建筑防排烟系统设计存在误区及优化设计

马金晔 山东建勘集团有限公司

火灾发生后，物品燃烧会产生大量烟气，其中含有多种有毒有害物质，从而加剧火灾的危害。建筑防排烟系统可起到排除火灾烟气的效果，能够为人员疏散、消防救援提供良好的保障。因此，建筑设计中，必须高度重视防排烟系统设计。但由于防排烟系统设计是一项复杂且烦琐的工作，同时随着科学技术的进步，防排烟系统中引进了诸多新技术、新工艺，进一步提高了设计的难度。目前，防排烟系统设计中还存在着一些误区，有必要对其进行优化。

1 建筑防排烟系统设计中存在的误区

1.1 自然防排烟系统

建筑防排烟系统设计中，自然防排烟系统方面存在的问题主要包括以下两方面。一是排烟窗位置不当。相关规范标准要求，合用前室或者是前室的可开启外窗应当具有不同朝向[1]。基于这样的要求，应根据建筑物的实际情况，对风压、热压的作用进行综合考虑，进而合理设计排烟窗的位置。但在实际设计排烟窗位置时，排烟窗过高和过低的问题频频出现，位置过高导致排烟窗难以开启，而位置过低则导致室内烟气难以顺利排出。二是排烟窗面积不合理。建筑物中，推拉窗、平开窗和悬窗等均是常见的可开启外窗，对开窗面积进行设计时，应严格按照相关规范标准的要求，同时要对其开启角度、开启形式进行全面考虑，进而实现对有效排烟窗面积的合理设计。但在实际设计排烟窗开窗面积时，开窗角度设置不当的问题频频出现，不利于建筑的防排烟。

1.2 机械排烟系统

建筑防排烟系统设计中，机械排烟系统方面的问题主要包括以下两方面。一是排烟口设置不当。这一问题会直接影响机械排烟效果。排烟口通常情况下设置在顶棚或其附近的位置，同时与附近安全出口沿走道方向相邻边缘之间的水平距离应在1.5 m 以上[2]。但实际在对机械排烟系统进行设计时，将排烟口设置在墙下部的现象频频出现，墙下部与顶棚之间的距离较远，严重影响排烟效果。二是排烟风机选择不合理。对排烟风机进行合理选择是机械排烟系统设计中的重点内容，应综合考虑风压、风量等相关参数。但在实际设计中，选择的排烟风机风量过低或过高的现象频频出现，影响了排烟效果。

1.3 机械加压送风系统

建筑防排烟系统设计中，机械加压送风系统方面的问题主要包括以下两方面。一是送风量不合理。相关规范标准中对机械加压送风系统的送风量有着明确的要求，但在实际设计过程中，送风量过高或者过低的问题频频出现。送风量过高会增加防烟区中的压力，使得疏散门难以开启；送风量过低会降低防烟区中的压力，使得防烟区中的烟气难以顺利扩散。二是送风阻力不当。在设计机械加压送风系统时，如果没有考虑到风道内凸入梁、柱、多叶送风口、排烟口等带来的风道阻力，便可能选择风压不足的设备，导致排烟效果不理想。

2 建筑防排烟系统优化设计

2.1 排烟窗安装位置与开窗面积的合理设计

建筑防排烟系统设计中，针对自然防排烟系统，应合理设计排烟窗的安装位置、开窗面积。第一，安装位置。在外墙安装排烟窗的时候，根据相关规范标准要求，应在内走道或房间净高度1/2之上的位置安装排烟窗，并要确保其开启方向与火灾气流方向一致[3]。如果内走道或房间净高度较大，应设置电动排烟窗，以便于操作。第二，开窗面积。排烟窗净面积=排烟窗的高度（H）×排烟窗的宽度（L）。应综合考虑排烟窗的开启角度、开启方式，对排烟窗的有效开窗面积进行计算确定。具体来说，推拉窗的有效开窗面积=净面积，如图1 所示。上（下）悬窗的开窗角度α大于70°时，有效开窗面积=净面积；上（下）悬窗的开窗角度α不高于70°的情况下，有效开窗面积=净面积×sinα，即，有效开窗面积=最大开启角度的投影面积。

图1 推拉窗

2.2 科学划分防烟分区

建筑防排烟系统设计中，应科学划分防烟分区，以满足机械排烟的要求。顶棚下高于0.5 m 的凸出梁体、隔墙挡烟垂壁是划分防烟分区的常用设施。应合理确定防烟分区的面积，不跨越防火区的前提下，以500 m2为宜。如果面积过小，便需要设置较多的排烟口、控制点，提高成本；如果面积过大，则会导致受灾面积扩大。

