【暖通小课堂第十三期】建筑防排烟系统设计问题探讨

基本概念

火灾危险性类别：主要针对厂（库）房，分别分为五类，由生产中使用或产生的物质（储存物品）的性质和数量决定。锅炉房、燃气调压间、集中冷站。

建筑耐火等级：厂（库）房建筑耐火等级分为四级，民用建筑耐火等级也分为四级，两者略有不同。不同耐火等级要求的建筑构件燃烧性能与耐火极限不同。

高层建筑类别：高层建筑根据使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度分为一类和二类高层建筑,地下室/半地下室、一类高层建筑耐火等级为一级，单/多层重要公共建筑、二类高层建筑耐火等级不低于二级。

建筑构件耐火极限：建筑构件耐火极限是指在标准耐火试验条件下，建筑构件从受到火的作用时起到失去稳定性、完整性或隔热性时止的时间长度，用小时表示。

防火间距：防火间距是指防止发生火灾建筑的辐射热在一定时间内引燃相邻建筑或构筑物，且便于消防扑救的间隔距离。

防火墙：防火墙应为非燃烧体，能在火灾初期和火灾扑救过程中将火灾有效阻隔在防火墙一侧。

防火门：能共同为开口部位提供一定程度的防火保护的门扇、门樘、五金及其他配件的组合。防火门用于需要经常开启的具有一定耐火性能的分隔体上，如防烟楼梯间、防烟前室的人员疏散口，空调机房、锅炉房等火灾危险性大的房间的人员及设备出入口，管道竖井隔墙上的检修口。

防火分区：建筑内部采用防火墙、耐火楼板及其他防火分隔设施分隔而成，能在一定时间内防止火灾向建筑内其余部分蔓延的局部空间。

防烟分区：在建筑内部屋顶、顶板或吊顶下采用具有挡烟功能的构配件进行分隔而形成的，具有一定蓄烟能力的空间。由隔墙围合的房间自然成为独立防烟分区。

封闭楼梯间：用建筑构配件分隔，能防止烟和热气进入的楼梯间。与防烟楼梯间的区别是没有防烟前室。

防烟楼梯间：在楼梯间入口处设有防烟前室，或设有专供排烟用的阳台、凹廊等，且通向前室和楼梯间的门均为乙级防火门的楼梯间。

储烟仓：在排烟空间的建筑顶部由挡烟垂壁、梁、隔墙等形成的用于积聚烟气的空间。

清晰高度：设计烟层底部至室内地平面的高度，与层高有关。

烟缕质量流量：燃烧产生的烟气流量，与火灾释热量、建筑空间高度、烟缕类型有关。

临界排烟量：每个排烟口允许排出的最大排烟量，与风口位置、烟层厚度、环境温度及烟气温度有关。

建筑防火系统简述

建筑防火系统构成

火灾前的预防：预防措施包括根据建筑火灾危险性类别、重要性、疏散与扑救难度等因素确定其耐火等级、耐火构造，划分防火分区，设置疏散路径与避难空间，确定防火间距，布置消防车道等。

火灾时的措施：火灾时的措施包括火灾自动报警、自动灭火、防排烟、室内外消火栓、室内灭火器等。

防排烟系统的任务

防排烟系统属于火灾时的措施：首要任务—保证人员疏散。

火灾区域、水平疏散通道、垂直通道、避难区域；

其他任务：火灾救援、火灾扑救、不破坏火灾预防系统完整性。

保障手段：产生烟气区域—排烟，房间、疏散通道等；

人员垂直疏散及避难区域—防烟，防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室、避难区等；新规范增加了避难走道防烟。

