第十一讲 民用建筑火灾烟气的控制

第十一讲 民用建筑火灾烟气的控制

本讲主要学习内容：建筑火灾烟气特性；烟气流动规律；烟气的控制原则；排烟方式。 11.1 建筑火灾烟气的特性及控制的必要性

建筑火灾烟气的特性：危害性大；烟气的毒害性；烟气高温危害；烟气遮光作用 建筑火灾烟气控制的必要性

建筑火灾烟气的成分：发生火灾时物质在燃烧和热分解作用下生成产物与剩余空气的混合物；烟气的化学成分主要有：CO 2、CO 、水蒸气、其他气体：氰化氢(HCN)、氨(NH3)。

案例：韩国汉城一饭店：火焰沿风道从2层烧到21层顶层，死伤224人;

美国亚特兰大一饭店：3楼走道着火，全部烧毁，死伤220人;

杭州一宾馆：电焊烧着风道保温材料，从一层烧到顶层;

1996年4月11日下午，德国杜塞尔多夫机场：电焊作业引起大火, 半小时内火焰沿空调管道扩散到2/3面积, 乘客与员工16人丧生,60多人受伤;

1998年3月，伦敦Heathrow 机场：厨房排烟风道沉积的油渍着火，火焰沿风管蔓延到200米以外

火灾伤亡原因：烟气是造成火灾死亡事故的主要原因；烟气中的CO2、HCN 、NH3等是有毒性气体；大量的CO2气体及燃烧后消耗了空气中大量氧气，引起人体缺氧而窒息；当光线通过烟气时, 致使光强度减弱, 能见度降低, 不利于疏散与扑救. ；空调风道是火灾蔓延和烟气传播的主要途径比例高达80％。

建筑防火排烟的目的是为了安全

怎样防止火灾：人人思想上要高度重视；建筑物、家具、空调设备所用材料的非燃化；对可燃物加以妥善处置；

建筑物起火应采取的措施；立即使用各种消防设施, 隔绝新鲜空气的供给, 切断燃烧的部位；

为确保有效的疏散通路, 必须设置防烟排烟设施, 保证人员的安全疏散转移。

高层民用建筑设计防火规范（GB50045－95）。

11.2 火灾烟气的流动规律与控制原则

1）火灾烟气流动的规律：

扩散引起的烟气流动：浓度差产生的质量交换，着火区的烟粒子或其他有害气体的浓度大，必然会向浓度低的地区扩散，与其他因素相比迁移的能力较弱

烟囱效应引起的烟气流动；浮力引起的烟气流动；热膨胀引起的烟气流动；

风力引起的烟气流动：着火房间在正压侧, 引导烟气向负压侧的房间流动；着火房间在负压侧, 风压引导烟气向室外流动；

通风空调系统引起的烟气流动：系统运行时, 空气流动方向即为烟气流动方向, 从回风口、新风口进入；系统不运行时, 在烟囱效应、浮力、热膨胀和风压的作用下, 各房间压力不同, 烟气通过房间的风口、风道传播。

火灾烟气的控制原则：

隔断与阻挡：防火分区、防烟分区

排烟：利用自然和机械作用力, 将烟气排出室外；排烟部位：着火区、疏散通道 加压防烟 ：门开启时, 门洞有一定的向外风速；门关闭时, 室内有一定正压值

空调设计与防火防烟

◇防火分区的目的：防止火灾的扩大及蔓延

◇分区方法：根据房间用途和性质不同对建筑物进行防火分区；在分区内应设置防火墙、防火门，防火卷帘等

◇建筑设计规定：楼梯间、通风竖井、风道空间、电梯、自动扶梯升降通路等形成竖井的部位要作为防火分区；楼层防火分区。

◇防烟分区：建筑设计规定，防烟分区是对防火分区的细分化；应该排烟的部分其面积在500m2以内, 采用防烟壁作分区, 在各防烟划分区内分别设置一个排烟口；排烟口到防烟区的各点应在30m 以内；

◇防烟分区划分方法：应尽量按不同用途在竖向作楼层分区隔断与阻挡——排烟口的位置。

◇加压排烟：采用机械送风系统向需要保护的地点输送大量的新鲜空气；对于有排风和回风系统时则应关闭；在保护区形成正压区域, 使烟气不能入侵其间；在非正压区内将烟气排出。

◇空调设计与防火防烟：

空调系统的选择与布置：大面积空调采用以水作媒介有利于防灾；空调系统划分尽量与防火、防烟分区一致；垂直风道均走竖井；风道尽量不穿越防火墙和变形缝, 否则要设置防火、防烟阀, 穿墙处采用软接头；高层建筑中, 一个空调系统负责楼层不宜超过5层(指空气系统)

