高層民用建筑設計防火規范與防排煙技術規范的三個問題

0問題的基本問題防煙樓塔是高層建筑唯一的逃跑通道。如果壓力通風系統無法保證防煙塔和樓塔之間的吸煙，那么煙就不可避免地成為逃離者的直接殺手。據統計在所有火災事故死亡人數中,約有3/4的人系吸入有毒有害煙氣后直接導致死亡的。而《高規》防排煙章節中規定疏散通道上的防排煙系統,就是專門為了抵御煙氣入侵保證疏散通道特別是防煙樓梯間無煙而專門設置的。《高規》95年修訂版至今已執行16年。這個可怕的“3/4”,理應為0,否則,這些被奪去生命的冤鬼,該向誰問責?問題究竟出在哪個環節,作為消防科技工作者努力的方向又是什么?筆者帶著這些問題回顧了所經歷的消防工程。從政府建設主管、設計、監審、施工、驗收等各個環節看來都是很嚴謹的。即使出現差錯,也只是個別的,不會影響全局。出現問題可能性最大的有兩個,一是規范本身;二是運行管理。十多年前當我執行規范時發現了一些不可理解的問題,我就將目光盯上了這里,因為規范上出了問題,這將是最大的安全隱患,事關全局。多年來筆者對所發現的問題都撰寫有相應的文章。運行管理問題,為取得一手資料十多年來對全國大小十多個城市作了工程調查。受篇幅所限另詳《消防工程調查報告》,本文所寫的內容主要著重于規范,分為三部分,第一是《高規》第8章沒有執行第6章安全疏散基本原則的問題;第二是關于自然排煙防煙問題;第三是高層建筑加壓送風量計算模型存在的問題。由于水平有限,謬誤之處在所難免。通過同仁的共同努力,用智慧和汗水筑起安全疏散的鐵壁銅墻,讓這個揪心的“3/4”不會重現,相信這個夢想一定會實現。1《高級法規》第8章中第6章的安全配置原則未執行1.1疏散樓梯系統《高規》《高規》GB50045-95、1997年、2001年、2005年歷次版本的第6章安全疏散中都有明確的規定:(1)第6.1.1條第6.1.1.2款:“十八層及十八層以下每個單元設有一座通向屋頂的疏散樓梯,單元之間的樓梯通過屋頂連通……。超過十八層,每個單元設有一座通向屋頂的疏散樓梯,十八層以上部分每層相鄰單元樓梯通過陽臺或凹廊連通……。”(2)第6.2.2.3條:“樓梯間的首層緊接主要出口……。”(3)第6.2.3條:“單元式住宅每個單元的疏散樓梯均應通至屋頂……。”(4)第6.2.6條:“……疏散樓梯間……首層應有直接通室外的出口。”(5)第6.2.7條:“除本規范第6.1.1條,第6.1.1.1款的規定以及頂層為外廊式住宅外的高層建筑,通向屋頂的疏散樓梯不宜少于兩座,且不應穿越其它房間,通向屋頂的門應向屋頂方向開啟”。《高規》各個版本在相同章節相同條文編號中,都有相同內容,而且一字不差。說明《高規》第6章對安全疏散基本原則—防煙樓梯應有直接對外的疏散外門MW(包括MW底與MW頂)的重視是一貫的。1.2防煙樓梯間的加壓廣義mw從《高規》第8.3.1條條文說明,對典型的加壓送風防煙方案表8.3.2-1所作的詮釋中就一目了然。詮釋中指出:“……本條規定對不具備自然排煙條件的防煙樓梯間進行加壓送風時,其前室不送風的理由是:從防煙樓梯間加壓送風后的排泄途徑來分析,防煙樓梯間的風量只能通過前室與走廊的門排泄,因此對防煙樓梯間加壓送風的同時,也可以說對其前室進行間接的加壓送風。兩者可視為同一密封體……。”從上面這段詮釋中,完全可以判定,《高規》第8章是基于防煙樓梯間沒有設置直接對外的疏散外門MW而提出的防煙方案和對策措施。不然,怎么能說防煙樓梯間的風量“只能通過前室與走廊的門排泄”呢?應該說:第一是向兩個方向排泄,而且更主要的是向防煙樓梯間直接對外的疏散外門(出口)排泄,因為這條氣流通路的路程距室外最近,門洞流通面積大,阻力小。第二、防煙樓梯間直接對外出口的存在,防煙樓梯間與前室“兩者可視為同一密封體”的提法就不成立。第三、向防煙樓梯加壓的空氣,大部分已從防煙樓梯間的外門流失,更不能認為:“對防煙樓梯間加壓送風的同時,可以說對其前室進行間接的加壓送風”,《高規》第6、8兩章之間的矛盾是顯而不見的。