摘要：基于分析煙氣的特性，提出建筑火災中控制煙氣的必要性，并闡述了擋煙和排煙的方法和原理，為建筑工程的防排煙設計提供了借鑒。
　　關鍵詞：建筑火災；防排煙；原理分析
　　
　　1 引言
　　一般情況下，當建筑物發生火災時，都會伴隨著煙氣的產生，煙氣中的一氧化碳、氰化氫等都是有毒性氣體。當空氣中氧氣含量降低時，會引起人體缺氧而窒息。調查表明，據統計表明，由于一氧化碳中毒窒息死亡或被其他有毒煙氣熏死者一般占火災總死亡人數的40％～50％，而被燒死的人當中，多數是先中毒窒息暈倒后被燒死的。同時，煙氣的高溫危害，煙氣的遮光作用也是造成人員傷亡的原因。擋煙和排煙是控制煙氣蔓延的主要兩種基本方法，擋煙指的是一定的固體材料或介質形成一定大小的防煙分區，將煙氣阻擋在起火點所在的區域內，這樣可以避免煙氣對其它區域造成不良影響。排煙指的是將煙氣排到建筑物之外，這是從根本上消除煙氣在建筑物內蔓延的手段。實際工程中這兩種方法常常是聯合使用的。
　　2擋煙控制
　　2.1固壁擋煙
　　人們也許會認為利用固壁擋煙是一種原始的簡單方式，實際上這反而是最有效的擋煙方式，決不可忽視它的作用。建筑物的墻壁、隔板、樓板、門窗和垂壁都可以用于擋煙，但在實際工程中如何合理地用它們組成適當有效的防煙分區是需要認真對待的。防煙分區的格局設計得合理，也可以為排煙措施的運用提供便利條件。固定的墻壁、樓板、隔板等是防煙分區的基本分隔條件，它們必須達到一定的耐火性能，作為隔板和門窗，耐火極限應不低于0.9個小時，以防止煙氣溫度過高而破壞。
　　需要注意在許多防煙墻或隔板上，還留有大量用于穿管、穿線用的孔洞。而這些孔洞可能構成煙氣跨區蔓延的重要途徑。按照規定，在施工結束后應當將這類洞口封堵起來，問題經常出現在不加封堵或封堵不好的情況，不少火災事故的擴大恰恰是忽略這方面的問題造成的。
　　2.2風機加壓擋煙
　　利用風機對某一區域加壓，也可以阻擋煙氣向該區域的蔓延。該建筑物內的兩個區域通過隔墻上的門相連。當左側空間發生火災時，更對右側空間進行加壓，則穿過門縫的空氣流能夠阻止左側的煙氣滲透到右側來，若將門打開，則整個門道都可以用于氣體流動，當右側的空氣流速較低時，煙氣仍可經門道上半部進入右側區域。但如果空氣流速和流量足夠大，則煙氣仍可能被空氣流擋在右側空間之外。由些可見，利用風機加壓來控制煙氣有兩種情形，一是利用分隔物兩側的壓差控制，二是利用流速足與流量夠大的空氣流控制。
　　實際上這兩者的控制機理相同，但是將它們分別考慮是有好處的，因為若分隔物上存在較大的開口，則對設計和測量都適宜采用空氣流速；但對于門縫、裂縫，按流速設計和測量空氣流速都不現實，而適宜壓差，另外將兩者分開考慮，強調了對于開門或關門的情況應采取的不同處理方法。
　　利用壓差擋煙廣泛用于疏散樓梯與避難區的前室中，通常是通過適當的風管系統將風機送入的空氣分配到各個前室之中，風機吸入的必須是室外的未被煙氣污染的空氣。否則便失去了加壓擋煙的意義，為了有效陰擋煙氣進入前室，前室與有煙區域的壓差必須是足夠大，但是又不能太大，否則將會給人員推門進入前室造成困難，影響了人員疏散的安全，一般認為這一壓差為25-50Pa為宜。
　　為了不使加壓引起的膨脹成為問題，加壓空間中應當有可將煙氣排到外界的通道，這種通道可以是頂部通風的電梯豎井，也可由排氣風機完成。
　　空氣流擋煙則廣泛用于鐵路、公路與地下遂道的火災煙氣控制中，這種擋煙方法需要很大的空氣流率，故在內部空間很大的建筑中不宜采用，新鮮空氣流又會給起火區域提供氧氣,如果該區域還明火,則這種送風方式有可能加強燃燒。除了大火已經被抑制或燃燒已被控制的少數情況外，通常不采用這種方法。
　　3排煙控制
