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摘 要：大型集中排烟系统末端区域排烟效果不佳的根源在于排烟风机的吸程过小，吸气范围不大。防治对策：一是限制排烟系统的规模；二是采用“接力”方式排烟；三是采用中心汇集式排烟方式；四是研发强力排烟吸风机。
关键词：大型集中排烟系统；排烟效果；风机吸程；零流量特性
近十年来笔者配合某市消防支队参与了几十项大型工程的消防施工图审查和竣工验收工作，在验收大型商业、高层酒店和地下车库等大型建筑安装的大型集中排烟系统时发现末端区域排烟效果不佳，有些甚至一半以上区域排烟微弱或无烟排出，没能达到防火规范所规定的排烟量。可经设计图纸复核、设备性能检测和安装质量检测均符合设计规范和验收标准，使工程验收组百思不得其解，虽拿出多项整改方案和措施，均收效甚微，给防排烟系统留下重大安全隐患。这些工程一旦发生火灾，这些排烟不佳的防烟分区和防火分区会威胁着人员安全疏散和消防及时扑救工作。
所谓大型集中排烟系统是指一台排烟风机担负多个楼层、多个防烟分区或防火分区的排烟系统。例如大型商场把排烟风机安装在屋顶，通过集中排烟竖井把下方各层的排烟干管集中并联起来的排烟系统。高层通廊式酒店、办公、医院、公寓等高层建筑过长或封闭式内走廊的排烟也大多数把排烟风机安装在屋顶上的集中式排烟系统。还有大型地下车库、地下商场、人防工程、大型超市等大型建筑一台排烟风机担负着多个防烟分区和防火分区的集中排烟系统。这些集中式排烟系统按照防火规范所规定的排烟量、风速、风压和布置要求进行设计和安装，待安装完毕后对系统运行效果进行检测，在关闭其它排烟口的状态下启动排烟风机分别检测单个排烟口的风速，结果发现在距排烟风机或集中排烟竖井由近及远排烟口的风速迅速下降，也就是排烟量迅速下降，在某一排烟口以外降为零，也就是无风排出。在某大型四层商贸城的消防排烟系统验收中，通过对各层的排烟口的排烟效果分别检测，结果发现最下层的衰减速度最快，最上层的衰减速度最慢，整个排烟系统以排烟风机为中心由上层到下层出现了一个零流量曲线，零流量曲线以外的区域排烟口排烟量为零，零流量曲线以内由远及近排烟口的排烟量逐渐增大。同样情形也发生在一座大型高层酒店各层封闭内走廊消防排烟系统改造后的验收检测中和几个大型地下车库排烟系统验收检测中。对这种不佳的排烟效果所可能引起的原因，起初笔者对风机的风量、风压、转速、电机功率、风机选型、电源缺相等可能影响排烟效果的原因都进行过怀疑和检测，甚至更换过排烟风机，结果都无济于事。
为何会出现上述结果呢？在一次冬季晨练时笔者偶然发现一个很浅显的生活常识：用嘴吹气影响面前的空气流动很远，而用力吸气只能影响面前很近的空气流动。笔者又联想到所学的《水泵与泵站》中所阐述的离心式水泵的工作特性，其吸水的高度也就是水泵的吸程仅有几米，而其压水的高度也就是水泵的压程确很高、很远，且水泵的吸程是个很稳定的参数，不随水泵压程和流量的增大而增大，而且任何一台离心式水泵无论其流量大小和扬程高低其距所抽取的水面都有一个比较固定的安装高度，大约在3～6米左右，这在所有离心式水泵安装说明书中都有明确规定。笔者又查阅了《风机》等专著，与离心式水泵有相同工作原理的排烟用轴流式风机和离心式风机其吸程也是很小的，也是一个比较固定的参数，风机的全压多数被压程所占据，因此当风机用于送风时可以把空气输送很远，而用于排烟时所能给吸气端提供的压差很小，也就很难影响很远处空气流动，从而远处的排烟风口也就无烟排出。当打开距风机近的风口时会有大量空气排出，随着吸气风管的延长，风管和关闭不严的风口漏风量的增加，在整个排烟系统会出现一个进风、阻力、动力、排风动态平衡系统，从而在排烟区域出现一条零流量曲线，零流量曲线以内区域的排烟口的排烟量逐渐增大，而零流量曲线以外区域的排烟口则无烟可排。