本文描述了國外防排煙技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,對國內(nèi)的防排煙技術(shù)現(xiàn)狀進行綜合分析,提出了今后一段時間我國防排煙技術(shù)的研究方向及發(fā)展目標(biāo)。
隨著人們生活水平的提高,在現(xiàn)今的建筑內(nèi),各種室內(nèi)用品及家具利用合成材料的數(shù)量和品種越來越多,不僅熱釋放速率在隨其變化,其燃燒產(chǎn)生的有害氣體也變得更為復(fù)雜,因此,火災(zāi)煙氣對人的生命安全威脅是最大的。
火災(zāi)煙氣的危害性有三個方面:毒害性、減光性、恐怖性。當(dāng)煙氣溫度過高時也會對人的生命造成極大危害,據(jù)研究,人在70°C的高溫?zé)煔庵兄挥卸虝r的忍耐時間。近二、三十年來,防排煙(或稱煙氣控制SmokeControl)問題已成為國際消防界和建筑設(shè)計領(lǐng)域重點關(guān)注的問題。
擋煙垂壁在80年代開始廣泛應(yīng)用,80年代初加拿大國家研究院建造了世界上首座高層建筑火災(zāi)試驗塔,主要進行高層建筑的機械防排煙的研究,因而,北美成為全世界機械防排煙的研究中心之一。機械防排煙技術(shù)非常適用于多層大型建筑(如購物中心)、高層建筑、地下建筑、無窗建筑,如世界最高建筑馬來西亞吉隆坡的雙塔采用了機械正壓送風(fēng)和排煙的煙控方式。它可以不受建筑結(jié)構(gòu)形式的限制和環(huán)境、氣象條件的影響。該系統(tǒng)需要配備與其功能相適應(yīng)的風(fēng)口、風(fēng)閥、送風(fēng)排煙管道、風(fēng)機和啟閉聯(lián)動系統(tǒng)等,試驗研究和實際火災(zāi)證明其防排煙效果是非常好的,對保證疏散通道安全,協(xié)助消防隊員撲滅火災(zāi)起到了非常重要的作用,雖然該方法費用較高,占用建筑空間較多,目前還無其它方法可以完全代替,是目前公認的最為安全有效的控?zé)煼椒ā，F(xiàn)在絕大部分高層建筑、地下商業(yè)建筑都采用機械防排煙技術(shù)作為主要的消防安全措施。由于中庭式建筑在20世紀(jì)80年代被建筑師們越來越多的采用,20世紀(jì)90年代中庭及大空間建筑的防排煙問題受到重視,在這些建筑中專家們開始傾向采用機械防排煙技術(shù)。
防排煙工程的目的是要防止火災(zāi)產(chǎn)生大量的煙氣,阻止煙氣的迅速蔓延,確保人員的安全疏散和改善撲救條件。為達上述目的,現(xiàn)代防排煙技術(shù)及方法主要有:設(shè)置機械排煙、送風(fēng)系統(tǒng),進行機械排煙或正壓送風(fēng)防煙;對建筑進行防煙分隔或建立防煙封閉避難區(qū);設(shè)計自然通風(fēng)口,利用煙氣的熱浮力特性采用自然排煙;對建材和家具進行阻燃、消煙處理;利用噴灑化學(xué)消煙劑或水霧等進行消除煙氣中有毒成份及煙塵粒子,提高能見度。
1機械防排煙系統(tǒng)現(xiàn)狀
機械排煙方法是用風(fēng)機將起火建筑內(nèi)的煙氣通過排風(fēng)風(fēng)機和管道抽送出建筑外,以減少或消除建筑內(nèi)的煙氣,阻止煙氣蔓延。機械正壓送風(fēng)則是對建筑物內(nèi)的防煙保護區(qū)(封閉空間),如安全疏散防煙樓梯間、避難間等,進行加壓送風(fēng),使保護區(qū)的空氣壓力高于其它區(qū)域(有煙氣的區(qū)域),形成一個正壓差,以此抵御火災(zāi)煙氣因熱浮力特性產(chǎn)生的壓力,使煙氣不能流向保護區(qū)。
機械防排煙技術(shù)最早起源于20世紀(jì)50年代的英國,國際上是從20世紀(jì)60年代開始研究,70年代采
1.1防排煙技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
從美國暖通工程師協(xié)會(ASHRAE)的在研項目和2000年—2001年計劃研究項目看,中庭及大空間建筑的防排煙是其工作的重點。