　　排煙主要有自然排煙和機械排煙兩種方式。自然排煙是通過建筑物上部的窗口、陽臺或專用排煙口，利用煙氣產生的浮力將煙氣排放出去。
　　火災煙氣的溫度通常會比冷空氣高不少，在浮力作用下，它將上升到建筑物的上部，并形成逐漸加厚的煙氣層。可以認為室內大體分為上部煙氣層和下部空氣層兩個區域，這就為自然排煙提供了基本依據。
　　3.1自然排煙
　　自然排煙方式的結構簡單，易操作，也比較經濟，但受到如室外風速、風向、建筑物所在地區的氣候特點等環境因素的影響，自然排煙是一個比較緩慢的過程，當室內仍存在明火的情況下，單純靠自然排煙往往無法達到迅速排除煙氣的目的。自然排煙口必須有足夠大的面積，通常要求排煙口總面積不應小于該防煙分區面積2%。但試驗表明當建筑物的平面面積或體積較大時，這種排煙口面積比就不足以及時排出煙氣，如果煙氣的溫度較低，可以在建筑物內部發生彌散，那么便失去了自然排煙的基礎，在大空間建筑火災中就存在這種情況。
　　3.2機械排煙
　　機械排煙是利用風機進行強制排煙，機械排煙需要建立一個較復雜的系統，包括由擋煙壁面圍成的蓄煙區，排煙管道、排煙風機等，為了有效排煙，就當對系統的形式做出合理的設計。例如，當建筑物的面積較大時，可在一個防煙分區內設計幾個豎直的排煙口，而盡量減少水平管道的長度，又如在高層建筑中，宜沿豎直方向多設幾個排煙口，并將風機安裝在建筑物的頂部，對于大面積建筑、大空間建筑與地下建筑等，必須采用機械排煙，因為在這些建筑中的煙氣容易與空氣摻混和彌散，不用強制排煙手段難以徹底清除煙氣，機械排煙是控制煙氣蔓延的最有效方法，研究表明，在火災過程中良好的機械排煙系統能排出大部分煙氣和80%以上的熱量，從而使室內的煙氣濃度和溫度大大降低。
　　此外實際上所用的排煙風機必須有足夠大的排煙速率，以減緩煙氣在建筑內的沉降，使之不會在相關人員的有效安全疏散時間之內到達對人危害的高度。
　　3.3排煙補風
　　實際上排煙過程是一種空氣與煙氣的置換過程，煙氣從排煙口排出，室內形成一定的負壓，進而導致新鮮空氣從其它的開口補入進入。補風口的位置對機械排煙的效果具有重要的影響，試驗發現，如果補風口們于地面附近且距火源較近，則新進來的空氣很快可以到達火源，為燃燒提供了大量的氧氣，進而促使火勢的增大，因此當室內仍有明火時，不應過早地打開火源附近的補風口。如果進風口位置離風機過近，容易造成空氣的流通短跑，反而使煙氣無法排出，應當指出，機械排煙系統對建筑物內的氣體具有很強的摻混作用，排煙與補氣的位置安排不當，很可能導致煙氣量的增大。
　　3.4煙氣稀釋
　　排煙過程是煙氣邊稀釋邊排放的過程，向原先充滿濃煙的空間供入新鮮空氣，并使之與煙氣進行摻混，就是對煙氣進行稀釋，這樣便可以將建筑物內的平均煙氣濃度控制在人可以接收的程度。煙氣稀釋也是火災撲滅后清除煙氣的基本方法。
　　這里對無明火區域的煙氣稀釋計算作些簡要討論。設t=0時刻，該區均分布著一定濃度的煙氣，然后不斷向其中補入新鮮空氣，這樣在任意時刻t時，煙氣的濃度可以表示為C/C。=eˉɑt。式中，C。為開始時的煙氣濃度，C為t時刻的煙氣濃度，ɑ為稀釋率，一般用每分鐘的換氣次數表示，由此方程可解出稀釋率和時間α=1/t•ln{C。/C}，t=1/α•ln{C。/C}。此式也可以用于計算煙氣中某種有害組分的濃度變化，只需將式中的煙氣濃度改換為該組分的濃度即可。各組分的濃度可以用任何適宜表示組分的單位表示。
　　如果排煙系統每小時可排除9倍的室內空氣，即稀釋率是0.15/min。要將煙氣濃度降低到初始值1%。可算出所需時間是30min。如果希望在10分鐘內排除該區域的煙氣，則必須加大換氣率。可得出稀釋率是0.64/min，即每小時換氣28次。
　　
　　參考文獻
　　[1]霍然，姚斌：《火災風險評估方法學研究》，中國科學技術大學出版社2003年版。