1、第19章 建筑防烟、排烟设计l19.1 概述l19.2 自然排烟l19.3 机械加压送风防烟l19.4 机械排烟19.1 概述l设置防烟、排烟设施的必要性l防烟、排烟设施的范围l防烟、排烟设计的基本概念l防烟排烟设计程序Prof. Dr. Cheng中国矿业大学安全科学与消防工程系室内火灾及热烟气发展过程Prof. Dr. Cheng中国矿业大学安全科学与消防工程系 维持一定高度的冷空气层，为人员安全疏散和消防队员进行有效的灭火战斗及救援提供必要的条件； 控制烟气流动，为人员的安全疏散提供可靠的安全疏散通道； 推迟发生轰燃的时间或避免发生轰燃； 防止或减少烟气和热分解产物对财产造成的损失； 尽
2、可能地减少热与烟气对建筑构件的破坏，防止建筑物倒塌并有利于灾后修复。 建筑火灾热与烟气排放的目的Prof. Dr. Cheng中国矿业大学安全科学与消防工程系FDS火灾场模拟结果演示Prof. Dr. Cheng中国矿业大学安全科学与消防工程系 没有明确火灾过程中热排放的作用； 应采用烟气与热排放的场所较少； 没有采用烟气与热排放效果较好的屋顶水平排烟设施； 有些技术规定较粗，可操作性差； 缺少配套的安装施工技术要求和验收检验技术标准。 我国规范中热与烟气排放的差距Prof. Dr. Cheng中国矿业大学安全科学与消防工程系有效的排烟口面积；有效的进风口面积；排烟口及进风口的位置；建筑物的几
3、何尺寸；排烟口的开启方式；防烟分区的面积。 自然排烟（热）工程方法Prof. Dr. Cheng中国矿业大学安全科学与消防工程系机械排烟（热）工程方法Prof. Dr. Cheng中国矿业大学安全科学与消防工程系机械排烟（热）工程方法设置防烟、排烟设施的必要性l现代化的高层民用建筑和地下建筑中可燃装修在火灾中会产生大量的有毒烟气和热，同时要消耗大量的氧气。据在火灾中由于一氧化碳中毒窒息死亡或被其它有毒烟气熏死者一般占火灾总死亡人数占有相当的比重。l烟气有遮光作用，使能见度下降，这对疏散和救援活动造成很大的障碍。l为了及时排除有害烟气，保障建筑物内人员的安全疏散和有利于消防扑救，在建筑设计中设置
4、防烟、排烟设施是十分必要的。高层建筑需设置防烟、排烟设施的范围l防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室或两者合用前室。l一类建筑和高度超过32m的二类建筑的下列部位；l总面积超过200m2或一个房间面积超过100m2的、且经常有人停留或可燃物较多的地下室房间。(1) 面积超过100m2，且经常有人停留或可燃物较多的房间；(2) 封闭避难层；(3) 室内中庭。人民防空工程需设置防烟、排烟设施的范围l使用面积超过500m2的商场、医院、旅馆等；l难燃材料装修时，使用面积超过500m2或非燃材料装修时，使用面积超过1000m2的餐厅、展览厅、旱冰场、体育馆、舞厅、电子游艺场等；l使用面积超过1000m2的
5、图书、资料、档案库和丙、丁类生产车间；l电影院、礼堂；l设置有防烟楼梯间的人防工程。防烟、排烟设计的基本概念l当火灾区域内温度达到280时，人员疏散完毕或疏散无法进行时，排烟设备在其所属的防火分区内应部分停止运行，以防风助火势。l当建筑物内部某个房间或部位发生火灾时，应迅速采取必要的防烟、排烟措施。对火灾区域实行排烟控制，使火灾产生的烟气和热量能迅速排除，以利于人员疏散和扑救火灾；对于非火灾区域及疏散通道等应迅速采用机械加压送风的防烟措施，使该区域的空气压力高于火灾区域的空气压力，阻止烟气的侵入，控制火势的蔓延。防烟、排烟设计的基本概念l高层民用建筑设计防火规范对设置防烟、排烟设施的范围作出规
