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第三节 机械排烟系统

        在不具备自然排烟条件时,机械排烟系统能将火灾中建筑房间、走道中的烟气和热量排出建筑,为人员安全疏散和灭火救援行动创造有利条件。

        一、机械排烟系统的组成

        机械排烟系统是由挡烟壁(活动式或固定式挡烟垂壁,或挡烟隔墙、挡烟梁)、排烟口(或带有排烟阀的排烟口)、排烟防火阀、排烟道、排烟风机和排烟出口组成。

        二、机械排烟系统的工作原理

        当建筑物内发生火灾时,采用机械排烟系统,将房间、走道等空间的烟气排至建筑物外。通常是由火场人员手动控制或由感烟探测将火灾信号传递给防排烟控制器,开启活动的挡烟垂壁将烟气控制在发生火灾的防烟分区内,并打开排烟口以及和排烟口联动的排烟防火阀,同时关闭空调系统和送风管道内的防火调节阀防止烟气从空调、通风系统蔓延到其他非着火房间,最后由设置在屋顶的排烟机将烟气通过排烟管道排至室外。如图3-10-8所示。
        目前常见的有机械排烟与自然补风组合、机械排烟与机械补风组合、机械排烟与排风合用、机械排烟与通风空调系统合用等形式,如图3-10-9,图3-10-10所示。一般要求是:
        1.排烟系统与通风、空气调节系统宜分开设置。当合用时,应符合下列条件:系统的风口、风道、风机等应满足排烟系统的要求;当火灾被确认后,应能开启排烟区域的排烟口和排烟风机,并在15s(旧规范内容与P319对照,P319数据为未实施的数据)内自动关闭与排烟无关的通风、空调系统。
        1-排风机;2-280˚C排烟防火阀及止回阀;3-排烟风机;4-止回阀或电动风阀;5、7-排烟口;6、8-排风口
        2.走道的机械排烟系统宜竖向设置;房间的机械排烟系统宜按防烟分区设置。
        3.排烟风机的全压应按排烟系统最不利环管道进行计算,其排烟量应增加漏风系数。
        4.人防工程机械排烟系统宜单独设置或与工程排风系统合并设置。当合并设置时,必须采取在火灾发生时能将排风系统自动转换为排烟系统的措施。
        5.车库机械排烟系统可与人防、卫生等排气、通风系统合用。

        三、机械排烟系统的选择

        1.建筑内应设排烟设施,但不具备自然排烟条件的房间、走道及中庭等,均应采用机械排烟方式。高层建筑主要受自然条件(如室外风速、风压、风向等)的影响会较大,一般采用机械排烟方式较多。
        2.人防工程下列部位应设置机械排烟设施:
        (1)建筑面积大于50㎡,且经常有人停留或可燃物较多的房间、大厅;
        (2)丙、丁类生产车间;
        (3)总长度大于20m的疏散走道;
        (4)电影放映间、舞台等。
        3.除敞开式汽车库、建筑面积小于1000㎡ 的地下一层汽车库和修车库外,汽车库、修车库应设置排烟系统(可选机械排烟系统)。
        需要注意的在同一个防烟分区内不应同时采用自然排烟方式和机械排烟方式,主要是考虑到两种方式相互之间对气流的干扰,影响排烟效果。尤其是在排烟时,自然排烟口还可能会在机械排烟系统动作后变成进风口,使其失去排烟作用。

