工业建筑防排烟系统设计探讨

工业建筑防排烟系统设计探讨

武中华 

中冶天工集团有限公司  天津市  300308

摘要：在工程建筑消防安全设计中，确保防排烟系统的合理设计至关重要。若在设计的初始阶段，防排烟系统设计便存在缺陷，且在施工过程中这些缺陷未被及时识别及修正，则建筑在投入使用期间，其消防安全将面临重大隐患。鉴于此，设计工作者需对防排烟系统设计中的现有问题进行细致剖析和研究，并持续地对这些问题进行优化，以确保从根本上有力地解决安全隐患，保障人员生命与建筑的安全。

关键词：工业建筑；防排烟系统；设计

在当代建筑安全规划领域，建筑的防烟与排烟功能占据了核心地位。近年来发生的多起工厂火灾案例，为设计者们敲响了安全的警钟。火灾不仅会带来烧伤和有毒烟雾窒息的风险，其产生的烟雾扩散迅速、覆盖面积广，使得防范火灾时产生的烟雾伤害、确保人员在有限逃生时间内安全疏散变得尤为关键。因此，在工业建筑的设计过程中，对排烟系统的关注日益增加。然而，目前防烟与排烟设计仍遭遇诸多挑战，设计师们若想真正提升排烟系统的效能，就必须针对这些设计难题寻找切实可行的解决策略。

1防排烟系统的定义

防烟与排烟系统通常被工程设计师合并称作防排烟体系，具体包括以下两部分：

烟雾防控体系：该体系旨在阻止火灾产生的烟雾扩散至建筑内指定的区域，并避免烟雾在这些地方积聚。它通常分为两类：自然通风防控体系和机械增压送风防控体系。一般而言，防控体系会安装在建筑的楼梯井、前厅以及避难层等区域。是否在建筑中安装烟雾防控体系以及安装的具体规范，需依据建筑自身的属性，如建筑的高度、楼梯井的设计等，并遵循现行的相关标准进行设置。

烟雾排放体系：这一体系的主要功能是将建筑内部的火灾烟雾排出至建筑外部。烟雾排放体系同样分为自然排放体系和机械排放体系。鉴于工业建筑多为单层或多层结构，建议优先使用自然排放方式，当自然排放体系难以实施时，再考虑机械排放方式。当然，并非所有建筑都需要配备烟雾排放体系，其设置与否及具体要求，同样需按照现行的相关规范来确定。

在工程建设的防排烟体系设计中，涉及多个专业领域的综合设计，通常由暖通专业牵头，建筑、结构、电气以及给排水等专业共同协作完成。因此，在设计阶段，必须确保各专业之间的有效沟通与协作，避免独立作战的情况发生。

2防排烟系统的作用

随着建筑业的迅猛扩张，消防安全问题日益突出，尤其是火灾隐患频繁出现，这进一步凸显了防排烟系统在建筑实际运用中的重要性。一旦火灾发生，会产生浓密烟雾，对人体造成严重伤害，并阻碍人员疏散，直接威胁到人们的生命和财产安全。火灾产生的烟雾会降低空气中的氧气浓度，导致人在缺氧状态下逐渐失去生命。因此，精心设计和构建的建筑防排烟系统，对于迅速而有效地驱散烟雾，保障人们的生命财产安全至关重要。

2.1防烟系统的作用

在建筑内部，如封闭及防烟楼梯间、电梯前室、共用前室或者集多种功能于一体的前室，以及避难层中的通道和房间等，这些都是火灾发生时人员逃生和避难的关键场所，也是受困者撤离火灾现场和救援人员执行任务的关键路径。因此，确保这些地方的空气流通无阻，防止烟雾侵袭，或及时将侵入的烟雾排出室外，防止有毒烟雾积聚至关重要。在这一背景下，防烟系统的功能显得尤为关键。

通常，自然通风系统通过在这些区域设置一定数量的可开启窗户来防止烟雾进入，或者在烟雾入侵后迅速排出。而机械加压送风系统则在这些区域建立正压环境，以抵御烟雾的入侵，确保逃生人员可以快速通过这些区域逃生，同时也让救援人员能够安全有效地进行施救，解救受困人员。

