建筑防排烟系统设计研究

文／赵永孝 徐州大屯工程咨询有限公司 江苏徐州 221611

1、建筑防排烟系统设计的作用和价值

建筑工程中所开展的防排烟设计，主要涵盖防烟与排烟两大系统类型。其中防烟系统是通过采用自然通风方式，防止火灾烟气在楼梯间、前室、避难层（间）等空间内积聚，或通过采用机械加压送风方式阻止火灾烟气侵入楼梯间、前室、避难层（间）等空间的系统 。而排烟系统的侧重点与防烟系统有较大差异，更加侧重于通过可开启的外窗将火灾烟气直接排放到外界空气中或通过机械排烟系统的排烟管道排出，阻止烟气、热气在着火空间内大量聚集，使逃生人员能够清晰地看到逃生路线顺利逃生，并减少烟气、热气对人员的伤害以利于人员疏散，能够有效保障人民群众的生命安全。也正因如此，在进行建筑规划与设计时，需要针对防排烟系统进行专项设计，避免在火灾发生之后燃烧产生的烟气直接影响人群疏散通道，导致人员无法及时有效疏散，而排烟系统也可以将火灾烟气直接排放到外界，减少室内空间的烟气浓度和二次火灾发生的几率和隐患[1]。因此在建筑规划与设计中不断提高防排烟设计的水平与质量，能够有效提高建筑工程的安全性效果，让人民群众的日常生活更加舒适，减少火灾发生之后烟气、热气对人员的伤害。

2、建筑防排烟系统中存在的问题

2.1 防排烟规划及分区设计问题

防排烟系统与建筑整体结构规划紧密相连，因此需要在建筑设计阶段直接针对即将应用或安装的防排烟系统设计必要的排烟窗、固定窗、消防救援窗等等，但是很多建筑设计人员在针对防排烟系统进行规划和设计中仍然存在设计水平较低的问题。例如，防排烟系统设计与消防防火需求紧密联系，因此可以在整体的规划角度设置防火分区，但是在单个空调系统、通风系统和防排烟系统中内部则无法设置分区，所以可以在空调系统、通风系统和防排烟系统跨越防火分区时，在管道穿越防火墙的位置设置防火阀，以阻止火灾从一个防火分区沿空调系统、通风系统和防排烟系统管道蔓延至其他防火分区。特别是在防排烟系统管道设计中和管道穿越防火墙处的孔洞封堵，需要选择不燃材料，避免因防火阀失效或填充材料失效导致烟气的蔓延，但是很多防排烟规划和设计人员却忽视了此类细节处需求，导致防排烟规划及设计效果无法充分凸显[2]。

2.2 防排烟系统中存在的问题

首先，在自然通风的封闭楼梯间、防烟楼梯间在最高位置设置的外窗面积偏小，位置由于梁等客观条件所限，或者人为未设计在最高位置，导致烟气聚集，对疏散和救援产生不利影响。

其次，在自然排烟中，很多排烟系统设计与规划过程中始终存在排烟外窗设计不当而导致自然排烟效果不佳的问题。主要体现于个别设计人员过于重视美观性效果，自然排烟窗分布严重不均与，单个自然排烟窗面积过大；可开启面积和有效可开启面积之间的混淆，如推拉窗应按储烟仓内可开启最大窗口面积计算，而有时会误将整个可推拉部分面积或者储烟仓以外的面积计入自然排烟窗面积之内；设计人员在高大空间中，设置自然排烟窗时，位置偏低，烟层温度与环境温差较小，烟气已经基本失去浮力，会在空中滞留或沉降，以至于排烟效果较差；建筑施工中实际采用的平开窗以及悬窗开启角度小于设计角度，间接减少自然排烟窗有效可开启面积，而以悬窗作为排烟窗时，下悬窗要好于上悬窗的排烟效果；建筑施工中设置在高位的自然排烟窗未在低位设置手动开启装置，使得建筑内部人员在火灾隐患发生时无法及时打开排烟内窗，从而顺利获得外界救援或逃生。对此防排烟系统设计无法充分实现其应有的效果。

