高层建筑的防排烟.docx

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高层建筑的防排烟

高层建筑的防排烟

高层建筑的防排烟作者：

佚名

时间：

2008-7-8

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一、设置防烟、排烟设施的必要性

现代化的高层民用建筑,可燃的装修、陈设较多,还有相当多的高层建筑使用了大量的塑料装修、化纤地毯和用泡沫塑料填充的家具。

这些可燃物在燃烧过程中,会产生大量的有毒烟气和热,同量要消耗大量的氧气。

据日本、英国对火灾中造成人员伤亡的原因统计表明,由于co中毒窒息死亡或被其它有毒烟气熏死者,一般占火灾总死亡人数的40%~50%,最高达65%以上;而被火烧死的人当中,多数是先中毒窒息晕倒后被烧死的。

如日本“千日”百货大楼火灾,死亡的118人中就有93人是被烟熏死的。

据测定分析,烟气中含有co、、co2、HF、Hc1等多种有毒成分,高温缺氧又会对人体造成危害;同时,烟气有遮光作用,使人的能见度下降。

这对疏散和救援活动造成很大的障碍。

为了及时排除有害烟气,保障高层建筑内人员的安全疏散和有利于消防扑救,在高层建筑中设置防烟、排烟设施是十分必要的。

二、高层建筑防烟、排烟设施设置的范围

凡建筑高度超过24m的新建、扩建和改建的高层民用建筑及其相连的且高度不超过24m的裙房设有防烟楼梯及消防电梯,均应进行防烟、排烟设计。

需要设置防烟、排烟的部位有:

防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室或两者合用前室。

一类建筑和高度超过32m的二类建筑的下列部位:

①长度超过20m的内走道;②面积超过100㎡,且经常有人停留或可燃物较多的房间;③封闭避难层;④室内中庭。

总面积超过200㎡或一个房面积超过100㎡并且经常有人停留或可燃物较多的地下室房间。

防火的目的,是防止火灾的发生与蔓延,以及有利于扑灭火灾;防、排烟的目的,是将火灾产生的大量烟气及时予以排除,以及阻止烟气向防烟分区以外扩散,以确保建筑物内人员的顺利疏散、安全避难和为消防队员创造有利的扑救条件。

因此,防、排烟是进行安全疏散的必要手段。

如随着火势的猛烈扩大,当火灾区域内温度达到280℃时,人员疏散完毕或疏散无法进行时,排烟设备在其所属的防火分区内应部分停止运行,以防风助火势。

防、排烟的设计理论,就是对烟气控制的理论。

从烟气控制的理论分析:

对于一幢建筑物,当内部某个房间或部位发生火灾时,应迅速采取必要的防、排烟措施,对火灾区域实行排烟控制,使火灾产生的烟气和热量能迅速排除,以利于人员的疏散和扑救;对非火灾区域的空气压力,阻止烟气的侵入,控制火势的蔓延。

如美国“西雅图大楼”的防、排烟系统,采用了计算机控制,当收到烟气或热感应器发出的信号时,计算机立即命令空调系统进入火警状态,火灾区域的风机立即停止运行,空调系统转而进入排烟运作;同时,非火灾区域的空调系统继续送风,并停止回风和排风,使非火灾区处于正压状态,以阻止烟气侵入。

这种防、排烟系统,对减少火灾的损失是很有效的。

但是,这种系统的控制和运行,需要先进的控制设备及技术管理水平,投资比较高,目前我国的经济技术条件较难达到。

从当前我国国情出发,《高层民用建筑设计防火规范》对设置防烟、排烟设施的范围作出规定。

具体可按以下两个部分考虑:

防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室和合用前室、封闭避难层按条件设置防烟设施;走廊、房间及室内中庭等按条件设置机械排烟设施或采用可开启外窗的自然排烟措施。

三、高层建筑防烟、排烟的设计程序

进行防、排烟设计时,首先要了解清楚建筑物的防火分区,并且合理划分防烟分区。

防烟分区应在同一防火分区内,其建筑面积不宜过大,一般不超过500㎡。

然后,再确定合理的防、排烟方式和进一步选择合理的防、排烟系统,继而确定送风道、排风道、排烟口、防火阀等位置。

四、高层建筑自然排烟

自然排烟,是在自然力作用下,使室内外空气对流进行排烟。

自然力包括火灾时可燃物燃烧产生的热量使室内空气温度升高,由于室内外空气容重的不同产生热压;室外空气流动产生的风压,随作用于建筑物位置的不同而变化,在建筑物的迎风面产生正压,背风面产生负压。