选择建筑防烟方式时，通常需要根据建筑的高度、楼梯间配置等要素，按照相关规范进行综合考虑。工业建筑，通常为单层或多层结构，往往采用自然通风作为防烟手段。但工业建筑由于风压影响较大或受其他因素影响，自然通风系统难以达到理想的防烟效果时，必须采用机械加压送风系统。无论选用哪种防烟方法，确保人员安全是首要任务，设计时必须严格遵循相关规范。

2.2排烟系统的作用

火灾初期的排烟作业是提升救援效率、确保人员安全撤离的关键环节。通过排烟设施迅速移除火场中的热烟气体，不仅有助于去除有害物质，还能减少热量，进而降低温度，从而在一定程度上抑制火势的扩散。排烟设施通常能在燃烧区域形成较为封闭的负压区，有效防止烟雾扩散至邻近区域和人员疏散通道。排烟系统主要分为自然排烟和机械排烟两大类。自然排烟依靠热烟的上升力和外界风压，将烟雾通过建筑开口排出户外；而机械排烟则通过排烟风机产生负压，将烟雾排出室外。工业建筑通常首选自然排烟，这样既满足了火灾时的排烟需求，又能满足日常通风的需要。如果自然排烟系统无法满足特定要求或存在困难，则会选用机械排烟。对于有特殊清洁度或密封性需求的厂房，则必须使用机械排烟。在工程实践中，排烟系统的设计需要综合考虑建筑的火灾风险、空间大小、可燃物分布及人员分布等因素。

3建筑防排烟系统中存在的问题分析

3.1机械防烟设置未满足标准需求

在防烟系统的构建中，所选用的风机类型未能契合规范要求。一般情况下，应当依照特定标准对机械的强制送风量进行精确计算，然而现实中人们往往直接将规定的标准值作为依据，并未真正遵循标准进行计算，导致风机的风压数据与实际送风量未能达到防烟要求的标准。此外，送风口的布局存在缺陷。在楼梯间竖向送风系统中，常用的常开式百叶风口在设计时规格统一，而在风机与风口距离较远时，便会出现风量供应不足的问题，极端情况下甚至可能导致末端风口的风量几乎为零，这使得提升防烟效能变得十分困难。鉴于每一栋建筑都具有其独特性，它们之间存在着明显的差异，因此在设计加压送风系统时，必须根据建筑的具体需求来定制化设置。

3.2自然排烟设计弊端

在火灾情况下，自然排烟系统无需依赖机械设施即可完成烟雾的排放任务，它依靠火灾发生时产生的热压差来实现烟雾通过排烟口的有效排出，这一方式经济实惠，且在电力供应中断时仍能正常运作。然而，自然排烟系统在设计上存在明显的短板和不足之处，其性能易受诸多因素的干扰，例如建筑的封闭性、外部环境的风向和风速以及热压效应等。自然排烟的设计原则通常是利用烟雾的浮力来进行排放，但当外部风力较大时，容易发生烟雾逆流现象，导致烟雾在室内快速扩散，无法达到预期的排放效果。冬季时，由于开口部分难以排出烟雾，室外冷空气会由此进入室内，若没有采取有效措施，烟雾可能会通过电梯井或楼梯井扩散。而在夏季，建筑内部可能形成下降气流，使烟雾扩散至防烟楼梯的前室和楼梯间，这不仅影响人员的紧急疏散，还威胁到生命安全，给消防救工作带来不利影响。

3.3加压送风问题分析

在确定通风量时，必须根据实际使用需求来精确执行，而不能草率行事。在设计的各个环节中，必须遵循相关规范以保证计算的精确度，以免对防烟排烟系统的效能带来不利影响。在建筑防烟系统的设计过程中，选择合适的加压送风机需要依据准确的参数数据。在设计阶段，必须对加压风机的全压参数进行有效的计算。在挑选防烟系统的组合方式和加压送风机时，设计人员应严格依照规范和标准进行操作。然而，许多设计人员并未给予规范和标准应有的重视，导致正压值的设计不合理，从而在后续的施工和维护中留下了较大的安全隐患。

