防排烟系统

4.2.1　防排烟系统的基本概念

一、火灾烟气控制

主要目的是在建筑物内创造无烟或烟气含量极低的疏散通道或安全区。烟气控制的实质是控制烟气的合理流动，也就是使烟气不流向疏散通道、安全区和非着火区，而向室外流动。主要有以下三种方法。

1）隔断或阻挡

墙、楼板、门等都具有隔断烟气传播的作用。为了防止火势蔓延和烟气传播，建筑法规规定了建筑中必须划分防火分区和防烟分区。所谓防火分区是指用防火墙、楼板、防火门或防火卷帘等分隔的区域，可以将火灾限制在一定的局部区域内（在一定时间内），不使火势蔓延。当然防火分区的隔断同样也对烟气起了隔断作用。所谓防烟分区是在设置排烟措施的过道、房间中，用隔墙或其他措施（可以阻挡和限制烟气的流动）分割的区域。

2）排烟

利用自然或机械力的作用力，将烟气排到室外，称之为排烟。利用自然作用力的排烟称为自然排烟；利用机械（风机）作用力的排烟称为机械排烟。排烟的部位有两类：着火区和疏散通道。着火区排烟的目的是将火灾发生的烟气排到室外，有利于着火区的人员疏散及救火人员的扑救。对于疏散通道的排烟是为了排除可能侵入的烟气，以保证疏散通道无烟或少烟，以利于人员安全疏散及救火人员通行。

3）加压防烟

加压防烟是用风机把一定量的室外空气送入一房间或通道内，使室内保持一定压力或门洞处有一定的流速，以避免烟气侵入。图4-1是加压防烟两种情况，其中图（a）是当门关闭时，房间内保持一定正压值，空气从门缝或其他缝隙处流出，防止了烟气的侵入；图（b）是当门开启的时候，送入加压区的空气以一定的风速从门洞流出，防止烟气的流入。当流速较低时，烟气可能从上部流入室内。对以上两种情况分析可以看到，为了防止烟气流入被加压的房间，必须达到：门开启时，门洞有一定向外的风速；门关闭时，房间内有一定正压值。

图4-1　加压防烟
（a）门关闭时；（b）门开启时

二、防烟分区

划分防烟分区与防火分区的目的不同，前者的目的在于防止烟气扩散，主要用挡烟垂壁、挡烟壁或者挡烟隔墙等措施来实现，以满足人员安全疏散和消防扑救的需要，以免造成不应有的伤亡事故。后者则采用防火墙或防火卷帘加水幕，划分防火分区，目的在于防止烟火蔓延扩大，为扑救创造有利条件，以保障财产和安全。

4.2.2　防排烟系统

4.2.2.1　排烟系统

高层建筑的排烟方式有自然排烟和机械排烟两种。

一、自然排烟

自然排烟是火灾时，利用室内热气流的浮力或室外风力的作用，将室内的烟气从与室外相邻的窗户、阳台、凹廊或专用排烟口排出。自然排烟不使用动力，结构简单，运行可靠，但当火势猛烈时，火焰有可能从开口部喷出，从而使火势蔓延；自然排烟还易受到室外风力的影响，当火灾房间处在迎风侧时，由于受到风压的作用，烟气很难排出。虽然如此，在符合条件时宜优先采用。自然排烟有两种方式：一是利用外窗或专设的排烟口排烟；二是利用竖井排烟，如图4-2所示。其中（a）利用可开启的外窗进行排烟，如果外窗不能开启或无外窗，可以专设排烟口进行自然排烟。图中（b）是利用专设的竖井，即相当于专设一个烟囱，各层房间设排烟风口与之连接，当某层起火有烟时，排烟风口自动或人工打开，热烟气即可通过竖井排到室外。

图4-2　房间自然排烟系统示意图

二、机械排烟

使用排烟风机进行强制排烟的方法称机械排烟。机械排烟可分为局部和集中排烟两种。局部排烟方式是在每个房间内设置风机直接进行；集中排烟方式是将建筑物划分为若干个防烟分区，在每个区内设置排烟风机，通过风道排出各区内的烟气。

