1、第三章 防、排烟系统,第一节 火灾烟气的性质与流,第二节 防烟,第三节 排烟,第四节 防排烟设备,第五节 通风空调系统中的防排烟技术,第一节 火灾烟气的性质与流动,一、烟气的危害,1. 建筑火灾烟气的成分,（1）在定温度下，材料分解出游离碳和挥发性气体；（2）游离碳和可燃成分与氧气剧烈化合，并放出热量(即燃烧)。,不完全燃烧反应过程。,在温度较低的初燃阶段 主要是液态粒子，呈白色和灰白色； 温度升高后阶段 游离碳微粒产生，呈黑色烟粒子的粒径一般为0.0110m，是可吸入粒子。,化学成分主要有CO2、CO、水蒸气及其他气体，如氰化氢(HCN)、氨(NH3)、氯(Cl)、氯化氢(HCl)、光气(C
2、OCl2)等。,2. 建筑烟气的危害,烟气的危害性表现在三方面：,我国在1978年以后，高层建筑迅速发展，建筑防火防烟也愈来愈被重视。因此制定了高层民用建筑设计防火规范(GBJ45-82)，于1982年颁布试行，经1995年修改后为高层民用建筑设计防火规范(GB50045-95)正式颁布实施，该规范在2001年和2005年进行了修订，现实施的是高层民用建筑设计防火规范（GB50045-95）2005年版。,3. 建筑烟气控制的必要性,二、火灾烟气的性质,1、烟气的浓度,1）烟气的质量浓度 单位容积的烟气中所含烟粒子的质量，称为烟的质量浓度 ，即：,2）烟气的计数浓度 单位容积的烟气中所含烟粒子
3、的质量， 称为烟的计数浓度， 即：,3）烟的光学浓度 当可见光通过烟层时，烟粒子使光线的强度减弱。光线减弱的程度与烟的浓度有函数关系。光学浓度就是由光线通过烟层后的能见距离，用减光系数Cs来表示。,设光源与受光物体之间的距离为L（m），无烟时受光物体处的光线强度为,，有烟时光线强度为,，则根据朗伯比尔比尔定律得：,或,值愈大时，亦即烟的浓度愈大时，光线强度I就越小，,值越大时，亦即距离愈远时，I值就越小。,注：表观密度差是指在同温度下，烟的表观密度,与空气表观密度,之差的百分比，即,2. 建筑材料的发烟量和发烟速度,表3-3 各种材料的发烟速度 单位：m3/sg,发烟速度，即单位时间、单位重量
4、可燃物的发烟量。,3. 能见距离,研究证明，烟的减光系数 与能见距离D之积为常数C，其数值因观察目标的不同而不同。例如，疏散通道上的反光标志、疏散门等，C=24；对发光型标志、指示灯等，C=510。用公式表示：,反光型标志及门的能见距离D（m）,发光型标志及门的能见距离D（m）,能见距离D与烟浓度 的关系，还可以从图3-1和图3-2的实验结果予以说明。有关室内装饰材料反光型材料的能见距离和不同功率的电光源的能见距离，分表列于表3-4和表3-5中。,图3-1 反光型标志的能见距离,图3-2 发光型标志的能见距离,例3-1 试求白色调合漆疏散标志牌在烟浓度为,=0.5m-1时的能见距离。,解：方法
5、一：查表3-1-4得，该标志的能见距离为8.05m。 方法二： 查表3-1-4得，该标志的反光系数为0.7。 从图3-1中找到反光系数为0.7，,=0.5m-1，常数C=4,所以,从两种方法求解得到的能见距离值极其相近。,4. 烟的允许极限浓度,为了使火灾中人们能够看清疏散楼梯间的门和疏散标志，保障疏散安全，需要确定疏散时人们的能见距离不得小于某一最小值。这个最小的允许能见距离叫做疏散极限视距，一般用Dmin表示。,对于不同用途的建筑，其内部的在住人员对建筑物的熟悉程度是不同的。,所以，要看清疏散通道上的门和反光型标志，要求烟的允许极限浓度为Csmin；对于熟悉建筑物的人：Csmin=0.20
6、.4m-1，平均为0.3m-1；对于不熟悉建筑物的人：Csmin=0.070.13m-1，平均为0.1m-1。,三、烟气流动的基本规律,烟气流动的基本规律是：由压力高处向压力低处流动，如房间为负压，则烟火就会通过各种洞口进入；相反，就会迫使烟火无法进入。,1. 基本计算公式和方法,（1）流体流动方程 在分析建筑物内的气体流动时，流体能量守恒，可用伯努利方程来表示。在完全流体的稳定流动中，取某一流线或流管来分析，有下式成立：,（3-7）,（2）连续方程式,流体流动时，沿流向质量守恒，流动是连续的。在总流中选取1、2两断面，则可得出反映两断面间流动空间的质量平衡的连续性方程：,（3-8）,（3-9
