1.前言
目前我國尚沒有一套比較完善,、科學的法規(guī)來管理排煙系統(tǒng)的設計�,，F(xiàn)行的《高層民用建筑設計防火規(guī)范》(以下簡稱《高規(guī)》)中有關排煙系統(tǒng)的規(guī)定較粗糙、不全面,，僅提出指令性要求,，無法滿足實際需要,。因此深入開展高層建筑內(nèi)煙氣流動和煙氣控制研究，提出合理的排煙設計方案和切實可行的煙氣控制措施,，是盡快完善我國現(xiàn)行的消防技術(shù)法規(guī)的當務之急,。
2.火災煙氣
2.1煙氣的組成及其危害
燃燒學對煙的定義,，是由燃燒或熱解作用產(chǎn)生的懸浮于大氣中可見的固體或液體微粒和高溫氣體�,；馂臒煔庥扇愇镔|(zhì)組成：燃燒物質(zhì)釋放出的高溫蒸氣和有毒氣體;被分解和凝聚的未燃物質(zhì);被火焰加熱而帶入上升氣流中的大量空氣,。煙是上述三類物質(zhì)充分混合而成的混合物，具有窒息性,、毒害性,、灼熱性、蔽光性,、恐怖性等危害,。火災煙氣是阻礙疏散逃生,、影響搶險救援,、導致人員傷亡、造成經(jīng)濟損失的主要原因,。
2.2煙氣流動蔓延規(guī)律
煙氣流動過程：火災過程中產(chǎn)生的高溫煙氣上升到火焰上方形成煙羽流,，煙羽流在上升過程中不斷卷吸周圍的空氣，在浮力,、膨脹力,、對流和煙囪效應的作用下上升到頂棚，在頂棚形成頂棚射流沿頂棚表面向四周水平擴張(通常煙的水平擴散速度為0.5～1.5m/s,，垂直上升速度3～4m/s,，而火災狀態(tài)下，人的疏散速度僅為1m/s),。隨著溫度的升高,，煙氣流動速度加快，與周圍空氣的混合作用減弱,，當火勢發(fā)展到一定程度,，會形成一種熱風壓即火風壓，火風壓的出現(xiàn)會改變原有空氣流動方向,，產(chǎn)生逆流,，從而加劇火勢蔓延。在高層建筑中,，由于各種通風系統(tǒng)造成的壓力差,、高溫造成氣體密度差、煙囪效應以及室外風向,、風力、風速的影響,，其煙氣流動規(guī)律有許多不確定性和復雜性,。
2.3煙氣控制方法
高層民用建筑中采用的煙氣控制方法一般有：抑煙法：安裝自動噴水滅火系統(tǒng),、噴灑化學消煙藥劑，從而減少煙氣產(chǎn)生;隔煙法：設置擋煙垂壁或防火卷簾,，從而封閉產(chǎn)煙區(qū)域;阻煙法：設置加壓送風系統(tǒng)或空氣幕,，阻止煙氣進入相鄰空間;排煙法：設置排煙設施，置換,、稀釋煙氣,。其中排煙法是最有效的主動控煙方式。目前,，通常采取的排煙方式有兩種：一是自然排煙,，二是機械排煙。
3.自然排煙的特點及存在問題
3.1自然排煙的特點
自然排煙由于結(jié)構(gòu)簡單,，經(jīng)費投入低,，能兼顧采光，且維護方便等原因,，是目前高層民用建筑排煙方式的主流(約占所有高層建筑的60%),。高層民用建筑內(nèi)采用自然排煙方式的形式主要有側(cè)拉窗(占93%)、平開窗(由于抗風能力弱和安全性能差,，僅占1%),、上翻窗(占6%)。
3.2自然排煙的存在問題
3.2.1開窗凈面積不足影響排煙效果,。側(cè)拉窗可開啟凈面積占整窗面積百分比為45%;平開窗可開啟凈面積占整窗面積百分比為90%(但高層民用建筑內(nèi)極少采用);上翻窗可開啟凈面積占整窗面積百分比為30%,。從建筑結(jié)構(gòu)和平面布局來說，高層民用建筑采用自然排煙方式符合現(xiàn)行規(guī)范的難度極大,。就拿高層公共建筑合用前室來說,，若選用側(cè)拉窗，則整窗面積應達6.67㎡左右,。目前,，絕大部分設置自然排煙的高層建筑存在可開啟外窗凈面積不足的現(xiàn)象。雖然火災中可打碎玻璃擴大排煙面積,，但實際案例中高空玻璃墜落傷人和無人輕易擊碎玻璃等原因,，較難實現(xiàn)。
