1、城市商业综合体步行街防排烟系统设计方法探讨 秦煜 西安建筑科技大学设计研究院 摘 要： 本文总结了各类商业综合体建筑步行街的排烟方式, 给出了二级排烟系统、三级排烟系统的设计示例, 并对现行规范中关于商业步行街排烟方式的相关条文进行了讨论。关键词： 商业综合体步行街; 二级排烟系统; 三级排烟系统; 自然排烟; 作者简介：秦煜 西安建筑科技大学设计研究院暖通工程师收稿日期：2017-06-30DISCUSSION ON DESIGN METHODS OF SMOKE CONTROL SYSTEM FOR PEDESTRIAN STREETS IN URBAN COMMERCIAL COMPLE
2、XQin Yu Abstract： The smoke extraction methods of pedestrian street of various commercial complex buildings are summarized, and the design examples of the secondary smoke extraction system and the tertiary smoke extraction system are provided. The relevant provisions of the existing standard on the
3、smoke extraction ways of commercial pedestrian streets are discussed.Keyword： Commercial complex pedestrian street; Secondary smoke extraction system; Tertiary smoke extraction system; Natural smoke extraction; Received： 2017-06-30一、引言随着我国城市化进程的进一步加快, 大中城市公共设施及商业中心的建设日益增多, 城市商业综合体建筑逐渐成为一种时尚。商业综合体内含有
4、多种商业形态, 集商业、办公、住宅、餐饮娱乐和休闲于一体, 建筑体型庞大, 功能及交通流线复杂。在这类建筑的设计中, 暖通专业面临的挑战也是非常复杂和艰巨的。本文针对大型城市商业综合体建筑中室内步行街的防排烟系统设计方案进行分类总结和探讨, 以为同行在进行该类项目的设计时提供参考和。二、商业综合体步行街的建筑特点分析大型商业综合体中各种商业业态众多, 为了将各种业态有机地联系在一起, 为人们的购物休闲及娱乐活动进行有效地引导, 在建筑设计中往往采取设置步行街形式使其穿插于各种业态中, 从空间上将各种业态进行动态连接, 让人们在不知不觉中完成购物、美食、娱乐休闲活动。步行街这种建筑形式几乎在所有
5、的商业综合体中都有不同形式的采用, 其中室内步行街的设计较为复杂, 层数大多由一层至六层不等:在平面位置上, 有步行街单独作为一个商业区域的, 也有局部贯穿于综合体之中的, 还有整体作为交通流线贯穿于综合体建筑当中的;从商铺在步行街的布置位置来分, 有单面商铺式, 也有双面商铺式。室内步行街这种建筑形式除了在商业活动中有着举足轻重的作用外, 在建筑的消防设计中也扮演着极其重要的角色。由于商业综合体建筑往往进深较大, 消防中人员疏散比较困难, 而室内步行街的位置一般来讲比较明显, 通道也较为开阔, 而各种疏散楼梯和疏散口也经常与室内步行街连通。因此在商业综合体建筑中步行街成为一个重要的人员疏散通
6、道。在 2015 年 5 月的建筑设计防火规范实施以前, 商业综合体建筑由于功能复杂, 在实际的消防设计中有许多场所超出了现行消防设计技术标准及设计规范的适用范围, 所以基本上在消防施工图设计前均要进行消防性能化设计, 使这类商业综合体建筑在整体消防安全水平上达到规范的要求。消防性能化设计中, 室内步行街被定义为“消防亚安全区”, 在消防疏散中起到重要作用。因此室内步行街在消防设计中是作为一个重点场所进行设计的, 其目的就是为消防状态下人员的疏散提供一个有力的安全保障。三、室内步行街防排烟系统设计的几种形式尽管在目前实际的消防设计中因为种种原因不再进行消防性能化设计, 但之前经过消防性能化设计