（1）机械排烟系统：高层建筑在机械排烟的同时还要向房间内补充室外的新风，送风方式有两种：

1）机械排烟、机械送风：利用设置在建筑物最上层的排烟风机，通过设在防烟楼梯间、前室或消防电梯前室上部的排烟口及与其相连的排烟竖井至室外，或通过房间（或走道）上部的排烟口排至室外；由室外送风机通过竖井和设于前室（或走道）下部的送风口向前室（或走道）补充室外的新风。各层的排烟口及送风口的开启与排烟风机及室外送风风机相连锁，如图4-3所示。

图4-3　机械排烟、机械送风

2）机械排烟、自然送风：排烟系统同上，但室外风向前室（或走道）的补充并不依靠风机，而是依靠排烟风机所造成的负压，通过自然进风竖井和进风口补充到前室（或走道）内，如图4-4所示。

图4-4　机械排烟、自然进风
（a）通过自然进风竖井和进风口补充到前室
（b）通过自然进风竖井和进风口补充到走道内

（2）机械排烟系统组成

由挡烟垂壁、排烟口、排烟道、排烟阀、排烟防火阀及排烟风机等组成。

1）排烟口：排烟口一般尽可能布置在防烟分区的中心，距最远点的水平距离不能超过30m。排烟口应设在顶棚或靠近顶棚的墙面上，且与附近安全出口沿走道方向相邻边缘之间最小的水平距离不小于15m。排烟口平时处于关闭状态，当火灾发生时，自动控制系统使排烟口开启，通过排烟口将烟气及时迅速排至室外。排烟口也可作为送风口。图45所示为板式排烟口示意图。

图4-5　板式排烟口示意图

2）排烟阀：排烟阀应用于排烟系统的风管上，平时处于关闭状态，火灾发生时，烟感探头发出火警信号，控制中心输出DC24V电源，使排烟阀开启，通过排烟口进行排烟。图4-6所示为排烟阀示意图，图4-7所示为排烟阀安装图。

图4-6　排烟阀示意图

3）排烟防火阀：排烟防火阀适用于排烟系统管道上或风机吸入口处，兼有排烟阀和防烟阀的功能。平时处于关闭状态，需要排烟时，其动作和功能与排烟阀相同，可自动开启排烟。当管道气流温度达到280℃时，阀门靠装有易熔金属温度熔断器而自动关闭，切断气流，防止火灾蔓延。图4-8所示为远距离排烟防火阀示意图。

图4-7　排烟阀安装图

图4-8　远距离排烟防火阀

4）排烟风机：排烟风机也有离心式和轴流式两种类型。在排烟系统中一般采用离心式风机。排烟风机在构造性能上具有一定的耐燃性和隔热性，以保证输送烟气温度在280℃时能够正常连续运行30min以上。排烟风机装置的位置一般设于该风机所在的防火分区的排烟系统中最高排烟口的上部，并设在该防火分区的风机房内。风机外缘与风机房墙壁或其他设备的间距应保持在0.6m以上。排烟风机设有备用电源，且能自动切换。

排烟风机的启动采用自动控制方式，启动装置与排烟系统中每个排风口连锁，即在该排烟系统任何一个排烟口开启时，排烟风机都能自动启动。

4.2.2.2　防烟系统

高层建筑的防烟有机械加压送风和密闭防烟两种方式。

一、机械加压送风

（1）机械加压送风系统：对疏散通道的楼梯间进行机械送风，使其压力高于防烟楼梯间前室或消防电梯前室，而这些部位的压力又比走道和火灾房间要高些，这种防止烟气侵入的方式，称为机械加压送风方式。送风可直接利用室外空气，不必进行任何处理。烟气则通过远离楼梯间的走道外窗或排烟竖井排至室外。如图4-9所示为机械加压送风系统图。

图4-9　机械加压送风系统
（a）对楼梯间机械加压送风；（b）对疏散通道进行机械加压送风

（2）需要加压防烟的部位：加压防烟是一种有效措施。但它造价高，一般只在一些重要建筑和重要部位才用这种加压防烟措施，目前主要用于高层建筑的垂直疏散通道和避难层。在高层建筑中一旦发生火灾，电源都被切断，除消防电梯外，电梯停运。按我国《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95）的规定应采用加压防烟的具体部位如表4-1所示。