1.3對第8章和防煙樓梯間的疏散外門的設置沒有考慮到其他方面的需要防煙排煙及疏散通道的總體布局,是由建筑專業提供的,總體布局是按《高規》第6章安全疏散規定的條款已在防煙樓梯間設置有直接對外的疏散外門,而第8章防排煙章節是按防煙樓梯間沒有直接對外的疏散外門考慮的,因此第8章與防排煙有關的加壓部位的選擇、系統劃分、對策措施等很自然地失去了法規上的依據和理論上的支持。(1)壓縮位置前室防煙樓梯間是上、下連通的高聳空間,底層有直接對外的疏散外門MW底,屋面有直通屋頂疏散平臺的外門MW頂的存在,且外門都是往疏散方向開啟的,火災時外門要負擔防火分區內二層及二層以上逃生人員的疏散,每個人推開MW才能疏散出去的,外門MW基本會處于常開狀態。邏輯分析告訴我們;誰還會向張開著大嘴的防煙樓梯間這個部位加壓送風呢?加壓空氣從外門這條捷徑大量流失,還能剩下多少風量流向前室與走廊之間的防火門M1去抵御煙氣入侵呢?而且這條氣流通路串聯了許多道門、窗洞或門、窗縫隙才能流到室外,即使內走道設有自然排煙外窗,氣流也并不是通暢的,如果外窗處于迎風面,不僅煙氣排不出去,還有可能倒灌。特別是內走道長度≤20m時,規范規定允許內走道不設排煙設施,這時的氣流要靠從房間的門縫和窗縫才能排到室外,顯然這里就成為氣流的“瓶頸”,抵御煙氣入侵的風量是無法通過的。研究表明,因為煙氣只能來自著火層的著火房間,堵截煙氣的最佳部位不是防煙樓梯,而是前室。我國古代文化遺產萬里長城的防御理念告訴我們,“一夫把關,萬夫莫入”,前室就是萬里長城上的“關口”,這是中國古代文化給我們的啟示。(2)加壓陣風的可靠性分析凡是防煙樓梯間都要設加壓送風系統,如《高規》表8.3.2-1、表8.3.2-2都是如此,表8.3.2-4防煙樓梯間則以自然排煙防煙的方式代替。特別是表8.3.2-2在防煙樓梯間及其合用前室采用了分別加壓。目的是想提高系統的可靠性,想讓分別加壓形成雙保險。實際上分別加壓不是提高其可靠性而是降低了可靠性。因為分別加壓,雖然是兩個加壓送風系統,因為兩個加壓送風系統是相互依存的關系,從可靠度框圖可知,其可靠性是兩個系統可靠度的乘積,總的可靠度比單個系統的可靠性都低。從流體網絡分析可知,空氣的流向,不僅送入防煙樓梯間的全部空氣會從防煙樓梯間直接對外的疏散外門流至室外,向合用前室加壓的空氣,也有一部分要從M2流向防煙樓梯間,再由外門MW流到室外。說明合用前室的壓力PQ大于防煙樓梯間的壓力PL。也就是說《高規》規定的樓梯間的壓力PL大于合用前室的壓力PQ的假設都是不符合實際的。這些都是無視防煙樓梯間“直接對外的疏散外門”存在造成的判斷失誤。《高規》表8.3.2-3消防電梯獨用前室,只有一個防火門MF,與防煙樓梯間前室防火門M2、M1同時開啟的層數“n”毫無關系,但在加壓送風量計算中硬塞進來了一個“n”,成了張冠李戴。研究表明:現行加壓送風防煙方案,需要解決的關鍵問題有四個:第一個是加壓送風部位的選擇問題,第二個是加壓空氣在內走道流動的“瓶頸”問題,第三個是加壓送風量的計算方法問題,第四個是正確評價自然排煙防煙問題。加壓送風防煙的部位問題,涉及系統劃分,從前面的分析可以看出。《高規》表8.3.2-1—4四個防煙方案,除了消防電梯獨用前室可向消防電梯井加壓外,其余三個防煙方案都只需向前室或合用前室加壓送風。在內走道設置機械排煙(風)系統,使內走道內壓力PZ≈0,營造一個人工無限空間,一方面解決內走道的氣疏“瓶頸”,保證前室防火門M1處抵御煙氣入侵的加壓空氣暢通,另一方面是滿足并聯氣流定義的條件,為應用“當量流通面積流量分配法”提供理論支持。第三、第四個問題將在下面討論。1.4加壓陣風防煙方案優化(1)《高規》第8章未與第6章防煙樓梯間應有直接對外疏散外門的規定匹配,違反了安全疏散的基本原則,導致加壓送風防煙部位的選擇,系統的劃分等重大問題決策上的失誤,既失去了法規上的依據,也失去了理論上的支持、需要徹底糾正。