目前,樹上鳥高層建築佔全國的一大部分。高層建築中也使用了大量易燃的材料進行裝飾,還有大量的家用電器,如果發生火災,這些可燃物在燃燒的過程中將產生大量的有毒煙霧和熱量。往往人們逃生和進行滅火時的障礙正是這些煙霧,也是由於這些有毒的煙霧導致人員的死亡。據統計表明,由於一氧化碳中毒窒息死亡或被其他有毒煙氣燻死者一般佔火災總死亡人數的50-70%以上,而被燒死的人當中,多數是先中毒窒息暈倒後被燒死的。換句話說,一氧化碳是火災時人員傷亡的罪魁禍首。另外,火災發生所產生的煙霧對人的視線的遮擋。使人們在疏散時無法辨別方向,尤其是高層建築因其自身的「煙筒效應」,使煙霧的上升速度非常快,如果不及時迅速地排除,那麼,它會很快地垂直擴散到樓內的各處,危害性是顯而易見的。因此,火災發生後應該立即使防排煙系統工作,把煙霧以最快的速度迅速排出,儘量防止煙霧擴散到樓梯、消防電梯及非火災區域是當務之急。
1.防排煙設計的現狀
由於主觀和客觀的原因,設計單位、消防工程施工單位和相關審批單位對防排煙設施的認識存有一定偏差。主要表現在兩個方面:一方面是防排煙設施的作用未得到充分的認同;另一方面,是防排煙工程設置相對隨意。
我國的機械防排煙技術研究在20 世紀80 年代中期才開始起步,在「八五」、「九五」期間對高層建築樓梯間和地下商業街的控煙技術及煙氣流動特性進行了大量的研究, 取得了一些重大成果。但是,這些研究主要針對工程實際,缺乏系統全面的研究和基礎試驗、基礎理論研究。到目前為止,我國還沒有一部防排煙系統工程設計和施工驗收的國家規範,有關防排煙的設計要求只是穿插在相關防火設計規範中。
2.防排煙的作用
全世界因為重大的火災事故而造成的人員的傷亡和財產的損失是無法彌補的,火災時的煙霧和火焰是導致重大損失的源頭。煙霧使得受災人員在逃亡時看不清視線,找不到出口,難以呼吸,人們在逃亡時還要當心不要吸菸霧避免中毒,以致更不能逃離火場,這些都是由於煙霧而給逃生人員在逃生過程中帶來的阻礙。從消防隊救援的角度講,煙霧會使得消防隊員看不清道路,搜索不到目標,救援速度減慢,錯過了許多救援的時間和機會,甚至有時還導致消防隊員受困,消防隊員的自身安全也受到威脅。總之,煙霧導致受困人員和消防隊員遇到困難的因素。
例如:2007年12月12日上午8時27分,溫州市鹿城區人民路溫富大廈裙樓發生一起死21人、傷2人的特大火災,其中因火場濃煙致命但實際上並沒有接觸火而被濃煙燻死的有19人。又如,2008年9月20日晚10時48分,深圳市龍崗區舞王俱樂部發生特大火災事故,過火面積150平方米,造成44人死亡,58人受傷(其中8人重傷),直接經濟損失1589.76萬元。火災初期,工作人員雖然用手提式乾粉滅火器進行滅火,啟動了自動滅火設施,但均未能有效控制火勢,大火迅速蔓延,產生大量濃煙和毒氣,樓層隨即斷電,排煙設施失效,致使能見度在強光燈照射下不足1米。由於應急燈配置嚴重不足,加上疏散通道狹窄複雜,大廳玻璃鏡牆反光,誤導了逃生路線。
以上這兩起特大的火災傷亡事故,足以證明煙霧的危害性的重大,同時也說明防排煙系統的重要性。假如這兩起火災發生的地方安裝了防排煙系統,並且可以正常運行的話,在火災發生時及時的啟動防排煙系統,使得有毒氣體和煙霧首先被排走,那麼就不會造成如此之大的傷亡和損失。許多高層建築、地下工程、交通隧道、公共娛樂場所火災事故造成人員重大傷亡的慘重教訓,使人們清楚地認識到防排煙系統重要性和必要性。火災事實告訴我們:在火災發生時防排煙系統能有效地控制煙氣的蔓延;並且使排煙迅速及時,對救人、救災工作起著關鍵的作用。它關係到救災救人成功與否的重要消防設施,我們暖通設計人員必須慎重對待,不可掉以輕心。
3.高層建築防排煙的方式
目前,高層建築防排煙方式主要有自然排煙、機械排煙、機械加壓送風防煙三種。
國內一些較大型的高層建築中的房間、走廊、中庭、避難層、防煙樓梯間及其前室,消防電梯前室或合用前室等採取自然排煙、機械排煙、機械加壓送風等這幾種處理方式,但各種處理方式所選擇的計算方法及計算參數卻不盡一致。
3.1自然排煙
自然排煙是利用火災產生的熱流的浮力和外部風力通過建築物的對外開口把煙氣排至室外的排煙方式,其實質上就是熱煙氣與室外冷空氣的對流運動,其動力是火災加熱室內空氣產生的熱壓和室外的風壓。自然排煙的方式有兩種:①豎井排煙。其原理是依靠室內火災時產生的熱壓和室外空氣的風壓形成「煙囪效應」排煙。不需要能源,設備簡單;但豎井需要兩個(排煙口和進風口)較大的截面積(否則排煙效果不佳),佔用建築面積較多;排煙效果不均勻;適用性有局限。②利用建築的陽臺、凹廊或在外牆上設置便於開啟的外窗進行無組織的排煙。這種排煙方式不需要專門設備,不需要能源,適用性廣,可與建築物原有構造結合;其缺點是因受室外風向、風速和建築本身的密封性或熱壓作用的影響,排煙效果不太穩定。
