中庭建筑火灾排烟措施

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据火灾统计分析，火灾过程中造成人员致死的主要原因是烟气和热，占火灾中死亡人数的75%～95%。因此，研究探讨建筑火灾中烟气在建筑内部的流动特性，对进行合理的建筑防火、防排烟设计，控制火灾的蔓延扩大，减少伤亡及财产损失具有重大指导意义。

（一）中庭建筑的定义

《民用建筑防排烟设计规程》中给出的中庭的定义为：三层或三层以上、且短边不小于6m的大容积空间，即称为中庭。

（二）中庭建筑火灾中烟气层的形成

中庭建筑的烟气流动不同于普通建筑，有其自身的运动规律和特性。烟气在上升过程中会卷吸大量周围冷空气，并可能导致以下两方面的后果：一方面，火灾产生的高温气体上升到火焰上方形成烟羽流，烟羽流受热浮力驱动上升，在上升过程中，不断卷吸周围的空气，在浮力、膨胀力和“烟囱效应”等作用下,烟气上升到顶棚，进而沿顶棚四周向下扩散填充，形成烟气层。随着火灾的发展，烟气层厚度不断增加，当烟气层下降到其它层顶棚以下时，热烟气就会逐渐蔓延到着火层以上各层。另一方面，烟气在中庭的上升过程中，由于层高较高，随着高度的增加，烟气通过上部墙壁开口、缝隙、建筑导热构件等散热很大，烟气温度逐渐降低，其上浮力越来越小，上升到一定高度后可能会出现“层化”现象，即在火灾初期火场温度较低，同时烟气在上升过程中被不断卷入的低温空气冷却，部分下落，在未达到顶部空间时就横向扩展，逐步停止上升，从而在中庭的中间或稍底位置，在热对流的作用下形成混合气流，致使烟流方向倒转。实验证明，相当多的烟气在上升到22m后，再上升的速度已相当缓慢，常常无法到达中庭建筑顶部而悬浮在中庭中部偏高处形成烟气层。

（三）中庭建筑火灾条件下烟气的流动特性

通过对烟气层的受力分析，不难看出，中庭建筑发生火灾时，悬浮的烟气层将受到两个力的作用：一是本身重力，二是上浮力。二力平衡的支撑面则是“中性面”。“中性面”对人的危害作用是很大的。中性面的主要特征是：在中性面的范围内，既不进风，又不排气。人处在中性面范围内将很难生存。中性面越低，对人的危害越大。“中性面”的基本含义是室内压力等于室外压力的一个理论分界面。一般情况下，中性面以下空间，空气从外部通过门窗、缝隙等向内部渗入；中性面以上空间，空气则由内部向外部渗出。而处在中性面范围内的空气却几乎是不流动的。中庭建筑发生火灾时，烟气量越大，其本身重力越大，中性面越低；反之，烟气排出量越大，烟气重力越小，中性面越高。中庭建筑底部开口越多（大），进入的空气量越多，燃烧越猛，烟气温度越高，上浮力越大，中性面越高；反之，下部开口越少（小），进入的空气量越少，物质燃烧越不完全，产生的温度越低，烟气的上浮力越小，中性面越低。再次，外部风力对中庭建筑内部的烟气中性面也有较大的影响。上部迎风面若开口，大量空气被压入，烟气层下移，中性面下降。因此，上部迎风面开口，不仅不利于排烟，反而促使烟气向下运动，中性面降低，对人员的危害也就越大。

（四）中庭建筑排烟存在的主要问题

1.中庭建筑空间高大，机械排烟效率低，难以达到控制烟气层降低的要求实验证明，排除空间较高建筑内的烟气比排除空间较低建筑内的烟气要困难得多。对大空间中庭建筑顶部排烟而言，较低的中庭建筑可以直接在屋顶设天窗进行自然排烟，较高的中庭建筑往往不能进行自然排烟，其机械排烟效率也随其高度的增加而降低。其主要原因是：上部空气温度比下部空气温度高。一般情况下，这个差值随着中庭建筑高度的增加而增大。从而导致其内部烟气层比贴近屋顶的空气层的温度低，在离屋顶一定距离处，烟气层便失去了浮力作用，烟气层将很难上升到屋顶，并且上升到一定高度转而下沉。另外，目前一些中庭建筑设置的排烟机，从其实际动作看，排出的除烟气外，还有大量渗入空气。且建筑高度越高，渗入的空气量越大，烟气将被大量空气稀释，大大减少了排烟机的排烟量，降低了排烟效率。