（3）机械加压送风系统：由加压送风机、送风道、加压送风口及自动控制等组成。它是依靠加压送风机提供给建筑物内被保护部位新鲜空气，使该部位的室内压力高于火灾压力，形成压力差，从而防止烟气侵入被保护部位。

表4-1　高层建筑中必须采用加压防烟的部位

1）加压送风机：加压送风机可采用中、低压离心式风机或轴流式风机，其位置根据电源位置、室外新风入口条件、风量分配情况等因素来确定。

机械加压送风机的全压，除计算最不利环管压头外，尚有余压，余压值在楼梯间为40～50Pa，前室、合用前室、消防电梯间前室、封闭避难层（间）为25～30Pa。

2）加压送风口：楼梯间的加压送风口一般采用自垂式百叶风口或常开的百叶风口。当采用常开的百叶风口时，应在加压送风机出口处设置止回阀。楼梯间的加压送风口一般每隔2～3层设置一个。前室的加压送风口为常开的双层百叶风口，每层均设一个。

3）加压送风道：加压送风道采用密实不漏风的非燃烧材料。

4）余压阀：为保证防烟楼梯间及前室、消防电梯前室和合用前室的正压值，防止正压值过大而导致门难以推开，为此在防烟楼梯间与前室，前室与走道之间设置余压阀以控制正压间的正压差不超过50Pa。图4-10为余压阀结构示意图。

图4-10　余压阀结构示意图

二、密闭防烟

对于面积较小，且其墙体、楼板耐火性能较好、密闭性好并采用防火门的房间，可以采取关闭房间使火灾房间与周围隔绝，让火情由于缺氧而熄灭的防烟方式，称密闭防烟。

4.2.3　防排烟系统的适用范围

《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95）根据我国目前的实际情况，认为设置防排烟系统的范围不是设置面越宽越好，而是既要从保障基本疏散安全要求、满足扑救活动需要、控制火势蔓延、减少损失出发，又能以节约投资为目标，保证突出重点。需要设置防烟、排烟设施的部位如下：

（1）一类高层建筑和建筑高度超过32m的二类高层建筑的下列部位应设排烟设施：

1）长度超过20m的内走道。

2）面积超过100m2，且经常有人停留或可燃物较多的房间。

3）高层建筑的中庭和经常有人停留或可燃物较多的地下室。

（2）除建筑高度超过50m的一类公共建筑和建筑高度超过100m的居住建筑外，靠外墙的防烟楼梯间及前室，消防电梯前室和合用前室，宜采用自然排烟方式。

（3）一类高层建筑和建筑高度超过32m的二类高层建筑的下列部位，应设置机械排烟设施：

1）无直接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。

2）面积超过100m2，且经常有人停留或可燃物较多的地上无窗房间或设固定窗的房间。

3）不具备自然排烟条件或净空超过12m的中庭。

4）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200m2或一个房间面积超过200m2，且经常有人停留或可燃物较多的地下室。

（4）下列部位应设置独立的机械加压送风的防烟设施：

1）不具备自然排烟条件的防烟楼梯间及前室，消防电梯前室或合用前室。

2）采用自然排烟措施的防烟楼梯间，及其不具备自然排烟条件的前室。

3）封闭避难层（间）。

4.2.4　防排烟设备的监控

发生火灾时以及在火势发展过程中，防排烟设备的控制和监视，对于正确地控制和监视防排烟设备的动作顺序，使建筑物内防排烟达到理想的效果，以保证人员的安全疏散和消防人员的顺利扑救，具有重要意义。

对于建筑物内的小型防排烟设备，因平时没有监视人员，所以不可能集中控制，一般当发生火灾时在火场附近进行局部操作；对大型防排烟设备，一般均设有消防控制中心来对其进行控制和监视。所谓“消防控制中心”就是一般的“防灾中心”，常将其设在建筑的疏散层或疏散层邻近的上一层或下一层。

