建筑管道排烟系统设计要点探究

张蕊 程晓敏 武华胜 庞敏 孙路 李明跃

摘 要： 通过对建筑管道排烟系统设计的要点进行探究，包括建筑特点和使用需求分析、系统设计和计算方法应用、施工过程中的注意事项、设备安装和连接方式、烟气产生量和速度的计算、风机选型和功率计算、定期检查和清洁、故障排除和维修方法、系统更新和升级的考虑等内容。通过案例分析，将理论知识与实际工程相结合，深入探讨了建筑管道排烟系统设计的关键要点。

关键词： 建筑排烟系统 设计要点 建筑管道 案例分析

中图分类号： TU834文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）03-0065-03

Exploration of Key Points in the Design of the Smoke Exhaust System of Building Pipes

ZHANG Rui CHENG Xiaomin WU Huasheng PANG Min SUN Lu LI Mingyue

Anhui Provincial Institute of Product Quality Supervision and Inspection， Hefei， Anhui Province， 230051 China

Abstract： This article explores key points in the design of the smoke exhaust system of building pipes， including the analysis of building characteristics and usage requirements， the application of system design and calculation methods， precautions during construction， equipment installation and connection methods， the calculation of smoke output and speed， the selection and power calculation of fans， regular inspection and cleaning， troubleshooting and mainte‐nance methods， the consideration of system updates and other aspects. Through case analysis， this article combines theoretical knowledge with practical engineering， and deeply explores key points in the design of the smoke exhaust system of building pipes.

Key Words： Architectural smoke exhaust system； Key points in design； Building pipe； Case analysis

建筑排烟系统作为火灾安全的重要组成部分，对于保障人员疏散和减少火灾损失具有重要意义。然而，在建筑排烟系统的设计过程中，需要考虑众多因素，并且要符合相关法规和标准。本文旨在探究建筑管道排烟系统设计的关键要点，包括建筑特点和使用需求分析、系统设计和计算方法应用、施工过程中的注意事项、设备安装和连接方式、烟气产生量和速度的计算、风机选型和功率计算、定期检查和清洁、故障排除和维修方法、系统更新和升级的考虑。

1 建筑管道排烟系统的背景和重要性

1.1 建筑管道排烟系统的定义和作用

建筑管道排烟系统是指为了保障火灾发生时人员疏散通道畅通，迅速排除烟雾而设计的系统。它由烟道、排烟风机、烟气压力控制装置等组成，通过合理布置烟道和设置排烟口，将火灾产生的有毒烟雾从室内排放到室外，以确保人员安全逃生。

1.2 建筑管道排烟系统在火灾安全中的重要性

建筑管道排烟系统在火灾安全中扮演着至关重要的角色。首先，它能够快速排除烟雾，减少火场烟雾浓度，提供清晰的视线，有助于人员疏散和消防员进行灭火救援工作。其次，建筑管道排烟系统可以保持疏散通道畅通，确保人员迅速有序地撤离火灾现场，降低人员伤亡的风险[1]。此外，它还能防止烟雾通过楼梯井、走廊等传播到其他楼层或房间，避免火势蔓延，保护整个建筑物的安全。

2 建筑管道排烟系统的设计原则

2.1 符合相关法规和标准

建筑管道排烟系统的设计必须符合国家和地方相关的法规和标准。这些法规和标准规定了排烟系统的基本要求、设计参数以及安全性能等，包括建筑消防设施设计规范、建筑防火技术规范等。确保设计符合法规和标准可以提高排烟系统的可靠性和安全性，有效预防火灾和人员伤亡。

2.2 考虑建筑特点和使用需求

在设计建筑管道排烟系统时，需要充分考虑建筑的特点和使用需求，包括建筑的结构类型、平面布局、高度、功能分区等因素。不同类型的建筑对排烟系统的要求会有所不同，例如：高层建筑需要考虑排烟风机的扬程和风量，大跨度建筑需要考虑烟道的布置和连接方式等。同时，还需根据建筑的使用需求确定排烟系统的设计参数，如排烟口的数量和位置、烟道尺寸等。

2.3 确保人员疏散和消防通道畅通

建筑管道排烟系统的设计应确保人员疏散和消防通道的畅通。排烟系统需要合理布置，使烟气能够快速排出建筑物，不妨碍人员疏散通道的使用。排烟口和通风口的位置应考虑人员逃生路径和安全出口的位置，避免烟气对人员逃生造成干扰。此外，还需设置相应的防火门、防火墙等措施，以保证消防通道的完整性和防火分隔效果。

