淺談上?？萍拣^消防排煙系統(tǒng)設計

1、淺談上?？萍拣^消防排煙系統(tǒng)設計    摘要：介紹了以煙霧控制理論為基礎，確定大空間建筑物的防火、防煙分區(qū)的劃分，建立火災模型并通過計算確定消防排煙系統(tǒng)及形式。關鍵詞：煙霧控制 防排煙 火災模型 清晰高度 排煙量 系統(tǒng)    1 引言上?？萍拣^工程位于開發(fā)中的浦東世紀廣場南側，以"天地、生命、智慧、創(chuàng)造、未來"為主題，充分反映"人、科技、自然"三者關系，寓教娛樂為一體，是具科普教育、旅游休閑、科技交流等功能的新型科技中心。主體建筑面積約88000m2，呈半圓弧螺旋上升狀，總高度

2、從12m逐漸上升至48m，地下一層、地上四層。科技館內分布有展示廳、博物館、活動場所等區(qū)域。由于這些場所往往是面積大高度高，甚至有些空間連成一體，給消防防排煙設計帶來極大的困難。防火分區(qū)防煙分區(qū)面積的劃分、防排煙系統(tǒng)的確定、煙氣控制的分析等一系列問題需要解決。圖1總平面2 防火、防煙分區(qū)的劃分有效可靠的消防防排煙控制系統(tǒng)對于人身安全和財產十分重要。有效的消防設施通過對著火區(qū)域的煙霧控制，使人們贏得更多時間在火災中撤離，同時為人們安全撤出建筑物提供清晰的可見層，為專業(yè)消防人員的進入及配合來火提供方便。由于建筑的特點，展示和活動場所、公共聚集區(qū)是一個巨大的連通空間不易分割，因此煙霧往往能夠散布整個

3、空間，從火層升起的煙霧會散布在高層空間，這時可通過有效的防煙措施，限制煙霧在高層空間的傳播，也可將設計的消防排煙量和煙霧產生量大致相當，那么在人們頭頂上方就能保持一個一定高度無煙的清晰可見層。設計當時我國消防規(guī)范及消防防排煙控制理論相對滯后，不能完全適應科技館工程，主要表現為防火分區(qū)、防煙分區(qū)分割較小，缺乏成熟的消防防排煙理論，過小的分區(qū)劃分會導致消防排煙系統(tǒng)的繁雜，同時也無法滿足布展的需要。為此在設計中結合工程的實際，參照國外的有關規(guī)范，并取得上海消防局的支持和指導，為消防防排煙設計提供了充分的設計依據。從目前來看設計和已頒布的民用建筑防排煙技術規(guī)程基本一致。根據有效的防排煙控制理論防火、防

4、煙分區(qū)面積劃分見下表：        防火分區(qū)面積    防煙分區(qū)面積    一四層展廳    4000m2以內    2000m2以內    地下層    2000m2以內    1000m2以內 在防火分區(qū)內用自動擋煙簾將防火分區(qū)分隔成

5、合適的煙霧控制區(qū)即防煙分區(qū)，使之防煙分區(qū)面積進入有效的防排煙控制理論范圍內。并且在任何一個防煙分區(qū)內煙霧流動至排煙口的距離控制在30m之內。鑒于共享空間的地面至吊頂高度（從2840m），以及建筑的美觀性、統(tǒng)一性、完整性，采用防火隔板或擋煙垂簾來對空間進行實際分隔是不可行的，而且當采用柔性材料進行防煙分隔，著火時由于垂簾兩側在不同熱壓的作用下導致柔性垂壁移位，擋煙失敗。因此設計將共享空間確定為獨立的防火分區(qū)。并以此為原則，進行消防防排煙設計。各層防火分區(qū)、防煙分區(qū)分隔見下圖：圖2 地下層防火、防煙分區(qū)圖圖3 一層防火、防煙分區(qū)圖圖4 二層防火、防煙分區(qū)圖圖5 三層防火、防煙分區(qū)圖圖6 四層防火、

