建筑消防工程
结
课
论
文
姓名： 学号： 指导老师：
论消防和防排烟系统在高层建筑中的应用
摘要：随着经济社会的发展，现代化城市人口高度集中，高层、超高层和地下建筑大量开发建设，高层建筑的发展引发了许多不容置疑的新问题，如造价提高，管理费用增加，设备要求复杂，施工困难，建设周期长，工作条件受限制，防火、防爆、防盗、防震的安全问题难以解决，而其中的消防和防排烟问题尤为重要和不可忽视。
关键词：高层建筑，消防，防排烟系统
一、高层建筑
1.1 高层建筑的定义
超过一定层数或高度的建筑将成为高层建筑。高层建筑的起点高度或层数，各国规定不一，且多无绝对、严格的标准。
1.2高层建筑的分类
在我国，旧规范规定：8层以上的建筑都被称为高层建筑，而目前，接近20层的称为中高层，30层左右接近100m 称为高层建筑，而50层左右200m 以上称为超高层。在新《高规》即《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2002）里规定：10层及10层以上或高度超过28m 的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑高度超过100m 时，称为超高层建筑。
我国的房屋6层及6层以上就需要设置电梯，对10层以上的房屋就有提
出特殊的防火要求的防火规范，因此我国的《民用建筑设计通则》（GB 50352—2005）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-95）将10层及10层以上的住宅建筑和高度超过24m 的公共建筑和综合性建筑划称为高层建筑。
二、消防系统
高层建筑中的消防系统是维护建筑安全的主要力量。按灭火剂的种类和灭火方式可分为消防给水系统和固定灭火装置两大类。
以水为灭火剂的消防给水系统，按灭火设施可分为消火栓灭火系统和自动喷洒灭火系统。
2.1 消火栓灭火系统
室内消火栓给水系统有消防给水基础设施、消防给水管网、室内消火栓设备、报警控制设备及系统附件等组成。其中消防给水基础设施包括市政管网、室外消防给水管网及室外消火栓、消防水池、消防水泵、消防水箱、增压稳压设备、水泵接合器等，该设施的主要任务视为系统储存并提供灭火用水。给水管网包括进水管、水平干管、消防竖管等，其任务是向室内消火栓设备输送灭火用水。室内消火栓设备包括水带、水枪、水喉等，它是供人员灭火使用的主要工具。报警控制设备用于启动消防水泵，并监控系统的工作状态。系统附件包括各种阀门、屋顶消火栓等。
2.1.1消火栓给水系统
该建筑为建筑高度小于50m 的一类民用高层建筑。建筑面积小于600 m2。由《给排水设计手册》确定：室内消防水量为30L/s，室外消防水量为30L/s，火灾延续时间为3h 。采用水泵、水箱联合供水的不分区消火栓给水系统，在火灾发生的10min 之内的消防用水贮存在高位消防水箱，火灾延续时间内消防用水贮存在室外消防水池内。
2.1.2消火栓给水系统
（1）消火栓的选用及设置
由于高层建筑每股水枪的水量不小于5L/s，室内消火栓应采用同一型号规格，所以设计中均选用口径为19mm 喷嘴的水枪，65mm 口径的消火栓，直径65mm 长度20m 的衬胶水带。
按规定，高层建筑和裙房的各层除无可燃物的设备层外每层均应设置室内消火栓，高层建筑的消防电梯前室应设消火栓。高层建筑的屋顶应设一个装有压力显示装置的检查用的消火栓，采暖地区该消火栓可设在顶层出口处或水箱间内，室内消火栓应设在楼内走道、楼梯附近等明显易于取用的地方。
2.2 自动喷水灭火系统
自动喷水灭火系统是利用其特有的性能，在火灾时能自动喷水灭火的固定灭火方式，可使火灾在初期就能够及时得以控制，从而最大限度的减少火灾损失。自动喷水灭火系统具有灭火效率高，安全可靠，工作性能稳定，适用范围广，投资少，不污染环境等优点。广泛应用于民用建筑、工业厂房及仓库。特别适用于在人员密集、不易疏散、外部增援灭火与救生困难的重要或火灾危险性较大的场所中应用。[1]
2.2.1自动喷水灭火系统概述
为适应保护对象的需要，充分发挥自动喷水灭火系统的作用，系统具有多种形式。按喷头的封闭与否可分为闭式系统和开式系统。
闭式系统装有闭式喷头，平时处于密闭状态，发生火灾后，由于热力作用，闭式喷头会自动打开喷水灭火。由于保护场所环境条件限制，要求平时闭式系统灭火管网内充有水或压缩空气，因此又有湿式系统、干式系统、预作用系统、重复启闭预作用系统等多种系统类型。但露天场所不易采用闭式系统。
