高层建筑防烟楼梯间防排烟方式研究

王 昊

（呼和浩特市消防救援支队赛罕区山丹街消防救援站，内蒙古自治区 呼和浩特 010010）

高层建筑其显著特征是楼层比较多，房间数量较多，人员相对密集，也正因为这些特征，增添了很多安全隐患，让消防人员在实施救援过程中受限于建筑因素，救援工作陷入困境。而且通常高层建筑会由多个不同使用单位负责管理，但每个单位都有各自工作重心和管理要求，差异的工作方式和管理理念，加上安全意识比较缺乏，容易在走廊堆放易燃易爆物品，增加风险。而且高层建筑层数多，高度远远超过云梯所能达到的高度，加上建筑内部结构错综复杂，路线交错，施救变得困难，容易增加伤亡率，因此，文章着重探究的是合理设计楼梯间防排烟方式，解决高层建筑安全问题。

1 高层建筑设计防排烟设施的原因

受高层建筑特点影响，结合高层建筑发生火灾的特点来说，第一，火势容易因为建筑物垂直高度而迅速蔓延，并且因建筑内部设有楼梯间、管道井、电缆井、排气道、垃圾道等各种竖向管井，让蔓延途径增多，还会增大火势，如果缺少防排烟设计，烟雾在不受阻拦的情况下，面对高度达到百米左右的建筑物，只需要2～5.5分钟就可以从火灾一端迅速蔓延到另一端，并且经过建筑内各个管井，顺着垂直方向，不到1分钟火势就可以快速蔓延到几十层，让整个建筑淹没在一片火海中。第二，高层建筑楼层多，垂直疏散有很大的难度，展开施救需要的时间也比较多，但是火势蔓延速度快，如果用时过多，很容易造成严重伤亡。根据测试，一般50层高的建筑，通常情况下通过楼梯疏散需要2小时11分钟，相比烟气流动的速度慢了许多。因楼梯间设置有限，在发生火灾之后，很难在短时间内将人员全部撤离危险区域，而且在危机时刻，人员难免因为慌乱而发生挤伤、摔伤、踩踏等悲剧，加上楼内电梯无法作为安全撤离的通道，在火势蔓延时，电梯内很容易被浓烟填充，人员会因吸入大量浓烟而致死。因此，在高层建筑内部设置防排烟设施的作用就显而易见了，根据国外火灾统计，火灾中死亡人数，其中由于烟气致死的高达50%以上，甚至还有地区高达70%～80%。为了控制因烟气造成的人员伤亡，需要设计排烟排热系统，建设防烟楼梯，作为高层建筑垂直疏散通道，确保高层建筑内发生火灾后人员可以通过防烟楼梯通道快速疏散到安全区域。

2 楼梯间防排烟方式设计

楼梯间防排烟设计方式有很多种，其主要方式包含三类，即自然排烟、机械防烟和机械排烟。在高层建筑中通常是将这三种综合利用，根据不同位置及需求采用不同的防排烟设计方式。因为这三种防排烟设计方式并非完美无缺，都有各自的优点和局限，综合使用可以优势互补。

第一，自然排烟主要是利用可开启外窗或利用阳台、凹廊排烟的方式，这种方式的优点在于结构简单，而且具有经济实用价值，并不需要专门安装排烟设备，在发生火灾时也不受电源中断的影响，日常中还可以作为换气来使用。但是局限性在于不利于防盗，而且楼梯间前室必须要靠外墙设计，否则难以落实，并且还受季节风向因素影响，排烟效果并不稳定。

第二，机械防烟的优点是可以保持正压的状况，通过机械加压作用送风。风道截面积比较小，占用的空间比较少，从经济角度十分适用，可以有效在正压情况下组织烟气进入到保护区。同时，通过正压系统提供的新鲜空气可以对烟气起到冷却作用，降低火灾区域的温度以及侵入疏散通道的烟气温度。缺点在于加压送风楼梯间的正压值过高时，会造成楼梯间通往前室或者走廊的门无法打开。

第三，机械排烟是利用排烟风机将烟抽走，具有良好的排烟效果，其鲜明的优势在于可以不受环境因素的局限，灵活布置，能保证有稳定的排烟量。但是缺点是设备投资以及后续维护管理费用比较高，还需要与其他供电系统、自动报警系统、建筑设施等相关项目进行协同配合，才能发挥良好排烟效果。而且在火势猛烈阶段排烟效果还会大打折扣。

了解了以上自然排烟、机械防烟和机械排烟三种防排烟方式的优缺点之后，有人可能会思考，既然综合使用可以发挥各自优势作用，那么是否可以随机选择排烟方式，将其组合起来共用在一个空间场所内，是否效果就会翻倍？但是这其实存在认知错误，因为机械排烟和自然排烟不能用在同一空间，因为这样操作自然排风口就变成了补风口，而机械排烟量又不能满足整个空间排烟量需求。因此，还需要结合实际情况，科学选择和安排，才能发挥综合使用的良好效果。

