建筑暖通空调防排烟设计常见问题分析

李晋芝

（太原理工大学建筑设计研究院有限公司，山西 太原 030024）

0 引言

现代社会对于建筑工程的各个层面均提出了更新的要求，暖通空调也成为人们生活中的重要组成部分。暖通空调中最关键的部分是防排烟系统，该系统可在建筑发生火灾事故时，第一时间辅助救援行动，为消防工作争取更多的时间。但部分建筑单位或设计人员没有对防排烟设计工作引起重视，导致在设计工作中出现了较多问题，为了解决这些问题，发挥出暖通空调自身的能效，需要设计人员深入研究防排烟设计，使建筑的消防安全性能有所提升。

1 建筑暖通空调系统的排烟模式

1.1 烟囱效应排烟

如果建筑内部发生了火灾，其室内温度会逐渐上升，使得室内外构成了温度差，当这一温度差到达一定数值后，便会对烟雾产生一种动力，这种动力排烟模式即为烟囱效应，在国外也叫“烟塔排烟”。在建筑暖通空调防排烟设计中，可采用烟囱效应排烟模式，通过在竖井产生的风力开展排烟工作。这种模式的优势在于受室外气候影响较小，外部环境因素对其产生的干扰也相对较低，设备简单且投入成本少，无须使用其他动力设备，在我国现阶段的建筑中应用广泛。但其缺点是占地面积较大，而过大的占地面积必然会导致土地资源的浪费，对于建筑开发商来讲成本过高。图1为烟囱效应排烟原理。

图1 烟囱效应排烟原理

1.2 机械设备排烟

机械设备排烟即使用排烟风机一类的机械设备，对建筑室内的烟雾进行排放，将室外的新鲜空气引入至室内环境中。空气是一种助燃物，若在建筑火灾现场中，采用这一排烟模式之时容易造成火势的加大，需要在运用该模式的情况下科学选择地点。此模式的优势在于可控程度高、效果明显、稳定性强，与烟囱效应排烟模式相比，该模式可确保排烟区域的安全系数。但其缺点在于设计中要同时安装排风机与送风机，两种设备都价格昂贵、耗电量多，有时还会因为火灾现场的高温灼烧等原因，使得对机械设备的电力供应受到负面影响，降低了设备排烟的效率和质量。无论选择何种排烟方式，都要依照建筑实际情况来决定，必须以保证人们的生命财产安全为核心标准[1]。

2 影响建筑排烟的烟雾流动因素

建筑中若发生了火灾，便要立刻启动排烟系统，保证建筑内所有人员拥有充足的撤离时间，但当前仍然具有较多因素，会对暖通空调的排烟效果产生不良影响。火灾事故发生后，现场会产生较多有毒气体，其会随着气流通向建筑内的每个角落，阻碍了人员的迅速撤离。火灾现场的温度较高，会让现场同室外出现温度差，导致室内外的压力不均衡，产生烟囱效应，这一效应也是导致火灾现场烟雾弥漫的重要原因之一。火灾现场中，风力、风速等环境因素，会让烟雾的蔓延速度难以得到控制和把握，若不能在短时间内处理，便会为现场救援工作的有序开展造成阻碍，也容易扩大火灾的影响或发生爆炸事故等，威胁建筑与内部人员的安全[2]。表1为烟雾体积变化和流动速度与火灾现场温度的关系。

表1 烟雾体积变化和流动速度与火灾现场温度的关系

3 建筑暖通空调防排烟设计中存在的问题

3.1 排烟窗口的设计不科学

我国在建筑设计规范中，在排烟窗口的设计上提出了更高的要求，设计人员应主要将其设置于建筑上方，也要将开启装置合理布局，便于在火灾发生时让烟雾可朝着上方传播，有利于于高效排出建筑上方的烟雾。但部分建筑未能在设计排烟窗口时，使其安排在建筑上方，容易造成人们快速疏散而忘记开启装置，难以真正发挥出其应有的价值。虽然一些建筑中的排烟系统和火警报警系统得到了整合，可实现在火灾发生后自动开启排烟窗口，但这一系统价格昂贵，使其无法在建筑中得到广泛应用。部分设计人员缺少对建筑所在区域排烟装置的了解，没有按照标准流程、考虑实际施工中会存在的问题等，以此为标准进行合理设计，而单纯以成本、美观度等开展设计工作，或直接使用其他形式的天窗代替规范的自然排烟外窗等[3]。