开式系统装有开式喷头，因此，灭火管网平时不会存水。当设置场所发
生火灾时，由火灾探测控制装置启动系统，所有开始喷头会同时喷水灭火或阻止火势蔓延。开式系统根据其作用不同，又分为雨淋系统、水幕系统和雨淋—泡沫联用系统。
水泵接合器消防水池驱动电机控制报警器压力表高位水箱闭式喷头P 水流指示器湿式报警阀组
图3.3 湿式自动喷水灭火系统组成示意图
湿式系统由闭式喷头、湿式报警阀组、管道系统、水流指示器、报警控制装置和给水设备组成。其工作原理为：火灾发生时，火源周围温度上升，火焰或高温气流使闭式喷头的热敏感元件动作，喷头被打开喷水灭火。此时，湿式报警阀后的配水管道内的水压下降，在水源压力作用下使原来处于关闭状态的湿式报警阀组开启，压力水流向配水管道。随着报警阀的开启，报警信号管路开通，压力水冲击水力警铃发出声响报警信号，同时，安装在管路上的压力开关接通发出相应的信号，直接或通过消防控制中心自动启动消防水泵向系统加压供水，达到持续自动喷水灭火的目的。另外，串联在管路上的水流指示器，由于水的流动被感应并送出相应的信号，在报警控制器上指示某一区域已在喷水。
此系统满足环境温度不低于4℃，且不高于70℃能用水灭火的建筑。
2.2.2喷头的布置
闭式自动喷水灭火系统的设计，用于保证建筑物的最不利点有足够的喷水强度。喷水强度的大小与建筑物的火灾危险等级有关。根据高规，本建筑属于中危险级。设计采用标准玻璃球喷头，由《给排水设计》查表可知：在10m 水柱的工作压力下，消防用水量20L/s，设计喷水强度应达6L/( min· m 2), 作用面积应为200 m2，喷头工作压力为10 mH2O 。
喷头是自动喷水灭火系统的主要组件。自动喷水灭火系统的火灾探测性能主要体现在喷头上。喷头在火灾时主要有两个作用过程，首先是探测火灾，然后在保护面积上进行布水以控制和扑灭火灾。喷头布置间距与系统设计喷水强度、喷头类型、喷头工作压力和喷头的布置形式有关，其间距确定合否，
将决定喷头能否及时动作和按规定强度喷水。
2.3 二氧化碳灭火系统
2.3.1二氧化碳灭火系统综述
二氧化碳灭火系统是一种有效的灭火装置，与其他气体灭火方式相比其具有对大气臭氧层无破坏且来源经济方便等优点。二氧化碳是一种惰性气体，自身无色、无味、无毒、密度比空气大50%，长期存放不变质，灭火后能很快散发，不留痕迹，在被保护物表面不留残余物，也没有毒害。适用于扑救各种可燃、易燃液体火灾和那些受到水、泡沫、干粉灭火剂的沾污而容易损坏的固体物质的火灾。另外，二氧化碳是一种不导电物质，其电绝缘性比空气还高，可用于扑救带电设备的火灾。
2.3.2二氧化碳灭火系统组成
二氧化碳系统由灭火储存装置、启动分配装置、输送释放装置、监控装置等组成。二氧化碳灭火系统的工作原理是：防护区一旦发生火灾，首先火灾探测器报警，消防控制中心接到火灾信号后，启动联动装置（关闭开口，
停止空调等），延时约30s 后，打开启动气瓶的瓶头阀，利用气瓶中的高压气体将灭火剂储存器的容器阀打开，灭火剂经管道输送到喷头喷出实施灭火。
三、防排烟系统
3.1 高层建筑机械防排烟综述
建筑物设置防排烟系统的目的是，在建筑物发生火灾时尽快排除火灾产生的大量烟气，阻止烟气从着火区域向着非着火区域蔓延扩大，确保紧急疏散通道安全，为建筑物内人员顺利疏散和消防队员扑救火灾创造有利条件。
本建筑层高43.2m ，大于24m ，按照高规，设有防烟楼梯间及消防电梯，所以根据建筑物的性质、安全疏散程度、火灾危险性和危害性应设防、排烟设施。[11]
建筑物应设防、排烟的部位：
（1）防烟楼梯间及其前室，消防电梯前室或合用前室。
（2）符合下列情况的走道 一类高层民用建筑和建筑高度超过32m 的二类高层民用建筑中无自然通风，且长度超过20m 的内走道或虽有直接自然通风，但长度超过60m 的内走道。
（3）符合下列情况的房间
①一类高层民用建筑和建筑高度超过32m 的二类高层民用建筑中，面积超过100m 2，且经常有人停留或可燃物较多的地上无窗房间或设定固定窗的房间；
②除利用窗井等开窗进行自然排烟的房间外，各房间总面积超过200m 2或一个房间面积超过50m 2，且经常有人停留或可燃物较多的地下室。
（4）符合下列情况的中庭 一类高层民用建筑和建筑高度超过32m 的二
类高层民用建筑中，不具备自然排烟条件或净空高度超过12m 的中庭。
（5）封闭避难层。
（6）地下建筑等。
建筑物防烟、排烟方式