再次，再机械加压送风系统中，加压送风口的位置应合理，不应设置在门后，因为火灾时，疏散的人群会将门推开，推开的门扇将前室的送风口挡住，影响正常送风，就会降低了防烟效果；再者，送风口直对楼梯间，由于楼梯间通往安全区域的疏散门（包括一层、避难层、屋顶通往安全区域的疏散门）开启的概率最大.加压送风口应远离这些楼层，避免大量的送风从这些楼层的门洞泄漏，导致楼梯间的压力分布均匀性差。

最后，在机械排烟设计工作中，排烟的效果是以烟气是否能够顺利排出作为主要依据，因此排烟口的设计就显得尤为重要，设计时为了节约造价，设计人员往往不会去均匀布置风口，如果从一个排烟口排出太多的烟气则会在烟层底部撕开一个“洞”，使新鲜的冷空气卷吸进去，随烟气排出，从而降低了实际排烟量，虽然从表面看相邻的几个排烟口不是一个排烟口，但由于它们距离很近，其效果往往近似于单个排烟口；另一方面，设置挡烟设施时，未考虑耐火完整性，而火灾时，高位会烧坏外窗，而烧坏的外窗可能会在机械排烟系统动作后变成进风口，使其失去排烟作用。

3、防排烟设计的主要内容

3.1 楼梯间和前室的自然通风设计

当建筑物火灾发生时，楼梯间是建筑物内部人员逃生的通道。同时，前室、合用前室是消防队员进行火灾扑救的起始场所。因此，在火灾发生时，首要的就是控制烟气进入楼梯间及前室。对建筑高度不高的建筑，推荐采用设可开启外窗的方式对楼梯间和前室采用自然通风以降低工程造价和减少机械设备的后期维护。

对于前室为了达到自然通风的目的，可以采用以下方式：（1）前室有全敞开的阳台或凹廊；（2）在两个及以上不同朝向的外墙上有可开启外窗，且独立前室有两个外窗面积均不小于2.0m2，合用前室有两个外窗面积均不小于3.0m2。当前室为独立前室且其仅有一个门与走道或房间相通时，可仅在楼梯间设置机械加压送风系统。而就防烟楼梯间来说，当前室满足以上自然通风条件，楼梯间即可采用自然通风，简便易行。另外当前室的机械加压送风口设置在前室的顶部形成有放阻隔烟气的风幕或正对前室入口的墙面形成正面阻挡烟气侵入前室时，楼梯间可采用自然通风系统 。而对于采用自然通风的楼梯间，考虑到一旦有烟气进入楼梯间后如果不能及时排出，将会给上部人员疏散和消防扑救进攻带来很大的危险。依据烟气流动的规律在顶层的楼梯间设置一定面积的可开启外窗可防止烟气的积聚使其及时排出，以保证楼梯间有较好的疏散和救援条件。

3.2 机械加压防烟送风设计

对于建筑高度不高的建筑，当不能满足自然通风条件是，应设置机械加压送风系统，而对于高度较高的建筑，其自然通风效果受建筑本身的密闭性以及自然环境中风向、风压的影响较大，难以保证防烟效果，所以需要采用机械加压来保证防烟效果。

以往我国针对机械加压防烟送风系统，特别是送风口位置并没有更加清晰明确的规定，甚至个别设计人员会将前室加压送风口直接安装设计与防火门后，导致在火灾发生时防火门开启后遮挡住加压送风口，直接影响机械加压送风系统的防烟效果。因此在建筑防烟排烟系统新技术标准的应用及推广之下，可以对前室及楼梯间加压送风口的位置进行更加清晰明确的规定，将其设置在前室顶部或正对入口的墙面之上，楼梯间设置再不影响人员疏散的位置。此类设计方法能够有效形成风路，进一步阻隔火灾蔓延的烟气，而直接将前室加压送风口设计于正对前室入口的墙面也能够形成一定的阻挡烟气侵入的良好效果，此类设计方法和规划形式都能在原有的防烟水平基础上提高防烟系统的防烟水平，让前室和楼梯间的防烟效果更加安全可靠[3]。

