地下车库建筑的通风排烟和消防设计

张 磊

（兰州市城关区消防救援大队，甘肃 兰州 730030）

0 引言

按照《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB 50067-2014）的要求，地下车库主要分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类；按照车库与地面建筑关系划分，地下车库主要划分为单车式与附加式。目前，各大城市修建的地下车库多以附加式为主，即与地上建筑连接为一体。由于地下车库处于地面建筑物的下方，整个空间始终处于密闭状态，基于地下车库的这一特点，设计人员在设计车库时，首先需要考虑的是通风、排烟与消防功能，既要确保地下车库始终保持良好的通风效果，又需要兼顾考虑地下车库的消防安全问题，进而提供一个安全可靠的泊车环境[1]。本文围绕地下车库建筑的通风排烟设计思路，以及消防设计的关键技术要点展开全面论述。

1 地下车库火灾特征分析

与地面建筑的火灾事故相比，地下车库火灾的控制难度更大，这主要是由于地下车库停放着大量的机动车辆，一旦发生火灾，不仅车辆本身会发生燃烧，而且也会引燃油箱内的可燃液体。因此，地下车库兼具了液体火灾与固体火灾的双重特性。地下车库火灾源头有停放在车库内的机动车、风机房的电器线路、弱电机房线路以及控制柜线路等，由于地下车库出入口少、自然通风效果差、泄压面积小，在火灾发生以后，烟气浓度与密闭空间内的温度将急剧上升，这给火灾救援工作增加了难度。尤其对停放大量车辆的地下车库来说，如果初起火灾无法得到有效控制，一旦引燃机动车辆，则极有可能发生爆炸事故，进而给车库内的被困人员造成二次伤害。由此可以看出，地下车库火灾的危险性、破坏性都远远高于地面建筑火灾。

2 地下车库的通风与排烟设计思路

2.1 确定排风量标准

在对地下车库的通风与排烟设施进行设计时，首先需要考虑车库的排风量。目前，在判定地下车库排风量标准时，一般采用以下两种方法：

（1）结合地下车库的实际换气频率来判定排风量。利用这种方法得到的数值为估算值，即排风不少于6次∕h，送风不少于5次∕h，在得到估算值后，还需结合车库建筑使用的暖通空调来对排风量标准进一步予以确定。

（2）根据机动车尾气中一氧化碳、氮氧化物等有害气体在地下空间内的稀释程度，来确定排风量标准，这种方法在判定排风量时较为常用。比如：计算机动车尾气中一氧化碳的排放量时，通常利用下面的计算式：

式中：

G——地下车库排放的一氧化碳的总量；

L1——不同汽车排放一氧化碳的总量；

C1——车库内不同汽车排放的一氧化碳的平均浓度。

根据一氧化碳排放量的计算式可以推导出排风量的计算公式，即：

式中：

T1——汽车尾气温度；

T2——车库内温度，通常情况下取常温293K；

W——车库内总车位数；

B——不同车辆单位时间内的排气量；

D——不同车辆的占比；

t——每台车辆在地下车库的运行时间，包括车辆的行驶时间与停放期间未熄火状态的时间；

S——车库的停车车位利用系统；

C——地下车库内的允许一氧化碳的浓度，根据相关标准要求，该浓度的正常取值为100mg∕m3；

C0——地下车库送风过程中含有的一氧化碳的浓度，正常取值范围在2.5～3.5mg∕m3之间。

根据这一计算式可以准确计算出地下车库的排风量，设计人员根据计算结果，可以对通风设计方案予以优化和改进，以保证地下车库能够始终保持良好的通风效果[2]。

2.2 确定排烟量标准

设计人员在考虑排风量的同时，应当确定地下车库的排烟量标准，以保证火灾发生以后，车库内的烟雾能够快速排出。根据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB 50067-2014）的规定，地下车库的每一个防烟分区设置的排烟风机的排烟量应当达到30000m3∕h以上，而且根据车库高度的不同，排烟量的大小也存在明显差异，如表1所示。

表1 不同高度车库的排烟量指标

表1中的数值属于理论数值，表中列出的数值实际上并未考虑火灾荷载量、烟气层高度、烟羽流温度等参量，尤其对烟羽流温度这一参量来说，烟羽流类型不同，得到的排烟量计算结果也有所不同。因此，在确定和计算地下车库排烟量标准时，应当根据火灾中的实际情况予以全面考量，这样才能得到较为精确的计算数值。要计算地下车库每一个防烟分区的排烟量，需要计算出烟气的最小清晰高度、烟羽流质量流量、烟气层的平均绝对温度以及防烟分区的排烟量。其中烟气最小清晰高度的计算公式为：

