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在高层医院建筑、洁净手术部如何设置防排烟系统?

2023-10-11 浏览次数:68

 

一般洁净手术室不设外窗,认为室外尘菌可以通过窗的缝隙潜入手术室内,至于采光采用人工照明而且手术室又不依赖天然采光等条件,故在洁净手术室设计中一般不设窗户。在GB50333-2013《医院洁净手术部建筑技术规范》12.0.10中指出:洁净手术部应对无窗建筑或建筑物内无窗房间设置防排烟系统。
一、建筑防烟与排烟

建筑火灾表明,火灾的高温有毒烟气蔓延较快、蔓延通道多样,使建筑内的烟气成为阳碍人们逃生和灭火行动,导致人员死亡的主要原因。建筑的防烟设计,对于减少建筑内人员的安全和防止烟气的扩散十分重要。在医院洁净手术部的建筑防火设计中,应充分考虑建筑的防烟与排烟。
(1)防烟与排烟设计的基本原则是,要防止烟气进入人员的疏散通道,保证疏散安全,为消防救援提供必要的有利条件。但对于高层建筑或无窗建筑以及医院洁净手术部等类似场所,由于疏散和灭火困难,有必要在其重要部位进行防烟和排烟设计,采取以控烟为主的措施。防烟与排烟系统的设计,应根据室内火灾的烟气及其运动规律,在平面布置中研究可能起火房间的烟气流向,通过不同的合理假设,确定更经济有效的防烟设计方案和控制烟气的流动路线,选用适当的防排烟设备,布置进、排风口,确定合理大小的管道和进风。
(2) 建筑内的防烟或排烟,均可通过自然排烟和机械加压送风或机械排烟方式实现排风口。采用什么方式,应根据建筑的平面布置、通风条件、空间高度和建筑内部的
火灾荷载及其洁净手术部为了满足手术和洁净度的要求,一般均较密闭,且洁净区域均保持高于周类型、形态、分布等综合确定。围的气压。洁净区域一般不开窗或只开密闭的固定窗,其防排烟系统的设计,需要按照无窗建筑或无窗房间进行。
二、防排烟系统设计

