建筑火災(zāi)擋煙排煙原理分析

　　關(guān)鍵詞：建筑火災(zāi)；防排煙；原理分析

　　1 引言

　　一般情況下，當(dāng)建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，都會(huì)伴隨著煙氣的產(chǎn)生，煙氣中的一氧化碳、氰化氫等都是有毒性氣體。當(dāng)空氣中氧氣含量降低時(shí)，會(huì)引起人體缺氧而窒息。調(diào)查表明，據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，由于一氧化碳中毒窒息死亡或被其他有毒煙氣熏死者一般占火災(zāi)總死亡人數(shù)的40％～50％，而被燒死的人當(dāng)中，多數(shù)是先中毒窒息暈倒后被燒死的。同時(shí)，煙氣的高溫危害，煙氣的遮光作用也是造成人員傷亡的原因。擋煙和排煙是控制煙氣蔓延的主要兩種基本方法，擋煙指的是一定的固體材料或介質(zhì)形成一定大小的防煙分區(qū)，將煙氣阻擋在起火點(diǎn)所在的區(qū)域內(nèi)，這樣可以避免煙氣對(duì)其它區(qū)域造成不良影響。排煙指的是將煙氣排到建筑物之外，這是從根本上消除煙氣在建筑物內(nèi)蔓延的手段。實(shí)際工程中這兩種方法常常是聯(lián)合使用的。

　　2擋煙控制

　　2.1固壁擋煙

　　人們也許會(huì)認(rèn)為利用固壁擋煙是一種原始的簡(jiǎn)單方式，實(shí)際上這反而是最有效的擋煙方式，決不可忽視它的作用。建筑物的墻壁、隔板、樓板、門窗和垂壁都可以用于擋煙，但在實(shí)際工程中如何合理地用它們組成適當(dāng)有效的防煙分區(qū)是需要認(rèn)真對(duì)待的。防煙分區(qū)的格局設(shè)計(jì)得合理，也可以為排煙措施的運(yùn)用提供便利條件。固定的墻壁、樓板、隔板等是防煙分區(qū)的基本分隔條件，它們必須達(dá)到一定的耐火性能，作為隔板和門窗，耐火極限應(yīng)不低于0.9個(gè)小時(shí)，以防止煙氣溫度過高而破壞。

　　需要注意在許多防煙墻或隔板上，還留有大量用于穿管、穿線用的孔洞。而這些孔洞可能構(gòu)成煙氣跨區(qū)蔓延的重要途徑。按照規(guī)定，在施工結(jié)束后應(yīng)當(dāng)將這類洞口封堵起來，問題經(jīng)常出現(xiàn)在不加封堵或封堵不好的情況，不少火災(zāi)事故的擴(kuò)大恰恰是忽略這方面的問題造成的。

　　2.2風(fēng)機(jī)加壓擋煙

　　利用風(fēng)機(jī)對(duì)某一區(qū)域加壓，也可以阻擋煙氣向該區(qū)域的蔓延。該建筑物內(nèi)的兩個(gè)區(qū)域通過隔墻上的門相連。當(dāng)左側(cè)空間發(fā)生火災(zāi)時(shí)，更對(duì)右側(cè)空間進(jìn)行加壓，則穿過門縫的空氣流能夠阻止左側(cè)的煙氣滲透到右側(cè)來，若將門打開，則整個(gè)門道都可以用于氣體流動(dòng)，當(dāng)右側(cè)的空氣流速較低時(shí)，煙氣仍可經(jīng)門道上半部進(jìn)入右側(cè)區(qū)域。但如果空氣流速和流量足夠大，則煙氣仍可能被空氣流擋在右側(cè)空間之外。由些可見，利用風(fēng)機(jī)加壓來控制煙氣有兩種情形，一是利用分隔物兩側(cè)的壓差控制，二是利用流速足與流量夠大的空氣流控制。