3.2.2自然排煙效果不穩(wěn)定,。自然排煙窗受多種因素影響其排煙效果,，如設置方位、高度,、角度以及室外風向,、風力等。如果在風力的迎風面，則無法起到排煙作用,，反而是灌煙,。而且在高空，風向隨時而變,，無法控制,，只有設置不同朝向的可開啟排煙窗，才能確保排煙效果,，但此種設置方式極難采用,，僅能設置于陽臺或凹廊。
3.2.3自然排煙窗無法及時開啟,�,！陡咭�(guī)》第8.2.4條規(guī)定：“排煙窗宜設置在上方，并應有方便開啟的裝置”,。高層建筑內(nèi)自然排煙窗靠人員手動開啟是不現(xiàn)實的,，雖然可以設置傳動裝置，實現(xiàn)聯(lián)動,、遠程手動,、自動打開，但其傳動機構(gòu),、聯(lián)動裝置的造價極為高昂,，而且對于廣泛采用的側(cè)拉窗而言，目前國內(nèi)尚無廠家生產(chǎn),，無法實現(xiàn),。因此高層民用建筑內(nèi)排煙窗均未設置傳動開啟裝置，甚至作為火災排煙用的天窗,、高位窗亦不設傳動開啟裝置,。
4.機械排煙的特點及存在問題
4.1機械排煙的特點
機械排煙由于排煙效果好，可靈活布置,，且不受室外環(huán)境的限制,，具有較大的可靠性和穩(wěn)定性，在高層民用建筑中廣泛采用(占所有高層建筑的40%),。但其自身缺點是在火災猛烈發(fā)展階段排煙效果可能大大降低,。
4.2機械排煙的存在問題
4.2.1排煙量的計算具有盲目性和可變性。排煙量是設計排煙系統(tǒng)的關鍵數(shù)據(jù),。排煙量過小,，將直接影響排煙效果，而排煙量過大,，必然帶來新風涌入,，對火勢起到推波助瀾的作用,，反使火勢蔓延速度加快，因此合理確定排煙量極其重要,�,！陡咭�(guī)》8.4.2條關于排煙量的確定過于簡單,，是按理想火災確定,，與實際有一定距離，而其它排煙量的計算公式很多(相關資料顯示約20余種,，各公式均對應于特定的研究背景,，且影響排煙量計算的因素太復雜，談不上哪條公式最合理),，至今尚未統(tǒng)一,。對同一條件的工程，因選擇不同的計算公式,，則結(jié)果差別很大;即使選擇同一計算公式,，若選擇不同的假設參數(shù)，結(jié)果差別仍很大,。
4.2.2風速的確定不具備科學性,。《高規(guī)》第8.1.5條僅對不同材質(zhì)的管道提出風速要求：“對金屬管道風速不應大于20m/s,，非金屬管道風速不應大于15m/s,，排煙口風速不應大于10m/s”，卻未提出最低風速,。在實際排煙效果中,，排煙系統(tǒng)的風速與煙管道橫截面、材質(zhì)和送風口的大小直接相關,，合理,、正確地確定風速是機械排煙系統(tǒng)設計的前提。排煙口的風速不宜過大,，否則會卷吸大量的空氣,，降低排煙效果，但也不能過小,，否則卷吸不到高溫煙氣中大量的高溫煙粒(具備一定的質(zhì)量和體積),，不具備相應風速的排煙僅能起到排風效果。