自然排煙方式的優點是:結構簡單,投資少,而且不需要外加的動力,運行維護費用也少,但是也存在不少問題,除了上文提到的排煙效果不穩定外,還有對建築物的結構有特殊要求,存在火災通過排煙口向緊鄰上層蔓延的危險性等。因此,考慮我國的消防設備現狀和經濟實力,一些具有重大影響的高層建築除了採用設備簡單、切實可行的自然排煙方式外,還有必要採用機械排煙。
儘管《高層民用建築設計防火規範》允許並部分提倡(高層住宅等)疏散樓梯間及前室採用自然排煙防煙,而允許煙氣引入安全保護區域,在安全可靠性方面無疑遜色於機械加壓送風,故條件允許時,建議儘量不採用此方式。
3.2機械排煙
機械排煙方式是用機械設備強制送風(或排煙)的手段來排除煙氣的方式。送風和排煙可全部藉助機械力作用,也可一個藉助機械力的作用,另一個則藉助自然通風或排煙作用,據此,機械排煙又具體分為三種方式。①全面通風排煙方式:對著火房間進行機械排煙,同時對走廊、樓梯(電梯)前室和樓梯間進行機械送風,控制送風量略小於排煙量,使著火房間保持負壓,以防止煙氣從著火房間漏出的排煙方式;②機械送風正壓防煙方式:用送風機給防煙前室和樓梯間等送新鮮空氣,使這些部位的壓力比著火房間相對高些,著火房間的煙氣經專設的排煙口或外窗以自然排煙的方式排出;③機械負壓排煙方式:用排煙風機把著火房間內的煙氣通過排煙口排至室外的方式。
根據高層建築設計防火規範8.4.1.1 無直接自然通風,且長度超過20m的內走道或雖有直接自然通風,但長度超過60m的內走道。應設置機械排煙設施。在實際應用中遇到過這一情況:在同一防火分區內走道長度為50米,但是中間有兩道門將50米走道分成三個獨立的內走道,都不超過20米,問題一,需要設置機械排煙系統,但是排煙口的設置是否每一個內走道內需設置,或者按30米距離設置呢?問題二,如果內走道門上有通風孔或百葉,也需要這樣嗎?問題三,如果這個門改為防火門,牆改為防火牆,這樣自然形成了三個防火小單元,但是建築還是定義這個整個樓層為一個防火分區,是否還需要設置機械排煙系統嗎?經過反覆推敲,問題一:需設置排煙系統,排煙風口也需每個區域設置。問題二:需設置排煙系統,排煙風口按30米設置即可。問題三,不需要設置了,畢竟如果任何人從一個區域疏散至另一個區域,雖然建築沒有說明是一個防火分區,實質是三個防火分區。人群從哪個分區都能憋一口氣逃生。
3.3機械加壓送風防煙
此方式是通過通風機所產生的氣體流動和壓力差來控制煙氣的流動,即要求煙氣不侵入的地區增加該地區的壓力。機械加壓送風方式早在第二次世界大戰時期已出現,一些國家曾經利用它來防止敵人投放的化學毒氣和細菌侵入軍事防禦作戰部門的要害房間。在和平時期,又有人利用它在工廠裡製造潔淨車間,在醫院裡製造無菌手術室等,都取得明顯的效果。如今,機械加壓送風技術又廣泛應用在高層建築防煙方面,並已被廣大的工程技術人員所承認,世界很多國家均設有研究中心和試驗樓。如:美國的布魯克弗研究所的十二層辦公大廈、德國漢堡一座七層辦公大樓等均被列為機械加壓送風防煙方式的試驗地或研究中心。我國近幾年來高層建築發展很快,對機械加壓送風的防煙技術從研究到應用均取得了很大的進展。這種方式已廣泛被設計人員接受並掌握,利用機械加壓防煙技術的高層建築在我國已有2000餘幢。機械加壓送風防煙達到了疏散通道無煙的目的,從而保證了人員疏散和撲救的需要。從建築設備投資方面來說,均低於機械排煙的投資。因此,這種方式是值得推廣採用的。
4. 測試防排煙系統的功能
測試防排煙系統的功能是否齊全看是否滿足一下需求:風機配電是否滿足要求,在最末一級配電箱處是否設置自動切換裝置;風機在消防控制室是否一對一的啟動按鈕,一旦發生火災,加壓送風機是否能立即啟動;送風口(常開加壓送風口除外)是否設置手動和自動開戶裝置,是否有與感煙探測器連鎖的自動開啟裝置或消防控制中心遠距離控制的開啟裝置;在消防控制室是否有風機一對一的手動操作按鈕;當任一排煙口或排煙閥開啟時,排煙風機是否能自行啟動;在排煙支管和排煙風機的機房入口處是否設有當煙氣溫度超過280℃能自行關閉的排煙防火閥;同一防煙分區設置的數個排煙口,是否能做到所有排煙口同時開啟。
5.總結
科學合理地設置防排煙系統對於高層建築來說非常重要,它意味著在火災發生時,能有效的阻擋和及時排除有害煙氣,從而保證人員安全疏散和火災撲救。另外,我們平時也要加強高層建築防排煙設施的維護與管理,這是非常有必要的。