高层建筑地下车库通风排烟问题刍议

高层建筑地下车库通风排烟问题刍议贵州省建筑设计研究院孙延勋提要指出多年来高层建筑地下车库排烟设计套用《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045一95)某些条文的做法不当。强调暖通设计人员应当而且只应当遵照《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》(GB50067-97)的有关规定。着重说明了设计数据方面的两项重要变化。探讨了地下车库排烟系统与排风系统完全合一的可能性。关键词高层建筑地下车库通风排烟防火规范近些年来,由于我国城市汽车的拥有量迅猛增加,高层建筑地下停车库的设计项目也迅速增多。地下车库的通风排烟问题,尤其是二者兼用等问题因而受到暖通设计人员的普遍注意。根据笔者能够看到的资料,仅从1997年10月至1999年2月,在全国范围发行的杂志、丛书以及全国暖通空调制冷学术年会上发表的有关文章就有9篇之多,还不包括地方性专业杂志和专业学术会议的文章在内。由此可见大家对这个问题的关心程度。但令人遗憾的是,这些文章的作者没有一位提到已经发布实施的一本重要的新规范,而正是这本规范,可能使现有的一些讨论失去意义,使推荐的一些方案和作法失去技术和经济方面的合理性。1一本新规范1997年10月5日,国家技术监督局与建设部联合发布了《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》(以下简称《新库规》)[1],并宣布于1998年5月1日起实施。这本强制性国家标准的颁布对于地下车库排烟设计而言,是一项十分重要的进展。之所以这样说,是因为这本规范中有几条规定足以改变暖通人员对地下车库排烟设计的习惯思路和作法,可使设计大大简化,可使车库日常排风和火灾排烟简单合一。概略地说,有两点重要变化:一是防火分区面积的扩大,由此带来防烟分区的扩大;二是排烟量的减小。具体内容,后面将作简要介绍。2以哪一本规范为准人们会问,既然这里讨论的对象是位于高层建筑内的地下车库,设计理所当然应该遵循《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称《高规》)[2]。问题是,车库到底属于《高规》第8.4.1条所述的“经常有人停留”的地下室呢,还是属于“可燃物较多”的地下室?《高规》条文和条文说明中均未提及。相反,从车库管理制度上看,从国内外火灾试验和火灾实例上看,倒是可以说明地下车库既难属于经常有人停留的场所,也难属于可燃物较多的地下室[3]。看来,到目前为止认为高层建筑地下车库应根据《高规》设置排烟系统的这种认识或许是我们设计人员对《高规》的一种主观理解。其实,《高规》第4.1.8条已明确指出:“设在高层建筑内的汽车停车库,其设计应符合现行国家标准《汽车库设计防火规范》的规定”。也就是说,《高规》本来就认为,在设计地下车库时应以车库防火规范为依据,只不过1995年修订的《高规》发布实施时,当时的汽车库防火规范尚缺少排烟方面的内容而已。但现在情况不同了,《新库规》已经发布实施并且扩大了适用范围,其总则第1.0.2条的条文说明中明确指出该规范适用于“高层民用建筑所属的汽车库和人防地下车库。因此,笔者认为,高层建筑地下车库设计,当然包括通风排烟设计,只能以《新库规》为依据,而不能以《高规》为依据,这一点暖通专业设计人员从现在起就应十分明确。至于排烟设计的具体内容与此前的习惯作法有些什么不同,有些什么规定必须加以强调和注意,下面主要叙述两点。3防烟分区的变化地下车库防火分区最大允许建筑面积的增加是一项令人瞩目的变化。一般情况,对于一、二级耐火等级的建筑,该最大允许面积为N2000m2(而《高规》地下室防火分区规定为500m2,且如库内设有自动灭火系统时,面积还可增加一倍。由此带来的一个重要结果就是防烟分区面积的大幅度增加。由于防烟分区不能跨越防火分区,所以防烟分区最大建筑面积亦可达到2000m2(见《新库规》第8.2.2条),而现行《高规》只是500m2。