2.4 保证排烟效果和控制烟气扩散

建筑管道排烟系统的设计要保证良好的排烟效果和控制烟气扩散。为此，需要根据火灾情况计算烟气产生量和速度，确定合适的排烟风机类型、数量和功率。同时，烟道的尺寸和材料选择也需符合相关要求，以确保排烟效果的达到预期。此外，还需要考虑烟气在排烟过程中的流动特性，采取合适的导烟措施，有效控制烟气的传播范围和影响。

2.5 合理利用自然通风和机械通风方式

在建筑管道排烟系统的设计中，应充分利用自然通风和机械通风方式。自然通风是指利用自然气流通过烟道、通风口等实现排烟的方式，具有无能耗、无噪声等优点；机械通风则依靠排烟风机等设备提供动力，增强排烟效果。综合考虑建筑特点、使用需求和经济性等因素，在设计中合理选择自然通风和机械通风方式，并适当组合，以达到最佳的排烟效果和经济效益[2]。

3 建筑管道排烟系统的组成和构造

3.1 主要组件：排烟风机、烟气管道、烟气压力控制装置等

建筑管道排烟系统由多个主要组件组成，包括排烟风机、烟气管道、烟气压力控制装置等。排烟风机是整个系统的核心部件，通过产生负压将烟气从火灾现场排出建筑物。烟气管道作为烟气的传输通道，将烟雾从起火点引导到室外。烟气压力控制装置用于控制烟气的流动方向和速度，确保排烟效果的有效性。

3.2 管道布置和连接方式

管道布置需要根据建筑的特点和使用需求，在适当位置设置烟道和烟气传输通道。布置时应尽量避免管道弯曲和阻塞，以确保烟气畅通排放。此外，还需考虑管道连接方式的选择，常见的连接方式有法兰连接、螺纹连接和焊接连接等，选择合适的连接方式可以确保管道的密封性和稳定性。

3.3 通风口和排烟出口位置设计

通风口应设置在建筑的高低位不同位置，以利用自然气流进行排烟。排烟出口的位置应根据火灾情况和人员疏散路径确定，通常设于安全出口附近，确保人员撤离时不受烟雾影响[3]。在具体设计中，需要综合考虑建筑的结构特点、消防要求和烟气传输路径等因素，合理确定通风口和排烟出口的数量和位置。

3.4 防火墙和隔烟门的设置

为了增强建筑管道排烟系统的防火性能，还需要设置防火墙和隔烟门。防火墙主要用于防止烟气通过楼层和房间之间的传播，将火灾限制在起火区域，减少火势蔓延的可能性。隔烟门则用于切断烟气的传输，将烟雾局限在一定范围内，保证人员疏散通道的安全。防火墙和隔烟门的设置要符合相关法规和标准的要求，并与排烟系统的设计相协调。

4 建筑管道排烟系统的计算和设计方法

4.1 烟气产生量和烟气速度的计算方法

4.1.1 烟气产生量的计算方法

（1）根据燃烧物质的质量或体积以及燃烧过程中的热量释放计算：假设某火灾场景中燃烧的木材，其质量为100 kg，燃烧过程中释放的热量为20 MJ/kg。根据燃烧反应方程式可知，每单位质量的木材燃烧会产生固定的烟气量（例如：对于木材，燃烧反应方程式表明每单位质量的木材燃烧会产生1.5 kg的烟气）。因此，该火灾会产生的烟气量为100 kg×1.5 kg/kg=150 kg。

（2）根据燃烧产物的生成情况进行估算：假设某火灾场景中燃烧的天然气，根据其组成和燃烧反应方程式，可以得知每单位质量的天然气燃烧会产生2.2 kg的烟气。如果已知火灾中燃烧的天然气质量为50 kg，那么所产生的烟气量为50 kg × 2.2 kg/kg = 110 kg。