式中：

H——地下车库的净高。

烟羽流质量流量的计算公式为：

式中：

Qc——热释放速率对流部分，一般取值为0.7Q（kW）；

Z——燃料面到烟层底部的高度；

Z1——火焰极限高度。

烟气层平均绝对温度的计算公式为：

式中：

K——烟气中对流放热量因子；

Cp——空气的定压比热；

ΔT——烟层平均温度与环境温度的差；

T0——环境的绝对温度；

T——烟层的平均绝对温度。

而防烟分区排烟量的计算公式为：

式中：

ρ0——环境温度下的气体密度。

通过以上计算公式，能够精准计算出地下车库的排烟量，设计人员根据计算结果能够确定机械排烟风扇的安装数量，如果地下车库的使用面积在2000m2以下，那么该车库只需要安装一个机械排烟风扇，这样既能够收到良好的排烟效果，同时，也为地下车库内部人员的生命安全提供了坚实保障。

2.3 排风口与排烟口的布置方式

在设计排风口与排烟口时，设计人员可以遵循“双口并用”的原则，即排风与排烟共用一个系统。在选择风机时，设计人员尽量选用离心式风机，此风机具有良好的抗热性与抗形变能力，且在运转过程中，系统可以自动跟踪风机的运行状态，一旦出现运转异常，检修人员能够第一时间赶到现场清除故障隐患。

在设计地下车库排风口与排烟口时，应遵循采暖通风相关技术标准的规定，一般情况下，地下车库的上部与下部位置均要设置排风口，并保证上部排风口排出总风量的1∕3，下部排风口排出总风量的2∕3[3]。如果地下车库的高度在2.8～3.3m之间，采取上下布置排风与排烟口的方式，排烟效果相对较差。因此，设计人员应当考虑烟气全部从上排烟口排出的情况，进而使排风与排烟系统构成一个整体结构，这样更利于烟气的疏散。

3 地下车库建筑的消防设计思路

3.1 车库出入口过渡照明与车辆疏散设计

当驾驶员行驶至地下车库入口时，光线由明转暗，当车辆行驶至出口位置时，光线由暗转明，这种明暗交替的过程很容易分散驾驶员的注意力，进而引发不必要的安全事故。因此，设计人员出于对驾驶员安全以及便于人员疏散的考虑，需要在车库出入口的位置设置照明装置。根据规范要求，坡道式地下车库的出入口位置应设置过渡照明，白天入口位置亮度变化可以遵循10∶1到15∶1的比例，夜间室内外亮度变化可以遵循2∶1到4∶1的比例取值。在设计照明装置时，设计人员应当结合当地平均散射照度值来确定入口位置的照度与亮度。

另外，在设计地下车库时，设计人员应当着重考虑每一台车辆的停放间距，要保障车辆停放密度适中。如果间距过小，一旦发生火灾事故，车库内的车辆将快速产生连锁反应，以至于着火车辆迅速增加，如果间距过大，也将给地下车库的开发与建设单位造成巨大的经济损失，而且也浪费了车库空间。基于对这些方面的考虑，设计人员应当严格参照《地下车库建筑设计规范》的要求，如果地下车库能够容纳的车辆低于100辆，则至少设置一个车辆出入口，如果车库容量超过100辆，则需要根据车库地形、出入口环境等因素，合理设置出入口，如表2所示。

表2 地下车库出入口数量规定

3.2 自动喷水灭火系统设计思路

结合地下车库的密闭性特点，在设计自动喷水灭火系统时，应当综合考虑初起火灾的扑救效果。首先，应当合理划分防火区域，其中每个防火分区允许的最大建筑面积为：单层地下车库的允许面积是3000m2、多层车库的允许面积是2500m2、多层地下车库的允许面积是2000m2。对于设有自动灭火设备的防火分区，最大允许建筑面积可以在原有数值的基础上增加一倍，这样，也能够收到较好的灭火效果。以某地下车库为例，该车库的建筑面积为13732m2，除了不宜使用水扑救火灾的区域外，其它区域均设置自动喷水灭火系统，如果根据上面的划分标准，该车库可以划分为4个防火分区。