3.3 自然排烟设计

当建筑物内着火时，为了将烟气控制在着火区域所在的空间范围内，并限制烟气从该区域的储烟仓内向其他区域蔓延。烟气层高度需控制在储烟仓下沿以上，以保证火灾时人员的安全疏散及消防救援。而在设置防烟分区时，如果划分防烟分区过大时（包括长边过长），烟气再水平射流的扩散过程中，会卷吸周围大量冷空气而沉降，不利于烟气的及时排出；而防烟分区的面积过小，又会使储烟能力减弱，使烟气过早沉降或蔓延到相邻的防烟分区。

对于建筑物室内的排烟，应该首先考虑自然排烟，相较于机械排烟，自然排烟有简单易行，可靠，维护方便等优点。而对于自然排烟窗的设置，在过去很长时间内只要是外窗都可以视为自然排烟窗，其后果可想而知，烟气弥漫整个着火区域，人员逃生找不到方向，严重阻碍人员的安全疏散及消防救援。随着建筑防烟排烟技术标准的执行，国内防排烟才正式大步走入正轨。自然排烟窗应设置在建筑空间上部，储烟仓以内。储烟仓的设置，下部要有足够的清晰高度空间以利于人员的安全疏散及消防救援。为了避免烟气长距离蔓延卷吸过多冷空气而沉降，自然排烟窗应均匀布置且防烟分区内任一点到自然排烟窗的距离不应小于30m。对于高达空间，往往可燃物较多，着火时，热释放速率很快，而其空间往往有较多的自然排烟窗，如果一一开启，往往需要较长的时间，不但对火灾产生的烟热排放不利，更对开启人员的安全造成威胁，所以推荐设置集中手动和自动开启装置。

3.4 机械排烟设计

对于需要设置排烟设施，而自然排烟又不能满足排烟需求时，需设计机械排烟系统。设置排烟系统时，应与通风、空调系统分开。为了防止火灾在不同防火分区蔓延，且有利于不同防火分区烟气的排出。机械排烟系统沿水平方向布置时，每个防火分区的机械排烟系统应独立设置。

排烟风机宜设置在排烟系统的最高处，烟气出口宜朝上.并应高于加压送风机和补风机的进风口。当确有困难时，送风机的进风口与排烟风机的出风口应分开布置，当竖向布置时，送风机的进风口应设置在排烟出口的下方，其两者边缘最小垂直距离不应小于6.0m；水平布置时，两者边缘最小水平距离不应小于 20. Om 。因为距离过近的话，排烟风机排出的烟气可能会被补风机或送风机吸入从而造成污染。

另外设置机械排烟时，为了防止火灾沿管道蔓延，需要在重要的位置设置排烟防火阀，以便在火灾蔓延时，及时关闭通道，避免更大的损失。例如：垂直风管与每层水平风管交接处的水平管段上设置排烟防火阀可以防止火灾从一个楼层蔓延至其他楼层； 一个排烟系统负担多个防烟分区的排烟支管上设置排烟防火阀可以阻止火灾在不同防烟分区内蔓延，最大程度控制火势，减少损失等。

另外在设置机械排烟口时，可以将排烟口设置于风管上方，这样可以最大程度将排烟口深入到储烟仓根部，既可以增大单个风口的最大排烟量也可以避免排烟口距离储烟仓下沿太近，排烟的同时吸入周围空气，使排烟效果变差。

