防排烟系统设计杂谈

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建筑防排烟系统设计杂谈中国建筑设计研究院徐稳龙2011年11月 目录建筑防火系统简述防排烟系统的任务工程设计做法讨论 1建筑防火系统简述 建筑防火系统简述基本概念火灾危险性类别主要针对厂（库）房，分别分为五类，由生产中使用或产生的物质（储存物品）的性质和数量决定建筑耐火等级厂（库）房建筑耐火等级分为四级，民用建筑耐火等级也分为四级，两者略有不同。不同耐火等级要求的建筑构件燃烧性能与耐火极限不同高层建筑类别高层建筑根据使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度分为一类和二类高层建筑,一类高层建筑耐火等级为一级，二类高层建筑耐火等级不低于二级 建筑防火系统简述基本概念建筑构件耐火极限建筑构件耐火极限是指在标准耐火试验条件下，建筑构件从受到火的作用时起到失去稳定性、完整性或隔热性时止的时间长度，用小时表示防火间距防火间距是指防止发生火灾建筑的辐射热在一定时间内引燃相邻建筑或构筑物，且便于消防扑救的间隔距离。防火墙防火墙应为非燃烧体，能在火灾初期和火灾扑救过程中将火灾有效阻隔在防火墙一侧。 建筑防火系统简述基本概念防火门能共同为开口部位提供一定程度的防火保护的门扇、门樘、五金及其他配件的组合。防火门用于需要经常开启的具有一定耐火性能的分隔体上，如防烟楼梯间、防烟前室的人员疏散口，空调机房、锅炉房等火灾危险性大的房间的人员及设备出入口，管道竖井隔墙上的检修口防火分区建筑内部采用防火墙、耐火楼板及其他防火分隔设施分隔而成，能在一定时间内防止火灾向建筑内其余部分蔓延的局部空间 建筑防火系统简述基本概念防烟分区在建筑内部屋顶、顶板或吊顶下采用具有挡烟功能的构配件进行分隔而形成的，具有一定蓄烟能力的空间封闭楼梯间用建筑构配件分隔，能防止烟和热气进入的楼梯间防烟楼梯间在楼梯间入口处设有防烟前室，或设有专供排烟用的阳台、凹廊等，且通向前室和楼梯间的门均为乙级防火门的楼梯间 建筑防火系统简述基本概念储烟仓在排烟空间的建筑顶部由挡烟垂壁、梁、隔墙等形成的用于积聚烟气的空间清晰高度设计烟层底部至室内地平面的高度，与层高有关烟缕质量流量设计烟层底部至室内地平面的高度，与火灾释热量、建筑空间高度、烟缕类型有关临界排烟量每个排烟口允许排出的最大排烟量，与风口位置、烟层厚度、环境温度及烟气温度与环境温度的温差有关 建筑防火系统简述建筑防火系统构成火灾前的预防预防措施包括根据建筑火灾危险性类别、重要性、疏散与扑救难度等因素确定其耐火等级、耐火构造，划分防火分区，设置疏散路径与避难空间，确定防火间距，布置消防车道等火灾时的措施火灾时的措施包括火灾自动报警、自动灭火、防排烟、室内外消火栓、室内灭火器等。 2防排烟系统的任务 防排烟系统的任务防排烟系统属于火灾时的措施首要任务—保证人员疏散火灾区域水平疏散通道垂直通道避难区域其他任务火灾救援火灾扑救不破坏火灾预防系统完整性 防排烟系统的任务保障措施产生烟气区域—排烟房间、疏散通道等不产生烟气区域—防烟防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室、避难区等保障条件单点火灾火灾初期一定时间 3工程设计做法讨论 工程设计做法讨论防烟分区划分问题规范规定：“每个防烟分区的建筑面积不宜超过500m2”问题：防烟分区面积划分得很小合理吗？错误做法：有些工程设计人员为了减小排烟系统风量，在设计大空间如大型商场的排烟系统时，将排烟分区划分得很小，更为典型的是设计地下车库排烟系统时把突出楼板下高度超过500mm的结构梁当做挡烟垂壁，划分出数量众多的防烟分区。