当火灾房间处在迎风面时,由于排烟口受到风压作用,烟气很难排出,甚至把烟气吹进走廊和其它房间,引起烟气在建筑物内扩散;当火灾房间处于背风面时,烟气才能较顺利地排至室外。

这种排烟方式经济、简单、易操作,不需使用动力及专用设备。

自然排烟的方式可分为:

利用可开启的外

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窗进行自然排烟,如4-8-18所示。

利用室外阳台或凹廊进行自然排烟。

需要说明的是,对于无窗房间、内走道和前室,设置专用排烟竖井、排烟口的自然排烟方式已被取消。

其原烟在于,原参照日本建筑基本法的排烟竖井的截面规定要占有较大的建筑面积,很不经济,一般情况下很难被设计人员所接受。

我国一些新建的高层民用建筑中采用专用自然排烟方式,其竖井截面及排烟口截面积与日本规定相比小得很多,但目前又尚无法肯定国内采用的竖井和排烟口的截面能否有良好的排烟效果。

为了保证安全和扩大建筑的利用面积,从《高层民用建筑设计防火规范》中已取消了设置专用竖井的自然排烟方式。

自然排烟存在的问题

自然排烟方式结构简单、经济,不使用动力及专用设备,但还存在着一些问题,因此当采用自然排烟方式时,应结合建筑物特性进行充分的研究。

自然排烟存在下列问题:

.对建筑设计的制约

由于自然排烟的烟气是通过靠外墙上可开启的外窗直接排至室外,所以需要排烟的房间必须面对室外,而且进深不能太大,按自然排烟设计条件还需要有一定的开窗面积。

这样,即使有明确要求作分隔的房间,也必须设置外窗,所以对隔音、防尘等带来困难。

2.具有火势蔓延至上层的危险性

利用外部开口进行排烟时,若火灾房间的温度很高,烟气中又含有多量未燃烧的气体,则烟气排出后就会形成火焰,这将会引起火势向上蔓延。

3.影响自然排烟的因素多

由于自然排烟的效果是靠烟气的浮力作用的,假使由于某种原因使烟气冷却而失掉浮力,则烟气就失去排出的能力。

此外,当室外风力很强,而排烟窗处在迎风面时,则会引起烟气倒灌,反而使烟气蔓延。

不仅如此,对于高层建筑中由于室内外温差引起的热压作用,经常使其存在着上下层之间的压力差,从理论上讲,一般中和面大致在建筑高度的1/2附近,如果在中和面以下的外墙上开口,当冬季发生火灾时,不仅不能从开口部向外排烟,相反还会从开口处吸入室外空气,在这种情况下,如果防烟分区没有妥善安排,则会通过楼梯井、电梯井助长烟气的传播。

同样,在夏季时建筑物内产生的下降气流,将会招致烟气向下层传播。

综上所述,在自然排烟方式中,排烟效果的许多不稳定因素,对自然排烟设计范围要有一定的限制。

下列条件下的建筑物各部位,不应采取自然排烟措施:

建筑高度超过50m的一类公共建筑的防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室及两者合用的前室,不宜采用可开启外窗的自然排烟措施。

当建筑物高度超过100m时,这些部位不应采用可开启外窗的自然排烟措施。

净空高度超过12m的室内中厅。

长度超过60m的内走道。

自然排烟设计条件

根据《高层民用建筑设计防火规范》规定,采用自然排烟方式的部位,应满足下列条件:

防烟楼梯间及其前室,消防电梯前室和两者合用的前室,利用可开启外窗进行自然排烟时,这些部位可开启外窗的面积应符合下列规定:

①防烟楼梯间每五层内平均有可开启外窗面积不小于2㎡。

②防烟楼梯间前室、消防电梯前室有可开启外窗面积不小于2㎡,合用前室不小于3㎡。

当防烟楼梯间前室和合用前室利用阳台、凹廊或有两个不同朝向的可开启外窗时,且开窗面积前室不少于2㎡,合用前室不小于3㎡,该楼梯间可不再设防烟、排烟措施。

需要排烟的房间、内走道,有可开启外窗面积不小于该房间、走道地面积的2%。

室内中庭有可开启的天窗或高侧窗,且面积不小于地面积的5%。

自然排烟设计

自然排烟设计是与建筑专业共同研究的设计问题。

根据自然排烟设计条件,需要对排烟部位的有效可开启的外窗面积,进行校核计算。

为了使烟气能顺利排出,自然排烟的设计还应考虑以下几点:

