某大型商场防排烟系统设计.docx
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某大型商场防排烟系统设计
某大型商场防排烟系统设计
某大型商场防排烟系统设计
摘要
改革开放以后，我国经济飞跃式的发展，越来越多的大型商场拔地而起，出现在人们的生活中。
但是大型商场给人们带来便利的同时，也给人们带来了恐惧，一旦商场内发生火情，商场内的可燃物就会产生大量的烟气，导致人员被熏倒、中毒、窒息，给人员的疏散和火灾救援造就了难题。
本课题设计项目是某四层的大型商场，本设计共分为八个章节，分别介绍了国外国内的防排烟技术的发展现状，以及设计防排烟的意义；根据该商场的工程设计相关资料，对该商场进行火灾危险性评估；通过划分防火分区和防烟分区来对有害的烟气进行控制，选择合理的适合本商场的防排烟方式；根据楼梯间的结构选择楼梯间的防烟方式，计算送风量的大小选择合适的风机；对本设计的商场大厅进行排烟设计，通过计算每个防烟分区负担的排烟量选择该排烟系统合适的排烟风机，并绘制管道系统布置图；进行管网水力计算；防排烟附件的选型，相对完善的总结了如何进行该商场防排烟系统的设计思路以及实用性。
设计防排烟系统的目的就是要控制火灾中烟气的流动方向，并能有效的阻止有害烟气迅速蔓延至其他区域，营造火场人员的安全疏散和消防人员扑救火灾的条件，所以防排烟技术受到社会的广泛重视，在建筑防火方面占有很重要领域，在大型商场内设置防烟、排烟设施是十分必要的。
关键词:
大型商场防排烟系统设计说明
DesignofVentilationandSmokeExhaustSystemforanOfficeBuilding
第一章绪论
1.1国内外防排烟技术发展状况
我国目前商场、百货楼及购物中心在规模、结构和设施等方面都有较大差异。
商场及百货楼可为一层或多层建筑，楼梯间与营业厅内一般无防烟及防火分隔且大多数没有防排烟设施。
近些年来，一些大商场按照最新的建筑防火规范要求装设了自动报警系统和自动喷水灭火系统及防火门和防火卷帘门等消防设施,但是在防排烟技术上相对薄弱，仍需要改进。
我国在大型商业建筑的防排烟系统设计方面比较欠缺，在大型空间建筑防排烟这一方面的研究成果都比美、日等国家落后[1]。
目前国内还没有相对完整的超大建筑的消防设计以及一些烟气控制的规范性文件，仅可以从建筑防火规范中搜集到一些零散的条款。
在机械排烟系统设计方面国内依旧采用已被外国淘汰的换气次数方法[2]。
不过近些年来，一些研究人员也积极开展对大空间烟气流动和控制的方法[3]。
中国在建筑共享空间的烟气控制系统设计方面目前存在有两种方法:
一种是“处方式”建筑防火设计，就是按防火规范条文中所规定的设计标准然后再结合相关经验所设计出符合规范要求的防火设计方案；另一种是性能化建筑防火设计，它是根据建筑物的结构性能功能以及建筑内部的可燃物分散的状况等情况，然后运用工程分析的方法设计出科学合理的符合设计对象的设计方案[4]。
防排烟技术最早出现于20世纪50年代的英国。
世界各地在防排烟技术研究方面有着不同的研究领域，历史中加拿大在80年代初建造了首座世界上高层建筑火灾试验塔,它主要就是针对一些高层建筑的机械防排烟的研究[5]。
除此之外，日本对于防排烟技术上是将高层建筑的排烟区基本划分为以下部分:
房间内的排烟；疏散走道和楼梯间的排烟；楼梯间前室的排烟,停车库的排烟等。
同时要求房间与走道之间,走道与楼梯间前室，前室与防烟楼梯间等都应设有效的防烟分隔措施。
并且还要求防烟分区不要跨越两个以上的楼层，其防烟区的范围应在500米之内等[6]。
美国专家对于防排烟技术方面提出了一种“垂直烟柱法“的防烟方式。
