正壓送風(fēng)真的這么簡(jiǎn)單嗎 ?
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歷史上,機(jī)械的通風(fēng)一直被當(dāng)做不可或缺的消防技術(shù)。追溯至20世紀(jì)60年代,消防員曾經(jīng)使用吹風(fēng)機(jī)來(lái)控制逆火。
1960年,消防員為撲滅一場(chǎng)位于加州圣菲斯普林斯冶煉廠的大火時(shí),就曾使用過(guò)幾臺(tái)大型吹風(fēng)機(jī)。雖然機(jī)械通風(fēng)是一個(gè)非常強(qiáng)大的滅火技術(shù),但是當(dāng)用來(lái)對(duì)付建筑火災(zāi)時(shí),他仍然有其局限性。
當(dāng)時(shí),機(jī)械通風(fēng)指的就是在窗口或者其他通風(fēng)口放一個(gè)或者掛一個(gè)排煙機(jī),以此把煙排出建筑物。但在煙霧彌漫的環(huán)境中放置這樣一個(gè)機(jī)器是一個(gè)繁瑣的過(guò)程,且會(huì)讓人體在危險(xiǎn)環(huán)境中增加暴露的時(shí)間。
縱觀20世紀(jì)70年代和80年代早期,建筑材料一直在變化。越來(lái)越多的塑料使用意味著火災(zāi)會(huì)產(chǎn)生更多的毒煙和更高的溫度。顯然,這些簡(jiǎn)單的排煙機(jī)無(wú)法完成通風(fēng)排煙的使命,這就迫使消防員去找一種更好的方法。
經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn),洛杉磯的消防員發(fā)現(xiàn)兩個(gè)點(diǎn): 一是在建筑物中,相對(duì)于空氣(火災(zāi)污染的)排出去,強(qiáng)力冷卻凈化這些空氣比控制火焰更有效。二是把排風(fēng)機(jī)放在建筑物外面而不是里面,能夠提高安全性和對(duì)火災(zāi)的控制力。
在1973年,洛杉磯消防局把他們這個(gè)發(fā)現(xiàn)命名為“正壓通風(fēng)法”。這項(xiàng)新技術(shù)極大地增加消防員的安全。
為了找到更好的排煙方法,對(duì)傳統(tǒng)排煙方法不滿意的消防員經(jīng)常進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)基礎(chǔ)上,正壓送風(fēng)排煙的技術(shù)和裝備多年來(lái)逐漸得到改進(jìn)。正壓送風(fēng)排煙具有較高的效率,可將大量的熱量和污染物排出建筑之外。
一
正壓送風(fēng)排煙的基本原理
正壓送風(fēng)排煙是利用風(fēng)機(jī),迫使建筑內(nèi)的熱量、煙氣和有毒氣體通過(guò)排煙口排出。正壓送風(fēng)排煙的最大優(yōu)點(diǎn)是它的簡(jiǎn)潔。盡管在使用前消防員需要經(jīng)過(guò)大量的訓(xùn)練,但它的基本原理并不難解釋,并且在火場(chǎng)當(dāng)中能很快進(jìn)行操作。
1、正壓送風(fēng)排煙的工作原理
將利用風(fēng)機(jī)排出建筑內(nèi)部的熱量、煙氣和有毒氣體的理論是非常明確的。在風(fēng)機(jī)內(nèi),空氣從高壓區(qū)流向低壓區(qū),利用通路的阻力達(dá)到一種平衡。
將風(fēng)機(jī)設(shè)置在門外時(shí),吹入的氣流進(jìn)入建筑,通過(guò)風(fēng)機(jī)的空氣和風(fēng)機(jī)周圍卷吸的空氣增加了建筑內(nèi)的空氣量,建筑內(nèi)壓力增加。當(dāng)室內(nèi)壓強(qiáng)大于室外大氣壓強(qiáng)時(shí),內(nèi)部的空氣會(huì)從排煙口排出。
正壓送風(fēng)排煙示意圖
設(shè)置風(fēng)機(jī)的位置要使氣流椎體能夠完全覆蓋或者“密封”整個(gè)送風(fēng)口,需保持送風(fēng)口通暢,使建筑獲得最大程度的加壓。研究發(fā)現(xiàn),將風(fēng)機(jī)設(shè)置在距離門口2.4~3.0m的位置最為理想(圖4-2)。
如果因?yàn)樗惋L(fēng)口周圍情況的限制,無(wú)法實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)放置在理想位置,也不一定要完全密封。能密封最好,但不是必需的。
圖4-2 將風(fēng)機(jī)設(shè)置在距入口2.4~3.0m,使空氣能覆蓋整個(gè)進(jìn)風(fēng)口
正壓送風(fēng)排煙使建筑內(nèi)壓力增大,增壓的氣體會(huì)從火災(zāi)燒穿的排煙口或消防員人為破拆的排煙口排出(圖4-3)。
和傳統(tǒng)的屋頂排煙方法相比,這是一種很大的進(jìn)步。特別是消防射水之后,建筑內(nèi)的火災(zāi)煙氣溫度降低,用正壓送風(fēng)方法尤其有益。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,使用風(fēng)機(jī)排出的空氣量大約是1.2m×1.2m自然排煙口排出煙氣量的20倍。
圖4-3 加壓后的煙氣由的排煙口排至室外