可开启的天窗,应尽量设置在上方,并有能方便开启的装置。

为了减少室外风压对自然排烟的影响,排烟口部位宜尽量设置与建筑物型体一致的挡风措施,如图4-8-21所示。

内走道与房间的排烟窗,应尽量设置两个或两个以上,并且不同朝向。

五、高层建筑机械加压送风防烟

设置机械加压送风防烟系统的目的,是为了在建筑物发生火灾时提供不受烟气干扰的疏散路线和避难场所。

因此,加压部位必须使关闭的门对着火楼层保持一定的压力差,同时应保证在打开加压部位的门时,在门洞断面处有足够大的气流速度,能有效地阻止烟气的入侵,保证人员安全疏散与避难。

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机械加压送风防烟系统的组成

机械加压送风防烟系统,由下列三部分组成:

.对加压空间的送风

通常是依靠通风机通过风道分配给加压空间中必要的地方。

这种空气必须吸自室外,并不应受到烟气的污染。

加压空气不需要作过滤、消声或加热等任何处理。

2.加压空间的漏风

任何建筑物空间的围护物,都不可避免地存在着不严密的漏风途径,如门缝、窗缝等。

因此,加压空间和相邻空间之间的压力差,必然会造成从高压侧到低压侧的渗漏。

加压空间与相邻空间之间的严密程度,将决定渗漏风量的大小。

3.非加压部分的排泄

空气由加压空间渗入相邻的非加压部分,必须使空气与烟气顺利地流至建筑物外。

如果没有设置必要的排泄途径,则加压空间和相邻部分之间,将难以维持正常的压力差。

一般由机械排烟系统或可开启外窗的自然排烟系统相配合。

机械加压送风防烟部位的确定

根据《高层民用建筑设计防火规范》规定:

“高层民用建筑的防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室和两者合用前室,应设置机械加压送风的防烟设施或设有可开启外窗的自然排烟措施。

”但防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室和两者合用前室之间,各自采用机械加压送风的防烟与采用可开启外窗的自然排烟两种防、排烟方式是不同的,两种方式绝不能共用。

.防烟楼梯间及其前室

不具备自然排烟条件的防烟楼梯间及其前室,如图4-8-22所示。

不具备自然排烟条件的楼梯间及其前室,采用可开启外窗自然排烟。

2.楼梯间的前室

当楼梯间设有可开启的排烟窗能自然排烟,而其前室不靠外墙时,可对楼梯间的前室设置机械加压送风系统。

3.消防电梯前室

当消防电梯前室不具备自然排烟条件时,应设置机械加压送风系统。

4.合用前室

合用前室受楼梯井和消防电梯井烟囱效应的影响,应设置机械加压送风系统。

当楼梯间设置机械加压送风系统时,考虑到楼梯间与合用前室之间的压差保持及风量分配,合用前室应设置独立的机械加压系统;当与楼梯间共用一个系统时,应在通向合用前室的支风管上设置压差自动控制装置。

5.封闭式避难层

封闭式避难层应设置独立的机械加压送风系统。

由引可见,对防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室和合用前室,由于各部位采用机械加压送风与可开启外窗自然排烟这两种方式的组合不同,需要根据不同的组合情况,确定设置机械加压送风系统设施的部位。

机械加压送风防烟系统的设计

.正压值

正压值是机械加压送风系统设计中的一个重要技术指标,对加压送风量的计算、风机余压的选择等,均起着关键的作用。

正压值的确定,是为了保证与加压部位相通的门在关闭的情况下,在热压、风压、浮力、膨胀力等因素联合作用下,足以阻止着火层的烟气进入加压部位;同时,正压值又不致过高,造成人们推不开通向疏散通道门。

为了促使加压空气的流动,提高疏散入口处空气对烟气的排斥作用,要求楼梯间的正压值略高于前室,取50Pa;前室的正压值略高于走廊,取25Pa。

2.加压送风量

高层建筑防烟楼梯间及其前室、合用前室和消防电梯前室的机械加压送风量应由计算确定,或按表4-8-5至表4-8-6的规定确定。

当计算值和本表不一致时,应按两者中的较大值确定。

3.送风口

防烟楼梯间的加压送风口,宜每隔二至三层设一个;前室的加压送风口,应每层设一个。

机械加压送风口的风速不宜大于7m/s。

4.机械加压送风机

机械加压送风机可采用轴流风机或中、低压离心风机,风机位置应根据供电条件、风量分配均衡、新风入口不受火烟威胁等因素确定。

六、高层建筑机械排烟

机械排烟,就是使用排风机进行强制排烟。

它由挡烟壁、排烟口、防火排烟阀门、排烟道、排烟风机和排烟出口组成。

据有关资料介绍,一个设计优良的机械排烟系统在火灾时能排出80%的热量,使火灾温度大大降低,从而对人员安全疏散和扑救起着重要的作用。

为了确保机械排烟系统

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在火灾时能有效地发挥作用,设计时应对机械排烟部位的确定、防烟分区的划分、排烟口的位置、风道的设计等,进行认真地考虑与分析。

