論高級體育館空調(diào)防火與排煙系統(tǒng)設計

1、、設計導言現(xiàn)代高級體育建筑，在國際體育運動、奧運會、亞運會、全運會世界名星賽的 積極推動下，象雨后春筍般層出不窮，體育康樂城的迅速興起，體育建筑世界大放 異彩，體育建筑聚集人多，面積大，空間高，一旦發(fā)生火災物體燃燒時將產(chǎn)生溫度 很高的有毒和可燃氣體四處流串，引發(fā)瞬間爆燃，給疏散與撲救造成困難，以致中 毒、窒息、傷亡、會造成很大的損失。因此，體育館通風空調(diào)防火與防排煙的設計， 是關(guān)系以生命與財產(chǎn)安全的重大問題，決不可掉以輕心。在體育建筑防火與排煙系 統(tǒng)的設計中為了防止和減少火災的危害，保障國家財產(chǎn)和人身安全，要求在體育建 筑中加強防火排煙的設計是具有十分重要的現(xiàn)實經(jīng)濟意義的。現(xiàn)在新的防火規(guī)范GB

2、0045-95雖制性國家標準自1995年月曰11月1日起施行。因 此如何認真貫徹執(zhí)行好新高規(guī) ，“以防為主，防消結(jié)合”這個設計精粹，把事故 穩(wěn)患消滅于未然，這就需要探討研究，科學地尋找出一條具有體育建筑特色的，必 須全面考慮防火安全，實現(xiàn)通風、空調(diào)系統(tǒng)自身安全及保證人員安全疏散與消防迅 速撲救的防排煙系統(tǒng)。二、高級體育建筑消防排煙的重要性1 、體育建筑火災特性分析：現(xiàn)代化體育建筑，電氣設備多，線路錯綜復雜，通 風空調(diào)管道四通八達，都是造成火災蔓延擴大的途徑，無論是多功能體育館、游泳 館、還是室內(nèi)溜冰場或冰球館，一旦發(fā)生火災，在比賽大廳內(nèi)，火焰中心垂直上升 氣流，就會以 46m/s 的速度向頂棚

3、和屋架蔓延，這時館內(nèi)的各種豎井，如新風、排 風、送、回風及水管道井，樓梯間和電梯井等都成為竄火的大煙囪。由于煙囪效應 熱壓作用造成煙火迅速擴展， 甚至通過伸縮縫迅速傳播， 當火源燃燒到 6分鐘時，火焰溫度則會升到900C以上，由于火災燃燒與烘烤等作用下，使鋼屋架強度降低，大空間內(nèi)起火一般在 15分鐘左右鋼屋架就會塌倒，此時大廳內(nèi)煙霧彌蔓，火光熊熊，觀眾必然驚恐萬狀，一片混亂，急相逃難將會造成重大的傷亡事故和嚴重的經(jīng)濟損 失。2 、引起火災的原因分析：依據(jù)國內(nèi)外高級體育建筑引起火災的原因有： (1) 大 多數(shù)是由于電器設備及其線路年久失修， 電器絕緣老化， 長時間通電過熱引起火災 ;(2) 日光

4、燈線路連接不密實， 形成接觸不良， 產(chǎn)生高熱可燃燒著火釀成火災 ;(3) 電氣 線路接頭銅鋁線氧化，接觸不良電阻過大，產(chǎn)生高熱，使燃燒物引起火災 ;(4) 由于 拋擲煙頭點燃可燃物或垃圾引起火災 ;(5) 由于電氣施工的明火點燃風管保溫材料而 造成火災 ;(6) 還有其他穩(wěn)蔽的原因造成火災事故。 因大空間建筑物火災撲救很困難， 故造成的經(jīng)濟損失，是很巨大的。3 、體育建筑發(fā)生火災造成損失的實例： (1) 某市體育館在 1973年發(fā)生火災，大火燃燒了 5個多小時，使這座 5000多座位的大型體育館全部燒毀， 損失千萬元，損失 慘重，后來只好重建 ;(2) 某市體育館相連中的附屬房于 1974年4