7、）,3. 烟的密度与压力,可近似地认为烟的密度与空气的密度相同。,与大气压相比，气压差是很微小的。因此，假设烟的密度不随高度变化，可近似地将烟气密度看作绝对温度T（K）的函数：,（3-10）,假设某一基准高度处的绝对压力为,，离开基准高度Z（m）,）上方的一点压力,为：,（3-11）,根据上述假定，密度不随高度变化而变化，则有：,（3-12）,4. 压力差和中性面,假设相邻的充满静止空气的两个房间（如图3-3所示），在两个房间内高度为Z处的室内压力,由公式（3-1-12）表达如下：,（3-13）,（3-14）,式中,为基准高度处的压力（Pa）,，下标分别代表房间的编号，则此两房间,为：,的压力
8、差,（3-15）,两个房间的压力相同（ ）之高度称为中性面，在两个房间之间有开口的情况下，根据在中性面上下的位置关系，其烟气流动的方向是相反的。中性面的高度 由下式求出：,（3-16）,2. 开口处的烟气流动,在开口处的两侧有压力差时，会发生气流流动。与开口壁的厚度相比，开口面积很大的孔洞（如门窗洞口）的气体流动，叫孔口流动。这一现象的分析模式，如图3-4所示。从开口A喷出的气流发生缩流现象，流体截面成为A、，若设 ，则流量m(Kg/s) 为：,（3-17）,图3-4 开口处的气流,根据伯努利方程：,因为开口内外压力差为：,则开口处流量：,（3-18）,3. 门口处的烟气流动,在门洞等纵长开口
9、处，当两个房间有温差时，其压力差是不同的，烟气流动随着高度的不同而不同。,以中性面为基准，测定高度h处的压力,为：,（3-19）,图3-5 有温差时的烟气流动,如图3-5所示，当开口宽为B， 时，中性面以上的H范围内房间2向房间1的流量m，去微小区间 的积分：,三、 烟气在建筑内的流动,1. 烟气在火灾房间的流动,房门关闭，且无其它孔洞与走廊相通，外墙上的窗开启时，窗孔压力分布如图3-6所示，窗的中部存在一个中和界，中和界以上室内压力大于室外；中和界以下室外压力大于室内。烟气从中和界以上排至室外，室外空气从中和界以下流入室内，形成对流。当室外布风，商处于迎风面时，由于房间并非绝对密闭，中和坪将
10、上升；如窗处在背风面，中和界下降。,图3-6 窗孔的压力分布,从窗孔喷出来的烟火如图3-7所示，烟火从水平方向咳出后，因浮力作用向上弯曲，像图3-7（a）那样从单个小窗喷出，上下层窗间有大于90厘米以上的窗间墙，就不考虑火势通过窗向上蔓延。但当像图3-7（b）那样，从横向窗喷出来的烟火贴附在墙面上，火苗窜得很高，窗附近的空气被带走，不象单个小窗那由窗两侧向补充，横向窗被带走的空气补充不进来，烟火和墙壁之间就形成真空状态，烟火就被吸附在墙面上，烟火和空气只有一面相混合冷却慢，结果使火焰伸的很长，在这种情况下，除非设有宽度大于50厘米的阳台，否则无法防止通过窗户向上层的蔓延。,图3-7 烟火从窗口
11、喷出的情况,2. 烟气在走廊内的流动,见图3-8，也就是说烟气从a点流到b点的过程中温度从ta降到tb，由于温度下降烟层厚度减薄 ，然而烟层厚度并没有变化，因为在b点混入一部分空气，混入的空气恰好使其厚度增加了 。,图3-8 烟的冷却和空气的混入,排烟口设置提示：在发烟地点附近排出效果好，其次是在烟气的层流区排出。按走廊的宽度设长条形排烟口效果好，否则只将流经排烟口的烟和附近的烟气排走，稍远一点的没有被排出仍继续向前流动。,3. 烟气在建筑竖井内的流动,a. 烟囱效应,定义是指户内空气沿着有垂直坡度的空间向上升或下降，造成空气加强对流的现象。,这时建筑的下部室内压力较低，外部的冷空气流入；与此
12、相反，上部压力较高，高温烟气流向外部。,实验证明：当天井高度越大和天井内温度越增至高时，抽力就越大，烟的流动速度也会由初期的1-2 m/s增至3-4 m/s，最盛时3-5 m/s ，轰燃时，可达9m。,图3-9 烟囱效应的机理,如右图3-9模型所示，分析只有上下两处开口的空间，假设其内部充满了烟气。这时，流入内部的空气量为 流出的空气量为 ，则根据伯努利方程有：,（3-21）,（3-22）,在稳定状态下，空间内的压力满足质量守恒定律，即：,因此可得：,（3-23）,（3-24）,b. 竖井的开口条件与中性面的位置,图3-10 烟囱效应与开口大小,c. 烟气在竖井内的流动,图3-11是通过实验研