(2)《高規》各加壓送風防煙方案風量控制表8.3.2-1、2、4提供的數據,經校驗計算,當著火層防火門M2、M1同時開啟時,其門洞處的風速都滿足不了vm1≥0.7m/s的要求,抵御不了煙氣的入侵,防煙方案是不可靠的。(原因在于大部分空氣變成了無效加壓氣流從外門流失)(3)從理論分析和計算數據表明,《高規》規定的加壓送風防煙方案,已不宜采用。從消防一體化思路構筑的,使各種防、排煙設施協同作戰形成合力共同對付煙氣入侵的“優化防煙方案”。能解決防煙系統劃分上存在的問題。該方案只需在前室或合用前室設置加壓送風系統,在內走道設置機械排煙系統。大大簡化了系統,提高了防煙系統的可靠性與經濟性。(詳論文《高層建筑優化防煙方案系統設計》)2關于自然吸煙和預防煙霧彌漫的問題2.1自然排煙系統《高規》第8.2.1條條文說明P191中指出:(1)“……利用可開啟外窗自然排煙受自然條件(室外風帶、風向、建筑所在地區北方或南方等)和建筑本身的密閉性或熱壓作用等因素的影響較大,有時使得自然排煙不但達不到排煙的目的,相反由于自然排煙系統會助長煙氣擴散,給建筑和居住人員帶來更大的危害……。”(2)“建筑內的防煙樓梯間及其前室、消防電梯前室或合用前室都是建筑物著火時最重要的疏散通道,一旦采用自然排煙方式其效果受到影響時,對整個建筑的人員將受到嚴重威脅。”2.2應對措施很顯然,《高規》正文第8.2.1條的規定,就是針對自然排煙防煙存在的安全隱患所采取的應對措施。《高規》第8.2.1條正文規定:“除建筑高度超過50m的一類公共建筑和建筑高度超過100m的居住建筑外,靠外墻的防煙樓梯間及其前室、消防電梯間前室和合用前室,宜采用自然排煙方式”。意即“50m”和“100m”以下自然排煙防煙是安全的。2.3．自然煙面與風壓系數k《高規》采取應對措施的依據何在?只字沒提。筆者研究表明[7,8,9,10,11,12,13]:防煙樓梯間的自然排煙防煙與房間自然排煙是兩個不同的概念。防煙樓梯間能否自然排煙既受室外風向、風速的制約,又受室內外溫差產生的煙囪效應熱壓作用的制約。(1)當只有熱壓單獨作用時,如冬季無風時:防煙樓梯間存在一個壓力為0的中和界,只有中和界以上壓力為正,才能自然排煙,中和界以下為負壓不能自然排煙。即50m的建筑只有25m以上能自然排煙,25m以下是不能自然排煙的。100m的建筑只有50m以上能自然排煙,50m以下也是不能自然排煙的。夏季則相反。能否自然排煙是以中和界分界的。(2)當只有風壓單獨作用時,如過渡季,室內、外溫度相同時,只有背風面能自然排煙,迎風面不能自然排煙,從平面上是以通過外窗中心點的法線左右兩邊對稱的與法線的夾角75°分界的,即風壓系數K=0,±75°兩根線所夾的平面K>0的平面為迎風面,相對應的那個面,風壓系數K<0為背風面。背風面與迎風面是在平面上以風壓系數K=0分界的。因為煙氣從著火房間竄出后,經過冷卻、摻混溫度下降,凡是迎風面的整個建筑高度從下至上都不能自然排煙,只有背風面的整個建筑物高度從下至上能自然排出,因此,也不存在50m以下或100m以下能自然排煙的安全區。(3)當風壓與熱壓共同作用時,如冬季,既有熱壓,又有風壓時,背風面由于風壓的共同作用,會使防煙樓梯間的中和界位置向下移,對自然排煙有利。而迎風面由于風壓的共同作用,會使防煙樓梯間的中和界位置向上移,對自然排煙不利。但仍然是位置移動后的中和界以上才能自然排煙。夏季,恰恰相反。由此可見,《高規》第8.2.1條50m或100m以下防煙樓梯間采用自然排煙防煙的安全區段是不存在的。因此《高規》以第8.2.1條作為解決自然排煙防煙的措施是無效的。而且自然排煙防煙沒有條件與機械加壓送風防煙方案相提并論,更不具備優先采用的資格,采用自然排煙防煙方案,實際上就是將整個垂直疏散通道上逃生人員的生命安全壓在“聽天由命”的賭注上,使“以人為本”的防煙宗旨成為一句空話。因此自然排煙防煙方式是不能推薦更不能優先的。