探究高层建筑中的排烟设计方法

我国的消防系统中，建筑消防设计一般采用“处方式”或者“指令式”的设计方法。性能化的消防排烟设计方法是建立在消防安全学的基础之上，确定设计的安全合理以达到消防安全的各项性能指标。它能够根据可燃物的性质和分布等情况，预测和评估火灾的危险性，是经济合理的消防设计方法，对火灾的发生发展、烟气的蔓延和控制以及人员的疏散等方面，都具有显著优势。由此，性能化的消防设计日渐成为国内消防方法发展的趋势。

二、性能化消防设计主要分析原则

(1)防火分区面积和疏散距离问题

建筑的消防设计要达到规范合理，必须明确防火分区的划分，如果防火分区的面积扩大，容易导致火灾的蔓延，增加人员疏散的危险性，同时，疏散距离和疏散人员数量的扩大也是其中一个方面。为防止火灾大面积的蔓延，保障安全疏散人员，要合理设计放火分区的面积，从防排烟系统和安全疏散人员时间进行分析。

(2)疏散安全区

一般的“疏散安全区”是指作为人员集散的过渡场所，让人员在疏散过程中能够临时聚集或者缓冲，再由此疏散到室外安全区，比如说图书馆、博物馆和艺术馆的门厅、次门厅及附属的公共走道等。

疏散安全区是保证人员生命安全和正常疏散的重要通道，必须保证安全的消防环境，设置为无烟区，相邻的隔墙的耐火极限不小于1h，能够满足整个疏散过程所使用的时间。建筑中疏散安全区的门窗都应该设置防火卷帘或者防火门，如果有少量可燃物的大空间，排烟系统应该能够将烟层高度控制在有人活动的地面2m以上。

(3)人员疏散的安全标准

建筑中防火设计的一个重要的目标就是人员安全疏散，同时这也是设计排烟系统的一个重要原因。火灾发生时，为使人员能够有足够的时间疏散到安全的地点，消防系统起到了重要的作用。判断疏散安全的主要参数是疏散时间和危险来临时间，如果疏散时间大于危险来临时间，才能保证人员疏散的安全，反之则无法达到要求，疏散设计不合理，需要再次进行调整参数。

(4)人员疏散安全性能指标

火灾发生时，产生的烟气和热量严重影响到人员的安全疏散。一般烟层高度下降到临界点的时候，就会通过热作用直接影响到人员，而温度的升高，对人体的伤害也很大，烟雾的浓度增大的时候，对救援工作的进展有阻碍作用，因此在分析人员疏散的安全性能指标上，着重从这些方面进行，另外，疏散过程中，人们由于心理恐慌等，疏散国道过于拥挤，踩踏事故时有发生，容易导致人员伤亡。

三、排烟量的设计方法

(1)排烟设计的目标与原则

我国规范对排烟系统设计的一个重要要求是，在火灾发生时，保证人员安全疏散，不受烟气伤害。这也是排烟系统设计的主要目标，在此基础上，还要为消防救援工作提供便利，使其不受烟雾的干扰，能够有一个疏散的安全通道和区域开展工作。需要注意的是，建筑消防设计的通风方面，即使排除热量，避免高温对人体造成的巨大伤害。

排烟量设计的和理想在于，至少让排烟系统能够保证人员疏散的安全，性能化的设计就在于通过实验，得到在疏散过程中人受到火灾烟气伤害的定量的性能指标。详细来说，设计的排烟量要大于火灾是产生的烟气量，其中要特别注意的是如果出现所设计的排烟量小虞火灾时产生的烟气量的情况，要通过让烟层上升到临界高度，即保证人员疏散的高度，这样的话，即使烟雾很大，在人员安全疏散之后，烟雾才下降到足以影响人员疏散的范围。

如何设计一个合理的排烟量，使得在火灾发生时候能够让排烟系统自如的应对，显得十分重要，然而，采取何种措施，以应对烟雾量过大的情况，也是设计方案需要特别注意的地方。

(2)排烟设计性能指标

为保证人员安全疏散，在排烟设计的性能指标中，不可避免的要涉及到很多与人员疏散相关内容。建筑消防系统的排烟系统，在排烟量设计方面所根据是设计的烟层高度。烟层维持在距离地面一定的高度，这个高度要保证人员能够得到安全疏散，让救援工作等不受延误影响。在《民用建筑防排烟技术规程》中，建议安全疏散的临界高度是：

Z=1.6+0.1(H—h)

其中，z是烟层距离疏散地面临界高度;H是空间顶棚距离火源位置的高度;h是疏散地面高于火源位置的高度。

(3)分析区域模型

区域模型分为上、下层区域，分别是由火灾产生的热烟气和环境空气。随着火灾的变化，上层的热烟气也在不断变化，区域模型就是计算上下层之间质量和能量的传输、热量流失等其他方面，通过质量与热量传输的工程方式来进行。针对烟层的厚度、密度、能见度等，通过实验得出质量和热量传输的数据，总计为推出一套适用的工程设计方式。其中，

火焰的平均高度：

L=—1.02D=0.235Q2/5

其中，L是火焰的平均高度，m;D是有效燃烧直径，m;Q是总热释放速率，kW。

(4)分析场模型

场模型一般在工作站或者大机器上操作，设计的计算量很大，又称为CFD模型。与区域模型不同，场模型针对的是空间几何比较复杂，需要详细了解室内温度、速度烟气组分等数据的情况，这弥补了区域模型的不足。它通过划分大量的、精细的单元体来进行分析，能够解决多种区域模型不能解决的问题。

四、排烟分析

一般排烟系统所设置的临界高度是在两米之上，才能保证火灾发生时人员能够安全疏散，由此，不仅需要将排烟量设置大于火灾发生时产生的烟雾量，同时，要设置防烟分区，以此控制烟气的蔓延、提高排烟效率。防烟分区的划分要特别注意挡烟垂壁从顶棚垂下来的高度不要小于顶棚高度的20%，同时防烟分区的长和宽都不应该超过顶棚高度的8倍。实际建筑设计中，挡烟垂壁下降的高度小于顶棚高度的30%的话，应该将挡烟垂壁的间距大于顶棚的高度。还有一点需要提醒的是，一般挡烟垂壁的下边沿要高于设计的烟层高度。

结语

近年来，由于火灾发生时系统出现故障或者是设计不合理造成的人员伤亡现象时有发生，由于一氧化碳中毒的或者被延误熏死的不在少数，一般占据火灾总死亡人数的40%~50%，最高达78.9%。为此，设计一套合理的方案，让消防系统能够很好的为人们服务显得尤为重要。

本文通过对高层建筑的消防系统中的排烟功能进行设计，使其能够在火灾发生时，让系统起到疏散烟雾的作用，以确保人员逃生和救援工作的有效进行。文章中所阐述的方法需要通过不断的实验得到数据，已达到高层建筑排烟设计的主要目的。

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