不管是机械排烟还是机械加压送风设计中，必须采用管道送风，避免直接应用混凝土风道，因为混凝土风道存在风量延程损耗大的问题，容易导致机械防烟排烟系统无法充分发挥作用甚至失效。所以应积极应用金属送风管道确保管道的不可燃材质提高管道送风水平。与此同时，可以在土建风道内安装内衬风管，但需要提前预留好安装内衬风管的条件和空间，要根据防排烟系统的实际运行需要和防排烟系统的规范需求，预留好风管安装的最小空间，确保内衬风管能够充分发挥其作用，另外排烟口和送风口的及其管道内的风速都应该控制在合适范围之内，既金属管道内风速不应超过20m/s，非金属管道风速不应超过15m/s，排烟口的风速不应大于10m/s，送风口的风速不应大于7m/s。

4、防排烟系统水平提升对策

4.1 强化设计人员的专业能力和素质

防排烟设计水平的全面提升，设计人员始终发挥着重要的作用，因此需要进一步强化设计人员的专业能力和素质。不论是建筑设计规划还是防排烟系统规划，相关设计人员是直接参与者也是工作的主导者，其自身工作质量水平直接影响建筑防排烟效果，因此需要着重提升设计人员的专业素质能力和思想认识。首先，在专业素质中可以优先选择防排烟设计经验丰富，专业技能水平强的人员进行规划和设计，也可以配套出台设计人员选拔制度，确保参与防排烟系统设计人员拥有与工作需求相匹配的专业知识和能力体系。其次，需要对现有设计人员的工作水平进行全面的监督和指导，可以在日常工作之余让设计人员积极学习各类新兴技术和设计方法，参与不同类型的培训论坛和讲座等等，在日常设计中积极开展中思，切实提高工作的主动性和积极性。而设计人员自身也需要不断提高对统防排烟设计的重要性认识，始终保持严肃认真的工作态度，切实提高防排烟系统设计的作用和价值。

4.2 全面规防排烟各个环节

要进一步规范防排烟各个环节，作为建筑的建设单位和施工单位，都需要对环节进行全面的把控和了解，确保设计能够与国家当前规范及要求内容相符合，如果涉及工作中出现了问题，也能第一时间进行发现和解决。在现有消防系统规划和施工设计中，防排烟系统是重中之重，甚至直接影响了建筑内部的消防安全水平，因此防排烟系统设计需要具备专业化图纸，为后期的施工操作进行必要的帮助与指导。除此之外，也可以根据防排烟系统的相关设计内容、施工技术等做好技术交底，并针对具体的设计内容进行全方位考察，全面了解建筑所处地区的自然风情况、气候条件等诸多因素，为防排烟系统数据采集和规划运算奠定良好的数据基础。

4.3 严格执行设计与施工监督管理

防排烟系统水平的提升不仅需要明确设计工作的重要价值，同样也需要强化设计与施工领域的监督与管理。当相关设计要素完成之后，需要积极采购防排烟系统相关材料和机械设备，现场管理人员需要对防排烟系统材料和设备进行全面的质量验收，避免不合格材料流入施工现场之中。另一方面，很多防排烟系统设计内容为隐蔽性工程，因此为了进一步凸显设计层面的质量和水平，需要对此类隐蔽工程进行全面的施工监督和施工质量保障，做好防排烟系统施工内容的验收，也可以进行试运行检查，如果在试运行期间发现了问题和隐患，要协调专业设计人员和施工人员进行全面调试和解决，避免建筑投入使用之后，现有暖通空调防排烟设计无法充分发挥其作用。

总结：

综上所述，在现代化建筑设计领域中，越发重视人民群众的日常生活需求，旨在打造更加舒适、安全的生活和活动空间，暖通空调系统始终发挥着决定性的作用，同样也与人民群众的生命安全紧密联系。在进行暖通空调系统设计中，需要站在建筑整体的角度进行防排烟系统的全面规划。要充分明确暖通空调系统防排烟设计的作用和价值，明确防排烟设计中存在的问题及隐患，并根据防排烟设计的内容进行合理有效地规范，通过强化设计人员专业能力与素质等必要的方法提高暖通空调防排烟设计水平。希望通过本文的研究能够为我国建筑设计以及暖通空调系统防排烟设计水平的提高奠定良好基础。