13、究高层建筑竖井内烟气的扩散情况。为了研究方便，忽略了外部风的影响。这样，在竖井的下部，压力低于室外气压，而在上部的压力却高高于室外气压，各个房间的压力处于大气压力与竖井压力之间。从整体来看，以建筑高度中部为界，新鲜空气从下部流入，而烟气则从上部排出。假设火灾房间的窗户受火灾作用而破坏，出现大的通风口后，火灾房间的压力就与大气压相接近，其窗口也有部分烟气排出。而且火灾房间与竖井压差变大，涌入竖井的烟气将会更加剧烈。,图3-11高层建筑的建筑烟气蔓延与压力分布 （a）以大气压力为准的压差 （b）作用在墙壁上的压差,第二节 防 烟,烟气控制的主要目的是在建筑物内创造无烟或烟气含量极低的疏散通道或安全
14、区； 烟气控制的实质是控制烟气合理流动，也就是使烟气不流向疏散通道、安全区和非着火区，而向室外流动。,一、防火防烟分区,根据高层民用建筑设计防火规范的规定，防火和防烟分区需满足以下规定：,高层建筑内应采用防火墙划分防火分区，每个防火分区允许最大建筑面积，不应超过下表3-7的规定。,表3-7 每个防火分区的允许最大建筑面积,注：（1）设有自动灭火系统的防火分区，其允许最大建筑面积可按本表增加1.00倍；当局部设置自动灭火系统时，增加面积可按该局部面积的1.00倍计算； （2）一类建筑的电信楼，其防火分区最大允许占地面积可按本表增加50。,b. 高层建筑内的商业营业厅、展览厅等，当设有火灾自动报警
15、系统和自动灭火系统，且采用不燃烧材料或难燃烧材料装修时，地上部分防火分区允许最大建筑面积为4000m2；地下部分防火分区的允许最大建筑面积为2000m2。c. 当高层建筑与其裙房之间设有防火墙等防火分隔设施时，其裙房的防火分区允许最大建筑面积不应大于2500m2，当设有自动喷水灭火系统时、防火分区允许最大建筑面积可增加1.00倍。d. 高层建筑内设有上下层相连通的走廊、敞开楼梯、自动扶梯、传送带等开口部位时，应按上下连通层作为一个防火分区，其允许最大建筑面积之和不应超过本规范第1条的规定。当上下开口部位设有耐火极限大于3.00h的防火卷帘或水幕等分隔设施时，其面积可不叠加计算。,e. 高层建筑
16、中庭防火分区面积应按上、下层连通的面积叠加计算，当超过一个防火分区面积时，应符合下列规定：,房间与中庭回廊相通的门、窗，应设自行关闭的乙级防火门、窗； 与中庭相通的过厅、通道等，应设乙级防火门或耐火极限大于3.00h的防火卷帘分隔；中庭每层回廊应设有自动喷水灭火系统； 中庭每层回廊应设有火灾自动报警系统。,f. 设置排烟设施的走道，净高不超过6.00m的房间，应采用挡烟垂壁、隔墙或从顶棚下突出不小于0.50m的梁划分防烟分区。每个防烟分区的建筑面积不宜超过500m2，且防烟分区不应跨越防火分区。,二、隔断或阻挡防烟,1、防烟墙,防烟墙是利用非燃材料构成的分隔墙，主要用于面积很大的房间，由于防烟
17、需要和用途不同加以分隔的墙。如在防烟墙上有门时，一般用铅丝玻璃门。在疏散通路上，除特别长的走道外，不用防烟墙隔断。,2、 防烟垂壁,防烟卷帘：防烟卷帘要求气密性好，在压差2mmH2O水柱时，每平方米的漏风量小于0.2m3/min，防烟卷帘的宽度一般不超过5m，与烟感器联动或在消防控制室遥控。当作为隔断烟气用时(自动扶梯的密闭)可与喷水装量相结合，以提高其耐热性能。设在走道内作阻烟用时，其最大下降高度应距地板面1.8m以上。,固定式档烟板和挡烟梁：固定式档烟板从顶棚向下突出不小于50cm，固定在墙上和非燃材料的顶棚上。挡烟梁就是利用建筑物突出顶棚面大于50cm的梁，做挡烟用。设有井字梁的顶棚，应
18、把梁的下表面设为顶棚面。图3-12 是固定挡地板、挡烟梁设置的举例。,图3-12 挡烟板、挡烟梁设置举例,活动式挡烟板：当顶棚高度矮，设固定式挡烟板影响通行或有困难时，不得已才设活动式挡烟板，通常是设在顶棚面上或吊顶内，见图3-13。火灾时与烟感器联动，就地手动或电动，并在消防控制室进行遥控，降下后板的下端至地板面的高度应在1.8米以上。,图3-14 活动式挡烟板,防烟垂壁的有效性：防烟垂壁是趁烟气由于浮力的作用积聚在顶棚下就予以排除，以提高排烟效果的辅助性措施。但如图3-14所示那样，烟层的厚度超过防烟垂壁高度时，无疑烟气就越过防烟垂壁进行扩散。即使是烟层厚度小于防烟垂壁高度时，如果烟气流动
