《高層民用建筑設計防火規范》在工程運用中的問題探討
摘要: 《高層民用建筑設計防火規范》(GB50045 - 95) 2001 版是建設部于1995 年頒布實施,應該說該規范對建筑工程設計起到較好的指導性作用。但是,由于本規范在全國各地真正實施的時間不到4 年,其中暖通工種的強制性規范中的一些具體條文在工程實際運用中存在的一些問題已經初見彌端,在暖通工種中遇到的常見問題在規范條文中的限制進行分析和探討,務求規范在以后的修訂過程中進行改進。
關鍵詞:規范; 暖通空調; 限制; 修訂
《高層民用建筑設計防火規范》(GB50045 - 95) 2001 版是建設部于1995 年頒布實施的強制性規范,本規范是對《高層民用建筑防火規范》(GBJ45 - 82) 較全面的修訂,其將近十年來的工程實際運用的新問題和老規范在工程運用中的一些矛盾問題得以解決。因此,新規范的實施為工程設計人員提供了較全面的設計依據。但是,規范的制定不可能囊括了全部實際工程的具體情況,而且有較多的情況待設計人員對規范的理解,可以說,這種情況應該是好事,可以發揮設計人員的主觀能動性。但是,畢竟規范的實施是國家的強制性國家標準,任何工程均需要在滿足此規范的前提下才能實施,它同時又給設計人員帶來了困惑,如何解決這些問題即是本文的出發點。
現作者將近幾年工程中的規范與實際工程中的一些矛盾問題提出與大家共勉。
《高層民用建筑設計防火規范》(GB50045 - 95) (以下簡稱《高規》) 第8 節中的規范有下列幾條:
8. 2. 2. 5 凈空高度小于12 m 的中庭可開啟的天窗或高側窗的面積不應小于該中庭地面積的5 %。
8. 4. 1. 3 不具備自然排煙條件或凈空高度超過12 m 的中庭。
8. 4. 2. 3 中庭體積小于17000m3 時,其排煙量按其體積的6 次/ h 換氣計算;中庭體積大于17000m3 時,其排煙量按其體積的4 次/ h 換氣計算;但最小排煙量不應小于102000m3/ h。
對上述幾條的理解應該是:在12 m 以下的中庭,若不能自然排煙,則必須進行機械排煙,若中庭的高度在12 m 以上,即使能進行自然排煙,也必須進行機械排煙。這是由于在火災發生過程中,中庭的建筑性質有助于煙氣的擴散,超過12 m 的中庭在自然排煙中會出現“層化”現象,確實對中庭應該進行較好的防排煙設計。但是,作者在這里想討論的是排煙量的確定。
在有娛樂功能的高層建筑內,中庭往往是建設方首選的功能設置;在一些改造工程中,本無中庭的建筑,建設方將上下左右跨的相臨樓層的樓板打掉,刻意形成中庭以滿足營運需要。在這種情況下的中庭往往高度是小于12 m 以下的(一般情況下建筑物的層高最多到4. 5 m) ,而且,這種中庭又恰恰是在本層建筑的中部,不具備自然排煙條件。按照以上的《高規》條文,必須進行機械排煙,而這種情況下的中庭體積一般是遠小于17 000 m3 ,通常在600 m3 以下(跨距按照8. 4 m 考慮) ,若按照6 次/ h 換氣計算,其中庭的排煙量只有4 800 m3/ h ,為規范最小排煙量的1/ 12 。但是,按照《高規》8. 4. 2. 3 的規定:最小排煙量不應小于102 000 m3/ h。也就是說,若按照排煙口風速10 m/ s 計算,排煙口面積為2. 8 m2 ,按照吊頂內風管高度400 mm 計算,排煙側基本不能布置任何管道和設備,而且,按照一般層高高度和風機的高度,一般最大也只能選到5 號風機,按照其型號中的最大排煙量考慮,也需要10 臺風機。這在實際運用中是很困難的,這是由于中庭四周吊頂內有噴淋管道、電線橋架、空調設備及管道,根據管道布置情況,如此多的排煙管道和排煙機將無法布置。
