论文部分内容阅读
摘 要 烟气是高层建筑火灾中造成人员伤亡的重要“杀手”。本文主要介绍了高层建筑火灾特点及高层建筑防排烟设计存在的问题，并从防排烟部位、防排烟分区划分、防排烟方式的设计进行了高层建筑中防排烟系统的设计。
关键词 高层建筑；防排烟；排烟设计
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)121-0152-01
近年来，随着我国城市建设的迅猛发展及建筑业的快速发展，一种具有占地面积小、大型化、高层化和多功能化等特点的高层建筑在城市建设中的应用越来越多。由于高层建筑受烟囱效应作用影响，一旦发生火灾，其火灾所带来的危害和后果要比普通建筑严重得更多。而在火灾发生过程中，受烟气危害直接造成人员死亡的比例要占总因素的80%，因此，当高层建筑发生火灾时，如何保证其少产烟气或者不产生烟气，并将火灾烟气控制在一定的空间且以最快的限度将其排除到安全空间，即如何设计出一个最好的防排烟系统方案是高层建筑防火设计的一个重要问题。
1 火灾发生特点
高层建筑火灾具有以下几个特点：1）火势蔓延快，根据相关测算可知，火灾造成的烟气在水平向扩散速度为0.5 m/s-3 m/s，而沿楼期间和竖向关境扩散速度可达3 m/s-4 m/s。如果一座100 m高的建筑未对其各种竖向井道进行防火分隔或防火处理不好，那么火灾产生的烟气可在30 s内扩散到顶层。2）烟囱效应，易形成立体火灾。火灾烟囪效益易在高层建筑的竖向管井、玻璃幕墙缝隙、共享空间等部位产生，并加快烟、火的蔓延速度，一般水平方向可达0.5 m/s-0.8 m/s，垂直方向可达
3 m/s-4 m/s。同时，火灾的蔓延途径还有沿外墙窗口向上升腾、弯曲，更甚者还会跳跃式向上蔓延，并可能会引起邻近建筑物燃烧。而当室内温度随燃烧时间的持续达到600 ℃以上时，可能会在有外部新鲜空气进入的情况下而发生爆炸。3）疏散困难，扑救难度大。
2 高层建筑防排烟系统设计
目前，我国部分高层建筑防排烟设计存在着几个问题：1）自然排烟窗的开窗面积达不到《高规》中的相关规范要求。2）某些封闭的楼梯间在不具备自然排烟条件的情况下也未采取相应的防烟设计。3）防排烟风机的配电与规范要求不相符合。4）排烟阀安装位置不对等。而影响防排烟系统的因素主要有烟囱效应、浮力、扩散力、风力和空调系统。因而，在进行防排烟系统设计时，应先设置防排烟系统的部位和最合适的防排烟系统。
2.1 防排烟部位地确定
在《高层民用建筑设计防火规范》中就有对高层建筑防排烟部位进行了规定，即除体育馆、会馆、剧院等高度超过24 m的单层主体建筑，所有10层以上（包括10层）的居住建筑和扩建或改建的民用建筑及与此类高层建筑相连的裙房都应在楼梯间、前室、消费电梯前室或合用前室等部位设置排烟系统。另外，防排烟部位还有高层建筑的中庭、人员停留较频繁的场所、封闭的避难层、可燃物较多的地下室及一类高层建筑和高度超过32 m的二类高层建筑的长度在20 m以上的内走道和停留人员较多、可燃物较多且面积超过100 m2的房间等，这些部位都应设置相应的防排烟系统。
2.2 防烟分区地划分