19、的动能克服了浮力，也会越过防烟远壁进行扩散，如图3-14(b)所示，烟气流速为v，烟气下降高度为： h ，烟气流动的动能和浮力的关系：,（3-25）,（3-26）,式中,空气容重，,烟气容重，,值约为10厘米(高温烟气)30厘米以上(低温烟气)也就是说防烟垂壁的高度比烟层的厚度大 ，防烟才是有效的。,图3-14 防烟垂壁有效性,三、防烟方案设计比选,前室：为了防止烟尘扩散到楼梯间内，高层建筑的楼梯间外通常设置一过渡空间，这样不仅有利于保持楼梯间的正压，也可以暂时容纳疏散的人流。,按照建规和高规的要求，前室仅指消防电梯前室、防烟楼梯前室和防烟楼梯与消防电梯的合用前室，设置前室的目的是防止火灾时产
20、生的烟气进入楼梯间或消防电梯间而影响人员疏散或火灾扑救。,防烟设计必须保证疏散的安全，按疏散路线次序，走道作为第一安全区，前室为第二安全区，楼梯间为第三安全区。为了保证疏散通道的安全，确保楼梯间隔火防烟，设计时应尽量在远离楼梯的部位把烟排除。,图3-16 几种防烟方案的比较,通常把堵烟装置设计在可能发生火灾的房门口，如图3-15中F-C之间的门D1和走道门Dc，前室门D1和楼梯间的门Ds等4处。进风口的位置选在走道Sc、前室S1和楼梯间Ss等三处。排烟的位置选在起火部位Ef、走道Ec和前室E1等三个地方。,F形防烟方案： 这个方案火灾影响范围最小，但无法确定具体的着火点，如果在所有房间设排烟系
21、统则投资过于高昂。 C形防烟方案：通过走道上的防火门或顶棚的防烟垂壁堵住烟，从Ef和Ec排烟，经过Sc、S1和Ss进风口向走道加压送风，防烟效果更可靠。 L形防烟方案：这是比较常用的一种方案。 S形防烟方案：把堵烟位置放在楼梯间门口，对楼梯间加压送风，封闭防火门，但在人员出入时会带进烟尘，带来隐忧。,不论哪种方案，为了保障人员的安全，在人员活动疏散的空间，烟浓度不能超过起火点烟浓度的1/100和1/300。,四、加压防烟,加压防烟是用风机把一定量的空气送入一房间或通道内，使室内保持一定的压力或门洞保持一定的流速，以避免烟气侵入。,图3-17 加压防烟,设计加压送风系统的两条原则：,门开启时门洞
22、有一定向外的风速； 门关闭时，房间内有一定正压值,1. 加压送风系统的设置部位及方式,在高层民用建筑设计防火规范对加压送风系统的设置有明确规定。P109,a. 加压送风系统的设置方式见表3-8。,表3-8 加压送风系统的设置方式,b. 高层建筑防烟楼梯间及其前室、合用前室和消防电梯间前室的机械加压送风量应由计算确定，或按表3-9至表3-12的规定确定。当计算值和本表不一致时，应按两者中较大值确定。,表3-9 防烟楼梯间(前室不送风)的加压送风量,表3-10 防烟楼梯间及其合用前室的分别加压送风量,表3-12 防烟楼梯间采用自然排烟，前室或合用前室不具备自然排烟条件时的送风量,表3-11 消防电
23、梯间前室的加压送风量,注：表中风量按开启2.00m1.60m的双扇门确定。当采用单扇门时，其风量可乘以0.75系数计算；当有两个或两个以上出入口时，其风量应乘以1.501.75系数计算。开启门时，通过门的风速不宜小于0.70m/s。风道断面积为最小面积。 风量上下限选取应按层数、风道材料、防火门漏风量等因素综合比较确定。,五、加压送风量的计算,1. 垂直疏散通道加压送风量的计算,a. 压差法当门关闭时，保持一定压差所需的风量为：,（3-27）,如果取 =0.65，,=1.2,，上式变为：,（3-28）,国外研究表明，老、弱、扫、幼开门力为133N门为0.8m 2.0m，且有45Nm的弹簧力矩，
24、则允许最大压差为96Pa。我国有人研究认为最大压差p可以为80135Pa。最小压差应能防止烟气通过门缝渗人我国高层民用建筑设计防火规范规定： p为2550Pa。,图3-17 串联缝隙,如图3-17所示，缝隙Al、A 2、A3为串联，这时加压区p分别消耗于三个缝隙处。根据式(3-28)可以导出有效流通面积(或称当量流通面积)为：,如果流通路上串联两个面积A1和A 2，当A1 A 2时，,。一般说，,时，即可认为,。其误差不到2。,门缝、窗缝等缝隙面积按(缝隙)(缝长)进行计算。,建议缝宽如下：疏散门24mm；电梯门56mm；单层木窗和钢窗0.7mm；双层木窗和钢窗0.5mm；铝合金推拉窗0.35