6、定，具体的说按以下两个部分考虑：(1) 防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室和两者合用前室、封闭式避难层按条件设置防烟设施。(2) 走廊、房间及室内中庭等按条件设置机械排烟设施或采用可开启外窗的自然排烟措施。防烟排烟设计程序l进行防烟、排烟设计时，首先应了解清楚建筑物的防火分区，并且合理划分防烟分区，防烟分区应在同一防火分区内，其建筑面积不宜过大，一般不超过500m2，然后，才能确定合理的防烟、排烟方式和进一步选择合适的防烟、排烟系统，确定送风道、排风道、排烟口、防火阀等的位置。l防烟、排烟设计程序如图19-1所示。19.2 自然排烟l自然排烟方式l自然排烟存在的问题l自然排烟的设计条件自然排烟l
7、自然排烟是在自然力作用下，使室内外空气对流进行排烟。l自然排烟的动力是着火房间内外压力分布引起的热烟气与空气之间的对流。l自然排烟时应注意外部风向对排烟的影响。l自然排烟经济、简单、易操作，不使用动力及专用设备。自然排烟方式l利用可开启的外窗进行自然排烟；l利用室外阳台或凹廊进行自然排烟。自然排烟存在的问题对建筑设计的制约l由于自然排烟的烟气是通过靠外墙上可开启的外窗直接排至室外，所以需要排烟的房间必须对着室外，而且进深不能太大，按自然排烟设计条件还需要有一定的开窗面积，这样，即使有明确要求作分隔的房间，也必须设置外窗，所以对隔音、防尘等问题带来困难。自然排烟存在的问题具有火势蔓延至上层的危险
8、性l由于外部开口进行排烟时，当火灾房间的温度很高时，如果烟气中含有多量未能燃烧气体，则烟气排出后会形成火焰，这将会引起火势向上蔓延。火灾房间窗口冒出的火焰高度窗高1.5m1.54.8m1.52.5m1.51.5m火灾房间窗口冒出的火焰高度窗高2m24.6m23.4m22m自然排烟存在的问题影响自然排烟的因素l由于某种原因使烟气冷却而失掉浮力，则烟气就失去排出的能力。l当室外风力很强，而排烟窗外在迎风面时，则会引起烟气倒灌，反而使烟气蔓延。l如果中性层以下的外墙上开口，当发生火灾时，不仅不能从开口部向外排烟，相反还会从开口处吸入室外空气。反而会通过楼梯井、电梯井等助长烟气的传播。自然排烟存在的问
9、题不应采取自然排烟的部位l建筑高度超过50m的一类公共建筑的防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室及两者合用前室不采用不开启的外窗的自然排烟措施。上述部位当建筑高度超过100m时，不应采用可开启外窗的自然排烟措施。l净空高度超过12m的室内中厅。l长度超过60m的内走道。自然排烟的设计条件l防烟楼梯间及其前室，消防电梯前室及两者合用前室利用可开启外窗进行自然排烟时，上述各部位可开启外窗的面积应符合下列规定:l 防烟楼梯间每五层内平均有可开启外窗面积不小于2m2。防烟楼梯间前室、消防电梯前室有可开启外窗面积不小于2m2。合用前室不小于3m2。自然排烟的设计条件l当防烟楼梯间前室和合用前室利用阳台，凹廊
10、或有两个不同朝向的可开启外窗，且开窗面积前室不少于2m2，合用前室不小于3m2时，该楼梯间可不再设防烟、排烟措施。l需要排烟的房间、内走道有可开启外窗面积不小于该房间、走道地面面积的2%。l室内中庭有可开启的天窗或高侧窗，且面积不小于地面积的5%。自然排烟的设计应考虑的问题l可开启的外窗应尽量设置在上方，并应有便于开启的装置；l为了减少室外风压对自然排烟的影响，排烟口应尽量设置与建筑物型体一致的挡风措施。l内走道与房间的排烟窗应尽量设置有两个或两个以上不同朝向。19.3 机械加压送风防烟l机械加压送风防烟系统的组成l机械加压送风防烟部位的确定l机械加压送风防烟系统设计l机械加压送风防烟系统的运
11、行与控制l机械加压送风防烟系统的设计步骤与实例机械加压送风防烟系统的组成l对加压空间的送风。通常是依靠通风机通过风道分配给加压空间中必要的地方。这种空气必须吸自室外，而且没有受到烟气的污染。加压空气不需要过滤、消声和加热等处理。l加压空间的漏风。任何建筑物空间的围护物，都不可避免地存在着不严密的漏风途径。因此，加压空间和相邻空间之间的压力差必然会造成从高压侧到低压侧的渗漏。加压空间与相邻空间之间的严密程度将决定渗透漏风量的大小。机械加压送风防烟系统的组成l非正压部分的排泄。空气由加压空间渗入相邻的非加压部分后，必须使空气与烟气顺利地流至建筑物外。如果没有设置必要的排泄途径，则加压空间和相邻部分