空调风系统防火防烟阀的安装：防烟阀贴近防火墙处安装, 防火墙与防火阀之间的风道 要用1.5 mm以上钢板制作；变形缝有“拔火”作用, 穿越变形缝的风道两侧都要加防火阀；防火墙和变形缝两侧2米范围内用不燃材料作保温和粘结剂. 垂直风管与每层水平风管的交 接处的水平风管上设置防火阀。

防火调节阀：防火并兼作风量调节；防火防烟阀门：在空调系统上设置防火防烟阀门。 11.3 自然排烟

自然排烟的原理：利用热烟气产生的浮力、热压和其他自然作用力使烟气排出室外。 排烟的两种方式：利用外窗或专设的排烟口；利用竖井排烟；

自然排烟方式：以自然排烟竖井或开口部分向上或向室外排烟；竖井利用火灾时热压差产生的抽引力来排烟；

存在的问题：通过开口部分向外排烟时，在风向不利时会影响排烟效果

优点：简单、经济

11.4 机械排烟

房间或控制区域的排烟风：机械排烟的排烟量必须大于烟气生成量；火层或火区有6次/h排烟量, 能够形成一定的负压；国际标准：排烟量>6次/h；我国“高规”标准：内走廊、房间、防烟分区的排烟量按地面面积≥60m3/h.m2 [(1/60)m3/(s .m2)]，建筑内部的中庭4～6次/h,≦28.3m3/s。

机械排烟系统的总风量和管路风量：

排烟风量:总风量≠各房间风量叠加；系统只考虑2个房间可能出现火灾的最不利情况 “高规”规定机械排烟总风量：按系统中面积最大的房间或防烟分区每平方米地面面积1/30m3/s(120m3/h)确定；最小风量≦2m3/s；只有一个房间的排烟管路按房间排烟风量选择。

内走道的机械排烟系统；多房间的机械排烟系统；

火灾排烟：火灾初期一般仅有一个火源点；排烟仅为1～2个房间(区域) ；总风量≠各支管风量之和。

排烟系统的水力计算：不必进行风量平衡；选择风量最大、风管较长的一支进行计算；对最远的支管进行校核；排烟风口υ≤10m/s；金属风管风速υ≤20m/s；非金属风管风速υ≤15m/s

排烟风道：排烟风道的材料要求，具有一定耐火性能的不燃材料；竖风道：混凝土或砖砌风道，耐火性和绝热性较高，表面粗糙、漏风量大

顶棚内的水平风管：宜采用耐火板制作；钢板风道, 应用不燃材料保温

排烟风机：电机外置的离心风机或轴流风机；具有耐火性能：280℃高温连续运行30min ；专用机:电机内置被包裹, 并有冷却宜设置在屋顶或屋顶层(排烟风机房) ；风机房结构为不燃材料；风机的排出管不宜太长, 不免烟气泄出。

11.5 加压防烟

高层建筑中需要加压防烟的部位：垂直疏散通道：避难层（间）；

加压防烟的基本计算公式：门洞风速法；压差法。

防烟楼梯间加压系统的计算；前室加压系统的分析；避难层的加压系；楼梯间加压时的空气流动；电梯间前室加压系统。

排烟模式：

1. 加压排烟：保护区(非火灾区、避难层) 正压。

2. 负压排烟：把烟气抽出去，自然进风，如下进上排。注意着火区位置，避免火灾蔓延。气流组织困难，不够安全。

3. 自然排烟：自然排烟竖井、门窗，热压。

4. 空调系统排烟：空调器旁通，吊顶送风口排烟。使着火区负压，非着火区正压。 案例1. 美国西雅图大厦

采用计算机安全控制系统；火灾时非火灾区域空调系统继续送风，停止回、排风 11.6 加压防烟系统的几个问题分析

正压区墙体的漏风量：围护结构砖墙、混凝土砌块墙、混凝土现浇墙等不确定因素的漏风附加；

正压区超压问题：设置泄漏阀；风机变频调节风量；其他方法调节风量

热压对加压防烟系统的影响：加压区超压问题；热压对加压防烟系统的影响

思考题：

建筑火灾烟气的特性；火灾烟气的控制方法；自然排烟的特点，机械排烟的特点；加压防烟的特点与作用

撰写论文：

● 火灾烟气的控制方法研究

● 自然排烟与机械排烟系统分析

● 加压防烟与负压排烟系统分析

第十一讲 民用建筑火灾烟气的控制

本讲主要学习内容：建筑火灾烟气特性；烟气流动规律；烟气的控制原则；排烟方式。 11.1 建筑火灾烟气的特性及控制的必要性

建筑火灾烟气的特性：危害性大；烟气的毒害性；烟气高温危害；烟气遮光作用 建筑火灾烟气控制的必要性

建筑火灾烟气的成分：发生火灾时物质在燃烧和热分解作用下生成产物与剩余空气的混合物；烟气的化学成分主要有：CO 2、CO 、水蒸气、其他气体：氰化氢(HCN)、氨(NH3)。