对于高层建筑来说，他是按15层到20层楼分段分区进行划分,采用物理隔离法或者增、减压法,或两种方法并用将各段分隔开来,各楼层之间也用防火墙和防火门分隔,并且其电梯井以及楼梯井在分段处有所分隔及错位。
当发生火灾时，排烟设备可使燃烧的区域形成一定的负压并将烟气排出楼外,同时将走道、楼梯间等造成一定的正压,使烟气不能入侵其它部位。
例如,美国37层的西雅图大楼即采取了类似的防烟划分方式,大楼按竖向分六个区[6]。
1.2设计防排烟系统的意义
大量的火灾数据中可以看出，火灾伤亡者中，主要原因都是有毒的烟气所致，火灾中人们受烟气直接致死的约占死亡人员中的三分之一到三分之二之间，因火烧死的约占三分之一到二分之一，多数人是先受毒烟熏倒后烧死[7]。
商场的面积比较大、可燃物较多、人员相对集中，一旦发生火灾，产生大量烟气，导致人员被烟气熏倒、中毒、窒息死亡，人员的疏散和火灾救援比较困难，那么如何将烟气迅速的排除，尤其是防止烟气蔓延至走廊、楼梯间以及前室，创造无烟气侵入的安全区域，为人员疏散提供足够的时间，为消防救援提供安全保障，固在商场内很有必要设置防排烟系统。
1.3设计内容
本文主要根据某商场的相关资料分析出所具有的的火灾危险性，认识到烟气的危害性，掌握烟气控制的原理；对楼梯间防烟设计，计算加压送风量；对商场营业厅排烟进行设计并通过计算排烟量，管网的布置，防排烟系统的管网水力计算、设备选型及布置；绘制设计图纸，如该商场各层的平面布置图、防排烟系统的管道示意图等。
第二章工程概述
2.1商场设计工程概况
该商场坐落于某市的市区内，交通便利，功能为一购物中心。
该商场占地面积7854m2，占地东西向102m，南北向77m。
该商场一共有四层，层高为4.5m，高度为18m。
该商场采用框架结构体系，采用吊顶，本设计对象的耐火等级为二级，使用年限为50年。
该商场内设置五部疏散楼梯，两部消防电梯和一部自动扶梯，每个疏散楼梯均设置防火卷帘，有两座天桥。
商场内设置有火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统，周围设有环行的宽10米的消防通道，其周围环境中，南靠35米宽的城市主干道，东靠一条15米宽的公路处于商业区和居民区的交汇处。
本设计中该商场楼梯间和合用前室之间为双扇门，尺寸为1.6m×2m,开启时门的断面面积为3.2m²,渗漏面积假定为0.03m²；电梯门采用标准门尺寸为2.0m×2.0m，渗漏面积0.06m²,楼梯间压力差取40Pa。
该商场一层与二、三、四层平面图如下：
图2.1商场一层平面图
图2.2二三四层商场平面图
2.2商场火灾危险性分析
商场的特点一是建筑面积较大，防火分隔起来比较困难，大中型商场中的某些商品一旦着火，就会很快蔓延至整个商场，造成重大损失。
商场特点二是商场营业期间，人员较多，流动量比较大，一旦发生火灾之后，人们就会产生恐慌情绪，不知所措，大量人员就会相互挤压，很容易造成踩踏事故。
商场特点三是商场内的可燃物较多，其中包括服装、化妆品、家电、以及室内装修用的可燃材料等。
商场的火灾荷载要比其他民用建筑大，而且空间跨度较大，一旦发生火灾，极易造成商场内大面积燃烧。
商场特点四是商场内存在较多的竖向管道井，上下连通，这些管道井会产生烟囱效应，火焰和热的烟气会很快通过这些孔洞部位迅速蔓延，造成火灾迅速蔓延扩大。
某些商品起火后，很容易引燃其他可燃商品，如果商场内的可燃物在空气供应不足的条件下，就会产生大量的不完全燃烧产物，这些包括浓烟和含有CO、H2S等有毒的气体。
这些有害气体能导致能见度下降，阻碍人员疏散逃生，同时烟气会造成人员的窒息、中毒而导致死亡，所以必须设置防排烟系统来控制这些有毒烟气，确保火灾发生时，商场内的人员可以顺利疏散方便消防救援。