防烟分区面积的增大自然减少了车库内排烟系统的数量。例如,面积不超过2000m2的车库,现在只设一个排烟系统就可以了,而按《高规》,要设4个系统。相比之下,设计、施工、运行管理现在都简便多了。4排烟量的变化按《新库规》第8.2.4条“排烟风机的排烟量应按换气次数不小于6次/h计算”的规定,排烟量的计算值较之以前也有大幅度变化。仍以一个2000m2的地下车库为例,以前按《高规》至少要设4个独立的排烟系统。假定每个系统负担500m2的防烟分区,一个系统的排烟量为500×60=30000m3/h。如果车库设自动灭火系统,防火分区可以扩大为1000m2,此时至少要设两个独立的排烟系统。假定每个系统负担两个500m2的防烟分区,则此一个系统的排烟量为500×120=60000m3/h。而按《新库规》,此例只要设计一个排烟系统即能满足要求。假定车库的计算净高为2.8m,此时不管库内有无灭火系统,排烟量均为2000×2.8×6=33600m3/h。由此可见,两本规范的执行结果相差悬殊。当然按《高规》执行,防烟分区可以划多划小,以使计算排烟量下降,但这样做的后果会使系统的构成和运行控制变得相当复杂。《新库规》关于6h-1换气次数的规定,其另一个重要意义还在于有可能使设计人员有依据地将地下车库的排风系统和排烟系统合二为一。5几点看法地下车库有火灾发生情况下的排烟问题,也有平常使用情况下的通风问题,工程设计追求的目标就是既要同时满足这两方面的要求,又要使系统简单、经济和便于管理。下面分别谈谈笔者对几个问题的个人认识,与同行们切磋,并期望得到指正。5.1排风量与排烟量能否一致着火产生的烟气弥漫整个空间,需要很快将其置换出去。因此,按房间整个容积的若干倍确定排烟量(从而也有相同数量的新鲜空气进入)是合理的。而平时排风量的确定依据有所不同,因为此时排风目的是稀释有害物至满足卫生要求的允许浓度。也就是说,排风量的计算与有害物的散发量及散发时的浓度有关,而与房间容积(亦即房间换气次数)并无确定的数量关系。举例来说,两个有害物散发情况相同且平面布置和大小也相同而只是层高不同的车库,按有害物稀释计算的排风量是相同的,但按换气次数计算,二者的排风量就不同了。这说明换气次数法有其不尽理想的地方。正因为如此,一些书刊都要指出地下车库的“排风量应按稀释废气量计算。如无计算资料时,可参考换气次数估算,一般排风量不小于6次/h。送风量不小于5次/”[4]。但在实际工作中,设计人员一般都按换气次数估算而不按稀释浓度计算,其原因不单单是由于算法简单,更主要的还是找不到准确可靠的计算数据加以采用。为了解决这个问题,从1992年开始,就陆续有专业人员探讨此事[5],后来有人直接或间接地提出6h-1换气的排风量[6，7]。稀释浓度法所依据的计算公式实质上都是一样的,但不同作者对公式中各种参数的取值很不相同,由此导致计算结果大不一样。例如,影响车库内汽车尾气排放量的诸多因素中,有两个因素就不好确定。其中一个叫车位利用系数,即单位时间内的车流量与停车位数的比值,有人取为0.5(即每辆车平均在车库内停放2),有人取1.5(相当于停车40min),相差3倍之多;另一个是发动机在地下车库内的平均工作时间,有人取3,有人取6min,又是2倍之差,仅这两项一并考虑之后的变化范围就是1:6的关系,加上库内CO允许浓度差的取值还有将近一倍的变化范围,这样计算下来所得的排风量已经没有什么可信度了。所以笔者认为,在基本计算数据尚无可靠依据的情况下,按多年的作法,取不低于6h-1换气次数估算排风量,至少目前来说,也许更实际一些,也许更易于被设计人员所接受。至于按6h-1换气计算出的排风量是否嫌小的问题,笔者在此只想指出两点:第一,产生这种看法的原因是由于,对某项具体工程而言,按6h-1换气确定的风量有时比浓度计算法计算出的风量为小。但本文上文已说明,由于基本数据取值的不同,稀释浓度法计算结果的变化范围很大。