(4)對《高規》8.2.3條規定的分析《高規》第8.2.3條規定:“防煙樓梯間前室或合用前室,利用敞開的陽臺,凹廊或前室內有不同朝向的可開啟外啟自然排煙時,該樓梯間可不設防煙設施”。實際上就是《高規》P185圖17(d)、(c)和P194圖18(a)、(b)圖形的布局。筆者2007年寫過一篇文章,參見《制冷與空調》2007年9月第21卷增刊P110~113,受簡幅所限,將其綜合成幾句話加以概括。(1)著火房間或內走道煙氣竄入陽臺或凹廊后,并不等于煙氣排到室外,就完成了自然排煙的功能,關鍵在于因為防煙樓梯間的負壓狀態沒有考慮,當火災發生在冬季中和界以下區域時,防煙樓梯內的負壓只要疏散人員將防火門推開,陽臺、凹廊上的煙氣就會被防煙樓梯間的負壓吸入,如果陽臺或凹廊處于迎風面時可能會更為嚴重,保證不了防煙樓梯間無煙,就保證不了疏散人員的安全,夏季則相反。(2)圖18(a)、(b)為前室或合用前室有不同的朝向的自然排煙外窗。不論風向如何,同樣,當火災發生在冬季,著火層位于中和界以下時,防煙樓梯間為負壓,從內走道進入合用前室的煙氣,只要疏散人員推開防煙樓梯間的防火門,煙氣就會被防煙樓梯間的負壓吸入,防煙樓梯間進了煙氣,疏散人員的安全就無法保證,夏季相反。2.4不穩定因素引起火災所謂“自然排煙防煙”,就是允許從著火房間竄入內走道的煙氣能自由進入防煙樓梯間及其前室和合用前室,又能從外窗自由排出。(1)既然允許煙氣進入防煙樓梯間,防煙樓梯間就沒有起到“防煙”功能,防煙樓梯間就名不符實,不能稱其為防煙樓梯間。《高規》規定的:“要確保防煙樓梯間的安全疏散,必須保證防煙樓梯間無煙”,安全疏散就成了一句空話。(2)人與煙氣不可能“和平共處”設想在防煙樓梯間進煙后又自動排煙,沒有考慮煙氣對密集的防煙樓梯間逃生人員的危害。煙氣不是“羊”而是“狼”,在防煙樓梯間采用自然排煙防煙,猶如“引狼入室”。“人”與“煙氣”是不可能“和平共處”的。除了煙氣本身的毒性直接致人死亡外,煙氣使人無法辯明方向導致逃生人員相互碰撞、跌倒、踩踏,造成群死群傷的慘劇不應忘記。(3)自然條件和煙氣都不可能受人的掌控風力、風向、熱壓等自然條件不受人的掌控,火災發生的時間、空間也是隨機的。煙氣從著火房間竄出,經內走道到達前室,煙氣經過與壁面的換熱和摻混,煙氣密度和溫度已經下降,前室內雖然設置有自然排煙外窗,當外窗處于迎風面時,外窗面受風壓的作用,煙氣就排不出去。只能直奔防煙樓梯間。即使前室外窗處于背風面,如果火災發生在防煙樓梯間的負壓區,煙氣就會被防煙樓梯間的負壓吸入。煙氣在防煙樓梯間不太可能沿水平方向穿場而過,因為防煙樓梯間每五層才設置有面積為2.0m2的自然排煙外窗,煙氣與垂直壁面的接觸,類似中庭的“層化”效應,也可能會起作用,煙氣比常規空氣密度約重3%,煙氣是向上升,還是向下降,已無法確定。自然排煙防煙的規定為煙氣自由進入防煙樓梯間提供了方便條件,可離開卻并不聽從人的安排?逃生人員專用的疏散通成了煙道,這對逃生者的生命安全構成了極大的威脅。2.5自然煙頂結構的可靠性高層建筑防煙樓梯間自然排煙的極限高度“50m”和“100m”是不存在的。一類公共建筑不存在50m以下有一個能自然排煙的安全區,同樣,對居住建筑也不存在100m以下有一個能自然排煙的安全區。房間自然排煙的極限高度是存在的,應該提倡,只是各個地區的地理、氣象條件不同,極限高度也不同,而且這個極限高度是對一個朝向的外窗而言。在有條件的工程中,對極限高度較低的地區,或極限高度以上的房間,采取兩個或兩個以上朝向外窗提高其可靠性是有效的。房間自然排煙的極限高度與防煙樓梯間是兩個不同概念,不能混淆。《高規》第8.1.1條將可靠性不在同一個平臺上的自然排煙與機械加壓送風防煙并列,而且要求優先采用,顯然是不合情理的。《高規》第8.2.3條關于防煙樓梯間前室或合用前室,采用敞開的陽臺、凹廊或前室內有不同朝向的可開啟外窗自然排煙時,該樓梯間可不設防煙設施的幾種作法,因為它沒有考慮到著火層發生在防煙樓梯間的負壓區時的吸力作用,都是不可靠的。