严禁设置及可不设置机械排烟场所
采用下列简称:
1.《建筑防火通用规范》GB55037-2022简称:《火通规》
2.《建筑设计防火规范》GB50016-2014(2018年版)简称:《建规》
3.《民用建筑电气设计标准》(GB51348-2019)简称:《民电标》
4.《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2017简称:《喷规》
5.《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014简称:《消水规》
6.《车库、修车库、停车场设计防火规范》GB50067-2014简称:《车火规》
7.《消防设施通用规范》GB55036-2022简称:《设施规》
8.美国ICC《International Fire Code》2015版,简称:IFC
9.美国ICC《International Building Code》2015版,简称:IBC
10.美国《Life Safety Code》(NFPA101-2022)简称:NFPA101
11.美国《Standard for Smoke Control Systems》(NFPA92-2021)简称:NFPA92
01
防排烟设施的组成
需要普及一下,防排烟设施不是简单的自然防、排烟系统和机械防、排烟系统,准确低说,也不应该成为“防排烟”,应为烟雾控制系统(Smoke Control Systems),个人总结一下,烟雾控制系统由下面几部分组成:
(1)用于通风的外窗、风井、孔洞、电动门窗等土建通风设施
(2)机械加压、机械排烟等机械系统
(3)自动控制系统和动力保障系统
(4)可开启外窗、井道、风管、移动风机等应急防、排烟设施
(5)门、窗、卷帘、挡烟垂壁、墙体、楼板等土建围蔽结构或隔离系统
(6)储烟设施
(7)其他创新系统
前三个大家都是常见的,后三个完全是个人最近总结的内容,很关键,储烟设施、土建围蔽结构或隔离系统控制烟雾在一定的范围内,也是防止烟雾扩散的措施,其他创新系统,笔者已经有不少创新想法,此处就不介绍了,也希望同行有更多的创新。应急防、排烟设施也好理解,但目的和时段不同。
因此,NFPA92等规范,早就明确为烟雾控制系统(Smoke Control Systems),而不是防排烟系统,概念的改变反映出防排烟,并不是消防上的通风设计,而是一套综合的系统,只有充分理解烟雾控制系统与防排烟系统的区别,才能更好低避免设计失误。
02
设置防排烟设施的目的
我国相关规范并没有明确设置防排烟设施的目的,因此在规范制定和设计实施中,存在过度设置排烟设施的情况。NFPA92提出烟雾控制系统的要求,以实现以下一个或多个目标:
(1)阻止烟雾进入楼梯间、逃生通道、烟雾避难区、电梯井或类似区域
(2)在疏散所需的时间内,保持烟雾避难区和疏散设施内的可维生环境(安全环境)
(3)阻止烟雾从烟雾区迁移(到室内其他空间)
(4)在烟雾区外提供条件,使应急人员能够开展搜救行动,并确定和控制火势
(5)有助于保护生命和减少财产损失
更加具体的目标为:
(1)通过建立和维持烟雾区边界的压差,将烟雾控制在起源区
(2)大体积空间内的烟雾管理以及与大体积空间连通的任何未分隔空间
(3)在控制的时间内,在出口楼梯间内保持一个适宜的环境,以允许乘客离开建筑物
(4)在所有避难通道和烟雾避难区通道内维持一个可维生环境,使人员在控制的时间内能够到达出口或避难区域
(5)在大体积空间中将烟雾层界面保持在预定高度
(6)限制可能影响建筑物居住者的有毒气体的传播
(7)限制火灾和燃烧产物的扩散,以保护建筑内容物
(8)允许消防员有足够的能见度接近、定位和(进入火场)灭火
设置防排烟设施的目的,主要是为人员疏散服务的,为消防员服务仅仅是顺带的功能,原因是疏散时间时可控的,灭火工作时间不可控,大部分火灾的灭火时间内,烟雾控制系统的功能在火场中是没办法保障的,因此才需要引入应急防、排烟设施。
03
规范关于可燃物较多场所设置排烟设施的规定
