摘要：大量火灾事故表明，烟气是导致建筑火灾人员伤亡的最主要原因，如何有效地控制火灾时烟气的流动，对保证人员安全疏散以及消防灭火救援行动的展开起着重要的作用。本文结合建筑防排烟设计的相关理论，主要分析了大空间建筑防烟系统性能优化方法。
关键词：大空间建筑；防排烟系统；性能化设计
前言
建筑防排烟系统设计的任务和目标就是保证人员安全疏散并有利于灭火救援行动的展开，防止和减少民用建筑火灾的危害，保障社会的公共安全。随着我国经济建设的迅猛发展，城市用地日益紧张，促进了城市建筑空间的开发应用，许多大空间建筑应运而生，并成为城市现代化程度的重要标志之一。但大空间建筑的火灾危险性也比较突出，只有对火灾烟气进行控制，并在建筑物内创造无烟或烟气含量低的水平和垂直的疏散通道或安全区，才能保证建筑物内人员安全疏散以及消防人员及时到达火灾区进行扑救。因此，研究大空间建筑防排烟系统性能化设计，对于提高建筑抵御火灾的能力和保障人员安全的能力就显得极为重要。
1.大空间建筑防排烟系统性能化设计概述
1.1大空间建筑防排烟设计的作用
（1）为安全疏散创造有利条件
防、排烟设计与安全疏散和消防扑救关系密切，是防火设计的一个重要组成部分，在进行建筑平面布置和防排烟方式的选择时，应综合加以考虑。火灾统计和试验表明：凡设有完善的防排烟设施和自动喷水灭火系统的建筑，一般都能为安全疏散创造有利的条件。
（2）为消防扑救创造有利条件
火灾实际情况表明，若消防人员在建筑物处于熏烧阶段，空间充满烟雾的情况下进入火灾区，由于浓烟和热气的作用，往往使消防人员睁不开眼，呛得透不过气，看不清着火区情况，从而不能迅速准确地找到起火点，大大影响灭火进程。如果采取有效的防徘烟措施，消防人员可以迅速而准确地确定起火点，判断出火势蔓延的方向，及时扑救，最大限度地减少火灾损失。
1.2性能化设计的优势
实际应用的结果表明，性能化设计方法具有以下一些优点：
1）使防排烟系统设计方案更加合理。性能化方法对设计方案不作具体的规定，只要能有效地保证建筑物达到预期的防排烟安全目标，可以采取任何方案，这有助于人们从多种方案中选取最佳方案。
2）使设计方式更加灵活。由于设计人员不再严格地受设计规范条文的限制，为他们提供了更多的选择，有利于充分发挥他们的创造能力。同时也使他们能够通盘考虑整个建筑的消防安全问题，减少对设计规范条文的依赖，加强他们的工作责任感。
3）有助于实现防排烟方案的经济性和合理性的统一。由于能够对不同方案进行定量的比较，可以在保证相同火灾安全的基础上尽量降低建筑成本。
4）有利于新技术的推广和应用。当前新技术、新材料、新产品的开发非常迅速，每天都会有新产品、新材料问世。性能化方法的推行可为新的消防技术和产品的应用提供广阔的发展和应用空间[1]。
2.大空间建筑防排烟系统性能化设计分析
2.1排烟系统的设计计算
排烟量主要取决于产烟量的大小，而在一定的建筑结构和火灾规模条件下，烟气的生成量主要取决于羽流的质量流量，它是进行火灾模拟、火灾及烟气发展评价和防排烟设计的基础。由于火灾烟气的复杂性，目前的羽流计算多采用基于实际火灾实验的半经验公式，如Zukoski模型。主要应用于小面积的圆形或矩形火源，计算公式如下[2]：
式中为高度处羽流的质量流量；为系数，当火源在建筑中间位置时=0.071；当火源一面靠墙时=0.044；当火源靠近墙角时=0.028；为流热流量，即火源总热释放速率中对流所占的部分；为从可燃物表面至计算羽流质量流量处的高度。
应用上述公式时应注意以下条件，≥10·及》，其中为火源直径；为火焰限制高度。此外该模型计算羽流质量流量时，计算结果往往小于实验结果，因此应对计算结果进行修正。
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式中为从可燃物表面至计算羽流质量流量处的高度；为从可燃物表面至虚拟点火源的高度。
2.2排烟量计算
假定火灾热释放速率中的热对流部分为[3]：
则基于上述模型，根据不同的排烟方式，可计算出相应的排烟量。以机械排烟为例，理论上每一个防烟分区中的抽烟速率与火源本身所产生流入烟气层的速率相同。则计算公式为：
