关于大空间建筑的通风与防排烟设计的分析

关于大空间建筑的通风与防排烟设计的分析
发布时间：2023-05-16T06:19:48.358Z 来源：《新型城镇化》2023年9期作者：程樵
[导读] 相比于传统建筑物，大空间建筑物的烟雾流动具有更加复杂的规律和特征。

中煤科工重庆设计研究院（集团）有限公司重庆 400042
摘要：相比于传统建筑物，大空间建筑物的烟雾流动具有更加复杂的规律和特征。

当烟雾从地面向上飘扬时，它们穿过墙壁、缝隙、导热构件等，可以更有效地散热，使得空气温度逐渐降低，同时也减少了上浮力。

关键词：大空间建筑、排烟设计、安全性
引言：
近年来，大空间建筑的数量急剧增长，他们的设计趋于概念化，旨在满足各种功能需求。

这类建筑拥有一个宽敞的内部空间，既可以将多个楼层相互联系，又可以将其他楼层的连接起来，从而实现跨越式的空间利用。

虽然这种建筑外表看起来很漂亮，但它的结构非常复杂，功能也非常丰富，而且人流量很大，空气流动也很差。

如果发生了火灾，烟雾就会快速扩散。

当火势加剧时，烟雾的水平扩散速度可达0.5~0.8m/s，而垂直扩散的速度则可达3~4m/s，这就意味着有毒的烟雾能够迅速地蔓延到共享大厅和它们相邻的楼层，从而阻碍了人们的视线，引发了恐慌，严重威胁着公众的生命安全和建筑物的安全。

1.大空间公共建筑防排烟系统存在的主要问题
1.1 大空间公共建筑缺少必要的防火防烟分隔
按照规定，高层民用建筑的防火分区应当小于或等于500m2，但是，由于大空间建筑的防火分区面积明显超出这一标准，因此，这一规定无法起到有效的约束作用。

1.2 建筑空间高大，机械排烟难以达到要求
根据最新的研究结果，在高楼大厦中消除烟雾的困难程度要大大超出了低楼大厦。

虽然采取屋顶的天窗进行自然消毒可以达到一定的效果，但是由于楼宇的高度限制，这种方式的机械消毒效果可能会受到影响。

随着大空间建筑物的不断增加，上部的空气温度比下部的要高，这一现象在内部的烟雾层中表现得尤为突出，因此，当它们接触到屋顶的时候，由于缺乏足够的浮力，便无法继续往前移动，最终只能朝着下方沉落。

由于越来越多的大空间建筑物的存在，排烟系统的性能也受到了严重的挑战。

除了排放大量的污染物外，还有更多的新鲜空气涌入，这些新鲜空气可以帮助污染物更快地蒸发，从而降低了排烟系统的效率。

1.3 大空间建筑现有防烟分隔设施难以发挥挡烟作用，形同虚设
由于大空间烟气的流动特性，它无法直接到达建筑物的顶部，只能漂浮在一定的高度。

因此，按照有关规定，挡烟垂墙的最小高度必须设置为50cm，若要延伸到地面，则最小高度也必须设置为1. 8m。

如果一座30m的大空间建筑被认为有足够的高度，那么其理论上的最大高度应当为28. 2m。

但事实上，由于技术的限制，这一数字很难达到，因此绝大多数大空间建筑的挡烟墙的长度也只有50cm。

由于烟雾层的厚度以及其与建筑物之间的距离，50cm的防烟墙的作用就不太明显了。

因此，在设计时应该考虑到更多的因素，以确保更好的防护。

1.4 排烟口设置不合理，烟气难以有效通过排烟口排出
经过深入研究，我们发现，尽管大空间建筑物的排烟口应该按照5高规6的标准安装在顶棚附近的墙壁，但实际情况却并非如此，因为烟气层很难到达顶部，导致它们难以被有效地排放。

2改进大空间高效排烟的设计对策
本文以哈尔滨大剧院为例，将着力探讨哈尔滨大剧院共享大厅的防排烟技术，力图实现更加完善的安全保障。

哈尔滨大剧院是一座拥有先进技术和设施的高层公共建筑，它的地面层数为8层，最终的建筑高度可达55.15米，而它的共享大厅则拥有超过一万平方米的面积，层数在5~26m不等。

2.1 设置柔性隔断，建立吹吸式空气幕墙
日本林太郎先生提出了“空气幕墙”理论，并将其应用于实际的工业通风和空调系统中，结果显示，该理论具有出色的隔离效果，尤其是在火灾初期和中期，能够有效抑制烟雾的层流和紊流，从而有效地保护环境。

使用空气幕墙可以在不产生热量的情况下，通过吹吸的方式有效地阻挡烟雾，从而大大提高室内安全性，尤其是在大空间建筑中。

此外，空气幕墙系统吹出的空气完全被排出，使火灾处于缺氧状态，特别是对高层建筑，可以有效避免烟囱效应带来的不良影响。

为了更好地保护周边环境，在建筑周边的空气屏障上安装水幕系统。

这
样，人们就可以安全地离开，同时也可以有效地阻挡烟雾的扩散，降低火灾的风险。

对于防止烟雾扩散，合理的防烟分区至关重要，以确保室内居民的安全出入，同时也可以确保室外空气的流动。

一般来说，如果室外空间不足6m，则不必进行防烟分区的划定；然而，如果室外空间较大，而且存在多层楼梯，则必须对其进行防烟分区的划定。

为了保护公共场所的安全，哈尔滨大剧院采取了一系列措施来防止烟雾的扩散和传播。

其中，一项是在观众通道的入口处安装了机械排烟系统，并在每一层的入口处安装了挡烟垂墙，这样可以有效地减少烟雾的排放。

（见图1）
图1
2.2 设置软质活动式挡烟垂壁与水幕联合系统
结合软质活动式挡烟垂壁和水幕联合系统，可以有效地控制烟气团在大空间内的分布，为实施机械排烟提供了可能性。

