高层民用建筑防排烟设计常见问题分析

高层民用建筑防排烟设计

常见问题分析

总后建筑设计研究院　张遵宇☆

摘要　提出和分析了防排烟设计审查中发现的一些问题,包括加压送风(排烟)量的确定、加压送风系统余压阀和止回阀的设置、加压送风机房新风进风通路的设置、地上地下共用(防烟)楼梯间时加压送风系统的设置、宜设机械排烟设施的几种特殊情况、采用自然排烟建筑高度及开窗型式和面积的限制、排烟防火阀的设置及加压送风口和排烟口风速的控制等,给出了相应的解决建议。关键词　高层民用建筑　防排烟　设计　问题　分析

Analysisoncommonissuesinsmokecontrolandextractiondesignoftallbuildings

ByZhangZunyu★

Abstract　Presentsandanalysessomeproblemsfoundinsmokecontrolandextractiondesignandexamination,involvingdeterminationofpressurizationairsupplyrateandsmokeextractionrate,installationofexcesspressuredamperandcheckdamperinpressurizationairsupplysystem,arrangementoffreshairintakeaccessinpressurizationairsupplymachineryroom,installationofpressurizationairsupplysystemwhenovergroundpartandundergroundpartsharestaircases,severalspecialsituationsinwhichmechanicalsmokeextractionmeasuresshouldbeadopted,limitofbuildingheight,windowtypeandareafornaturalsmokeextractionmode,installationoffiredamperforsmokeextractionsystem,airvelocitycontrolofairsupplyinletandsmokeextractionoutlet.Givescorrespondingsolvingadvice.Keywords　tallcivilbuilding,smokecontrolandextraction,design,issue,analysis★ArchitecturalDesign&ResearchInstitute,GeneralLogisticsDepartmentofPLA,Beijing,China

高层民用建筑防烟排烟设计,应严格遵循《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称《高规》)进行。对于《高规》已经十分明确的问题,本文不多涉及,主要就《高规》中不明确或不太明确但实际工程中经常碰到又易被忽视的问题,结合多年防排烟设计工作和设计审查工作实践,谈一谈自己的看法。1　机械防烟1.1　加压送风机风量确定应考虑风道(竖井)漏风系数加压送风机风量确定是否要考虑风道(竖井)漏风系数,《高规》中无规定。《采暖通风与空气调节设计规范》规定:“选择通风机时,应考虑风道和设备的漏风量”,一般送排风系统,“风管漏风率10%”。这一规定对防烟设计也是适用的。根据工程实践,如果采用土建竖井,漏风率应在20%以上。选择加压送风机时,如不考虑漏风系数,需要加压的部位(防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室、合用前室等)将不能确保规定的送风量。某高层建筑防烟楼梯间设有机械加压送风,竖风道为土建竖井,计算加压送风量为43800m3/h,设计选用风机风量恰好为43800m3/h,考虑土建竖井漏风率20%,其中·38·标准规范 暖通空调HV&AC　2003年第33卷第3期