3.2.1 喷头布置

在布置喷头时，不得超过最大保护面积以及喷头最大与最小间距，正确的布置方法是喷头与墙体之间的最大间距不得超过喷头间距的一半，墙与喷头的间距应当为垂直间距，而且与墙体相邻的喷头距离≤1.7m。一般情况下，喷头的安装部位主要在车库顶板或者吊顶下方，这样能够形成均匀喷洒的水流。在安装喷头时，溅水盘与车库顶板间的距离应当≥75mm，但不得超过150mm，如果车库顶梁、风管、排管等障碍物的宽度超过1.2m时，在这些障碍物的下方应当增设喷头，这样更容易扑灭初起火灾[4]。

3.2.2 管网布局

自动喷水灭火系统的管道材质一般选用镀锌钢管，其中，配水管与支管的直径应在25mm以上，每一根配水支管喷头数的上限值为8个，在布置喷水系统管网时，设计人员应当遵循“配水干管、配水管、支管”的布置顺序，并将喷头与配水干管和配水管直接连接在一起。目前，地下车库自动喷水灭火系统的配水支管一般有三种布置形式，即支状管、环状管以及格栅管。而在布置管网系统时，如果车库建筑面积较大，布置形式也呈现出多样化特点，比如有中央中心型、侧边中心型、中央末端型等布置类型。

3.3 防火卷帘门与应急广播系统

根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-2013）的要求，防火卷帘门应当设置在车道上面，当车库内的火灾探测器动作以后，位于车道上面的防火卷帘门应下降到底，其自动控制下降程序如下：（1）当车库内的感烟探测器探测到烟气以后，将直接发出报警动作，这时防火卷帘门应当下降至距离地面1.8m的位置，当感温探测器动作以后，卷帘门应当下降到底。而该程序在实际操作过程中，为了避免发生失误，卷帘门的控制程序应当以水流指示器的报警信号为准，或者当地下车库内的多组感烟或者多组感温探测器动作以后，卷帘门再做出相应动作，即下降至离地面1.8m的位置，而后当卷帘门两侧的感温探温器动作以后，卷帘门再下降到底，这样能够有效防止失误动作现象的发生。（2）当地下车库发生火灾后，为了快速疏散车库内的被困人员，一般情况下，在地下车库的消防控制室内设置专门的火灾应急广播机柜，并按照防火分区，给应急广播设置分路，一旦出现火情，每一个防火分区的值班人员可以手动或者自动操控应急广播系统，以此最大限度地减少人员伤亡[5]。

3.4 消火栓环管布置

消火栓是地下车库最为关键的灭火装置。布置消火栓环线管路时，应当遵循“不妨碍车辆正常行驶”的原则，尽量采取隐蔽式的布置方式，即将消火栓隐藏在车库四周的结构墙体当中，并采取多点分布联合闭环的设置方法，这样，能够兼顾车库内部的每一个防火分区。同时，由于消火栓的排水管道抗挤压能力、耐低温冰冻能力较差，地下车库管理人员应当加强对消火栓管线的保护力度。

3.5 采光井设计思路

《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB 50067-2014）明确规定，地下车库的自然排烟口的总面积不得小于室内地面面积的2%，从这一规定可以看出，地下车库采光井是一种最为实用、最为经济、最为有效的自然排烟设施。一般情况下，地下车库采光井主要有两种布置形式，一种是依靠地下室外墙的侧窗进行采光通光；另一种则是以挡土墙围砌成的井字形采光口。目前，第二种采光井的使用频率相对较高。如果地下车库具备自然进风条件，可以利用室外排风口作为自然进风的方式，一旦地下车库发生火灾事故，当烟气量达到一定程度后，车库内的机械排烟系统的排烟功能将丧失，在这种情况下，采光井也将成为极为重要的排烟通道，因此，人们也将采光井形象地比喻为“生命通道”。

4 结束语

综上所述，通过对地下车库建筑通风、排烟、消防系统设计思路与功能作用的分析可以看出，提高地下车库的防灾、抗灾能力的第一要务是拥有一个科学完善的通风、排烟与消防系统。因此，地下车库设计人员在设计过程中，应当着重考虑车库的通风、排风、排烟、火灾预警、火灾控制等与消防安全息息相关的基本要素，并积极借鉴一些先进的设计理念与成功案例，在降低地下车库火灾事故发生概率的同时，为广大车主提供一个安全、舒适的泊车环境。