国内外挡烟垂壁防排烟技术现状和研究方向

国内外挡烟垂壁防排烟技术现状和研究方向

随着人们生活水平的提高,在现今的建筑内,各种室内用品及家具利用合成材料的数量和品种越来越多,不仅热释放速率在随其变化,其燃烧产生的有害气体也变得更为复杂,因此,火灾烟气对人的生命安全威胁是大的。

火灾烟气的危害性有三个方面:毒害性、减光性、恐怖性。当烟气温度过高时也会对人的生命造成极大危害,据研究,人在70°C的高温烟气中只有短时的忍耐时间。近二、三十年来,防排烟(或称烟气控制SmokeControl)问题已成为国际消防界和建筑设计领域重点关注的问题。

挡烟垂壁在80年代开始广泛应用,80年代初加拿大国家研究院建造了世界上首座高层建筑火灾试验塔,主要进行高层建筑的机械防排烟的研究,因而,北美成为全世界机械防排烟的研究中心之一。机械防排烟技术非常适用于多层大型建筑(如购物中心)、高层建筑、地下建筑、无窗建筑,如世界高建筑马来西亚吉隆坡的双塔采用了机械正压送风和排烟的烟控方式。

它可以不受建筑结构形式的限制和环境、气象条件的影响。该系统需要配备与其功能相适应的风口、风阀、送风排烟管道、风机和启闭联动系统等,试验研究和实际火灾证明其防排烟效果是非常好的,对保证疏散通道安全,协助消防队员扑灭火灾起到了非常重要的作用,虽然该方法费用较高,占用建筑空间较多,目前还无其它方法可以完全代替,是目前公认的为安全有效的控烟方法。现在绝大部分高层建筑、地下商业建筑都采用机械防排烟技术作为主要的消防安全措施。由于中庭式建筑在20世纪80年代被建筑师们越来越多的采用,20世纪90年代中庭及大空间建筑的防排烟问题受到重视,在这些建筑中专家们开始倾向采用机械防排烟技术。

防排烟工程的目的是要防止火灾产生大量的烟气,阻止烟气的迅速蔓延,确保人员的安全疏散和改善扑救条件。为达上述目的,现代防排烟技术及方法主要有:设置机械排烟、送风系统,进行机械排烟或正压送风防烟;对建筑进行防烟分隔或建立防烟封闭避难区;设计自然通风口,利用烟气的热浮力特性采用自然排烟;对建材和家具进行阻燃、消烟处理;利用喷洒化学消烟剂或水雾等进行消除烟气中有毒成份及烟尘粒子,提高能见度。

1.1机械防排烟系统现状

机械排烟方法是用风机将起火建筑内的烟气通过排风风机和管道抽送出建筑外,以减少或消除建筑内的烟气,阻止烟气蔓延。机械正压送风则是对建筑物内的防烟保护区(封闭空间),如安全疏散防烟楼梯间、避难间等,进行加压送风,使保护区的空气压力高于其它区域(有烟气的区域),形成一个正压差,以此抵御火灾烟气因热浮力特性产生的压力,使烟气不能流向保护区。

机械防排烟技术早起源于20世纪50年代的英国,国际上是从20世纪60年代开始研究,70年代采.

防排烟技术的发展现状

从美国暖通工程师协会(ASHRAE)的在研项目和2000年—2001年计划研究项目看,中庭及大空间建筑的防排烟是其工作的重点。

近年来国际上在机械防排烟技术方面主要的工作有:

(1)火灾烟气运动规律及其数学模化研究,美国、加拿大、日本、英国、澳大利亚以及北欧等国都在广泛开展火灾烟气运动规律的研究。烟气流动特性和规律是防排烟的理论基础,根据流体力学的原理,烟气运动的计算机数学模化研究也正在深入,以前是以区域和网络模型为主,国外已开发出十几个模型或程序,如加拿大的IRC,日本的BRI,并不断改进其程序或更新版本。随着计算机技术的飞速发展,今后将更多开发以场模化,虚拟现实技术,三维动态仿真的模化软件。

(2)防排烟系统的性能化设计和评估,传统的机械防排烟设计方法只是为了满足现有规范的要求,各国规范采用技术指标又很不一致,实际工程中很难达到某些要求。目前国外有些国家已开始对防排烟系统按性能化的原理进行设计,如考虑安全目标,设计火灾场景,疏散分析等,防排烟的性能化设计研究为性能化规范的研究打好基础。