☆张遵宇,男,1940年12月生,大学,高级工程师100036北京市海淀区太平路22号(010)66885720收稿日期:20020728有效漏风率(漏向楼梯间外)按10%计(另有10%漏向楼梯间),则防烟楼梯间实际加压送风量为39818m3/h,不能满足计算加压送风量的要求。要满足加压送风量要求,风机风量应为48180m3/h。1.2　加压送风机风量不宜过大选择加压送风机风量时,不考虑风道漏风系数不可,但也不能随意加大。以前室加压送风为例:根据风量计算公式L=fvn,如f(前室防火门断面积)、n(着火时开门数量)不变,L(风量)加大,只会使v(门洞风速,一般控制在0.7～1.2m/s之间)加大,如果门洞风速超过1.2m/s,可能会造成走道与前室之间的疏散门开启困难,甚至不能开启;另一方面,风量过大,也会使风机、风道等送风系统的设备投资增多。某高层建筑,防烟楼梯间前室计算加压送风量为27500m3/h,考虑土建竖井漏风系数1.2,加压送风机风量应为33000m3/h;设计选用风机风量为43800m3/h,实际进入前室的总风量为36500m3/h,超过计算加压送风量33%,着火疏散时,可能造成走道与前室之间的疏散门开启困难,影响人员疏散。1.3　机械加压送风系统余压阀的设置《高规》8.3.7条规定:机械加压送风机余压“防烟楼梯间为40Pa至50Pa”,“前室、合用前室、消防电梯间前室、封闭避难层(间)为25Pa至30Pa”,加压送风系统风量、风压的确定应以此为依据。一般疏散门的方向是朝着疏散方向开启,而加压作用力的方向恰好与疏散方向相反,如果压力过高,可能会使疏散门开启困难,甚至不能开启。造成加压部位压力过高的原因可能有二:一是加压送风机风量、风压选择过大;二是加压送风机启动和加压送风口开启后,若前室(或防烟楼梯间)疏散门还未打开,则前室(或防烟楼梯间)正压会迅速增大。为了避免疏散门开启困难,有必要在前室与走道(或防烟楼梯间与前室)的隔墙上设置泄压装置即余压阀。1.4　加压送风机出口止回阀的设置加压送风机出口是否需要设止回阀,应根据加压送风口的型式来确定。对于防烟楼梯间、前室、合用前室,当加压送风口选用常开型时,加压送风机出风管上应设止回阀,以便系统平时不用时,将管路内外隔断,防止室外湿热(夏季)或干冷(冬季)的空气侵入室内;当加压送风口选用密封性良好的常闭型时,加压送风机出风管上可不设止回阀。为确保止回阀能安全开启,设计选用时应保证其通过风速不小于8m/s。1.5　加压送风机房应考虑新风进风通路有些工程防烟设计将加压送风机设在上设备层或下设备层某一房间内,但未考虑新风进风通路。当该房间的门处于关闭状态时,室外新风将无法进入,严重影响加压送风效果(仅靠门窗缝隙进风是难以满足加压送风要求的)。因此,不论加压送风机房设于何处,均应充分考虑新风进风通路,必要时应设专门进风道、进风口或进风窗,以确保新风能顺畅补入,保证加压送风系统着火时能正常运行。1.6　地下地上共用(防烟)楼梯间,其加压送风系统应分开设置高层建筑的地下室或半地下室与地上层共用(防烟)楼梯间时,建筑专业人员根据《高规》6.2.8条要求,在首层与地下室或半地下室的出入口处设置了耐火极限不低于2.0h的隔墙和乙级防火门,将楼梯间上下隔开,此时,地下层楼梯间与地上层楼梯间应分别设置加压送风系统。如果防排烟设计人员未注意建筑专业在共用楼梯间设计中的这一变化,忽视了该道防火隔墙和防火门(着火时处于关闭状态)的存在,而上下仍设一个加压送风系统,着火时,该系统将不能正常使用。当地下层着火时,所有送风口均开启送风,绝大部分风量送入地上层防烟楼梯间,地下层仅有1～2个送风口送风,送风量严重不足,远达不到规范规定的风量要求;当地上层着火时,所有送风口开启送风,由于部分风通过地下层1～2个风口送入地下防烟楼梯间,地上层防烟楼梯间送风量也嫌不足;当地下层与地上层同时着火时,所有送风口均开启送风,地下层仅1～2个送风口送风,送风量严重不足,地上层由于少了1～2风口送风量,送风量也难以达到规范规定的要求。