2.3 科学设计内走道排烟口

建筑防排烟系统设计中，排烟口设置是一个重点内容，内走道是主要的疏散通道之一，因此应对内走道排烟口进行合理设置。我国相关规范标准中对排烟口高度有着明确规定，但在实际对内走道排烟口进行设计时，由于受到层高的限制，导致其不能存在于储烟仓中，应在内走道中合理设置排烟设施。挡烟垂壁的高度具有可控性，设计内走道排烟口的时候，满足不小于500 mm，同时不小于空间净高的10%这一要求即可[4]。挡烟垂壁高度小于储烟仓厚度且与最小清晰高度部分重叠的情况下，随着储烟仓厚度的增加，内走道排烟口的排烟量不断减小，所以应尽量在贴近顶棚的部位设置内走道排烟口。

2.4 合理设计加压送风量

建筑防排烟系统设计中，针对机械加压送风系统，在设计送风量的时候，应对送风量、漏风量进行综合考虑，以确保加压送风量的合理性。根据相关规范标准中对防烟区正压值的要求，消防电梯前室与合用（独立）前室的正压值为25 ～30 Pa，防烟楼梯间的正压值为40 ～50 Pa，只有满足这一要求，才能有效避免烟气侵入。在计算加压送风量时，可采取压差法、风速法。压差法是对疏散通道内有一定正压值的送风量进行计算；风速法是在疏散通道开启的前提下对保持门洞处一定风速的送风量进行计算。根据相关规范标准的要求，确定加压送风量的计算结果后，再乘以1.2便是最终送风量。

2.5 将防火阀安装在加压送风口

我国相关规范标准中对防火阀提出了明确要求，建筑防排烟系统设计中，应将防火阀安装在加压送风口。火灾发生后，着火区域内的烟温可以在200 s 内超过65 ℃，所以在设置防火阀时，应重点考虑其动作温度。此外，发生火灾的时候，加压送风口的烟温迅速升至70 ℃，若防火阀的动作温度是70 ℃，则可能自动关闭，不能起到加压送风的效果，无法为人员疏散提供足够时间。有研究指出，65 ℃是人体可承受的温度，140 ℃下人可以承受5 min，170 ℃下人可以承受1 min。综合考虑加压送风口失效和人员疏散时间等，应在加压送风口安装动作温度为150 ℃的防火阀。

3 建筑防排烟系统设计要点

3.1 工程概况

某建筑工程项目为商业综合体，总建筑面积为6.7 万m2，建筑总高度应为42.2 m，地下2 层，地上7 层，包括影院、超市、零售商店、停车场及其他配套设施，耐火等级为一级。防排烟系统设计是建筑设计中的重要组成部分，通过对防排烟系统进行合理设计，可以确保商业综合体建成后的运营安全。

3.2 排烟方式选择

建筑的排烟方式主要分为自然排烟、机械排烟两种。实际设计中，应结合建筑实际情况，对排烟方式进行合理选择。建筑净高度低于12 m 的情况下，可选择自然排烟方式，如果无法实现自然排烟，则可选择机械排烟；针对净高度超12 m的建筑，必须选择机械排烟。商业综合体中，可以将机械加压系统设置在消防电梯间、防烟楼梯间等部位，在机械压力作用下将室内烟雾排放到室外，也可以将其设置在过道及一些办公区域。面积大于100 m2的地下功能房间、无窗房间，公共走廊中庭、大型公共商铺，休闲娱乐场所、商业区域等，都必须安装排烟系统。如果商业综合体中发生火灾，机械排烟系统可以迅速作出反应、排除有毒有害气体，为人员逃生、消防救援提供良好的保障。

3.3 排烟口设计

排烟口设计中，先要合理划分防烟分区，每个防烟区均要设置相应的排烟口；排烟口应处于防烟区的中间，且两排烟口之间的距离应小于30 m；每个排烟口的面积为0.45 m2；排烟口中的烟气流动速度应小于10 m/s。同时，应结合各区域的允许最大排烟量，对单个排烟口的火灾释热速率、房间净高度、烟层厚度进行合理计算。