　　實(shí)際上這兩者的控制機(jī)理相同，但是將它們分別考慮是有好處的，因?yàn)槿舴指粑锷洗嬖谳^大的開口，則對(duì)設(shè)計(jì)和測(cè)量都適宜采用空氣流速；但對(duì)于門縫、裂縫，按流速設(shè)計(jì)和測(cè)量空氣流速都不現(xiàn)實(shí)，而適宜壓差，另外將兩者分開考慮，強(qiáng)調(diào)了對(duì)于開門或關(guān)門的情況應(yīng)采取的不同處理方法。

　　利用壓差擋煙廣泛用于疏散樓梯與避難區(qū)的前室中，通常是通過適當(dāng)?shù)娘L(fēng)管系統(tǒng)將風(fēng)機(jī)送入的空氣分配到各個(gè)前室之中，風(fēng)機(jī)吸入的必須是室外的未被煙氣污染的空氣。否則便失去了加壓擋煙的意義，為了有效陰擋煙氣進(jìn)入前室，前室與有煙區(qū)域的壓差必須是足夠大，但是又不能太大，否則將會(huì)給人員推門進(jìn)入前室造成困難，影響了人員疏散的安全，一般認(rèn)為這一壓差為25-50Pa為宜。

　　為了不使加壓引起的膨脹成為問題，加壓空間中應(yīng)當(dāng)有可將煙氣排到外界的通道，這種通道可以是頂部通風(fēng)的電梯豎井，也可由排氣風(fēng)機(jī)完成。

　　空氣流擋煙則廣泛用于鐵路、公路與地下遂道的火災(zāi)煙氣控制中，這種擋煙方法需要很大的空氣流率，故在內(nèi)部空間很大的建筑中不宜采用，新鮮空氣流又會(huì)給起火區(qū)域提供氧氣,如果該區(qū)域還明火,則這種送風(fēng)方式有可能加強(qiáng)燃燒。除了大火已經(jīng)被抑制或燃燒已被控制的少數(shù)情況外，通常不采用這種方法。

　　3排煙控制

　　排煙主要有自然排煙和機(jī)械排煙兩種方式。自然排煙是通過建筑物上部的窗口、陽(yáng)臺(tái)或?qū)Ｓ门艧熆�，利用煙氣產(chǎn)生的浮力將煙氣排放出去。

　　火災(zāi)煙氣的溫度通常會(huì)比冷空氣高不少，在浮力作用下，它將上升到建筑物的上部，并形成逐漸加厚的煙氣層�？梢哉J(rèn)為室內(nèi)大體分為上部煙氣層和下部空氣層兩個(gè)區(qū)域，這就為自然排煙提供了基本依據(jù)。

　　3.1自然排煙

　　自然排煙方式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，也比較經(jīng)濟(jì)，但受到如室外風(fēng)速、風(fēng)向、建筑物所在地區(qū)的氣候特點(diǎn)等環(huán)境因素的影響，自然排煙是一個(gè)比較緩慢的過程，當(dāng)室內(nèi)仍存在明火的情況下，單純靠自然排煙往往無法達(dá)到迅速排除煙氣的目的。自然排煙口必須有足夠大的面積，通常要求排煙口總面積不應(yīng)小于該防煙分區(qū)面積2%。但試驗(yàn)表明當(dāng)建筑物的平面面積或體積較大時(shí)，這種排煙口面積比就不足以及時(shí)排出煙氣，如果煙氣的溫度較低，可以在建筑物內(nèi)部發(fā)生彌散，那么便失去了自然排煙的基礎(chǔ)，在大空間建筑火災(zāi)中就存在這種情況。