12、之间将难以维持正常的压力差。一般由机械排烟系统或可开启外窗的自然排烟系统相配合。机械加压送风防烟部位的确定l根据高层民用建筑设计防火规范规定：“高层民用建筑的防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室和两者合用前室，应设置机械加压送风的防烟设施或设置有开启外窗的自然排烟措施”。l防烟楼梯间及前室、消防电梯前室和两者合用前室之间各自采用机械加压送风的防烟与采用可开启外窗的自然排烟是两种不同的防、排烟方式，两种方式绝不能共用。机械加压送风防烟部位的确定防烟楼梯间及前室l不具备自然排烟条件的防烟楼梯间及其前室只对楼梯间加压送风，而不再对其前室设置加压送风系统是合理的。l不具备自然排烟条件的楼梯间及采用可开启外
13、窗自然排烟的前室应对楼梯间设置机械加压的送风系统。机械加压送风防烟部位的确定楼梯间的前室l当楼梯间设有不开启的排烟窗能自然排烟而其前室不靠外墙时。机械加压送风防烟部位的确定防烟楼梯间及前室l不具备自然排烟条件的防烟楼梯间及其前室只对楼梯间加压送风，而不再对其前室设置加压送风系统是合理的。l不具备自然排烟条件的楼梯间及采用可开启外窗自然排烟的前室应对楼梯间设置机械加压的送风系统。机械加压送风防烟部位的确定消防电梯前室l当消防电梯前室不具备自然排烟条件时，应设置机械加压送风系统。机械加压送风防烟部位的确定合用前室l合用前室受楼梯井和消防电梯井烟囱效应的影响，应设置机械加压送风系统。当楼梯间设置机械
14、加压送风系统时，考虑到楼梯间与合用前室之间的压差保持及风量分配，合用前室应设置独立的机械加压系统，当与楼梯间共用一个系统时，应在通向合用前室的支风管上设置压差自动控制装置机械加压送风防烟部位的确定封闭避难层l封闭式避难层应设置独立的机械加压送风系统。机械加压送风防烟系统的设计l机械加压送风防烟系统设计中的主要参数l加压送风量的计算和确定l机械加压送风防烟系统的设置机械加压送风防烟系统的设计中的主要参数l正压值一般取2550Pa。为了促使加压空气的流动以提高疏散入口处空气对烟气的排斥作用，要求楼梯间的正压值略高于前室，前室的正压值略高于走廊，一般取楼梯间正压值为50Pa，前室为25Pa。l在设有
15、自动喷水系统的建筑物中，由于烟气被喷水所冷却，门洞断面风速可减少到0.251.25m/s，我国目前在设计中基本上采取0.71.2m/s的风速。 门洞压力及流速分布机械加压送风防烟系统的设计中的主要参数l开启门的数量：欧美国家一般为20层以内建筑物同时开启门的数量n=1，超过20层的建筑物n=2，考虑到我国人口众多，因此同时开启门的数量也应大于欧美国家，取20层以内建筑物n=2，超过20层的建筑物n=3。l背压系数：当走道采用自然排烟时，背压系数取0.6；当走道采用机械排烟时，背压系数取0.8。加压送风量的计算和确定查表法l仅对防烟楼梯间加压送风时，其送风量应按表19-2规定选用。l对防烟楼梯间
16、及其合用前室分别加压送风时，其送风量应按表19-3规定选用。l对消防电梯前室加压送风时，其送风量应按表19-4规定选用。l防烟楼梯间采用可开启外窗自然排烟时，对不具备自然排烟条件的前室和合用前室加压送风时，其送风量应按表19-5规定选用。加压送风量的计算和确定计算法l按火灾时开启一定数量门的门洞断面处有一定风速进行计算l按保持加压部位所需要一定的正压值进行计算按火灾时开启一定数量门的门洞断面处有一定风速进行计算n为防烟楼梯间同时开启的门数量，地上20层以内建筑物n=2，地上21层以上建筑物n=3；F每樘门的开启断面积（m2）；v为门开启时在门洞上保持的风速，一般取0.7m/s；a为考虑排烟通路