7、的室内步行街防排烟系统中的几种设计方法及措施仍然值得暖通设计师在实践过程中进行借鉴和参考。下面结合笔者负责设计的几个实际工程项目进行总结如下。(1) 图 1 为西安市某商业综合体广场一层平面图。该商业综合体建筑面积约为30 万 m, 室内步行街层数共为三层, 步行街贯穿于综合体建筑的裙房当中, 总长度约为 250 m。室内步行街作为“亚安全区”, 连接着该综合体建筑内的多部疏散楼梯, 在消防疏散时, 建筑中一部分人员是通过步行街间接向室外疏散的。该类型的步行街特点是层数较少 (大多为二至三层) , 一般长度较长, 顶部有直接开向室外的采光窗, 步行街一侧或两侧均有商铺, 中间为通高的中庭, 一
8、般有多个中庭沿步行街分布。按照消防性能化设计要求, 步行街的一侧或两侧的商铺需要单独划分防火单元, 每防火单元的面积不超过 300 m。设置防火单元的目的是在消防状态下最大限度地将火势控制在较小的范围内。商铺面向步行街外廊开门的一面设置防火卷帘, 用于在火灾发生时将商铺与步行街通道隔离。在防排烟系统的设计上, 消防性能化措施要求对步行街采取“二级排烟系统”形式, 第一级排烟设置在一侧或两侧的商铺内, 排烟系统水平方向按防火单元设置, 每防火单元设置独立的排烟系统, 每个防火单元又可以划分多个防烟分区, 每防烟分区均设置一个排烟口, 排烟风机设置在本层的排烟机房内也可以设置在屋面上, 竖向可以负
9、担一至三个排烟系统。这一级排烟系统的作用是当商铺发生火灾时, 尽量将烟气控制在商铺所在的防火单元里, 使烟气不要扩散到步行街“亚安全区域”。消防性能化设计要求的第二级排烟系统是针对上下贯通的步行街中庭。在中庭顶部或上部侧墙上设置排烟口, 这一级排烟主要用于控制由商铺内蔓延至室内步行街的部分烟气, 使烟气尽快由上部排出步行街, 保证在“亚安全区”疏散人员不受烟气伤害 (图 2) 。图 1 西安某商业广场一层平面 (图片来源:作者自绘) 下载原图两级排烟系统在设计计算中均采用常规的计算方法, 其中第一级排烟系统按面积法进行计算, 排烟量按系统所负担的防火单元中最大防烟分区的面积, 每平方米不小于
10、例如图示中最大防烟分区的面积为 98 m 则该排烟系统排烟量为:第二级排烟系统中步行街中庭的排烟量则按体积法进行计算, 按性能化设计要求, 总排烟量按步行街总体积 6 次换气次数进行计算, 将总排烟量分配到多个中庭区域, 在中庭顶部均匀布置排烟机及排烟口, 如本项目中步行街总体积为, 总排烟量为: , 在几个大型中庭区域共布置 26 台排烟机, 每台排烟机的排烟量约为 25 000m/h, 排烟机通过中庭侧面设置的排烟口进行排烟。(2) 图 3 为西安市另外一个商业综合体广场, 该商业综合体广场总建筑面积为27 万 m。商业广场内步行街一共为六层, 沿步行街两侧分布有中小型商铺及大型购物中心、
11、影城、KTV 等商业业态。该步行街的特点为层数较多, 达到六层, 街面长度为 200 m 左右, 属于大型商业步行街。本项目也是经过了消防性能化设计, 消防性能化设计中对步行街的安全提出了更高的要求, 对于步行街的防排烟设计提出了“三级排烟系统”的设计 (图 4) , 即除了前面所示的步行街的两级排烟要求以外, 又增加了一级排烟系统。这级排烟系统是设置在步行街的外廊处, 增加这一级排烟系统的原因是步行街的层数较多, 高度达到 32 m。经消防研究部门试验研究, 烟气在上浮过程中会出现烟气滞留现象。这个现象发生的原因主要是热的烟气气流在向上浮动的过程中不断卷吸周围的冷空气进入烟羽流中, 使得烟气
12、受到冷却, 密度加大, 烟羽流上升速度降低, 烟气大量蔓延和堆积在步行街中庭及回廊上空。虽然中庭顶部有排烟系统, 但因为距离较高, 效果较差, 导致烟气排出困难。在每层回廊处增加回廊的排烟系统后, 使得烟气更不容易扩散到步行街中庭区域;另外也增加了整体的排烟能力, 增强了排烟效果。这一级排烟系统在设计计算上参照建筑内走廊排烟的设计方法, 按走廊的面积, 每平方米不小于 设计排烟机的排烟量。排烟口的布置是沿步行街水平方向均匀布置, 并且满足在步行街回廊任一点到排烟口的距离不大于 30 m, 一般布置在回廊顶部与商铺相邻的侧墙上。排烟口平时关闭, 消防状态下根据情况由消控中心控制开启整个两层回廊的