图4-11表示具有紧急疏散楼梯及前室的高层楼房的排烟系统原理图。图中左侧纵轴表示火灾发生后火势逐渐扩大至各层的活动状况，并依次表示了排烟系统的操作方式。

图4-11　排烟系统原理图
注：记号*表示防灾中心动作；虚线表示辅助手段

首先，火灾发生时由烟感器感知，并在防灾中心显示所在分区。以手动操作为原则将排烟口开启，排烟风机与排烟口的操作连锁启动，人员开始疏散。

火势扩大后，排烟风道中的阀门在温度达到280℃时关闭，停止排烟（防止烟温过高引起火灾）。这时，火灾层的人员全部疏散完毕。

如果当建筑物不能由防火门或防火卷帘构成分区时，火势扩大，烟气扩散到走廊中来。对此，和火灾房间一样，由烟感器感知，防灾中心仍能随时掌握情况。这时打开走廊的排烟口（房间和走廊的排烟设备一般分别设置，即使火灾房间的排烟设备停止工作后，走廊的排烟设备也能运行）。

若火势继续扩大，温度达到280℃时，防烟阀关闭，烟气流入作为重要疏散通道的楼梯间前室。这里的烟感器动作使防灾中心掌握烟气的流入状态。从而，在防灾中心，依靠远距离操作或者防灾人员到现场紧急手动开启排烟口。排烟口开启的同时，进风口也随即开启。

防排烟系统不同于一般的通风空调系统，该系统在平时是处于一种几乎不用的状况。但是，为了使防排烟设备经常处于良好的工作状况，要求平时应加强对建筑物内防火设备和控制仪表的维修管理工作，还必须对有关工作人员进行必要的训练，以便在失火时能及时组织疏散和扑救工作。

4.2.5　防排烟设施控制

一、防火门

1.防火门的构造与原理

防火门有防火锁、手动及自动环节组成，如图4-12所示。

图4-12　防火门示意图

防火门锁按门的固定方式可以分为两种：一种是防火门被永久磁铁吸住处于开启状态，当发生火灾时通过自动控制或手动关闭防火门。自动控制是由感烟探测器或联动控制盘发来指令信号，使DC24V、0.6A电磁线圈的吸力克服永久磁铁的吸引力，从而靠弹簧将门关闭。手动操作是：人力克服磁铁吸力，门即关闭。另一种是防火门被电磁锁的固定销扣住呈开启状态。发生火灾时，由感烟探测器或联动控制盘发出指令信号使电磁锁动作，或用手拉防火门使固定销掉下，门关闭。

2.电动防火门的控制要求

1）重点保护建筑中的电动防火门应在现场自动关闭，不宜在消防控制室集中控制。

2）防火门两侧应设专用的感烟探测器组成控制电路。

3）防火门宜选用平时不耗电的释放器，且宜暗设。

4）防火门关闭后，应有关闭信号反馈到区控盘或消防中心控制室。

防火门设置实例如图4-13所示。图中S1～S4为感烟探测器，FM1～FM3：为防火门。

当S1动作后，FM1应自动关闭；当S2或S3动作后，FM2应自动关闭；当S4动作后，FM3应自动关闭。

图4-13　防火门设置示意图

二、防火卷帘门

防火卷帘设置在建筑物中防火分区通道口处，可形成门帘或防火分隔。当发生火灾时，可根据消防控制室、探测器的指令或就地手动操作使卷帘下降至一定点，水幕同步供水（复合型卷帘可不设水幕），接受降落信号先一步下放，经延时后再二步落地，以达到人员紧急疏散、灾区隔烟、隔火、控制火灾蔓延的目的。卷帘电动机的规格一般为三相380V，0.55～2kW，视门体大小而定。控制电路为直流24V。