2.3本章小结
通过给定的商场工程概况相关资料，针对商场的特点进行了火灾危险性分析，认识到烟气可以快速蔓延并且会造成人员的窒息、中毒，同时烟气还具有遮光性，阻碍人员的疏散，影响救援灭火行动，从而认识到商场内必须进行防排烟系统设计的重要性。
第三章火灾烟气控制
3.1防火分区划分
根据建筑设计防火规范第五章中5.3.1条规定：
任意一楼层的建筑面积大于1000m2的建筑属于高层民用建筑[8]，该商场建筑面积约为4000m2，所以此建筑属于高层民用建筑。
根据最新的建筑防火设计规范中表5.3.1要求其防火分区的最大允许面积为1500m2,若商场内设有自动喷水灭火系统时，建筑防火分区面积可增加一倍。
其中商场的耐火等级为二级，所以本设计中该商场的防火分区采用耐火极限不小于3.00h的防火墙与防火卷帘进行分隔[8]。
本设计中将商场的每层楼都划分为三个防火分区，其中防火分区一面积为1560m2，防火分区二面积为1348m2，防火分区三面积为1270m2，中庭单独划分一个防火分区即为防火分区四，其面积是1330m2。
图3.1商场防火分区图
3.2防烟分区划分
该商场采用吊顶，所以本商场防排烟设计中采用高度不小于0.5m的挡烟垂壁来划防烟分区。
该挡烟垂壁全部采用活动式，与感烟报警器关联，采用联动装置，当发生火灾时自动下垂也可由人工放下来阻挡烟气。
防烟分区的划分原则[9]：
（1）划分的防烟控制区不应该跨越防火分区；
1
（2）每个防烟控制区的建筑面积不宜超过500m2；
（3）按楼层划分防烟分区；
根据以上防烟分区的划分原则，本设计中该商场划分为16个防烟分区，如图3.2所示，其中最大防烟分区面积为358m2,最小的防烟分区面积为160m2，具体划分区域面积见表3.1。
表3.1防烟分区面积
防烟分区
面积（m2）
1
318
2
310
3
290
4
285
5
358
6
160
7
304
8
335
9
293
10
286
11
285
12
285
13
286
14
304
15
310
16
200
防烟分区划分图如图3.2所示：
图3.2商场防烟分区划分图
3.3本章小结
根据最新建筑设计防火规范中第5.3.1条中规定，本商场归类于高层民用建筑，本设计中该商场划分为13个防火分区，其中将每层楼划分为三个防火分区，面积分别是1560m2、1348m2、1270m2共四层楼，每层划分面积都相同；中庭单独划分为一个防火分区，面积是1330m2。
根据防烟分区的划分原则，本商场内设吊顶，所以该商场采用高度不小于0.5m的挡烟垂壁来划防烟分区控制烟气，本商场排烟设计中将每层楼都划分为16个防烟分区，共四层楼，每层楼的划分面积不变，其中最大的防烟分区面积为358m2,最小的防烟分区面积为160m2。
第四章楼梯间防烟设计
目前，正压送风防烟方式是被国内外常采用的一种防烟方式，其优点为安全可靠、投资较少、经济实惠而且操作简单，固本商场楼梯间选用正压送风防烟方式。
正压送风系统要保证当火灾发生后，关闭防火门时，楼梯间必须与着火楼层形成一定的压力差，防止烟气通过门缝进入楼梯间；打开防火门进行人员疏散时，确保门洞断面处有足够大的风速来有效抵制烟气的入侵，方便人员的疏散。
4.1加压送风量的计算
该商场楼梯间的机械加压送风量按下列公式计算[10]：
（4.1）
式中L—机械加压送风系统的总风量（m3/s）
（4.2）
式中L1—防火门关闭时保持疏散通道有一定正压值所需的送风量（m3/s）
A—本商场每层楼电梯门及防火门的总有效漏风面积（m2）；
门缝宽度：
疏散门，0.002-0.004m；
电梯门，0.005-0.006m；
