浅谈超高层建筑内的烟囱效应与电梯安全

李以建

【摘 要】烟囱效应是指由于建筑内外空气的温度不同而引起的建筑物内空气沿垂直方向的空气流动现象。电梯的安全运行常受到环境因素的影响， 而电梯井道是烟囱效应的主要流动通道之一。烟囱效应的强度与多种因素有关，当超高层建筑内部产生的烟囱效应过于强烈，可能会对电梯的安全运行造成影响，从而引发电梯的安全隐患。因此，在超高层建筑设计和电梯安装和维护中，均应该考虑烟囱效应可能导致的安全风险，及早采取措施削弱烟囱效应产生的安全隐患，保障电梯运行安全。

【关键词】超高层建筑；烟囱效应；电梯；隐患排除

0 引言

随着中国城市化进程的稳步推进，城市化水平的稳步提升，高楼大厦在中国的土地上也是随处可见，随之而来的是电梯的迅速普及，人们的生活和工作已经离不开电梯。电梯因其安全、便利和高效，使其成为解决高层建筑人流和物流垂直输送的主要途径。在超高层建筑中，电梯井道常常贯通整栋大楼，这就提供了高楼烟囱效应的主要通道。高速运动的空气进出电梯井道以及空气在电梯井道内的运动都可能影响电梯的安全运行。

1 背景

超高层建筑在我国《民用建筑设计通则》 GB50352—2005中规定，建筑高度超过100米时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。超高层建筑的内部一般都会设置楼梯间、 送排 风道、排烟道、电梯井等竖井，当室内温度高于室外时，室内空气由于密度小，便可以沿着这些垂直通道自然上升，通过顶层的门窗缝隙以及各种孔洞渗出，室外空气由于密度大，由底层渗入补充，这就形成烟囱效应。

烟囱效应是由于室内外温差而引起的。当室内的温度高于室外的温度时，室外的冷空气经建筑下部门窗缝隙或其他开口流入室内时，冷空气在室内被加热后，温度升高、密度减小、向上流动，经由建筑的楼梯井、电梯井、弱电井、管道井等各种井道，到达建筑上部的楼层，然后由上部楼层的缝隙、孔口排出。这样，在室外侵入的冷空气不断的推动下，高层建筑就起到像烟囱一样的作用。

可以看出，烟囱效应产生的原因是，由于室内外空气存在温差，导致密度差，室外空气密度大于室内，室外空气从建筑下部的孔口源源不断地流入室内，经由建筑物下部楼层最便捷的路径（如地下车库、建筑底层大厅以及下部各楼层的门窗和开口）进入电梯井道内，并形成井道内快速上升的气流，再经由建筑物上部开口（如井道通风口，各楼层门窗以及机房）排出。烟囱效应的强度与烟囱的高度、户内及户外温度差距以及户内外空气流通的程度有关。在相同的建筑高度下，室内外的温差越大，或在相同的室内外温差下，建筑高度越高，推动力也越大，产生的烟囱效应就会越严重。

2 烟囱效应可能产生的电梯安全隐患

（1）井道内外的空气通过层门缝隙时产生振动，造成噪音，井道的烟囱效应使空气在端站可能达到的流通速度最大，因此在端站门产生的噪声的机会也更大；同时烟囱效应空气与井道内运动部件（如轿厢，对重）的周围也可能产生空气动力学噪声；

（2）与一般门相比，电梯门对压差的作用更加敏感，由于电梯的前室一般为开敞式，缺少前室门对风压的阻隔，使电梯门承受较大的风压，若作用在电梯门两侧的压差过大，将使电梯门的运行出现卡阻，引起电梯门出现开闭故障，导致电梯无法正常运行，并造成竖直交通堵塞及人员被困电梯内的安全事故。

（3）当建筑物内发生火灾时，烟囱效应会将浓烟或火苗抽入井道内，造成火灾危情的扩散；

（4）井道内的烟囱效应气体与电梯轿厢或对重相向运动时产生较大的空气阻力，能量的损耗较大；

（5）当高速气流与电梯相向运动时，可在电梯轿厢上下产生较为严重的乱流，导致轿厢运行的舒适感降低甚至出现摇晃。

3 隐患排除的措施

（1）尽量避免建筑物底部楼层（如大堂、车库）电梯口直接连通外部空间，应在电梯口与外部空间设置隔障或设置带门的候梯空间，以阻隔空气的流动。建筑大堂的入口处需要采用三扇以上的自动旋转门，或者至少双重的 自动门（确保其中一重自动门打开时，另一重自动门是关闭的），防止室内外空气的直接对流交换；尤其防止电梯大堂直接与外部直接开放连通。

（2）在GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》的5.2.3 井道的通风中要求：“井道应适当通风，井道不能用于非电梯用房的通风。注：在没有相关的规范或标准情况下，建议井道顶部的通风口面积至少为井道截面积的1%。”

井道的通风口可以直接连通室外，也可以通过机房或者滑轮间连通室外。在超高层建筑的电梯井道中，通风口的设置应尽量避免直接连通室外，可考虑经由机房或滑轮间做适当缓冲再与室外连通。

（3）可在超高层建筑中间层附近分割电梯运行区段，建筑内电梯分为低层区段电梯高层区段电梯，并在中间层附近设置换乘空间，如此，可将电梯分别装设在不同井道，降低了“烟囱”的高度，防止烟囱效应直接贯通建筑（注：此方案需考虑对重下方可进人空间的防护）；若井道必需要贯通整个建筑时，应避免将机房设置于顶层平台上，使机房直接与室外连通，可将机房设置于最高层，使机房与室外之间增加缓冲空间；

（4）在标准范围内增加层门与轿门地坎之间的间距，增加空气流通截面，防止因空气流通截面突然变小而使通过轿门和层门之间的空气流通速度加快，从而阻碍电梯门的正常运行。采用可控制门机关闭力矩的门机，并配合增加额外的关门重块来保证电梯门的正常关闭。

（5）避免火灾时浓烟进入井道，最好在井道各入口处加入烟雾过滤器。

（6）可考虑各层门加入门封条，避免空气从缝隙处渗出引起噪音（此方式产生的费用较高）。

4 结语

电梯安全关乎人民群众生命财产安全，不得有丝毫麻痹大意。电梯的使用环境对于电梯安全至关重要，因而在实际的设计使用过程中，在满足国家标准和检验规则中的要求的同时，还应结合现场实际情况采取相对应的防护措施，以降低故障出现的可能。烟囱效应对于电梯安全的影响虽然不可避免，但如果设计和使用过程中能够采取具有针对性的防护措施，则烟囱效应的影响是完全可以被控制的。所以，在建筑设计与电梯的设计制造上都应当将烟囱效应的影响纳入考虑的范围，真正做到防范于未然，保障电梯安全、舒适、高效的运行，这对城市的发展将大有裨益。

【参考文献】

[1]民用建筑设计通则 GB50352—2005[M].中国建筑工业出版社.

[2]电梯制造与安装安全规范 GB7588-2003[M].中国标准出版社.

[3]电梯安装验收规范 GB/T10060-2011[M].中国标准出版社.

[4]电梯技术条件 GB/T10058-2009[M].中国标准出版社.

[责任编辑：杨玉洁]