3.2 送风口的设计不标准

在送风口设计上，我国较多建筑会使用竖向送风的机械排烟管道，搭配利用统一规格的百叶窗开口送风。但由于部分建筑单位没有缺少对送风口管道内壁处理的管控，容易造成管道内部的不平整，有一些建筑单位尚未派遣专业人员定期对管道开展保养与维护工作，也会使其内壁出现腐蚀。设计人员在设计管道时若不够合理，则会造成管道内部弯路较多、长度过长等问题，会对送风口的工作效果带来不利影响。

3.3 防火阀的设计不合理

当建筑发生火灾之时，耐火性良好的防火阀可将明火阻拦在一定范围之外，可为消防工作的运行提供便捷。如果防火阀设计不合理，便会使其功能无法得到高效发挥，其中较为常见的问题是风机管道在防火隔离区域内，未能参考规范标准安装规定数量的防火阀。由于防火阀的配置较为灵活，设计人员应依照具体情况开展工作，在排风机入口处也要设计防火阀，以获得更好的排烟成效。而在送风管、补风管、加压排烟管等通过防火隔离区域的位置上也应该安装防火阀。

3.4 与其他专业的协调配合不足

暖通空调中的防排烟部分是建筑中的关键系统之一，其设计工作并非单独展开，通常需要设计人员与其他专业协同合作，涵盖了土木、工艺技术、电气、结构等，各个专业之间具有相互支撑的关系，用以获得理想的设计效果。但部分设计人员对专业配合的认识存在不足，使得最终的设计成效未能达到理想状态。例如，在设计中出现了其他专业方案或图纸的变化，而暖通空调防排烟设计却未能加以调整，设计人员在调整前未能了解其他专业的设计意图，便会存在设计调整不科学的问题。在设计工作中还会存在多个项目交叉的现象，若没有对每次调整都做出正确判断，待到方案定型后才发现存在的问题，此时再开展调整工作会给其他专业带来影响。

4 建筑暖通空调防排烟设计的优化策略

4.1 完善自然排烟窗口的设计

在建筑暖通空调防排烟设计中，最科学的一种排烟方式便是自然排烟，需要设计人员明确建筑的结构、布局、风口等因素，为设计工作的开展夯实基础。要求设计人员认识到自然排烟的重要性，在具体开展设计工作中充分利用自然排烟方式，结合具体的外窗类型，计算出开启角度、确定开启形式等，使外窗可开启有效面积符合规范要求。还应当采取有效措施，对自然排烟窗口的设计加以完善，保证整体防排烟质量得到显著提升。如果使用自然通风式的避难间，则必须设置不同朝向的可开启外窗，其有效面积应超过地面面积的2%，每个朝向的面积控制在至少2m2，不可存在固定窗或内窗。

4.2 提高送风口设计的规范性

我国较多建筑使用固定百叶窗式的常开风口，作为主要的机械排烟系统送风口，但不同的建筑在送风口的设计方面具有差异性要求，若设计人员未能把握这些差异点，便会使送风口存在风速不等、风量不均等现象。部分设计人员将送风口和送风机间的距离安排较远，容易造成整体的送风量较低，也会对防排烟的成效产生影响。要求建筑单位应参考建筑的具体情况，将其内部区域划分为多个防排烟模块，指定专业工作人员精准测量每个防排烟模块的实际面积，用以确定和规划送风口的安装位置。在完成这些工序后，还需要对送风口的设计进行实验，期间对计算结果进行记录，成为设计人员调整送风口大小、位置的重要依据，有助于提高送风口设计的规范性，也使得机械送风系统的防排烟能效有所发挥[4]。