5、月發(fā)生火災， 據(jù)分析 是由于電線絕緣老化兩線碰在一起引起短路火災，發(fā)生在夜間，報警晚，消防隊到 達火場時，火焰已穿出屋頂以致使幾百平方米的建筑全部燒毀，損失慘重 ;(3) 英因 布拉德福德市室外體育場主看臺在 1985年5月起火，當時正在進行足球比賽， 場內(nèi)有12000人觀眾，火災是由于煙頭點燃垃圾著火引起，出現(xiàn)明火1分鐘后，火災就達到主看臺后面的屋頂，火焰猛烈延伸向下面的可燃物輻射熱能，造成下面看臺火焰迅 速向水平方向發(fā)展， 引起屋頂結(jié)構(gòu)也隨之燃燒， 大火燃燒 7個多小時， 場內(nèi)座位和看 臺全部燒毀。被煙氣燒死和薰死的觀眾達 52人，受傷者有 200多人，轟動英國， 英首相為此發(fā) 表電視講話

6、，應從中吸取嚴重的教訓。從以上火災實例，可見抓緊現(xiàn)代體育建筑的 防排煙設計是多么的重要。三、體育建筑通風、空調(diào)防火與排煙的技術(shù)措施現(xiàn)代體育建筑的通風空調(diào)管道縱橫交錯，分布于各個部分，如若處理的不好，管網(wǎng)就會變成串火大煙囪，因此必須有可靠的防火安全技術(shù)措施來加以防患。1 、通風、空調(diào)機房、 制冷機房及中央電腦管理控制室、 消控中心等均應設有自 動報警控測器，中央控制室還要有自動滅火裝置2 、空調(diào)風管、冷 （熱） 水管采暖和設備等的保溫材料均應用非燃材料3 、風管及配件 （ 如風口和閥門等 ） 應用非燃材料制作， 空調(diào)系統(tǒng)一般不許兼作火 災時的排煙系統(tǒng)，如確實必須兼用時，應設有安全可靠的自動切換閥

7、門，對于一般 排風系統(tǒng)可兼作火災時的排煙系統(tǒng)， 其風管，管道及設備均應滿足排煙系統(tǒng)的要求 ;4 、通風、空調(diào)機方應為獨立房間， 用防火墻防火板與其他房間隔開， 機房與鄰 近走廊或房間的門應為甲級防火門 ;5 、通風空調(diào)系統(tǒng)采用的風機或空調(diào)器采用非燃材料制品， 塑料風機及玻璃鋼空 調(diào)器不應采用 ;6 、為抑制煙氣流竄， 火災蔓延， 通風空調(diào)系統(tǒng)的送風管、 回風或新風管在穿越 防火墻、防火樓板時應裝設防火閥。同時風管不宜穿過防火墻和變形縫，若必須穿 越時，應在穿越處設置防火閥，垂直總風管與每層水平交接處的水平管段上也應設置防火閥，與防火閥連接的風管在穿琥防火墻或防火樓板處應用2mm厚的鋼板制作;即

8、防火7 、在空調(diào)器連接的送風與回風總管上的防火閥應設閥門關(guān)閉連鎖信號， 調(diào)節(jié)閥關(guān)閉時可聯(lián)動送風機和回風機停止運行 ;防火閥安裝應設置單獨吊支架， 以防止風管變形時影響防火閥關(guān)閉的嚴密性，并在防火下設置450X 450mm僉查孔；8 、消聲器、消聲彎頭的保溫材料也應為非燃材料， 消聲用材也應用非燃消聲材料;9 、所有通風、空調(diào)及制冷設備的電源均應與體育建筑的自動報警滅火系統(tǒng)相聯(lián) 鎖，一旦某位發(fā)生火警、通風、空調(diào)及制冷電器設備的電源應隨之立即切斷和停止 運行。四、正壓送風量與排煙量簡易快速優(yōu)化計算方法1. 正壓送風系統(tǒng)送風量的快速優(yōu)化計算方法：正壓送風系統(tǒng)旨在于發(fā)生火災后， 保證體育建筑內(nèi)有幾條安

9、全可靠的疏散通道， 來完成人們的安全迅速撤離，并保證消防人員能安全迅速通過，盡快地撲滅火災 保證樓梯間、電梯間、前室和合用前室與通道之間維持一定的正壓值，使外部煙氣 不致侵入，保證每人有足夠的新鮮空氣及保持樓梯間內(nèi)有較高的能見度和清晰的光 線，確?；馂陌l(fā)生時有一條可靠的安全疏散通道。在國內(nèi)外實際所采用的計算方法 根據(jù)不完全統(tǒng)計有幾十種，大體上可以歸納為壓差法，門洞風速法，層均風量法和 綜合計算法等四種，而這其中要以壓差法和門洞風速最為優(yōu)化快速實用。因此，中國建筑科學研究院防火部在研究測定：正壓磅負系統(tǒng)峋風壓值的實驗 研究時，就是以作者提出上述的兩個方法，實驗結(jié)果證實壓差法比門洞風速法來得 困難