这种现象也同样出现在离心式水泵工况中：当水泵安装高度超过了离心式水泵所规定的吸程水泵就会出现空转而抽不出水。水泵与风机都存在零流量工况，这种零流量工况会出现在两种极端工况下：一种是当压程达到最大值时，这时的扬程最大，一般为最大工作效率时的1.3～1.5倍，另一种零流量工况出现在当吸程达到最大值时，这时的吸程也将是最大工作效率时的1.3～1.5倍。由于水泵与风机的吸程很小，当吸入端的管线较长时就会很快出现零流量工况，而且这个零流量工况与当地的大气压力有关，当地的大气压力大其吸程就高，出现零流量点就晚，反之出现的就早。而这种特性与水泵和风机的大小和压程的大小无关，与水泵和风机的结构形式有关。因此当排烟系统的规模一大就会出现零流量工况，尤其是当场所没有补风的情况下启动排风机后很快出现负压现象，也就类似降低了现场的大气压力，也就很快出现零流量工况。由此看来利用普通排烟风机要想抽吸远处的烟气在理论上是行不通的，从而也就解开了所有检测过的大型集中排烟系统末端排烟效果都不佳的故障根源所在。
那么如何解决这种因普通排烟风机的特性所导致的大型集中排烟系统排烟效果不佳呢？笔者曾协同某市消防支队对某四层大型商贸城出现的排烟效果不佳的集中排烟系统进行了整改。首先对排烟效果最差的一层一个防火分区进行整改，整改的方案是在一层排烟竖井的入口处增设一台与屋顶同型号的排烟风机，采用与屋顶集中排烟风机联动方式。当同时打开上下两台排烟风机，分别测定一层排烟口的风速时发现排烟效果得到很大的改善。但这种整改方案受到项目业主和商户们的一致反对，原因有三：一是商场已装修吊顶完毕并开业，每层加装庞大的排烟风机和风管对吊顶的破坏很大，且对商铺的影响很大；二是每层分六个防火分区，若每个防火分区都安装一台排烟风机，就是对最不利的一、二层进行整改，也需要安装十几台排烟风机，工程量大且影响面太大；三是风机分散安装，其动力配电和联动控制线路施工对已吊顶装修完毕的大型商场的确是项非常麻烦的工程。根据该系统排烟效果不佳的主要原因是排烟风机的吸力小，要增大吸力必须从风机上寻找出路。根据风机并联和串联安装都可以增大扬程的作用原理，笔者与消防支队、项目业主、设计单位和施工单位集体研究决定采用对商场影响最小的屋顶增设排烟风机的方案进行整改，加大整个系统的吸力来全面改善从上层到下层整个系统的排烟效果。根据风机的运行特性，增设的风机必须与原风机同一型号，并先拿一个系统进行实验性改造，先串联后并联进行对比性实验，哪种效果好再推广至其它区域改造，如果效果都不理想再采用分层增设排烟风机的方案。通过串联和并联实验检测两种方案的排烟效果都得到一定程度的改善，且两种方案的改善效果差异不大，但都没能达到预期的效果，不利防烟分区的排烟口排风还是非常微弱，单个风口的排烟量远远达不到规范所规定的60m3/h·㎡要求，等于宣告改造以失败而告终！分析其失败的根源还是风机的吸程过小，无论是串联还是并联对提高整个排烟系统的吸力非常有限。综上所述一旦按大型集中式排烟系统进行设计和安装，只对系统的总排烟风机进行调换、串联和并联等措施对明显改善排烟效果是徒劳的。对大型商场、地下车库、人防工程、高层酒店、办公、医院和公寓等建筑切忌采用大型集中式排烟系统，即使安了也只能对相距风机很近的楼层和排烟分区有效，对远区无效！会导致这些楼层和排烟分区一旦发生火灾而不能有效排烟而影响人员疏散和消防及时扑救。 既然从排烟风机性能特性上已找到大型集中式排烟系统不适用于上述大型和高层建筑的排烟系统的病根，那么这些建筑的消防排烟出路何在呢？出路在于：一是限制排烟系统的规模，也就是一台排烟风机所担负的排烟分区不能太多，防火分区不能太大，楼层数不能太多，排烟管道不能太长。根据多项工程现场检测的结果可知，对于大型商场和多层地下车库应采用公共排烟竖井的分层分防火区安装排烟风机的排烟系统，且每层的排烟管道长度控制50米以内。