关于大空间建筑的通风与防排烟设计的分析

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1、关于大空间建筑的通风与防排烟设计的分析　　摘要：本文作者分析了大空间公共建筑烟气的流动特性，指出了目前大空间公共建筑在防排烟方面存在的问题，据此提出了设置吹吸式空气幕墙、软性活动式挡烟垂壁、带有伸缩管道的排烟口等大空间建筑有效防排烟设计对策。关键词：大空间建筑；烟气流动；防排烟；设计对策　　　　1大空间公共建筑火灾条件下烟气流动特性　　对普通建筑火灾来说，一般认为：由于物质燃烧产生大量的热和烟，建筑内空气因受热而具有较高的温度，根据V1/T1=V2/T2可知，V2=V1#T2/T1，因T2>T1，所以T2/T1>1，所以V2>V1，即空气体积急骤膨胀。同时，若该建筑为密

2、闭型建筑，即在总体积不变时，根据P1/T1=P2/T2，P2=P1#T2/T1，同理P2>P1，即空气受热后，在总体积不变时，压力增高，空气体积不断膨胀，压力逐步增大，产生烟气量也越来越多，且烟气的比重一般比空气小，因此，烟气在浮力的作用下，向普通建筑顶部迅速升腾。当烟气到达顶部后即转向四周呈水平方向扩散，随着火灾的增大，上部烟气越积越多，形成烟气层，并自上而下逐渐加厚下沉。这样，普通建筑的内部空间就会被划分为两部分：上部烟气层，下部空气层。烟气层越低，对人员生命的侵害就越大.烟气层越高，人员就越安全。建筑内之所以设置机械防排烟设施，其目的就在于把上部烟气排走，使烟气层

3、上升，下部空气层加大，以利于人员逃生，防止烟气对人员生命的侵害。　　但对于大空间建筑，其烟气运动就不同于普通建筑，有其自身的运动规律和特性。烟气在大空间上升过程中，随着高度的增加，烟气通过上部墙壁开口、缝隙、建筑导热构件等散热很大，烟气温度逐步降低，其上浮力越来越小。实验证明，相当多的烟气在上升到22m后，再上升的速度已相当缓慢，常常无法到达大空间建筑顶部而悬浮在大空间中部偏高处形成烟气层。特别是火灾初期生成的烟气在距大空间顶部很高处便开始下降，聚集成烟气层向下扩展、沉降。　　其次，我们通过对烟气层的受力分析，不难看出，大空间建筑发生火灾时，悬浮的烟气层将受到两个力的作

4、用；一是本身重力，二是上浮力。二力平衡的支撑面则是/中性面0，即室内压力等于室外压力的一个理论分界面。中性面对人的危害作用很大。中性面的主要特征是：在中性面的范围内，既不进风，又不排气。人处在中性面范围内将很难生存。中性面越低，对人的危害越大。一般情况下，中性面以下空间，空气从外部通过门窗、缝隙等向内部渗入；中性面以上空间，空气则由内部向外部逸出。而处在中性面范围内的空气却几乎是不流动的。大空间建筑发生火灾时，烟气量越大，其本身重力越大，中性面越低；反之，烟气排出量越大，烟气重力越小，中性面越高。大空间建筑底部开口越多，进入的空气量越多，燃烧越猛，烟气温度越高，上浮力越

5、大，中性面越高；反之，下部开口越少，进入的空气量越少，物质燃烧越不完全，产生的温度越低，烟气的上浮力越小，中性面越低。　　再次，外部风力对大空间建筑内部的烟气中性面也有较大的影响。上部迎风面若开口，大量空气被压入，烟气层下降，中性面下降。因此，上部迎风面开口，不仅不利于排烟，反而促使烟气向下运动，中性面降低，对人员的危害也就越大。　　　　2大空间公共建筑防排烟系统存在的主要问题　　大空间公共建筑缺少必要的防火防烟分隔　　5高层民用建筑设计防火规范6规定：每个防烟分区的面积不宜超过500m2，且防烟分区不应跨越防火分区。现已建成的大空间建筑在防火分区、防烟分区方面已大大超

6、过规范的规定，使规范对大空间建筑防烟分区的要求已失去强制约束作用。　　建筑空间高大，机械排烟难以达到要求　　实验证明，排除空间较高建筑内的烟气比排除空间较低建筑内的烟气要困难得多。对大空间建筑顶部排烟而言，较低的大空间建筑可以直接在屋顶高天窗进行自然排烟，较高的大空间建筑往往不能进行自然排烟，其机械排烟效率也随其高度的增加而降低。其主要原因是：上部空气温度比下部空气温度高。一般情况下，这个差值随着大空间建筑高度的增加而增大，从而导致其内部烟气层温度比贴近屋顶的空气层的温度低，在离屋顶一定距离处，烟气层便失去了浮力作用，烟气层将很难上升到屋顶，并且上升到一定高度转而下沉。

7、另外，目前一些大空间建筑设置的排烟机，从其实际动作看，排出的除烟气外，还大量渗入空气。且建筑高度越高，渗入的空气量越大，烟气将被大量空气稀释，大大减少了排烟机的排烟量，降低了排烟效率。　　大空间建筑现有防烟分隔设施难以发挥挡烟作用，形同虚设　　大空间烟气的流动规律告诉我们：烟气层很难达到大空间建筑顶部，而是悬浮在一定高度的空间中。规范规定，挡烟垂壁高度的下限值为50cm，同时若按挡烟垂壁至地面的高度为1.8m设计。试想，若大空间建筑的高度为30m，则需挡烟垂壁的理论高度为：28.2m。现实建筑中很少有如此高的挡烟垂壁。据调查，大多数大空间