保障条件：单点火灾、火灾初期、一定时间。

建规有关条文介绍
民用建筑分类

与现行规范的区别：

住宅由按层数划分改为按高度划分（9层以下/10~18层/19层以上）；

原高规的“高级旅馆和重要办公楼、科研楼、档案楼”合并为新规范的“重要公共建筑”；

新规范取消了原高规一类高层公建中的“24m以上部分任一楼层建筑面积超过1500m²的商住楼”。

划分防火分区时对通过开敞楼梯/自动扶梯上下连通的空间和建筑中庭的要求不同：

新规范规定：

建筑内设置自动扶梯、开敞楼梯等上下层相连通的开口时，防火分区面积应上、下层按相连通的建筑面积叠加计算，当叠加计算的面积超过规定时，应划分防火分区。

建筑内中庭防火分区面积应上、下层按相连通的建筑面积叠加计算，当叠加计算的面积超过规定时，应符合一定条件。

当中庭防火分区面积超过规定时：与周围连通空间应进行防火分隔，高层建筑的中庭回廊应设火灾自动报警和自动喷水灭火设施，中庭应设置排烟设施，中庭内不应布置可燃物。

对步行街的有关要求

两端不宜封闭，如封闭则可开启门窗的面积不应小于对应部位外墙面积的50%

在步行街两侧上部各层设置回廊或连接天桥时，应保证上部各层开口面积不小于步行街地面面积的37%，且开口宜均匀布置；

步行街顶棚距地高度不应小于6m，顶棚上应设自然排烟设施并宜采用常开式排烟口，排烟口有效面积应不小于步行街地面面积的25%。

对建筑内设置燃油燃气锅炉房的规定

宜设置在首层或地下一层靠外墙位置；

常（负）压锅炉可布置在地下二层或屋顶；

采用相对密度大于0.75的燃料的锅炉房不得设置在地下、半地下室；

锅炉房与建筑其他部位应采用防火墙分隔，需开设门洞时应设甲级防火门；

设日用油箱时应设独立油箱间，且储油容积不超过1m³；

燃气锅炉房应设泄爆口；

锅炉房设计规范要求：非独立锅炉房人员出口必须有一个直通室外。

对丙类液体储罐防火间距的规定

不限制防火间距的条件：

总容量不大于15m³；油罐直埋；

面向油罐一面4m范围内的建筑外墙为防火墙。

对锅炉房燃料供给的规定

在进入建筑物前和设备间内的管道上均应设置自动和手动切断阀；

储油间油箱应设置通向室外的通气管；

油箱下部应设防止油品流散的设施（如集油坑）。

对瓶装液化气安装的规定

应设置独立的瓶组间，甁组间与建筑物、道路等之间距离应符合防火间距要求。当符合以下条件时可与所服务建筑贴邻：

总容积不大于1m³；

贴邻建筑不得为住宅、重要公建和其他高层公建；

自然气化。

对高层公建设置剪刀疏散楼梯的规定

设置剪刀疏散楼梯间的要求：

分散设置疏散楼梯间确有困难；

任一疏散门至最近疏散楼梯入口距离小于10m；

楼梯间前室应分别设置；

楼梯间加压送风系统不应合用。

对疏散楼梯间形式的规定：

对高度超过100m的高层建筑设置避难层的规定：

第一个避难层（间）的楼地面至火灾救援场地地面的高度不应大于50m（原高规为15层）；

两个避难层之间的高度不宜大于50m （原高规为15层）；

避难间内不得设置易燃、可燃液体或气体管道；

避难间应设直接对外的可开启窗口或独立的机械防烟设施。

对高层病房楼设置避难间的规定：

高层病房楼2层及以上病房楼层和洁净手术部应设置避难间，并应符合下列要求：

避难间服务的护理单元不应超过2个，其净面积应按每个护理单元不小于25m²确定；

应设直接对外的可开启窗口或独立的机械防烟设施。

对住宅建筑设置疏散楼梯的规定：

对住宅建筑设置剪刀疏散楼梯的规定：

设置剪刀疏散楼梯间的要求：

分散设置疏散楼梯间确有困难；

任一户门至最近疏散楼梯入口距离小于10m；

应采用防烟楼梯间；

楼梯间加压送风系统不宜合用；

原高规规定塔式住宅剪刀楼梯共用前室时必须分别设置加压送风系统。

可燃气体和甲、乙、丙类液体管道严禁穿越防火墙。

可以穿越防火隔墙：

风管穿越防火墙、防火隔墙、楼板处时，风管上的防火阀、排烟防火阀两侧各2m范围内的风管应采用耐火风管或风管外壁采取防火保护措施，其耐火极限应不低于所穿过防火分隔体的耐火极限。

