在火灾过程中,会产生大量烟气和热量。据调查,发生火灾时,几乎有90%的人是由于吸入烟气导致窒息而亡。消防排烟窗最重要的作用就是高效迅速地将烟气和热量排到建筑外。避免在很短的时间内积聚大量有毒烟气。减少火灾危害,保护人身财产安全。
一、自然排烟窗的有效面积
1、定义:利用火灾热烟气流的浮力和外部风压作用,将建筑内的烟气和热量直接排至室外的可开启外窗称为自然排烟窗。
2、自然排烟窗(口)应设置在排烟区域的顶部或外墙,并应符合下列规定:
1).当设置在外墙上时,自然排烟窗(口)应在储烟仓以内,但走道、室内空间净高不大于3m的区域的自然排烟窗(口)可设置在室内净高度的1/2以上。
2).自然排烟窗(口)的开启形式应有利于火灾烟气的排出。
3).幕墙开启窗的位置,应满足使用功能和立面效果要求,并应启闭方便,避免设置在梁、柱、隔墙等位置。开启扇的开启角度不宜大于30°,开启距离不宜大于300mm。
4).自然排烟窗(口)宜分散均匀布置,且每组的长度不宜大于3.0m。
5).设置在防火墙两侧的自然排烟窗(口)之间最近边缘的水平距离不应小于2.0m。
二、自然排烟窗的有效面积
1、常见的自然排烟窗形式有:推拉窗、悬窗、平开窗、百叶窗、平推窗。
1).用于排烟的可开启外窗或百叶窗必须设置在排烟区域的顶部或外墙的储烟仓高度内。
2).当窗的开启角度大于70°时,可认为排烟有效面积与窗面积相等。
3).当窗的开启角度小于或等于70°时,悬窗应按窗最大开启时水平投影面积计算。平开窗应按窗最大开启时竖向投影面积计算。
4).对于推拉窗,应按开启的最大窗口面积计算。
5).当采用百叶窗时,窗的有效面积为窗的净面积乘以遮挡系数,根据工程实际经验,当采用防雨百叶时系数取0.6,当采用一般百叶时系数取0.8。
6).当平推窗设置在顶部时,其面积可按窗的1/2周长与平推距离乘积计算,且不应大于窗面积。
7).当平推窗设置在外墙时,其面积可按窗的1/4周长与平推距离乘积计算,且不应大于窗面积。
8).当地下夹层通过采光井进行自然排烟时,自然排烟窗的有效面积应按采光井面积、储烟仓内与室外连通的窗洞面积、采光井出地面后可开启的外窗有效面积中的最小值来计算。
三、自然通风系统设计计算
1、自然排烟窗面积要求:
1).建筑空间净高小于或等于6m的场所,设置有效面积不小于该房间建筑面积2%的自然排烟窗(口)。
2).公共建筑、工业建筑中空间净高大于6m的场所有效排烟面积应根据下表及自然排烟窗(口)处风速计算。
3).当公共建筑仅需在走道或回廊设置排烟时,应在走道两端(侧)均设置面积不小于2㎡的自然排烟窗(口)且两侧自然排烟窗(口)的距离不应小于走道长度的2/3。
4).当公共建筑房间内与走道或回廊均需设置排烟时,应设置有效面积不小于走道、回廊建筑面积2%的自然排烟窗(口)。
2、自然通风窗面积要求:
采用自然通风方式,防止火灾烟气在楼梯间。前室、避难层(间)等空间内积聚。自然通风窗面积要求如下:
1).采用自然通风方式的封闭楼梯间、防烟楼梯间,应在最高部位设置面积不小于1.0㎡的可开启外窗或开口;当建筑高度大于10m时,尚应在楼梯间的外墙上每5层内设置总面积不小于2.0㎡的可开启外窗或开口,且布置间隔不大于3层。
2).前室采用自然通风方式时,独立前室、消防电梯前室可开启外窗或开口的面积不应小于2.0㎡,共用前室、合用前室不应小于3.0㎡。
3).采用自然通风方式的避难层(间)应设有不同朝向的可开启外窗,其有效面积不应小于该避难层(间)地面面积的2%,且每个朝向的面积不应小于2.0㎡。
4).可开启外窗应方便直接开启,设置在高处不便于直接开启的可开启外窗应在距地面高度为1.3m~1.5m的位置设置手动开启装置。
四、自然排烟窗类型及控制
1、下图为自然排烟窗在开启模式和控制形式上的区分:
2、手动排烟窗:只能人为手动开启的自然排烟窗。
机械手动开窗器主要由手摇机或手摇器与开窗器组成。有手摇剪式开窗器、手摇链盒开窗器和手摇螺杆式开窗器三种形式。通过人工操作下式手摇开窗机时,则动力传至上式、中式开窗机,使窗扇启闭。
3、电动排烟窗:依靠电力驱动执行机构开启窗扇的自然排烟窗。
电动窗是由控制器、联动杆、电动开窗器等组成。通过手动开启装置来控制,一键实现开启关闭,同时可以与消防系统联动;当有火灾等事故发生时,窗体自动开启,可迅速排除浓烟,实现其消防功效。
4、气动排烟窗:依靠气压差驱动执行机构开启窗扇的自然排烟窗。
气动开窗系统主要由空气压缩机、储气罐、过滤器、冷干机、电磁阀或手动阀、气动开窗器、智能控制系统等组成。可通过智能控制系统控制电磁阀和人手操作手动阀的方式进行控制气动开窗器的开启和关闭。另外,气动开窗器还设有气瓶高温启动系统,当发生火灾时,室内温度上升到一定值,自动触发高温气动装置,气瓶内的压缩空气迅速注入气动开窗器,使窗扇迅速打开或关闭。
5、自动排烟窗:与火灾自动报警系统联动或温度感应自动开启的排烟窗。
对于室内净高大于9m的中庭、建筑面积大于2000㎡的营业厅、展览厅、多功能厅等疏散人数多场所,由于自然排烟窗设置位置通常较高,且区域较大,为保证火灾时自然排烟窗能及时顺利开启,排烟窗应具有现场集中手动开启、现场手动和温控释放开启功能或与消防报警联动。控制方式如图所示:
五、自然排烟窗的成本分析
经调研,常用开窗器的市场价格如下(仅供参考):
1.机械手摇开窗器:一套一拖一的系统价格区间大概在160-200元,一个曲臂控制一扇窗户,每多加一个曲臂价格增加20元,多排平开窗每多一排一套执行机构系统增加80元。
2.电动开窗器:一个开关加一个电机控制电动开窗器,一套系统价格大概在600-800元。消防联动系统需配置控制箱,一台控制箱价格在1200元左右。
3.电动排烟窗与气动排烟窗综合对比
3.1. 气动推杆推拉力最大可达到 5000N,推拉力的增加对其成本影响较小;
3.2. 电动推杆推拉力一般较小(200~1000N),超过 1000N 的电动推杆,其成本会成倍增加;
3.3. 气动推杆内置机械锁,保证排烟窗关闭时处于紧闭状态;电动推杆,靠马达拉紧窗扇,推杆易损坏,有安全隐患;
六、参考资料
《建筑防烟排烟系统技术标准》
GB 51251-2017 中国计划出版社
《建筑防烟排烟系统技术标准》图示
15K606 中国计划出版社
《采光、通风、消防排烟天窗(一)》
18CJ87-1 中国计划出版社
《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ 102-2013 中国建筑工业出版社
《自然排烟窗技术规程》
T/CECS 884-2021 中国计划出版社
《建筑用电动控制排烟侧窗》
JG/T307-2011 中国标准出版社
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