高层建筑防烟分区划分方法主要有按用途划分、按面积划分和按方向划分三种。按用途划分是指根据建筑物中办公室、卫生间、起居室、厨房及客房灯每个部分的不同功能来对其进行防烟分区的划分，这样的划分方法既合适又方便。而在国外，最常用到的划分方法是先将高层建筑划分为停车库、办公用房或居住用房、电梯、电梯前室、楼梯、疏散通道等，然而将各个划分部分作为防烟分区；按面积划分是指将建筑内面积划分为若干基准防烟分区。而为了各层的防烟分区能采用一套防排烟设备并加以连贯，即使防烟分区的形状和用途不同，但它们的面积却必须是一致的；按方向划分是指结合高层建筑中上层部分与底层部分用途的不同，根据各个房间的用途先沿垂直方向按楼层划分防烟分区，再沿水平方向按面积划分。
2.3 防排烟方式地确定
近年来，国内外较为常用的防排烟方式主要有自然防排烟、加压送风防排烟和机械防排烟三种。
2.3.1 自然防排烟
自然防排烟方式是没有机械通风设备，主要靠的是自然力的作用，来使防烟楼梯间和消费电梯内不受火灾产生烟气地入侵。该方式具有简单易行、造价低、经济且不受电源中断影响等优点。但该方式的防排烟效果会受到室外风向、风俗、气温和所在楼层等因素的影响，不过只要设计过程中处理正确，还是能起到一定的作用。该方法主要是在靠建筑物外墙、阳台或凹廊、前室开窗排烟的防烟楼梯间及不靠外墙的防烟楼梯间等处设置排烟竖井和过风竖井类的室外防烟楼梯间。
2.3.2 加压送风防排烟
加压送风防排烟的主要目的是防止火灾产生的烟气在开关门期间侵入到疏通管道内，造成人员伤亡。工作原理是在关门时，要确保疏通管道内的压力要比相邻空间的压力大，而关门时，维持门断面上的断面
风速。
加压送风量地计算：根据国内外的多年实践经验，关门时防排烟部位达到正压水平的送风量可根据以下公式进行计算：
Qj=KAj△P1/n
其中，K是指正压送风系数（常温下一般去0.839），Aj为正压系统所有气流通路计算流通面积（m2），△P是指正压间与非正压间的压力差（一般取30 Pa-40 Pa），n为数系数（对于孔口、门缝或窗等极狭窄的缝隙分别去2.0和1.6）。
2.3.3 机械防排烟
机械防排烟方法顾名思义需要用到专门的通风机、自动控制装置和可靠电源等进行强制防排烟。即使它造价及维护管理的费用比较高，但其具有所占空间小、排烟效果稳定、不受室外气象条件影响等特点，故该方法经常被采用。机械防排烟的工作方式有局部排烟方式和集中排烟方式两种，前者是有给个需要排烟部位设置的独立排烟机直接进行排烟；后者是需要由多种设备组成才能进行排烟。
在选择机械防排烟系统的排烟量时，应根据具体情况选择合适的排烟量，一般一个防烟分区排烟或净空高度在6 m以上的不划分防烟分区，排烟量应按每平方米不小于60 m3/h计算；负担两个以上（包括两个）排烟分区的排烟量每平方米应按120 m3/h以上计算等。另外，在布置排烟口时，应特别注意：1）排烟管道采用的材料必须是非燃料材料。2）机械排烟的地下室应于送风系统同时设置，且送风量应大于排烟量的50%。3）机械排烟系统与通风、空调系统分开设置。4）走道的机械排烟系统应竖向设置。5）应在顶棚或靠近顶棚墙面设置排烟口。
3 结论
总之，对于高层建筑的防排烟设计，若中途出现不当，那么将可能带来灾难性的后果和巨大的经济损失。随着我国建筑高层化的发展趋势，高层建筑的防排烟系统设计将面临着新的问题与挑战，因而，设计人员必须严格按照相关规范进行设计、科学合理地设置防排烟系统，保证人员安全疏散和火灾扑救，使损失达到最小化。
参考文献
[1]杜红.防排烟工程[M].北京:中国人民公安大学出版社,2003.
[2]GB 50045-95高层民用建筑设计防火规范(2005版)[S].
[3]李耕勤,戴强.高层建筑防排烟系统设计分析与探讨[J].中国科技信息,2008.