　　3.2機(jī)械排煙

　　機(jī)械排煙是利用風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制排煙，機(jī)械排煙需要建立一個(gè)較復(fù)雜的系統(tǒng)，包括由擋煙壁面圍成的蓄煙區(qū)，排煙管道、排煙風(fēng)機(jī)等，為了有效排煙，就當(dāng)對(duì)系統(tǒng)的形式做出合理的設(shè)計(jì)。例如，當(dāng)建筑物的面積較大時(shí)，可在一個(gè)防煙分區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)幾個(gè)豎直的排煙口，而盡量減少水平管道的長(zhǎng)度，又如在高層建筑中，宜沿豎直方向多設(shè)幾個(gè)排煙口，并將風(fēng)機(jī)安裝在建筑物的頂部，對(duì)于大面積建筑、大空間建筑與地下建筑等，必須采用機(jī)械排煙，因?yàn)樵谶@些建筑中的煙氣容易與空氣摻混和彌散，不用強(qiáng)制排煙手段難以徹底清除煙氣，機(jī)械排煙是控制煙氣蔓延的最有效方法，研究表明，在火災(zāi)過程中良好的機(jī)械排煙系統(tǒng)能排出大部分煙氣和80%以上的熱量，從而使室內(nèi)的煙氣濃度和溫度大大降低。

　　此外實(shí)際上所用的排煙風(fēng)機(jī)必須有足夠大的排煙速率，以減緩煙氣在建筑內(nèi)的沉降，使之不會(huì)在相關(guān)人員的有效安全疏散時(shí)間之內(nèi)到達(dá)對(duì)人危害的高度。

　　3.3排煙補(bǔ)風(fēng)

　　實(shí)際上排煙過程是一種空氣與煙氣的置換過程，煙氣從排煙口排出，室內(nèi)形成一定的負(fù)壓，進(jìn)而導(dǎo)致新鮮空氣從其它的開口補(bǔ)入進(jìn)入。補(bǔ)風(fēng)口的位置對(duì)機(jī)械排煙的效果具有重要的影響，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果補(bǔ)風(fēng)口們于地面附近且距火源較近，則新進(jìn)來的空氣很快可以到達(dá)火源，為燃燒提供了大量的氧氣，進(jìn)而促使火勢(shì)的增大，因此當(dāng)室內(nèi)仍有明火時(shí)，不應(yīng)過早地打開火源附近的補(bǔ)風(fēng)口。如果進(jìn)風(fēng)口位置離風(fēng)機(jī)過近，容易造成空氣的流通短跑，反而使煙氣無法排出，應(yīng)當(dāng)指出，機(jī)械排煙系統(tǒng)對(duì)建筑物內(nèi)的氣體具有很強(qiáng)的摻混作用，排煙與補(bǔ)氣的位置安排不當(dāng)，很可能導(dǎo)致煙氣量的增大。

　　3.4煙氣稀釋

　　排煙過程是煙氣邊稀釋邊排放的過程，向原先充滿濃煙的空間供入新鮮空氣，并使之與煙氣進(jìn)行摻混，就是對(duì)煙氣進(jìn)行稀釋，這樣便可以將建筑物內(nèi)的平均煙氣濃度控制在人可以接收的程度。煙氣稀釋也是火災(zāi)撲滅后清除煙氣的基本方法。

　　這里對(duì)無明火區(qū)域的煙氣稀釋計(jì)算作些簡(jiǎn)要討論。設(shè)t=0時(shí)刻，該區(qū)均分布著一定濃度的煙氣，然后不斷向其中補(bǔ)入新鮮空氣，這樣在任意時(shí)刻t時(shí)，煙氣的濃度可以表示為C/C。=eˉɑt。式中，C。為開始時(shí)的煙氣濃度，C為t時(shí)刻的煙氣濃度，ɑ為稀釋率，一般用每分鐘的換氣次數(shù)表示，由此方程可解出稀釋率和時(shí)間α=1/t•ln{C。/C}，t=1/α•ln{C。/C}。此式也可以用于計(jì)算煙氣中某種有害組分的濃度變化，只需將式中的煙氣濃度改換為該組分的濃度即可。各組分的濃度可以用任何適宜表示組分的單位表示。

　　如果排煙系統(tǒng)每小時(shí)可排除9倍的室內(nèi)空氣，即稀釋率是0.15/min。要將煙氣濃度降低到初始值1%�？伤愠鏊�需時(shí)間是30min。如果希望在10分鐘內(nèi)排除該區(qū)域的煙氣，則必須加大換氣率。可得出稀釋率是0.64/min，即每小時(shí)換氣28次。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]霍然，姚斌：《火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法學(xué)研究》，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社2003年版。