2.排烟口设置不合理，烟气难以有效通过排烟口而排出据调查，中庭建筑的排烟口都是按目前《高规》的要求，设置在顶棚或靠近顶棚的墙面上。若按这一规定设置排烟口，对大空间中庭建筑来说，是难以达到排烟要求的。因为大空间中庭建筑内的烟气层不可能到达其顶部，因而也就不可能接近排烟口，烟气也就难以高效通过排烟口而排出。

（五）中庭建筑火灾中的排烟对策

1.设置伸缩式排烟管道的活动排烟口，插入烟层内机械排烟。大空间中庭建筑本身的建筑特点及发生火灾时烟气的流动特点告诉我们，对中庭建筑仅设简单的自然排烟方式是不够的，应在自然排烟方式的前提下，采取特有的机械防排烟方式。即：带有“伸缩式排烟管道的排烟口”设置在大空间中庭建筑顶部，火灾时，通过手动、自动按钮，位于大空间中庭建筑顶部的排烟口下移，伸入到下部烟层内进行排烟，把烟气层底面高度控制在对人员没有危害的高度。

2.设置软质活动式挡烟重壁与水幕联合系统，将烟气团有效地控制在一定的空间内，建立中庭中上部防烟分区，为实施有效机械排烟创造条件。软质活动式挡烟垂壁，平时卷缩在中庭建筑顶部；火灾时，通过自动、手动按钮，使软质活动式挡烟垂壁下降至有效防排烟的高度。同时，水幕系统开启，对其进行保护。

3.对于中庭式大空间建筑这类特殊建筑，只设置一种探测器是无法满足要求的，必须对火灾中出现的多种物理现象进行多参量复合监测，以降低误报警。因此，中庭式大空间建筑可以在与其相连的各个楼层顶棚上设置感烟探测器和CO气体探测器，由于CO是火灾烟气的主要产物，也是危害人员生命的主凶，当可见烟气被发现时，CO可能早就扩散到人员所在区域，在火灾案例中，常有当人们发现浓烟时，有人已经因吸入CO而无力逃生；在中庭墙壁的适当位置布置线型红外光束感烟探测器，在中庭高度1/2的墙上和顶棚布置烟雾图象探测器和火焰图象探测器。装有热像仪的图象探测器，其红外摄像头接收物体表面发射的红外能量并将其转换成电信号，然后由图像处理器将电信号转换成数字信号予以存储并在显示器上显示出来。图象探测器可以在大空间、大面积、多粉尘、高湿度及室外环境中使用，可对火灾现象中的图象信息作出快速反应并提供直观的火灾信息。

4.排烟口的流速、尺寸和布置位置在很大程度上影响排烟的效果。排烟口的流速不宜过大，否则会卷吸大量的空气，降低排烟的效果，排烟口的流速不宜大于10m/s。在排烟通道中，条缝形排烟口对整个排烟口都是有效的，而矩形排烟口则不容易排掉通道两则的烟气。通常排烟口的最小面积一般不小于0.04m2。在设置排烟口的时候，注意应使排烟方向与人员疏散方向相反。同时，排烟口的布置位置应考虑建筑地区的常年风向以及风频，或在不同的方向设置排烟口，防止排烟口的设置方向与常年风向相反，致使出现烟气倒流现象，影响烟气顺利排出。

总之，掌握火灾中烟气的流动特性，设置有效的排烟系统，就是为了：①维持一定高度的冷空气层，为人员安全疏散和消防队员进行有效的灭火战斗及救援提供必要的条件；②控制烟气流动，为人员的安全疏散提供可靠的安全疏散通道；③推迟发生轰燃的时间或避免发生轰燃；④防止或减少烟气对财产造成的损失；⑤尽可能地减少烟气对建筑构件的破坏。