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玻璃钢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。烟囱效应是由室内外温差形成的热压和室外风压共同作用的结果,通常以前者为主,热压值与室内外温差产生的空气密度差和排气口的高度差成正比。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,认为中和面以下房间从室外渗入空气,中和面以上房间从室内渗出空气。
在玻璃钢烟囱效应的作用下,室内实现了组织的自然通风、排烟排气,其负面影响也多方面:首先,风沙通过低层部分的各种孔、间隙吹入室内,消耗热量,污染室内;其次,通过电梯井从下层大厅的人口吸入上层的过程中,梯门无法正常关闭;第三,发生火灾时,随着室内空气温度的急剧上升,体积急速增大,烟囱效应更加明显,各种井成为拔火拔烟的垂直通道,是火灾垂直蔓延的主要途径,帮助火灾扩大。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。为了有效降低烟囱效应的负面影响,可以采取以下措施。
1.冬天,空气主要通过各种外门从下层流入室内,直接的方法是将建筑物通向外部的所有门,尽量设置为两扇门、旋转门、安装门斗、在外门内侧设置空气幕等,这对于厅门来说是特别必要的,对于那些次要通道和地下停车场的外门等,冬天也要设置门,至少要设置厚的门帘。冬天,电梯井顶部的通风孔应适当调整或关闭。
2.对于已供暖的建筑,尽量不要让低层的室内温度高于高层。
3.火灾发生时,不仅在任何季节通过各种竖井产生烟囱效应,而且在小范围内通过地板空调管道,也有不引人注意的孔产生烟囱效应的可能性。对此,《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-1995)有下列明文规定。
(1)围护结构采用幕墙形式时,“与各层楼板、隔墙之间的间隙应采用不燃材料严密填充”。
(2)“建筑高度在100m以下的高层建筑物,其电缆井、管道井每隔2~3层在地板上使用相当于地板耐火极限的不燃烧体作为防火隔离的建筑高度在100m以上的高层建筑物,层地板上使用相当于地板耐火极限的不燃烧体作为防火隔离”。由于施工缺陷、桥架和管道根部形成的各种孔隙,必须用不燃烧的材料密封。
(3)“楼梯间、前室门为乙级防火门”,“应具有自动关闭功能”;各种立管井“井壁检查门应采用丙级防火门”;“用于连接房间和走道等的孔洞。电缆井和管道井的缝隙应用不燃材料填充”;“每层垂直风道与水平风道交接处的水平段设置防火阀”;“用于厨房、浴室、厕所等的垂直排气管。,应采取措施防止回流或在支管上设置防火阀”,以确保火灾时与走道和房间隔开,并防止楼层之间通过竖井交叉蔓延。
(4)大烟囱烟囱的作用在于使其根部产生足够吸力,克服焦炉加热系统阻力(包括分烟道阻力)和下降气流段热浮力,从而使炉内废气排出,空气吸入。炉内上升气流的热浮力有助于气体流动和废气排放。烟囱根部的吸力是由热废气在烟囱中的浮力产生的,其值由烟囱的高度和热废气与大气的密度差决定。烟囱的工艺设计主要是根据加热系统的阻力和浮力确定根部所需的吸力,然后计算玻璃钢烟囱的高度和直径。
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