简析高层建筑消防防火排烟的标准化设计

郭进尧

（甘肃天瑞华电子安全信息技术有限公司，甘肃 兰州 730030）

随着城市化进程的加速，高层建筑在城市中占据着越来越重要的地位。然而，高层建筑在提高土地利用效率和城市美观度的同时，也带来了消防安全方面的巨大挑战。火灾烟气的快速蔓延对高层建筑内的人员疏散和消防救援工作造成了极大威胁。因此，对高层建筑消防防火排烟系统的标准化设计进行深入研究，具有重要的现实意义。科学合理的防火排烟设计不仅能够有效控制火灾蔓延，还能在火灾初期提供清晰的疏散通道，保障人员安全，减少火灾损失。

1 排烟系统设计的基本原理

1.1 排烟系统的定义

排烟系统是指为排除火灾产生的烟气，确保疏散通道和安全区域的空气质量而设计的一套通风设施。特别是在高层建筑中，由于建筑高度和内部结构复杂，排烟系统的有效性直接关系到人员安全和火灾扑救的成败。排烟系统包括自然排烟和机械排烟两种形式，通过设置在建筑各个楼层和区域的排烟口、排烟管道和排烟风机等设施，实现烟气的有效排放，如图1。

图1 排烟系统示意图

1.2 排烟系统的工作原理

排烟系统通过控制排烟风机的运行，将火灾产生的烟气通过排烟管道排出建筑外部，确保疏散通道和安全区域的空气质量。系统在火灾发生时自动启动，通过感烟探测器和温度探测器监测火灾情况，控制排烟风机的开启和关闭。排烟口应设在火灾可能发生的各个区域，确保烟气能够迅速排出。排烟管道的设计应确保烟气在高温高压条件下顺利排放，同时防止烟气回流，具体原理如图2。

图2 排烟系统工作原理

2 高层建筑排烟系统的设计规范

2.1 排烟风机设计

排烟风机是排烟系统的核心设备，其性能直接影响系统的排烟效率，其构造如图3。

图3 排烟风机示意图

依据GB 50016-2014《建筑设计防火规范》，高层建筑排烟风机应具备高温耐受能力，能够在280℃环境下持续运行30 min 以上。风机的选型应根据建筑面积和火灾荷载确定，确保在火灾发生时提供足够的排烟量。

2.2 排烟管道设计

排烟管道是连接排烟口和排烟风机的通道，其设计需满足高温、高压和防火要求。根据GB 51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》，排烟管道应采用防火材料，如不锈钢或镀锌钢板，管道厚度应满足防火要求，并设置防火阀，防止火灾发生时烟气回流。管道布置应尽量减少弯曲，保证烟气顺畅排放。

2.3 防火分区设计

防火分区是防止火灾蔓延的重要措施，其设计直接关系到排烟系统的有效性，其原理如图4。

图4 防火分区设计原理

依据GB 50016-2014《建筑设计防火规范》（2018年版），高层建筑应根据使用功能和火灾风险划分防火分区，每个防火分区应独立设置排烟系统，确保火灾发生时烟气不会通过排烟系统扩散到其他区域。防火分区的设计应综合考虑建筑结构、使用功能和人员疏散路线，确保在火灾发生时能够有效隔离火源，减少损失。

2.4 智能控制系统设计

智能控制系统是提高排烟系统运行效率和可靠性的关键，其设计应考虑火灾监测、报警和联动控制等功能。依据GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》，高层建筑应设置火灾自动报警系统，通过感烟探测器、温度探测器等设备实时监测火灾情况，并与排烟系统联动，确保火灾发生时排烟系统能够迅速启动。智能控制系统还应具备手动控制功能，确保在自动系统失效时，人员能够手动启动排烟设备。

3 高层建筑排烟系统的组成与配置

3.1 排烟风机配置

排烟风机配置是排烟系统设计的关键环节，需根据建筑面积和防火分区确定风机数量和功率。风机应具备高温耐受能力和稳定的运行性能，配置时应考虑冗余设计，确保在单台风机故障时，其他风机能正常运行。风机的安装位置应便于维护和检修，同时应设置消音装置，减少噪音对建筑物内人员的影响。

3.2 排烟管道配置

排烟管道应采用防火、耐高温材料，布置时应避免与其他管道交叉，减少弯曲和接头，确保烟气顺畅排放。管道内应设置压力监测装置，实时监控管道内的烟气压力，确保系统在高温高压条件下安全运行。管道应定期进行清洁和维护，防止烟气沉积影响排烟效果。

3.3 排烟口配置

排烟口应设置在火灾风险较高的区域，如电梯前室、疏散楼梯间和消防电梯前室等，确保火灾发生时烟气能迅速排出。排烟口的数量和尺寸应根据防火分区和建筑面积确定，确保每个防火分区内的排烟口能够满足排烟需求。排烟口应设置自动关闭装置，防止火灾时烟气通过排烟口扩散到其他区域。

3.4 智能控制系统配置

智能控制系统应配置火灾监测、报警和联动控制设备，通过感烟探测器和温度探测器实时监测火灾情况，并与排烟系统联动，确保火灾发生时排烟系统能够迅速启动。控制系统应具备手动控制功能，确保在自动系统失效时，人员能够手动启动排烟设备。系统的设计应考虑冗余设计，确保在单点故障时，系统能够继续运行。

4 高层建筑排烟系统的优化设计

4.1 排烟风机优化设计

排烟风机的优化设计应综合考虑风机的高温耐受能力和运行效率，通过选用高效风机和优化风机布局，提高系统的排烟效率。风机的选型应根据建筑面积和防火分区确定，确保在火灾发生时提供足够的排烟量。风机的安装位置应便于维护和检修，同时应设置消音装置，减少噪音对建筑物内人员的影响。

4.2 排烟管道优化设计

排烟管道的优化设计应综合考虑管道的防火、耐高温和防腐蚀性能，通过选用高质量的管道材料和优化管道布置，提高系统的安全性和可靠性。管道布置应尽量减少弯曲和接头，降低烟气阻力，提高排烟效率。管道内应设置压力监测装置，实时监控管道内的烟气压力，确保系统在高温高压条件下安全运行。

4.3 防火分区优化设计

防火分区的优化设计应综合考虑建筑结构、使用功能和人员疏散路线，通过合理划分防火分区，减少火灾蔓延的风险。每个防火分区应独立设置排烟系统，确保火灾发生时烟气不会通过排烟系统扩散到其他区域。防火分区的设计应符合GB 50016-2014《建筑设计防火规范》的要求，确保在火灾时能够有效隔离火源，减少火灾损失。

4.4 智能控制系统优化设计

智能控制系统的优化设计应综合考虑火灾监测、报警和联动控制等功能，通过选用高性能的火灾监测设备和控制系统，提高系统的运行效率和可靠性。控制系统应具备手动控制功能，确保在自动系统失效时，人员能够手动启动排烟设备。系统的设计应考虑冗余设计，确保在单点故障时，系统能够继续运行。

5 结语

高层建筑的消防安全是现代城市建设中不可忽视的重要问题。通过对排烟系统的标准化设计，从排烟风机、排烟管道、防火分区到智能控制系统的全面优化，不仅提高了系统的可靠性和效率，也为高层建筑提供了更加坚实的消防安全保障。未来，应持续完善相关标准和规范，结合新技术的发展，不断提升高层建筑消防系统的设计水平，为城市安全提供更有力的支持。