《建规》规定“建筑面积大于300㎡,经常无人且且可燃物较多的地上丙类生产场所,丙、丁类厂房内的其他房间,地上丙类库房,公共建筑内的房间,应设置排烟设施”。《火通规》增加了例外场所“除不适合设置排烟设施的场所、火灾发展缓慢的场所可不设置排烟设施外”。是较大的进步。
发达国家标准中,强制要求设置烟雾控制系统的场所有但极少,大部分场所需要依靠烟气模拟及疏散模拟确定是否设置,采取何种方式以及确定参数等,比较有针对性和合理性,国内要全面开展消防性能化模拟和分析为时尚早,通过规范强制性一刀切的要求来设置,可能还会继续一段时间。
04
逢药三分毒,设置机械排烟设施的副作用
2022年我多次在讲座中讲,不能把建筑当成锅炉来做设计,锅炉需要燃料燃烧充分而配置鼓风机、引风机,很多的排烟系统就是把建筑当成锅炉的鼓风和引风系统,排烟系统的存在,对于经常无人的密闭高火灾荷载场所,没有任何好处,只有致命的坏处:能让星星之火可以燎原。医生能治病救人,但不等于所有人都得去手术室开一刀。
设置排烟设施的严重副作用:
(1)助燃,目前普遍的“花钱干坏事”的设计是:全自动化的特大火灾荷载且经常无人的密闭立体仓库设置了大风量的排烟系统。没人就不存在疏散,连烟气模拟及疏散模拟都能省了,设置排烟系统没有好处,只有坏处,本来仓库内起火阴燃阶段,逐渐缺氧而窒息,设置了大风量的排烟系统,给微弱的火苗带来氧气,燃烧规模逐渐增大,逐渐扩大到整个仓库,往往整个仓库的燃烧,即使没有再蔓延,可以烧几天(北京某商场储藏库扑救了71h)。也许有人说,即使没人疏散,还得考虑为消防员创造可扑救环境。为消防员创造可扑救环境是顺带功能,没法保证固定排烟设施的可靠运行,这时需要采用应急排烟设施,如设置应急可开启外窗、移动式消防鼓风机、排烟机等。
(2)影响自动灭火系统启用。
我国很多设置机械排烟系统的场所,如上述的立体仓库和超高层建筑,也同时设置了ESFR系统或采用快速响应洒水喷头的闭式喷淋系统,烟感探头很快探测到火灾并启动排烟风机,通过温度动作的闭式喷头更加难以动作,导致喷淋系统失效,火灾不能在初期消灭并扩大。
笔者是经常同时负责多专业设计的,看到这种又花钱又“罪恶”的设计,无法拒绝,否则被判违反强条。我国的不同专业规范中,经常是存在对抗性规定,有些是直接否定,如《消水规》倡议消防泵自动巡检,而《民电标》不得自动巡检。还有一种是存在技术上的冲突,如A规范的要求造成B规范的要求失效,反过来B规范的要求造成A规范的要求失效。这种互相拆台的消防系统,防排烟系统最多。
(3)给空间造成严重负压影响疏散门、安全出口门开启。最常见的是高大空间,人不少,需要疏散,所以需要设置排烟设施,如学校的地下体育馆,往往层高较高,按照《烟标》,排烟风量特别大,几百平方米的篮球场,体积不过是几千m³,设置了30m³/s的排烟风机两台,不到120s就换气一次,补风风机110000m³/h,造成地下体育馆存在严重的负压,而两部向上疏散的封闭楼梯间,FM1521防火门是向楼梯间开启的,这种负压下,几个人都难以推开防火门,若是楼梯间采用正压送风,正压与负压差更大,后果更加严重。另外,学校的地下体育馆几乎是无可燃物的,即使有一些配电设施和阻燃材料(保温材料)冒点烟就启动排烟系统,不是救人,是在“谋杀”。
(4)给疏散设施空间造成负压,将其他排烟分区的门顶开,全部烟气进入疏散设施,造成疏散设施成为烟气弥漫环境,“谋杀”疏散人员。
国内最常见的设计是疏散走道设置机械排烟设施,两侧房间有外窗均自然排烟,当房间发生火灾后,人员疏散开门将有些烟气带进走道,走道探测到火灾联动开启机械排烟风机,走道面积不足500㎡,没有设置补风系统,因此走道形成负压,着火房间疏散时由于混乱绊倒了物品掉在地上卡住疏散门,导致门一直开启,着火房间外窗不是排烟而是补风,烟气全部进入走道,导致走道弥漫烟气,其他房间的人员全部被困。
美国的防烟分区(Smoke Compartment)概念,与我国的防烟分区不一致,实际上我国的“防烟分区”室“排烟分区”,这就是上述用了“排烟分区”的原因。美国标准中,走道是一个Smoke Compartment,需要全封闭的围蔽结构保护的,走道两侧隔墙1h的耐火极限,疏散门耐火极限20min,有喷淋时疏散门不需要耐火极限,但需要密闭防渗漏。我国的规范没有意思到这个问题的严重性,甚至《烟标》允许房间不设排烟设施仅在疏散走道设置,我在8月的《消防疏散原理及执行火通规存在问题探讨》讲座及后续的文章一直在批评这种做法。