3.4机械排烟设施排烟未满足标准需求

排烟的总体品质与成效受到众多要素的制约，其中一个至关重要的因素在于排烟口的布置不够恰当。通常情况下，排烟口在布置时往往被安装在吊顶或是紧邻吊顶的区域，但是许多建筑的防排烟体系在具体施工时并未依照规定进行排烟口的安装，而是将其置于墙体的下方，这导致烟雾无法顺畅地排出。由此可见，排烟口的不合理布置同样会对人员的安全疏散产生不利影响。

4工业建筑中防排烟系统设计策略

4.1全敞开式室外疏散措施

在全敞开式室外疏散系统中，核心组成部分涵盖了无遮挡的室外逃生梯、楼顶直升机坪以及检修用扶梯等设施。这类逃生梯能够直接与外界相连，有效避开烟雾的干扰。在火灾等紧急情况下，当其他逃生手段不可用时，部分工业建筑可借助顶层直升机坪实施空中转移；检修用扶梯因其较高的风险性和较大的操作难度，仅能作为辅助逃生手段。室外逃生梯为人员撤离提供了关键的安全保障，其建设成本较低，结构也比较简明，且不会占用建筑内部空间，全敞开式室外疏散梯在烟雾控制和紧急疏散中扮演了不可或缺的角色。

4.2借助通风空调系统开展防排烟工作

该方案能够充分发挥现有设备的潜能，有效降低投资费用。在系统运行过程中，通过向非燃烧区域输送空气，同时对燃烧区域进行排烟，达到烟雾控制和排放的效果。具体来说，通过风机和送风孔等设备向非燃烧区域送风，形成正压环境，以阻止烟雾扩散至该区域；而在燃烧区域，则将原送风孔转变为排烟孔，通过独立的排烟管道将烟雾排出室外。送风孔和排烟孔均需配备自动化控制系统，当烟雾温度较低时，能够自动关闭。风管采用非燃材料制作，并增加材料厚度，以实现隔热效果。

4.3电梯井用作防排烟设施

在考虑工业建筑的设计时，必须根据具体状况来决定电梯井是作为自然排烟通道还是正压送风井。对于工业建筑内配置的电梯井，若内部安装了符合规范要求的机械排烟系统，则电梯井可以承担自然排烟的功能；如果不是，则可转变为正压送风井。同样，若电梯井内设有满足规范要求的机械防烟系统，它可在特定条件下用作自然排烟通道。如果建筑内部没有安装机械防排烟系统，或者系统的防烟性能不达标，就需要依据电梯井的送风量进行计算，以确定合适的防烟方式，此时电梯井也可用作正压送风井。

在使用电梯井作为自然排烟通道时，必须保证其与外界大气相连通。为此，需在电梯井顶端安装排烟口，并且排烟口的阀门应能自动启闭，以便于防雨和排烟。此外，为了实现自然排烟，还需在电梯门上方的楼层墙壁上安装排烟口或连接排烟风管，并配备防火阀门，该阀门可手动或自动控制。同时，要特别注意防止烟气进入电梯轿厢，避免在疏散过程中因直接开启电梯门排烟而导致人员误入电梯并发生安全事故。

