葛秀方

(安徽省合肥市消防救援支隊(duì)，安徽 合肥 230001)

0 前 言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)的高速發(fā)展，高層、地下建筑、大空間大跨度建筑和多種功能集于一體的場(chǎng)所數(shù)量大幅增加。這些建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，外窗開設(shè)較少，一旦發(fā)生火災(zāi)后，煙氣很容易在建筑內(nèi)部迅速擴(kuò)散，如果機(jī)械排煙管道布置選型不正確，煙氣難以在短時(shí)間內(nèi)排除，人員逃生困難，并積蓄熱量導(dǎo)致火勢(shì)迅速蔓延。2008年1月2日，烏魯木齊德匯國(guó)際廣場(chǎng)批發(fā)市場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)，產(chǎn)生大量高溫?zé)煔?，現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械排煙未發(fā)揮有效的作用，導(dǎo)致火勢(shì)迅速突破了所有的防火分區(qū)沿水平和縱向蔓延形成立體燃燒。火災(zāi)造成3名員工死亡，過火面積約65 000 m2,直接財(cái)產(chǎn)損失約3億元。

建筑中機(jī)械排煙系統(tǒng)管道的設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，包括管道材質(zhì)的選擇和管道的布置。確定管道的尺寸，確定管道不同部位的支撐連接方式，并考慮其他特殊技術(shù)要求，因此，建筑中排煙管道的布置選型非常重要。

1 管道設(shè)計(jì)布置要點(diǎn)

所謂管道的布置，就是將排煙系統(tǒng)的各種設(shè)備及其附件按一定順序連接起來組成一個(gè)整體，因此，管道的布置要服從機(jī)械排煙的工藝線路線和建筑物的總體布置，又便于安裝、檢修和維護(hù)。儀表、閥門要裝設(shè)在便于操作、便于觀測(cè)的位置，這樣才能給運(yùn)行操作和計(jì)算管理帶來方便。此外，還應(yīng)盡可能減少占地面積和侵占空間。

1)排煙管的布置應(yīng)不影響生產(chǎn)過程，不影響建筑物的美觀，不影響疏散安全，并盡量減少建筑物的占用空間，便于安裝、維護(hù)和管理。

2)排煙管不得與工業(yè)通風(fēng)共同使用，因工業(yè)生產(chǎn)容易產(chǎn)生易燃易爆氣體、蒸汽或粉塵，會(huì)引起燃燒爆炸。另外，空調(diào)系統(tǒng)和機(jī)械排煙系統(tǒng)必須是獨(dú)立的，獨(dú)立的機(jī)械排煙系統(tǒng)可以正常用于通風(fēng)換氣。如果通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)具備以下條件也可以進(jìn)行排煙。

(1)排出的煙氣一定不能通過過濾器和空調(diào)器等，否則會(huì)影響排煙效果。

(2)排煙口應(yīng)設(shè)安裝有遙控或自動(dòng)切換的排煙防火閥，動(dòng)作溫度應(yīng)小于或等于280℃。

(3)鋼制排煙管的壁厚應(yīng)符合技術(shù)要求，不小于1.5 mm，同時(shí)管道和保溫材料均應(yīng)用不燃材料制成。

(4)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)排煙系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)，一定要考慮管道尺寸、排煙量大小，電源、材料、風(fēng)機(jī)的正確選擇等。如風(fēng)管兼作排煙管道時(shí)，其安裝如圖1所示。

圖1 兼作排煙管道時(shí)的安裝要求

3)內(nèi)走道和房間的排煙系統(tǒng)設(shè)置應(yīng)分開，走道內(nèi)的排煙系統(tǒng)應(yīng)垂直布置，但為了防止排煙風(fēng)機(jī)過負(fù)荷運(yùn)行，可以采取將排煙系統(tǒng)分成多個(gè)系統(tǒng)的方法，但每個(gè)排煙系統(tǒng)的排煙口不應(yīng)超過30個(gè)，這樣可以減少漏風(fēng)量。但是，不能采用上層煙氣引到下層管道的形式設(shè)計(jì)，需要排煙地下室同時(shí)要考慮設(shè)計(jì)送風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)量的大小不宜小于排煙量的50%。