根據文獻[1] ,中庭的煙氣量計算如下:
中庭著火公式:
式中: m 為高度Z 處,煙羽流質量流量,kg/ s ; Qc為對流換熱量,kW。
對流換熱量與燃燒總放熱量Q 間的關系: Qc=0.7Q。
高度Z 按照兩層的層高取8. 4 m ,燃燒總放熱量Q 的計算如下:
火源考慮在中庭中部,火災場所考慮成娛樂場所。其可燃物材質按照纖維、木柴考慮,燃燒值為4 500 kcal/ kg。中庭面積為64 m2,按照最不利條件考慮,即十套桌椅(每一張桌子配四個沙發) 同時著火燃燒,燃燒質量為5 kg/ 套。燃燒時間考慮初期火災時間:10 min。可以計算燃燒總放熱量為:1 575 kW。
帶入中庭著火公式,可以得到中庭頂部的煙氣量為72 400 m3/ h。
若考慮一半桌椅同時燃燒,帶入計算公式,可以得到中庭頂部的煙氣量為68 000 m3/ h。
此計算排煙量要比規范要求的排煙量低接近一半。另一方面,從工程實際出發,實際可燃物的燃燒值可能要遠低于計算所取燃燒值,這是由于娛樂場所的桌子實際大多為玻璃桌子而并非木桌。因此,排煙量會進一步降低。
作者的意圖并非是要對規范的排煙量提出質疑,而是探討在一些特殊工程中,按照規范規定的排煙量進行設計布置排煙系統明顯不合理的情況下,是否作出一些特殊條文解釋。
當然,從另一角度出發,在一定情況下,排煙量越大,煙氣填充中庭的速度越慢,而且煙氣填充到中庭的最低位置也越高。這有利于火災中中庭內的人員安全疏散;同時,排煙量越大,火災后,中庭恢復初始能見度的時間越短。
從規范的制定的背景出發,中庭排煙量的規定是參照國外的設計規范確定的,這就缺乏有力的理論基礎和實驗支持。而且,從國內外的研究情況看,中庭的機械排煙量如何進行量化確定的研究很少[3] 。因此,國內應加強這方面的研究。
對于實際工程中常見的一些特殊小中庭,是否可以用較簡單的方法進行計算。作者認為,小于12 m 的中庭在火災發生時,是否也可以按照換氣次數進行排煙量的計算,由于這種中庭頂部四周與室內的吊頂高度平齊,煙氣上升過程中不會水平擴散,自然形成隔煙帶,如圖1 所示。
按照上述情況,可以借用按照廠房事故排風的情況進行排煙量計算(當然,這需要火災實驗進行驗證) ,其排煙量可以參考20 次/ h ,風機最小排煙量可以參照8. 4. 2. 1 的規定,最小排煙量不小于7 200 m3/ h。
在高層建筑的正壓送風問題上,經常可以遇到此類情況:在地下室,只有一個防煙前室,在地上部分,防煙前室均可進行自然排煙,按照《高規》規定:
8. 3. 2 高層建筑防煙樓梯間及其前室、合用前室和消防電梯間前室的機械加壓送風量應由計算確定,或按表8. 3. 2/ 1 至表8. 3. 2/ 4 的規定確定。當計算值和本表不一致時,應按兩者中較大值確定。
8. 3. 7. 1 防煙樓梯間為40 ～50 Pa 。
8. 3. 7. 2 前室、合用前室、消防電梯間前室、封閉避難層(間) 為25～30 Pa 。
按照實際工程的調試看,其每層前室的正壓送風量為3 000 m3/ h 以下時,就能夠達到高規規定的正壓值,但是按照《高規》風量表的規定:最小送風量為15 000 m3/ h。也就是,只有一個前室正壓送風的情況下,其最小的送風量也在15 000 m3/ h。按照此送風量,前室的壓力將超過50 Pa 。
另一方面看,在實際的工程的測試中,由于樓梯間的自垂百葉無調節裝置,有的樓梯間的正壓值超過了120 Pa ,但疏散門仍然可以較易打開(我們做了實驗,叫了一個10 歲小孩推門,門依然被推開) 。
因此,高規的規定應將特殊情況下的送風量和正壓壓力值作出說明。