该垂壁可以在平时卷缩在建筑顶部，但在火灾发生时，可以通过自动或手动按钮，将其降至最佳的防排烟高度，从而有效地阻止烟雾扩散，保护人们的安全。

水幕系统被激活，以保护周围环境免受破坏。

2.3 设置具有伸缩式排烟管道的活动排烟口，插入烟层内机械排烟
通常，伸缩式排烟管道被安装在大空间建筑物的顶部，以便在发生火灾时，可以通过手动或自动操作，将排烟口向下移动，将其插入上方的烟雾层中，以确保烟雾层的深度不超出人体安全的范围，从而有效地防止火灾的蔓延。

“吹吸式空气幕墙”、“软性活动式挡烟垂壁”、“带有伸缩管道的排烟口”等排烟设施的设计与制造对于大空间建筑物的安全性至关重要，它们不仅可以有效地控制火灾，而且可以替代传统的排烟技术，从而提高安全性。

为了实现这一目标，我们需要进行大量的科学实验和深入研究，以确保安全性。

2.4采取性能化设计优化设计方案
目前，针对这类建筑内部共享大厅的防排烟设计，尚无一套完善的、系统的标准，因此，为了满足相关要求，应当采取性能化的措施，综合考虑建筑物的结构、用途、内部功能以及可燃物的分布特征，通过分析模拟的方式，制定出具有科学依据、实施可行的最佳解决方案，以确保安全可靠的防排烟系统。

2.5排烟量的合理确定
由于这种建筑的独特性，正确的排烟量对于保障安全和环境的安全至关重要。

目前，我国的标准采用的是体积换气的原则，但是，为了获得更准确的结果，借鉴一些国际上的标准，结合本土实际情况，精准挑选出最佳的排烟量。

哈尔滨大剧院的共享大厅通廊采用先进的机械排烟技术，可以实现每小时60m3/hm2的高效排放，同时，为了减少空气污染，还配备了先进的电动排烟窗，其面积仅为地面的3%。

3.排烟设施的设置
3.1排烟系统的选择
为了确保安全，当净空高度超过12m时，应该采取综合的防火措施。

为了实现这一目标，可以在共享大厅的烟气收集区域安装电动防火窗，并配置机械防火系统，从而有效地抑制烟雾的扩散。

3.2机械排烟系统的设置
哈尔滨大剧院的共享大厅内，由于烟气的流动特性，单靠顶部的排烟口和集中的排烟系统已经无法满足需求，因此，采取更加复杂的措施，包括5m~26m的高度，大面积的斜向玻璃幕墙，5~13.5m的空中花园，以及更加完善的玻璃幕墙，来实现有效的排烟。

为了更好地控制空气污染，在玻璃幕墙上安装电动排烟窗，同时在共享大厅的每一个楼层的走廊中安装竖向排烟口和挡烟垂壁，以此来减少对周围空气的污染，同时也可以更加安全地控制空气污染。

哈尔滨大剧院这种机械排烟和自然排烟相结合的方式，与国家大剧院的公共大厅、福州海峡会展的会议区的公共大厅、邯郸文化中心的博物馆的公共大厅相类似。

3.3自动探测报警系统的设置
尽管建筑物的共享大厅的防排烟系统起着至关重要的作用，但更加重要的是，它必须能够及时准确地检测到火灾的发生，并且能够有效地将其控制在最低限度，以便有效地防止火灾的蔓延。

因此，建立一套完善的火灾自动报警系统显得尤为重要。

当前，市场上拥有多种多样的火灾探测器，它们能够检测出各种不同类型的火灾。

然而，在大空间建筑中，仅凭单一的火灾探测器是远远不够的，因此，为了更加准确、及时地发现火灾，采取多种火灾探测器的结合方案，以提高检测效率和安全性。

为了有效监督公共场所的烟雾和火灾状况，提出采用多种技术手段，包括在公共场所的屋顶安装感应式烟雾探测器，以及在公共场所的四面墙壁上安装线性红外光束传感器。

另外，在公共场所的屋顶和屋内设置烟雾和火焰图像检测设备。

为了减少烟雾污染，采取安装先进的自动喷雾灭火系统，严格限定共享空间内容器的使用，并加强对易燃物的管理。

结束语：
为了确保大空间建筑的防排烟设计能够达到预期的目标，首先确保防火分隔的完善；接着，应当根据实际情况，制定出一套精细的规划，并利用科学的数值模型，对排烟量进行精准的控制；此外，还需要利用多种技术手段，提升机械排烟系统的可靠性；最终，应当采取一些有效的措施，以确保防排烟的有效执行，为人民和建筑的安全提供保障。

参考文献：
[1]周燕来，朱国英.浅析我国高层建筑防排烟工程设计[J].知识经济，2021，（12）.
[2]程远平，陈亮.建筑火灾过程中烟气与热排放作用分析[J].消防科学与技术，2019，（06）.。