高层建筑的防排烟设计问题分析

随着我国建筑行业的飞速发展，高层建筑在各城市如雨后春笋般兴起。高层建筑的建设不仅能提升城市的品质，还能为城市带来巨大的经济效益。但这些建筑结构复杂，装修材料多，易燃物品多，人员又密集，一旦发生火灾，将会造成严重的伤亡事故和巨大的经济损失。近年来，其例已屡见不鲜。因此建筑的消防安全及消防设计显得尤为重要，而防排烟设计是保证人员安全疏散及保障消防救援的关键所在。

一、高层建筑防排烟系统

1.高层建筑防排烟系统设计的重要意义高层建筑内结构复杂功能庞杂，火灾隐患较大，各种管道竖井，比如楼梯间、电梯井、新风排风的竖井等比较多，容易形成烟囱效应，在热压的作用下，火灾的烟气会迅速扩散。经过测试，火灾初期烟气在水平方向的扩散速度为0.3～0.4m，而在竖井中的扩散速度竟达3～4m/s.所以高层建筑一旦发生火灾，火势蔓延快，人员疏散不易，给扑救工作增加了难度。资料统计，高层建筑发生火灾后，造成人员严重伤亡事故的主要原因是烟气和高温。着火时需要消耗大量氧气，同时又产生大量烟气。烟气是可燃物燃烧后产生的颗粒物和废气，其中含有大量的CO和CO2，还有多种有毒有害的气体。火灾发生时人员因缺氧，又吸入高温烟气就会很快窒息死亡。烟气的大量扩散，使着火楼层的能见度大为降低，导致人员看不清出口的标识和出口。如果不及时控制，烟气会从着火区域到处蔓延，扩散到较远的区域，造成更多的人员伤亡。保证人员的安全是建筑防火设计的第一位，而防排烟的目的就是排除着火区域及走廊的火灾烟气，并阻止烟气进入防烟楼梯间、前室等安全区域，使这些受保护的区域，在一段时间内不受烟气侵害成为无烟区，为人员提供安全的疏散通道，并为消防扑救创造有利的条件，以保证生命财产的安全。2.高层建筑防排烟系统的设计方法（1）确定防烟，排烟部位在新的防火排烟规范还没有颁布之前，暖通专业消防通风的主要设计依据是《建筑设计防火规范》以及《高层民用建筑设计防火规范》。设计人员拿到一个新的项目，首先应与建筑专业落实项目的防火分类，以此确定项目需要防烟排烟的部位，是否满足自然排烟条件。对于高层住宅，主要是对不满足自然排烟条件的防烟楼梯间及合用前室的加压送风。除了核对防烟楼梯间及前室外，还要核对是否有无窗房间，是否有需要排烟的内走廊。（2）合理划分防烟分区对于高层公共建筑及其下的商业场所等，在满足规范要求需要机械排烟时，首先要对防火分区内的排烟区域划分防烟分区。防烟分区是为了控制层高小于6m的建筑发生火灾时烟气的蔓延和流动，一般采用挡烟垂壁、隔墙或从顶棚下突出不小于0.5m的梁等设施。防烟分区面积过小，排烟口增多，控制点增多，系统增多，会增加造价。防烟分区面积过大会使每个排烟口排烟量增大，排烟管径增大，影响层高，还会使高温烟气扩散的面积增大，受灾面积增大。所以应根据具体情况划分，每个防烟分区面积不宜超过500m2，并不应跨越防火分区。系统设置可采用竖向烟道垂直排烟。（3）加压送风量及排烟量的计算加压送风量加压送风量包括对加压空间的送风量，加压空间的漏风量。为防止烟气侵入，防烟区应保持一定的正压值，现行规范要求防烟楼梯间为40~50Pa，前室、合用前室、消防电梯前室为25~30Pa。加压送风量的计算有压差法和风速法两个。a.压差法：按保持疏散通道有一定正压值的送风量：L=0.827A△PI/n•1.25•3600b.风速法：按火灾层疏散通道开启时，保持门洞处一定风速的送风量：L=fvm•3600加压送风量用以上两个公式计算后与《高层民用建筑设计防火规范》表8.3.2-1中建筑相应风量比较后取大值。排烟量计算排烟口的排烟量按所负担防烟分区面积60m3/m2h来计算。排烟风机排烟量的计算应依风机所负担防烟分区的数量计算，每平方米面积不小于60m3/h，且单台风机最小排烟量不应小于7200m3/h。担负两个及两个以上防烟分区的排烟时，应按最大防烟分区面积每平方米不小于120m3/h计算。（4）风机选型排烟风机应选用离心风机或高温消防排烟专用风机。排烟风机的全压应按排烟系统最不利环路管道进行计算，排烟量应在计算的基础上增加10%～20%的漏风系数。

