关于防排烟系统设计的一些思考

吴梅艳

（福建绿城建筑设计有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

研究表明，高温有毒的烟气是造成火灾人员伤亡的首要因素，因火灾烟气致死人数约占火灾死亡人数的70%[1]。作为重要的消防设施，建筑防排烟系统能有效阻挡有害烟气、保障人员安全疏散同时有利于消防人员顺利进入火场施救。防排烟系统设计的重要性毋庸置疑。本文旨在通过个人工作实践，对工程设计、施工及验收中发现和遇到的一些问题，对防排烟系统设计进行一些思考和探索。

1 自然防排烟

《建筑防烟排烟系统技术标准》（以下简称《标准》）中强制规定了建筑高度大于50m的公建、工建及建筑高度大于100m的住宅，其防烟楼梯间、前室、合用前室等均应设置机械加压送风系统，其他情况则在符合规范前提下，合理采用自然防烟或机械加压送风方式。此外，排烟系统设计应根据建筑功能及平面布置等因素，尽可能采用自然排烟[1]。

事实上，自然防排烟效果受到各种条件的影响，如火灾发生季节不同，会主导不同的风向，造成不同的室内外温差，风压和热压的共同作用为自然防排烟效果带来了许多不确定性。自然防排烟还需依赖可开启外窗的作用，而外窗的开启往往需要室内人员操作。有专家推论，在自然因素、人为因素及建筑物自身因素等综合作用下，自然防排烟可靠率仅为50%。

设计过程中，设计师往往遵循简便易行的原则，在符合规范前提下，尽可能选择自然防排烟方式。我国幅员辽阔，地形多变，气候带分布广泛。类型相似的建筑，可能设计在夏热冬暖的海滨城市，也可能设计在寒冷的内陆北方城市。如夏热冬暖地区的人们普遍习惯开窗通风，冬季无采暖需求或采暖需求较低，建筑室内外温差亦不大，楼梯烟囱效应小，优先采用自然防排烟方式较为可靠。反之，类似建筑如设在寒冷地区滨海城市的开阔地带，冬季由于室内外温差大，楼梯间烟囱效应明显，加之室外风向多变，大风天气频发，自然防排烟方式极有可能因热压和风压的作用影响效果。因此，做为设计师，我们不应该为求省事，简单套用，而应该因地制宜，充分了解各地的地形、气候、气象参数等条件，合理采用自然防排烟方式。

2 机械防排烟

2.1 风道阻力的影响

新《标准》规定了机械防、排烟系统不能直接采用土建竖井，均应采用管道排烟。因为风道光滑度对系统有效性起关键作用，该条为强制性条文，应严格执行。文献指出前室及合用前室的多叶送风口厚度一般为 275mm，而竖井墙厚有时仅为100mm，在薄墙安装风口会使得风口内凸175mm，以26层高的竖井为例计算，风口内凹的阻力比光滑竖井时增加了407.1Pa。新《标准》的实施，往后设计中不会再有多叶送风口直接凸进土建风道的情况，但暖通设计与建筑配合中仍不免因条件受限，竖井面积过小，内衬风管与井道内壁甚至仅有50-100mm的间距，如果风井仍为100mm的薄墙，多叶送风口势必会内凸进风管内75-125mm。由于采用金属内衬风管时，规范对风管的最高风速限定值是20m/s，因风井面积限制，设计时将风速算到接近20米的情况并不鲜见，故多叶送风口内凸进风管仍然会产生较大系统阻力。因此，我们在设计时应注意核算多叶送风口的安装厚度，尽可能保证内衬风管外壁和风井外壁有300mm以上的厚度，避免出现风口内凸进风管，因条件受限，风口不得已要凸进内衬风管时，应计算内凸段所增大的系统阻力，在风机选型时加大风机风压。