新规范新增要求：要求非常严格，执行起来难度较大。

受高温或火焰作用宜变形的管道，在穿越楼板、防火隔墙的两侧宜采取阻火措施。

新增要求

针对遇火或高温会变形的塑料管道；

在管道穿越部位采用防火套箍或采用防火膨胀密封条封堵等措施。

对疏散楼梯间的规定：

应能自然通风和采光；

楼梯间内不应设置甲、乙、丙类液体管道；

封闭楼梯间、防烟楼梯间及前室禁止设置或穿过可燃气体管道；

开敞楼梯间不应设置可燃气体管道。住宅建筑的敞开楼梯间内确需设置可燃气体；管道和可燃气体计量表时，应采用金属套管并设置切断气源的阀门。

对封闭楼梯间的规定：

不能自然通风或自然通风不能满足要求时，应设置机械加压送风系统或采用防烟楼梯间；

原建规和高规均规定当封闭楼梯间不能自然通风时应按防烟楼梯间规定设置。

对避难走道的规定：防火分区至避难走道应设置防烟前室。

对地下室、半地下室疏散楼梯间的规定：

室内地面与室外地坪高差大于10m或3层及以上的地下、半地下室的疏散楼梯间应采用防烟楼梯间；其他地下、半地下室的疏散楼梯间应采用封闭楼梯间。

本规定不适用于住宅套内自用疏散楼梯。

对设置用于防火分隔的下沉式广场的规定：

必须设防风雨棚时，应在四周均匀布置开口；

开口面积不小于地面面积的25%，且开口高度不小于1m；

开口部位设置百叶时，有效面积按开口面积的60%计。

对建筑保温的规定：

对防烟部位的规定：

防烟楼梯间及其前室；

消防电梯前室或合用前室；

避难走道前室、避难层（间）。

高度不大于50m的公建、厂房、仓库和高度不大于100m的住宅建筑，具备下列条件的防烟楼梯间可不采取防烟措施：

防烟楼梯间前室或合用前室为敞开的阳台、凹廊；

防烟楼梯间前室或合用前室有不同朝向可开启外窗，且外窗开启面积符合要求。

关于防烟部位的规定，原高规条文

8.2.3条：防烟楼梯间前室或合用前室为敞开的阳台、凹廊或防烟楼梯间前室或合用前室有不同朝向可开启外窗且外窗开启面积符合要求的防烟楼梯间可不采取防烟措施；

8.2.1条：除高度超过50m的一类公共建筑和高度超过100m的住宅建筑，靠外墙的防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室及合用前室宜采用自然排烟方式；