案例：韩国汉城一饭店：火焰沿风道从2层烧到21层顶层，死伤224人;

美国亚特兰大一饭店：3楼走道着火，全部烧毁，死伤220人;

杭州一宾馆：电焊烧着风道保温材料，从一层烧到顶层;

1996年4月11日下午，德国杜塞尔多夫机场：电焊作业引起大火, 半小时内火焰沿空调管道扩散到2/3面积, 乘客与员工16人丧生,60多人受伤;

1998年3月，伦敦Heathrow 机场：厨房排烟风道沉积的油渍着火，火焰沿风管蔓延到200米以外

火灾伤亡原因：烟气是造成火灾死亡事故的主要原因；烟气中的CO2、HCN 、NH3等是有毒性气体；大量的CO2气体及燃烧后消耗了空气中大量氧气，引起人体缺氧而窒息；当光线通过烟气时, 致使光强度减弱, 能见度降低, 不利于疏散与扑救. ；空调风道是火灾蔓延和烟气传播的主要途径比例高达80％。

建筑防火排烟的目的是为了安全

怎样防止火灾：人人思想上要高度重视；建筑物、家具、空调设备所用材料的非燃化；对可燃物加以妥善处置；

建筑物起火应采取的措施；立即使用各种消防设施, 隔绝新鲜空气的供给, 切断燃烧的部位；

为确保有效的疏散通路, 必须设置防烟排烟设施, 保证人员的安全疏散转移。

高层民用建筑设计防火规范（GB50045－95）。

11.2 火灾烟气的流动规律与控制原则

1）火灾烟气流动的规律：

扩散引起的烟气流动：浓度差产生的质量交换，着火区的烟粒子或其他有害气体的浓度大，必然会向浓度低的地区扩散，与其他因素相比迁移的能力较弱

烟囱效应引起的烟气流动；浮力引起的烟气流动；热膨胀引起的烟气流动；

风力引起的烟气流动：着火房间在正压侧, 引导烟气向负压侧的房间流动；着火房间在负压侧, 风压引导烟气向室外流动；

通风空调系统引起的烟气流动：系统运行时, 空气流动方向即为烟气流动方向, 从回风口、新风口进入；系统不运行时, 在烟囱效应、浮力、热膨胀和风压的作用下, 各房间压力不同, 烟气通过房间的风口、风道传播。

火灾烟气的控制原则：

隔断与阻挡：防火分区、防烟分区

排烟：利用自然和机械作用力, 将烟气排出室外；排烟部位：着火区、疏散通道 加压防烟 ：门开启时, 门洞有一定的向外风速；门关闭时, 室内有一定正压值

空调设计与防火防烟

◇防火分区的目的：防止火灾的扩大及蔓延

◇分区方法：根据房间用途和性质不同对建筑物进行防火分区；在分区内应设置防火墙、防火门，防火卷帘等

◇建筑设计规定：楼梯间、通风竖井、风道空间、电梯、自动扶梯升降通路等形成竖井的部位要作为防火分区；楼层防火分区。

◇防烟分区：建筑设计规定，防烟分区是对防火分区的细分化；应该排烟的部分其面积在500m2以内, 采用防烟壁作分区, 在各防烟划分区内分别设置一个排烟口；排烟口到防烟区的各点应在30m 以内；

◇防烟分区划分方法：应尽量按不同用途在竖向作楼层分区隔断与阻挡——排烟口的位置。

◇加压排烟：采用机械送风系统向需要保护的地点输送大量的新鲜空气；对于有排风和回风系统时则应关闭；在保护区形成正压区域, 使烟气不能入侵其间；在非正压区内将烟气排出。

◇空调设计与防火防烟：

空调系统的选择与布置：大面积空调采用以水作媒介有利于防灾；空调系统划分尽量与防火、防烟分区一致；垂直风道均走竖井；风道尽量不穿越防火墙和变形缝, 否则要设置防火、防烟阀, 穿墙处采用软接头；高层建筑中, 一个空调系统负责楼层不宜超过5层(指空气系统)