4.2.3排煙口的設置具有隨意性,�,！陡咭�(guī)》8.4.4條和8.4.5條簡單地規(guī)定了排煙口的設置位置和保護距離，但對排煙口的有效面積,、相互間距,、設置數(shù)量等未作任何明確規(guī)定，以致設計人員隨意設置的排煙口存在較多問題，主要表現(xiàn)為：1.排煙口直接設置未經(jīng)計算,，導致有效開口面積過大或過小,，直接影響排煙效果;2.排煙口設置數(shù)量過多，導致末端排煙口風速偏低;3.排煙口相互間距過近,，各排煙口抽吸的煙氣流相互干擾;4.排煙口相互間距過遠,，導致局部單個排煙口排煙量過大，抽吸周圍空氣而吸不到遠處的煙氣;5.排煙口與疏散出口一致,，影響疏散;6.中庭排煙口未按2至3層設排煙口或分段設置,，無法有效排除煙氣層化現(xiàn)象�,！皩踊爆F(xiàn)象：由于建筑空間較高,，熱煙氣在上升流動過程中遇冷，部分煙氣不再豎向上升,，呈倒塔形而半途改變方向并停留在水平方向,，并隨著溫度的下降再次下降。
4.2.4合用系統(tǒng)缺乏合理性,�,！陡咭�(guī)》雖不提倡機械排煙系統(tǒng)與通風、空調(diào)系統(tǒng)合用,，但亦未明令禁止,，僅在8.4.10條規(guī)定“合用系統(tǒng)必須采取可靠的防火安全措施，并應符合排煙系統(tǒng)要求”,。在實際應用中,，由于需節(jié)約投資、利用空間等原因,，機械排煙系統(tǒng)與通風,、空調(diào)系統(tǒng)合用的現(xiàn)象普遍存在。但通風,、空調(diào)系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)的運行原理差異,，使合用系統(tǒng)完全符合排煙系統(tǒng)要求很難實現(xiàn)。主要表現(xiàn)為：1.空調(diào)系統(tǒng)多采用上送下回的運行方式,，而排煙系統(tǒng)卻采用上排的運行方式;2.通風,、空調(diào)系統(tǒng)的風口平時均為常開式風口，而排煙口卻要求平時常閉,，災時常開式風口不能及時關閉;3.合用系統(tǒng)中要求煙氣不能通過空調(diào)器,、過濾器、加熱器等其它設備,，這就需要增設大量的旁通管,、自動切換閥,、自控防火閥，從而增大了漏風量和阻力;4.地下部分與地上部分共用排煙系統(tǒng)和中庭部分與周邊區(qū)域共用排煙系統(tǒng),，這種設計極為不合理,，也缺乏理論依據(jù)，但《高規(guī)》中卻未禁止,。
5.排煙系統(tǒng)問題的處理對策
現(xiàn)階段排煙系統(tǒng)國家規(guī)范標準不完全,，排煙技術(shù)的應用存在著較多不盡人意的地方。在高層民用建筑排煙系統(tǒng)的設計過程中,，應從以下幾方面解決實際問題：
5.1正確選用排煙方式
正確的排煙方式是高層民用建筑安全性能的重要保障,。筆者根據(jù)多年工作經(jīng)驗,、相關技術(shù)標準,，認為排煙系統(tǒng)的選用要素為：自然排煙優(yōu)于機械排煙，空間排煙首選機械排煙,，自然排煙避讓高層排煙�,，F(xiàn)將自然排煙、機械排煙的性能,、特點,、適用范圍等綜合列于表一中，作為《高規(guī)》非強制性要求排煙方式前提的選用參考依據(jù),。
5.2合理確定排煙數(shù)據(jù)