在有的高層建筑地下層,建筑高度大于7 m ,如作為倉蓄式的大型建材超市等。按照《高規》的規定:
5. 1. 6 設置排煙設施的走道、凈高不超過6. 00 m 的房間,應采用擋煙垂壁、隔墻或從頂棚下突出不小于0. 50 m 的梁劃分防煙分區。每個防煙分區的建筑面積不宜超過500 m2 ,且防煙分區不應跨越防火分區。
在這種情況下,由于建筑高度大于了《高規》的需排煙的建筑高度要求,火災條件下,排煙的作用只是將煙氣在火災完畢后的煙氣排走,而不是在火災發生的初期將煙氣排走來保護人員的安全。
因此,這種建筑僅僅可以考慮通風換氣即可,但是,某些地方消防局仍然要求設計院進行排煙設計,如果考慮排煙,其排煙量的確定還待規范確定。
在《高規》的建筑篇里有下一條規定:
5. 2. 7 設在高層建筑內的自動滅火系統的設備室、通風、空調機房,應采用耐火極限不低于2. 00 h 的隔墻,1. 50 h 的樓板和甲級防火門與其它部位隔開。
某些設計院和審圖機關按照倒推法認為,高層建筑的承擔地下通風系統的風機必須設置通風機房。我們按照實際火災發生來考慮,通風排煙系統的目的僅僅是將火災初期的煙氣排走,如果到了火災后期,通風系統的風管可能都已經燃損,不僅排煙已經不起作用,而且風機的保護也得到威脅,火焰可以通過風管或風管進入風機房的穿墻洞口進入風機房,設風機房來保護風機的意義就不明顯了,另一方面,風機的造價很低,用設風機房的目的來保護風機是得不賞失;而且從建設單位出發,采用吊裝風機的目的就是節約占地面積,如果采用了吊裝風機而又去設置機房,是任何一個建設單位不情愿的。
《高規》對防排煙的設計依據一般是只考慮一處火災,不考慮兩處同時火災。但下列圖2 情況卻經常出現。
在通常情況下,若防煙分區1 發生火災,由消防中心控制擋煙設施啟動,同時打開防煙分區1 內的排煙風口,排煙風機啟動,對防煙分區1 內的煙氣進行排煙; 若防煙分區2 發生火災,由消防中心控制擋煙設施啟動,同時打開防煙分區2 內的排煙風口,排煙風機啟動,對防煙分區2 內的煙氣進行排煙。但是,由于我們的排煙風口采用的是電磁式的動作機構,只能啟動一次,即一次動作。若排煙風口是常閉的,風口通過電信號開啟后就不能在通過電信號關閉,同理,常開風口也不能關閉后重新打開,只能通過手動復位。在實際發生火災過程中,若排煙分區處發生火災,而且排煙風管兼做排風風管的地下空間,排煙風口是常開的情況下,消防中心根據煙感信號,依次關閉防煙分區1、2 的風口,則火災區就不能進行排煙了。若風口是常閉的,則火災排煙過程中,則可能造成每區的排煙量不夠,無法達到設計排煙量,只能通過擴大排煙量來達到排煙要求。
同理,如果在4 個防煙分區的地方發生火災,其防排煙的控制就更復雜,如圖3 所示。
不管是《高規》條文還是地方消防局,都沒有對防煙分區處的設施類型作出特殊規定,按照圖2、3 所示,防煙分區處即擋煙設施的兩側一定的范圍內應規定不能放置任何可燃的物品。這對于火災發生后的防排煙的控制是有利的。
因此,由于實際火災的發生有不可預計性,上述特殊情況的處理還待從事暖通空調的工程、科研技術人員共同進行探討。
參考文獻:
[1 ] John H. Klote , d. Sc. ,P. E. . Prediction of Smoke Movement In Atria. Part Ⅰ———Physical Concepts〔J〕. ASHRAE Trans2actions :Symposia ,BN - 97 - 5 - 2.
[2 ] GB 50045 - 95 ,高層民用建筑防火規范〔S〕.
[3 ] 劉方,嚴治軍. 中庭煙氣控制研究現狀與展望〔J〕. 重慶建筑大學學報,1999 ,21(6) :113 - 115.