空调风系统防火防烟阀的安装：防烟阀贴近防火墙处安装, 防火墙与防火阀之间的风道 要用1.5 mm以上钢板制作；变形缝有“拔火”作用, 穿越变形缝的风道两侧都要加防火阀；防火墙和变形缝两侧2米范围内用不燃材料作保温和粘结剂. 垂直风管与每层水平风管的交 接处的水平风管上设置防火阀。

防火调节阀：防火并兼作风量调节；防火防烟阀门：在空调系统上设置防火防烟阀门。 11.3 自然排烟

自然排烟的原理：利用热烟气产生的浮力、热压和其他自然作用力使烟气排出室外。 排烟的两种方式：利用外窗或专设的排烟口；利用竖井排烟；

自然排烟方式：以自然排烟竖井或开口部分向上或向室外排烟；竖井利用火灾时热压差产生的抽引力来排烟；

存在的问题：通过开口部分向外排烟时，在风向不利时会影响排烟效果

优点：简单、经济

11.4 机械排烟

房间或控制区域的排烟风：机械排烟的排烟量必须大于烟气生成量；火层或火区有6次/h排烟量, 能够形成一定的负压；国际标准：排烟量>6次/h；我国“高规”标准：内走廊、房间、防烟分区的排烟量按地面面积≥60m3/h.m2 [(1/60)m3/(s .m2)]，建筑内部的中庭4～6次/h,≦28.3m3/s。

机械排烟系统的总风量和管路风量：

排烟风量:总风量≠各房间风量叠加；系统只考虑2个房间可能出现火灾的最不利情况 “高规”规定机械排烟总风量：按系统中面积最大的房间或防烟分区每平方米地面面积1/30m3/s(120m3/h)确定；最小风量≦2m3/s；只有一个房间的排烟管路按房间排烟风量选择。

内走道的机械排烟系统；多房间的机械排烟系统；

火灾排烟：火灾初期一般仅有一个火源点；排烟仅为1～2个房间(区域) ；总风量≠各支管风量之和。

排烟系统的水力计算：不必进行风量平衡；选择风量最大、风管较长的一支进行计算；对最远的支管进行校核；排烟风口υ≤10m/s；金属风管风速υ≤20m/s；非金属风管风速υ≤15m/s

排烟风道：排烟风道的材料要求，具有一定耐火性能的不燃材料；竖风道：混凝土或砖砌风道，耐火性和绝热性较高，表面粗糙、漏风量大

顶棚内的水平风管：宜采用耐火板制作；钢板风道, 应用不燃材料保温

排烟风机：电机外置的离心风机或轴流风机；具有耐火性能：280℃高温连续运行30min ；专用机:电机内置被包裹, 并有冷却宜设置在屋顶或屋顶层(排烟风机房) ；风机房结构为不燃材料；风机的排出管不宜太长, 不免烟气泄出。

11.5 加压防烟

高层建筑中需要加压防烟的部位：垂直疏散通道：避难层（间）；

加压防烟的基本计算公式：门洞风速法；压差法。

防烟楼梯间加压系统的计算；前室加压系统的分析；避难层的加压系；楼梯间加压时的空气流动；电梯间前室加压系统。

排烟模式：

1. 加压排烟：保护区(非火灾区、避难层) 正压。

2. 负压排烟：把烟气抽出去，自然进风，如下进上排。注意着火区位置，避免火灾蔓延。气流组织困难，不够安全。

3. 自然排烟：自然排烟竖井、门窗，热压。

4. 空调系统排烟：空调器旁通，吊顶送风口排烟。使着火区负压，非着火区正压。 案例1. 美国西雅图大厦

采用计算机安全控制系统；火灾时非火灾区域空调系统继续送风，停止回、排风 11.6 加压防烟系统的几个问题分析

正压区墙体的漏风量：围护结构砖墙、混凝土砌块墙、混凝土现浇墙等不确定因素的漏风附加；

正压区超压问题：设置泄漏阀；风机变频调节风量；其他方法调节风量

热压对加压防烟系统的影响：加压区超压问题；热压对加压防烟系统的影响

思考题：

建筑火灾烟气的特性；火灾烟气的控制方法；自然排烟的特点，机械排烟的特点；加压防烟的特点与作用

撰写论文：

● 火灾烟气的控制方法研究

● 自然排烟与机械排烟系统分析

● 加压防烟与负压排烟系统分析