自然排煙防煙受自然條件的制約,其可靠性很低。研究表明最大可能只有50%,推薦它,猶如把火災疏散時逃生人員生、死推向一場賭博。這是與“以人為本”的防煙宗旨背道而馳的。3高層建筑壓力通風量計算模型存在的問題3.1加壓風力計算模型追根溯源加壓送風技術源于二次世界大戰期間,為了防御敵人投放的細菌、毒氣侵入作戰指揮要害部門,將清潔空氣(或處理過的無毒空氣)以加壓送風機送入要求這些受保護的部位。其物理模型非常簡單(從略)。(1)使保護部位關門時能保持一定正壓值ΔP(Pa),以抵御有害物的入侵,所需的風量Ly(m3/s)用壓差法計算。根據流體力學推導:式中:A為關門時總的縫隙面積,m2;ΔP為壓力差,Pa;b為附加系數;μ為流量系數;ρ為空氣密度,kg/m3。(2)使其開門時,保持門洞處一定的風速,m/s,以抵御有害物的入侵,所需的風量Lv(m3/s)用流速法計算,同理:式中:n為同時開啟門的數量;F為每樘門的斷面積,m2;v為保證門洞處所需的風速,m/s。(3)這項加壓送風技術的特點(1)有害物來自加壓部位的各個方向,加壓部位與被保護部位已熔為一體。(2)加壓空氣送入保護部位后是直接排入大氣之中,稱其為“直接排泄”,因而這些排氣通路的面積都屬于簡單的也是典型的并聯型式。由于公式中的加壓送風氣流流路,與實際空氣流動的流路和流動規律與計算模型是完全吻合的。因此,計算模型在使用效果上取得了成功。因而受到后來人們的相繼傳承。這里我們稱這種直接排泄型式的加壓送風技術叫“原型加壓送風”。3.2推薦的計算方法《高規》95年改版后的1997年版、2001年版和2005年版四個版本都在第8.3.2條條文說明中,推薦了壓差法和流速法。(1)壓差法的計算式(2)流速法的計算式當式(1)中取μ=0.64,ρ=1.2kg/m3,b=1.25時,式(3)與式(1)相同,式(2)與式(4)也是相同的。實質上《高規》的壓差法與流速法完全是照搬了“原型加壓送風”的兩個公式。3.3壓力法和速度法直接用于計算高層建筑香煙系統的壓力風量3.3.1“間接泄漏”由于高層建筑加壓送風系統的氣流流路比“原型加壓送風”氣流流路要復雜得多。顯而易見,“原型加壓送風”的氣流都是“直接排泄”進入大氣中的,而高層建筑加壓送風系統的氣流,除了極少數為直接排泄,絕大多數氣流流路都是“間接排泄”。“直接排泄”的氣流可運用簡單的并聯氣流流動規律的公式計算。“間接排泄”的氣流,必須用串聯氣流流動規律。而壓差法與流速法都是采用并聯氣流的規律用于高層建筑加壓送風量的計算,很顯然是違背了氣流流動的基本原則的。(2)同時開啟的層數“n”撇開MW不談,所謂兩個工況不同時出現,就是說:有時是所有防火門都關閉,有時是只有n層M2、M1同時開啟。但流速法中M2、M1同時開啟的層數“n”的內涵,是個概率值,是個動態的概念,即各層的M2、M1同時開啟的概率是相同的,在某一時刻究竟是哪幾層同時開啟,是不確定的。但任意時刻總是有“n”層的M2、M1同時開啟。因此,《高規》認定某一工況(時刻)所有的防火門M2、M1都是關閉的假設,違背了同時開啟門數量“n”的動態概念的基本內涵,因此《高規》的壓差法與流速法二者取其大值的思路是值得商榷的。3.3.2加壓空氣從mw流至bw流的變化即壓差法與流速法直接用于高層建筑加壓送風與防煙樓梯間直接對外疏散外門MW存在的矛盾的分析。壓差法與流速法計算參數的虛疑性矛盾,仍以《高規》表8.3.2-1防煙方案為例:(1)壓差法Ly=0.827A·ΔP1/2×1.25計算式中的ΔP與A因為防煙樓梯間直接對外的疏散外門MW的存在,假設防火門M2、M1及MW均為《高規》規定的標準規格的防火門,且M1=M2=MW底=MW頂=1.6m×2.0m=3.2m2的雙扇門,每扇為0.8m×2.0m,其閉門器根據規范規定:其開啟力矩Mf≤25N·m。