05
严禁设置及可不设置机械排烟场所分析
(1)在经常无人且可燃物较多的围合空间内,严禁设置机械排烟系统。无人就无需设置为疏散服务的机械排烟设施,反而容易引起大火。
(2)设置排烟设施影响其他消防设施运行的,应允许不设置排烟设施。美国IBC、IFC标准中也规定了设置早期抑制快速反应(ESFR)喷淋装置和CMSA(控制模式特殊应用)且时间响应指数RTI≤50(m·s)0.5的喷淋装置的建筑物区域内,不要求排烟和散热。因为这两种喷淋设施都是设置在高大空间内,高大空间的喷头动作时间(温度上升时间)较长,慢于排烟风机的启动。实际上,个人认为要扩大到所有设置快速响应洒水喷头(RTI≤50(m·s)0.5)的场所,当确实需要依靠排烟设施提供充裕疏散时间时,应综合协调排烟设施和其他消防设施的选择。如可以增设避难通道等措施减小疏散时间而取消排烟设施,也可以更改其他不受影响的自动灭火系统,具体方式,需要分析具体情况综合比较而使用不同的方式。另外,设置全淹没系统的气体灭火系统、细水雾灭火系统等系统的场所,不应设置排烟设施。
(3)疏散走道及安全出口区(Exit)、出口离开区(Exit Discharge),不得设置机械排烟系统。也就是避免产生负压,造成烟气进入这些空间(楼梯间、避难走道、避难区域等)。我在8月的讲座中,提到日本的楼梯间防烟系统,是上排下补,具备合理性,因为加压系统的存在,楼梯间的负压小,且在顶部疏散人员最快离开的位置。
(4)对于高大空间,应允许不设机械排烟系统或减小排烟量,避免排烟设施无烟可排但能给疏散造成障碍。本身高大空间,具备大容积的储烟仓,人员很容易在烟气下沉之前疏散完毕,因此国外的高大空间都不需要设置排烟设施。即使由于疏散时间过长需要设置,排烟量应根据场所内火灾荷载和火灾增长速率计算排烟量,而不是直接按《烟标》表4.6.3选用排烟量,表4.6.3是基于一个特大火灾荷载情况下的实验数据,不适合可燃物较少的环境。
(5)只穿透一层楼板的小面积中庭,允许不设排烟系统,当中庭连通疏散走道且没有进行防火分隔的情况(连通空间全部面积小于最大允许防火分区面积),中庭不得设置机械排烟系统。只穿透一层楼板的小面积中庭,烟气对周围空间的影响小,因此没必要设置,美国标准也特许不设置。上海地标中,为了达到这样的目的,将中庭定义为“连通三层及以上楼层的开放空间,且面积大于100㎡”,实际上是避免设置排烟设施,但这种通过更改全球通用概念的做法不可取。否则规范规定超过100m高度的建筑设置避难层,把建筑的概念自行定义为养猪场所,就可以避免设置避难层,有些荒谬。中庭连通疏散走道的情况,要严禁设置大风量的机械排烟系统,否则影响到疏散走道的疏散。
(6)冷库不需要设置排烟系统。
(7)实际设计中,不少项目的没有外窗的消防控制室、发电机房、柴油机消防泵房被要求设排烟设施。理由是:无窗房间、面积大于50m²、经常有人(消防控制室)、可燃物较多(发电机房),这不关规范的事,是不了解消防的设计技术人员的错误认识,本文不讨论。
06
性能化协调
(1)建筑面积大于300㎡,经常无人且且可燃物较多的地上丙类生产场所,丙、丁类厂房内的其他房间,地上丙类库房,公共建筑内的房间,且不能设置机械排烟设施的场所,可设置开启外窗作为自然排烟设施,没有条件设置自然排烟设施的,应设置应急排烟窗、应急排烟土建风道等应急排烟设施。
(2)高堆垛仓库或货架仓库,有人员使用的,需要设置排烟设施,尽量采用自然排烟设施,确实没有自然排烟条件的,建议通过感温探头探测火灾联动控制启动。
(3)同时设置喷淋系统和机械排烟系统的场所,应使用喷淋系统的水流指示器作为控制机械排烟系统启动的触发信号,也就是说,排烟系统必须慢于灭火系统,这是防火设计的基本原则。水流指示器是很重要的信号设施,但传入我国之后几乎是无用,《喷规》说的可以了解火灾产生启动喷头灭火区域,一个水流指示器管几千平方,信息不如火灾探测更精确。
后记:晚饭后匆匆执笔,还有一些细节可以讲,但太晚了到此为止,目的是引起整个行业的重视。