4)在管道設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮到熱膨脹和冷收縮的可能性，這對(duì)排煙管道來說是必須考慮的，通常的做法是在管道的適當(dāng)部位加裝伸縮節(jié)或伸縮結(jié)構(gòu)以適應(yīng)熱脹冷縮，否則管道容易撕裂和漏風(fēng)，如圖2所示。

(1)利用管道的自然轉(zhuǎn)彎處的彈性，使管道具有伸縮的余地，具體有“L”形和“Z”形兩種。

(2)在管道中間采用特制的彎曲管段，常用的有“∏”和“Ω”形兩種。

(3)在管道中間采用波紋型伸縮節(jié)，通常是采用沖壓而成的金屬片焊接而成。

(4)在管道中間采用套管式伸縮節(jié)，其由芯管和外管組成，芯管可在外管中間自由伸縮，芯管外壁與外管內(nèi)壁之間的間隙內(nèi)充以耐火密封填料。

(a)

(b)

(c)

(d)

2 排煙管道材料的正確選擇

排煙管可以用不同的材料制成，但不能用耐火性差的材料制作。通常采用磚砌、鋼質(zhì)、混凝土等材料制成，這些材料制成的是固定或剛性的管道。排煙管制造經(jīng)常采用的是薄鋼板，可分為普通薄鋼板和鍍鋅薄鋼板兩種。采用薄鋼板制作管道時(shí)，容易加工，安裝方便，布置靈活，能承受較高的溫度，尤其是鍍鋅薄鋼板還具有一定的防腐性能。因此鋼制管道在機(jī)械排煙中廣為應(yīng)用。對(duì)于民用建筑中的排煙管道可采用厚度為0.5～1.5 mm的鋼板制作。對(duì)于工業(yè)建筑和庫(kù)房等，因?yàn)榛馂?zāi)煙氣中含有腐蝕性氣體，則排煙管道宜采用厚度為2～3 mm的鋼板制作。另外排煙管道厚度還可以根據(jù)排煙管道的風(fēng)速不同選定。

圓形排煙管道的制作主要有兩種方法，一種是直接軋制的管材，這種管材壁厚較大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)，如熱軋鋼管、硬聚氯乙烯塑料管等。但大口徑薄壁鋼管的軋制是比較困難的，所以通常采用第二種制造方法，即采用薄鋼板卷制而成，其每段長(zhǎng)度受到卷板機(jī)寬度的限制，小型卷板機(jī)寬度近1.5～2.0 m，大型卷板機(jī)寬度可達(dá)4～5 m，甚至更大些。對(duì)大口徑的塑料管道，有時(shí)也可以采用塑料板加熱卷制。由板材卷制的圓形管道的縱縫可采用鉚接或焊接兩種結(jié)構(gòu)形式。

矩形排煙管道則幾乎全是采用板材加工而成，對(duì)于薄壁板，一般整片下料鈑制，只有一條縱縫；對(duì)于厚壁板，則必須分片下料，然后裝配而成，有四條縱向角縫。薄板管道的縱縫宜采用鉚接或焊接兩種結(jié)構(gòu)形式。

磚砌、水泥混凝土等制品的排煙管道，一般用于與建筑結(jié)構(gòu)整體配合的場(chǎng)合，作為建筑物的一個(gè)部分，經(jīng)久耐用，能承受較高的溫度，這種管道內(nèi)表面粗糙，摩擦阻力系數(shù)較大，氣密性較差，而且占地面積大。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)指出，作為機(jī)械排煙中用的磚砌、水泥混凝土制作的管道應(yīng)進(jìn)行防滲處理，以提高其氣密性，否則將影響整個(gè)排煙系統(tǒng)的工作性能。

3 排煙管道的尺寸確定

對(duì)于具體的機(jī)械排煙系統(tǒng)中管道的尺寸確定，在管道系統(tǒng)及其風(fēng)量等已確定的基礎(chǔ)上，計(jì)算風(fēng)管的斷面尺寸和阻力，進(jìn)而確定風(fēng)機(jī)的型號(hào)和動(dòng)力消耗。根據(jù)通過管道的氣體流量和流速計(jì)算出管道的流通面積，然后按選定的管道橫斷面形狀計(jì)算出其內(nèi)徑或邊長(zhǎng)。