第一種情況,假設加壓送風系統已啟動,人員未開始疏散,防火門是關閉的,當系統啟動后,防煙樓梯間內的壓力便升高,升高到一定程度,正壓力產生了推門力矩Mp=ΔP×B2×H/2(N·m),當平衡力矩方程式Mp≥Mf=25N·m時,就會將Mw推開泄壓,這時的壓力差ΔP≥2Mf/B2·H≥39.0625Pa。壓力差未達到《高規》規定的45~50Pa時,Mw就被正壓力推開了。壓力差ΔP既不是45~50Pa,防火門的“縫隙面積”也不是原先的A。第二種情況是加壓送風系統已啟動,人員在疏散過程中,由于外門Mw要負擔防火分區內二層及以上各層的人員疏散,Mw會始終處于開啟狀態,加壓空氣從Mw流失,防煙樓梯間壓力急劇下降,因而壓差法中的ΔP與A也并非規范規定的參數。(2)流速法計算式:Lv=n·F·v(1)上式我們可理解為“n”路流通面積為F(m2)。流速為vm/s的氣流。這種氣流在實際的加壓送風的氣流流動中,是找不到的,是虛構的,與實際不相符合的臆想中的氣流。仍以《高規》表8.3.2-1加壓送風防煙方案為例:式中“n”層防火門M2、M1同時開啟,M2與M1本身是串聯的,每個防火門的面積為F(m2),光是兩個防火門串聯的當量流通面積,用F來表征違反了串聯流動的基本原則,而且氣流只算到內走道,沒有到達室外匯合點。(2)送入防煙樓梯間的加壓空氣當M2、M1同時開啟時只能說明從防煙樓梯間至內走道的氣流可以暢通,而從內走道流至室外的氣流通路沒有構成。正如只有進口沒有出口的“防空洞”空氣就不能流動是一個道理。特別是當內走道長度≤20m時,《高規》規定內走道可不設排煙設施。現假設與內走道兩側聯通的為10個房間,房間門縫為Azfg(m2),房間外窗縫為Azfcg(m2),火災發生在冬季加壓空氣從被加壓空間防煙樓梯間L通過防火門M2流入前室Q,再由前室經防火門M1流到內走道Z,對著火層來說,再由內走道Z火經9個房間門縫Azfg流至9個房間f,再由房間經窗縫Azfcg流至室外W,即使同時開啟的M2、M1兩個防火門“n”層是暢通的,其流路從,是串聯通路(在內走道之后是Azfg與Azfcg串了又并,并了又串的復合氣流),其當量流通面積Ad1從整體上應按串聯并聯復合規律計算。Ad1遠小于F,(詳見論文《對優化防煙方案“論據鏈”的分析與探討》表2中工況3的數據,Ad1=0.0041m2)。F=1.6m×2.0m=3.2m2,《高規》將Ad1值按F取值,這就違背了串聯氣流通路應按當量流通面積計算的基本原則。Ad1如此之小,怎么能讓抵御煙氣入侵的風量(LM1=0.7m/s×Am1k)通過?內走道上已成為氣流流動的“瓶頸”,加壓送風系統顯然失效。因此,只考慮氣流流到內走道,掩蓋了氣流流動中最大的安全隱患,反映不了氣流流動的真實情況。(3)另一方面卻沒有考慮從被加壓間—防煙樓梯間直接對外的疏散外門Mw開啟時,直接泄漏到室外的風量LMw。從上述論文范例1工況3的數據可知,從這里泄漏的風量達送入防煙樓梯間總風量的98.72%。用于抵御煙氣入侵的風量LAm1,只有0.0632%,怎能抵御煙氣入侵?加壓送風系統只能成為擺設。即使內走道長度≥30m,設置有自然排煙外窗Azck=1.0m,從防煙樓梯外門MW流失的風量LMw有所下降,但仍為送入防煙樓梯間總風量的86.41%,從防火門M1門洞通過的為12.39%(見上述論文工況2的數據)要保證門洞M1處的風速為0.7m/s,總風量達18.0772m3/s,即65078m3/h,如此大的風量,一般設計是不能認同的,實際上方案也是不可行的。特別要提醒的是,當內走道外窗處于迎風面時,內走道的煙氣不但排不出去,還有可能倒灌,加壓送風系統的命運和內走道沒有設置自然排煙外窗是一樣的。因此流速法模型存在的問題,既違背了氣流流動的基本規律,而且只將氣流流動中止在內走道,掩蓋了氣流潛在的安全隱患,因此,壓差法和流速法都是不能用于高層建筑防煙系統復雜氣流的流量計算的。研究表明,上述方法必然為“當量流通面積流量分配法”所取代。