错误原因：烟气产生量与火灾热释放量有关，过小的防烟分区其储烟仓容积不能容纳火灾产生的烟气量，必然会产生烟气蔓延，挡烟垂壁已经失去了防烟分区的作用。 工程设计做法讨论防烟分区划分问题建议做法：按性能化设计方法计算排烟量。对于一定的使用功能房间，可以确定其火灾热释放量，根据建筑层高、清晰高度等条件可以计算烟气产生量和需要的排烟量。从便于工程设计角度，可以按常规条件计算出常用功能区域排烟量，将其规定为最小排烟量，根据最小排烟量套用单位地板面积排烟量指标反过来确定最小排烟分区面积。 工程设计做法讨论排烟风管穿越防火分区问题规范规定：“通风、空调系统风管道穿越防火分区等处应设置防火阀。”问题：排烟风管穿越防火分区如何处理分析需求：风管道设置防火阀的目的是保证建筑被动防火系统完整有效。按目前国内执行的《通风与空调工程施工及验收规范》要求的排烟风管制作材料，排烟风管耐火时间不能满足要求，在管道穿越防火分区等处应采取措施。解决方案一：设置防火阀，但增设防火阀会增加其误动作导致排烟系统故障的风险。 工程设计做法讨论排烟风管穿越防火分区问题解决方案二：采用耐火极限符合一定要求的排烟风管。如右图所示。风管耐火时间：穿越一般防火分区的，风管耐火时间1.5h。（与防火阀耐火时间相当）穿越前室、楼梯间等重要场所的，风管耐火时间2h。 工程设计做法讨论排烟风机设置场所问题规范规定：高规“排烟风机应保证在280℃时能连续工作30min”低规“排烟风机应能在280℃的环境条件下连续工作不少于30min”问题：规定不清晰，280℃是指通过风机的烟气温度还是风机所处的环境温度？风机耐火极限：现行行业标准《消防排烟风机耐高温试验方法》GA211-2009进行风机内部耐受高温气流试验。说明风机不具备耐受外部烟火侵袭能力。常见错误做法：大空间排烟风机、汽车库排风兼排烟风机等，为了不占用机房面积，直接吊装在未采取保护措施的室内空间内，排烟风机直接受烟火威胁。 工程设计做法讨论排烟风机设置场所问题正确做法：方法一：设置排烟风机房方法二：对直接设于室内空间内的排烟风机采取保护措施，将风机设置在用具有一定耐火时间的材料围合的专用空间内。采用此方法时要考虑两个因素：一个是要能够打开围合空间以满足风机检修要求，一个是需要引入冷却风的风机要从室外或其他防烟分区引入冷却风。与消防有关的风机如加压送风机、排烟补风机等均应得到防护，保证发生火灾时在规定时间内正常运行。 工程设计做法讨论地下室排烟问题规范规定：“地下室不具备自然排烟条件房间总面积大于200m2的应设机械排烟”问题：如何排烟做法：在疏散走道和面积大于50m2的房间设置机械排烟口，其他房间不设置排烟口。排烟量应取最大面积房间按照火灾模型或按所有房间面积60m3/m2计算确定。理由：面积小于50m2的房间人员疏散距离短、人员数量少、疏散速度快，在发生火灾时有充足的时间逃生，无须设置排烟口。不设置排烟口的房间，其烟气可通过房间门洞溢出到走道，由走道排烟口排出。 工程设计做法讨论排烟方式问题规范规定：“排烟口距防烟分区内最远点水平距离不应大于30m”问题：部分区域排烟距离满足自然排烟要求的防烟分区怎么办？做法：重新划分防烟分区或全部机械排烟。理由：规范中自然排烟一节未明确规定排烟距离，但是从烟气流动角度而言，机械排烟强制流动通常比自然排烟效果好，可以理解为自然排烟距离不应该大于机械排烟距离。当自然排烟窗口距防烟分区内最远点30m时，已经不能保证排烟效果，必须采取措施。原则是保证同一防烟分区内采用相同的排烟方式。 工程设计做法讨论排烟方式问题例一：长度超过30m且仅一端有可开启外窗的内走道错误做法：不设置防烟分区，距外窗30m以内区域自然排烟，距外窗30m以外机械排烟。原因：当机械排烟系统启动时，自然排烟窗不能排烟，导致走道排烟量不足，不能保证人员疏散需要的清晰高度。建议做法：由于走道排烟量相对小，比较简单的做法是整个走道都采用机械排烟方式。 