25、mm；铝合金平开窗0.1mm。,（3-29）,4 种类型标准门的漏风面积见表3-13。,表3-13 4种类型标准门的漏风面积,注： 对于大于表中尺寸的门，漏风面积按实际计算。 门缝宽度：疏散门0.0020.004m，电梯0.0050.006m。,b. 风速法 为维持门洞一定风速所需的风量应为：,（3-30）,现代的高层建筑中，防火规范要求设有自动喷水灭火系统；走道内有自然排烟或机械排烟系统，因此烟气侵入前室或楼梯间门桐的风速不会太大。已有的研究报告建议门洞风速也相差甚远，各国法规也不一致。例如英国0.50.75m/s；澳大利亚1.0m/s；美国0.251.25 m/s(有自动灭火装置)； 我国
26、规定0.751.20m/s。,2. 防烟楼梯间加压系统的计算,设有一栋n层建筑的防烟楼梯间，其中m层的楼梯间门(一道门)及其前室的门（二道门)都开启，其余(nm)层的一、二道门都关闭，只对楼梯间送风加压，确定加压送风量。,图3-19 楼梯间加压时空气流动模式和网络图,由图3-18可见送入楼梯间的空气量主要要通过三条路线流向室外；第一条路线，经m层开启的一、二道门洞和房间窗缝：第二条路线通过楼梯间的窗缝；第三条路线经(nm)层楼梯间和前室关着门的缝和房间门窗缝，由于房间门窗缝,（或 ），因此在模拟电路图小省略了 。总风量应当是三条路的风量之和。计算步骤如下：,（1）通过开启门洞的风量用公式3-3
27、0进行计算，即：,（3-31）,（2）分别求出三条路的当量流通面积。,第一条线路当量流通面积为：,（3-32）,第二条线路当量流通面积为：,（3-33）,第三条线路当量流通面积为：,（3-34）,（3）求第二条路线和第三条路线的风量 由于这三条路线是并联路线，它们的风量分别与其流通面积成正比，因此有：,（3-35）,（4）总风量,（3-36）,考虑到漏风及不可预见的原因，系统加压的风量增加10%富裕量。,上述的计算方法，实质上时用门洞风速法计算出基本风量后，再附加其他通路上的渗风量，下面讨论上述计算公式中的取值问题。,我国高层民用建筑设计防火规范的条文说明中推荐：20层以下，取m=2；大于等于
28、20层，取m=3。通过概率分析，上述取值是适宜的。,由走道、房间通向室外的流通面积A0，如果是打开的门、窗则可以在计算中不予考虑，即公式(3-32)中A0可忽略；如果门窗是关闭的， A0等于与楼梯间相通的所有房间门、窗的缝隙面积之和。一般说按后者计算所得的风量比前一种的结果大得多。,门扇开启时的净面积一般小于门洞的加积。疏散门都是弹簧门，打开到90的情况很少；而且人通过时遮挡一部分面积，因此实际净流通面积也就是门洞的70左右。但从设计安全和方便起见，可就取门洞的面积。,【例3-2】 有一栋18层建筑，楼梯间和前室门的宽高=1.6m2m，楼梯间有 1.5m1.5m的铝合金推拉窗，求加压风量。,解
29、：（1）按式3-30求通过开启门洞的风量。,（2）取疏散门的缝宽为3mm，窗缝取0.35mm，从走道到室外的空气流动通道畅通，即 A0足够大，因此有：,（3）求其他通路的渗风量,（4）求总加压风量,（5）用压差法计算加压风量 当门全关闭时，则空气流通面积为：,按3-27有：,由此例可见，用压差法计算得的风量远小于用门洞风速法计算的风量：一旦当门打开时，系统阻力减小，系统风量增加，但通过门洞的风速仍达不到防烟的要求。因此，以门洞风速法计算风量，再考虑其他缝隙的漏风量的计算方法是比较适宜的。,第三节 排烟,一、烟气的预测,1. 火灾房间的烟层下降的预测模型,图3-23 烟层下降的非稳定预测模型,由
30、于火灾紊流上升的烟气聚集在顶棚附近，故进行会议厅、观众厅等大空间建筑设计时，预测烟层下降速度是很有用的，简化分析模型如图3-23所示。,对于高顶棚的大空间，火灾紊流的过程中大量卷入周围的空气，烟气的温度不会上升。因而与疏散设计密切相关的初期火灾，也可以将烟层温度 确定为近似固定的，并假定火灾空间的水平投影面积A不随高度而变化，则烟层的质量守恒公式可以写为如下形式：,（3-45）,（3-46）,在高度Z范围内，火灾烟气进入紊流区域；而且，若火灾进入稳定发展阶段，火灾烟气紊流的流量mp(kg/s)可由以下公式求出：,（3-47）,（3-48）,由此可得：,（3-49）,式中：,（3-50）,假设不
