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消防设计中“封闭舱”和“开放舱”

编辑:北京消防公司 发布时间:2020-06-11

  1封闭舱概念

  随着性能化的消防设计在国内逐渐兴起,一些来自于国外的新颖的消防概念也逐渐在消防设计中得到了应用,例如“封闭舱”和“开放舱”概念。同样来自于国外,由于“封闭舱”具有的显而易见的安全性,相对于“开放舱”更容易被接受。北京消防公司将简述“封闭舱”概念及其工程实现。

  

消防设计中“封闭舱”和“开放舱”

 

  所谓“封闭舱”,顾名思义就是将火灾区域隔离成一个封闭的区域。应当保证即使在舱内发生火灾的前提之下,其火灾(包括火焰以及烟气)不会蔓延到舱外,对外部的人员、财产造成威胁;同时,还应当保证在外部发生火灾的情况下,火灾(包括火焰以及烟气)不会侵入到舱内,对内部的人员、财产造成威胁。因此,要实现“封闭舱”,其第一要素就是封闭、隔离。对于一些火灾危险性比较大的区域,一旦发生火灾,很可能向周围区域蔓延,进而造成更大损失,最有效的方法就是将这些区域封闭起来、隔离出去。要想封闭、隔离,既可以采用具有一定耐火极限的隔墙,也可以采用防火卷帘,对于门窗洞口,也应采用相应耐火极限的防火门、窗。封闭材料所要求达到的耐火极限,则取决于舱内可燃物火灾持续时间。

  仅仅将火灾区域封闭起来,还不能实现“封闭舱”概念,“封闭舱”内应设置自动喷水灭火系统,以限制火灾规模,保证舱内人员的安全。快速响应喷头具有更短的响应时间,相比普通喷头,可以更有效地降低火灾规模、避免火灾蔓延。一般都建议在进行“封闭舱”设计时应当使用快速响应喷头。

  随着火灾研究的深入,烟控系统的重要性已经被广泛认识,火灾中大部分受害者是死于烟气中毒,因此,“封闭舱”内应设置烟控系统,以保证其内部人员的安全疏散。性能化的消防设计目标一般是要求烟气层在人员疏散完毕之前高于人员高度。需要注意地是,烟控系统不仅包括机械排烟系统,还包括补风系统。没有补风,烟气是难以排出的。

  “封闭舱”实质上就是一个设置有自动喷水灭火系统、机械排烟系统、补风系统的封闭房间。国际上还有一个“防火单元”的概念,与“封闭舱”的概念大同小异。

  在我国的消防法规中,防火分区概念表面上似乎与“封闭舱”概念有些类似,但事实上它们却有所不同。防火分区是采用耐火极限不低于3h的防火墙进行分隔,而“封闭舱”采用材料的耐火极限大于室内火灾持续时间即可;防火分区面积一般较大,如地下建筑自动灭火系统后,防火分区面积一般可以扩大到1000 m2,高层建筑商业营业厅等设置自动灭火系统后还可以扩大到4000m2,而“封闭舱”一般较小,为一个房间或者一片区域,面积最大也仅几百平方米;对于消防设施,防火分区概念本身并不对其进行限制,我国规范里对于诸如喷淋、排烟系统的设置是根据其使用性质确定的,而对于“封闭舱”概念,则明确提出了消防设施的要求,而且对于其应当达到的性能指标提出了量化要求。因此,采用“封闭舱”概念设计的房间或者区域,其消防安全性是高于参照常规概念进行的消防设计。

  由于“封闭舱”通过被动防火措施和主动防火措施达到了较高的安全水平,因此一般被用于火灾荷载较大、需要重点保护的区域。另外,一些易对其他区域构成威胁的局部区域也可以设计成“封闭舱”,这样设计带来的好处是其他区域的消防措施可以适当予以降低。

  2 封闭舱概念在工程项目中的应用

  在国内的重特大项目中,首都机场航站楼、五棵松体育馆(奥运篮球馆)就是“封闭舱”概念应用的典型案例。在这两个项目中,商业设施火灾荷载相对较大,需要重点保护,而其他部分火灾荷载相对较小、空间巨大。将商业设施设计成“封闭舱”,既保证了其自身的安全性,更重要地是,不会对空间中的其他区域产生威胁。

  除了用于保护大空间建筑中的重点区域,“封闭舱”概念还在一个典型场所得到应用,即小型的电影放映场所。歌舞娱乐放映游艺场所,是易发生群死群伤的高危场所,应当对其消防安全水平提高要求,但电影院放映厅相对来说,管理比较规范,不宜完全按照歌舞娱乐放映游艺场所要求,应用“封闭舱”概念对其进行消防设计,可以说是再恰当不过了。