        四、机械排烟系统的主要设计参数

        (一)最小清晰高度的计算
        走道的最小清晰高度不应小于其净高的1/2,其他区域最小清晰高度应按以下公式计算:
        火灾时的最小清晰高度是为了保证室内人员安全疏散和方便凯发体育下载人员的扑救而提出的最低要求,也是排烟系统设计时必须达到的最低要求。对于单个楼层空间的清晰高度,可以参照图3-10-1(a)所示,公式3-10-9也是针对这种情况提出的。对于多个楼层组成的高大空间,最小清晰高度同样也是针对某一个单层空间提出的,往往也是连通空间中同一防烟分区中最上层计算得到的最小清晰高度,如图3-10-11(b)所示。然而,在这种情况下的燃料面到烟层底部的高度Z是从着火的那一层起算,见图3-10-11(b)所示。
        图3-10-11 最小清晰高度示意图
        空间净空高度按如下方法确定:
        1.对于平顶和锯齿形的顶棚,空间净空高度为从顶棚下沿到地面的距离;
        2.对于斜坡式的顶棚,空间净空高度为从排烟开口中心到地面的距离;
        3.对于有吊顶的场所,其净空高度应从吊顶处算起;设置格栅吊顶的场所,其净空高度应从上层楼板下边缘算起。

        (二)排烟量的计算
        1.火灾热释放量应按以下公式计算或查表3-10-6选取
        排烟系统的设计计算取决于火灾中的热释放量,因此首先应明确设计的火灾规模,设计的火灾规模取决于燃烧材料性质、时间等因素和自动灭火设置情况,为确保安全,一般按可能达到的最大火势确定火灾热释放量。各类场所的火灾热释放量可按式 (3-10-10)的规定计算或按表3-10-6设定的值确定。设置自动喷水灭火系统(简称喷淋)的场所,其室内净高大于12m时,应按无喷淋场所对待。
        2.烟羽流质量流量应按以下公式计算:
轴对称型烟羽流、阳台溢出型烟羽流、窗口型烟羽流为火灾情况下涉及的三种烟羽流形式,计算公式选自NFPA92B。
      (1)轴对称型烟羽流
        轴对称烟羽流的火源不受附近墙壁的限制。
        (2)阳台溢出型烟羽流
        (3)窗口型烟羽流
        窗口型烟羽流公式3-10-16适用于通风控制型火灾(即热释放量由流进室内的空气量控制的火灾规模)和可燃物产生的火焰在窗口外燃烧的场景,并且仅适用于只有一个窗口的空间。本公式不适用于有喷淋控制的火灾场景。
        3.烟气平均温度与环境温度的差应按以下公式计算或查表3-10-8:
       4.排烟风机的风量选型除根据设计计算确定外,还应考虑系统的泄漏量。排烟量应按以下公式计算或查表3-10-8-1火灾烟气表选取:
        
 
        如果从一个排烟口排出太多的烟气,则会在烟层底部撕开一个“洞”,使新鲜的冷空气卷吸进去,随烟气被排出,从而降低了实际排烟量,见图3-10-15所示,因此,这里规定了每个排烟口的最高临界排烟量,公式选自NFPA92B。根据工程经验,排烟口设置位置参考图如图3-10-16所示。