—压力差（Pa）；楼梯间取40Pa,前室取25Pa至30Pa；
n—指数（一般取2）；
1.25—不严密处附加系数；
N1—漏风门数量；
当采用常开风口时：
取楼层数；
当采用常闭风口时：
取1。
（4.3）
式中L2—开启着火层防火门时为保持门洞处风速所需的加压送风量（m3/s）；
F—每层开启的总断面积（m2）；
v—门洞断面风速（m/s）取0.7至1.2m/s之间；
N2—开启门的数量；
当采用常开风口时：
20层及以下取2,20层以上取3；
当采用常闭风口时：
取1。
（4.4）
式中L3—送风阀门总漏风量（m3/s）；
AF—每层送风阀门的总面积（m2）；
0.083—阀门单位面积的漏风量（m3/s•m2）；
N3—漏风阀门的数量；
当采用常开风口时：
取0；
当采用常闭风口时：
取楼层数。
本设计采用常开风口，楼梯间的主要漏风途径是各层的防火门与电梯门，总共4层共8个，代入数据求得：
L1=0.827×0.09×401/2×1.25×8×3600=16943（m3/h）
L2=3.2×0.7×2×3600=16128（m3/h）
L3=0
比较两者中的大小，取最大值16943（m3/h）作为机械加压送风量。
4.2风机的选型
根据计算出的风量16943（m3/h）查表选用适合本系统的TCDF型单速柜式离心风机，性能参数见下表[11]：
表4.1TCDF型单速柜式离心风机
型号
转速rpm
风量m3/h
全压Pa
电机功率KW
A声级dB（A）
20
700
17047
427
5.5
60
4.3本章小结
楼梯间采用正压送风防烟的方式，当发生火灾后，开启防火门或者关闭防火门时，形成一定的压力差来保证楼梯间不受烟气的侵袭。
运用规范中的计算公式，代入本商场的相关数据，计算出楼梯间的加压送风量为16943（m3/h），根据需要的加压送风量对表选用出合适的离心风机，本设计采用TCDF型单速柜式离心风机。
第五章大厅的排烟设计
5.1系统排烟量的计算
根据规范，当采用机械排烟时，排烟风机和风管的风量按照担负三个或三个以上防烟分区排烟时，应按其中最大防烟分区面积每平方米不小于120m3/h计算[8]：
该商场每个排烟系统负担四个楼层的防烟分区，每个排烟系统采用一台高温消防排烟风机进行排烟，本设计中三个排烟系统的排烟量计算如下：
排烟系统一担负每层防烟分区1至防烟分区5，共四层楼20个防烟分区，按其最大的防烟分区面积计算得排烟风机一的排烟量：
Q1=358×120=42960m3/h
排烟系统二担负防烟分区6到防烟分区10，共四层楼20个防烟分区，按其系统二中最大防烟分区面积243m2计算出排烟风机二的排烟量：
Q2=243×120=29160m3/h
排烟系统三担负防烟分区11到防烟分区16，共四层楼20个防烟分区，同样计算出排烟风机三的排烟量：
Q3=243×120=29160m3/h
5.2排烟风机的选型
各系统根据排烟量的大小，查排烟风机的性能表选用TCXZ高温消防轴流式排烟风机，各排烟风机性能参数如下表[11]：
表5.1TCXZ高温消防轴流式排烟风机
排烟风机
型号
转速r/min
风量m3/h
全压Pa
电机功率KW
A声级dB（A）
重量kg
1
9
960
44631
565
11
84
263
2
8
1450
32420
619
7.5
83
209
3
8
1450
32420
619
7.5
83
209
5.3排烟管道的设计
排烟管道设计要求[12]：
（1）排烟管道不可穿过防火分区。
（2）排烟管道有良好的气密性，保证有足够的风量满足排烟要求，不应变形或脱落，保证足够的牢固程度。
绘制各楼层排烟系统管道示意图，并对各管段进行编号，如图5.1所示：
图5.1排烟系统管道编号示意图
