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因此,防、排烟是进行平安疏散的必要手段。
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份停止运行,以防风助火势。
防、排烟的设计理论,确实是对烟气操纵的理论。
从烟气操纵的理论分析:
关于一幢建筑物,当内部某个房间或部位发生火灾时,应迅速采取必要的防、排烟方法,对火灾区域实行排烟操纵,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,操纵火势的蔓延。
如美国“西雅图大楼”的防、排烟系统,采纳了运算机操纵,当收到烟气或热感应器发出的信号时,运算机当即命令空调系统进入火灾状态,火灾区域的风机当即停止运行,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。
可是,这种系统的操纵和运行,需要先进的操纵设备及技术治理水平,投资比较高,目前我国的经济技术条件较难达到。
从当前我国国情动身,《高层民用建筑设计防火标准》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份考虑:
(1)防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室和合用前室、封锁避难层按条件设置防烟设施;
(2)走廊、房间及室内中庭等按条件设置机械排烟设施或采纳可开启外窗的自然排烟方法。
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:
(1)利用可开启的外窗进行自然排烟,如4-8-18所示。
(2)利用室外阳台或凹廊进行自然排烟。
需要说明的是,关于无窗房间、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,原参照日本建筑大体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,一样情形下很难被设计人员所同意。
我国一些新建的高层民用建筑中采纳专用自然排烟方式,其竖井截面及排烟口截面积与日本规定相较小得很多,但目前又尚无法确信国内采纳的竖井和排烟口的截面可否有良好的排烟成效。
为了保证平安和扩大建筑的利用面积,从《高层民用建筑设计防火标准》中已取消了设置专用竖井的自然排烟方式。
(一)自然排烟存在的问题
自然排烟方式结构简单、经济,不利用动力及专用设备,但还存在着一些问题,因此当采纳自然排烟方式时,应结合建筑物特性进行充分的研究。
自然排烟存在以下问题:
1.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,因此需要排烟的房间必需面对室外,而且进深不能太大,按自然排烟设计条件还需要有必然的开窗面积。
如此,即便有明确要求作分隔的房间,也必需设置外窗,因此对隔音、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,假设火灾房间的温度很高,烟气中又含有多量未燃烧的气体,那么烟气排出后就会形成火焰,这将会引发火势向上蔓延。
3.阻碍自然排烟的因素多
由于自然排烟的成效是靠烟气的浮力作用的,假使由于某种缘故使烟气冷却而失掉浮力,那么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,那么会引发烟气倒灌,反而使烟气蔓延。
不仅如此,关于高层建筑中由于室内外温差引发的热压作用,常常使其存在着上基层之间的压力差,从理论上讲,一样中和面大致在建筑高度的1/2周围,若是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,在这种情形下,若是防烟分区没有妥帖安排,那么会通过楼梯井、电梯井助长烟气的传播。
一样,在夏日时建筑物内产生的下降气流,将会招致烟气向基层传播。
综上所述,在自然排烟方式中,排烟成效的许多不稳固因素,对自然排烟设计范围要有必然的限制。
以下条件下的建筑物各部位,不该采取自然排烟方法:
(1)建筑高度超过50m的一类公共建筑的防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室及二者合用的前室,不宜采纳可开启外窗的自然排烟方法。
当建筑物高度超过100m时,这些部位不该采纳可开启外窗的自然排烟方法。
(2)净空高度超过12m的室内中厅。
(3)长度超过60m的内走道。
(二)自然排烟设计条件
依照《高层民用建筑设计防火标准》规定,采纳自然排烟方式的部位,应知足以下条件:
(1)防烟楼梯间及其前室,消防电梯前室和二者合用的前室,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以下规定:
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㎡。
(2)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,且开窗面积前室很多于2㎡,合用前室不小于3㎡,该楼梯间可再也不设防烟、排烟方法。
(3)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%。
(4)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%。
(三)自然排烟设计
自然排烟设计是与建筑专业一起研究的设计问题。
依照自然排烟设计条件,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:
(1)可开启的天窗,应尽可能设置在上方,并有能方便开启的装置。
(2)为了减少室外风压对自然排烟的阻碍,排烟口部位宜尽可能设置与建筑物型体一致的挡风方法,如图4-8-21所示。
(3)内走道与房间的排烟窗,应尽可能设置两个或两个以上,而且不同朝向。
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。
(一)机械加压送风防烟系统的组成
机械加压送风防烟系统,由以下三部份组成:
1.对加压空间的送风
