李林芝 孔鑫哲 潘清清 劉妍資

作者簡(jiǎn)介：李林芝（2003-），女，漢族，四川南部人，本科，研究方向：安全工程。

摘要：隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，大量地下空間建筑涌現(xiàn)。建筑火災(zāi)中的煙氣是影響火災(zāi)逃生的一個(gè)危險(xiǎn)因素，煙氣的有毒有害成分、高溫和遮光作用等極易導(dǎo)致人員傷亡。本文基于現(xiàn)有的建筑內(nèi)排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分析某商業(yè)建筑地下車庫。首先，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算排煙量、送/補(bǔ)風(fēng)量；其次，根據(jù)建筑物的具體情況完成系統(tǒng)布局，并進(jìn)行阻力計(jì)算；最后，根據(jù)阻力、風(fēng)量及現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行設(shè)備選型。排煙系統(tǒng)在各類建筑中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，能夠減少有害氣體對(duì)人員的危害，提高疏散效率。

關(guān)鍵詞：防排煙系統(tǒng)；防煙分區(qū)；排煙量；補(bǔ)風(fēng)量

一、國內(nèi)外研究背景

在國內(nèi)，防排煙工程的發(fā)展相對(duì)較晚，但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，防排煙工程的重要性逐漸凸顯。中國的建筑工藝與風(fēng)格在不同時(shí)期發(fā)生了很大的改變，防排煙系統(tǒng)也在不斷演變。尤其是近年來，隨著高層建筑、地下建筑和大型公共設(shè)施的增多，防排煙技術(shù)發(fā)展迅速，取得了一系列技術(shù)突破和應(yīng)用成果。1983年6月1日試行的《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB J4582中，防煙和排煙的概念被正式提出，從那時(shí)起防排煙就成為了一項(xiàng)重要的建筑防火系統(tǒng)^［1］。國內(nèi)防排煙工程的發(fā)展主要得益于國家對(duì)消防安全的政策支持。近年來，國家大力推廣消防安全措施，防排煙工程作為消防安全的重要手段，其發(fā)展得到了社會(huì)各界的關(guān)注。在國內(nèi)防排煙工程的發(fā)展過程中，還出現(xiàn)了一些具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，如智能防排煙系統(tǒng)，這些技術(shù)和產(chǎn)品在消防安全領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。

在國外，防排煙工程的發(fā)展較早，技術(shù)成熟且應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。從20世紀(jì)初開始，隨著工業(yè)革命的推進(jìn)，建筑火災(zāi)事故頻發(fā)，防排煙技術(shù)逐漸受到重視。美國的煙氣控制系統(tǒng)具有較高的技術(shù)水平，尤其在性能化設(shè)計(jì)上處于世界領(lǐng)先地位。重點(diǎn)采用仿真分析與實(shí)測(cè)相結(jié)合的方法，以保證在不同的消防環(huán)境下具有較好的防煙效果。在消防安全方面，美國是最早進(jìn)行消防研究和發(fā)展的國家之一，也是建筑技術(shù)較為先進(jìn)的國家之一，并形成了一套較為完善的消防安全體系。美國的防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)方法和技術(shù)水平已達(dá)到了較高水平。

二、防煙分析

該工程設(shè)計(jì)對(duì)象為某商業(yè)建筑地下汽車庫負(fù)一層，該地下車庫層高4m，車庫所用面積為6745.68m2/層，汽車庫安裝了自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

（一）防煙分區(qū)劃分

某商業(yè)建筑設(shè)有機(jī)械排煙地下車庫，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，為了排出室內(nèi)煙氣，防止火勢(shì)蔓延，應(yīng)采用機(jī)械排煙系統(tǒng)排出煙氣。因此，根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 501164-2014）的相關(guān)規(guī)定，該商業(yè)建筑應(yīng)對(duì)地下車庫的防煙分區(qū)進(jìn)行嚴(yán)格劃分，且防煙分區(qū)不應(yīng)跨越防火分區(qū)。根據(jù)這一規(guī)定，該商業(yè)建筑應(yīng)對(duì)地下車庫的防煙分區(qū)進(jìn)行劃分，并確保其防煙分區(qū)的面積不得超過2000m^2［2］。因此，本設(shè)計(jì)將該商業(yè)建筑地下車庫劃分為四個(gè)防煙分區(qū)。

（二）防排煙量計(jì)算

1.排煙量確定

查閱文獻(xiàn)可知，當(dāng)車庫的凈高為3m及以上時(shí)，車庫的排煙量為30000m3/h；車庫的凈高為3.1m-4.0m時(shí)，車庫的排煙量為31500m3/h；車庫的凈高為4.1m-5.0m時(shí)，車庫的排煙量為33000m3/h；車庫的凈高為5.1m-6.0m時(shí)，車庫的排煙量為34500m3/h；車庫的凈高為6.1m-7.0m時(shí)，車庫的排煙量36000m3/h。 因此，可知該商業(yè)建筑地下汽車庫負(fù)一層車庫的排煙量為31500m3/h。

