定范圍內，保證人員疏散通道的安全。防火墻和隔煙門的設置要符合相關法規和標準的要求，并與排煙系統的設計相協調。

4 建筑管道排煙系統的計算和設計方法

4.1 煙氣產生量和煙氣速度的計算方法

4.1.1 煙氣產生量的計算方法

（1）根據燃燒物質的質量或體積以及燃燒過程中的熱量釋放計算：假設某火災場景中燃燒的木材，其質量為100 kg，燃燒過程中釋放的熱量為20 MJ/kg。根據燃燒反應方程式可知，每單位質量的木材燃燒會產生固定的煙氣量（例如：對于木材，燃燒反應方程式表明每單位質量的木材燃燒會產生1.5 kg的煙氣）。因此，該火災會產生的煙氣量為100 kg×1.5 kg/kg=150 kg。

（2）根據燃燒產物的生成情況進行估算：假設某火災場景中燃燒的天然氣，根據其組成和燃燒反應方程式，可以得知每單位質量的天然氣燃燒會產生2.2 kg的煙氣。如果已知火災中燃燒的天然氣質量為50 kg，那么所產生的煙氣量為50 kg × 2.2 kg/kg = 110 kg。

4.1.2 煙氣速度的計算方法

（1）管道流動公式：假設煙道的截面積為1 m2，煙道內壓差為100 Pa，阻力系數為0.02。根據DarcyWeisbach公式，可以使用以下公式計算煙氣速度：

假設煙氣密度為1.2 kg/m3，代入上述數值進行計算，可以得到煙氣速度。

式（2）中：V為煙氣速度；Δp為測得的壓力差；ρ為煙氣密度。

（3）數值模擬方法：使用計算流體力學（CFD）軟件進行數值模擬，通過求解連續性方程、動量方程和能量方程等，可以得到煙氣速度分布的詳細信息。

4.2 風機選型和功率計算方法

4.2.1 風機選型方法

（1）煙道長度和阻力損失：假設煙道長度為10 m，阻力損失為500 Pa。根據經驗公式或風機性能數據，選擇適合的風機類型和型號。（2）所需排煙風量：假設建筑的使用類型為商業辦公樓，面積為1 000 m2，根據相關規范或經驗公式，估算所需的排煙風量為20 000 m3/h。（3）環境條件：假設環境溫度為25°C，濕度為50%，海拔高度為1 000 m。根據這些環境條件，選擇符合要求的風機。

4.2.2 風機功率計算方法

（1）靜壓計算：假設風機所需的靜壓為600 Pa，根據風機性能曲線或經驗數據，可以確定風機在該靜壓下的風量。根據所選風機的風量和靜壓，可以計算出風機的靜壓功率需求。（2）動壓計算：假設風機所需的動壓為300 Pa，根據風機性能曲線或經驗數據，可以確定風機在該動壓下的風量。根據所選風機的風量和動壓，可以計算出風機的動壓功率需求。（3）總功率計算：將靜壓功率需求和動壓功率需求相加，即可得到風機的總功率需求。

4.3 管道尺寸和材料選擇

建筑管道排煙系統的設計中，需要合理確定煙道的尺寸和材料。煙道尺寸的選擇應根據煙氣產生量和速度的計算結果，以及對煙道內部阻力和壓力損失的考慮。管道材料的選擇應根據其耐高溫、防腐蝕和密封性等特性。常見的煙道材料包括鍍鋅鋼板、不銹鋼、耐酸玻璃鋼等。除了常見的煙道材料，還有以下幾種材料可以作為煙道材料。（1）水泥：水泥在一些低溫度和低壓力環境下可用于制作煙道。然而，水泥在高溫和高壓力環境下可能會出現開裂和脫落的問題，因此需謹慎使用。（2）包覆玻璃棉或巖棉的復合管：這種煙道材料通常由內部金屬管道和外部包覆玻璃棉或巖棉的絕熱層組成[4-5]。它具有較好的保溫性能和耐高溫性能，適用于較高溫度的煙道。（3）涂刷防火涂料的金屬管：將金屬管道表面涂刷上特殊的防火涂料，以提高其耐火性能。這種材料通常用于需要額外的防火保護的煙道系統，可以有效減少火災風險。

5 建筑管道排煙系統的安裝和調試要點

5.1 施工過程中的注意事項

首先，確保施工人員具備相關技術資質，并按照相關法規和標準進行操作。其次，要對施工現場進行合理的布局和劃分，確保安全通道暢通。同時，在安裝過程中要注意防火措施的落實，避免在火災風險區域進行焊接等工藝。另外，還需嚴格執行施工圖紙和技術要求，確保各個組件的正確安裝和連接。

5.2 設備安裝和連接方式

在設備安裝方面，應根據設備的特點和使用要求進行合理布置，確保設備的穩定性和安全性。同時，還需要進行設備的電氣接線和防水處理，以確保設備能夠正常運行。在連接方式上，需要選擇適當的連接方式，如法蘭連接、螺紋連接和焊接連接等，保證連接緊密、密封可靠。

6 結語

本文對建筑管道排煙系統設計的關鍵要點進行了探究，涵蓋了從建筑特點和使用需求分析到系統安裝、運行和維護的全過程。通過深入研究和案例分析，得出了一系列設計原則和計算方法，以提高排煙系統的性能和可靠性。未來的研究方向可以進一步關注新技術的應用和系統智能化管理，以滿足不斷發展的建筑需求和火災安全要求，進一步提高建筑排煙系統的效果，確保人員和建筑物的安全。

參考文獻

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