8.2.2.1、8.2.2.2条规定了防烟楼梯间、前室、合用前室自然排烟要求的可开启外窗面积；

问题：

8.2.1条与8.2.3条的关系不清晰；

8.23.条是否适用于高度超过50m的一类公共建筑和高度超过100m的住宅建筑？

原高规8.2.1、8.2.2.1、8.2.2.2、8.2.3涉及部位应为防烟部位，放在自然排烟小节中，防烟与排烟界定不清晰。

新规范的变化

与原高规相比，对防烟与排烟的界定更清晰；

规定的防烟部位与原高规更明确。

关于厂房或仓库设置排烟设施部位的规定：

丙类厂房内建筑面积大于300m²且经常有人停留或可燃物较多的地上房间，人员或可燃物较多的丙类生产场所；

建筑面积大于5000m²的丁类生产车间；

占地面积大于1000m²的丙类仓库；

高度大于32m的高层厂房（仓库）内长度大于20m的疏散走道，其他厂房（仓库）内长度大于40m的疏散走道。

关于民用建筑内设置排烟设施部位的规定：

设置在一、二、三层且房间面积大于100m²（原建规为200m²）的歌舞娱乐放映游艺场所，设置在四层及以上楼层、地下室、半地下室的歌舞娱乐放映游艺场所；

中庭

公共建筑内建筑面积大于100m²（原建规为300m²）且经常有人停留的地上房间；

公共建筑内建筑面积大于300m²且可燃物较多的地上房间；

原建规：公共建筑走道20m，其他建筑走道40m；

原高规：长度超过20m的内走道。

关于地下室、半地下室设置排烟设施部位的规定：

地下、半地下建筑（室）、地上建筑内的无窗房间，当建筑面积大于200m²且或一个房间建筑面积大于50m²，且经常有人停留或可燃物较多时，应设置排烟设施

关于地下室、半地下室的规定与原建规、高规相同，关于地上房间的规定比原建规、高规严格。

关于供暖、通风和空气调节的规定：

甲、乙类厂房内的空气不应循环使用；丙类厂房内含有燃烧或爆炸危险粉尘、纤维的空气在循环使用前应经过净化处理，并应使空气中的含尘浓度低于其爆炸下限的25%。

为甲、乙类厂房服务的送风设备与排风设备应分别布置在不同通风机房内，且排风设备不应和其他房间的送、排风设备布置在同一通风机房内。

民用建筑内空气中含有容易起火或爆炸危险物质的房间，应设置自然通风或独立的机械通风设施，且其空气不应循环使用。

甲、乙类厂房（仓库）内严禁采用明火和电热散热器供暖。

下列厂房内应采用不循环使用的热风供暖：

1 生产过程中散发的可燃气体、蒸气、粉尘或纤维与供暖管道、散热器表面接触能引起燃烧的厂房；

2 生产过程中散发的粉尘受到水、水蒸汽的作用能引起自燃、爆炸或产生爆炸性气体的厂房；

厂房内有爆炸危险场所的排风管道，严禁穿过防火墙和有爆炸危险房间的隔墙。

含有燃烧和爆炸危险粉尘的空气，在进入排风机前应采用不产生火花的除尘器进行处理。对遇水可能形成爆炸的粉尘，严禁采用湿式除尘器。

净化或输送有爆炸危险粉尘和碎屑的除尘器、过滤器或管道，均应设置泄压装置。

净化有爆炸危险粉尘的干式除尘器和过滤器应布置在系统的负压段上。

排除有燃烧或爆炸危险气体、蒸气和粉尘的排风系统，应符合下列规定：

1 排风系统应设置导除静电的接地装置；

2 排风设备不应布置在地下或半地下建筑（室）内；

3 排风管应采用金属管道，并应直接通向室外安全地点，不应暗设。

通风、空调系统的风管在下列部位应设置公称动作温度为70 ℃ 的防火阀：

1 穿越防火分区处；

2 防火阀宜设置在靠近防火分隔处；

3 穿越重要或火灾危险性大的场所的房间隔墙和楼板处；

4 穿越防火分隔处的变形缝两侧；

5 竖向风管与每层水平风管交接处的水平管段上。

注：当建筑内每个防火分区的通风、空调系统均独立设置时，水平风管与竖向总管的交接处可不设置防火阀。

锅炉房设计规范强制性条文：

设于建筑物内半地下室时，正常通风量不小于6次/h，事故通风量不小于12次/h；设于建筑物内地下室时，正常通风量不小于12次/h。

工程设计做法讨论

防烟分区划分问题

规范规定：“每个防烟分区的建筑面积不宜超过500m²”。

问题：防烟分区面积划分得很小合理吗？

错误做法：有些工程设计人员为了减小排烟系统风量，在设计大空间如大型商场的排烟系统时，将排烟分区划分得很小，更为典型的是设计地下车库排烟系统时把突出楼板下高度超过500mm的结构梁当做挡烟垂壁，划分出数量众多的防烟分区。

错误原因：烟气产生量与火灾热释放量有关，过小的防烟分区其储烟仓容积不能容纳火灾产生的烟气量，必然会产生烟气蔓延，挡烟垂壁已经失去了防烟分区的作用。

建议做法：按性能化设计方法计算排烟量。对于一定的使用功能房间，可以确定其火灾热释放量，根据建筑层高、清晰高度等条件可以计算烟气产生量和需要的排烟量。

从便于工程设计角度，可以按常规条件计算出常用功能区域排烟量，将其规定为最小排烟量，根据最小排烟量套用单位地板面积排烟量指标反过来确定最小排烟分区面积。

常用功能房间排烟量

汽车库排烟量

排烟风管穿越防火分区问题

规范规定：“通风、空调系统风管道穿越防火分区等处应设置防火阀。”

问题：排烟风管穿越防火分区如何处理

分析需求：风管道设置防火阀的目的是保证建筑被动防火系统完整有效。按目前国内执行的《通风与空调工程施工及验收规范》要求的排烟风管制作材料，排烟风管耐火时间不能满足要求，在管道穿越防火分区等处应采取措施。

解决方案一：设置防火阀，但增设防火阀会增加其误动作导致排烟系统故障的风险。

解决方案二：采用耐火极限符合一定要求的排烟风管。如右图所示。

风管耐火时间：

穿越一般防火分区的，风管耐火时间1.5h。（与防火阀耐火时间相当）

穿越前室、楼梯间等重要场所的，风管耐火时间2h。

排烟风机设置场所问题

规范规定：高规“排烟风机应保证在280℃时能连续工作30min”

低规“排烟风机应能在280℃的环境条件下连续工作不少于30min”

问题：规定不清晰，280℃是指通过风机的烟气温度还是风机所处的环境温度？

风机耐火极限：现行行业标准《消防排烟风机耐高温试验方法》GA211-2009进行风机内部耐受高温气流试验。说明风机不具备耐受外部烟火侵袭能力。

常见错误做法：大空间排烟风机、汽车库排风兼排烟风机等，为了不占用机房面积，直接吊装在未采取保护措施的室内空间内，排烟风机直接受烟火威胁。

消防排烟风机耐高温试验方法：

建筑用消防排烟风机在通过温度不低于280℃气流时连续运转30分钟无异常为合格。

正确做法：

方法一：设置排烟风机房

方法二：对直接设于室内空间内的排烟风机采取保护措施，将风机设置在用具有一定耐火时间的材料围合的专用空间内。采用此方法时要考虑两个因素：一个是要能够打开围合空间以满足风机检修要求，一个是需要引入冷却风的风机要从室外或其他防烟分区引入冷却风。