2.補(bǔ)風(fēng)量確定

根據(jù)氣流基本原理，當(dāng)需要排出一個(gè)部位的空氣時(shí)，應(yīng)在另外一個(gè)部位進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)。在某商業(yè)建筑地下汽車庫中，因其防火分區(qū)設(shè)置了防火墻，且樓層要進(jìn)行樓面分割，所以在某些防火區(qū)域中，并沒有直接通往戶外的車輛撤離通道，所以也意味著該商業(yè)建筑的地下車庫無自然進(jìn)風(fēng)條件。以上所說的區(qū)域周圍都是密封的，在排煙過程中，如果不能及時(shí)補(bǔ)充空氣，煙霧就不可能排到外面去。因此，按照相關(guān)規(guī)范，應(yīng)增設(shè)適當(dāng)?shù)难a(bǔ)風(fēng)機(jī)，其進(jìn)氣量應(yīng)超過排煙量的50%。在設(shè)計(jì)中，這個(gè)比率能夠在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，做到迅速、順暢排出煙氣和熱氣^［3］。本次設(shè)計(jì)中的補(bǔ)風(fēng)量取值為排煙量的50%，所以補(bǔ)風(fēng)量為31500×50%=15750m3/h。

3.排煙量確定

在一個(gè)排煙系統(tǒng)承擔(dān)多個(gè)防煙區(qū)域的情況下，排煙系統(tǒng)承擔(dān)的區(qū)域具有一定的凈高度。以某一防火分區(qū)為基準(zhǔn)，任意相鄰兩個(gè)防火分區(qū)的排煙量相加，選取不同結(jié)果中的最大值^［4］。

在這次的設(shè)計(jì)中，這個(gè)商業(yè)建筑的地下車庫的凈高是4m，它有四個(gè)分區(qū)排煙量都是31500m3/h。因此，這個(gè)計(jì)算是將一個(gè)防火分區(qū)內(nèi)任意兩個(gè)相鄰防煙分區(qū)的排煙量求和，然后取最大值63000m3/h。

4.氣流組織分布

送風(fēng)口一般設(shè)置在上部，排煙口也安裝在上部。

三、風(fēng)管、風(fēng)口選擇與計(jì)算

（一）風(fēng)管材料選擇

在設(shè)計(jì)中，吸煙管道的材質(zhì)必須要有很好的防火能力，而且管子內(nèi)壁應(yīng)是平滑且無毛刺^［5］。在參考了一些相關(guān)的資料之后，我們知道了鍍鋅鋼管的抗腐蝕能力。因此，在這次設(shè)計(jì)中，選擇了鍍鋅鋼板，并且根據(jù)矩形截面的公式進(jìn)行了計(jì)算。

（二）風(fēng)口尺寸及數(shù)量計(jì)算

在該商業(yè)建筑地下汽車庫中，在使用金屬風(fēng)管的情況下，排煙速度不能超過20m/s；在使用有平滑內(nèi)壁的非金屬材質(zhì)風(fēng)管時(shí)，其排煙速度不能超過15m/s，而機(jī)械排煙管的排煙速度不能超過10m/s。故本設(shè)計(jì)中排煙風(fēng)管設(shè)計(jì)風(fēng)速取20m/s，排煙口設(shè)計(jì)風(fēng)速取10m/s，補(bǔ)風(fēng)口風(fēng)速取10m/s。

1.排煙風(fēng)口相關(guān)計(jì)算

（1）風(fēng)口布置：假定排煙口面積為500mm×600mm單層百葉風(fēng)口。

（2）根據(jù)Q=vA得：Q=0.5×0.6×10=3m3/s。

（3）所有防煙分區(qū)的排煙量均為31500m3/h=8.75m3/s。

（4）設(shè)取n個(gè)排煙口，n×3=8.75，得n=2.917，則n取3。

（5）一個(gè)防煙分區(qū)需要至少3個(gè)500mm×600mm的排煙口。

（6）防煙分區(qū)排煙口的實(shí)際風(fēng)速v=8.75/3×0.3=9.722m/s。

2.排煙風(fēng)管相關(guān)計(jì)算

以風(fēng)機(jī)1為例，設(shè)A處風(fēng)管尺寸為600mm×300mm，Q_A=?Q=10500m3/h=2.917m3/s，v=Q_A/S_A=2.917/0.18=16.206m/s<20m/s，風(fēng)管風(fēng)速v=16.206m/s，B處風(fēng)管尺寸為600mm×610mm，實(shí)際風(fēng)速為15.937m/s，C處風(fēng)管尺寸為800mm×700mm，實(shí)際風(fēng)速為15.625m/s，D處風(fēng)管尺寸為1400mm×800mm，實(shí)際風(fēng)速為15.625m/s。

