高層建筑消防電梯井煙氣蔓延探究

王翰華

（寧德消防，福建 寧德 352100）

1 高層建筑火災(zāi)特點(diǎn)

高層建筑因功能復(fù)雜、樓層多、豎井多、人員密集等特點(diǎn)使得其火災(zāi)危險(xiǎn)性比普通建筑大，其主要表現(xiàn)在：

1.1 火災(zāi)、煙氣蔓延影響因素多

高層建筑樓層高、豎井多，因此在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，受到的影響因素復(fù)雜，如豎井的煙囪效應(yīng)、電梯轎廂活塞效應(yīng)、外環(huán)境風(fēng)力影響等，使得火災(zāi)煙氣迅速?gòu)闹饘勇又疗渌麡菍印?/p>

1.2 功能復(fù)雜，起火因素多

很多高層建筑是集多種功能為一體，涉及商店、娛樂(lè)區(qū)、辦公間、設(shè)備間等，功能越多，起火因素越復(fù)雜，且高層建筑用電量大、裝修復(fù)雜，一旦因短路漏電等問(wèn)題形成點(diǎn)火源，極易引發(fā)火災(zāi)，造成巨大損失。

2 高層建筑內(nèi)煙氣蔓延

煙氣由燃燒或熱解作用產(chǎn)生的氣體、懸浮顆粒和卷吸的空氣組成。有關(guān)調(diào)查表明，煙氣是火災(zāi)中造成傷亡的最主要原因之一。煙氣對(duì)人體的危害性主要有毒性、減光性、恐怖性和高溫?；馂?zāi)燃燒會(huì)消耗大量煙氣，當(dāng)環(huán)境中含氧量下降時(shí)人易因缺氧出現(xiàn)頭暈、四肢無(wú)力、呼吸急促等癥狀，嚴(yán)重時(shí)甚至使人窒息死亡，同時(shí)，不同的燃燒物在燃燒時(shí)會(huì)分解出不同的物質(zhì)，若燃燒物在燃燒時(shí)產(chǎn)生有毒物質(zhì)氰化物、甲醛等，或腐蝕性物質(zhì)硫化氫、氯化氫等，或刺激性物質(zhì)氯氣、氨等，被人體吸入后會(huì)發(fā)生不同程度的化學(xué)性中毒事故?；馂?zāi)煙氣中的煙粒子對(duì)可見(jiàn)光有遮擋作用，大大降低了能見(jiàn)距離，再加之若有刺激性氣體對(duì)眼睛的刺激作用，將嚴(yán)重影響人員辨識(shí)疏散標(biāo)志、疏散路徑的能力，減慢疏散速度，增加了傷亡概率。人處于火災(zāi)中，看到滾滾濃煙，聽(tīng)到轟燃等造成的巨響，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的恐懼感，失去理智，不知所措，易釀成踩踏、墜樓等事故。同時(shí)，隨著燃燒的進(jìn)行，煙氣溫度迅速上升達(dá)到幾百度甚至上千度，嚴(yán)重超出人體忍受極限，造成灼傷事故。

3 高層建筑內(nèi)煙氣流動(dòng)驅(qū)動(dòng)力

高層建筑高度高、豎井多、設(shè)施功能復(fù)雜等特點(diǎn)使得火災(zāi)煙氣蔓延途徑多、蔓延速度快，若發(fā)生火災(zāi)，煙氣將通過(guò)這些豎井迅速蔓延到其他樓層，對(duì)人員構(gòu)成危害，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。高層建筑消防電梯井內(nèi)煙氣蔓延的特殊性給防火防煙帶來(lái)了困難與挑戰(zhàn)，在對(duì)電梯井加壓送風(fēng)模擬和試驗(yàn)研究前，分析煙氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有重要的意義。煙氣流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力主要有浮力和膨脹力、煙囪效應(yīng)、風(fēng)的作用、通風(fēng)系統(tǒng)的影響、電梯的活塞效應(yīng)等。

3.1 浮力和膨脹力

對(duì)于高層建筑，著火房間產(chǎn)生的高溫?zé)煔馐沟迷摲块g內(nèi)的溫度高于周?chē)淇諝獾臏囟?，相鄰流體之間存在溫度梯度，便會(huì)出現(xiàn)密度梯度，密度小的高溫流體不斷上升流動(dòng)，從房間內(nèi)的上部開(kāi)口處流出，同時(shí)冷空氣從下部開(kāi)口處流入房間，即產(chǎn)生浮力效應(yīng)。同時(shí)，煙氣的流動(dòng)速度與溫度有關(guān)，溫度越高流動(dòng)越快。煙氣因浮力作用不斷上升，在上升過(guò)程中會(huì)受到墻壁等維護(hù)結(jié)構(gòu)的冷卻而有下沉趨勢(shì)，到達(dá)頂棚后轉(zhuǎn)向水平擴(kuò)散，隨著火勢(shì)發(fā)展，煙氣量不斷增加，造成上部煙氣層增厚。當(dāng)?shù)竭_(dá)門(mén)窗等開(kāi)口時(shí)，煙氣通過(guò)開(kāi)啟的開(kāi)口向其他區(qū)域擴(kuò)散，若門(mén)窗等開(kāi)口關(guān)閉，室內(nèi)熱量大量積累，熱煙氣層厚度和溫度逐漸增加，達(dá)到一定臨界條件后易引起轟燃，導(dǎo)致門(mén)窗破裂，引起轟燃，煙氣將從破裂缺口擴(kuò)散至其他區(qū)域。

