中庭建筑火災排煙措施

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據火災統計分析，火災過程中造成人員致死的主要原因是煙氣和熱，占火災中死亡人數的75%～95%。因此，研究探討建筑火災中煙氣在建筑內部的流動特性，對進行合理的建筑防火、防排煙設計，控制火災的蔓延擴大，減少傷亡及財產損失具有重大指導意義。

（一）中庭建筑的定義

《民用建筑防排煙設計規程》中給出的中庭的定義為：三層或三層以上、且短邊不小于6m的大容積空間，即稱為中庭。

（二）中庭建筑火災中煙氣層的形成

中庭建筑的煙氣流動不同于普通建筑，有其自身的運動規律和特性。煙氣在上升過程中會卷吸大量周圍冷空氣，并可能導致以下兩方面的后果：一方面，火災產生的高溫氣體上升到火焰上方形成煙羽流，煙羽流受熱浮力驅動上升，在上升過程中，不斷卷吸周圍的空氣，在浮力、膨脹力和“煙囪效應”等作用下,煙氣上升到頂棚，進而沿頂棚四周向下擴散填充，形成煙氣層。隨著火災的發展，煙氣層厚度不斷增加，當煙氣層下降到其它層頂棚以下時，熱煙氣就會逐漸蔓延到著火層以上各層。另一方面，煙氣在中庭的上升過程中，由于層高較高，隨著高度的增加，煙氣通過上部墻壁開口、縫隙、建筑導熱構件等散熱很大，煙氣溫度逐漸降低，其上浮力越來越小，上升到一定高度后可能會出現“層化”現象，即在火災初期火場溫度較低，同時煙氣在上升過程中被不斷卷入的低溫空氣冷卻，部分下落，在未達到頂部空間時就橫向擴展，逐步停止上升，從而在中庭的中間或稍底位置，在熱對流的作用下形成混合氣流，致使煙流方向倒轉。實驗證明，相當多的煙氣在上升到22m后，再上升的速度已相當緩慢，常常無法到達中庭建筑頂部而懸浮在中庭中部偏高處形成煙氣層。

（三）中庭建筑火災條件下煙氣的流動特性

通過對煙氣層的受力分析，不難看出，中庭建筑發生火災時，懸浮的煙氣層將受到兩個力的作用：一是本身重力，二是上浮力。二力平衡的支撐面則是“中性面”。“中性面”對人的危害作用是很大的。中性面的主要特征是：在中性面的范圍內，既不進風，又不排氣。人處在中性面范圍內將很難生存。中性面越低，對人的危害越大?！爸行悦妗钡幕竞x是室內壓力等于室外壓力的一個理論分界面。一般情況下，中性面以下空間，空氣從外部通過門窗、縫隙等向內部滲入；中性面以上空間，空氣則由內部向外部滲出。而處在中性面范圍內的空氣卻幾乎是不流動的。中庭建筑發生火災時，煙氣量越大，其本身重力越大，中性面越低；反之，煙氣排出量越大，煙氣重力越小，中性面越高。中庭建筑底部開口越多（大），進入的空氣量越多，燃燒越猛，煙氣溫度越高，上浮力越大，中性面越高；反之，下部開口越少（?。?，進入的空氣量越少，物質燃燒越不完全，產生的溫度越低，煙氣的上浮力越小，中性面越低。再次，外部風力對中庭建筑內部的煙氣中性面也有較大的影響。上部迎風面若開口，大量空氣被壓入，煙氣層下移，中性面下降。因此，上部迎風面開口，不僅不利于排煙，反而促使煙氣向下運動，中性面降低，對人員的危害也就越大。

（四）中庭建筑排煙存在的主要問題

1.中庭建筑空間高大，機械排煙效率低，難以達到控制煙氣層降低的要求實驗證明，排除空間較高建筑內的煙氣比排除空間較低建筑內的煙氣要困難得多。對大空間中庭建筑頂部排煙而言，較低的中庭建筑可以直接在屋頂設天窗進行自然排煙，較高的中庭建筑往往不能進行自然排煙，其機械排煙效率也隨其高度的增加而降低。其主要原因是：上部空氣溫度比下部空氣溫度高。一般情況下，這個差值隨著中庭建筑高度的增加而增大。從而導致其內部煙氣層比貼近屋頂的空氣層的溫度低，在離屋頂一定距離處，煙氣層便失去了浮力作用，煙氣層將很難上升到屋頂，并且上升到一定高度轉而下沉。另外，目前一些中庭建筑設置的排煙機，從其實際動作看，排出的除煙氣外，還有大量滲入空氣。且建筑高度越高，滲入的空氣量越大，煙氣將被大量空氣稀釋，大大減少了排煙機的排煙量，降低了排煙效率。