(3)防排烟系统技术参数和设备,对高层建筑、地下建筑、大空间建筑的防排烟系统技术参数的研究还有许多空白点,或现有些参数的试验研究根据不足,主要围绕送风压力,排烟量,风口设置,防排烟区域,开口与泄漏特征进行研究。防排烟设备主要是研制新型风阀,新型管道材料及管道防火保护材料,高温风机。

我国的机械防排烟技术研究虽然在20世纪80年代中期才开始起步,但近年来发展很快,特别是在“八五”、“九五”期间对高层建筑楼梯间和地下商业街的控烟技术及烟气流动特性进行了大量的研究,取得了一些重大成果,为有关规范的制修订和工程防排烟设计提供了可靠的技术依据,建立了有较高水平的一些大型实验设施,如世界上规模大的高层建筑火灾试验塔(在四川所),地下商业街和商场火灾试验室(在四川所、天津所),大空间火灾试验馆(在中国科技大学)等,而且也使我们比较深刻地了解和认识了火灾中烟气的运动特性及其可能产生的危害。我国的火灾烟气运动和防排烟的数学模化还处于起步阶段,正在开发少量的高层、地下、大空间建筑的火灾烟气运动数学模化。

我国在防排烟技术领域目前存在的主要问题是:由于我们的起步较晚,“八五”、“九五”期间主要是开展一些工程上急需解决的防排烟设计问题的课题研究,缺乏系统全面的研究和基础试验、基础理论研究。而国内外广泛关注的性能化防火规范研究,需要大量的基础试验数据和试验、理论模型作支撑,国外发达国家在过去的二十年时间里在这方面曾作了大量工作,我们与之相比还相当薄弱,这直接影响到我国的性能化防火规范研究。

1.2其它防排烟技术现状

1.2.1防烟分隔或建立防烟封闭避难区

建立防烟分区是规范常使用的手段,使各种挡烟垂壁相继出现,如软质活动挡烟垂壁,玻璃挡烟垂壁。但目前建筑空间越来越大,防烟分隔或防烟封闭避难区对建筑的限制使建筑设计受到影响,有些大空间无法进行分隔,如机场候机楼,对此国际上提出了Cabin设计概念(安全岛)。1.2.2自然通风排烟技术

该技术简便易行且较经济,无需较多的维护管理,也是目前较广泛采用的控烟技术之一,但易受外界环境的影响和建筑本身的限制,因而设计要合理,外界风压的影响要给予充分的考虑,因此国外开发出了能自动开启和能减小外界风力影响的风阀。

1.2.3建筑材料和家具的阻燃、消烟处理

目前对建筑材料的消烟处理主要是针对塑料材料,众所周知由于塑料为有机物,并含有各种有机、无机物助剂,燃烧时会产生大量的有毒成份,如HCl,HCN等,塑料燃烧产生的烟气的剌激性和减光性都非常强,目前常用抑烟剂主要有金属氧化物、无机盐,如Al(OH)3,ZnO,B2O3。

世界上主要工业国家都对消烟机理和新型消烟助剂的研究非常重视。

我国目前已发布《建筑材料燃烧或分解烟密度试验方法》建筑材料燃烧或热解发烟量的GB8627-88,《测定方法双室法》材料产烟毒性GB/T16173-1996,《分级》GA132-1996,《电线电缆燃烧试验方法--烟浓度试验方法》GB1765.1-1999等标准,这些标准方法与国际标准或美国标准基本等同。这些标准的实施对控制建筑材料的烟气生成量和毒性起到了巨大的推动作用。

1.2.4化学消烟技术

理论上火灾烟气中有毒成份为一些酸性物质或可溶于水的物质,烟雾的本质是一种气溶胶,因此向烟气喷洒能中和酸性物质的化学药剂或水,以消除烟气中的大量有毒物质,或使气溶胶凝聚消除烟气的减光性。国内外都已研究出一些消烟剂,但受效果、喷洒技术和成本的限制还未能真正进入实用阶段。

2.1防排烟规范

我国现阶段在使用防排烟技术时遇到的主要问题有二:防排烟系统产品质量和有效的维护管理;没有统一的防排烟系统工程设计和施工验收规范。在现有的防火设计规范中关于防排烟的设计规定不完全协调。因此非常有必要尽快制订适用所有种类建筑的防排烟设计规范和施工验收规范。

