民建中庭消防设施与运用

本文作者：陈晓晴 单位：福建省厦门市公安消防支队

庭院可简单的称之为面积较大的天井，也可称之为“内院”，是建筑的内部环境。同时为了有效区别于建筑内诸如敞开楼梯、自动扶梯、夹层等其它面积较小的共享方式，总结各种中庭建筑的共同特点，并参照美国规范（1981年版），我们不妨给中庭这样一个定义：中庭是短边长度不小于6m（或半径不小于6m），横截面积不小于100m2，且其共享层数不少于三层的带有顶盖的室内庭院。设有中庭的建筑称为中庭建筑。

中庭消防设施的设置

排烟的性能化判定标准一般包括：烟层高度、温度、CO体积分数、减光性等方面的具体数值。如NFPA指出烟气层高度要高于人行走高度的1.8m，温度要低于180℃，CO体积分数不能高于0.25%等。根据上述的各项安全参数，为排烟系统的设计提供了明确的依据。中庭火灾的特点是火势蔓延快、烟气扩散快、疏散困难，因此中庭的排烟系统对于控制烟气、保障疏散通道畅通有重要作用。排烟方式有自然排烟和机械排烟两种。对于净空高度不超过12m的中庭采用自然排烟方式，排烟口设置于顶部或中庭侧壁上部，并应设置方便开启的装置。当中庭内发生火灾时，开启排烟口，烟气依靠其浮升力从中庭上部排烟口排出。自然排烟方式的排烟量主要由排烟口的尺寸、烟气层的厚度和烟气温度决定，其中GB50016—2006《建筑防火设计规范》就规定中庭排烟口尺寸不应小于该中庭地面面积的5%。GB50045—95（2005年版）《高层民用建筑防火设计规范》（以下简称《高规》）规定不具备自然排烟条件或高度超过12m的中庭应采用机械排烟方式，而没有规定排烟口的设置位置。排烟量计算按照换气次数法进行确定。但早期火灾烟气在上升的过程中，受到温度分层环境或热分层环境、浮力因素的影响，难以突破热空气层从而有可能终止在某一高度，而不能到达顶篷，因此，机械排烟系统排烟口的位置设计应分析烟气的运动状态，多数工程案例中，具有采光功能的中庭排烟口一般设置在中庭侧壁上部，不具有采光功能的建筑中庭则通常设置在顶棚部位。对超高层建筑和地下大空间建筑的中庭则在较高侧壁上设置机械排口，在较低高度的侧壁设置正压送风口，控制烟气扩散至与中庭连通的区域，帮助烟气向上运动至排烟口。需要注意的是排烟风机的排烟量并非越大越好。排烟量过大，可能使初始烟气层变薄，则排烟风机可能排走烟气层以下洁净区或邻室区的空气，以致于降低了排烟风机的排烟效率，最终导致了烟气层下降至设计高度以下，使人员暴露在烟气中，不利于安全疏散。

目前国家标准规范只明确要求回廊应设喷淋系统，没有明确针对中庭建筑应设置何种消防灭火系统的规定。闭式喷水灭火系统设置不超过12m，然而目前我国大多数中庭的高度超过12M，必须采用雨淋系统、固定消防炮系统、消防水枪等灭火设施。雨淋系统控制火灾蔓延效果好，但是系统造价高，用水量大，投资较大。在实际工程应用中较多的是固定消防炮，一般设置在中庭侧壁中上部不易被遮挡的突出部位。消防炮系统利用可视化图像探测方法，可实现对火源定点灭火的功能，增强了灭火的准确性和有效性。消防水炮系统具有用水量少、灭火效果好、管线简单的特点，虽然一次性投资稍大，但维护管理方便、费用低，还可以实现自动感应火灾，远程控制方向，联动设备等功能。

《高层民用建筑设计规范》中只规定中庭每层回廊应设置火灾自动报警系统，未规定中庭建筑设置火灾探测报警系统，现行的《火灾自动报警系统设计规范》中也没有提及适合中庭建筑使用的火灾自动报警系统。由于缺乏相关的防火设计规范，给中庭建筑内火灾探测设计带来了难题。通过对线型红外光束感烟火灾探测器、点型红外火焰探测器、吸气式感烟火灾探测器、图像型火焰探测器等设备的实验，发现吸气式感烟探测器较线型光束感烟探测器报警时间提早1-2分钟，有时提早5-7分钟，而线型感烟探测器受安装位置和烟雾量影响，有的不报警。吸气式感烟火灾探测器应作为中庭火灾探测的首选，通过大量的实验发现，除酒精是明火无烟，其它实验吸气式感烟火灾探测器均能有效探测，采用垂直布管方式，管路布置在中庭周围立柱墙壁上，不但可以保护中庭首层，而且可以对于中庭相通楼层的火情进行辅助监测。适时选用火焰探测器，在有明火发生时，火焰探测器报警时间要比吸气式感烟火灾探测器报警时间提前2~3min，比线型光束感烟火灾探测器报警时间提前5—7min以上。因此，可在中庭内设置火焰探测器，如发生明火，可以提早探测火灾。由于中庭建筑形式多数被大型商场、会展中心所采用，中庭内阳光、照明演出灯光、烟气、热体辐射等环境干扰的因素较多，火灾探测器容易产生误报警，建议在商场、会展中心等中庭建筑中可以采用视频图像型火焰探测器用于对中庭首层的保护，可以在探测器报警后通过视频图像进行确认，既保证了火灾探测的可靠性和及时性，也可以降低系统工程成本。

中庭结构的耐火极限

除了要对建筑整体作统一的防火设计外，还应充分考虑各种类型的中庭结构本身的消防安全。中庭钢结构构件主要承受的是采光玻璃，对其所需的耐火极限应根据中庭在建筑物中的位置，中庭内火灾荷载的大小，以及钢结构对主体建筑的影响提出不同的要求。对于中庭上部就是主体高层建筑的，其钢结构的耐火极限应不小于1.5h（参照楼板的耐火极限要求），采光玻璃也应为1h以上的防火玻璃，对于展览馆、商场等火灾荷载较大的建筑中的中庭，其钢结构耐火极限应高些，而办公楼，宾馆等建筑的中庭，其钢结构耐火极限要求可适当降低。长廊式中庭，封闭式中庭，其钢结构可不予保护。目前经常使用的中庭钢结构保护措施有两种：主动措施。于中庭建筑结构之上设置喷淋系统，火灾情况下对结构实施冷却保护。但有一点需要提醒注意的，根据中庭火灾案例的分析（美国哥伦比亚特区中心IMF大楼中庭火灾）对于设置了喷淋系统保护的中庭在考虑其应具有充分的排烟量的同时，还应于中庭顶棚部分设计有效的“贮烟”空间。否则，火灾情况下喷淋设备会因其周围空间温度达不到动作温度而无法自动打开。被动措施。于结构上外包不燃烧材料或做防火涂料的喷涂处理，使结构达到不小于1.0h的耐火极限。相比之下这种措施更为安全有效和方便易行。

结语

采取以上各方面的措施，可以保证在发生火灾时，烟雾探测器感测烟雾，并报警，促使喷水设备立即启动，机械送风与排烟系统随之启动，对中庭建筑内的烟气进行排除。整个系统可由手动启动，辅以自动喷水系统，采取有效的分隔措施与中庭内部钢结构构件保护的并用，中庭建筑防火安全能基本得以解决。