4.4自然排烟窗的设计

在工业建筑设计中，利用自然通风进行排烟系统具有成本效益优势，施工过程简单快捷，同时日常维护也较为轻松。在选择排烟方案时，若条件允许自然排烟，应优先考虑此方案。然而，若设计不合理，则难以符合预设标准。自然排烟窗的设计对于排烟效率起着决定性作用，因此，需对排烟窗的安装位置、构造样式以及有效面积进行深入的分析和研究。在火灾发生期间，烟雾会形成上升气流，为了优化排烟效能，建议将自然排烟窗安装在受烟区域的外墙高处或屋顶部位。若安装在墙体上，排烟口的底部高度应不低于室内清晰高度，并配备易于操作的自动或手动开启装置，手动控制装置应安装在离地1.3至1.5米的高度区间。此外，排烟窗的开启方向应与火灾产生的气流方向一致；并且，排烟窗与防烟分区之间的最大水平距离不应超过30米。只有精确设置排烟窗，才能实现高效的自然排烟。排烟窗的设计样式多样，不同类型的排烟窗其有效面积的计算参数也有所不同。通过实际工程调研，发现使用侧拉窗时，其有效面积应根据窗的最大开启尺寸来确定；当开启角度达到或超过70度时，可以按照整个窗户面积来计算；若开启角度小于70度，则可以近似地使用以下公式来计算有效面积：Fp = Fc × sinα，其中Fp代表有效排烟面积，单位为平方米；Fc为窗户的总面积，单位也为平方米；α为窗户的开启角度。工程完工后，必须对消防系统进行严格的验收。在验收过程中，应实际测试防排烟系统的运作，确保排烟口和排烟风道的风量和风速达到设计要求，以保证各个步骤的顺畅执行。

5实际项目中遇到问题的探讨

5.1侧面可开启窗(口)是否计入排烟窗

在工业建筑领域，常见做法是在厂房的屋顶安装一些可开启的窗户。某些工程师提出，在规划厂房的自然排烟系统时，若厂房同时具备顶部及侧面的可开启窗户，只有顶部的开启面积应纳入有效排烟面积的计算，而侧面窗户则不应考虑在内。然而，对这一看法持有不同意见。不论是位于顶部还是侧面的可开启窗户，只要它们位于储烟区（即设计规定的清晰高度以上），都应计入有效排烟面积。当然，这一计算方法需符合《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251的相关规定。尽管在顶部排烟窗的有效面积较小时，可能会出现烟气在厂房顶部积聚，难以迅速排出，但当烟气积聚到一定高度，侧面的排烟窗便会立刻启动，有效控制烟层厚度，保持在设计清晰高度之上。因此，只要烟气的底层高度不低于设计的清晰高度，侧面的排烟窗同样能发挥其功能，虽然排烟速度不及顶部窗户，但依然能够有效排烟。在设计厂房的排烟系统时，应优先考虑使用顶部可开启窗户作为自然排烟设施，因为它们能快速排出火灾初期的烟气。如果顶部窗户的面积不满足需求，可以考虑增设侧面窗户作为补充排烟设施，并且侧面窗户的设置高度应尽可能高，以便快速排出烟气，减少烟层厚度。

5.2高度大于6m厂房自然排烟系统设计

工业建筑普遍具有较大的层高，一旦建筑超过6米，其排烟量就必须符合《烟标》4.6.3条款所规定的最低值。目前关于自然排烟窗（口）面积计算方法存在两种争议。一种方法是将标准风量提高20%后，依据风速来确定所需面积。另一种方法则是直接采用标准风量进行计算。支持第一种方法的设计师们认为，标准风量仅作为计算依据，而在实际计算自然排烟窗（口）面积时，应使用调整后的设计风量，即增加20%的风量。然而，更倾向于第二种方法。首先，标准下的注释2已经提供了自然排烟窗（口）面积的计算公式，其中所用的排烟量是计算值而非设计值。其次，设计排烟量之所以要在计算基础上增加20%，是为了考虑风管（道）泄漏、排烟阀（口）漏风以及风机生产标准允许的风量偏差等风量损失因素，这主要适用于机械排烟系统。自然排烟系统则不受这些因素的影响。因此，第二种方法更为合理。同时，这种方法计算出的排烟窗（口）面积比第一种方法少了16.168%，这在工程实践中能够显著降低建设成本。总结来看，第二种方法不仅准确，还能节约工程成本，应当得到推广和支持。

结论

工业建筑内的防排烟系统设计挑战较大，考虑到工业场所潜在的爆炸危险以及火灾控制的复杂性，设计者需对排烟系统的规划给予更多关注。在设计这类建筑的防排烟系统时，必须严格依照国家标准和行业规定，针对工业建筑特有的设计难题，制定有效的应对策略。同时，应结合工业建筑的特定环境，实施个性化的设计方案，以确保工业建筑中暖通空调的防排烟系统能够达到更高的安全标准、科学性和实际应用价值。

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