与消防有关的风机如加压送风机、排烟补风机等均应得到防护，保证发生火灾时在规定时间内正常运行。

地下室排烟问题

规范规定：“地下室不具备自然排烟条件房间总面积大于200m²的应设机械排烟”

问题：如何排烟

做法：在疏散走道和面积大于50m²的房间设置机械排烟口，其他房间不设置排烟口。排烟量应取最大面积房间按照火灾模型或按所有房间面积60m³/m²计算确定。

理由：面积小于50m²的房间人员疏散距离短、人员数量少、疏散速度快，在发生火灾时有充足的时间逃生，无须设置排烟口。不设置排烟口的房间，其烟气可通过房间门洞溢出到走道，由走道排烟口排出。

排烟方式问题

规范规定：“排烟口距防烟分区内最远点水平距离不应大于30m”

问题：部分区域排烟距离满足自然排烟要求的防烟分区怎么办？

做法：重新划分防烟分区或全部机械排烟。

理由：规范中自然排烟一节未明确规定排烟距离，但是从烟气流动角度而言，机械排烟强制流动通常比自然排烟效果好，可以理解为自然排烟距离不应该大于机械排烟距离。当自然排烟窗口距防烟分区内最远点30m时，已经不能保证排烟效果，必须采取措施。原则是保证同一防烟分区内采用相同的排烟方式。

例一：长度超过30m且仅一端有可开启外窗的内走道

错误做法：不设置防烟分区，距外窗30m以内区域自然排烟，距外窗30m以外机械排烟。

原因：当机械排烟系统启动时，自然排烟窗不能排烟，导致走道排烟量不足，不能保证人员疏散需要的清晰高度。

建议做法：由于走道排烟量相对小，比较简单的做法是整个走道都采用机械排烟方式。

例二：进深超过30m的大空间区域（例如商场）

错误做法：同一防烟分区内，距外窗30m以内区域自然排烟，距外窗30m以外机械排烟。

原因：当机械排烟系统启动时，自然排烟窗不能排烟，导致防烟分区排烟量不足，不能及时排除烟气。

建议做法：由于全部采用机械排烟方式会大幅增加排烟量，宜按自然排烟区域和机械排烟区域划分防烟分区，并分别按要求设置排烟设施。

走道排烟问题

规范规定：长度超过20m的走道应采取排烟措施

错误做法：用隔墙将走道分隔成若干长度不超过20m的走道。

原因：要求长度超过20m的走道采取排烟措施的原因是人在浓烟中低头掩鼻的最大行走距离为20~30m。采用隔墙分隔走道既不能缩短人员疏散至安全出口的距离，而烟气也因为无法排出而必然在各段走道间蔓延，从而违背本条文目的。

正确做法：按规范要求设置自然或机械排烟设施。

自然排烟外窗

规范规定：“可开启外窗面积”

问题：如何计算可开启外窗面积？

错误做法：直接把窗洞口面积作为可开启外窗面积。

要求：暖通工程师要了解窗户开启方式、开口面积，要掌握各种类型排烟窗有效排烟面积计算方法。

F_p=F_c•Sinα

旋窗按水平投影面积计算；

侧推窗按垂直投影面积计算；

顶升窗按一半周长乘顶升高度计算；

侧墙顶开窗按窗洞宽度乘顶出距离计算；

顶升窗、顶开窗计算排烟面积不得大于窗洞面积；

上旋窗不能作为排烟窗；

中旋窗转轴以下开口面积不计入；

有效排烟面积。

往期内容回顾

【暖通小课堂第十二期】空调风口与气流组织
【暖通小课堂第十一期】中央空调系统中膨胀水箱的设置和配管中的几个问题 
【暖通小课堂第十期】暖通空调安装技术难点剖析 
【暖通小课堂第九期】家庭采暖，地暖、散热片如何混装？
【暖通小课堂第八期】地暖使用过程中不得不注意的小知识
【暖通小课堂第七期】暖通设计中常见的21个问题及处理方法
【暖通小课堂第六期】地暖现场施工经验总结