排煙管道的煙量確定應(yīng)該按照排煙系統(tǒng)各分支管道所有排煙口中最大排煙口的2倍計(jì)算。當(dāng)某個(gè)排煙系統(tǒng)某個(gè)排煙口煙量小于7 200 m3/h時(shí)，排煙管道可按7 200 m3/h計(jì)算，其余各支管的風(fēng)量均按照各自負(fù)擔(dān)的風(fēng)量計(jì)算確定。

管道流通面積為：

Fpy=Q/W

(1)

式中，Q為管道中通過煙氣的容積流量，m3/s；W為管道中的氣流速度，m/s。

對(duì)于機(jī)械排煙中的氣流速度，《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 51251—2017)第4.4.12條規(guī)定：排煙口的風(fēng)速不宜大于10 m/s。至于下限未作明確的規(guī)定。當(dāng)選用較高的氣流速度時(shí)，能減小管道的尺寸，但管道的阻力相應(yīng)增大；若選用較低的氣流速度，管道的阻力降低，但管道尺寸增大。所以合理的設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，力求使管道系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用的總和在有效的使用壽命中最低。

管道的結(jié)構(gòu)形式主要是指管道的形狀，常見的管道形狀按其橫斷面形狀有圓形、正方形及矩形三種，在確定了管道的流通面積和管道的形狀后，便可以進(jìn)一步計(jì)算管道的具體尺寸：

對(duì)圓形管道，其內(nèi)徑：

(2)

對(duì)正方形管道，其邊長(zhǎng)：

a=(Q/W)1/2

(3)

對(duì)矩形管道，先要確定一邊長(zhǎng)a值，則另一邊長(zhǎng)

(4)

根據(jù)計(jì)算所得到的值對(duì)照管道的統(tǒng)一規(guī)格表選擇相同或相近的規(guī)格。對(duì)于矩形管道預(yù)先確定一個(gè)邊長(zhǎng)a后，當(dāng)然也是按照管道統(tǒng)一規(guī)格表中所具有的系列來選擇。當(dāng)選定的管道尺寸小于所計(jì)算的尺寸時(shí)，要校核一下管道的氣流速度是否符合所推薦的范圍，如超出所推薦的范圍則要選定大一檔規(guī)格的尺寸。

管道的最小尺寸主要受到允許的最大管內(nèi)氣流速度的限制，如管道內(nèi)通過的煙氣流量較少，而選用的氣流速度較大，這樣所確定的管道尺寸就很小。從理論計(jì)算的角度來講，管道的最小尺寸是不受限制的，但管道的尺寸不能太小，以增加管道的剛度。因此，圓形管的最小直徑為80 mm，而方形或矩形管的最小側(cè)長(zhǎng)為120 mm。

4 排煙管道設(shè)置的具體要求

1)排煙豎井頂部應(yīng)高于樓頂，排煙豎井底部邊緣應(yīng)高出樓頂不少于1 m。屋頂?shù)呐艧熆诰嗫扇嘉锊粦?yīng)小于1 m。

2)管道連接是管段與管段之間的裝配和密封，在變流方向的變流股之間，通常有焊接、鉚接、法蘭連接三種形式。

(1)焊接方式，機(jī)動(dòng)靈活，用途廣泛，不但適用于管道縱縫的對(duì)接焊。焊接方式對(duì)接縫的尺寸要求也較低，此外焊接方式不但可以用于鋼制管道，而且還可以用于塑料制的管道。對(duì)鋼質(zhì)管道來說，當(dāng)壁厚大于2 mm時(shí)常用電焊，而當(dāng)壁厚小于1.5 mm時(shí)常用氣焊。

(2)鉚接方式，只用于薄鋼板管道的制造和連接。一般壁厚不超過1.5 mm，在管道的鉚接中，對(duì)口接縫的尺寸對(duì)接頭的質(zhì)量影響很大，工藝要求也高，鉚接接縫的咬口形式常見的有平咬口、立咬口、角咬口幾種，如圖3所示。