近年來國際上在機械防排煙技術(shù)方面主要的工作有:(1)火災(zāi)煙氣運動規(guī)律及其數(shù)學(xué)�；芯�,美國、加拿大、日本、英國、澳大利亞以及北歐等國都在廣泛開展火災(zāi)煙氣運動規(guī)律的研究。煙氣流動特性和規(guī)律是防排煙的理論基礎(chǔ),根據(jù)流體力學(xué)的原理,煙氣運動的計算機數(shù)學(xué)模化研究也正在深入,以前是以區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)模型為主,國外已開發(fā)出十幾個模型或程序,如加拿大的IRC,日本的BRI,并不斷改進其程序或更新版本。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,今后將更多開發(fā)以場模化,虛擬現(xiàn)實技術(shù),三維動態(tài)仿真的�；浖�(2)防排煙系統(tǒng)的性能化設(shè)計和評估,傳統(tǒng)的機械防排煙設(shè)計方法只是為了滿足現(xiàn)有規(guī)范的要求,各國規(guī)范采用技術(shù)指標(biāo)又很不一致,實際工程中很難達到某些要求。目前國外有些國家已開始對防排煙系統(tǒng)按性能化的原理進行設(shè)計,如考慮安全目標(biāo),設(shè)計火災(zāi)場景,疏散分析等,防排煙的性能化設(shè)計研究為性能化規(guī)范的研究打好基礎(chǔ)。(3)防排煙系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)和設(shè)備,對高層建
筑、地下建筑、大空間建筑的防排煙系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的研究還有許多空白點,或現(xiàn)有些參數(shù)的試驗研究根據(jù)不足,主要圍繞送風(fēng)壓力,排煙量,風(fēng)口設(shè)置,防排煙區(qū)域,開口與泄漏特征進行研究。防排煙設(shè)備主要是研制新型風(fēng)閥,新型管道材料及管道防火保護材料,高溫風(fēng)機。
我國的機械防排煙技術(shù)研究雖然在20世紀(jì)80年代中期才開始起步,但近年來發(fā)展很快,特別是在“八五”、“九五”期間對高層建筑樓梯間和地下商業(yè)街的控?zé)熂夹g(shù)及煙氣流動特性進行了大量的研究,取得了一些重大成果,為有關(guān)規(guī)范的制修訂和工程防排煙設(shè)計提供了可靠的技術(shù)依據(jù),建立了有較高水平的一些大型實驗設(shè)施,如世界上規(guī)模最大的高層建筑火災(zāi)試驗塔(在四川所),地下商業(yè)街和商場火災(zāi)試驗室(在四川所、天津所),大空間火災(zāi)試驗館(在中國科技大學(xué))等,而且也使我們比較深刻地了解和認識了火災(zāi)中煙氣的運動特性及其可能產(chǎn)生的危害。我國的火災(zāi)煙氣運動和防排煙的數(shù)學(xué)模化還處于起步階段,正在開發(fā)少量的高層、地下、大空間建筑的火災(zāi)煙氣運動數(shù)學(xué)�；�。
我國在防排煙技術(shù)領(lǐng)域目前存在的主要問題是:由于我們的起步較晚,“八五”、“九五”期間主要是開展一些工程上急需解決的防排煙設(shè)計問題的課題研究,缺乏系統(tǒng)全面的研究和基礎(chǔ)試驗、基礎(chǔ)理論研究。而國內(nèi)外廣泛關(guān)注的性能化防火規(guī)范研究,需要大量的基礎(chǔ)試驗數(shù)據(jù)和試驗、理論模型作支撐,國外發(fā)達國家在過去的二十年時間里在這方面曾作了大量工作,我們與之相比還相當(dāng)薄弱,這直接影響到我國的性能化防火規(guī)范研究。
1.2其它防排煙技術(shù)現(xiàn)狀
1.2.1防煙分隔或建立防煙封閉避難區(qū)