作者简介
王小翔（1986—），男，江苏宿迁人，学历：本科，职称：助理工程师，主要研究方向：消防工程。
关键词 高层建筑；防排烟；排烟设计
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)121-0152-01
近年来，随着我国城市建设的迅猛发展及建筑业的快速发展，一种具有占地面积小、大型化、高层化和多功能化等特点的高层建筑在城市建设中的应用越来越多。由于高层建筑受烟囱效应作用影响，一旦发生火灾，其火灾所带来的危害和后果要比普通建筑严重得更多。而在火灾发生过程中，受烟气危害直接造成人员死亡的比例要占总因素的80%，因此，当高层建筑发生火灾时，如何保证其少产烟气或者不产生烟气，并将火灾烟气控制在一定的空间且以最快的限度将其排除到安全空间，即如何设计出一个最好的防排烟系统方案是高层建筑防火设计的一个重要问题。
1 火灾发生特点
高层建筑火灾具有以下几个特点：1）火势蔓延快，根据相关测算可知，火灾造成的烟气在水平向扩散速度为0.5 m/s-3 m/s，而沿楼期间和竖向关境扩散速度可达3 m/s-4 m/s。如果一座100 m高的建筑未对其各种竖向井道进行防火分隔或防火处理不好，那么火灾产生的烟气可在30 s内扩散到顶层。2）烟囱效应，易形成立体火灾。火灾烟囪效益易在高层建筑的竖向管井、玻璃幕墙缝隙、共享空间等部位产生，并加快烟、火的蔓延速度，一般水平方向可达0.5 m/s-0.8 m/s，垂直方向可达
3 m/s-4 m/s。同时，火灾的蔓延途径还有沿外墙窗口向上升腾、弯曲，更甚者还会跳跃式向上蔓延，并可能会引起邻近建筑物燃烧。而当室内温度随燃烧时间的持续达到600 ℃以上时，可能会在有外部新鲜空气进入的情况下而发生爆炸。3）疏散困难，扑救难度大。
2 高层建筑防排烟系统设计
目前，我国部分高层建筑防排烟设计存在着几个问题：1）自然排烟窗的开窗面积达不到《高规》中的相关规范要求。2）某些封闭的楼梯间在不具备自然排烟条件的情况下也未采取相应的防烟设计。3）防排烟风机的配电与规范要求不相符合。4）排烟阀安装位置不对等。而影响防排烟系统的因素主要有烟囱效应、浮力、扩散力、风力和空调系统。因而，在进行防排烟系统设计时，应先设置防排烟系统的部位和最合适的防排烟系统。
2.1 防排烟部位地确定
在《高层民用建筑设计防火规范》中就有对高层建筑防排烟部位进行了规定，即除体育馆、会馆、剧院等高度超过24 m的单层主体建筑，所有10层以上（包括10层）的居住建筑和扩建或改建的民用建筑及与此类高层建筑相连的裙房都应在楼梯间、前室、消费电梯前室或合用前室等部位设置排烟系统。另外，防排烟部位还有高层建筑的中庭、人员停留较频繁的场所、封闭的避难层、可燃物较多的地下室及一类高层建筑和高度超过32 m的二类高层建筑的长度在20 m以上的内走道和停留人员较多、可燃物较多且面积超过100 m2的房间等，这些部位都应设置相应的防排烟系统。
2.2 防烟分区地划分
高层建筑防烟分区划分方法主要有按用途划分、按面积划分和按方向划分三种。按用途划分是指根据建筑物中办公室、卫生间、起居室、厨房及客房灯每个部分的不同功能来对其进行防烟分区的划分，这样的划分方法既合适又方便。而在国外，最常用到的划分方法是先将高层建筑划分为停车库、办公用房或居住用房、电梯、电梯前室、楼梯、疏散通道等，然而将各个划分部分作为防烟分区；按面积划分是指将建筑内面积划分为若干基准防烟分区。而为了各层的防烟分区能采用一套防排烟设备并加以连贯，即使防烟分区的形状和用途不同，但它们的面积却必须是一致的；按方向划分是指结合高层建筑中上层部分与底层部分用途的不同，根据各个房间的用途先沿垂直方向按楼层划分防烟分区，再沿水平方向按面积划分。