13、排烟口进行排烟。排烟口也设置手动就地开启装置, 可以人为控制开启, 并且联动排烟风机的开启。图 2 步行街二级排烟系统示意图 (图片来源:作者自绘) 下载原图以上两种防排烟系统设计方法是针对高度及规模不同的步行街而采取的设计方法。设计实施后, 在消防模拟实验及工程验收中基本达到了对步行街烟气控制的要求, 排烟效果是比较满意的。从设计角度来说, 笔者认为这是可实施的有效方式。四、对现行规范关于室内步行街防排烟方式的分析及疑问在现行的建筑设计防火规范 (GB500162014) 中对室内步行街的防排烟做出了明确的要求。在规范中的第 5.3.6 条第 7 项要求:“步行街应设置自然排烟设施并宜采用常
14、开式排烟口, 且自然排烟口的有效面积不应小于步行街地面面积的 25%, 常闭式自然排烟设施应能在火灾时手动或自动开启。”首先从这一条内容来分析, 规范基本摈弃了机械式排烟方式, 认为自然排烟是更可靠的排烟方式。这种情况在南方冬暖夏凉和有条件设置常开自然排烟口的地区, 无疑是可以实施的, 但对于北方寒冷及严寒地区, 或者夏季气候炎热的地区, 设置大面积的常开的排烟口无疑会给平时使用带来诸多的问题导致冷热量散失过大, 降低室内的舒适度, 并且在秋冬季使室外风沙、灰尘进入室内步行街, 使室内空气洁净度降低, 室内环境恶化。因此, 按规范这些地区只能选择常闭式排烟口。而我们知道, 常闭式排烟口其有效的
15、排烟面积比同样大小的常开式排烟口要小, 建筑专业要满足不小于步行街地面面积的 25%的有效面积是很困难的。上文中提到的第一个项目, 步行街面积为 6 560 m, 按规范要求步行街可开启外窗的面积为 6 560 x25%=1 640 m, 如果要设置常闭排烟窗的话, 假定常闭排烟窗的有效面积为 70%, 那么排烟窗的面积实际要达到 2 342 m。本项目中所有中庭顶部开窗面积约 1 800 m, 侧面可开窗面积为 380 m, 总开窗面积为 2 180 m, 仅可满足总开窗面积的 93%, 基本上中庭可设置外窗的部位要全部利用, 所以满足规范中所要求的开窗面积是非常困难的, 需要建筑专业结合建
16、筑立面详细计算确定。图 3 西安某商业广场一层平面图 下载原图(图片来源:作者自绘) 其次, 规范规定了常闭式排烟窗在火灾时要有手动和自动开启装置, 其中自动开启装置由电气专业配合不难实现, 只要在消防控制室做联动控制既可, 而手动开启装置采取何种形式呢?是纯机械操控构件, 还是采用电动操控启动形式?如果是纯机械控制构件, 那么机械联动装置是放置在步行街顶层可操作的位置, 还是放置在步行街一层?如果放置在步行街顶层显然在消防状态时需要有人上至顶层操作, 这不符合人员疏散的常规, 也有危险;如果设置在一层, 那么操控装置需要从步行街中庭顶部排烟窗设置部位引至步行街一层地面人员可以操作的区域, 这
17、在实际工程中将会很难实现, 而且机械联动装置是否足够灵活可以方便操作, 这些还有待相应的产品的进一步研发。因此步行街防排烟方式是否可以采用自然排烟方式, 还有待进一步详细的技术措施的颁布和指导, 我们也期待着新的防排烟规范对这一环节给出可以实施的具体方法。图 4 步行街三级排烟系统示意图 下载原图图片来源:作者自绘) 综上所述, 笔者认为步行街防排烟方式中是否一概要废除机械排烟方式, 自然排烟这种防排烟形式是否适合于不同气候地区的各类室内步行街采用, 还有待进一步详细区分。另外, 排烟口的形式还有待进一步落实措施和进行产品研发。总之, 在大型城市商业综合体建筑中步行街的排烟方式究竟采取哪种形式, 仍将是我们作为暖通设计师在防排烟设计中, 应该关注和进一步探讨的重要问题。注释(1) (1) 参见陆耀庆的实用供热空调设计手册。 (2) (2) 参见建筑设计防火规范 (GB500162014) 。