各排烟系统立体示意图如下：
图5.2排烟系统一立体示意图
图5.3排烟系统二立体示意图
图5.4排烟系统三立体示意图
图5.5排烟系统管道布置图
5.4风管的选型
风管断面有圆形和矩形两种形状。
为方便制作该商场采用矩形风管，因为火灾时排出的烟气温度过高，固该商场管道采用金属制作。
当采用金属风道时，排烟管道风速不大于20m/s[9]，设定该风道风速为12m/s.
A=Q/v（5.1）
式中A是风管的断面面积，Q为排量风量，v为风速。
计算出三个排烟系统中各管段的风量，根据风量风速计算出管段截面积查《矩形管道统一规格》选择风管尺寸，具体如下表：
表5.2排烟系统一各管段排风量
管段
负担防烟分区
通过风量（m3/h）
风管尺寸（mm2）
长度（m）
管段1
防烟分区1
318×60=19080
1000×400
15
管段2
防烟分区1、2、3
318×120=38160
1000×1000
20
管段3
防烟分区3、4、5
358×120=42960
1250×800
22
管段4
防烟分区5
358×120=42960
1250×800
12
管段5
防烟分区1—5
358×120=42960
1250×800
6
管段A
一层防烟分区
358×120=42960
1250×800
4.5
管段B
一、二层防烟分区
358×120=42960
1250×800
4.5
管段C
一、二、三层防烟分区
358×120=42960
1250×800
4.5
管段D
1—4层防烟分区
358×120=42960
1250×800
2
管段号
负担防烟分区
通过风量（m3/h）
风管尺寸（mm2）
长度（m）
管段1
防烟分区6
130×60=7800
500×400
5
管段2
防烟分区6、7
243×60=14580
630×630
5
管段3
防烟分区8—9
243×60=14580
630×630
10
管段4
防烟分区10
210×60=12600
630×500
6
管段5
防烟分区6—10
243×120=29160
1000×800
10
管段A
一层防烟分区
243×120=29160
1000×800
4.5
管段B
一、二层防烟分区
243×120=29160
1000×800
4.5
管段C
一、二、三层防烟分区
243×120=29160
1000×800
4.5
管段D
1—4层防烟分区
243×120=29160
1000×800
2
表5.3排烟系统二的各管段排风量
表5.4排烟系统三中各管段排风量
管段1
负担防烟分区
通过风量（m3/h）
风管尺寸（mm2）
长度（m）
管段1
防烟分区11
210×60=12600
630×500
6
管段2
防烟分区11—12
210×60=12600
630×500
5
管段3
防烟分区13—15
243×120=29160
1000×800
18
管段4
防烟分区16
200×60=12000
500×500
7
管段5
防烟分区12—16
243×120=29160
1000×800
10
管段A
一层防烟分区
243×120=29160
1000×800
4.5
管段B
一、二层防烟分区
243×120=29160
1000×800
4.5
管段C
一、二、三层防烟分区
243×120=29160
1000×800
4.5
管段D
1—4层防烟分区
243×120=29160
1000×800
2
5.5本章小结
防排烟设计规范中规定机械排烟时排烟风机和风管的风量计算按照担负三个或三个以上防烟分区排烟时，本设计中每个排烟风机担负的区域都多于三个，固应按其中最大防烟分区面积每平方米不小于120m3/h计算。