二、建筑防排烟系统设计中存在的问题

1.重视程度不够，方案阶段没有介入对于防排烟系统的设计没有给予足够的重视，在方案阶段没有让暖通专业介入，在施工图时才发现加压送风井及排烟竖井数量不够，风井位置不合适，风井面积不够，没有留出排烟机房等一系列问题。比如层数超过32层时，送风系统应分段设计，但前期并没有考虑，这会导致暖通专业在防排烟设计时陷入被动，加风井会修改平面，造成返工。风井面积不够时，风井里的风速会超过规范限值，阻力损失大，不能满足送风要求。2.专业配合不紧密排烟方式有自然排烟和机械排烟两种方式，自然排烟满足的情况下可以不设机械排烟装置。自然排烟是利用可开启的外窗、阳台、凹廊等排烟，既简单、节能又安全可靠。要满足自然排烟条件，需要专业之间的配合，经暖通专业计算后将能满足自然排烟面积要求的，可开启外窗面积提供给建筑专业，在规范允许的情况下优先采用自然排烟。3.排风排烟共用系统时，防火阀的设置排风排烟合用系统时，有三种形式。第一种：排风排烟风机合用，管道合用。第二种：风管合用，风机分设。第三种：风管和风机均分开设置。采用第一种和第二种形式，设计人员易犯的错误是，排风口前端支管上的阀门选用普通的防火阀，发生火灾时非着火防烟分区的排风口不能关闭，导致着火分区的排烟量不满足规范要求。所以排风支管前端的阀应选用70°C防烟防火阀,并给电气专业提出控制要求。4.剪刀楼梯间送风口的设置高层住宅楼一般设置成剪刀楼梯间，其自然排烟不满足要求时，需设机械加压送风系统，加压送风井根据建筑平面有时设在楼梯间端头，有时设在楼梯间侧面。当剪刀梯的两个风井设在同一端头时，一个风井在奇数层留风口，另一个风井在偶数层留风口。当两个风井分设在风井两个端头或在楼梯间侧面时，两个风井的送风口应同时开在奇数层或偶数层，否则两个风口会开在同一套楼梯间，而另一套既没有风口，也没有送风。

三、优化建筑防排烟系统设计的措施

建筑防排烟系统要想保证建筑设计符合相关标准，保证住户的安全，就要实施有效的措施。针对当前设计中存在的问题，我的解决方案如下。1.提高重视程度，加强各专业之间的配合设计人员和设计单位都要认识到建筑防排烟设计对于整个建筑的重要性，在思想上引起足够的重视。消防通风设计要在建筑方案设计开始阶段就参与进来，共同规划，变被动为主动。在施工图阶段各专业之间更要加强配合，加强沟通，避免机房位置冲突，管线打架等问题。2.提高设计施工人员的专业技术水平要使建筑防排烟系统在火灾发生时有效运转，需要设计和施工各环节密切配合。设计人员如果不能很好掌握规范要求，没有丰富的设计经验，图纸一旦出错，会造成后患。如果施工的技术人员不能及时发现施工、安装不到位，可能会造成系统不启动，风量不够等问题，发挥不了它应有的作用。因此提升相关人员的专业技能，并在实践中不断积累经验，保证设计和施工的质量。

四、结语

鉴于新的建筑防排烟设计规范尚未正式颁布，高层建筑防排烟系统设计和施工问题诸多，消防安全隐患严重，因此设计单位和人员要有忧患意识，考虑建筑过程中的各种影响因素，优化设计方案，提高防排烟系统设计的安全性，为人民生命财产安全提供有效的保障。

作者:师彦 单位:陕西省现代建筑设计研究院