建立防煙分區(qū)是規(guī)范最常使用的手段,使各種擋煙垂壁相繼出現(xiàn),如軟質(zhì)活動擋煙垂壁,玻璃擋煙垂壁。但目前建筑空間越來越大,防煙分隔或防煙封閉避難區(qū)對建筑的限制使建筑設(shè)計受到影響,有些大空間無法進行分隔,如機場候機樓,對此國際上提出了Cabin設(shè)計概念(安全島)。1.2.2自然通風(fēng)排煙技術(shù)
該技術(shù)簡便易行且較經(jīng)濟,無需較多的維護管理,也是目前較廣泛采用的控?zé)熂夹g(shù)之一,但易受外界環(huán)境的影響和建筑本身的限制,因而設(shè)計要合理,外界風(fēng)壓的影響要給予充分的考慮,因此國外開發(fā)出了能自動開啟和能減小外界風(fēng)力影響的風(fēng)閥。
1.2.3建筑材料和家具的阻燃、消煙處理
目前對建筑材料的消煙處理主要是針對塑料材
料,眾所周知由于塑料為有機物,并含有各種有機、無機物助劑,燃燒時會產(chǎn)生大量的有毒成份,如HCl,HCN等,塑料燃燒產(chǎn)生的煙氣的剌激性和減光性都非常強,目前常用抑煙劑主要有金屬氧化物、無機鹽,如Al(OH)3,ZnO,B2O3。世界上主要工業(yè)國家都對消煙機理和新型消煙助劑的研究非常重視。
我國目前已發(fā)布《建筑材料燃燒或分解煙密度試驗方法》建筑材料燃燒或熱解發(fā)煙量的GB8627-88,《測定方法雙室法》材料產(chǎn)煙毒性GB/T16173-1996,《分級》GA132-1996,《電線電纜燃燒試驗方法--煙濃度試驗方法》GB1765.1-1999等標(biāo)準(zhǔn),這些標(biāo)準(zhǔn)方法與國際標(biāo)準(zhǔn)或美國標(biāo)準(zhǔn)基本等同。這些標(biāo)準(zhǔn)的實施對控制建筑材料的煙氣生成量和毒性起到了巨大的推動作用。
1.2.4化學(xué)消煙技術(shù)
理論上火災(zāi)煙氣中有毒成份為一些酸性物質(zhì)或可溶于水的物質(zhì),煙霧的本質(zhì)是一種氣溶膠,因此向煙氣噴灑能中和酸性物質(zhì)的化學(xué)藥劑或水,以消除煙氣中的大量有毒物質(zhì),或使氣溶膠凝聚消除煙氣的減光性。國內(nèi)外都已研究出一些消煙劑,但受效果、噴灑技術(shù)和成本的限制還未能真正進入實用階段。
2.1防排煙規(guī)范
我國現(xiàn)階段在使用防排煙技術(shù)時遇到的主要問題有二:防排煙系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量和有效的維護管理;沒有統(tǒng)一的防排煙系統(tǒng)工程設(shè)計和施工驗收規(guī)范。在現(xiàn)有的防火設(shè)計規(guī)范中關(guān)于防排煙的設(shè)計規(guī)定不完全協(xié)調(diào)。因此非常有必要盡快制訂適用所有種類建筑的防排煙設(shè)計規(guī)范和施工驗收規(guī)范。
美國NFPA92A《煙氣控制系統(tǒng)推薦實施規(guī)范》,英國BS5588第四部份《利用加壓送風(fēng)保護疏散通道的防排煙工程規(guī)范》,BS7346《煙和熱控制系統(tǒng)部件》標(biāo)準(zhǔn),歐盟也正在制定相應(yīng)的統(tǒng)一規(guī)范�，F(xiàn)在一般情況下國內(nèi)外對生命安全的保障要求都高于對財產(chǎn)的保障要求,美國NFPA規(guī)范的主線就是圍繞生命安全保障(見美國NFPA101)。
防排煙技術(shù)也應(yīng)圍繞性能化規(guī)范要求,開展性能化的防排煙設(shè)計技術(shù)和規(guī)范研究。2.2防排煙工程設(shè)計由于我國在火災(zāi)煙氣流動基礎(chǔ)理論及數(shù)學(xué)�；芯�,防排煙的實體火災(zāi)試驗研究方面與發(fā)達國家有較大差距,因此應(yīng)加強這些方面的研究,建(下轉(zhuǎn)21頁)
設(shè)備的漏電電流。根據(jù)筆者實際經(jīng)驗,可以采用以下方法來確定漏電斷路器的額定漏電動作電流I△n:
a)對于照明回路和居民生活用電的單相回路,額定漏電動作電流I△n>電路最大電流/2000;