(3)法蘭連接方式，只適用于管道的對(duì)口接頭處，其最大的特點(diǎn)是可卸性，這是同鉚接和焊接方式的根本區(qū)別，法蘭連接方式對(duì)管口尺寸要求較低，尤其是尺寸偏差較大時(shí)也影響不大，只要法蘭之間配合良好即可。法蘭的型式與管道相應(yīng)，有圓法蘭、方法蘭和矩形法蘭。為了保證接口處不發(fā)生漏氣現(xiàn)象，法蘭之間必須采用密封墊片，其厚度δ=3～5 mm，墊片的材料可為橡膠板、石棉橡膠板、聚四氯乙烯塑料板等，具體應(yīng)根據(jù)不同介質(zhì)的性質(zhì)和溫度來選擇，普通橡膠板可用于常溫通風(fēng)管道，石棉橡膠板應(yīng)用于排煙管道。無(wú)論是圓形、方形或矩形的法蘭圈均可采用扁鋼或角鋼來制作。排煙管與排煙管的連接應(yīng)采用法蘭連接或不可燃彈性連接。

(a)

(b)

(c)

(d) (e) (f)

3)由于排煙管排出煙氣溫度高，除用金屬板、混凝土等未燃材料外，還必須牢固安裝，這樣排煙溫度高也不會(huì)變形，氣密性好。

4)高溫埋地管道或通過建筑物保溫結(jié)構(gòu)的部分，應(yīng)采取一系列防火措施。

(1)安裝在屋頂框架、頂棚、樓板內(nèi)的排煙管道外表面與燃燒構(gòu)件應(yīng)保持至少15 cm的距離，或外表面采用厚度不小于10 cm的非燃燒隔熱材料包裹。

(2)排煙管不應(yīng)穿越防火分區(qū)，穿越每層樓板的豎管應(yīng)采用耐火材料，并應(yīng)安裝在管道豎井內(nèi)或采用混凝土煙道制作，洞口及周圍空隙必須用不燃材料密封，防止煙氣向火災(zāi)其他區(qū)域或場(chǎng)所擴(kuò)散，管道不得穿過防火墻、樓板或其他重要部位，如必須穿越時(shí)，應(yīng)采用相應(yīng)的防火措施：①在穿越的部位設(shè)置排煙防火閥，發(fā)生火災(zāi)時(shí)能起到阻火防煙作用；②在穿越的2 m范圍內(nèi)用不燃的隔熱材料包裹；③在穿越時(shí)留有的孔洞和縫隙用不燃材料封堵嚴(yán)實(shí)。因?yàn)楫?dāng)排煙管或其他設(shè)備配管穿過防火隔斷與建筑物維修結(jié)構(gòu)封堵不嚴(yán)時(shí)發(fā)生火災(zāi)，它可以成為煙霧擴(kuò)散的一個(gè)主要途徑。

5)混凝土及其他非金屬材料排煙管，應(yīng)填滿灰縫，防止煙氣泄漏。通過內(nèi)部空間封閉的屋頂，必須用水泥砂漿勾縫。需要隔熱的金屬排煙管應(yīng)采用未燃保溫材料，如礦棉、玻璃棉、巖棉等。當(dāng)排煙管穿過擋煙隔墻時(shí)，管道與擋煙墻之間的空隙應(yīng)用不燃燒隔熱材料封堵嚴(yán)密。

6)剛性管道水平段的安裝方式有兩種：支撐和吊架。管道垂直段的安裝固定方法通常是利用建筑物的維護(hù)結(jié)構(gòu)，如外墻、柱、梁等，把角鋼制作的鋼架預(yù)埋或澆筑其上，然后利用U型螺栓把管道固定在鋼架上。由于垂直管道的支撐不靠鋼架，所以固定點(diǎn)之間的垂直距離可以自由些。對(duì)于矩形管道，當(dāng)采用單吊架方式時(shí)，為使吊架穩(wěn)定，在矩形管道底邊不超過500 mm的情況下，可采用單吊架；而在底邊超過500 mm時(shí)，則必須采用雙吊架。

5 結(jié) 語(yǔ)

建筑防排煙設(shè)計(jì)是建筑消防安全的重要組成部分。國(guó)內(nèi)外眾多火災(zāi)表明，火災(zāi)中的煙氣具有遮光、有毒、高溫等特點(diǎn)，是造成人員傷亡的主要因素。根據(jù)相關(guān)資料分析，發(fā)生火災(zāi)初期時(shí)，機(jī)械排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)精良，可散發(fā)80%的熱量和煙氣，使著火區(qū)的溫度和煙氣下降，能見度明顯提高，對(duì)人員疏散逃生、控制火勢(shì)發(fā)展和撲救起到重要的作用，所以應(yīng)該從源頭抓起，做好建筑中機(jī)械排煙管道的布置選型工作。

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