若采用屋顶集中式安装排烟风机的排烟系统，所带的楼层高度与每层所设排烟风管长度之和应控制在50米以内。对于高层酒店、办公、医院和公寓等场所封闭内走廊的排烟最好把排烟口安装在排烟竖井壁上，分段安装排烟风机，每段排烟竖井的高度不应超过50米，也就就是楼层不超过15层，与避难层的设置间距类似。二是为弥补排烟管道过短，大型车库和人防工程可以采用诱导式风机把远处的烟气诱导至排烟口处，也就是采用“接力”方式排烟。三是充分利用排烟风机压程长的特性，对于大的防火分区采用中心汇集式排烟布置方式，也就是把排烟风机或排烟竖井布置在防火分区的中心位置，以排烟风机或排烟竖井为中心把排烟管道呈辐射状向四周布置，利用压风管或风道把烟气压出去，这种方式的吸入端排烟管道也不能太长，应控制在40米以内。四是可以研发强力排烟吸风机，加大排烟风机的吸程。
设计中还应限制吸入端的排烟管道和竖井的风速取值不能太大，处于吸风段风速为4～8m/s，否则因吸风段系统摩阻过大很快耗尽吸力，而导致吸程很近。那种假定处于吸风段风速达10～15m/s，由于排风机吸程很小无法形成巨大的压差是实现不了的。另外排烟口应尽量布置在排烟分区的中部，每道排烟管上不应安装过多的排烟口，其数量宜控制在6个以内，而且排烟管道和电动排烟口的密封性要好。无自然补风的封闭场所应设机械补风系统，且送风机和送风口应安装在排烟风机或排烟竖井的对面，保持相对流动状态，不得与排烟风机靠的太近。应安装送风管道把风均匀输送到各个排烟分区和防火分区，给各区的排烟口提供一定强度的“接力”驱动力，加大排烟口的排烟量，不留排烟死角。规范规定的排烟口距最远排烟点的距离不超过30米，这在空气对流补充和独立排烟口实验状态下是有可能的，但实际工程检测中是没有能实现过的，所以排烟口应尽量安装防烟分区的中部，防烟分区的形状应接近正方形，不应采用长条形划分防烟分区。
综上所述，由于排烟风机利用的是排烟风机的吸程，而吸程占风机全压很少的一部分，其吸力不大，影响范围很小，抽吸距离很短，不能按送风机的原理和全压的理念设计和利用排烟风机，在大型场所排烟系统设计和安装中务必加以重视，否则一旦安装完毕效果不佳将成为难以整改的死症。
关键词：大型集中排烟系统；排烟效果；风机吸程；零流量特性
近十年来笔者配合某市消防支队参与了几十项大型工程的消防施工图审查和竣工验收工作，在验收大型商业、高层酒店和地下车库等大型建筑安装的大型集中排烟系统时发现末端区域排烟效果不佳，有些甚至一半以上区域排烟微弱或无烟排出，没能达到防火规范所规定的排烟量。可经设计图纸复核、设备性能检测和安装质量检测均符合设计规范和验收标准，使工程验收组百思不得其解，虽拿出多项整改方案和措施，均收效甚微，给防排烟系统留下重大安全隐患。这些工程一旦发生火灾，这些排烟不佳的防烟分区和防火分区会威胁着人员安全疏散和消防及时扑救工作。
所谓大型集中排烟系统是指一台排烟风机担负多个楼层、多个防烟分区或防火分区的排烟系统。例如大型商场把排烟风机安装在屋顶，通过集中排烟竖井把下方各层的排烟干管集中并联起来的排烟系统。高层通廊式酒店、办公、医院、公寓等高层建筑过长或封闭式内走廊的排烟也大多数把排烟风机安装在屋顶上的集中式排烟系统。还有大型地下车库、地下商场、人防工程、大型超市等大型建筑一台排烟风机担负着多个防烟分区和防火分区的集中排烟系统。这些集中式排烟系统按照防火规范所规定的排烟量、风速、风压和布置要求进行设计和安装，待安装完毕后对系统运行效果进行检测，在关闭其它排烟口的状态下启动排烟风机分别检测单个排烟口的风速，结果发现在距排烟风机或集中排烟竖井由近及远排烟口的风速迅速下降，也就是排烟量迅速下降，在某一排烟口以外降为零，也就是无风排出。在某大型四层商贸城的消防排烟系统验收中，通过对各层的排烟口的排烟效果分别检测，结果发现最下层的衰减速度最快，最上层的衰减速度最慢，整个排烟系统以排烟风机为中心由上层到下层出现了一个零流量曲线，零流量曲线以外的区域排烟口排烟量为零，零流量曲线以内由远及近排烟口的排烟量逐渐增大。同样情形也发生在一座大型高层酒店各层封闭内走廊消防排烟系统改造后的验收检测中和几个大型地下车库排烟系统验收检测中。对这种不佳的排烟效果所可能引起的原因，起初笔者对风机的风量、风压、转速、电机功率、风机选型、电源缺相等可能影响排烟效果的原因都进行过怀疑和检测，甚至更换过排烟风机，结果都无济于事。