3.4 参数计算

参数计算是防排烟系统设计中的重要组成部分，需要计算的参数主要包括以下两项。

排烟量。本项目中，每个排烟风道均要设置两个或两个以上的防烟分区。对排烟量进行计算的时候，建筑中庭之外的净高度小于6 m 的区域，其排烟量按照60 m3/hm2进行计算；有中庭的场所按周围场所排烟量的两倍进行计算。机械排烟系统排烟量大于107 000 m3/hm2。

管道参数。防排烟系统的排烟效果在一定程度上受到管道阻力、压力等因素影响，因此防排烟系统设计中，应对管道参数进行准确计算。管道沿程中，烟气受到的阻力包括烟气涡流在管道内部产生的阻力、烟气与管道摩擦产生的阻力。应根据总排烟量，对管道局部阻力系数与动压进行准确计算，确保空气压力为50 Pa上下，以确保烟气顺利排出。

3.5 加压送风系统设计

按照国家相关标准的要求，商业综合体的防排烟系统应设置在前室、楼梯间、避难层等隐蔽位置。加压送风系统加压部分处于关闭状态的情况下，应增加门洞断面的气流，为人员撤离提供良好的条件。对加压送风系统进行设计的时候，应做到房间压力＜走道压力＜前室压力＜楼梯间压力，避免压力过高或压力过低而给排烟效果带来不利影响。加压送风系统设计中，风量通常是计算风量的1.2 倍，并要对疏散门数量与大小、建筑耐火等级等因素进行综合考虑，结合国家相关标准，确定最大加压送风量，以预防负压现象的出现[5]。

3.6 补风系统设计

为了保障防排烟系统的使用功能，提高建筑的安全性，防排烟系统设计中，还要对补风系统进行合理设计。补风系统应大于防排烟系统排烟量的50%，可以采取疏散外门、自动、手动等方式，将外界自然环境中的空气引入建筑中。为了避免建筑内产生负压问题，将机械排烟口、自然排烟口设置在储烟仓之下的部位。严格控制机械补风口的风速，一般情况下以10 m/s 为宜。本项目中，总建筑面积为6.7 万m2，根据国家相关标准的要求，送风口的风速应小于5 m/s，而补风口风速应小于3 m/s。处于排烟区域之内的补风系统，应与排烟系统联动开启，同时应将排烟口、补风口设置在相邻防烟分区。在实际设置排烟口、补风口的时候，应对两者的水平间距进行严格控制，本项目中排烟口、补风口的水平间距为5 m。此外，补风系统设计中，还要对室内、走廊的排烟风管进行科学布设，以提高建筑的安全性。

3.7 自动排烟设施

在建筑中设置自动排烟设施，可以有效提高建筑的安全性。自动排烟设施设计中，应注意以下3 点。其一排烟窗。常见的排烟窗包括多功能式排烟窗、百叶式排烟窗、单开式排烟窗等。多功能式排烟窗与烟囱效应的框体设计类似，且可以起到防水、防雨的效果；百叶式排烟窗通常应用在自然排烟系统内，具有安装简单的优势；单开式排烟窗可以与玻璃幕墙系统完美融合，发挥紧急排烟功能。防排烟系统设计中，应结合实际情况对排烟窗进行合理选择。其二控制机构。控制机构可以分为电动、气动两种控制方式，电动控制方式对应的控制机构由排烟窗、消防控制电源、控制柜、防火电缆等部分构成，气动控制方式对应的控制机构由压缩机、排烟窗、储气罐及连接铜管等部分构成。防排烟系统设计中，应结合消防要求、建筑类型，对控制机构进行合理选择。其三失效保护机构。为保障防排烟系统的可靠运行，应对失效保护机构进行合理设计。自动排烟窗如果发生故障，系统的防失效保护功能便会被触发，使得处于故障状态下的自动排烟窗保持全开，充分发挥其排烟效果。建筑中发生火灾时，在没有气源、电源的情况下，排烟窗可依靠自身机械设计触发失效保护机构，并通过感温来开启天窗，发挥排烟功能，从而保障建筑安全。

4 结语

建筑防排烟系统设计中，针对自然防排烟系统、机械排烟系统、机械加压送风系统设计等方面存在的误区，应制订针对性的解决措施，包括合理设计排烟窗的安装位置与开窗面积、科学划分防烟分区、科学设计内走道排烟口、合理设计加压送风量及将防火阀安装在加压送风口等，以提高防排烟系统设计水平。实践中，应结合建筑工程的实际情况，对防排烟系统进行合理设计，把握好防排烟系统设计的要点，为实现建筑工程整体质量的提高奠定良好的基础。