机械排烟设置部位的确定

根据《高层民用建筑设计防火规范》的规定,对一类建筑和高层超过32m的二类建筑的下列走道和房间设置机械排烟设施:

长度超过20m,且无直接天然采光或设固定窗的内走道。

虽有直接采光和自然通风,但长度超过60m的内走道

面积超过100㎡及高度在12m以下,并且不具备自然排烟条件的室内中庭。

地下室各房间总面积超过200㎡或一个房间面积超过100㎡,且经常有人停留或可燃物较多的房间。

但设有窗井等采用可开窗自然排烟措施的房间除外。

机械排烟方式与防烟分区的划分

.机械排烟方式

机械排烟可分为局部排烟和集中排烟两种方式。

局部排烟方式,是在每个需要排烟的部位,设置独立的排烟风机,直接进行排烟;集中排烟方式,是将建筑物划分为若干个区,在每个区内设置排烟风机,通过排烟风道排烟。

局部排烟方式投资大,而且排烟风机分散,维修管理麻烦,所以很少采用。

采用时,一般与通风换气要求相结合,即平时可兼作通风排气使用。

2.防烟分区的划分

划分防烟分区的目的,是防止烟气的扩散。

防烟分区的划分,主要是采用挡烟垂壁、挡烟梁或者挡烟隔墙等措施来实现,以满足人员安全疏散和消防扑救的需要,避免造成不应有的伤亡事故。

划分防烟分区应注意以下几点:

凡需要设置排烟设施的走道、房间、应采用挡烟垂壁、隔墙或从顶棚下突出不小于50cm的梁划分防烟分区。

每个防烟分区的面积不宜超过500㎡,且防烟分区不应跨越防火分区。

防烟分区面积的计算。

①走道按规定需要设排烟设施,而房间不设,且房间与走道相通的门为防火门时,可只按走道面积划分防烟分区;如房间与走道相通的门不是防火门时,防烟分区面积的划分包括房间的面积。

②房间按规定设排烟设施而走道不设,并且房间与走道相通的门是防火门时,可只按房间的面积划分防烟分区;如房间与走道相通的门不是防火门,则防烟分区面积的划分应包括走道的面积。

③走道和房间按规定均设排烟设施时,可根据具体情况分设或合设排烟设施,按分设或合设排烟设施的情况划分防烟分区。

当建筑面积较大时,可将每个防烟分区划分成几个排烟系统,并将竖风道分散布置在相应防烟分区之内,以便尽量缩短水平风道。

这样,不仅排烟效果好,而且经济。

3.挡烟壁

设置排烟的房间、走道和地下室,应用隔墙和从顶棚下突出不小于50m所示;当建筑物净空较低时,宜采用活动式的挡烟垂壁。

活动挡烟垂壁应由感烟控测器控制,或与排烟口联动,或受消防控制中心控制,但同时应能就地手动控制。

活动挡烟垂壁落下时,其下端距地面的高度应大于。

从挡烟效果看,挡烟隔墙比挡烟垂壁的效果要好些。

因此,要求在成为安全区域的场所,宜采用挡烟隔墙,如图4-8-24所示。

有条件的建筑物,可利用钢筋混凝土梁或钢梁作挡烟梁进行挡烟。

当顶棚为非燃烧材料或难燃材料时,则挡烟垂壁或挡烟隔墙只紧贴顶棚平面即可,不必完全隔断,如图4-8-26所示;当顶棚为可燃材料时,则挡烟垂壁或挡烟隔墙要穿过顶棚平面,并紧贴非燃烧体楼板或顶板。

机械排烟量的计算

.机械排烟系统的设计

根据《高层民用建筑设计防火规范》规定,排烟量的计算按如下要求进行:

当排烟风机担负一个防烟分区时,应按该防烟分区面积每1㎡不小于60m3/h计算;当担负两个或两个以上防烟分区时,应按最大防烟分区面积每1㎡不小于120m3/h计算。