式中为火源本身所产生流人烟气层的速率；为无烟层中火灾烟雾的产生速率；为处烟流平均温度；为原始周围温度下的空气密度；为原始周围温度。
2.3补气系统的设计
1）补风量不应小于排烟量的50%，空气应直接从室外引入。补风系统可采用疏散外门、手动或自动可开启外窗以及机械补风等方式，机械送风口或自然补风口应设在储烟仓以下。
2）机械送风口的风速不宜大于10m/s，公共聚集场所或面积小于500的区域，送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。
3）设有机械排烟的走道或小于500的房间，可不设补风系统。
4）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；当补风口与排烟日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。
2.4加强对火灾烟气流动的控制
防止火灾烟气在大空间内积累及防止大空间与周围楼层的相互影响是减少烟气危害的基本途径。对于前一方面，应当根据大空间建筑中烟气流动和积累的特点，进行合理排烟。在建筑物条件允许的情况下，可多设计些自然排烟窗，其位置应尽薰接近顶棚。这种自然排烟窗的开启和关闭可由某种自动控制机构操作，例如由温度敏感元件控制。当自然排烟受到限制时，还应依靠机械排烟。机械排烟的效率高，受外界环境的影响小，不过其安装位置和方式也需慎重选择。实践表明，在大空间建筑物内，若风机安装形式或风量配置不当，反而会造成烟气弥散，从而扩大烟气的危害范围。对于后一方面，需采用有效的挡烟措施，主要是发生火情后及时隔断大空间与周围楼层的联通。现在不少中庭的四周采用钢制防火卷帘门分隔，基本达到了分隔的目的。但是这种门的质量大、动作慢、控制不便，应当研制更为轻便有效的挡烟材料及安装方法，如以耐火纤维为基材的轻质卷帘材料。
2.5采用小室概念设计
小室火灾安全设计概念指的是对大空间中火灾荷载较高的区域进行空间分割形成小室，并采取严格的消防保护措施。如设置自动喷水灭火系统、火灾自动报警系统以及防排烟系统，而不对中庭其他开阔空间进行消防保护。使用小室概念进行消防设计，不但可以更有针对性地进行防火保护，将火灾控制在一定规模，也可以大幅度地节省消防投资，避免不必要的经济浪费，达到火灾防止经济性和有效性的统一。
对于大空间内的小室火灾烟气控制，有两种不同的烟气控制概念：小室烟气分布式管理和大空间烟气集中管理。前者指的是只在小室内安装烟气控制装置，而在大空间内不装配主要的烟气控制措施，该方式的目标是尽量把烟气控制在小室内，不发生溢出或者少发生溢出，从而减少烟气蔓延到大空间内而产生的影响；后者是指在小室内不装配烟气控制措施，小室火灾发生后，允许烟气进入大空间内部，在大空间装配烟气控制措施对烟气进行集中管理，尽量减缓大空间内烟气层的下降速度，争取更多的有效逃生时间。
对于小室内烟气分布式管理模式，机械排烟是一种很有效的烟气控制方法。根据性能化消防设计的观点，机械排烟量的大小应该和设定火灾场景相联系，有效的机械排烟设计需要明白将烟气控制在一定高度的烟气产生量和机械排烟流量的关系，其中烟气产生量的预测是个关键。
3.结语
大空间建筑防排烟系统的性能化设计的顺利实施，一方面需要各个程序结构的相互协调，另一方面还要配置齐全相关的防排烟设施，只有这样才能真正发挥防火减灾的作用。此外相关设计人员还要做好数值模拟计算、模型试验等工作，最好能开展实地场所的热烟测试，这是确保防排烟系统科学有效的最直接方法。
参考文献
[1]石芳.大空间建筑消防安全对策[J].消防技术与产品信息.2014（10）.
[2]李彬，贾莉敏.大空间建筑的烟气控制探讨[J].科技信息.2013（23）.
[3]肖鹏让，刘勇，王宗存.某大型商业综合体消防安全性能化设计[J].消防科学与技术.2015（06）.
论文作者:谭桂明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/29
标签：烟气论文; 排烟论文; 火灾论文; 空间论文; 建筑论文; 小室论文; 火源论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;