为何会出现上述结果呢？在一次冬季晨练时笔者偶然发现一个很浅显的生活常识：用嘴吹气影响面前的空气流动很远，而用力吸气只能影响面前很近的空气流动。笔者又联想到所学的《水泵与泵站》中所阐述的离心式水泵的工作特性，其吸水的高度也就是水泵的吸程仅有几米，而其压水的高度也就是水泵的压程确很高、很远，且水泵的吸程是个很稳定的参数，不随水泵压程和流量的增大而增大，而且任何一台离心式水泵无论其流量大小和扬程高低其距所抽取的水面都有一个比较固定的安装高度，大约在3～6米左右，这在所有离心式水泵安装说明书中都有明确规定。笔者又查阅了《风机》等专著，与离心式水泵有相同工作原理的排烟用轴流式风机和离心式风机其吸程也是很小的，也是一个比较固定的参数，风机的全压多数被压程所占据，因此当风机用于送风时可以把空气输送很远，而用于排烟时所能给吸气端提供的压差很小，也就很难影响很远处空气流动，从而远处的排烟风口也就无烟排出。当打开距风机近的风口时会有大量空气排出，随着吸气风管的延长，风管和关闭不严的风口漏风量的增加，在整个排烟系统会出现一个进风、阻力、动力、排风动态平衡系统，从而在排烟区域出现一条零流量曲线，零流量曲线以内区域的排烟口的排烟量逐渐增大，而零流量曲线以外区域的排烟口则无烟可排。这种现象也同样出现在离心式水泵工况中：当水泵安装高度超过了离心式水泵所规定的吸程水泵就会出现空转而抽不出水。水泵与风机都存在零流量工况，这种零流量工况会出现在两种极端工况下：一种是当压程达到最大值时，这时的扬程最大，一般为最大工作效率时的1.3～1.5倍，另一种零流量工况出现在当吸程达到最大值时，这时的吸程也将是最大工作效率时的1.3～1.5倍。由于水泵与风机的吸程很小，当吸入端的管线较长时就会很快出现零流量工况，而且这个零流量工况与当地的大气压力有关，当地的大气压力大其吸程就高，出现零流量点就晚，反之出现的就早。而这种特性与水泵和风机的大小和压程的大小无关，与水泵和风机的结构形式有关。因此当排烟系统的规模一大就会出现零流量工况，尤其是当场所没有补风的情况下启动排风机后很快出现负压现象，也就类似降低了现场的大气压力，也就很快出现零流量工况。由此看来利用普通排烟风机要想抽吸远处的烟气在理论上是行不通的，从而也就解开了所有检测过的大型集中排烟系统末端排烟效果都不佳的故障根源所在。
那么如何解决这种因普通排烟风机的特性所导致的大型集中排烟系统排烟效果不佳呢？笔者曾协同某市消防支队对某四层大型商贸城出现的排烟效果不佳的集中排烟系统进行了整改。首先对排烟效果最差的一层一个防火分区进行整改，整改的方案是在一层排烟竖井的入口处增设一台与屋顶同型号的排烟风机，采用与屋顶集中排烟风机联动方式。当同时打开上下两台排烟风机，分别测定一层排烟口的风速时发现排烟效果得到很大的改善。但这种整改方案受到项目业主和商户们的一致反对，原因有三：一是商场已装修吊顶完毕并开业，每层加装庞大的排烟风机和风管对吊顶的破坏很大，且对商铺的影响很大；二是每层分六个防火分区，若每个防火分区都安装一台排烟风机，就是对最不利的一、二层进行整改，也需要安装十几台排烟风机，工程量大且影响面太大；三是风机分散安装，其动力配电和联动控制线路施工对已吊顶装修完毕的大型商场的确是项非常麻烦的工程。根据该系统排烟效果不佳的主要原因是排烟风机的吸力小，要增大吸力必须从风机上寻找出路。