17、产生的背压数，当走道采用机械排烟时a=0.8，当走道采用可开启外窗进行自然排烟时a=0.6；b为送风管道的漏风附加率，采用钢板送风管时b=0.15 ，采用混凝土风道时b=0.25。按保持加压部位所需要一定的正压值进行计算0.827为漏风率系数；AT为总有效漏风面积（m2）；P为压力差（Pa）；1.25为不严密处附加系数。正压间有效漏风面积综合计算l并联式漏风通路l串联式漏风通路l并联、串联混合漏风通路正压间有效漏风面积综合计算并联式漏风通路正压间有效漏风面积综合计算串联式漏风通路正压间有效漏风面积综合计算混合式漏风通路正压间门关闭时通过门缝的漏风量l四种类型标准门的漏风面积，如表19-6所示，
18、我国当前实际门缝的漏风面积一般大于标准门的漏风面积。l根据表19-6给出的漏风面积和公式（19-2），按正压间常用的压差，计算出通过标准门周围的缝隙渗漏出的风值值如表19-7。当门开启时对门洞断面风速校核门洞断面风速要求l如果只为楼梯间设置加压系统时：当同层的楼梯间与前室之间的门和前室与走道之间的门同时开启时，要求楼梯间与前室之间的门或前室与走道之间的门其中有一个门洞断面流速不小于0.7m/s，当同层的楼梯间前室之间的门关闭，而前室与走道之间的门开启时，对前室与走道之间的门的门洞断面流速无要求。当门开启时对门洞断面风速校核门洞断面风速要求l如果楼梯间和合用前室分别设置加压系统时：当合用前室与走
19、道之间的门开启时，则要求该门洞断面流速不小于0.7m/s。l如果只对消防电梯前室设置加压送风时：当同层的前室与楼梯间之间的门和前室与走道之间的门同时开启时，要求前室与走道之间的门洞断面流速不小于0.7m/s，对楼梯间与前室之间的门无要求。当楼梯间与前室之间的门关闭时，而前室与走道之间开启时，要求前室与走道之间的门洞断面流速不小于0.5m/s。当门开启时对门洞断面风速校核门洞断面风速计算l所有以不存在背压为假设条件，计算所得的门洞风量或风速均应乘以背压系数。l如果只对楼梯间设置加压系统： (1) 对于10层或10层以下的建筑物，可假设全部加压风量通过开启的门流出。(2) 对于10层以上建筑物，应
20、考虑除开启的门以外，还应加上所有其它的渗漏面积，将全部加压风量按门洞面积占总面积的比例计算。当门开启时对门洞断面风速校核门洞断面风速计算l例如某20层建筑的楼梯间有21扇双开门，每扇门的渗漏面积为0.03m2，开启的门断面为1.6m2，因而通过开启门洞的风量为总风量的如下比例：合用前室楼梯间电梯间1电梯间2电梯间3当门全部关闭时的风流状况当同层两扇门开启时的风流状况当前室至走道门开启时的风流状况当楼梯间及其前室分别设置加压送风系统时l从合用前室通过消防电梯门的总漏风量。从各合用前室通过消防电梯门缝隙漏入电梯井的风量取决于前室与电梯井之间的漏风面积以及电梯井与无压空间（或室外）之间的漏风面积。当
21、楼梯间及其前室分别设置加压送风系统时l 在高层建筑中，当A1比A2大得多时l如果各层电梯门的漏风面积均相同，则每层的正压前室通过关闭电梯门的渗漏风量当楼梯间及其前室分别设置加压送风系统时l当同层的两扇门同时开启时，楼梯间以及前室的压力急剧下降。通过楼梯间至前室开启门的风量为以下两者之和，即当楼梯间及其前室分别设置加压送风系统时l通过前室至走道开启门的风量为当楼梯间及其前室分别设置加压送风系统时l当有一扇前室至走道的门开启时，该前室的压力急剧下降。通过开启门的风量为以下三者之和，即机械加压送风防烟系统的设置l机械加压送风的防烟楼梯间及其合用前室应分别设置独立的送风系统，当共用一个系统时，应在通向
22、合用前室的支管上设置压差自动控制装置。l防烟楼梯间的加压送风口宜每隔23层设一风口，风口应采用自垂式百叶风口或常开的双层百叶风口，当采用常开的双层百叶风口时，应在其加压风机的吸入管上设置与开启风机联锁的电动阀。机械加压送风防烟系统的设置l机械加压送风机可采用轴流风机或中低压离心风机，风机的全压除计算最不利的压头损失外，尚有余压。余压值为：防烟楼梯间Pa；防烟前室或合用前室时Pa；避难层Pa;l机械加压送风机可设置一台或多台，安装位置应考虑供电条件、风量分配均匀以及新风入口不受烟气污染等因素。l机械加压送风机房应采用耐火极限不低于2.5h的隔墙和1.5h的楼板和其它部位隔开，隔墙上的门应为甲级防