一般是依托通风机通过风道分派给加压空间中必要的地址。
这种空气必需吸自室外,并非应受到烟气的污染。
加压空气不需要作过滤、消声或加热等任何处置。
2.加压空间的漏风
任何建筑物空间的围护物,都不可幸免地存在着不周密的漏风途径,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周密程度,将决定渗漏风量的大小。
3.非加压部份的排泄
空气由加压空间渗入相邻的非加压部份,必需使空气与烟气顺利地流至建筑物外。
若是没有设置必要的排泄途径,那么加压空间和相邻部份之间,将难以维持正常的压力差。
一样由机械排烟系统或可开启外窗的自然排烟系统相配合。
(二)机械加压送风防烟部位的确信
依照《高层民用建筑设计防火标准》规定:
“高层民用建筑的防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室和二者合用前室,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方法。
”但防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室和二者合用前室之间,各自采纳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。
1.防烟楼梯间及其前室
不具有自然排烟条件的防烟楼梯间及其前室,如图4-8-22所示。
不具有自然排烟条件的楼梯间及其前室,采纳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有自然排烟条件时,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阻碍,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维持及风量分派,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.封锁式避难层
封锁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,由于各部位采纳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,需要依照不同的组合情形,确信设置机械加压送风系统设施的部位。
(三)机械加压送风防烟系统的设计
1.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。
正压值的确信,是为了保证与加压部位相通的门在关闭的情形下,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,正压值又不致太高,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信,或按表4-8-5至表4-8-6的规定确信。
当计算值和本表不一致时,应按二者中的较大值确信。
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纳轴流风机或中、低压离心风机,风机位置应依照供电条件、风量分派均衡、新风入口不受火烟要挟等因素确信。
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(活动式或固定式挡烟壁)、排烟口(或带有排烟阀的排烟口)、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,从而对人员平安疏散和扑救起着重要的作用。
为了确保机械排烟系统在火灾时能有效地发挥作用,设计时应付机械排烟部位的确信、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。
(一)机械排烟设置部位的确信
依照《高层民用建筑设计防火标准》的规定,对一类建筑和高层超过32m的二类建筑的以下走道和房间设置机械排烟设施:
(1)长度超过20m,且无直接天然采光或设固定窗的内走道。
(2)虽有直接采光和自然通风,但长度超过60m的内走道
(3)面积超过100㎡及高度在12m以下,而且不具有自然排烟条件的室内中庭。
(4)地下室各房间总面积超过200㎡或一个房间面积超过100㎡,且常常有人停留或可燃物较多的房间。
但设有窗井等采纳可开窗自然排烟方法的房间除外。
(二)机械排烟方式与防烟分区的划分
1.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,是在每一个需要排烟的部位,设置独立的排烟风机,直接进行排烟;
集中排烟方式,是将建筑物划分为假设干个区,在每一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,维修治理麻烦,因此很少采纳。
采历时,一样与通风换气要求相结合,即平常可兼作通风排气利用。
2.防烟分区的划分
划分防烟分区的目的,是避免烟气的扩散。
防烟分区的划分,主若是采纳挡烟垂壁、挡烟梁或挡烟隔墙等方法来实现,以知足人员平安疏散和消防扑救的需要,幸免造成不该有的伤亡事故。
划分防烟分区应注意以下几点:
(1)凡需要设置排烟设施的走道、房间(不包括净空高度超过6m的房间)、应采纳挡烟垂壁、隔墙或从顶棚下突出不小于50cm的梁划分防烟分区。
(2)每一个防烟分区的面积不宜超过500㎡,且防烟分区不该跨越防火分区。
(3)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(包括地下室)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(包括地下室)按规定设排烟设施而走道不设,而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,那么防烟分区面积的划分应包括走道的面积。
③走道和房间(包括地下室)按规定均设排烟设施时,可依照具体情形分设或合设排烟设施,按分设或合设排烟设施的情形划分防烟分区。
(4)当建筑面积较大时,可将每一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,以便尽可能缩短水平风道。