3.機(jī)械補(bǔ)風(fēng)口相關(guān)計(jì)算

（1）風(fēng)口布置：假定補(bǔ)風(fēng)口面積為300mm×400mm單層百葉風(fēng)口。

（2）根據(jù)Q=vA得：Q=0.3×0.4×10=1.2m3/s。

（3）所有分區(qū)補(bǔ)煙量為：31500×50%=15750m3/h=4.375m3/s。

（4）取n個(gè)補(bǔ)風(fēng)口，n×1.2=4.375，n=3.6 ，則n取4。

（5）因此機(jī)械補(bǔ)風(fēng)風(fēng)口應(yīng)取4個(gè)300mm×400mm。

（6）補(bǔ)風(fēng)口的實(shí)際風(fēng)速為：v=4.3754×0.12=9.115m/s。

四、防排煙水力計(jì)算

（一）排煙系統(tǒng)的水力計(jì)算

假設(shè)輸送氣體的密度為1.3m3/kg，根據(jù)查閱資料可知非圓形金屬煙道沿程摩擦阻力系數(shù)λ取0.03^［6］。

（二）沿程損失

系數(shù)ξ=3，則h_i=ξ·ρ/2·v2=3×1.3/2×15.6252=476.074pa。

（四）風(fēng)機(jī)的總阻力

風(fēng)機(jī)1帶動(dòng)分區(qū)一和分區(qū)四的排煙管道。

沿程損失：Δpm=762.35pa，局部阻力損失：Δpj=1393.551pa，風(fēng)機(jī)1總阻力為：

Δp=Δpm+Δpj=762.35+1393.551=2155.901pa

風(fēng)機(jī)2帶動(dòng)分區(qū)二和分區(qū)三的排煙管道。

沿程損失：Δpm=887.665pa，局部阻力損失：Δpj=1411.483pa，則風(fēng)機(jī)2總阻力為：

Δp=Δpm+Δpj=887.665+1411.483=2299.148pa

五、風(fēng)機(jī)及配套設(shè)備選擇

（一）概述

假設(shè)計(jì)算背景為僅有一個(gè)分區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，那么在選用風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)采用最大阻力的風(fēng)機(jī)。在考慮誤差的情況下，對(duì)風(fēng)機(jī)選型中的風(fēng)量、風(fēng)壓等參數(shù)及計(jì)算公式進(jìn)行了修訂^［8］。

（二）防煙分區(qū)風(fēng)機(jī)的選擇

P_f=K_p×ΔP=1.2×2299.148=2758.978pa

qv，f=K_p×q_v=1.2×31500=37800m3/h

根據(jù)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓2758.978Pa，風(fēng)機(jī)風(fēng)量37800m3/h，選擇型號(hào)為5-72No.10D普通離心風(fēng)機(jī)一臺(tái)：轉(zhuǎn)速1450r/min，流量40441m3/h～56605m3/h，全壓3202pa～2532pa，電動(dòng)機(jī)功率25kW。

（三）補(bǔ)風(fēng)區(qū)域風(fēng)機(jī)的選擇

選擇T40系列軸流風(fēng)機(jī)一臺(tái)：轉(zhuǎn)速940r/min，風(fēng)量19749m3/h，全壓158pa，有效功率0.867kW，軸功率1.032kW，配用電動(dòng)機(jī)功率2.2kW。

六、平面圖

結(jié)語

隨著科技的快速發(fā)展，人們對(duì)防排煙系統(tǒng)安全性的要求也越來越高，開展防排煙系統(tǒng)研究與探索，將在理論上推進(jìn)防排煙技術(shù)在火災(zāi)逃生安全領(lǐng)域向縱深發(fā)展。防排煙系統(tǒng)在火災(zāi)中具有至關(guān)重要的作用，不僅能夠控制火勢(shì)蔓延，保障人員安全，還能降低火災(zāi)損失和提高建筑安全性。因此，在建筑設(shè)計(jì)與建設(shè)中，必須對(duì)防排煙系統(tǒng)的設(shè)置與維修給予足夠重視，以保證在危急關(guān)頭能起到應(yīng)有的作用。本次對(duì)某商業(yè)建筑地下汽車庫負(fù)一層的建筑內(nèi)排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，目的是掌握其防煙模式，明確系統(tǒng)的重要性。未來防排煙系統(tǒng)將繼續(xù)得到優(yōu)化和改進(jìn)，采用更先進(jìn)的傳感技術(shù)和智能控制算法，實(shí)現(xiàn)更快速、更準(zhǔn)確的煙霧和氣體檢測(cè)以及更高效的排煙和通風(fēng)控制。此外，隨著綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展理念的普及，未來的防排煙系統(tǒng)還將更加注重節(jié)能減排和環(huán)保性能的提升?？傊?，防排煙系統(tǒng)在火災(zāi)中具有不可替代的作用。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)，未來的防排煙系統(tǒng)將更好服務(wù)于消防安全，為保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全作出更大貢獻(xiàn)。

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