在与换气次数法进行比较时,取计算结果的上限值和下限值所得结论可能正好相反,孰大孰小,难于断定;第二,据报道[8],国家将在2000年1月1日公布执行新的、比现行标准严格得多的汽车尾气排放标准,北京从1999年1月1日起已率先执行,上海也于1999年10月1日起执行与北京相同的标准。届时,汽车尾气中有害物浓度将更低,排放总量将更小。如果按6h-1换气计算排风量的多年作法至今尚未发现什么大问题,则将来这一排风量就将更偏于安全了。有趣的是,按不小于6h-1换气次数确定车库平时使用情况下的排风量正好与《新库规》第8.2.4条关于火灾情况下的“排烟量应按换气次数不小于6/h计算”的规定相吻合,而这一规定是有实际根据的:第一,地下车库可燃物较少,一旦发生火灾时,发烟量不大;第二,人员较少,基本无人停留;第三,从车库火灾的实际情况看,6h-1换气的排烟量基本满足人员疏散和火灾扑救的需要;第四,这一数据与美国消防法6h-1换气排烟量的规定相同(见《新库规》第8.2.4条的条文说明)。因此,地下车库最小排风量与最小排烟量就取得了完全一致。这给简化系统、简化设计、方便运行控制等各方面带来的好处是显而易见的。5.2排烟口与排风口能否一致由于烟气密度较小,排烟口应布置在车库上方,这一点没有异议。但平时的排风情况如何呢?过去通常的说法是:汽车排出的一些有害物比空气轻,另一些有害物比空气重,所以排风口在车库的上部和下部均应布置,且宜从上部排出风量的1/3,而从下部排出2/3,其根据是现行暖通空调规范[9]第4.4.7条第2款。但是只要认真考虑一下就会发现,将暖通规范的上述规定具体应用于汽车库的排风就不一定合造。首先,汽车有害物的大部分,其中包括CO(一氧化碳)的98%~99%,CmHn(碳氢化合物)的55%~65%和NOx(氮氧化物)的98%~99%都是从尾气散发出来的,而尾气的排放温度高达500~℃,这样高温的排放气流产生很大的浮力,很难设想尾气会滞留在车库下部;其次,尚有1%~2%的CO和NOx以及25%的CmHn从曲轴箱排出,有10%~20%的CmHn从燃油系统排出,这两部分排放物虽然温度不象尾气那么高,且NOx也比空气密度大些,但应该注意往常被忽视的一点常识,那就是这些有害物是在发动机工作时才排放的,而发动机工作时汽车处于行驶状态,车库的气流随着车子进进出出处于强烈扰动与混合状态,尾气也处于汽车后部的涡流之中,很难想象排放物会沉积于车库下方。而那些停稳放好的汽车,其发动机已经关闭,没有什么有害物排出了;再次,有实测数据可以证明,用通风换气的办法将汽车排出的CO稀释到容许浓度时,NOx和CmHn,远远低于它们相应的允许浓度。也就是说,只要保证CO浓度排放达标,其他有害物即使有一些分布不均匀,也有足够的安全倍数保证将其通过排风带走;最后,高层建筑的地下车库一般只为停放轿车、最多是面包车设计的,车库净高只有2.2~2.8m左右,这样的高度,上下都布置风口,既不便于施工,也无太大必要,况且有时根本没有空间允许车库下部布置风口。此外,如果进风系统采用诱导通风方式[10,11]时,车库内的气流扰动及混合就更加充分,车库下部已不可能有稳定的有害物层出现。鉴于上述种种理由,笔者认为车库下部排风2/的理由不充分,应该考虑全部排风量均由上部排出的方案(事实上,取消下部排风口的意见早已有人提出[12,13])。这种方案的重要价值是能使地下车库的排风系统与排烟系统的风口合二为一。这里还有必要指出一个以前未曾引起注意的问题:当前采用的上下均有风口的设计方案中存在隐患。按目前流行的作法设计地下车库排烟排风系统时,风管设计一套系统,但风口的布置则按平常排风要求考虑,上部常开风口排风1/3,下部常开风口排风2/3。一旦火灾发生时,为满足排烟要求,需将下部风口全部关闭,让所有烟气均从上部风口排出。这种作法看来似乎合理,但是稍加分析就会发现问题:假定按上述方法设计的风管系统是水力平衡的,则上部风口应该面积较小、阻力系数较大,以迫使2倍于自身的风量从下部风口吸人。当火灾发生时,下部风口全部关闭,管网特性曲线发生变化,风机工作点产生漂移,上部风口吸人烟气量会比原来的1/3有所增加,但决不可能增加到自身原有风量的3倍,这是由风机特性曲线的形状特点决定了的,不会以人们的主观愿