高層建筑煙囪效應分析

 煙囪的主要作用是拔火拔煙，排走煙氣，改善燃燒條件。高層建筑內(nèi)部一般設置數(shù)量不等的樓梯間、排風道、送風道、排煙道、電梯井及管道井等豎向井道，當室內(nèi)溫度高于室外溫度時，室內(nèi)熱空氣因密度小，便沿著這些垂直通道自然上升，透過門窗縫隙及各種孔洞從高層部分滲出，室外冷空氣因密度大，由低層滲入補充，這就形成煙囪效應。煙囪效應是室內(nèi)外溫差形成的熱壓及室外風壓共同作用的結果，通常以前者為主，而熱壓值與室內(nèi)外溫差產(chǎn)生的空氣密度差及進排風口的高度差成正比。這說明，室內(nèi)溫度越是高于室外溫度，建筑物越高，煙囪效應也越明顯，同時也說明，民用建筑的煙囪效應一般只是發(fā)生在冬季。就一棟建筑物而言，理論上視建筑物的一半高度位置為中和面，認為中和面以下房問從室外滲入空氣，中和面以上房間從室內(nèi)滲出空氣。

　　在煙囪效應的作用下，室內(nèi)有組織的自然通風、排煙排氣得以實現(xiàn)，但其負面影響也是多方面的：首先，風沙通過低層部分各種孔洞、縫隙吹入室內(nèi)，消耗熱量并污染室內(nèi)；其次，風通過電梯井由底層廳門人口被抽到頂層的過程中，導致梯門不能正常關閉；第三，當發(fā)生火災時，隨著室內(nèi)空氣溫度的急劇升高，體積迅速增大，煙囪效應更加明顯，此時，各種豎井成為拔火拔煙的垂直通道，是火災垂直蔓延的主要途徑，從而助長火勢擴大災情。有資料顯示，煙氣在豎向管井內(nèi)的垂直擴散速度為3-4m／s，意味著高度為100m的高層建筑，煙火由底層直接竄至頂層只需30s左右。如果燃燒條件具備，整個大樓頃刻問便可能形成一片火海。為有效減弱煙囪效應產(chǎn)生的負面影響，可采取以下一些措施∶

　　1.在冬季，空氣主要是通過各種外門從底層流入室內(nèi)，最直接的方法是將建筑通向外界的所有門，盡可能地設置成兩道門、旋轉門、加裝門斗或在外門內(nèi)側設置空氣幕等，這對于大廳門尤為必要，對于那些次要通道連同地下停車場的外門口等，在冬季也要裝門，至少應增掛厚門簾。在冬季，電梯井頂部的通風孔應適當向小調(diào)整或關閉。

　　2.對于已采暖的建筑物，盡量不使低層部分的室內(nèi)溫度高于高層部分。

　　3.當火災發(fā)生時，不僅在任何季節(jié)通過各類豎井產(chǎn)生煙囪效應，而且還可能在小范圍內(nèi)通過穿越樓板的空調(diào)管道，甚至是一些不引人注意的孔隙產(chǎn)生煙囪效應。對此，《高層民用建筑設計防火規(guī)范》（GB50045-1995）有以下明確規(guī)定∶

　　（1）當圍護結構采用幕墻形式時，“與每層樓板、隔墻處的縫隙，應采用不燃燒材料嚴密填實”。

　?。?）“建筑高度不超過100m的高層建筑，其電纜井、管道井應每隔2~3層在樓板處用相當于樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔；建筑高度超過100m的高層建筑，應在每層樓板處用相當于樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔”。因施工缺陷、橋架和管道根部形成的各種孔隙，必須用不燃燒材料填塞密實。

　?。?）“樓梯間和前室的門均為乙級防火門”，并“應具有自行關閉的功能”；各種豎向管井“井壁上的檢查門應采用丙級防火門”：“電纜井、管道井與房間、走道等相連通的孔洞，其空隙應采用不燃燒材料填塞密實”：“垂直風管與每層水平風管交接處的水平管段上應設防火閥”：“廚房、浴室、廁所等的垂直排風管道，應采取防止回流的措施或在支管上設置防火閥”，以確?；馂臅r與走道及房間的分隔，防止各樓層之間通過豎井交叉蔓延。