10、些，但壓差法比門洞風速法更準確和符合實際些，現(xiàn)把壓差計算法和門洞風速 法介紹如下：(1) 壓差計算法：基本公式為：L=aF(2 A P/P)1/2 X 3600(m3/h) -(1)式中：P -開門兩側(cè)的壓差；a- 開門的流量系數(shù)，一般 a=0.60.7 ，通常取0.65;P-通過開門的氣密度(取空氣密度)，取空氣20r時為1.2(Kg/m3);F- 開門流通面積 (m2)；公式(1) ，在用于整個建筑物各樓層門兩側(cè)壓力差不變， 通過門縫的總漏風量時， 可簡化為：L=0.827AP1/2 X 3600(m3/h)式中：A-各樓層前室或樓梯間門的縫隙流通面積總和(m2);AP-前室兩側(cè)的壓力差(

11、Pa);0.327- 綜合系數(shù)，為 a(2/P)1/2 的具體數(shù)值，相當于 p=1.2(Kg/m3) 。在計算送風量時，還要考慮風量儲備系數(shù)P, 般P取1.21.1。(2) 門洞風速法： 空氣通過門洞的平均流速取值后， 其計算通過門洞空氣量的公 式為：L=mF VX 3600(m3/h)式中：m-同時開門樓層樓；F- 門洞開口的計算流通面積 (m2);V- 能過門洞的空氣流平均速度 (m/s) 。采用公式 (3) 來計算風量， 方法簡單方便，因為在發(fā)生火災時， 門總是要打開的， 所以門洞風速法具有實際意義，因此，近來得到了廣泛的應用。高級體育建筑防煙樓梯間及其前室、 合用前室和消防電梯間 (含

12、殘疾人專用電梯 )前室的機械加壓送風量應由計算確定或按表 1 表3的規(guī)定確定：表1防煙樓梯間的加壓送風量系統(tǒng)負擔層數(shù)前室不送風的加壓送風量前室送風 的加壓送風量備注20層2500030000m3/h防煙樓梯間合用前室160002000m3/h1200016000m3/h表2消防電梯的加壓送風量系統(tǒng)負擔層數(shù)加壓送風量備注20 層 1500020000m3/h表3防煙樓梯間采用自然排煙， 前室或合用前室不具備自然排煙的送風量系統(tǒng)負 擔層數(shù)前室或合用前室的加壓送風量備注20 層2200027000m3/h2. 體育建筑比賽大廳內(nèi)排煙量的簡易計算法：機械排煙是依靠消耗電力的排煙風機，將比賽大廳內(nèi)的煙氣

13、從鋼網(wǎng)架屋頂內(nèi)抽 出排至室外或從觀眾席上部抽出排至室外，機械排煙則是一旦發(fā)生火災時，確保疏 散時間和疏散通道安全的一種排煙方式，其排煙量的計算方法可按新高規(guī)關(guān)于 中庭的規(guī)定來進行計算，即中庭體積 17000m3/h時，其排煙量則按其體積的4次/h換氣計算，但其最 小排煙量不應小于 102000m3/h。3. 體育建筑其他房間的排煙量計算：(1) 凡有條件設置外窗，且可開啟的外窗面積 房間面積的1/57時，可考慮自然排煙的方式;(2) 面積超過100m3且經(jīng)常有人停留或可燃物較多的無窗房間和地下室的房間, 應考慮排煙設施， 排煙量的確定為： 擔負一個防煙分區(qū)排煙或凈高 6.00米的不劃防煙分區(qū)的