2.排煙口設置不合理，煙氣難以有效通過排煙口而排出據調查，中庭建筑的排煙口都是按目前《高規》的要求，設置在頂棚或靠近頂棚的墻面上。若按這一規定設置排煙口，對大空間中庭建筑來說，是難以達到排煙要求的。因為大空間中庭建筑內的煙氣層不可能到達其頂部，因而也就不可能接近排煙口，煙氣也就難以高效通過排煙口而排出。

（五）中庭建筑火災中的排煙對策

1.設置伸縮式排煙管道的活動排煙口，插入煙層內機械排煙。大空間中庭建筑本身的建筑特點及發生火災時煙氣的流動特點告訴我們，對中庭建筑僅設簡單的自然排煙方式是不夠的，應在自然排煙方式的前提下，采取特有的機械防排煙方式。即：帶有“伸縮式排煙管道的排煙口”設置在大空間中庭建筑頂部，火災時，通過手動、自動按鈕，位于大空間中庭建筑頂部的排煙口下移，伸入到下部煙層內進行排煙，把煙氣層底面高度控制在對人員沒有危害的高度。

2.設置軟質活動式擋煙重壁與水幕聯合系統，將煙氣團有效地控制在一定的空間內，建立中庭中上部防煙分區，為實施有效機械排煙創造條件。軟質活動式擋煙垂壁，平時卷縮在中庭建筑頂部；火災時，通過自動、手動按鈕，使軟質活動式擋煙垂壁下降至有效防排煙的高度。同時，水幕系統開啟，對其進行保護。

3.對于中庭式大空間建筑這類特殊建筑，只設置一種探測器是無法滿足要求的，必須對火災中出現的多種物理現象進行多參量復合監測，以降低誤報警。因此，中庭式大空間建筑可以在與其相連的各個樓層頂棚上設置感煙探測器和CO氣體探測器，由于CO是火災煙氣的主要產物，也是危害人員生命的主兇，當可見煙氣被發現時，CO可能早就擴散到人員所在區域，在火災案例中，常有當人們發現濃煙時，有人已經因吸入CO而無力逃生；在中庭墻壁的適當位置布置線型紅外光束感煙探測器，在中庭高度1/2的墻上和頂棚布置煙霧圖象探測器和火焰圖象探測器。裝有熱像儀的圖象探測器，其紅外攝像頭接收物體表面發射的紅外能量并將其轉換成電信號，然后由圖像處理器將電信號轉換成數字信號予以存儲并在顯示器上顯示出來。圖象探測器可以在大空間、大面積、多粉塵、高濕度及室外環境中使用，可對火災現象中的圖象信息作出快速反應并提供直觀的火災信息。

4.排煙口的流速、尺寸和布置位置在很大程度上影響排煙的效果。排煙口的流速不宜過大，否則會卷吸大量的空氣，降低排煙的效果，排煙口的流速不宜大于10m/s。在排煙通道中，條縫形排煙口對整個排煙口都是有效的，而矩形排煙口則不容易排掉通道兩則的煙氣。通常排煙口的最小面積一般不小于0.04m2。在設置排煙口的時候，注意應使排煙方向與人員疏散方向相反。同時，排煙口的布置位置應考慮建筑地區的常年風向以及風頻，或在不同的方向設置排煙口，防止排煙口的設置方向與常年風向相反，致使出現煙氣倒流現象，影響煙氣順利排出。

總之，掌握火災中煙氣的流動特性，設置有效的排煙系統，就是為了：①維持一定高度的冷空氣層，為人員安全疏散和消防隊員進行有效的滅火戰斗及救援提供必要的條件；②控制煙氣流動，為人員的安全疏散提供可靠的安全疏散通道；③推遲發生轟燃的時間或避免發生轟燃；④防止或減少煙氣對財產造成的損失；⑤盡可能地減少煙氣對建筑構件的破壞。