 
        (三)排烟量的选取
        1.当排烟风机担负多个防烟分区时,其风量应按最大一个防烟分区的排烟量、风管(风道)的漏风量及其它未开启排烟阀(口)的漏风量之和计算。
        2.一个防烟分区的排烟量应根据场所内的热释放量以及按本节相关规定的计算确定,但下列场所可按以下规定确定:
        (1)建筑面积小于等于500㎡的房间,其排烟量应不小于60m³/(h·㎡),或设置不小于室内面积2%的排烟窗; 
        (2)当建筑面积大于500㎡小于等于2000 ㎡时的办公室,其排烟量可按8次/h换气计算且不应小于30000m³/h,或设置不小于室内面积2%的排烟窗;
        (3)当建筑面积大于500㎡小于等于1000㎡时的商场和其他公共建筑,排烟量应按12次/h换气计算且不应小于30000m³/h,或设置不小于室内面积2%的排烟窗;当建筑面积大于1000㎡,不应小于表3-10-9中的数值;
        (4)当公共建筑仅需在走道或回廊设置排烟时,机械排烟量不应小于13000m³/h,或在走道两端(侧)均设置面积不小于2㎡的排烟窗,且两侧排烟窗的距离不应小于走道长度的2/3;
       (5)当公共建筑室内与走道或回廊均需设置排烟时,其走道或回廊的机械排烟量可按60m³/(h·㎡)计算,或设置不小于走道、回廊面积2%的排烟窗;
        (6)汽车库的排烟量不应小于30000m³/h且不应小于表3-10-10中的数值,或设置不小于室内面积2%的排烟窗;
        (7)对于人防工程,担负一个或两个防烟分区排烟时,应按该部分总面积每平方米不小于60m³/h计算,但排烟风机的最小排烟风量不应小于7200m³/h;担负三个或三个以上防烟分区排烟时,应按其中最大防烟分区面积每平方米不小于120m³/h计算。
        3.当公共建筑中庭周围场所设有机械排烟时,中庭的排烟量可按周围场所中最大排烟量的2倍数值计算,且不应小于107000m³/h(或25㎡的有效开窗面积);当公共建筑中庭周围仅需在回廊设置排烟或周围场所均设置自然排烟时,中庭的排烟量应对应表3-10-6中的热释放量按本节相关规定的计算确定。
        4.除第2)条、第3)条规定的场所外,其他场所的排烟量或排烟窗面积应按照烟羽流类型,根据火灾功率、清晰高度、烟羽流质量流量及烟羽流温度等参数计算确定。
        5.当烟羽流的质量流量大于150kg/s,或储烟仓的烟层温度与周围空气温差小于15℃时,应重新调整排烟措施。

        (四)排烟风速
       当采用金属风道时,管道风速不应大于20m/s;当采用非金属材料风道时,不应大于15m/s;当采用土建风道时,不应大于10m/s。排烟口的风速不宜大于10 m/s。

        五、机械排烟系统的组件与设置要求

        (一)排烟风机 
        1.排烟风机可采用离心式或轴流排烟风机(满足280℃时连续工作30min的要求),排烟风机入口处应设置280℃能自动关闭的排烟防火阀,该阀应与排烟风机连锁,当该阀关闭时,排烟风机应能停止运转。
        2.排烟风机宜设置在排烟系统的顶部,烟气出口宜朝上,并应高于加压送风机和补风机的进风口,两者垂直距离或水平距离应符合:竖向布置时,送风机的进风口应设置在排烟机出风口的下方,其两者边缘最小垂直距离不应小于3.00m;水平布置时,两者边缘最小水平距离不应小于10m。
        3.排烟风机应设置在专用机房内,该房间应采用耐火极限不低于2.00h的隔墙和1.50h的楼板及甲级防火门与其它部位隔开。风机两侧应有600mm以上的空间。当必须与其他风机合用机房时,应符合下列条件:
        (1)机房内应设有自动喷水灭火系统;
        (2)机房内不得设有用于机械加压送风的风机与管道;
        4.排烟风机与排烟管道上不宜设有软接管。当排烟风机及系统中设置有软接头时,该软接头应能在280℃的环境条件下连续工作不少于30min。

        (二)排烟防火阀
        排烟系统竖向穿越防火分区时垂直风管应设置在管井内,且与垂直风管连接的水平风管应设置280℃排烟防火阀。排烟防火阀安装在排烟系统管道上,平时呈关闭状态,火灾时由电讯号或手动开启,同时排烟风机启动开始排烟;当管内烟气温度达到280℃时自动关闭,同时排烟风机停机。