4.3 关注对防排烟防火阀的设计

作为防排烟系统中的重要组成部分，防火阀主要起到了开关、调节的作用，能够将火灾区域的通风系统空气流动通路关闭，可安装在暖通空调的调节系统、通风系统中，但由于施工条件、环境因素的影响，容易造成防火阀设计的不科学，致使防火阀不利于安装或在投用后出现使用不便的问题。为此，设计人员应关注对防排烟防火阀的设计，在容易存在火灾隐患的房间，以及危险程度较高的楼板、隔离墙位置，都要设计出符合安装条件的防火阀。在水平、垂直方向的风管方面，在其交接位置也要为其安排防火用的消防管道空间。在空气调节设备隔离楼板、穿越防火分区两侧、变形缝等位置上，也要科学设计防火阀。当防火阀投用后，设计人员应在排烟风机的机房位置，设置专用的排烟直管和防火阀，在穿越防火墙上方也要设计防火阀，有利于提高建筑的安全等级[5]。

4.4 使用信息技术重视与其他专业的配合

为解决暖通空调防排烟设计同其他专业配合的问题，设计人员可采用信息技术辅助专业间的协调工作，如采用建筑信息模型技术（building information modeling,BIM），其是一种三维工程建模软件，围绕建筑各项实际信息数据，可对建筑工程内的诸多子项目进行仿真模拟。BIM软件可在具体开展设计工作时，利用计算机对设计方案展开立体式模拟，检查设计方案中可能会存在的问题，突破了时空局限，便于设计人员随时随地利用各种类型客户端中的看图软件查看模拟结果，再对其中存在的问题进行记录后，使用计算机端中的BIM软件及时调整设计方案，可规避各种交叉的发生。在使用BIM软件之时，能够达成设计方案的科学优化，通过协调多方确定解决问题的措施，使设计的合理性有所提高。此时需要设计人员全面收集建筑相关信息，以此为主要参考依据建立建筑整体的三维模型，以可视化的方式显示出建筑内的空间结构关系，再建立暖通空调防排烟系统的三维模型，使其与其他专业模型互通后，便能达到多专业共同设计的目的。任何一个专业发生若干项变化后，防排烟系统的数据信息和三维模型也会自动做出调整，立即将调整后的结果反馈给设计人员，从根本上解决了以往专业协调不佳的问题。

4.5 科学设计防排烟风机

防排烟风机的作用在于消除消防管道内产生的烟雾，确保疏散通道内的空气质量，通常由不可燃材料制作而成，常用的防排烟风机有离心式、轴流式两种。经由风机对烟雾的排除，可减少建筑内的热量，或把热量传导至不会发生火灾的区域内，降低了烟雾对人体健康产生的威胁。任何类型的防排烟风机在设计中，都要确保其在输送介质在小于85℃的情况下拥有10年的寿命，且在烟雾温度为280℃的环境中，可连续工作至少0.5h。设计人员也要考虑到门窗的因素，其也能加快烟雾的排放速度。若建筑属于高层建筑，设计人员便要将煤气、电网等管线也加以考虑，了解建筑内的管线分布情况，预先设计好加压式送风机。若排烟的净空高度超过了9m，则会导致无法划分出排烟区域，则要适当扩大排烟工作的范围。高层建筑通常会安装天窗，若在计算中加入了天窗的排烟量，可提高排烟速度计算。防排烟风机需要满足系统风量、风压的要求，应将其尽量安排在风机的高效运转区域。如果建筑位于高原地区，由于海拔高度大、气压低且密度小的缘故，在防排烟风机设计过程中，便要考虑到当地大气压力的影响，在质量、流量、阻力相同的情况下，高原地区的风机风量和风压都要高于平原地区。在具体施工过程中，设计人员应配合施工人员计算出排烟量，科学运用门窗等装置，以此确定出最适宜的排烟方式。

5 结语

综上所述，建筑中的暖通空调防排烟设计，与建筑的消防性能和用户的使用体验密切相关。因此，设计人员应牢牢把握各项设计要点，根据具体设计工作中存在的问题，结合实际制定出更具针对性的处理方案，将先进的设计理念和方法应用到各个设计环节中，才能提升暖通空调防排烟系统的有效性，使系统可以在火灾事故发生时正常运行，最大限度上保障建筑和人员的安全。