如此,不仅排烟成效好,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(地下室不小于80cm的挡烟垂壁、梁划分防烟分区。
挡烟垂壁起阻挡烟气的作用,同时能够增强防烟分区排烟口的抽烟成效。
挡烟垂壁应用非燃材料制作,如钢板、夹丝玻璃、钢化玻璃等。
挡烟垂壁可采纳固定或活动式的,当建筑物净空较高时,可采纳固定式的,将挡烟垂壁长期固定在顶棚上,如图4-8-23(a)所示;
当建筑物净空较低时,宜采纳活动式的挡烟垂壁。
活动挡烟垂壁应由感烟控测器操纵,或与排烟口联动,或受消防操纵中心操纵,但同时应能当场手动操纵。
活动挡烟垂壁落下时,其下端距地面的高度应大于1.8m。
从挡烟成效看,挡烟隔墙比挡烟垂壁的成效要好些。
因此,要求在成为平安区域的场所,宜采纳挡烟隔墙,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,那么挡烟垂壁或挡烟隔墙只紧贴顶棚平面即可,没必要完全隔间,如图4-8-26所示;
当顶棚为可燃材料时,那么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。
(三)机械排烟量的计算
1.机械排烟系统的设计
依照《高层民用建筑设计防火标准》规定,排烟量的计算按如下要求进行:
(1)当排烟风机担负一个防烟分区时(包括不划分防烟分区的大空间房间),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。
一个排烟系统能够担负几个防烟分区,其最大排烟量为60000m3/h;
最小排烟量为72003/h。
(2)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。
但必需注意,按规定计算出来的总风量,不该小于相邻档次按其最大体积计算出来的总风量。
(3)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,当裙房以上部份能采纳可开启外窗自然排烟方法时,其裙房之内部份如不具有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,一样采纳10%~30%。
排烟系统的管道,应按系统最不利的条件考虑,也确实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
(1)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。
(2)排烟气流应与机械加压送风的气流合理组织,并尽可能考虑与疏散人流方向相反。
(3)机械排烟系统与通风和空气调剂系统宜分开独立设置。
当有条件利用通风和空气调剂系统进行排烟时,必需采取靠得住的防火平安方法。
如设有在火灾时能将通风和空气调剂系统自动切换为排烟系统的装置。
(4)为避免风机超负荷运转,排烟系统竖直方向可分成数个系统,可是不能采纳将上层烟气引向基层风道的布置方式。
(5)每一个排烟系统设有排烟口的数量不宜超过30个。
(6)独立设置的机械排烟系统可兼作平常通风排气利用。
(7)需要排烟的地下室房间,应同时设有进风系统(机械进风或自然进风),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。
(8)净空高度超过12m的室内中厅,竖向的排烟口应按2至3层设一排烟口或分段设置。
3.排烟口
(1)当用隔墙或挡烟垂壁划分防烟分区时,每一个防烟分区应别离设置排烟口。
(2)排烟口应尽可能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该超过30m。
(3)排烟口必需设置在距顶棚800mm之内的高度上。
关于顶棚高度超过3m的建筑物,排烟口可设在距地面2.1m的高度上,或设置在地面与顶棚之间1/2以上高度的墙面上。
(4)为避免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。
(5)排烟口的尺寸,可依照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样不该小于0.04㎡。
(6)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。
(7)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,或消防操纵中心远距离操纵的开启装置等。
除开启装置将其打开外,平常需要一直维持闭锁状态。
手动开启装置宜设在墙面上,距地板面~1.5m处,或从顶棚下垂时,距地面宜为1.8m处。
4.排烟风道
(1)排烟风道不该穿越防火分区。
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。
(2)排烟风道因排出火灾时烟气温度较高,除应采纳金属板、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。
(3)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,灰缝必需饱满,避免漏烟。
通过闷顶的部份,必需勾缝或抹水泥砂浆。
②排烟风道外表面与木质等可燃构件的距离不该小于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间隙,应用水泥砂浆等非燃材料周密填塞。
④排烟风道与排烟风机的连接,宜采纳法兰连接,或采纳非燃的软性连接。
⑤需隔热的金属排烟道,必需采纳非燃保温材料,如矿棉、玻璃棉、岩棉、硅酸铝等材料。
(4)烟气排出口:
①烟气排出口的材料,可采纳1.5mm厚钢板或用具有一样耐火性能的材料制作。
②烟气排出口的设置,应依照建筑物所处的条件(风向、风速、周围建筑物和道路等情形)考虑确信,既不能将排出的烟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。
另外,必需躲开有燃烧危险的部位。
③当烟气排出口设在室外时,应避免雨水、虫鸟等侵入,并要求在排烟时牢固而不脱落。
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