根据风机并联和串联安装都可以增大扬程的作用原理，笔者与消防支队、项目业主、设计单位和施工单位集体研究决定采用对商场影响最小的屋顶增设排烟风机的方案进行整改，加大整个系统的吸力来全面改善从上层到下层整个系统的排烟效果。根据风机的运行特性，增设的风机必须与原风机同一型号，并先拿一个系统进行实验性改造，先串联后并联进行对比性实验，哪种效果好再推广至其它区域改造，如果效果都不理想再采用分层增设排烟风机的方案。通过串联和并联实验检测两种方案的排烟效果都得到一定程度的改善，且两种方案的改善效果差异不大，但都没能达到预期的效果，不利防烟分区的排烟口排风还是非常微弱，单个风口的排烟量远远达不到规范所规定的60m3/h·㎡要求，等于宣告改造以失败而告终！分析其失败的根源还是风机的吸程过小，无论是串联还是并联对提高整个排烟系统的吸力非常有限。综上所述一旦按大型集中式排烟系统进行设计和安装，只对系统的总排烟风机进行调换、串联和并联等措施对明显改善排烟效果是徒劳的。对大型商场、地下车库、人防工程、高层酒店、办公、医院和公寓等建筑切忌采用大型集中式排烟系统，即使安了也只能对相距风机很近的楼层和排烟分区有效，对远区无效！会导致这些楼层和排烟分区一旦发生火灾而不能有效排烟而影响人员疏散和消防及时扑救。 既然从排烟风机性能特性上已找到大型集中式排烟系统不适用于上述大型和高层建筑的排烟系统的病根，那么这些建筑的消防排烟出路何在呢？出路在于：一是限制排烟系统的规模，也就是一台排烟风机所担负的排烟分区不能太多，防火分区不能太大，楼层数不能太多，排烟管道不能太长。根据多项工程现场检测的结果可知，对于大型商场和多层地下车库应采用公共排烟竖井的分层分防火区安装排烟风机的排烟系统，且每层的排烟管道长度控制50米以内。若采用屋顶集中式安装排烟风机的排烟系统，所带的楼层高度与每层所设排烟风管长度之和应控制在50米以内。对于高层酒店、办公、医院和公寓等场所封闭内走廊的排烟最好把排烟口安装在排烟竖井壁上，分段安装排烟风机，每段排烟竖井的高度不应超过50米，也就就是楼层不超过15层，与避难层的设置间距类似。二是为弥补排烟管道过短，大型车库和人防工程可以采用诱导式风机把远处的烟气诱导至排烟口处，也就是采用“接力”方式排烟。三是充分利用排烟风机压程长的特性，对于大的防火分区采用中心汇集式排烟布置方式，也就是把排烟风机或排烟竖井布置在防火分区的中心位置，以排烟风机或排烟竖井为中心把排烟管道呈辐射状向四周布置，利用压风管或风道把烟气压出去，这种方式的吸入端排烟管道也不能太长，应控制在40米以内。四是可以研发强力排烟吸风机，加大排烟风机的吸程。
设计中还应限制吸入端的排烟管道和竖井的风速取值不能太大，处于吸风段风速为4～8m/s，否则因吸风段系统摩阻过大很快耗尽吸力，而导致吸程很近。那种假定处于吸风段风速达10～15m/s，由于排风机吸程很小无法形成巨大的压差是实现不了的。另外排烟口应尽量布置在排烟分区的中部，每道排烟管上不应安装过多的排烟口，其数量宜控制在6个以内，而且排烟管道和电动排烟口的密封性要好。无自然补风的封闭场所应设机械补风系统，且送风机和送风口应安装在排烟风机或排烟竖井的对面，保持相对流动状态，不得与排烟风机靠的太近。应安装送风管道把风均匀输送到各个排烟分区和防火分区，给各区的排烟口提供一定强度的“接力”驱动力，加大排烟口的排烟量，不留排烟死角。规范规定的排烟口距最远排烟点的距离不超过30米，这在空气对流补充和独立排烟口实验状态下是有可能的，但实际工程检测中是没有能实现过的，所以排烟口应尽量安装防烟分区的中部，防烟分区的形状应接近正方形，不应采用长条形划分防烟分区。
综上所述，由于排烟风机利用的是排烟风机的吸程，而吸程占风机全压很少的一部分，其吸力不大，影响范围很小，抽吸距离很短，不能按送风机的原理和全压的理念设计和利用排烟风机，在大型场所排烟系统设计和安装中务必加以重视，否则一旦安装完毕效果不佳将成为难以整改的死症。