2.3 防排烟方式地确定
近年来，国内外较为常用的防排烟方式主要有自然防排烟、加压送风防排烟和机械防排烟三种。
2.3.1 自然防排烟
自然防排烟方式是没有机械通风设备，主要靠的是自然力的作用，来使防烟楼梯间和消费电梯内不受火灾产生烟气地入侵。该方式具有简单易行、造价低、经济且不受电源中断影响等优点。但该方式的防排烟效果会受到室外风向、风俗、气温和所在楼层等因素的影响，不过只要设计过程中处理正确，还是能起到一定的作用。该方法主要是在靠建筑物外墙、阳台或凹廊、前室开窗排烟的防烟楼梯间及不靠外墙的防烟楼梯间等处设置排烟竖井和过风竖井类的室外防烟楼梯间。
2.3.2 加压送风防排烟
加压送风防排烟的主要目的是防止火灾产生的烟气在开关门期间侵入到疏通管道内，造成人员伤亡。工作原理是在关门时，要确保疏通管道内的压力要比相邻空间的压力大，而关门时，维持门断面上的断面
风速。
加压送风量地计算：根据国内外的多年实践经验，关门时防排烟部位达到正压水平的送风量可根据以下公式进行计算：
Qj=KAj△P1/n
其中，K是指正压送风系数（常温下一般去0.839），Aj为正压系统所有气流通路计算流通面积（m2），△P是指正压间与非正压间的压力差（一般取30 Pa-40 Pa），n为数系数（对于孔口、门缝或窗等极狭窄的缝隙分别去2.0和1.6）。
2.3.3 机械防排烟
机械防排烟方法顾名思义需要用到专门的通风机、自动控制装置和可靠电源等进行强制防排烟。即使它造价及维护管理的费用比较高，但其具有所占空间小、排烟效果稳定、不受室外气象条件影响等特点，故该方法经常被采用。机械防排烟的工作方式有局部排烟方式和集中排烟方式两种，前者是有给个需要排烟部位设置的独立排烟机直接进行排烟；后者是需要由多种设备组成才能进行排烟。
在选择机械防排烟系统的排烟量时，应根据具体情况选择合适的排烟量，一般一个防烟分区排烟或净空高度在6 m以上的不划分防烟分区，排烟量应按每平方米不小于60 m3/h计算；负担两个以上（包括两个）排烟分区的排烟量每平方米应按120 m3/h以上计算等。另外，在布置排烟口时，应特别注意：1）排烟管道采用的材料必须是非燃料材料。2）机械排烟的地下室应于送风系统同时设置，且送风量应大于排烟量的50%。3）机械排烟系统与通风、空调系统分开设置。4）走道的机械排烟系统应竖向设置。5）应在顶棚或靠近顶棚墙面设置排烟口。
3 结论
总之，对于高层建筑的防排烟设计，若中途出现不当，那么将可能带来灾难性的后果和巨大的经济损失。随着我国建筑高层化的发展趋势，高层建筑的防排烟系统设计将面临着新的问题与挑战，因而，设计人员必须严格按照相关规范进行设计、科学合理地设置防排烟系统，保证人员安全疏散和火灾扑救，使损失达到最小化。
参考文献
[1]杜红.防排烟工程[M].北京:中国人民公安大学出版社,2003.
[2]GB 50045-95高层民用建筑设计防火规范(2005版)[S].
[3]李耕勤,戴强.高层建筑防排烟系统设计分析与探讨[J].中国科技信息,2008.
作者简介
王小翔（1986—），男，江苏宿迁人，学历：本科，职称：助理工程师，主要研究方向：消防工程。