31、随时间变化（稳定燃烧），烟层高度可由下式求出：,烟层降至高度Z处所需时间，可由下式求出：,（3-52）,（3-51）,2. 排烟效果预测的简化计算,侧墙有开口的排烟效果,为了估算排烟口的面积，研究图3-24所示模型。,图3-24 烟层高度的稳态预测模型,开口处的流量：设室内外的压差为 ，烟气流出量 及空气流入量 ，可由下式确定：,（3-53）,（3-54）,热平衡：在火灾初期，烟气的温度并不很高，烟层对围壁的热传导以对流传热为主，故仅考虑对流传热。由于我们之考虑火灾初期，所以忽略了围壁温度上升，假设围壁温度是一定的，并设 为对流换热率， 为烟层接触到的围壁面的面积，则烟层的热平衡由下式给出：,
32、（3-55）,质量守恒：由于假设为稳态换热，根据室内的流入流出平衡，又下列关系成立：,（3-56）,式（3-53）到（3-56）不适用于低顶棚、火源上方形成成紊流区域的情况。,因而，选假定适当的烟层高度（如安全高度），则可由公式（3-57）求出火灾紊流的烟气流量,（3-57）,上部有自然排烟口的情况,本模型适用于屋顶有通风口或天窗的情况。一般来说，从房间的门洞口流入新鲜空气，而屋顶设有自然排烟口，如图3-25所示，开口处的流量：,（3-58）,（3-59）,图3-25 上部有排烟口时的烟层预测模型,设有机械排烟设备的情况,在顶棚上（或附近）设有机械排烟设备，从下部的门洞口流入新鲜空气，其计算模
33、型如图3-26所示。,门洞口的空气流量：,排烟量：,（3-61）,（3-60）,式中,排烟设备的排烟量，,图3-26 设机械排烟时烟层高度的预测模型,二、自然排烟,1. 自然排烟设计条件,根据高层民用建筑设计防火规范的规定，采用自然排烟方式的高层建筑应满足下列条件：,除建筑高度超过50m的一类公共建筑和建筑高度超过100m的居住建筑外，靠外墙的防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室和合用前室，宜采用自然排烟方式。 采用自然排烟的开窗面积应符合下列规定：, 防烟楼梯间前室、消防电梯间前室可开启外窗面积不应小于2.00m2，合用前室不应小于3.00m2。 靠外墙的防烟楼梯间每五层内可开启外窗总面积之和
34、不应小于2.00m2。长度不超过60m的内走道可开启外窗面积不应小于走道面积的2%。 需要排烟的房间可开启外窗面积不应小于该房间面积的2%。 净空高度小于12m的中庭可开启的天窗或高侧窗的面积不应小于该中庭地面积的5%。,防烟楼梯间前室或合用前室，利用敞开的阳台、凹廊或前室内有不同朝向的可开启外窗自然排烟时，该楼梯间可不设防烟设施。 排烟窗宜设置在上方，并应有方便开启的装置。,2. 自然排烟的优缺点,（1）构造简单、经济，不需要专门的排烟设备及动力设施；（2）运行维修费用低；（3）排烟口可以兼作平时通风换气用。 对于顶棚高大的房间（中庭），若在顶棚上开设排烟口，自然排烟效果好。,优 点,缺 点
35、,（1）自然排烟效果不稳定：,排烟量及烟气温度随火灾的发展而变化；高层建筑的热压作用随季节发生变化；室外风速、风向随气象情况变化。,（2）对建筑设计有一定的制约：,房间必须至少有一面墙壁是外墙；房间进深不宜过大，否则不利于自然排烟；排烟口的有效面积与地面面积之比不小于1/50，且距最远点的水平距离不超过30m。,（3）存在火灾通过排烟口向上层蔓延的危险性,3. 自然排烟设计,（1）对于高层住宅及二类高层建筑，当前室内两个不同方向设有可开启的外窗，且可开启窗口面积符合要求时，其排烟效果受风力、风向、热压等因素的影响较小，能达到排烟的目的。 因此，在实际设计中，应尽可能利用不同朝向开启外窗来排除前
36、室的烟气，如图3-31所示。,图3-31 自然排烟方式示意图,图3-32 设挡风板的阳台、凹廊,（2）排烟口位置越高，排烟效果越好，所以，可开启外窗应尽可能靠近顶棚位置，并应有方便开启的装置。（3）为了减少风向对自然排烟的影响，当采用阳台、凹廊为防烟前室时，应尽量设置与建筑物色彩、体型相适应的挡风措施，如图3-32。（4）内走廊排烟窗口应尽量设在两个不同的朝向上。,三、机械排烟设计,1. 设置机械排烟的部位,一类高层建筑和建筑高度超过32m的二类高层建筑的某些部位。 P128,设置机械排烟设施的理由 地下室发生火灾时，疏散扑救比地上建筑困难得多，因为火灾时，高温烟气会很快充满整个地下室。,2.