  根据现行建筑防火规范相关条文规定,歌舞娱乐放映游艺场所应当采用防火分隔措施与其他场所分开,应当设置火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统、防排烟设施等等要求。规范中采用这些消防措施的用意与“封闭舱”概念显然是完全一致的。从消防安全水平上说,“封闭舱”所要达到的要求是高于规范的。首先,“封闭舱”对围护结构提出了耐火极限要求,而规范只对歌舞娱乐放映游艺场所与其他场所分隔的耐火极限提出具体要求,对每个厅室的耐火极限没有明确指出;其次,“封闭舱”对于排烟设施的排烟量有明确的量化计算方法,其要求达到的性能指标为烟气的高度高于人员的高度,而规范只提出了需要设置排烟设施,至于按照60m3/h/m2还是按照中庭换气次数计算都没有明确规定,排烟效果无法保证;最后,“封闭舱”不仅考虑了舱内部的消防安全,还兼顾了舱外部的消防安全,这既反映在围护结构的耐火极限保证了火势不会蔓延到舱外,又反映在舱内的烟气不会溢出到舱外,还反映在外部的火灾不会对舱内产生威胁,而规范则对于这些关键内容没有涉及。

  综上所述,通过实现“封闭舱”概念、达到其性能指标,可以显而易见地提高歌舞娱乐放映游艺场所的消防安全水平。这种通过提高消防措施来解决易发生火灾、造成群死群伤事故的场所的思路,是与公安部要求坚决遏制群死群伤火灾事故的思路是一致地。

  3 工程实例

  简单介绍一个“封闭舱”工程案例,某高层商厦四层设置电影院放映厅,其最大一个放映厅的建筑面积达到400m2。消防性能化设计的思路就是将每个放映厅均设置成为一个“封闭舱”。

  对于电影院观众厅,消防设计如下:

  ①设置机械排烟系统,排烟量一方面要满足烟气层在人员疏散完毕之前不下降到人员所在高度的要求,另一方面还应当保证在烟气不会通过疏散出口溢出到走廊中;设置机械补风系统,补风量为机械排烟量的50%,补风口位于侧墙下部。

  ②设置自动喷淋灭火系统,喷头采用快速响应喷头(RTI≤50(m·s)0.5);

  ③设置火灾自动报警系统、疏散指示系统、火灾应急广播;

  ④室内装修的顶棚材料应采用A级装修材料,其它部位应采用不低于B1级的装修材料;

  ⑤入口大门采用火灾时可以自行关闭的乙级防火门。

  ⑥外墙耐火极限不低于2.0h。

  ⑦配电线路明敷时应采用低烟无卤型电线电缆,并穿金属管或金属线槽敷设。暗敷时可采用普通电线电缆,并穿金属管或阻燃硬质塑料管敷设在不燃烧体结构内。

  ⑧设置消防卷盘。

  同时,为保证走廊、门厅的火灾不会对观众厅造成危害,要求电影院门厅、走廊:

  ①禁止设置沙发类大型可燃荷载;

  ②设置自动喷淋灭火系统,喷头采用快速响应喷头(RTI≤50(m·s)0.5);

  ③设置机械排烟系统,排烟量要满足烟气层在人员疏散完毕之前不下降到人员所在高度的要求。

  ④配电线路明敷时应采用低烟无卤型电线电缆,并穿金属管或金属线槽敷设。暗敷时可采用普通电线电缆,并穿金属管或阻燃硬质塑料管敷设在不燃烧体结构内。

  ⑤设置消防卷盘。

  为了验证上述基于“封闭舱”概念的消防设计的效果,性能化设计中通过计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)软件对烟气的运动规律进行了模拟预测、通过疏散模拟计算软件对人员的疏散时间进行了模拟预测。

  

消防设计中“封闭舱”和“开放舱”

 

  

消防设计中“封闭舱”和“开放舱”

 

  由图2可见,设置在观众厅顶部的机械排烟系统保证了烟气层高度高于人员的高度,人员可以完成疏散行动。图3显示了发生火灾后,即使观众厅的防火门失效,由于机械排烟系统造成室内负压,烟气也不会从失火观众厅中溢出到走廊和前厅中,从而不会对外部的人员造成威胁。在设置模拟火灾场景时,不仅在观众内设置,还在走廊、大堂等位置设置了场景,即不仅要保证舱内火灾对舱外无威胁,还应当保证舱外火灾对舱内无威胁。

  通过上述性能化的方法,可以量化地得到现行消防设计的安全水平,从而可以直观地判断消防设计的优劣,进而获得最经济有效、科学合理的消防设计。

  综上所述,在消防性能化设计中引入国际先进、成熟的“封闭舱”概念,用以解决高危场所的消防问题,可以起到事半功倍的作用,既解决了其自身的消防安全隐患,又保障了相邻区域的安全。该设计思想科学合理而又恰如其分地设置了消防措施,即避免了设置消防措施的盲目性又体现了设置消防措施的必要性。

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