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高层建筑烟囱效应分析

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高层建筑烟囱效应分析

发布日期:2017-11-23 14:03 来源:http://www.13870624748.com 点击:

烟囱的主要作用是拔火拔烟,排走烟气,改善燃烧条件。高层建筑内部一般设置数量不等的楼梯间、排风道、送风道、排烟道、电梯井及管道井等竖向井道,当室内温度高于室外温度时,室内热空气因密度小,便沿着这些垂直通道自然上升,透过门窗缝隙及各种孔洞从高层部分渗出,室外冷空气因密度大,由低层渗入补充,这就形成烟囱效应。烟囱效应是室内外温差形成的热压及室外风压共同作用的结果,通常以前者为主,而热压值与室内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比。这说明,室内温度越是高于室外温度,建筑物越高,烟囱效应也越明显,同时也说明,民用建筑的烟囱效应一般只是发生在冬季。就一栋建筑物而言,理论上视建筑物的一半高度位置为中和面,认为中和面以下房问从室外渗入空气,中和面以上房间从室内渗出空气。

在烟囱效应的作用下,室内有组织的自然通风、排烟排气得以实现,但其负面影响也是多方面的:首先,风沙通过低层部分各种孔洞、缝隙吹入室内,消耗热量并污染室内;其次,风通过电梯井由底层厅门人口被抽到顶层的过程中,导致梯门不能正常关闭;第三,当发生火灾时,随着室内空气温度的急剧升高,体积迅速增大,烟囱效应更加明显,此时,各种竖井成为拔火拔烟的垂直通道,是火灾垂直蔓延的主要途径,从而助长火势扩大灾情。有资料显示,烟气在竖向管井内的垂直扩散速度为3-4m/s,意味着高度为100m的高层建筑,烟火由底层直接窜至顶层只需30s左右。如果燃烧条件具备,整个大楼顷刻问便可能形成一片火海。为有效减弱烟囱效应产生的负面影响,可采取以下一些措施∶

1.在冬季,空气主要是通过各种外门从底层流入室内,最直接的方法是将建筑通向外界的所有门,尽可能地设置成两道门、旋转门、加装门斗或在外门内侧设置空气幕等,这对于大厅门尤为必要,对于那些次要通道连同地下停车场的外门口等,在冬季也要装门,至少应增挂厚门帘。在冬季,电梯井顶部的通风孔应适当向小调整或关闭。

2.对于已采暖的建筑物,尽量不使低层部分的室内温度高于高层部分。

3.当火灾发生时,不仅在任何季节通过各类竖井产生烟囱效应,而且还可能在小范围内通过穿越楼板的空调管道,甚至是一些不引人注意的孔隙产生烟囱效应。对此,《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-1995)有以下明确规定∶

(1)当围护结构采用幕墙形式时,“与每层楼板、隔墙处的缝隙,应采用不燃烧材料严密填实”。

(2)“建筑高度不超过100m的高层建筑,其电缆井、管道井应每隔2~3层在楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作防火分隔;建筑高度超过100m的高层建筑,应在每层楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作防火分隔”。因施工缺陷、桥架和管道根部形成的各种孔隙,必须用不燃烧材料填塞密实。

(3)“楼梯间和前室的门均为乙级防火门”,并“应具有自行关闭的功能”;各种竖向管井“井壁上的检查门应采用丙级防火门”:“电缆井、管道井与房间、走道等相连通的孔洞,其空隙应采用不燃烧材料填塞密实”:“垂直风管与每层水平风管交接处的水平管段上应设防火阀”:“厨房、浴室、厕所等的垂直排风管道,应采取防止回流的措施或在支管上设置防火阀”,以确保火灾时与走道及房间的分隔,防止各楼层之间通过竖井交叉蔓延。


高层建筑烟囱设计

2015/11/20 阅读次数:[584]

改革开放以来,各地的高层建筑象雨后春笋般地矗立起来,根据中国国情,现在绝大部分高层建筑的热源还是考虑使用燃油或燃煤锅炉或溴化锂机组,其机房的烟囱尤其是燃煤锅炉房的烟囱的设置,往往是设计者十分头痛的问题,若建独立烟囱,因其均在闹市区,寸土寸金,不可能单独设立,且造价昂贵,若做附壁烟囱,在设计或施工中出现错误,将会造成不可挽救的经济损失,如武汉某单位28层住宅楼的附壁砖烟囱,就是因为设计与施工均存在一定问题而使烟囱和住宅墙面开裂,烟气向各个房间渗透,烟囱无法修理和使用,而重新再做了一个钢制烟囱附墙.造成经济损失几十万元.