2.1 自然排烟方式

自然排烟方式主要通过建筑阳台、凹廊或在外墙上设置便于开启的外窗、排烟窗来实现排烟目的。这种方式发挥实际作用需要合理设计，其中气流、房屋高度、排烟窗与墙面的水平距离等方面因素起着关键作用。因为高层建筑其高度因素，受到外部条件的影响比较有限，运用自然排烟方式最简单，也十分适用。不同建筑结构需要结合相应的要求灵活设计，如对于设有中庭的高层建筑，应该按照相关要求，在中庭位置应设置自然排烟系统，如果是敞开式车库以及建筑面积小于1 000 m2的地下一层车库，需要在车库进出口位置设置排烟系统，但是需要注意的是车库坡道口要小于30 m。从排烟设施设置上来看，将其设置在外墙时，排烟窗应该保持在储烟仓以内或室内净高度的1/2以上的位置，并且按照建筑内部火灾蔓延趋势以及烟气流向进行设计。同时，要分三种情况分析，科学规划排烟口下边缘与建筑物房屋的位置关系：其一，当建筑房屋高度小于3 m，排烟口下边缘与棚顶的距离不能超过80 cm。其二，房间高度处于3～4 m，排烟口下边缘距离地板面应超过2.1 m以上。其三，房间高度超过4 m，排烟口下边缘应设置在房间总高度一半以上的位置。另外，每组排烟窗的长度和距离也有要求，需要分散均匀设计，其长度最好不超过3 m。

2.2 机械防烟方式

机械防烟方式是通过机械加压送风，经过通风作用以及其产生的气体流动和压力差来控制烟气的流动。机械加压送风技术最早应用于二战期间，其作用是为了保护作战重点部位的房间，避免遭遇生化武器攻击。而在和平年代，正压送风系统又可以应用在工程生产中，为工人们提供干净清洁的空间，还可以运用到医院中进行无菌手术。所以，其应用范围广泛，并且都取得了良好的效果。如今，在高层建筑安全问题上，机械防烟方式可以制造良好的疏散环境，保障建筑物内部被困人员安全疏散撤离，而且机械加压送风方式已经被各个工程技术人员所承认，需要根据其工作原理，科学组织加压送风系统。一是加压空间的送风，需要借助通风机，利用风道将从室外摄取的空气分配给加压空间的关键位置，但是要保障采取的空气不能受到烟气的污染，要保持空气的纯净。二是加压空间的漏风，漏风问题是任何建筑物都无法避免的一个问题，像门缝、窗缝等，都是常出现漏风问题的部位，无法规避。因此，需要做好加压风量计算，一方面，要让所有关门的直接加压或者间接加压的楼梯间以及前室内的正压值可以稳定保持在一定范围内。另一方面，要让所有开启的直接通向或者间接通向走廊的门，在门洞处要维持与烟气流向相反的且具有一定流速的空气流。对于机械防烟系统如何取正压值，如表1所示：

表1 机械正压取值

三是非正压部分的排风，空气由加压空间渗入相邻的非加压部位后，需要让空气与烟气排烟到建筑物之外。如果缺少设计渗漏出路，则加压空间和相邻部位将难以建立正常的压力差。基于此，相关人员需要综合考量，结合各协同组成部分，设计好机械正压送风防烟系统流程，以规范化管理设计好防烟通道，维护建筑物的安全。如图1所示机械正压送风系统：

图1 机械正压送风系统图

2.3 机械排烟方式

机械排烟方式是按照通风气流组织理论，借助排烟风机设备，将建筑物室内烟气通过设备功能或者按照自然进风、机械进风的形式，将烟气排除室外。对于同一防烟区设计规划需要采用同一种排烟方式。排烟口按照标准计算，将排烟风机设备布置在前室顶棚或者靠近顶棚的墙面位置上。同时，防烟区内任何一端要与最近的排烟口的水平距离控制在30 m以内。在设置机械排烟设施时，应该顺延水平方向安装，并且每个机械排烟系统应该遵循独立设置原则。排烟系统还要与其他系统分开设置，如通风系统、空气调节系统等，但是也有例外情况，如果受制于现实条件，无法进行独立设置，可以进行合用，但是也有具体要求，需要根据排烟系统设计标准有序安排，在打开排烟口时，每个排烟合用系统的管道要与通风系统以及空气调节系统的控制阀门不能超出10个。

3 结语

上述分析，探讨了不同的防排烟方式，并结合设计防排烟方式对于高层建筑的必要性以及原因分析，结合国外研究情况，主要围绕自然排烟、机械防烟以及机械排烟三种方式展开分析，结合各自的优势以及局限，并且综合建筑楼梯间、前室等防排烟设施布置方法以及需要注意的事项。从当下城市中高层建筑逐渐增多的趋势下，防排烟设施建设势在必行，有着广阔的发展前景，能够将防烟、排烟系统综合利用，发挥烟气控制效果，为高层建筑安全保驾护航。