23、火门。机械加压送风防烟系统的设置l机械加压送风口的风速不宜大于7m/s。楼梯间的风口截面按楼梯间总送风量的平均值计算，前室的风口截面按前室总风量的50%计算。l在机械加压送风系统的管道上不应设置防火阀。送风管内的风速不应大于20m/s。l机械加压送风机的关闭控制可在下列位置选取：风机由烟感、温感探头或自动喷水系统自动控制启动；风机由消防控制中心及建筑物防烟楼梯出口处的手动关闭装置控制关闭。机械加压送风防烟系统的设置l剪刀楼梯间与前室的机械加压送风系统宜分别设置。即楼梯间共用一个系统，前室共用一个系统，但其加压送风量均以两倍风量计算。l机械加压送风系统的风机、管道送风口等的选用、加工、安装等均可
24、按一般通风系统要求执行。机械加压送风系统的运行与控制l正压值控制l系统超压l加压系统的运行方式l加压空气从建筑物内部排出的途径机械加压送风系统的设计步骤与实例l某办公大厦，建筑物高96m，共30层，建筑物内设甲、乙两座疏散楼梯，甲楼梯与消防电梯合用一个前室，乙楼梯为防烟楼梯及其前室，每层楼梯间与前室之间，前室与走道之间均设一樘双扇门，每樘双扇门的尺寸为高2m、宽1.6m；关闭门时假设门缝宽度为0.003m，渗漏面积为0.03m2；电梯井顶部设有一个面积为0.1m2的排气口，走道内设有机械排烟系统，送风管道采用镀锌钢板制作，并敷设在管道井内。试求甲、乙两楼梯间的加压送风量。机械加压送风系统的设计
25、步骤与实例l加压系统的确定l系统选型l送风量的确定l送风管路的选型l管网阻力计算l加压风机选型19.4 机械排烟l机械排烟就是使用排风机进行强制排烟。它由挡烟壁（活动式或固定式档烟壁），排烟口（或带有排烟阀的排烟口），防火排烟阀门，排烟道，排烟风机和烟排出口组成。l一个设计优良的机械排烟系统在火灾时能排出80%的热量。l机械排烟可分为局部排烟和集中排烟两种方式，多采用集中排烟方式。机械排烟设置部位的确定l长度超过20m，且无直接天然采光或设固定窗的内走道。l虽有直接采光和自然通风，但长度超过60m的内走道。l面积超过100m2，且经常有人停留或可燃物较多的无窗房间或设固定窗的房间。机械排烟设置
26、部位的确定l净空高度超过12m及12m以下，且不具备自然排烟条件的室内中庭。l地下室各房间总面积超过200m2或一个房间面积超过100m2，且经常有人停留或可燃物较多的房间（设有窗井等采用可开窗自然排烟措施的房间除外）。机械排烟系统设计l机械排烟量的计算l排烟系统的布置l排烟口l排烟风机、排烟风道的设计要求机械排烟量的计算l当排烟风机负担一个防烟分区时（包括不划分防烟分区的大房间），应按该防火分区面积每平方米不小于60m3/h计算；当负担两个或两个以上防烟分区时，应按最大防烟分区面积每平方米不小于120m3/h计算。l一个排烟系统可以担负几个防烟分区，其最大排烟量为60000m3/h；最小排烟
27、量为7200m3/h。机械排烟量的计算l室内中庭的排烟量以其体积大小按46次/h换气计算。当室内中庭体积17000m3时，其排烟量按其体积的4次/h换气计算；当室内中庭体积小于17000m3时，其排烟量按其体积的6次/h换气计算。但必须注意，按规定计算出来的总风量，不应小于102000m3/h。机械排烟量的计算l带裙房的高层建筑防烟楼梯间及其前室，消防电梯前室和合用前室外，当裙房以上部分能采用可开启外窗自然排烟措施时，其裙房以内部分如不具备自然排烟条件的前室或合用前室，应设置局部机械排烟设施，其排烟量按每平方米不小于60m3/h计算。l选择排烟风机，应附加漏风系数，一般采用10%30%，排烟系统管道，应按系统最不利条件考虑，也就是按最远两个排烟口同时开启计算。机械排烟量的计算实例