工程设计做法讨论排烟方式问题例二：进深超过30m的大空间区域（例如商场）错误做法：同一防烟分区内，距外窗30m以内区域自然排烟，距外窗30m以外机械排烟。原因：当机械排烟系统启动时，自然排烟窗不能排烟，导致防烟分区排烟量不足，不能及时排除烟气。建议做法：由于全部采用机械排烟方式会大幅增加排烟量，宜按自然排烟区域和机械排烟区域划分防烟分区，并分别按要求设置排烟设施。 工程设计做法讨论自然排烟外窗规范规定：“可开启外窗面积”问题：如何计算可开启外窗面积？错误做法：直接把窗洞口面积作为可开启外窗面积。要求：暖通工程师要了解窗户开启方式、开口面积，要掌握各种类型排烟窗有效排烟面积计算方法。 工程设计做法讨论自然排烟外窗Fp=Fc•Sinα旋窗按水平投影面积计算侧推窗按垂直投影面积计算顶升窗按一半周长乘顶升高度计算侧墙顶开窗按窗洞宽度乘顶出距离计算顶升窗、顶开窗计算排烟面积不得大于窗洞面积上旋窗不能作为排烟窗中旋窗转轴以下开口面积不计入有效排烟面积 工程设计做法讨论加压送风量计算规范规定：“按计算确定并不小于规范规定值”问题：如何计算，应考虑哪些因素？思路：（1）基础计算方法：缝隙渗透风量计算和门洞风速风量计算（2）系统风量计算：按楼梯间门窗设置情况、前室加压系统控制方式进行计算楼梯间加压系统，系统总风量是按规定的开启门数量计算的通过门洞风量与其他门窗缝隙渗透风量之和，特别注意对有可开启窗户的楼梯间要计算窗缝渗透风量。前室加压系统，系统总风量是按火灾时开启一个防火门计算的通过门洞风量与其他常闭风阀泄漏风量之和。 工程设计做法讨论加压送风量计算计算案例：某商务大厦防烟楼梯间16层，每层楼梯间至合用前室的门为单扇1.0m×2.0m，楼梯间送风口为常开风口；合用前室至走道的门单扇1.0m×2.0m，合用前室送风口为常闭风口，火灾时开启着火层合用前室的送风口；消防电梯的门为1.2mX2.1m。火灾时楼梯间压力为50Pa，合用前室为25Pa。楼梯间机械加压送风量计算1）通过开启防火门风量L1每层开启门面积Ak＝1.0×2.0=2.0m2门洞断面风速v取0.7m/s；开启门的数量N=2；L1=2.0×0.7×2=2.8m3/s 工程设计做法讨论加压送风量计算计算案例：2）通过其他防火门门缝泄漏风量L2取门缝宽度为0.004m，则:每层疏散门的有效漏风面积Af=（1.0+2.0)×2×0.004=0.024m2楼梯间相对于合用前室的压力差△P=50-25=25Pa漏风门的数量N=（16-2）=14L2=0.827×0.024×251/2×1.25×14=1.74m3/s3）楼梯间加压送风系统风量LL=1.15×（L1+L2）=5.22m3/s（18796m3/h） 工程设计做法讨论加压送风量计算计算案例：合用前室加压送风量计算1）保持开启防火门门洞处风速所需的送风量L1：每层开启门的总断面积Ak＝1.0×2.0=2.0m2；门洞断面风速v取0.7m/s；开启门的数量N=1；L1=2.0×0.7×1=1.4m3/s2）送风阀门的总漏风量L2：漏风阀门的数量N＝15，每层送风阀门的面积为AF=0.9m2则：L2=0.083×0.9×15=1.12m3/s3）前室加压送风系统风量L：L=1.15×（L1+L2）=2.9m3/s（10433m3/h） 工程设计做法讨论压差控制规范规定：“前室相对于室内走道有一定的压差（25~30Pa），且在前室门开启时保持门洞口风速不小于0.7m/s”问题：（1）开门与关门时需要的风量相差很大，如何同时满足开门时的风量要求和关门时的压差要求？（2）送风位置不同造成管道阻力变化很大,实际送风量与设计送风量相差很大,如何消除不利影响? 