在设计实践中,我们吸取他人的经验教训,根据现场情况,千方百计,大胆创新,采用新技术,并且严格要求施工单位按图施工,解决了高层建筑烟囱设计的一些问题,几个工程经各有关部门竣工验收合格,运行几年,没有问题,有的还获得了省优秀设计二等奖(湖北省建设银行办公楼,国际金融贸易大厦),取得了很好的经济效益和环境效益.

一.内筒设置烟囱

中国建设银行湖北省分行办公大楼(也称湖北国际金融大厦)是武汉地区首批高层建筑之一,该大厦主楼廿六层,高近百米,由于当时的能源政策限制,只能采用煤作燃料,然而,由于该大厦地处武汉市繁华的闹市中心--中南路口,环境保护要求特别高,而燃煤锅炉又不适于布置在楼顶,只能考虑布置在裙房一层,根据《锅炉尘排放标准》本工程锅炉房烟囱可按30M设计(总容量5t/h),但由于本大厦高近100M,且周围也有中南商业大楼(高约50M)和规划中的物贸大厦,中商广场(后来均已建成),上述排放标准也同时规定"在烟囱周围半径200M的距离内有建筑物时,烟囱高度一般应高出最高建筑物三米以上".有人希望我们按30M设计,这样建设单位可以节省不少投资,我们设计起来也方便得多,如果我们在"一般"和"应"上做文章,请求环保部门降低要求也不是没有可能的,但我们认为,以环境保护的高度出发,从城市发展的长远观点着想,从锅炉房烟气对本大厦的影响考虑--因为锅炉房位于本大厦之西北,而锅炉运行时间又多在冬季,烟气对大厦的损害是不言而喻的--将锅炉烟囱建得更高一点有百利而无一害的,因此,我们决定还是将锅炉房烟囱设计为高出本大厦3米.然而,真正设计起来就困难重重了,首先,本大厦是武汉市首批标志性建筑之一,是湖北省建设银行的办公大楼,城市规划要求外装修豪华壮观,因而在方案设计是,由于种种原因,没有考虑设置高出屋面3米烟囱的位置,

施工图若考虑附壁砖烟囱或钢烟囱不仅破坏建筑形象,而且结构上也无法处理.其次,若建独立砖烟囱,造价将高达百万元,且受地方限制,做起来与整幢建筑也不协调,有煞风景,若考虑附在裙房上,连起码的30M也达不到,怎么办 经我们多次与土建工程师磋商,终于在主楼内筒靠电梯井的地方挤出一块面积约2.5M2的三角形位置决定将烟囱设置在此.

内筒设置烟囱,在中国以至于亚州也还是个新问题,首先,烟气对内筒产生的热应力影响就很大,其次,锅炉房并非在主楼楼层内,而是在裙房里,距内筒尚有几十米水平距离,烟道必须通过标准层的几个房间,将对这些房间产生影响.特别是锅炉一般冬天运行较多,烟囱内外温差更大,为避免其影响,将烟囱作如下处理:

1,参照普通烟囱的建造方法,将空气隔热层扩大为100MM,普通砖烟囱的空气隔热层为50MM,它是为保护烟囱外壁而设置的,而我们要保护的对象是大楼的整个内筒以至整个大厦,为此,我们特将空气隔热层增加一倍,防止烟气热量向内筒传导而产生热应力破坏.

2,砌筑与烟囱等高的耐火砖内壁,普通烟囱内壁,烟气湿度在500℃以下时采用红砖,显然不能保证烟囱外壁湿度与室温相当,耐火砖的密实程度和隔热性能比普通红砖好多了,能有效地阻止烟气湿度影响内筒.

3,烟囱与烟道连接处设置伸缩缝,烟道(钢制)采取了严格的保温措施.

4,烟囱外壁(即内筒墙壁用耐火砼浇筑,更进一步消除烟气的影响.

采取上述措施,完全避免了烟囱内外温差对主楼内筒的影响,如果不说明,谁也不知道,本大楼的烟囱就设置在主楼的内筒靠过道的地方.几年的运行证明,此法不仅解决了高层建筑设置烟囱的难题,为建设单位节省了大量投资(与独立烟囱相比,节省3/4,约70万元,与附壁烟囱相比,节省的1/3,达30万左右.)产生了巨大的经济效益,而且,更重要的是,由于烟囱很高,消除烟气对周围的污染,产生了更明显的环境效益.


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