2　机械排烟2.1　排烟风机风量确定应考虑风道(竖井)漏风系数《高规》8.4.12条规定:排烟风机“排烟量应增加漏风系数”。漏风系数如何取用,《高规》中无明确规定。根据《采暖通风与空气调节设计规范》规定,一般送排风系统,“风管漏风率10%”。排烟系统漏风率不会低于10%,对于土建竖井排烟道,漏风率至少在20%以上。选择排烟风机时,如不考虑这一漏风系数,需要排烟的部位将不能保证规定的排烟量。某高层地下商业用房,设有3个排烟系统,每个系统计算排烟量为22800m3/h,补风量为11800m3/h。设计选用的排烟风机风量恰好为22800m3/h,补风机风量恰好为11800m3/h,未考虑漏风系数。如果风道漏风率按10%计算,则每个系统排烟部位排烟量仅为20727m3/h,补风部位补风量为10727m3/h,不能满足计算排烟量和补风量的要求。要满足要求,排烟风机排烟量应为25080m3/h,补风机风量应为12980m3/h。2.2　排烟风机风量不宜过大《高规》8.4.2条规定:排烟风机的风量,“担负一个防烟分区排烟,……应按每平方米面积不小于60m3/h计算”,“担负两个或两个以上防烟分区排烟时,应按最大防烟分区面积每平方米不小于120m3/h计算”。该条对排烟风机最小风量(下限)作出了明确规定,但未规定上限。笔者认为,排烟风机风量也不能随意加大,以免使风机、风道等排烟系统设备、管道投资增多。某高层建筑地下变电室建筑面积120m2,设有一个排烟系统,计算排烟量为120m2×60m3/(m2·h)=7200m3/h,考虑风道漏风系数1.1,则排烟风机风量应为7920m3/h,而设计选用排烟风机风量高达17800m3/h,是应选排烟·39· 暖通空调HV&AC　2003年第33卷第3期 标准规范风机风量的2.24倍,显然过大。2.3　长度超过30m的袋形内走道应设机械排烟《高规》8.2.2条规定:长度不超过60m的内走道采用自然排烟方式时,其“可开启外窗面积不应小于走道面积的2%”。该条规定明确了可开启外窗面积的大小,但没有限定外窗开启的位置及距走道最远点的距离。即是说,对于长度不超过60m的内走道,不管是一端开窗,还是两端开窗,只要满足可开启外窗面积要求,即可采用自然排烟。笔者认为,这条规定的表达是不准确、不全面的。对于两端均开窗的内走道,不存在任何问题;但对于不超过60m却超过30m的内走道,如果仅一端开窗(即所谓袋形走道),尽管开窗面积满足要求,笔者认为,采用自然排烟也是不可取的。《高规》8.4.5条规定:“防烟分区内的排烟口距最远点的水平距离不应超过30m”,虽然这一规定是针对机械排烟系统讲的,但笔者认为,对于自然排烟系统也是适用的。即自然排烟口(窗)距走道最远点水平距离也应控制在30m以内,如果超过30m,则应设置机械排烟设施。否则,距排烟窗30m范围内的烟气可以顺利排除,30m范围外的烟气则难以排除,该部位疏散人员将受到烟气威胁。因此,对于袋形走道(仅一端开窗者),开窗面积符合要求,长度为20～30m者,可采用自然排烟;长度大于30m者,应采取机械排烟。2.4　面积超过50m2、无窗井的地下制冷机房、空调机房、变配电室宜设机械排烟《高规》8.4.1条规定:“除利用窗井等开窗进行自然排烟的房间外,各房间总面积超过200m2或一个房间超过50m2,且经常有人停留或可燃物较多的地下室”,“应设置机械排烟设施”。对于无窗井进行自然排烟、面积超过50m2的地下制冷机房、空调机房、变配电室,是否需要设机械排烟设施,实际工程设计中做法不一,有的设,有的不设,不设的理由是因为这些房间均设有自动控制,无人值守。