6、防煙分區(qū)圖防煙分區(qū)將確定消防防排煙的具體形式，根據煙霧控制理論，展廳、b區(qū)共享空間采取機械排煙的方式，a、c區(qū)共享空間采取自然排煙方式。    3 消防防排煙的計算及分析31 消防防排煙應用煙霧控制理論通過了解煙霧質量流量率、煙溫和自然堆積效應，進行計算、分析，主要計算參數有設計火勢規(guī)模、火勢面積、火勢發(fā)生地、清潔可見層高度等。     a、c區(qū)共享區(qū)間：      建筑物形式 單層帶有噴淋系統(tǒng)     火災形式 方形 

7、60;   火災總熱輸出量 3000kw     火災面積 9m2      噴淋動作溫度 68     火災周長 12m     火勢發(fā)生地是在最底層      煙柱類型 軸對稱型 清潔可見層高度應給予盡可能高的層面提供最大的可能保護。煙霧上升的最大高度是依靠最小煙溫所產生的熱浮力來確定的，通常考慮煙溫應比周圍環(huán)境溫度高15。但在科技館工程項目中，由于共享空間是一個巨大的空間

8、，并且不能設置擋煙設置來限制煙霧的傳插，為此煙溫應比周圍環(huán)境溫度高20更為可靠，通過對煙霧質量流量和熱煙氣溫度的計算確定排煙率是保證排煙設計的必要條件。煙霧質量流量計算如下：煙霧質量流量=q×0.8/(1.01×t)kg/s式中：q-設計火勢規(guī)模，kw，取3000kw；t-煙溫和周圍溫度之差，取20。0.8-熱消耗率。結果：煙氣質量流量= 3000×0.8/1.01×20=118kg/s根據"軸對稱"煙流理論中的清晰可見上升高度即：煙氣質量流量 = 0.188×p×y3/2式中：煙氣質量流量為118kg/s；p-火

9、災周長，m，(p=12m)；y-清晰可見層高度，m。計算結果：y=14m由計算結果分析共享空間煙霧控制的情況：（見下圖）圖7 a、c區(qū)共享空間煙霧控制示意圖32 a區(qū)共享空間其場地面積約3500m2，二四層的挑臺均伸展在該大空間中，凈高度達40m。來自一層地面火災的煙霧能夠不受限制地到達頂部，在高處進行排煙。在了解了煙霧的質量流量、煙溫、自然堆積效應后，認為采用自然通風排煙系統(tǒng)是可行的。從第一層樓面升起的煙霧會擴散在包括三、四層的上層空間，由于煙霧熱壓浮力的作用，當火源位于一層時最低的儲煙腔層高超過14m，離一層樓面14m的可見層高度的煙溫比環(huán)境溫度高20。煙霧將堆積在14m以上各層，考慮上部

10、各層區(qū)域面積較小人員及疏散條件較好等各方面的因素，此區(qū)域清晰可見高度保持在14m是實際的。c區(qū)共享空間場地面積約2860 m2，高度27 m。來自地下層地面火災的煙霧能夠不受限制地到達頂部，在高處進行排煙。不包括影院區(qū)域，其防煙分區(qū)面積在2000 m2以內，符合防煙分區(qū)的面積。影院區(qū)域為獨立的防火分區(qū)，為此c區(qū)共享空間是一個防煙分區(qū)。采用自然排煙方式涉及有效的排煙面積，可由以下公式計算確定： av×cv=m/0×(t2+( av×cv/ a0×c0) ×t×t0)/2×g×db×t×t01/2式

11、中：m-煙氣質量流量，kg/s；av-排煙口的截面積，m2；a0-所有進氣口的總面積，m2；cv-排煙口流量系統(tǒng)（通常選定在0.50.7之間）；c0-進氣口的流量系數（通常約為0.6）；0-環(huán)境溫度下氣體的密度，kg/m3；g-重力加速度，m2/s；db-排煙窗下煙氣的厚度，m；t-煙氣的絕對溫度，k，t=t+t0；t0-環(huán)境的絕對溫度，t=k 。計算av×cv時應采用試算法進行。計算結果：        a 區(qū)共享區(qū)間    c 區(qū)共享區(qū)間  