1.电动防火卷帘门组成

电动防火卷帘门安装示意图如图4-14所示，防火卷帘门控制程序如图所示，防火卷帘门控制程序如图4-15所示，防火卷帘门电气控制如图4-16所示。

图4-14　防火卷帘门安装示意图

图4-15　防火卷帘门控制程序

图4-16　防火卷帘门电气控制

2.防火卷帘门电气线路工作原理

正常时卷帘卷起，且用电锁锁住，当发生火灾时，卷帘门分两步下放：

第一步下放：当火灾初期产生烟雾时，来自消防中心联动信号（感烟探测器报警所致）使触点1KA（在消防中心控制器上的继电器因感烟报警而动作）闭合，中间继电器KA1线圈通电动作：①使信号灯HL亮，发出光报警信号；②电警笛HA响，发出声报警信号，③KA111-12号触头闭合，给消防中心一个卷帘启动的信号（即KA111-12号触头与消防中心信号灯相接）；④将开关QS1的常开触头短接，全部电路通以直流电；⑤电磁铁YA线圈通电，打开锁头，为卷帘门下降作准备；⑥中间继电器KA5线圈通电，将接触器KM2线圈接通，KM2触头动作，门电机反转卷帘下降，当卷帘下降距地1.2～1.8m定点时，位置开关SQ2受碰撞动作，使KA5线圈失电，KM2线圈失电，门电机停，卷帘停止下放（现场中常称中停），这样既可隔断火灾初期的烟，也有利于灭火和人员逃生。

第二步下放：当火势增大，温度上升时，消防中心的联动信号接点2KA（安在消防中心控制器上且与感温探测器联动）闭合，使中间继电器KA2线圈通电，其触头动作，使时间继电器KT线圈通电。经延时（30s）后其触点闭合，使KA5线圈通电，KM2又重新通电，门电机反转，卷帘继续下放，当卷帘落地时，碰撞位置开关SQ3使其触点动作，中间继电器KA4线圈通电，其常闭触点断开，使KA5失电释放，又使KM2线圈失电，门电机停止。同时KA43-4号，KA45-。号触头将卷帘门完全关闭信号（或称落地信号）反馈给消防中心。

卷帘上升控制，当火扑灭后，按下消防中心的卷帘卷起按钮SB4或现场就地卷起按钮SB5，均可使中间继电器KA6线圈通电，使接触器KM1线圈通电，门电机正转，卷帘上升，当上升到顶端时，碰撞位置开关SQ1使之动作，使KA6失电释放，KM1失电，门电机停止，上升结束。

开关QS1用手动开、关门，而按钮SB6则用于手动停止卷帘升和降。

3.防火卷帘门联动设计实例

防火卷帘门在商场中一般设置在自动扶梯的四周及商场的防火墙处，用于防火隔断。现以商场扶梯四周所设卷帘门为例，说明其应用。如图4-17所示。感烟、感温探测器布置在卷帘门的四周，每樘（或一组门）设计配用一个控制模块、一个监视模块与卷帘门电控箱连接，以实现自动控制，动作过程是：感烟探测器报警→控制模块动作→电控箱发出卷帘门降半信号→感温探测器报警→监视模块动作→通过电控箱发出卷帘二步降到底信号。防火卷帘分为中心控制方式和模块控制方式两种，其控制框图如图4-18所示。

图4-17　卷帘门联动示意

图4-18　防火卷帘控制框图

三、防火阀

1.防火阀的定义及作用

防火阀是指在一定时间内能满足耐火稳定性和耐火完整性要求，用于通风、空调管道内阻火的活动式封闭装置。

火灾资料统计表明，在有通风、空气调节系统的建筑物内发生火灾时，穿越楼板、墙体的垂直与水平风道是火势蔓延的主要途径，防火阀安装在通风、空调系统的送、回风管上，平时处于开启状态，发生火灾时当管道内气体温度达到时关闭，在一定时间内能满足耐火稳定性和耐火完整性要求，起隔烟阻火作用。

2.防火阀控制

防火阀操作控制分两种，即手动关闭和自动关闭，但均须人工手动复位。不管自动关闭还是手动关闭，均应能在消防控制室接到防火阀动作的反馈信号。

四、防火窗

1.防火窗的定义及类型

防火窗是指在一定时间内连同框架能满足耐火稳定性和耐火完整性要求的窗。防火窗一般安装在防火墙或防火门上。

防火窗按安装方法可分为固定窗扇防火窗和活动窗扇防火窗；按耐火极限可分为甲、乙、丙三级，耐火极限不低于1.2h的窗为甲级防火窗，耐火极限不低于0.9h的窗为乙级防火窗，耐火极限不低于0.6h的窗为丙级防火窗。

2.防火窗的主要作用

防火窗的主要作用有两方面：一是隔离和阻止火势蔓延，此种窗多为固定窗；二是采光，此种窗有活动窗扇，正常情况下采光通风，发生火灾时起防火分隔作用。有活动窗扇的防火窗应具有手动和自动关闭功能。