《高規(guī)》關于“排煙口風速不宜大于10m/s”,，“最小排煙量不應小于7200m3/h”等的規(guī)定給人形成風速愈小愈好，排煙量愈大愈好的誤導,，這不但造成投資浪費,，而且還會造成火勢蔓延。設計人員因根據(jù)建筑物的特性,、構(gòu)造,、可燃荷載、環(huán)境等綜合因素合理確定排煙量,、風速等排煙系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)的范圍,，此范圍的上限和下限，應嚴格借鑒公安消防研究部門研究測試結(jié)果,，嚴格校核漏風量和風力損失等,，做到經(jīng)濟合理。
5.3精心設計排煙布置
5.3.1自然排煙,。自然排煙的設計應充分考慮排煙窗的有效開口面積,，注意設置不同朝向的可開啟排煙窗，對無法手動開啟的排煙窗應設置機械傳動裝置,。
5.3.2機械排煙,。機械排煙的設計主要考慮三個方面,。一是合理組織煙氣流動�,；馂臓顟B(tài)下,，機械送風口(或新風入口)的位置與機械排煙口的位置不宜過近，同時送風的速度不宜過快,，防止機械氣流與火災煙氣流沖突,，將火災煙氣流擾亂、稀釋,，確�,；馂臒煔饬髋c排煙方向保持一致。建議采用著火防煙分區(qū)機械排煙,，相鄰防煙分區(qū)機械送風的方式,。二是嚴格布置排煙管道、排煙口,。根據(jù)排煙量,、排煙風速、風管材料,、風口型式,、風力損失等，認真計算出各段煙道的截面積,、排煙口的開口面積,、排煙口的設置位置、數(shù)量等,，達到既合理又滿足規(guī)范的要求,。三是認真設計火災聯(lián)動控制。機械排煙系統(tǒng)與火災自動報警系統(tǒng)的作用效果均體現(xiàn)在火災初期,，是有機統(tǒng)一的整體,。因此排煙系統(tǒng)的聯(lián)動控制極為重要，要滿足排煙口手動或自動打開,，直接啟動排煙機;排煙防火閥打開(關閉),，聯(lián)鎖啟動(關閉)排煙機;火災自動報警系統(tǒng)遠程手動(多線)控制和聯(lián)動(總線)控制排煙機等要求。
5.3.3合用系統(tǒng),。任何合用系統(tǒng)必須設置安全可靠的轉(zhuǎn)換措施,，確保滿足平時、災時的使用需要,，同時設置必要的防火安全措施滿足排煙的要求,。首先是轉(zhuǎn)換措施。合用系統(tǒng)需控制的風口,、閥門較多,，控制程序相對復雜,，一套系統(tǒng)、科學,、完整的轉(zhuǎn)換控制程序是合用系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)換的保障,。其次是安全措施。合用系統(tǒng)設計時應注意風機和風管防火性能符合排煙的要求;排煙過程中,，煙氣嚴禁進入空調(diào)器,、過濾器、加熱器等無關設備或管道;火災狀態(tài)時,，應解決多余風口自動關閉,，相同防煙分區(qū)的排煙口同時打開等問題。第三是功能體現(xiàn),。合用系統(tǒng)的主要功能應體現(xiàn)為災時排煙,。設計過程中應合理組織氣流分配，嚴格校核排煙量,、風速,、漏風量、風力損失等,，認真設計系統(tǒng)的配置、風機選型,，從而確保排煙效果,。
6.結(jié)束語
在高層建筑中安裝行之有效的排煙設施是安全疏散、搶險救援的需要,。當前開展高層建筑火災的試驗研究,，完善火災煙氣流動模型，出臺專門的完整的排煙設計規(guī)范,，解決防排煙設計中的實際問題,，是高層建筑日益發(fā)展的必然趨勢和現(xiàn)實需要。(作者單位：南通消防支隊啟東大隊)