相比机械加压送风系统，机械排烟系统往往更为复杂。为节约管井及机房条件等，机械排烟系统设计往往采用竖直方向合用，水平方向不跨越防火分区，但每层负担多个防烟分区排烟的方式。对于较为复杂的大型项目，排烟系统复杂性亦大大增加，其负担的防烟分区越多，系统中的排烟防火阀、各种变径、三通、四通及弯头等局部构件也会相应增多，而局部阻力对风道阻力的贡献约占 80%左右。此外，对于复杂建筑，排烟管道常常不能经由上下贯通对位的排烟竖井排至室外，自下而上要经过多次转接，同时根据竖井形状改变风管大小，这极大增加了系统的沿程和局部阻力，也增大了系统漏风的风险。如果竖井条件受限，导致风管长宽比过大，也会大大增大系统阻力。为节约净高，排烟系统风管风速经常选得较大，设计师为节省时间没有逐个计算排烟系统的阻力，而是采用经验数值选定风机的风压。风机风压选择失当常常会导致排烟系统风量不足的问题，极大影响了排烟效果。这类问题在消防工程验收中如能被测量发现，自然还能更正，可复杂项目内含几百上千个排烟口，消防验收实难一一验证纠错，这就需要我们设计师在设计过程中本着严谨负责的态度，认真计算校核系统阻力。

2.2 风机选型的影响

设计师在风机选型中一般只关注风机风量和全压值，鲜少关注不同品牌的风机厂商其产品特性曲线的差异。文献通过计算发现，选用不同的风机会得到不同位置的管道工作点，在各防烟分区排烟量差异较大时，有可能使风机运行不到稳定工作区，可能造成风机喘振。即使各防烟分区风量相同，但各支路管道距离差距较大时，因管道阻力不同，在以远端防烟分区工况点选型风机特性曲线上，工作点也可能落在稳定工作区以外，此时电动机功率增大，可能导致离心风机电动机过载损坏。一旦该防烟分区发生火灾，排烟系统的稳定工作恐难保证。因此，我们在设计过程中应尽可能将各防烟分区面积划分得较为均匀，同时避免各环路阻力差异过大，风机选型确定后，应注意各防烟分区工作点是否落在稳定工作区域，尽可能协助施工单位和风机厂家选型，保证系统的稳定运行。

2.3 防烟系统压力的影响

加压送风时，防烟楼梯间空气压力应大于前室，前室大于走道，方能阻止烟气进入楼梯间。如果仅从防烟角度考虑，很容易得出加压送风越大越好的结论，事实上，对于楼梯间、前室、合用前室等区域，由于加压送风作用力与疏散门开启方向相反，如压力过高，疏散门难以开启，影响人员安全疏散。美国NFPA1《防火规范》中规范打开安全逃生设施任意门的推力不应超过133N。《标准》3.4.9条以推力110N计算得出该推力能克服门两侧最大压力差为43Pa[1]。设计人员在机械加压送风系统的风量选择上往往随意性较大，系统超压的现象较为严重，《规范》实施前，许多项目甚至不设计泄压措施。本人认为，系统压力控制理应引起足够重视，否则加压送风系统的存在对人员安全疏散造成了影响，岂非适得其反。防烟系统压力控制方法是否安全可靠也需考虑。工程中一般通过在需要加压的楼梯间、前室、合用前室设置余压传感器，联动加压送风机的旁通风管来控制压力值。却也有文献认为，对于仅有楼梯间加压送风，其前室不设加压的情况下，仅在楼梯间设置压力传感器，在楼梯间门未开启的情况下，前室正压值难以保证，此时应在楼梯间和前室隔墙处设置带电动风阀及防火阀的连通风管，同时在前室设置压力传感器就地连锁联通风管上的电动风阀。实际工程中，由于考虑造价、美观性等因素，设计师会根据业主的意愿，较少采用每层前室、合用前室直接设置余压阀控制的方法。

3 总结

防排烟系统做为消防设施的重要组成部分，系统设计的可靠性十分重要。设计师应当因地制宜，结合具体情况，合理选择防排烟系统形式。设计机械防排烟系统时，不应化繁就简，仅依靠经验数据来设计，系统阻力、风机形式、风量大小等都应经过严密的计算来确定。设计师在与其他专业、业主等方配合沟通中，更应本着安全无小事的原则，使得防排烟系统的设计真正做到合理、安全、有效。