4.1.2 烟气速度的计算方法

（1）管道流动公式：假设烟道的截面积为1 m2，烟道内压差为100 Pa，阻力系数为0.02。根据DarcyWeisbach公式，可以使用以下公式计算烟气速度：

假设烟气密度为1.2 kg/m3，代入上述数值进行计算，可以得到烟气速度。

式（2）中：V为烟气速度；Δp为测得的压力差；ρ为烟气密度。

（3）数值模拟方法：使用计算流体力学（CFD）软件进行数值模拟，通过求解连续性方程、动量方程和能量方程等，可以得到烟气速度分布的详细信息。

4.2 风机选型和功率计算方法

4.2.1 风机选型方法

（1）烟道长度和阻力损失：假设烟道长度为10 m，阻力损失为500 Pa。根据经验公式或风机性能数据，选择适合的风机类型和型号。（2）所需排烟风量：假设建筑的使用类型为商业办公楼，面积为1 000 m2，根据相关规范或经验公式，估算所需的排烟风量为20 000 m3/h。（3）环境条件：假设环境温度为25°C，湿度为50%，海拔高度为1 000 m。根据这些环境条件，选择符合要求的风机。

4.2.2 风机功率计算方法

（1）静压计算：假设风机所需的静压为600 Pa，根据风机性能曲线或经验数据，可以确定风机在该静压下的风量。根据所选风机的风量和静压，可以计算出风机的静压功率需求。（2）动压计算：假设风机所需的动压为300 Pa，根据风机性能曲线或经验数据，可以确定风机在该动压下的风量。根据所选风机的风量和动压，可以计算出风机的动压功率需求。（3）总功率计算：将静压功率需求和动压功率需求相加，即可得到风机的总功率需求。

4.3 管道尺寸和材料选择

建筑管道排烟系统的设计中，需要合理确定烟道的尺寸和材料。烟道尺寸的选择应根据烟气产生量和速度的计算结果，以及对烟道内部阻力和压力损失的考虑。管道材料的选择应根据其耐高温、防腐蚀和密封性等特性。常见的烟道材料包括镀锌钢板、不锈钢、耐酸玻璃钢等。除了常见的烟道材料，还有以下几种材料可以作为烟道材料。（1）水泥：水泥在一些低温度和低压力环境下可用于制作烟道。然而，水泥在高温和高压力环境下可能会出现开裂和脱落的问题，因此需谨慎使用。（2）包覆玻璃棉或岩棉的复合管：这种烟道材料通常由内部金属管道和外部包覆玻璃棉或岩棉的绝热层组成[4-5]。它具有较好的保温性能和耐高温性能，适用于较高温度的烟道。（3）涂刷防火涂料的金属管：将金属管道表面涂刷上特殊的防火涂料，以提高其耐火性能。这种材料通常用于需要额外的防火保护的烟道系统，可以有效减少火灾风险。

5 建筑管道排烟系统的安装和调试要点

5.1 施工过程中的注意事项

首先，确保施工人员具备相关技术资质，并按照相关法规和标准进行操作。其次，要对施工现场进行合理的布局和划分，确保安全通道畅通。同时，在安装过程中要注意防火措施的落实，避免在火灾风险区域进行焊接等工艺。另外，还需严格执行施工图纸和技术要求，确保各个组件的正确安装和连接。

5.2 设备安装和连接方式

在设备安装方面，应根据设备的特点和使用要求进行合理布置，确保设备的稳定性和安全性。同时，还需要进行设备的电气接线和防水处理，以确保设备能够正常运行。在连接方式上，需要选择适当的连接方式，如法兰连接、螺纹连接和焊接连接等，保证连接紧密、密封可靠。

6 结语

本文对建筑管道排烟系统设计的关键要点进行了探究，涵盖了从建筑特点和使用需求分析到系统安装、运行和维护的全过程。通过深入研究和案例分析，得出了一系列设计原则和计算方法，以提高排烟系统的性能和可靠性。未来的研究方向可以进一步关注新技术的应用和系统智能化管理，以满足不断发展的建筑需求和火灾安全要求，进一步提高建筑排烟系统的效果，确保人员和建筑物的安全。

参考文献

[1]贺宗彦.防排烟系统对洁净室不利影响的统计分析[J].洁净与空调技术，2022（4）：59-61.

[2]葛秀方.对建筑中机械排烟管道选择要求的探讨[J].四川建材，2022，48（8）：219-220，222.

[3]朱湘旭，刘阳，王强.地铁防排烟系统管道耐火极限做法分析[J].新型工业化，2021，11（7）：216-217.

[4]韦天恒.民用建筑地下汽车库通风排烟设计[J].大众标准化，2023（8）：101-103.

[5]任龙，梁伟西.地下车库建筑的通风排烟设计思路分析[J].工程技术研究，2022，7（12）：173-175.