高层建筑消防排烟系统设计

摘要：本文对高层建筑中烟气对消防灭火和人员疏散的危害性影响进行阐述，并分析消防排烟系统设计存在的普遍问题，初步探讨高层建筑消防排烟相关设计技术。
关键词：高层建筑；消防排烟；设计
当高层建筑发生火灾时，产生大量的烟气和热量，如果消防排烟系统设计不合理，导致有毒烟气肆意蔓延，容易引起被困人员恐慌失措，搜救人员困难重重，严重危及人民群众生命财产安全。因此，设计科学合理的消防排烟系统，及时排除烟气，才能为人员的安全疏散和扑救工作提供安全条件和宝贵时间。

1、烟雾危害性影响

高层建筑火灾中产生的烟雾是一种混合物质形态，主要由固态、液态以及气态等杂质组成。影响烟雾危害性的主要因素在于烟雾的成分与多少。烟雾的多少又与燃烧物的供给条件如燃烧物质质量、温度、氧气等是否充足有关，当各方面条件越充足，烟雾量就越多，对人的身体健康损害就越大。当燃烧物处于全面燃烧状态时，会与各种外界物质混合，发生化合反应，生成二氧化碳、一氧化碳、水蒸气等生成物和有毒气体。当燃烧物没有充分燃烧时，不仅会生成上述生成物，还能产生醚、醇等有机物质。通过燃烧过程中生成的有毒气体作用于人体，出现呼吸道感染灼伤、脏腑受到刺激、窒息等危害，容易消磨人的意识，严重者直接导致死亡悲剧的发生。此外，影响消防工作进度的另一个关键因素在于烟雾蔓延的流动速度。当发生火灾时，烟气水平方向流动速度为每秒0.3~0.8m，垂直方向扩散速度为每秒3~4m，即当烟气自由流动时，只需1min左右就可扩散到几十层高的大楼。

排烟口远离散口示意图

2、存在问题

(1)自然排烟不符合要求。单从自然排烟的效果考虑，最好将排烟窗设置在靠近墙的上部位置。而在目前高层建筑中，有很多自然排烟窗都违背了这一规范要求，直接将自然排烟窗设置在墙的下部，这样使得排烟窗与吊顶、顶板的距离扩大，影响自然排烟效果。
(2)自然排烟窗开窗面积不符合标准要求。《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045-95（2005年版）第8.2.2条，明确规定了自然排烟窗的开窗面积。但是在实际操作中，部分设计人员并没有根据相关的规范要求，仔细计算开窗面积，有的将固定窗的面积与排烟窗面积重合计算，导致排烟窗面积与规范要求相背离，导致排烟效果大打折扣。
(3)送风道阻力过大。在高层建筑的实际验收过程中，不难发现很多工程设置的送风口的尺寸大小、风机风量以及风压能等都富恶化规范要求，而实际对送风口进行测量时，发现其实际风速比设计的小的多，或者距风机较近的送风口的风速较大，离得越远则风速越小甚至出现无风等状况，难以达到门洞风速以及产生余压的规定要求。

3、高层建筑消防排烟系统设计

3.1确定消防排烟部位

高层建筑防排烟部位在高层民用建筑相关的防火设计规范中有着明确的规定，除了剧院、体育馆等高于24米的单层主体建筑的其他所有不低于十层的民用建筑或居住建筑等，都应该在其相应的前室、楼梯以及电梯等部位装置防排烟系统。此外，在高层建筑中人员密集频繁来往的场所、中庭闭封的避难层、易燃物较多的地下室面积高于一百平方米的房间等也应设置完备的防排烟系统。

3.2划分防烟分区

按面积划分、按用途划分、按方向划分是高层建筑防排烟系统分区划分的三种主要方法。按照面积划分是指在建筑内部进行面积的划分，根据划分面积设置基准防烟分区。但是由于每层防烟分区的用途与形状都存在差异，而它们具有相同的面积。按用途划分是根据建筑物各个部分的不同功能划分防排烟分区，在各个功能不同部分如卫生间、办公室、客房、起居室等的不同划分，既方便又合理。按方向划分是根据高层建筑的上层、底层部分功能用途的不同，分别从楼层、面积角度进行垂直方向和水平方向的防烟分区划分。

3.3确定防排烟方式

(1)自然防排烟。《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045-95（2005年版）第8.2.1条规定：“除建筑高度超过50m的一类公共建筑和建筑高度超过100m的居住建筑外，靠外墙的防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室和合用前室，宜采用自然排烟方式。”此方式是在不具备机械通风设备的前提下，主要依靠自然力产生的作用实现，避免消防电梯与防烟楼梯间受到火灾烟气入侵。其具有经济实用、造价低、不受电源控制等特点。但是其防排烟效果直接与外界风俗、风向、气温等的变化息息相关。因此，设计者在进行自然防排烟设计时应正确处理，增强其对建筑排烟的积极作用。
(2)机械加压送风防排烟。根据《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045-95（2005年版）第8.3.1条规定了采用机械加压送风防烟设施的两种情形，一是不具备自然排烟条件的防烟楼梯间、消防电梯前室或合用前室；二是采用自然排烟措施的防烟楼梯间，其不具备自然排烟条件的前室。此设置主要是避免在火灾发生后受到烟气的干扰和影响，让相关被困人员及时疏散、远离事故现场。在进行此消防排烟系统设计时，必须与具体的建筑物构造形态相结合，根据具体情况采取具体措施。此设计的原理是采取机械加压的方式使现场周围的空气压强增大，最终比火灾区域内空气压力高，使得烟雾的蔓延、扩散进一步降低，与消防工作积极配合，起到控制火势的

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作用。根据加压送风量计算公式计算
Qj=KAj△P1/n
在此公式中，正压送风系数为K，Aj是指在此系统中全部气流通路的流通面积，正压与非正压之间的压力差为△P，数系数以n表示。目前国内在高层建筑防烟设计计算中使用较普遍的两个公式为基本计算公式。

1、安保持疏散通道需要有一定的正压值，俗称压差法公式：

L=0.827*A*△P1/n*1.25
其中，L为加压送风量，0.827为漏风系数，A为总有效漏风面积，△P为压力值，n为指数，一般取2，

1.25为不严密处附加系数。

2、按开启着火层疏散通道时要相对保持该门洞处的风速，又称流速法公式：

L=f、v、n……(7.2)
其中，L为加压送风量，f为每档开启门的断面积，v为门洞断面风速，n为同时开启门的数量。
4、结语
防排烟系统设计以及相关的控制技术对高层建筑消防排烟系统应用效果有着直接的影响。因此，设计人员应严格执行国家规定设计要求，完善和落实防排烟系统设计，辅助火灾消防工作，降低生命财产损失。

参考文献：
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作者简介：黄经（1983—），男，湖北黄冈人，随州市消防支队防火监督处参谋，助理工程师，主要从事消防监督工作，湖北省随州市交通大道9号，441300。
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