12、  排煙方式    貫穿流動方式    排放/補充比率    0.7    排放的有效面積    24 m2    29.6m2    有效空氣補風面積    34 m2    42.3 m2 注：由于a區(qū)面積過大且無法

13、設置擋煙設施，考慮煙霧傳播和排煙分配的目的，a區(qū)共享空間假設為2個防煙分區(qū)，為了達到排煙的要求量，實際排放的有效面積應加倍。a、c區(qū)共享空間自然排煙方式的特點：結合建筑使之融合，平時可做為通風窗使用，以排除聚集在高處的廢熱，形成自然通風方式，室內空氣品質得到保證、節(jié)省能耗。自然通風排煙設備采用氣動式排煙窗，具有設備簡單、安裝維修方便、性能可靠等特點，同時具有日常開啟通風功能，其自動裝置能接受雨點信號，關閉排煙窗設備。圖8 b區(qū)共享空間消防排煙圖33 b區(qū)共享空間采用按容積氣次數確定消防排煙量，采用機械排煙、自然補風系統(tǒng)（見下圖），排煙量為240000 m3/h。在天橋球體外側二邊設消防排煙風機

14、及送排風機，送排風系統(tǒng)排除球體上部空間聚集的熱量和防止冬季球體玻璃幕墻結露的現象。34 展廳部分根據防煙分區(qū)設置機械消防排煙系統(tǒng)，同一防火分區(qū)不同防煙分區(qū)采用柔性擋煙卷簾分隔，消防排煙量按煙霧控制理論計算得出。按照其理論，設定展廳為有噴淋的公共場所，確定火勢類型、火勢規(guī)模、火勢面積、周長、清晰火災高度（滿足展廳的保護高度要求）、煙氣質量流量、煙氣排煙溫度等參數，做為選擇、確定系統(tǒng)的設備及形式的依據，計算公式參閱上海市民用建筑防排煙技術規(guī)程中有關公式。 圖9 展廳煙霧控制示意圖展廳排煙計算結果見下表：35 四層多功能廳      

15、60; 地下層    一層展廳    二層展廳    三層展廳    四層展廳    防煙分區(qū)    8個    4個    5個    5個    1個   

16、 建筑物形式    帶有噴淋系統(tǒng)    火災形式    方形    噴淋動作溫度    68     煙柱類型    軸對稱型    火勢規(guī)模    3000kw    5000 kw &#

17、160;   火勢面積    9m2    火勢周長    12m    清晰火災高度    4m    5 m    4.5 m    排煙量    20m3/s    

18、;29m3/s    25m3/s         建筑物形式    帶有噴淋系統(tǒng)        火災形式    方形        噴淋動作溫度    68    &#

19、160;    煙柱類型    軸對稱型        火勢規(guī)模    5000 kw        火勢面積    9m2        火勢周長    12

20、m        清晰火災高度    4.5 m 采用自然排煙方式。4 消防防排煙系統(tǒng)上?？萍拣^設有13個消防機械防煙系統(tǒng)，用于樓梯間和前室的加壓送風。13個消防機械排煙系統(tǒng)，用于展廳、走道、影院、地下層等區(qū)域。另有3個消防自然排煙系統(tǒng)。系統(tǒng)設置時考慮設備運行的可靠性、安全性，在同一防煙分區(qū)內依照消防排煙量。原則上設置二路獨立的消防排煙系統(tǒng)，保證每路的消防排煙時至少有大于50%的總排煙量。由于空調系統(tǒng)按防煙分區(qū)設置即每一消防防煙分區(qū)設置獨立的空調系統(tǒng)，消防補風則按同一防火分區(qū)內的相鄰防煙分區(qū)的空調系統(tǒng)進行，這樣充分利用了