五、正压风机控制

排烟机、送风机一般由三相异步电动机控制。其电气控制应按防排烟系统的要求进行设计，通常由消防控制中心、排烟口及就地控制组成。高层建筑中的送风机一般装在地下技术层或2～3层，排烟机构均装在顶层或上技术层。

正压风机按防火分区的火警信号即图4-19中的K，当发生火灾时，K闭合，接触器KM线圈通电，直接开启相应分区楼梯间或消防电梯前室的正压风机，对各层前室都送风，使前室中的风压为正压，周围的烟雾进不了前室，以保证垂直疏散通道的安全。由于它不是送风设备，高温烟雾不会进入风管，也不会危及风机，所以风机出口不设防火阀。除火警信号联动外，还可以通过联动模块在消防中心直接点动控制；另外设置就地启停控制按钮，以供调试及维修用，这些控制组合在一起，不分自控和手控，以免误放手控位置而使火警失控。火警撤销，则由火警联动模块送出停机信号，使正压风机停止。

图4-19　正压风机控制

六、排烟风机控制

排烟风机的风管上设排烟阀，这些排烟阀可以伸入几个防火分区。火警时，与排烟阀相对应的火灾探测器探得火灾信号，由消防控制中心确认后，送出开启排烟阀信号至相应排烟阀的火警联动模块，由它开启排烟阀，排烟阀的电源是直流24V。消防控制中心收到排烟阀动作信号，就发指令给装在排烟风机附近的火警联动模块，启动排烟风机，由排烟风机的接触器KM常开辅助接点送出运行信号至排烟机附近的火警联动模块。火警撤销，由消防控制中心通过火警联动模块停排烟风机、关闭排烟阀。

排烟风机吸取高温烟雾，当烟温度达到280℃时，按照防火规范应停排烟风机，所以在风机进口处设置防火阀，当烟温达到280℃，防火阀自动关闭，可通过触点开关（串入风机启停回路）直接停风机，但收不到防火阀关闭的信号。也可在防火阀附近设置火警联动模块，将防火阀关闭的信号送到消防控制中心，消防中心收到此信号后，再送出指令至排烟风机火警联动模块停风机，这样消防控制中心不但收到停排烟风机信号，而且也能收到防火阀的动作信号。

排烟系统示意如图4-20所示，控制原理如图4-21所示，就地控制启停与火警控制启停合在一起，排烟阀直接由火警联动模块控制，每个火警联动模块控制一个排烟阀。发生火警时，消防控制中心收到排烟阀动作信号，即发出指令Kx闭合，使KM线圈通电自锁。火警撤销时，另送出闭合指令停风机。当烟温达到280℃时，防火阀关闭后，KM线圈失电断开，使风机停止。

图4-20　排烟系统示意

图4-21　排烟风机控制

七、排风与排烟共用风机控制

这种风机大部分用于地下室、大型商场等场所，平时用于排风，火警时用于排烟。装在风道上的阀门有两种形式：一是空调排风用的风阀与排烟阀是分开的，平时排风的风阀是常开型的，排烟阀是常闭型的。每天由BA系统按时启停风机进行排风，但风阀不动。火警时，由消防联动指令关闭全部风阀，按失火部位开启相应的排烟阀，再指令开启风机，进行排烟。火警撤销时，指令停风机，再由人工到现场手动开启排风阀，手动关闭排烟阀，恢复到可以由BA系统指令排气或再次接受火警信号的控制。另一种是空调排风用的风阀与排烟阀是合一的，平时是常开的，可由BA系统按时指令风机开停，作排风用。火警时，由消防控制中心指令阀门全关，再由各个阀门前的烟感探测器送出火警信号后，开启相应的阀门，同时指令开启风机，进行排烟。火警撤销，由消防控制中心发指令停风机；同时开启所有风阀。由于风阀的开停及信号全部集中在消防控制中心，因此将阀门全开的信号送入控制回路，以防开启风机时部分阀门未开，达不到排风的要求。

排风排烟风机的进口也应设置防火阀，280℃自动关闭，关阀信号送消防控制中心再由消防控制中心发指令停风机。