b)對于三相三線或三相四線的動力線路或動力照明混合線路,額定漏電動作電流I△n>電路最大電流/1000。
例如:電源進線總電流為40A的用戶,則I△n>40/2000=20mA,用戶可選取漏電斷路器的額定漏電動作電流為30mA。
如果被保護線路裝有變頻電梯、變頻水泵、變頻空調(diào)等設(shè)備,線路中會存在高次諧波,當(dāng)高次諧波成分過大時,其對地容抗將變小,泄漏電流增大,容易引起漏電斷路器誤動作,此時可選取額定漏電動作電流整定值較大的漏電斷路器。另外,如線路中存在瞬態(tài)電壓擾動,可選取帶有濾波裝置的漏電斷路器,以防止漏電斷路器誤動作。
3漏電斷路器的安裝與使用
漏電短路器應(yīng)安裝在室內(nèi),避免雨淋和灰塵。一般情況下,周圍空氣溫度上限值不超過+40°C,下限值不低于-5°C;安裝地點的大氣相對濕度不應(yīng)超過90%,周圍空氣溫度為+40°C時,濕度不超過50%,因此,漏電斷路器不能安裝在浴室和衛(wèi)生間等場所。安裝地點應(yīng)遠離磁場,外磁場在任何方向不應(yīng)超過地磁場的5倍。
漏電斷路器的接線應(yīng)符合下列規(guī)定:
a)漏電斷路器的接線,應(yīng)與低壓配電系統(tǒng)保護接地型式相對應(yīng);
b)負載側(cè)的中性線,不得與其他回路共用;
c)標(biāo)有負載側(cè)和電源側(cè)接線端子,應(yīng)按規(guī)定接線,不能接反,且嚴(yán)禁在電源側(cè)與負載側(cè)的接線端子上跨接導(dǎo)線;
d)嚴(yán)禁PEN線(中性線與保護接地合一)穿過漏電斷路器的零序電流互感器。
在正常使用過程中,用戶每月需在通電的情況下,按動測試按鈕一次,檢查漏電斷路器動作是否可靠。漏電斷路器失靈時,應(yīng)及時更換。
總之,合理選擇漏電斷路器的額定漏電動作電流值,正確使用漏電斷路器,可在線路和設(shè)備發(fā)生接地故障時斷開電源,從而防止火災(zāi)的發(fā)生。
立國家級火災(zāi)煙氣流動特性基本參數(shù)的數(shù)據(jù)庫,作為現(xiàn)行規(guī)范制修訂的依據(jù),也可作為性能化設(shè)計的開發(fā)和驗證的有力支撐條件,為此要加大對現(xiàn)有試驗設(shè)施的改造,建立國家級火災(zāi)試驗重點實驗室。
解決目前工程和規(guī)范中急需要解決的重大問題,如防排煙系統(tǒng)與通風(fēng)換氣系統(tǒng)的一體化問題;機械送風(fēng)、排煙系統(tǒng)與自動噴水系統(tǒng)的互補性問題。如在美國和加拿大的規(guī)范中規(guī)定:當(dāng)安裝有自動灑水系統(tǒng)時,正壓送風(fēng)樓梯間的壓力可從25Pa減小到12.5Pa,幾乎減小一半;同樣集中送風(fēng)與均勻送風(fēng)的效能比較、應(yīng)用范圍研究在工程上也有重大意義。2.3防排煙系統(tǒng)的產(chǎn)品
風(fēng)機管道方面今后主要需開發(fā)耐高溫的排煙風(fēng)機,火場移動式排煙通風(fēng)系統(tǒng),用于排煙系統(tǒng)與通風(fēng)換氣系統(tǒng)一體化的可變速風(fēng)機;新型耐火隔熱的排煙管道研究。目前全國生產(chǎn)排煙閥的企業(yè)有近百家,生產(chǎn)各類排煙管道的企業(yè)有一百多家,生產(chǎn)風(fēng)機的企業(yè)有幾十家,但缺少規(guī)模和新產(chǎn)品開發(fā)。英國公司開發(fā)的擋煙垂壁幾乎達2h耐火功能,軟質(zhì)擋煙垂壁最大垂度達12m,可進行這類新型擋煙垂壁的研究。應(yīng)開發(fā)能在起火時根據(jù)風(fēng)向自動判斷開啟的排煙通風(fēng)口,能與消防控制系統(tǒng)配合的高可靠性的防火排煙閥。要開發(fā)高效實用的消煙劑,在消煙理論與工程應(yīng)用技術(shù)上有所進展。制定和完善防排煙系統(tǒng)有關(guān)產(chǎn)品的檢驗標(biāo)準(zhǔn)。