        (三)排烟阀(口)
        1.排烟阀(口)的设置应符合下列要求:
        (1)排烟口应设在防烟分区所形成的储烟仓内。用隔墙或挡烟垂壁划分防烟分区时,每个防烟分区应分别设置排烟口,排烟口应尽量设置在防烟分区的中心部位,排烟口至该防烟分区最远点的水平距离不应超过30m,如图3-10-17所示。
        (2)走道内排烟口应设置在其净空高度的1/2以上,当设置在侧墙时,其最近的边缘与吊顶的距离不应大于0.50m,如图3-10-18所示。
        2.火灾时由火灾自动报警系统联动开启排烟区域的排烟阀(口),应在现场设置手动开启装置; 
        3.排烟口的设置宜使烟流方向与人员疏散方向相反,排烟口与附近安全出口相邻边缘之间的水平距离不应小于1.50m,如图3-10-19所示。
        4.每个排烟口的排烟量不应大于最大允许排烟量。
        5.当排烟阀(口)设在吊顶内,通过吊顶上部空间进行排烟时,应符合下列规定:
        (1)封闭式吊顶的吊平顶上设置的烟气流入口的颈部烟气速度不宜大于1.50m/s,且吊顶应采用不燃烧材料; 
        (2)非封闭吊顶的吊顶开孔率不应小于吊顶净面积的25%,且应均匀布置。
        6.单独设置的排烟口,平时应处于关闭状态,其控制方式可采用自动或手动开启方式;手动开启装置的位置应便于操作;排风口和排烟口合并设置时,应在排风口或排风口所在支管设置自动阀门,该阀门必须具有防火功能,并应与火灾自动报警系统联动;火灾时,着火防烟分区内的阀门仍应处于开启状态,其他防烟分区内的阀门应全部关闭。
       7.排烟口的尺寸可根据烟气通过排烟口有效截面时的速度不大于10m/s进行计算。排烟速度越高,排出气体中空气所占比率越大,因此排烟口的最小截面积一般不应小于0.04㎡。
       8.同一分区内设置数个排烟口时,要求做到所有排烟口能同时开启,排烟量应等于各排烟口排烟量的总和。

        (四)排烟管道 
       1.排烟管道必须采用不燃材料制作。当采用金属风道时,管道风速不应大于20m/s;当采用非金属材料风道时,不应大于15m/s;当采用土建风道时,不应大于10m/s。
        排烟管道的厚度应按现行国家标准《通风与空调工程施工质量验收规范》(GB 50243-2002)的有关规定执行。
        2.当吊顶内有可燃物时,吊顶内的排烟管道应采用不燃烧材料进行隔热,并应与可燃物保持不小于150mm的距离。
        3.排烟管道井应采用耐火极限不小于1.00h的隔墙与相邻区域分隔;当墙上必须设置检修门时,应采用乙级防火门;排烟管道的耐火极限不应低于0.50h,当水平穿越两个及两个以上防火分区或排烟管道在走道的吊顶内时,其管道的耐火极限不应小于1.50h;排烟管道不应穿越前室或楼梯间,如果确有困难必须穿越时,其耐火极限不应小于2.00h,且不得影响人员疏散。
       4.当排烟管道竖向穿越防火分区时,垂直风道应设在管井内,且排烟井道必须要有1.00h的耐火极限。当排烟管道水平穿越两个及两个以上防火分区时,或者布置在走道的吊顶内时,为了防止火焰烧坏排烟风管而蔓延到其他防火分区,要求排烟管道应采用耐火极限1.50h的防火风道,其主要原因是耐火极限1.50h防火管道与280℃排烟防火阀的耐火极限相当,可以看成是防火阀的延伸,另外可以精简防火阀的设置,减少误动作,提高排烟的可靠性。
        当确有困难需要穿越特殊场合(如:通过凯发体育下载前室、楼梯间、疏散通道等处)时,排烟管道的耐火极限不应低于2.00h,主要考虑在极其特殊的情况下穿越上述区域时,应采用2.00h的耐火极限的加强措施,确保人员安全疏散。排烟风道的耐火极限应符合国家相应试验标准的要求。图3-10-20为一些常用的、推荐的处理方法。

 
        (五)挡烟垂壁
        挡烟垂壁是为了阻止烟气沿水平方向流动而垂直向下吊装在顶棚上的挡烟构件,其有效高度不小于500mm。挡烟垂壁可采用固定式或活动式,当建筑物净空较高时可采用固定式的,将挡烟垂壁长期固定在顶棚上;当建筑物净空较低时,宜采用活动式。挡烟垂壁应用不燃烧材料制作,如钢板、防火玻璃、无机纤维织物、不燃无机复合板等。活动式的挡烟垂壁应由感烟控测器控制,或与排烟口联动,或受凯发体育下载控制中心控制,但同时应能就地手动控制。活动挡烟垂壁落下时,其下端距地面的高度应大于1.80m。