(4)《高規》表8.3.2-2防煙方案是分別加壓,已在第1節作了分析,不再重復。3.4《意見草案》與《上海規則》相同壓力送送量計算模型存在幾個問題為了節省篇幅和便于分析,將《征求意見稿》中的計算模型整理為兩個計算式。3.4.1計算送送送送送送送送的l公式式中Ly、Lv與式(2)、(3)中同。3.4.2加壓風力系統關閉斷壓機的數量式(6)中Ly、Lv與式(5)同,在前面第3.1~3.3節中已闡明壓差法計算式Ly與流速法計算式Lv都不能用于高層建筑防煙系統加壓送風量的計算,不在此重述。因此式(5)、式(6)也是不成立的,而式(6)中的L3為合用前室常閉型加壓送風口的漏風量,m3/s。式中,AF為每個送風口的面積,m2;N3為關閉風口的數量。式(7)已在《加壓送風系統關閉風口漏風量計算方法的探討》論文概述1.2節中作了分析,該論文已于今年1月投向《暖通空調》刊物。為節省篇幅,現引用該論文中的幾句話,加以概括:“關閉風口漏風量必須計算,但直接套用加壓送風口氣密性標準的數據0.083m3/(m2·s)來計算加壓送風系統關閉風口的漏風量是不妥當的,也是不科學的。因為一是該加壓送風口氣密性標準0.083m3/(m2·s)的前提條件是關閉閥門(風口)兩側的壓力差ΔP=20Pa時的漏風量。怎么能證明所有關閉風口兩側的壓力差都是ΔP=20Pa呢?這是沒有依據的。ΔP的大小不僅隨加壓送風系統不同而不同,同一加壓送風系統隨風口位置不同而變化的。必須對每個風口建立能量方程才能求解,是很復雜的。二是漏風量0.083m3/(m2·s)=5m3/(m2·min),為21年前四川省地方標準DB51/48-91的規定(與江蘇省地方標準同)”現在的標準不同,而且各個生產廠家的產品制作標準也不同,差別很大,能否適合于某個工程還要根據許多條件來選擇的。”3.4.3采用“加壓風力”的計算方法《上海規》在第3.1.10條條文說明中指出:“加壓送風系統的風量僅按保持該區域門洞處的風速進行計算是不夠的。這是因為門洞開啟時,雖然加壓送風開門區域中的壓力會下降,但遠離門洞開啟樓層的加壓送風區域或管井仍具有一定的壓力,存在著門縫、閥門和管道的滲漏風,使實際開啟門洞風速達不到設計要求。因此……總漏風量按三部分之和計算加壓送風量是較合理、較安全的。”這是《上海規》采用式(5)和式(6)計算加壓送風量的理由和依據。筆者認為,為便于分析,以《高規》表8.3.2-1為例,壓差法與流速法直接用于高層建筑加壓送風量計算,違背了氣流流動的基本原則已在3.1~3.3節中已談到,不在此重述。現在僅就防煙樓梯間內的壓力ΔP究竟是一個還是兩個,和式(5)與式(6)的這種取值方法就能保證安全進行分析:(1)防煙樓梯間內最大的壓力條文說明中所說的:“雖然加壓送風開門區域中的壓力會下降,但遠離門洞開啟樓層的加壓送風區域……仍具有一定的壓力……”也就是說在防煙樓梯間這個空間內,出現兩種壓力,即防火門開啟處這個區域的壓力下降為低壓。在防火門關閉處區域仍具有一定的壓力,說明中用的仍具有“一定的壓力”,具體是多少,沒有明確,但關門時計算式(5)Ly中,對ΔP的取值,都是45~50Pa(高壓)。而防火門同時開啟時防煙樓梯間的門洞區域的壓力究竟是多少呢?高等學校教材《暖通空調》第二版P288是這樣寫的:“當樓梯間用門洞風速法計算風量時,樓梯間內正壓力不到2Pa。”筆者在論文中是按式(5)反推,ΔP=(Ly/0.839A)2=(v/0.839)2。(對單體流路不計附加系數1.25),當vm1=0.7m/s時,ΔP≈0.70Pa,當vm1=1.2m/s時,ΔP≈2.05Pa,ΔP是通過門洞A的壓力降,與通過門洞的風速或風量有關。也就是說在防煙樓梯間內“n”層防火門M1、M2同時開啟的區域的壓力ΔP為0.70~2.05Pa,在遠離門洞開啟樓層的壓力ΔP為45~50Pa。這是讓人難以置信的。因為在同一個空間內,出現多處是低壓、多處是高壓,而且是交叉的?