37、 机械排烟方式,局部排烟,集中排烟,在每个需要排烟的部位设置独立的排烟风机直接进行排烟；投资大，而且排烟风机分散，维修管理麻烦。一般与通风换气相结合，即平时兼作通风换气使用。,将建筑物划分为若干个区，在每个区内设置排烟风机，通过排烟风道排烟。,3. 房间与走道的排烟,（1）机械排烟系统的设计要求 P129 3）防烟分区内的排烟口距最远点的水平距离不应超过30m。在排烟支管上应设有当烟气温度超过280时能自行关闭的排烟防火阀。 11）高层建筑如有条件机械排烟系统可与排风系统和用，但应采取可靠的安全措施：系统风量应满足排烟量；烟气不能通过如过滤器加热器等设备；排烟口应设有排烟防火阀或远动排烟防火阀
38、；风管材质及厚度应按排烟风道要求制作。机械排烟和排风合用系统示意，见图3-33。,图3-33 机械排烟和排风合用系统示意,（2）机械排烟系统的设计,1）机械排烟量的计算 机械排烟量可按上述条设计规定进行计算，对于每个排烟口排烟量的计算及排烟风管各管段风量分配的示例，见表3-14，其排烟系统图3-34所示。,表3-14 排烟风管风时计算举例,一个排烟系统可以负担若干个防烟分区，其最大排烟量为60000 ；最小排烟量为7200 。选择排烟风机，应附加漏风系数，一般采用10%30%。排烟系统的管段，应按系统最不利条件考虑，也就是按最远两个排烟口同时开启的条件计算。,图3-34 排烟系统原理图,2）排
39、烟系统的布置,排烟系统的布置除满足上述设计条件规定中有关要求外，还应注意：排烟气流应予机械加压送风气流合理组织，并尽量考虑与疏散人流方向相反。为防止风机超负荷运转，排烟系统竖直方向可分成数个系统，不过不能采用将上层烟气引向下层的风道布置方式。每个排烟系统设有排烟口的数量不宜超过30个，以减少漏风量对排烟效果的影响。独立设置的排烟系统可兼作平时通风排气用。,3）排烟口的设计要求,当划分防烟分区时，每个防烟分区应分别设置排烟口。排烟口应尽量设置在防烟分区的中心部位，排烟口到该防烟分区最远点的水平距离不应超过30m，如图3-35所示；走道的排烟口与防烟楼梯的疏散口的距离无关，但排烟口应尽量布置在人流
40、疏散方向相反的位置处，如图3-36所示。,图3-35 排烟口至防烟分区最远水平距离,图3-36 走道排烟口与疏散口的位置,排烟口必须设置在距顶棚800mm以内的高度上。对于顶棚高度超过3m的建筑物，排烟口可设在距地面2.1m的高度上，或者设置在地面与顶棚之间1/2以上高度的墙面上，如图3-37所示。 为防止顶部排烟口处的烟气外溢，可在排烟口一侧的上部装设防烟幕墙，如图3-38所示。排烟口的尺寸，可根据烟气通过排烟口有效断面时的速度不大于10m/s进行计算。排烟口的最小面积一般不宜小于0.04,图3-37 排烟口设置的有效高度, 同一防烟分区内设置数个排烟口时，要求做到所有排烟口能同时开启，排烟
41、量应等于各排烟口排烟量的总和。 在排烟通道中，条缝型排烟口对于整个通道都是有效的，而方形烟口则不容易排掉通道两侧的烟气，如图3-39所示。,图3-38 防烟幕墙与排烟口的位置,图3-39 排烟口吸入情况, 排烟口均应设有手动开启装置或与感烟气连锁的自动开启装置或消防控制中心元距离，控制的开启装置等。除开启装置将其打开外，平时一直保持闭锁状态。 手动开启装置宜设在墙面上，距地板面0.8-1.5m处；或从顶棚下垂时，距地板面宜为1.8m处。,4）排烟风机、排烟风道的设计要求,. 排烟风机a.合理选择排烟风机,排烟风机应有备用电源，并应有自动切换装置；排烟风机应耐热，变形小。使其在排送280烟气时连
42、续工作30min仍能达到设计要求。,排烟风机,b. 排烟风机设置要求 P133, 排烟风道,排烟风道不应穿越防火分区。竖直穿越各层的竖风道应用耐火材料制成，并宜设在管道井或采用混凝土风道。,b. 排烟风道因排出火灾时烟气温度较高，除应采用金属板、不燃玻璃、混凝土等非金属不燃性材料制作外，还应安装牢固，排烟时温度升高不致变形脱落，并应具有良好的气密性。排烟风道的厚度可按表3-15中高压系统选取。,表3-15 金属风道厚度,c. 排烟风道风量的确定 风道内通过的风量，应按该排烟系统各分支风管所有排烟口中最大排烟口的两倍计算。 排烟风速：当采用金属风管时，不应超过20m/s；当采用混凝土砌块、石板等
