谈建筑设计之防火分隔封堵与烟囱效应

摘要:本文通过烟囱效应的原理，把建筑物火灾形成的原理剖析给大家看，从而引起各方注意，在构造细节上考虑把危险性降至最低从而减少由于消防设计问题而引起的火灾。

关键词: 烟囱效应 建筑火灾 防火封堵

1. 前 言

从古代“城门失火殃及池鱼”的故事到2009年元宵节央视大楼的烈火，都向我们述说了建筑火灾的严重性。在以人为本的今天，经济安全的建筑模式已开始向安全经济的建筑模式过渡，建筑本身的安全问题日益得到人们的重视，而作为建筑安全防范重要的措施之一的建筑防火问题更是大家关注的焦点，无论是国家规范的屡次修订，消防部门和外审部门对设计的审查，都围绕着如何把建筑物的火灾危险性降至最低从而减少由于消防设计问题而引起的火灾。

无情的大火给我们铭刻惨痛的记忆，同时也留给我们的更多的是对火灾原因的深刻思考以及对建筑防火措施的细部构造采用更先进的科学的做法以减少可能发生的危险。今天我们要说的是其中比较重要的一环---建筑设计之防火分隔封堵。

2. 烟囱效应的正向用途

现行的防火规范中都有相当大的篇幅和条款强调建筑构造中的防火分隔与封堵问题。在谈到防火分隔封堵的问题同时我们来看一下其中的道理所在。凡是共享中庭、竖向通风（排烟）风道、楼梯间等具有类似烟囱特征――即从底部到顶部具有通畅的流通空间的建筑物、构筑物（如水塔）中，空气（包括烟气），因密度差的作用，沿着通道会很快地进行扩散或排出建筑物，这种现象即为烟囱效应，是指户内空气沿着有垂直坡度的空间向上升或下降，造成空气加强对流的现象。

烟囱最初的应用形式就是筒状的物体，安装在厨房或锅炉房等进行燃料燃烧的地方，利用热空气上升的原理，从上部出风口排出热烟气，外面的新鲜冷空气从入口被卷入，增加了燃料燃烧所需要的氧气，使燃料更加充分的燃烧，增强了火势。在锅炉房等这些地方，烟囱起到了拔火拔烟，排走烟气，改善燃烧条件的作用目前，这种利用热空气上升，有拔风作用的烟囱效应，在建筑结构和建筑设备领域里被广泛的应用。在建筑设计中，利用热压差实现自然通风就是利用的“烟囱效应”原理它是利用热空气上升的原理，在建筑上部设排风口可将污浊的热空气从室内排出,而室外新鲜的冷空气则从建筑底部被吸入。热压作用与进、出风口的高差和室内外的温差有关,室内外温差和进、出风口的高差越大,则热压作用越明显。

在建筑设计中，可利用建筑物内部贯穿多层的竖向空腔―――如楼梯间、中庭、拔风井等满足进排风口的高差要求，并在顶部设置可以控制的开口，将建筑各层的热空气排出,达到自然通风的目的。与风压式自然通风不同，热压式自然通风更能适应常变的外部风环境和不良的外部风环境。烟囱效应不仅实现了自然通风，它在双层玻璃幕墙中的使用，还有效的阻挡了热量的传递，降低建筑墙体的传热系数，达到了节约建筑能耗的作用。

3.烟囱效应与建筑火灾

一切事物都有两面性。烟囱效应也不例外------最常见的烟囱效应是火炉、锅炉运作时，产生的热空气随著烟囱向上升，在烟囱的顶部离开。因为烟囱中的热空气散溢而造成的气流(Draft)，将户外的空气抽入填补，令火炉的火更猛烈。烟囱效应亦可以是逆向的。当户内的温度较户外为低(例如夏天使用空调时)，气流可以在烟囱内向下流动，将户外空气从烟囱抽入室内。烟囱效应的强度与烟囱的高度，户内及户外温度差距，和户内外空气流通的程度有关。在高楼大厦的环境内，烟囱效应可以是令火灾猛烈加剧的原因。在低层发生的火灾造成的热空气，因为密度较低，经电梯槽或走火通道内得以往上流动，使高热气体不断在通道的顶部积聚，而且据试验表明这种积聚的速度非常之快，能让火种在瞬时从底层拔至顶层形成一条热与火的通道，结果是使火势透过这种空气的对流在大厦的顶层制造另一个火场。不单使扑救变得更困难，更会危及前往天台逃生的人员的生命安全 。

科研人员用测速仪在排烟口测量烟的扩散速度，结果表明，烟气垂直上升的速度能达到3到5米每秒，而且楼层越高，抽力越大，因而上升速度也越快，这就是为什么有些锅炉房的大烟囱修得非常高的原因，因为烟囱越高，抽力越大，火才会更旺。再比较我们人上楼梯的速度，最快也就0.6米每秒，所以在火场上人群的疏散速度远远慢于火灾烟气的蔓延速度。假设一幢楼共有20层，楼高60米，其他楼层的楼道门均关闭状态，而第20层的楼道门未关，那么，万一发生地下一层发生火灾，产生的烟雾在烟囱强大的抽吸作用下，1至19层的防火门拒之门外后，就直奔20层，到达的速度只有10几秒。消防人员可能很快赶到，地下一层的火灾可能也很快扑灭，但浓烟早已弥漫第20层了，人员的处境就已经很危险了。此外，火灾时，可燃物燃烧产生的高温烟气由于烟囱效应的作用，空气向上竖向流动，低层的门、窗等开口成为整个建筑的进气口，而上部的开口成为出气口，在这种情况下，下面各层窗口只进气，不排气，而上面各层的窗口只排气，不进气。 上面的窗口只有烟气向外出，没有新鲜空气从外面进来，在窗口外的一段距离内，找不到所需要的最低浓度的氧气，使人无法呼吸，这就是为什么有人站在窗口和阳台上，没有火的威胁还要跳楼的原因。

4.结论

认识到上述原因，那么我们很容易就理解了防火规范中规定的许多硬性指标，如防火分区的划分，管道井的分隔，甚至空隙的封堵都要用防火材料填实，连小小的缝隙都要用防火密封胶严密封堵，细节决定成败，一切皆是为了在源头上阻止这种烟囱效应，以期达到预防为主的目的。关键是防火材料与建筑其他部位的连接要有耐火的弹性材料牢固粘接，在温度应力变化时，连接体应该随温度的变化可伸缩和延展与主体连接部位不能脱落，从而起到阻隔烟气和火势蔓延的作用，为人员逃生和消防救援赢得时间。

感谢喜利得（中国）有限公司的工程师为我们详细解读了防火封堵系统各部分的节点构造及其必要性，使我们获益匪浅。在细节上多花一点功夫是值得的，毕竟“人民的生命安全重于泰山”。有感于此，写了这篇短文与大家分享，旨在共同探讨建筑防火设计的点点滴滴。