建筑物采用的防排烟方式基本可分为：自然排烟、机械排烟、机械加压送风防烟和密闭防烟等方式。
（1）自然排烟方式
自然排烟方式是利用火灾时产生的热烟气流的浮力和外部风力作用，通过建筑物的对外开口把烟气送至室外的排烟方式，这种排烟方式实质上是热烟气与室外冷空气的对流运动。自然排烟必须有冷空气的进口和热烟气的出口，排烟口可以是外窗，也可以是专门设置在侧墙上部或屋顶上的排烟口。
（2）机械排烟方式
机械排烟可分为机械排烟、自然送风方式和机械排烟、下部加压并用方式。
（3）机械加压送风方式
机械加压送风方式是通过通风机所产生的气体流动和压力差来控制烟气的流动，即在建筑物发生火灾时，对着火区以外的有关区域进行送风加压，使其保持一定的正压，以防止烟气侵入的防烟方式。
（4）密闭防烟方式
密闭防烟方式的原理是，利用房间的密闭性使着火房间因缺氧而灭火，并达到防止烟火蔓延的目的。这种防烟方式一般适用于面积较小，且其墙体、楼板耐火性能好。密闭性好的房间。
3.2 高层建筑自然排烟
根据《高层民用建筑设计防火规范》的规定，采用自然排烟方式的部位，应满足下列要求。
（1）靠外墙、采用自然排烟方式的防烟楼梯间及其前室，消防电梯前室
和合用前室，可开启外窗的面积应符合下列要求：
① 防烟楼梯间前室、消防电梯间前室可开启外窗面积不应小于2.00m 2，合用前室不应小于3.00m 2。
② 靠外墙的防烟楼梯间每五层内可开启外窗面积之和不应小于2.00m 2。
（2）走道和房间采用自然排烟时，可开启外窗面积应符合以下要求： ①长度不超过60m 的内走道可开启外窗面积不应小于走道面积的2%。 ②需要排烟的房间可开启外窗的面积不应小于该房间面积的2%。
3.3 高层建筑机械防烟加压系统
设置机械加压送风防烟系统的目的，是为了在建筑物发生火灾时提供不受烟气干扰的疏散线路和避难场所。因此，加压部位在关闭着门时，必须与着火楼层保持一定的压力差；同时，在打开加压部位的门时，在门洞断面处能有足够大的气流速度，以有效的组织烟气的入侵，保证人员安全疏散与避难。
3.4 高层建筑机械排烟系统
机械排烟就是使用排烟风机进行强制排烟。它由挡烟壁（活动或者是固定式）、排烟口、防火排烟阀门、排烟风机和烟排出口组成。
3.4.1机械排烟方式的类型
（1）机械排烟方式按排烟范围可分为局部排烟和集中排烟两种方式。局部排烟方式是在每个需要排烟的部位设置独立的排烟风机直接进行排烟；集中排烟方式是将建筑物划分为若干个区，在每个区内设置排烟风机，通过排烟风道排烟因为局部排烟方式投资过大。
（2）机械排烟方式按空间设置形式可分为竖向设置和防烟分区设置。《高层民用建筑设计防火规范》规定，高层民用建筑走道的机械排烟系统宜竖向设置；房间的机械排烟系统宜按防烟分区设置。
3.4.2 划分防烟分区
所谓防烟分区是指用挡烟垂壁、挡烟梁、挡烟隔壁等划分的可把烟气限制在一定范围内的空间区域。防火分区与防烟分区的区别主要在两个方面：一是划分分区的目的不同；二是设置的要求不同。防火分区比防烟分区划分的面积大；划分防火分区的分隔物比划分防烟分区的分隔物的耐火要求高。防烟分区不能跨越防火分区，否则将使防火分区失去作用。划分防烟分区时需要注意：
（1）凡需设置排烟设施的走道、房间（净空不超过6m 的房间），应采用挡烟隔壁、隔墙或从顶棚下突出不小于50cm 的梁划分防烟分区，梁或垂壁至室内地面的高度不应小于1.8m ；（2）每个防烟分区的建筑面积，一般不应超过500m 2，当顶棚高度在6m 以上时，可不受此限；（3）对有特殊用途的场所，如地下室、防烟楼梯间、消防电梯、避难层间等，应单独划分防烟分区；（4）防烟分区一般不能跨越楼层，某些情况下，如1层面积过小，允许包括一层以上的楼层，但以不超过3层为宜。
四、总 结
高层建筑火灾具有火势猛烈，火灾蔓延速度极快，火灾扑救工作复杂，人员疏散困难等特点。因此其防火过程中设计是关键，作为暖通人中的一员，我们应该与时俱进，紧跟时代的步伐，积极探索出节能高效的消防和防排烟设计方案，为保障国家和人民生命财产安全做出自己的贡献！
参考文献
（1）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2002）
（2）《民用建筑设计通则》（GB 50352—2005）
（3）《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-95）
（4）《给排水设计手册》