排烟风机一的排烟量为42960m3/h；排烟风机二和排烟风机三的排风量为29160m3/h。
根据各系统的排风量选择合适的排烟风机。
根据排烟管道设计要求，绘制通风系统管道示意图，并对系统的各管段进行编号，确定其长度，根据各管段的风量和所选定的风速计算出管段截面积查《矩形管道统一规格》选择各风管的国家标准尺寸。
第六章管道的水力计算
6.1排烟系统一的水力计算
根据管道布置图及各管段的长度，确定排烟系统一的最不利管路为1—2—5—A—B—C—D。
根据排烟系统一中各管段的风量和断面尺寸算出实际流速并通过查通风管道单位长度摩擦阻力线算图[13]与管道的长度计算出各管段的摩擦阻力
。
当量直径De=4
（6.1）
式中S为断面面积，U为断面周长。
实际风速
（6.2）
式中Q为风量，A为管道断面面积。
管段1的当量直径De=571mm,实际风速v=
m/s根据当量直径和管段风速查得单位摩擦阻力Rm为3。
查部分常见管件的局部阻力系数表可知：
矩形渐扩管取§=0.39，一个合流三通局部阻力系数为0.47，一个90o弯头的局部阻力系数为0.15[11]。
=L1×Rm（6.3）
式中L1为管段长度，Rm为单位长度摩擦阻力。
=L1×Rm=15×3=45Pa
局部阻力按以下公式计算[14]：
（6.4）
式中
为局部阻力，
为局部阻力系数，
为空气密度通常取1.34，v为风速。
44Pa
同理计算出其他管段阻力如表6.1所示：
表6.1排烟系统一水力计算
管段号
管道尺寸
当量直径
管段风量
管段风速
管段长度
摩擦阻力
局部阻力
1
1000×400
571
19080
13
6
18
2
1000×1000
1000
38160
11
20
24
32
5
1250×800
975
42960
12
6
9
45
A
1250×800
975
42960
12
4.5
6.8
15
B
1250×800
975
42960
12
4.5
6.8
45
C
1250×800
975
42960
12
4.5
6.8
45
D
1250×800
975
42960
12
2
3
45
合计
101.4
227
注：
单位摩擦阻力分别查为管段1=3；管段2=1.2管段5=1.5其他管段都是1.5。
并联管路阻力平衡：
排烟系统一中二楼的管段5与管段A的汇合点中两支管阻力差为24％，其他汇合点一样。
对一般的通风系统，两支管的阻力差不超过15％，若超过上述规定，需要通过改变阀门的开度，调节管道阻力的方法使其阻力平衡[15]。
6.2排烟系统二的水力计算
根据管道布置图及各管段的长度，确定排烟系统二的最不利管路为4—3—5—A—B—C—D。
根据排烟系统二中各管段的风量以及断面尺寸算出实际流速并通过查通风管道单位长度摩擦阻力线算图与管道的长度计算出各管段的摩擦阻力
。
当量直径De=4
（6.5）
式中S为断面面积，U为断面周长。
实际风速
（6.6）
根据当量直径和管段风速查得单位摩擦阻力Rm。
查部分常见管件的局部阻力系数表可知：
该系统中的矩形渐扩管取§=0.39，合流三通局部阻力系数为0.47，90o弯头的局部阻力系数为0.15[11]。
=L1×Rm（6.7）
式中L1为管段长度，Rm为单位长度摩擦阻力。
（6.8）
式中
为局部阻力，
为局部阻力系数，
为空气密度通常取1.34，v为风速。
同理计算出其他管段阻力如下表:
表6.2排烟系统二水力计算
管段号
管道尺寸
当量直径
管段风量
管段风速
管段长度
摩擦阻力
局部阻力
4
630×500
557
12600
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