14、房間時，應按不小于60m3/h - m24行計算(單臺風機最小排煙量玄7200m3/h)。擔負兩個或兩個以上防煙分區(qū)排煙時則應按最大防煙分區(qū)玄120m3/h m曲算。(3) 無直接采光和自然通風， 且長度超過20米的內(nèi)走廊或雖有直接采光和自然通 風，但長度超過 60米的內(nèi)走廊，均應設計排煙設施。因為任何一個房間著火，煙氣都會竄入走廊，而人員必須通過走廊才能疏散，據(jù)火災現(xiàn)場的實測，人在濃煙中低 頭掩鼻最大通行的距離只能在 2030米之內(nèi)，所以體育建筑防火設計應考慮走廊的排煙問題。五、體育建筑比賽大廳最佳排煙方式選擇現(xiàn)代體育建筑的防火排煙設施，除了設置自動報警自動噴灑滅火系統(tǒng)及消防誘 導燈和安全出

15、口標志外，采取有效的排煙措施是非常必要的。因此，建議國家公安 部消防局組織有關(guān)部門對體育建筑的排煙方式進行實驗研究，并為今后制定體育建 筑設計防火規(guī)范創(chuàng)造條件。根據(jù)國內(nèi)外資料及工程實際考察可知，比賽大廳的排煙 方式大致可以分為自然排煙和機械排煙兩大類排煙方式1 、自然排煙方式： 自然排煙是利用設在比賽大廳頂部的天窗 ( 或排煙口 ) 或側(cè)墻 上的高窗進行排煙的。其排煙機理是利用火災時產(chǎn)生的高溫、熱壓將煙氣從開口直 接排到室外去， 這種自然排煙方式優(yōu)點很多， 不用電源不設風機， 一次投資費用少， 在沒有電源時還兼作通風換氣之用。但是由于自然排煙效果是靠煙氣的熱壓和浮力來保證的，如由于某種原因使煙

16、 氣受到冷卻失去浮力，則煙氣也就完全失去排至室外的能力，所以自然排煙只能作 為火災時的一種輔助作用。由于影響自然排煙效果的因素很多，故我國高規(guī)對體育建筑比賽大廳的自然排煙面積未作具體規(guī)定。但是日本建筑法規(guī)第35條明確指出建筑面積 500平方米的體育館、滑冰館、游泳館、訓練場等必須設置排煙設施(1) 日本國技館， 以比賽大廳的頂部最高處設防四周開孔的玻璃窗排煙口， 每個 排煙口的面積為 0.7平方米，共 42個，總排煙口面積為 29.4平方米 ;(2) 又如北京工人體育館， 在比賽大廳的最高部位， 設有一周圈的排氣窗， 平時 作為排除大廳上部的余熱及大廳內(nèi)污濁空氣之用，火災時起到自然排煙的作用(

17、3) 上海體育館在比賽大廳的中心頂部距地 33.5 米處設有氣窗和可開啟側(cè)窗， 火 災時可開啟排煙，平時可根據(jù)需要進行自然排氣或排除觀眾廳上部的煙霧以改善大 廳中空氣的新鮮度 ; 巴基斯坦體育館，在大廳中央頂部設有 8個筒型風帽，直徑為1000mm平時利用熱壓作用，將頂棚內(nèi)的余熱及廢氣排至室外，總排風量為4000m3/h,火災時可作為排除煙氣之用。2 、機械排煙方式： 我國政府一直很重視體育建筑的防火的排煙技術(shù)， 并在高 規(guī)GB50045-9沖規(guī)定體育建筑的耐火等級為一、二級。還規(guī)定了體育建筑與其他 建筑物的防火間距。 觀眾廳安全出口的數(shù)量不應少于 2個，且每個安全出口的平均疏散人數(shù)不宜超過

18、400700人。并要求設計室內(nèi)消防給水及室內(nèi)消火栓。此外，超過4 000座位體育館觀眾廳的吊頂上部、 貴賓室、 器材間、運動員休息室等都應設置閉式自動噴淋和火災自動報警設施。還規(guī)定不具備自然排煙條件或凈高超過12米中庭應設置機械排煙。必須設有消防專用電源及耐高溫排煙風機，可采用離心風機或排煙 軸流風機，并應在其機房入口處設有當煙氣溫度超過 280C時能自動關(guān)閉的排煙防火閥。排煙風機應保證在280C時能連續(xù)工作30分鐘。排煙風機的全壓應按排煙系統(tǒng)最 不利環(huán)路進行計算，其排煙量應增加漏風系數(shù) （一般取 1.11.3） 。當采用機械集中排煙方式時，其排煙口、排煙風管及煙氣排出口均應考慮耐高 溫問題，