43、其他非金属材料风道时，不应超过15m/s。 当某个排烟系统各个排烟口风量都小于3600m3/h时，其排烟总量可按7200m3/h计算，其余各支管的风量均按各自担负的风量计算。,d. 排烟道构造要求 P134,e. 烟气排出口 P134,四、中庭排烟,中庭又称为中厅，在建筑上的定义为“有数层高的竖井空间，竖井上有屋顶，竖井周围的大部分为建筑物所包围的一种建筑物。”即通过两层或多层楼，且顶部封闭的被周围建筑包围的一个共享空间。,定 义,2. 中庭机械排烟量 中庭机械排烟量按其容积的换气次数确定。 当中庭体积小于17000m3时，其排烟量按其体积的6次h换气量计算。 当中庭体积大于17000m3时，
44、其排烟量按其体积的4次h换气量计算。但排烟量不应小于102000m3/h。3. 中庭机械排烟的气流组织 中庭机械排烟口应设在中庭的顶棚上，或设在紧靠中庭顶部的集烟区，排烟口的最低标高，应设在中庭最高部分门洞的上端，当中庭的较低部位靠自然进风有困难时，可采用机械补风，补风量不宜小于排烟量的50%。,五、地下空间的防排烟,1. 地下建筑火灾特点,发生火灾时烟气的危害严重,发生火灾时疏散困难，危险性大,火灾扑救困难,2. 地下建筑防烟、排烟系统设计的原则和要求,3. 地下建筑,（1） 地下建筑防烟、排烟系统设计的原则,遵循“以防为主，防排结合”的原则；,（2）地下建筑防烟、排烟系统的设计要求,参照人
45、民防空工程设计防火规范的规定； P136,（1）自然排烟方式的应用,1）垂直通风井的布置应与防烟分割结合起来考虑，如图3-40所示。2）位于同一防排烟分区的垂直通风井的总流通截面积应不小于该防烟分区地面面积的2%。,图3-40地下建筑利用通风竖井排烟示意图,（2） 机械防排烟方式的应用,图3-41 单通道地下建筑的全面通风排烟示意图,地下建筑物根据其出入口的数量分为单通道和多通道。 无论是多通道或是单通道的地下建筑，都必须要有空气的对流，才能取得良好的通风排烟效果。,送风机出口的送风管应伸入到远离地下建筑出入口的尽头下部，而排烟机的吸入口则应设置在地下建筑出入口的内侧上部。,单通道,图3-42
46、 多通道地下建筑的全面通风排烟示意图,若有多个出入口，作为机械通风排烟的出入口就不能随意选择，也就是说，送风口应尽量远离排烟口，以便使送风和排烟形成良好的对流。,多通道,图3-43 多通道地下建筑的防烟通廊加压送风,对于设置了疏散通路的地下空间，机械送风口必须设置在防烟通廊之中，而机械排烟口则设置在地下建筑的工作或服务区中，如图3-43所示。工作或服务区域与防烟通廊之间的门应是耐火极限不低于0.9h的防火门。,图3-44 多通道地下建筑的机械排烟、自然补风系统,保证空气对流的效果和防止空气短路出发，自然进风口应远离机械排烟口。,地下建筑采用全面通风排烟方式，新鲜空气的大量补入，可大大冲淡烟气的
47、浓度，而且降低了火场的温度，改善了火场条件； 由于补充的新鲜空气能够助燃，有往往使火势蔓延扩大，甚至引起爆燃；所以，有关地下建筑采用全面通风排烟方式的具体措施，还要依据实际情况而定。,六、防排烟控制技术,对于小型排烟设备，因平时没有监视人员，所以不可能设置集中控制室，一般都是在发生火灾的火场附近进行局部操作。,在大型的排烟设备中，虽然可以在火灾现场附近操作，但从全局看，有必要使排烟设备系统地动作，并能局部控制。因此，有必要设置消防控制室，配备专门的监视人员对排烟进行控制和监视。,1. 不设消防控制室的机械排烟控制程序a. 排烟口和排烟风机连锁，基本的控制程序，如图3-45所示。b. 火灾报警动作后，活动挡烟垂壁动作，并有信号到值班室，同时排烟口和排烟风机启动，如图3-46所示。,图3-45 基本排烟程序方框图,图3-46 自动活动挡烟垂壁动作程序方框图,图3-47 设有火灾感烟探测器风管内设有易容片的防火阀控制程序方框图,