一个排烟系统可以担负几个防烟分区,其最大排烟量为6

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0000m3/h;最小排烟量为72003/h。

室内中庭的排烟量以其体积大小,按4~6次换气计算。

当室内中庭体积大于17000m3时,其排烟量按其体积的4次换气计算;当室内中庭体积小于17000m3时,其排烟量按其体积的6次换气计算。

但必须注意,按规定计算出来的总风量,不应小于相邻档次按其最大体积计算出来的总风量。

带裙房的高层建筑防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室和合用前室,当裙房以上部分能采用可开启外窗自然排烟措施时,其裙房以内部分如不具备自然排烟条件的前室或合用前室,应设置局部机械排烟设施,其排烟量按每1m3不小于60m3/h计算。

选择排烟风机,应附加漏风系数,一般采用10%~30%。

排烟系统的管道,应按系统最不利的条件考虑,也就是按最远两个排烟口同时开启的条件计算。

2.排烟系统的布置

走道与房间的排烟系统宜分开设置,走道的排烟系统宜竖向布置,房间的排烟系统宜按防烟分区布置。

排烟气流应与机械加压送风的气流合理组织,并尽量考虑与疏散人流方向相反。

机械排烟系统与通风和空气调节系统宜分开独立设置。

当有条件利用通风和空气调节系统进行排烟时,必须采取可靠的防火安全措施。

如设有在火灾时能将通风和空气调节系统自动切换为排烟系统的装置。

为防止风机超负荷运转,排烟系统竖直方向可分成数个系统,但是不能采用将上层烟气引向下层风道的布置方式。

每个排烟系统设有排烟口的数量不宜超过30个。

独立设置的机械排烟系统可兼作平时通风排气使用。

需要排烟的地下室房间,应同时设有进风系统,进风量不宜小于排烟量的50%,并应组织合理的气流使烟气顺利排出。

净空高度超过12m的室内中厅,竖向的排烟口应按2至3层设一排烟口或者分段设置。

3.排烟口

当用隔墙或挡烟垂壁划分防烟分区时,每个防烟分区应分别设置排烟口。

排烟口应尽量设在防烟分区的中心部位,排烟口至该防烟分区最远点的水平距离不应超过30m。

排烟口必须设置在距顶棚800mm以内的高度上。

对于顶棚高度超过3m的建筑物,排烟口可设在距地面的高度上,或者设置在地面与顶棚之间1/2以上高度的墙面上。

为防止顶部排烟口处的烟气外溢,可在排烟口一侧的上部装设防烟幕墙。

排烟口的尺寸,可根据烟气通过排烟口有效断面时的速度不小于10m/s进行计算。

排烟速度越高,排出气体中空气所占的比率越大,因此排烟口的最小面积一般不应小于㎡。

同一分区内设置数个排烟口时,要求做到所有排烟口能同时开启,排烟量应等于各排烟口排烟量的总和。

排烟口均设有手动开启装置,或与感烟器连锁的自动开启装置,或消防控制中心远距离控制的开启装置等。

除开启装置将其打开外,平时需要一直保持闭锁状态。

手动开启装置宜设在墙面上,距地板面~处,或从顶棚下垂时,距地面宜为处。

4.排烟风道

排烟风道不应穿越防火分区。

竖直穿越各层的竖风道应用耐火材料制成,并宜设在管道井内或用混凝土风道。

排烟风道因排出火灾时烟气温度较高,除应采用金属板、混凝土等非金属非燃烧材料制作外,还应安装牢固,排烟时温度升高不变形、不脱落,并应具有良好的气密性。

排烟道构造和施工要求:

①混凝土砌块等非金属材料排烟道,灰缝必须饱满,防止漏烟。

通过闷顶的部分,必须勾缝或抹水泥砂浆。

②排烟风道外表面与木质等可燃构件的距离不应小于15cm,或在排烟道外表面包有厚度不小于10cm的保温材料进行隔热。

③排烟道穿过挡烟墙时,风道与挡烟隔墙之间的空隙,应用水泥砂浆等非燃材料严密填塞。

④排烟风道与排烟风机的连接,宜采用法兰连接,或采用非燃的软性连接。

⑤需隔热的金属排烟道,必须采用非燃保温材料,如矿棉、玻璃棉、岩棉、硅酸铝等材料。

烟气排出口:

①烟气排出口的材料,可采用厚钢板或用具有同等耐火性能的材料制作。

②烟气排出口的设置,应根据建筑物所处的条件考虑确定,既不能将排出的烟

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气直接吹在其它火灾危险性较大的建筑物上,也不能防碍人员避难和灭火活动的进行,更不能让排出的烟气再被通风或空调设备等吸入。

此外,必须避开有燃烧危险的部位。

③当烟气排出口设在室外时,应防止雨水、虫鸟等侵入,并要求在排烟时坚固而不脱落。