美国NFPA92A《烟气控制系统推荐实施规范》,英国BS5588第四部份《利用加压送风保护疏散通道的防排烟工程规范》,BS7346《烟和热控制系统部件》标准,欧盟也正在制定相应的统一规范。现在一般情况下国内外对生命安全的保障要求都高于对财产的保障要求,美国NFPA规范的主线就是围绕生命安全保障(见美国NFPA101)。

防排烟技术也应围绕性能化规范要求,开展性能化的防排烟设计技术和规范研究。2.2防排烟工程设计

由于我国在火灾烟气流动基础理论及数学模化研究,防排烟的实体火灾试验研究方面与发达国家有较大差距,因此应加强这些方面的研究,建设备的漏电电流。根据笔者实际经验,可以采用以下方法来确定漏电断路器的额定漏电动作电流I△n:

a)对于照明回路和居民生活用电的单相回路,额定漏电动作电流I△n>电路大电流/2000;

b)对于三相三线或三相四线的动力线路或动力照明混合线路,额定漏电动作电流I△n>电路大电流/1000。

例如:电源进线总电流为40A的用户,则I△n>40/2000=20mA,用户可选取漏电断路器的额定漏电动作电流为30mA。

如果被保护线路装有变频电梯、变频水泵、变频空调等设备,线路中会存在高次谐波,当高次谐波成分过大时,其对地容抗将变小,泄漏电流增大,容易引起漏电断路器误动作,此时可选取额定漏电动作电流整定值较大的漏电断路器。另外,如线路中存在瞬态电压扰动,可选取带有滤波装置的漏电断路器,以防止漏电断路器误动作。

3漏电断路器的安装与使用

漏电短路器应安装在室内,避免雨淋和灰尘。一般情况下,周围空气温度上限值不超过+40°C,下限值不低于-5°C;安装地点的大气相对湿度不应超过90%,周围空气温度为+40°C时,湿度不超过50%,因此,漏电断路器不能安装在浴室和卫生间等场所。安装地点应远离磁场,外磁场在任何方向不应超过地磁场的5倍。

漏电断路器的接线应符合下列规定:

a)漏电断路器的接线,应与低压配电系统保护接地型式相对应;

b)负载侧的中性线,不得与其他回路共用;

c)标有负载侧和电源侧接线端子,应按规定接线,不能接反,且严禁在电源侧与负载侧的接线端子上跨接导线;

d)严禁PEN线(中性线与保护接地合一)穿过漏电断路器的零序电流互感器。

在正常使用过程中,用户每月需在通电的情况下,按动测试按钮一次,检查漏电断路器动作是否可靠。漏电断路器失灵时,应及时更换。

总之,合理选择漏电断路器的额定漏电动作电流值,正确使用漏电断路器,可在线路和设备发生接地故障时断开电源,从而防止火灾的发生。

立火灾烟气流动特性基本参数的数据库,作为现行规范制修订的依据,也可作为性能化设计的开发和验证的有力支撑条件,为此要加大对现有试验设施的改造,建立火灾试验重点实验室。

解决目前工程和规范中急需要解决的重大问题,如防排烟系统与通风换气系统的一体化问题;机械送风、排烟系统与自动喷水系统的互补性问题。如在美国和加拿大的规范中规定:当安装有自动洒水系统时,正压送风楼梯间的压力可从25Pa减小到12.5Pa,几乎减小一半;同样集中送风与均匀送风的效能比较、应用范围研究在工程上也有重大意义。2.3防排烟系统的产品

风机管道方面今后主要需开发耐高温的排烟风机,火场移动式排烟通风系统,用于排烟系统与通风换气系统一体化的可变速风机;新型耐火隔热的排烟管道研究。目前全国生产排烟阀的企业有近百家,生产各类排烟管道的企业有一百多家,生产风机的企业有几十家,但缺少规模和新产品开发。英国公司开发的挡烟垂壁几乎达2h耐火功能,软质挡烟垂壁大垂度达12m,可进行这类新型挡烟垂壁的研究。应开发能在起火时根据风向自动判断开启的排烟通风口,能与消防控制系统配合的高可靠性的防火排烟阀。要开发高效实用的消烟剂,在消烟理论与工程应用技术上有所进展。制定和完善防排烟系统有关产品的检验标准。