笔者认为,虽然这些房间目前采用的设备大多设有自动控制,自动化程度较高,但仍需管理人员经常现场巡视,可视作经常有人停留的房间,且变配电室电器设备、线路较多,火灾危险性较大。这些房间基本符合设置机械排烟设施的条件:面积超过50m2,且经常有人停留或可燃物较多,故宜考虑设置机械排烟设施。3　自然排烟3.1　建筑高度超过50m的一类建筑和建筑高度超过100m的居住建筑,其防烟楼梯间前室或合用前室不宜利用敞开阳台、凹廊或不同朝向可开启外窗进行自然排烟高层建筑的前室或合用前室,如利用不同方向可开启外窗进行自然排烟,对中和界以下各层前室或合用前室,由于热压作用(烟囱效应),室外风通过外窗向室内渗透(与排烟方向相反),将抵消部分自然排烟效果;利用敞开阳台、凹廊进行自然排烟,将受到室外风向、风速制约,着火时,当室外风正好吹向阳台、凹廊时,排烟效果将大打折扣。根据我国目前经济、技术条件和管理水平,对于建筑高度不超过50m的一类建筑和建筑高度不超过100m的居住建筑,宜优先采用自然排烟方式;而对于建筑高度超过50m的一类建筑和建筑高度超过100m的居住建筑,不应采用自然排烟方式,包括不应采用可开启外窗、敞开阳台、凹廊进行自然排烟,这是笔者的理解。因为防烟楼梯间前室、消防电梯间前室、合用前室是建筑着火时最重要的疏散通道,一旦采用自然排烟方式,效果受到影响,将对整个建筑的人员造成严重威胁。《高规》8.2.3条规定:“防烟楼梯间前室或合用前室,利用敞开的阳台、凹廊或前室内有不同朝向的可开启外窗自然排烟时,该楼梯间可不设防烟设施”,该条只是规定了防烟楼梯间不设防烟设施(包括自然的和机械的)的条件,并不意味着,建筑高度超过50m的一类建筑和建筑高度超过100m的居住建筑也可以采用这种自然排烟方式。能否采用自然排烟方式,还应按《高规》8.2.1条执行,以50m或100m建筑高度为限。笔者认为,《高规》8.2.1条至8.2.4条是一个完整的体系,不能割裂开来。8.2.1条是采用自然排烟的条件和前提,8.2.2条是自然排烟方式开窗面积的规定,8.2.3条是防烟楼梯间不设防烟设施的特例,8.2.4条是设置排烟窗高度的要求,后三条均受8.2.1条制约。3.2　采用自然排烟时,开窗型式及面积应符合《高规》8.2.2条规定《高规》8.2.2条规定:“防烟楼梯间前室、消防电梯间前室可开启外窗面积不应小于2.00m2,合用前室不应小于3.00m2”,“靠外墙的防烟楼梯间每五层内可开启外窗总面积之和不应小于2.00m2”,“净空高度小于12m的中庭可开启的天窗或高侧窗的面积不应小于该中庭地面积的5%”。在设计中采用自然排烟方式,开窗面积应严格按上述规定执行。还应该强调的是,除开窗面积符合要求外,窗子型式必须是外窗,而且是可开启的,而不是内窗、固定窗、防火窗、外门等。实际工程设计中,有的防排烟设计人员并未注意建筑开窗的型式,造成设计失误。某建筑高度不超过50m的一类建筑,防烟楼梯间外窗虽然开窗面积符合规定要求,但建筑设计考虑毗邻房间的防火问题,选用的是乙级防火窗(着火时不可开启),防排烟设计人员误认为是可开启外窗,而采用了自然排烟方式,这是不可行的。此种情况,应商请建筑专业设法改为可开启外窗,否则应增设机械加压送风设施。某高层综合楼(<50m)防烟楼梯间合用前室外窗尺寸为1.5m×1.7m=2.55m2,其中可开启部分面积只有1.68m2,不符合《高规》8.2.2条“不应小于3.00m2”的规定,应商请建筑专业加大可开启外窗面积或增设机械加压送风设施。某高层科研楼1～3层北大厅无直接对外可开启天窗或高侧窗(2,3层高侧窗开向实验室,虽开窗面积符合要求,但均不直接对外),不具备自然排烟条件,设计采用自然排烟方式,不妥,不符合《高规》8.4.1条“不具备自然排烟·40·标准规范 暖通空调HV&AC　2003年第33卷第3期