建筑的防排烟系统设计,在国外一直是建筑防火和烟气控制研究的热点,其理论也较多。目前,尚无被广泛接受的设计方法,人们正试图通过以性能为基础的设计方法来进行,并已开发了一些建筑内的烟气流动计算机预测与计算模型。美国消防协会发布的《Standard for Smoke Control Systems》NPFA 92-2012,对于建筑防排烟系统的设计具有很好的参考价值。
1、烟气组成
烟气是物质在
燃烧反应过程中热分解生成的含有大量热量的气态、液态和固态物质与空气的混合物。物质由于热分解、燃烧就会放出热量、光和烟气。烟气的组成成分和数量,取决于可燃物的化学组成和燃烧时的温度、氧的供给等燃烧条件。一般,建筑内的可燃建筑材料、装修材料、可燃家具及存放的其他可燃物品,主要是由碳、氢、氧、硫、磷、氮等元素组成的有机化合物。在完全燃烧条件下,物质的燃烧生成物以二氧化碳、一氧化碳、水蒸气、一氧化硫和氮为主。不完全燃烧条件下,不仅有上述燃烧生成物还会生成醇、酮、醚、醛等类有机化合物。含碳量多的物质,在氧气不足的条件下燃烧时,有大量的炭粒子产生。
(1)窒息作用
起火房间产生的一氧化碳,其浓度因有可燃物的性质、数量、堆放情况和房间开口条件的不同而有显著的差异,主要取决于可燃物
热分解反应和氧化反应的速度比。当室内的温度持续升高,可燃物的热分解速度会加快,产生的游离碳也会增多。
(2)刺激作用
火灾时,可燃物的热分解产物中有一些气体对人体会产生较强的刺激作用,如氯化氢、氨气、
氟化氢、二氧化硫、光气和二氧化氮等,这些物质对人体均具有毒害作用。
(3)高温作用
建筑内发生火灾,温度达到轰燃条件后,室内温度可达 500℃以上,甚至高达 800℃高温不仅可使心率加快,人体大量出汗,很快出现疲劳和脱水现象,而且会把人烧伤烧死。此外,高温烟气也是导致火灾迅速蔓延扩大、火灾损失增大的主要原因。烟气还会降低人的视距,给人造成恐怖感,影响人员的疏散和灭火行动。
2、烟气在建筑内的运动规律
火灾产生的高温烟气,其密度比冷空气小,因浮力作用而向上升起,遇到楼板或顶棚时,则形成顶棚射流而向水平方向扩散。这时,如烟气的温度不下降,高温烟气与周围空气会形成明显分离的层流现象。但实际上,烟气在流动扩散过程中,一方面总会与冷空气不断混合,另一方面又受到楼板、顶棚等建筑构件的冷却、阻挡,烟气温度逐渐下降,沿水平方向扩散流动的烟气遇到周围物体时,也会进一步冷却而向下流动。这样,逐渐冷却的烟气和冷空气流向燃烧区形成室内的自然对流,导致燃烧越来越旺。烟气的流动扩散速度与烟气的温度和流动方向有关。烟气在水平方向的扩散流动速度较小,起火初期一般为 0.1~0.3m/s,起火中期为 0.5~0.8m/s。烟气在垂直方向的扩散流动速度较大,通常为 1~5m/s。在楼梯间或管道并中,由于烟囱效应产生的拔力,烟气流动的速度可达 6~8m/s。
(1)烟气在着火房间内的流动
着火房间内的烟气在向上升腾过程中,遇到顶棚后向四周水平扩散,并受到周围建筑围护体的阻挡和冷却,有沿墙向下流动的趋势。烟气不断产生,上部烟层逐渐增厚并到达门窗开口以下时,通过开启的门窗洞口向室外和走廊扩散。如门窗关闭,烟层将继续增厚,至室内温度升高到一定值 (一般为 200~300C)时,门窗上的玻璃发生破裂而使烟气从门窗的缺口处向室外和走廊扩散。当烟气从竖窗口喷出时,附近被卷吸的空气可从窗口两侧得到补充,其轨迹呈向上弯曲状,火势从窗口向上蔓延的危险性不大;当烟气从横窗口喷出时,附近被卷吸的空气不能从窗口两侧及时得到补充,使火焰吸附在墙面上,且升展较长距离,这种情况会很容易将火势蔓延至建筑的上部楼层。在房门关闭、无其他孔洞与走廊相通而外墙上的窗口开启的条件下,当室外有风且窗于迎风面时,中和层将上升,当室外有风且窗口处于背风面时,中和层将下降。当房间门向走廊开启时,烟气的流动情况会变得较复杂,这与建筑的烟囱效应、防排烟方式、室外风速、火灾温度等因素有关。
(2)烟气在走廊内的流动