工程设计做法讨论压差控制案例分析：以一个25层、层高4米的建筑的前室加压送风系统为例，防火门为2mX1m，防火门关闭时保持25Pa压差需要的送风量约为450m3/h，保持门洞开启时0.7m/s风速需要的送风量约为5040m3/h；采用金属风管，风速17.5m/s；送风机设于首层。为简化分析，不考虑管道、不开启加压送风阀的漏风量。为了满足25层防火门开启时门洞风速要求，风机风量应取5040m3/h；立管直管段阻力500Pa，其他干管、支管阻力112.5Pa，进风口、出风口、弯头、三通、阀门等当量总阻力系数取2.0，局部阻力为367.5Pa，风机计算压头应为980Pa。 工程设计做法讨论压差控制案例分析：选择4-72-4A离心风机，转速2340rpm，额定工作点风量5040m3/h、全压980Pa。（1）当送至25层且防火门开启时，风机工作在额定工况点，风量满足保持门洞风速要求。（2）当送至25层且防火门关闭时，风量约2700m3/h，门两侧压差高达1435Pa，显然不符合要求。 工程设计做法讨论压差控制案例分析：（3）当送至首层且防火门开启时，风机风量大于额定风量，门洞风速约0.9m/s，符合门洞风速要求。（4）当送至首层且防火门关闭时，风量及门两侧压差与送至25层且门关闭基本相同，显然不符合要求。 工程设计做法讨论压差控制案例分析结论：（1）门关闭状态时送风量大大高于要求值。（2）门开启状态送风距离远近对送风量有明显影响。可选择的应对措施：（1）在前室通往室内走道隔墙上设置余压阀（2）监控前室与走道间压差，调节风机转速（3）监控送风总管压力，调节风机转速（4）监控送风总管压力，调节旁通阀开度…… 工程设计做法讨论压差控制第一项措施实施简便、响应迅速、可靠性高，推荐采用二、三、四项措施相对复杂、压力检测困难（尤其是检测前室与室内走道之间压差）、反应稍慢（尤其是采用旁通风阀调节），不建议采用还要注意选择风量——压头曲线陡的风机，防止送风至近端前室且防火门开启时风量过大，。 工程设计做法讨论加压送风机及进风口位置规范规定：“加压送风机新风入口不受烟、火威胁”实际工程做法：将加压送风机设置于建筑屋顶的风机房内或设置于屋面上，新风入口位于建筑屋顶上。存在问题：有火灾案例表明，在建筑发生火灾时，烟气包围了整个建筑，自然浮升到屋顶，设置于屋顶的加压送风机进风口淹没在烟气之中，送往楼梯间、前室的是烟气。正确做法：将加压送风机设于建筑底部。对于需要分段加压的建筑，也应将加压送风机或其取风口全部设于建筑下部，通过垂直风道送到相应位置。 工程设计做法讨论排烟口风速规范规定：“排烟口风速不大于10m/s”目的：防止风速过大吸入大量空气，导致实际排烟量不足临界排烟量：不破坏烟层所允许的排烟口最大排烟量。临界排烟量与排烟口位置、烟层厚度、环境温度、烟层与环境温度差有关。有两个限定条件：最大排烟量、最大风口尺寸算例：以吊顶高度4m的公共空间为例，最小清晰高度应为2.0m，挡烟垂壁距地2.8m，则最大烟层厚度1.2m，计算烟层与环境温度差221.5K，当环境温度为20℃时，距离最近的壁面或吊顶面距离小于0.5m的临界排烟量为25660m3/h，风口最大当量直径0.6m。应用：大空间排烟口布置需要校核临界排烟量和排烟口规格。 工程设计做法讨论排烟、加压送风机机房防护规范规定：“设于高层建筑内的通风、空调机房应采用耐火极限不小于2h的隔墙、1.5h的楼板和甲级防火门与其他部位隔开”问题：消防用风机房防护需要进一步加强吗？问题由来：有些审图单位要求为消防用风机房设置防烟前室答案：不需要进一步加强。理由：消防用风机房的防护是保证消防风机在发生火灾后一定时间内能够正常工作的手段，按通风、空调机房隔墙、楼板和防火门的耐火极限要求完全能够满足工作要求。发生火灾时，人员不可能进入风机房进行操作或维修，因此没有必要设置防烟前室。 总结明确防排烟系统任务理解规范要求依据原理采取措施针对工程采取措施 谢谢!