        六、补风

        (一)补风原理
        根据空气流动的原理,在排出某一区域空气的同时,也需要有另一部分的空气与之补充。排烟系统排烟时,补风的主要目的是为了形成理想的气流组织,迅速排除烟气,有利于人员的安全疏散和凯发体育下载救援。

        (二)补风系统的选择
       对于建筑地上部分的机械排烟的走道、小于500㎡的房间,由于这些场所的面积较小,排烟量也较小,可以利用建筑的各种缝隙,满足排烟系统所需的补风,为了简便系统管理和减少工程投入,可以不用专门为这些场所设置补风系统。除这些场所以外的排烟系统均应设置补风系统。

        (三)补风的方式
        补风系统应直接从室外引入空气,可采用疏散外门、手动或自动可开启外窗等自然进风方式以及机械送风方式。
      1.自然补风
        在同一个防火分区内补风系统可以采用疏散外门、手动或自动可开启外窗进行排烟补风,并保证补风气流不受阻隔,但是不应将防火门、防火窗作为补风途径。
        2.机械补风
        (1)机械排烟与机械补风组合方式。利用排烟机通过排烟口将着火房间的烟气排到室外,同时对走廊、楼梯间前室和楼梯间等利用送风机进行机械送风,使疏散通道的空气压力高于着火房间的压力,从而防止烟气从着火房间渗漏到走廊,确保疏散通道的安全。这种方式也称为全面通风排烟方式。该方式防烟、排烟效果好,不受室外气象条件影响,但系统较复杂、设备投资较高,耗电量较大。要维持着火房间的负压差,需要设置良好的调节装置,控制进风和排烟的平衡。如图3-10-21所示。
       (2)自然排烟与机械补风组合方式。这种方式采用机械送风系统向走廊、前室和楼梯间送风,使这些区域的空气压力高于着火房间,防止烟气窜人疏散通道;着火房间的烟气通过外窗或专用排烟口以自然排烟的方式排至室外。这种方式需要控制加压区域的空气压力,避免与着火房间压力相差过大所导致渗入着火房间的新鲜空气过多,助长火灾的发展。

 
        (四)补风的主要设计参数
        1.补风量
        (1)补风系统应直接从室外引入空气,补风量不应小于排烟量的50%。
        (2)汽车库内无直接通向室外的汽车疏散出口的防火分区,当设置机械排烟系统时,应同时设置进风系统,且送风量不宜小于排烟量50%。
        (3)在人防工程中,当补风通路的空气阻力不大于50Pa时,可自然补风;当补风通路的空气阻力大于50Pa时,应设置火灾时可转换成补风的机械送风系统或单独的机械补风系统,补风量不应小于排烟风量的50%。
       2.补风风速
       机械补风口的风速不宜大于10m/s,人员密集场所补风口的风速不宜大于5m/s;自然补风口的风速不宜大于3m/s。

        (五)补风系统组件与设置
       1.补风口
        补风口与排烟口设置在同一空间内相邻的防烟分区时,补风口位置不限;当补风口与排烟口设置在同一防烟分区时,补风口应设在储烟仓下沿以下;补风口与排烟口水平距离不应少于5m。机械送风口或自然补风口设于储烟仓以下,才能形成理想的气流组织。补风口如果设置位置不当的话,会造成对流动烟气的搅动,严重影响烟气导出的有效组织,或由于补风受阻,使排烟气流无法稳定导出,所以必须对补风口的设置有严格要求。
        2.补风机
       补风机的设置与机械加压送风机的要求系统。排烟区域所需的补风系统应与排烟系统联动开闭。

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