19、且煙氣排出口要遠離附近建筑物，以免在室外發(fā)生火災蔓延。3 、排煙口應設在頂棚上或靠近頂棚的墻面上。 設在頂棚上的排煙口， 距可燃構(gòu)并應設有手動和自動開啟30米。在排煙支管上應設件或可燃物的距離不應小于 1.00米。排煙口平時應關(guān)閉，裝置。防煙分區(qū)內(nèi)的排煙口距最遠點的水平距離不應超過有當煙氣溫度超過280C時，能自行關(guān)閉的排煙防火閥。機械排煙系統(tǒng)中， 當任一個排煙口或排煙閥開啟時，其排煙風機應能自行啟動。例如：北京某某體育館，觀眾人數(shù) 5000多，比賽大廳采用機械排煙，在大廳的鋼網(wǎng)架內(nèi)，設置四套消防排煙系統(tǒng)，在網(wǎng)架下設有多個排煙口均勻布置，用水平風 管與排煙風機相連接，從屋頂?shù)膫?cè)墻外排至室外，平

20、時作為大廳內(nèi)通風換氣之用， 將室內(nèi)的污濁空氣抽起排至室外，使室內(nèi)空氣能保持新鮮，每個系統(tǒng)的排風量為 10 59m3/h,總排風量為：43800m3/h,火災時可以排除網(wǎng)架內(nèi)的煙氣，在每套排煙風機入口處均裝設煙氣溫度達280C能自閉的防火調(diào)節(jié)閥。六、正壓送風排煙管道和系統(tǒng)材料的選用原則(1) 鋼板的厚度可以按一般風管的要求選用， 但要保證其強度及剛度不變形， 不 脫落、不漏、安裝時要嚴密 ;(2) 還要考慮耐火等級,可按管道斷面選擇,管徑或距 形大邊在4501000mmS =1.5mm其大邊大于1000mm寸，S =2mm;(3)正壓送風管道如置于非燃管道內(nèi)，可不做保溫，排煙管道若穿越防火分區(qū)，

21、對穿越部分應用S =2 5mm勺非燃材料保溫，穿越防火墻的管道應有特殊加固措施 ；對垂直管道井應每隔2層在樓板外用非燃材料做成防火分隔 ;(4) 與防火閥連接的風管在穿越防火墻或防火 樓板外應采用2mm厚的鋼板制作；(5)特殊情況，若一定要用非金屬非燃料時，應 保證牢固，不易損壞，內(nèi)壁光滑，絕對不漏氣，管道斷面可按風速v=1520m/s選擇 計算；(6)消防風管亦可用不燃型玻璃鋼(板厚度S =36mm制作。七、工程設計實例1. 福建省體育館消防正壓送風與排煙設計實例：這是一座直徑 92米,建筑面積為25104平方米園飛蝶型的多功能體育館，其比賽大廳高 34.8米，可容納觀眾 7500人座位，其

22、樓梯間、殘疾人電梯間及前室，設置機械加壓正壓送風系統(tǒng)5個，每個系統(tǒng)選取用超低噪音 CDT35-11型 No5.6C,送風量t=15400m3/h 一臺，H=213Pa軸流 風機一臺，以維持樓梯間正壓值 50P&前室正壓值25Pal廊正壓值8Pa。比賽大廳采用機械排煙系統(tǒng)，在大廳上空 30.8米處桁架內(nèi)設置機械排煙系統(tǒng) 8個，選用高溫消防排煙風機 GYF-X-6ZS消聲型No6, 8臺均勻分布在桁架內(nèi)，總排煙量為116000m3/h102000m3./h(高規(guī)規(guī)定)。在頂棚下均勻布置設有多個常閉排煙口，由消防中心控制，一旦發(fā)生火災，由煙感器通知消防中心，指令排煙口和排 煙風機啟動，風機在280C時能連續(xù)運轉(zhuǎn)30分鐘，系統(tǒng)設有超過280C時能自閉排煙 防火閥，在高溫排煙風機的出口處裝有止回閥，防止氣流倒灌。2. 美國底特律展覽中心體育大廳，可容納固定座位 10000座，臨時座位 3200個，采用機械排煙方式，在比賽大廳頂棚上部，設置排煙口和離心排煙風機，經(jīng)排煙管 從屋頂上的側(cè)墻把煙排至室外，平時兼作排氣用。3. 福建省體育