从房间流向走廊的烟气,开始会附贴在顶棚下流动,由于受到冷却并与空气混合,烟层将逐渐变厚。靠近顶棚和墙面的烟气易被冷却,先沿墙面下行,随着流动路线的增长及与周围空气混合作用的加剧,烟气温度逐渐下降而失去浮力,最后在走廊中心剩下一个圆形空间。火灾试验表明,在火势旺盛阶段,烟气从室内流出后呈层流状态沿走廊的顶棚流动并且烟层厚度经过20~30m的距离也不会变化。但在流动过程中,烟层如受到梁和其突出物的阻碍,并受到室外空气进人或通风、空调系统气流的干扰,其层流流动距离将会缩短而形成紊流状态。
(3)烟气沿楼梯间、电梯井、管道井等竖井的流动
当室内空气温度高于室外时,气流将通过建筑中气压中和面以下各层外墙上的开口进入后,沿楼梯间、电梯井、管道井等竖井在建筑中气压中和面以上竖井的开口进入室内再通过各层外墙上的开口流出。一般,在建筑内的压力分布存在这样的关系,即建筑下部的室外空气压力>各层的压力>竖井内的压力时,室外空气流向室内; 建筑上部竖井内的压力>各层压力>建筑室外压力时,室内空气流向室外。由于各层楼板间存在压力差,下层的空气流向上层。此时,一旦下层发生火灾,烟气向上流动,最顶层比着火层的上一层还危险。当室内空气温度高于室外时,由于室内外空气容重的不同而产生浮力。建筑内上部的压力大于室外压力,下部的压力小于室外压力。当外墙上有开口时,通过建筑上部的开口,室内空气流向室外;通过下部的开口,室外空气流向室内。这种现象就是建筑的烟囱效应。这一现象平时对建筑内空气的流动起着重要的作用。在火灾时,由于燃烧放出大量热量而使室内温度快速升高,建筑的烟囱效应更加显著,使火灾的蔓延更加迅速。
三、防排烟系统设计可采用下列一种或多种设计方法
1、加压法
加压法是较普通的烟气控制方法,常见的例子为相对于房间和前室楼梯间加压。该方法是使隔烟板的两侧产生压差,多数情况下,是在挡烟板两侧产生 25Pa 的压差。通常防排烟系统在着火区及其相邻区域或在前室和楼梯间产生 25Pa 的压差。例如,在高层办公建筑中,对着火区的走廊进行排烟使之产生 25Pa 的负压,房间和前室保持正压,楼梯间保持正压。
工程上,加压方法要求计算出每层墙、顶棚、地板和门的泄漏面积。例如,在一个楼梯间,排烟区相对于相邻烟气区或楼梯间通常产生 25Pa 的负压。首先应计算出楼梯间墙、顶棚、地面的面积,再乘以一个漏风系数可得到围护结构的泄漏面积,再加上楼梯间的门的泄漏面积,就可以得到楼梯间的总泄漏面积。利用总泄漏面积和所需的 25Pa 压差,可算出送风量,进而算出加压速率。
2、排气方法
排气方法是使空间内烟气层的最低高度维持在人员安全疏散所需的耐受极限高度以上,一般为距楼地面 2.1m或 H>1.6+0.1Hf(Hf为室内净高,日本标准的推荐值,通常为高大空间)。排气方法普遍应用在中庭和大型购物中心的防排烟系统中。但关键是根据给定的火灾大小和烟羽流尺寸提供一定的机械排气速度,常考虑的三种火羽流的形式为轴对称火羽流、阳台溢出羽流和窗羽流。
轴对称羽流的流动速率与设计火灾的大小、从燃料表面的到烟气层下部的高度和烟气层同样温度的空气的密度有关。当设计火灾未受到阻挡,并且烟气可在空间内自由流动时,可用轴对称羽流计算公式,参见相关公式。如果烟气在流动的路线上有阻挡,可用阳台溢出羽流计算公式。影响阳台溢出羽流计的因素包括,火到阳台的高度、在溢出点的羽流宽度和从用阳台算起羽流的商度,在轴对称羽流计算中,可在计算出火灾荷载的基础上获得需要的排气速度,从而维持烟气区的烟气层在设计高度以上。
Ms= 0.071Q1/3 Z5/3+0.0018Qc 
式中 M烟气生成速率 (kg/s)
设计火灾的对流热输出 (kw)
Z
---从燃料表面到烟气层底部的高度。如果烟气层等于或低于火焰高度,将用不同的公式。
在相似情况下,如果羽流受到阻挡,可用阳台溢出羽流公式来计算所需排气速率,参见相关公式。
Ms= 0.41(Qc)1/3(Z+0.3H)【】1+0.063(Z+0.6H)/W]2/3
式中 W一溢出点羽流宽度 (m)
Z---从阳台到烟气层高度 (m)
H--设计火灾到阳台的垂直高度 (m)
3、气流方法
气流方法的原理是通过提供足够数量的空气,阻止烟气通过开口在防烟分区之间移动。影响气流方法计算的因素,包括开口的高度、烟气的温度、周围空气的温度和气流速度。应用气流方法时,应注意的是气流速度不能大于 1m/s。如果需要的气流大于 1m/s,则应在对其效果进行技术评估后确定是否采用该方法。