因為防火門M1、M2同時開啟的“n”層,可能位于系統負擔層數N中的任何一層,而且“n”的位置是變化的、動態的。哪些算遠離門洞開啟樓層?哪些算靠近門洞開啟樓層?也就是“低壓區域范圍”與“高壓區域范圍”如何劃分,是無法確定的。根據空氣流動的連續性和空氣的不可壓縮性(在加壓送風壓力范圍內)在一個空間內只能存在一個平衡壓力ΔP′。應該特別指出的是:防煙樓梯間還存在直接對外的疏散外門,一個位于低層的MW底,一個位于屋面平臺的MW頂,在火災疏散過程中都處于開啟狀態。張開兩只大嘴的防煙樓梯間的壓力是高不上去的。此外,從加壓送風氣流流動規律分析:防煙樓梯間是加壓空氣的起點,送入這里的空氣很自然地分成很多路氣流流動。各路氣流通過的門洞、窗洞或門縫、窗縫的面積大小不同,都從單體上屬串聯。無論是哪路氣流,最終都回歸到大氣之中,從整體上各路氣流的起點都是防煙樓梯間,匯合點都在室外無限空間大氣中。各路氣流符合并聯氣流的定義。根據并聯氣流壓降相等的原則。可知從防煙樓梯間門洞開啟的樓層到達室外,與從門洞關閉的樓層到達室外的壓降都是相等的,也就證明防煙樓梯間只有一個壓力ΔP′,不會有一個高壓和一個低壓出現。因此,LL=L1+L2是不成立的。(2)加壓風力計算的計算方法《上海規》第3.1.10條壓差法Ly=0.827A·ΔP′1/2×1.25中的ΔP取45~50Pa也是不符合實際的。按《上海規》取ΔP=50Pa,比實際ΔP≈2Pa,其壓力放大25倍,風量Ly比實際的放大5倍。(還未計漏風面積A,實際是串聯流動,而按并聯流動面積計算所放大的倍數)流速法Lv=n·F·v中的F值同樣也是串聯按并聯計算的。因此,撇開其合理性不談,Ly與Lv的計算值都比實際值放大了許多倍。為了節省篇幅,引用論文表2中范例1工況2的條件及其中的一組計算數據作為參照標準。(1)范例條件:《高規》表8.3.2-1防煙方案N=19層,n=2,內走道設自然排煙外窗面積開啟時AZCK=1.0m2,關閉時0.0006m2(折算)火災時開啟著火層AZCK,防火門開啟時面積:Am1k=Am2k=Amw底=Amw頂=1.6m×2.0m=3.2m2,防火門關閉時縫隙面積Am1g=Am2g=0.0276m2,與內走道相連的房間為10間,房間門規格面積AZCK=1.0m×2.0m,縫隙面積Azfg=0.018m2,房間外窗面積Azfck=1.5m×1.5m,關閉時縫隙面積Azfcg=0.00045m2(折算)。(2)計算數據摘錄(一組)于表1。(3)驗算的原則:因為論文的范例都是按“當量流通面積的流量分配法”在加壓送風量計算中的應用進行的計算。其原理是利用并聯氣流通路上的壓降相等,即各并聯氣流流路當量流通面積上的流速也相等,或者說各并聯通路流量之比與其當量流通面積成正比。送入加壓部位的流量是按當量流通面積的大小來分配的。當已知某一通路的當量流通面積如Ad1,和該通路的流量LAd1(是抵御煙氣入侵的風量時)去求總加壓送風量和其余通路的流量就是在加壓送風量計算中的應用。這里是反其道而行之,即已知送入加壓部位的總的送風量LZ,去求通過著火層防火門M1門洞開啟的這一通路的流量LAm1,因為只要系統的條件相同(如范例1工況2的條件)。它們各并聯通路當量流通面積的大小的比例和流量大小的比例是一樣的,當求出LAd1/Am1k=vm1≥0.7m/s時是安全的,這是當量流通面積流量分配法在校驗中的應用。(4)按《上海規》第5.1節計算Ly與Lv(Ly=L1,Lv=L2)這里撇開此計算方法存在的所有問題,僅按《上海規》規定的方法算出L1與L2的數量。計算值LL計=L1+L2=12347m3/h+16128m3/h=28475m3/h根據《上海規》第3.3.7條規定:“……當計算值和表3.3.7-1不一致時應按二者中大值確定。”計算值LL計=28475m3/h,表3.3.7-1中控制風量為30000m3/h,故取LL=30000m3/h。(5)校驗LL=30000