3.2 煙囪效應(yīng)

煙囪效應(yīng)是在垂直的圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，由于氣流對(duì)流作用，促使煙塵和熱氣流向上流動(dòng)的效應(yīng)。是室內(nèi)外溫差形成的熱壓及室內(nèi)外風(fēng)壓共同作用的結(jié)果，通常以前者為主，室內(nèi)外溫差越大、建筑高度越高，煙囪效應(yīng)越明顯。高層建筑中存在大量的豎直通道，如樓梯井、電梯井、電纜井、管道井等，在這些豎井內(nèi)流動(dòng)的氣體，其煙囪效應(yīng)十分顯著。根據(jù)建筑物內(nèi)外溫度的高低，主要分為正煙囪效應(yīng)和逆煙窗效應(yīng)，如在夏季，由于室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行使豎井內(nèi)溫度低于周?chē)h(huán)境溫度，氣流通過(guò)中性層以上的開(kāi)口流入，下部開(kāi)口流出，豎井內(nèi)氣流向下運(yùn)動(dòng)，將這種內(nèi)部氣流下降的現(xiàn)象稱(chēng)為逆煙囪效應(yīng)，反之當(dāng)建筑豎井內(nèi)溫度高于周?chē)h(huán)境溫度，氣流通過(guò)中性層以下的開(kāi)口流入，上部開(kāi)口流出，豎井內(nèi)氣流向上運(yùn)動(dòng)，將內(nèi)部氣流下降的現(xiàn)象稱(chēng)為逆煙囪效應(yīng)。隨著火災(zāi)的發(fā)生，煙氣溫度越高，在豎井蔓延煙囪效應(yīng)越明顯，煙囪效應(yīng)一方面加速了煙氣的擴(kuò)散速度，使其快速蔓延至其他非著火區(qū)域，造成更嚴(yán)重的事故后果，一方面煙囪效應(yīng)形成的氣流流動(dòng)，使得外界空氣不斷進(jìn)入，火源卷吸新鮮空氣將使得燃燒更加猛烈，加劇火勢(shì)的發(fā)展。

4 煙氣控制方法

有關(guān)研究表明，建筑火災(zāi)中煙氣沿垂直方向的擴(kuò)散速度比沿水平方向的流動(dòng)度大得多，幾分鐘內(nèi)煙氣就可擴(kuò)散到幾十層的樓層中，從而對(duì)起火點(diǎn)之外向其他區(qū)域的人員構(gòu)成危害。因此，為保護(hù)疏散通道的安全，為消防救援提供條件，應(yīng)采取有效的方法控制煙氣。煙氣控制指的是所有可以單獨(dú)或組合起來(lái)使用以減輕或消除火災(zāi)煙氣危害的方法。煙氣控制的途徑主要有兩條∶一是擋煙，二是排煙。擋煙是指用某些耐火性能好的物體或材料把煙氣阻擋在某些限定區(qū)域，不讓它流到可對(duì)人對(duì)物產(chǎn)生危害的地方。排煙是指使煙氣沿著對(duì)人和物沒(méi)有危害的渠道排到建筑外，從而消除煙氣的有害影響。煙氣控制方式主要有∶

4.1 非燃化防煙

從燃燒條件的三要素考慮，減少燃燒反應(yīng)的發(fā)生概率，降低煙氣的產(chǎn)生量，比如可燃物遠(yuǎn)離火源∶將可燃物與氧氣隔開(kāi)，使之窒息缺氧而燃燒終止∶建筑物使用的建筑材料、室內(nèi)裝飾、管道的保溫材料、日用家具等盡量采用不燃或難燃材料，從根本上杜絕煙源，若使用了可燃或易燃材料，可采用涂防火涂料、添加阻燃劑同時(shí)加入抑煙劑等方法達(dá)到消煙、阻燃的目的。

4.2 阻礙隔煙

在煙氣流動(dòng)路徑上，設(shè)置各種阻礙，阻止煙氣的蔓延，將其阻止在限定區(qū)域內(nèi)，削弱著火區(qū)煙氣對(duì)其他區(qū)域的影響。阻礙煙氣的措施有很多，比如利用具有一定耐火性能的墻壁、門(mén)窗等固定結(jié)構(gòu)擋煙；采用擋煙垂壁、擋煙梁等擋煙構(gòu)件對(duì)建筑進(jìn)行防煙分區(qū)以達(dá)到擋煙目的；在有各種管道或設(shè)備穿越的樓板、墻壁空隙處采用封堵材料進(jìn)行填塞以減少煙氣蔓延途徑。

[1]李改，余陶，盧平.高層建筑電梯活塞效應(yīng)及煙氣控制分析[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009 (05).

[2]孫曉乾，許兆宇，胡隆華，李元洲，霍然.樓梯井內(nèi)煙囪效應(yīng)對(duì)著火房間燃燒和溢出煙氣的影響研究[J].火災(zāi)科學(xué)，2009(02).

[3]楊暉，賈力，楊立新.活塞風(fēng)對(duì)地鐵隧道內(nèi)煙氣擴(kuò)散特性影響的數(shù)值模擬[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2008(11).

[4]張?bào)蘩?，楊禎山，賈寶山.電梯用于高層建筑火災(zāi)疏散的安全性量化評(píng)價(jià)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008(03).

[5]鄭淑娟，朱昌明，徐榕.電梯門(mén)機(jī)智能維護(hù)系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2008 (02).