2、對(duì)風(fēng)機(jī)的分析
正壓送風(fēng)排煙需要使用的器材較少,其中最重要的就是風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)是一種專業(yè)化的裝備,它必須機(jī)動(dòng)、耐用、可靠,并且易于消防員操作使用。
對(duì)風(fēng)機(jī)的各種要求如下:
1.應(yīng)當(dāng)是汽油動(dòng)力。使用時(shí)不需用到類似于發(fā)電機(jī)這樣的動(dòng)力源,應(yīng)該使用汽油動(dòng)力風(fēng)機(jī)。電力驅(qū)動(dòng)或水力驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)需要更長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行設(shè)置,這使得它們更難與火災(zāi)撲救進(jìn)行協(xié)調(diào)配合。
2.風(fēng)機(jī)應(yīng)當(dāng)有盡可能少的開(kāi)關(guān)。一些風(fēng)機(jī)可能有四個(gè)獨(dú)立的開(kāi)關(guān),最理想的是風(fēng)機(jī)只有一種開(kāi)關(guān)。
3.關(guān)閉按鈕應(yīng)能自動(dòng)返回初始位置。這樣能減少誤操作,增加可靠性。
4.風(fēng)機(jī)應(yīng)當(dāng)可以傾斜。風(fēng)機(jī)的這種能力可使氣流上、下變換角度,從而提高風(fēng)機(jī)在火場(chǎng)上的適應(yīng)能力。
5.風(fēng)機(jī)的風(fēng)量最好為 25500~34000m³/h。
6.風(fēng)機(jī)的葉片應(yīng)具有較大的直徑。葉片越大,送入空氣體積越大。排煙最首要的是排出的空氣體積(每分鐘排出多少體積的空氣),而不是空氣速度(單位時(shí)間內(nèi)的距離)。
7.葉片周圍應(yīng)當(dāng)有固體保護(hù)罩。固體保護(hù)罩可以保護(hù)葉片,增加動(dòng)力,從而使風(fēng)機(jī)排出更多的空氣。
8.重量應(yīng)相對(duì)較輕。風(fēng)機(jī)應(yīng)當(dāng)足夠輕,一個(gè)消防員就能操縱,并且要有把手方便移動(dòng)。
9.引擎應(yīng)當(dāng)有頂閥。頂部的閥門可降低風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的CO數(shù)量。
10.應(yīng)當(dāng)有充氣輪胎。有充氣輪胎的風(fēng)機(jī)可以上下樓梯推動(dòng),在硬輪胎不容易越過(guò)的地方用充氣輪胎會(huì)很方便。
11.延長(zhǎng)管并不是很重要。根據(jù)測(cè)試,延長(zhǎng)管給正壓送風(fēng)排煙帶來(lái)的幫助很小。內(nèi)攻進(jìn)行之后,建筑內(nèi)的CO濃度超過(guò)1000ppm。正壓送風(fēng)排煙可以在幾分鐘內(nèi)將CO濃度降低到安全操作水平。
增加延長(zhǎng)管之后,與沒(méi)加延長(zhǎng)管相比,內(nèi)部CO濃度的降低小于5%,與增加的安裝時(shí)間、費(fèi)用和延長(zhǎng)管在高溫下的燃燒危險(xiǎn)相比,這種做法并不值得。
3、正壓送風(fēng)排煙的相關(guān)術(shù)語(yǔ)
對(duì)一些術(shù)語(yǔ)的理解有助于提高對(duì)正壓送風(fēng)排煙的認(rèn)識(shí)。
正壓送風(fēng)排煙相關(guān)術(shù)語(yǔ)示意圖
風(fēng)機(jī):為排煙設(shè)計(jì)的一種簡(jiǎn)潔的、大風(fēng)量風(fēng)機(jī),一般為汽油動(dòng)力。當(dāng)恰當(dāng)?shù)胤胖迷诮ㄖ獠繒r(shí),能夠?qū)⒖諝馑腿虢ㄖ?nèi)部,增加建筑內(nèi)壓力。風(fēng)機(jī)應(yīng)當(dāng)有輪子以增加它們?cè)诨饒?chǎng)中的移動(dòng)靈活性。
送風(fēng)口:建筑的門、窗或其他開(kāi)口。風(fēng)機(jī)通過(guò)送風(fēng)口吹入空氣以增加建筑內(nèi)部壓力。大部分情況下,最佳送風(fēng)口是內(nèi)攻人員進(jìn)入建筑的出入口。
排煙口:建筑中用于排煙的開(kāi)口,可以是門、窗或者火災(zāi)燒穿的開(kāi)口,是燃燒產(chǎn)物排出建筑的通道。
空氣椎:由風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生出的氣流形狀。這個(gè)椎體最窄的部位在風(fēng)機(jī)處,隨著到風(fēng)機(jī)距離的增大椎體變寬。
對(duì)開(kāi)口的密封:設(shè)置風(fēng)機(jī),使整個(gè)氣流椎體能完全覆蓋送風(fēng)口。
二
正壓送風(fēng)排煙的實(shí)施步驟
在火場(chǎng)中,正壓送風(fēng)排煙需要兩個(gè)簡(jiǎn)單的操作步驟:
(1)將風(fēng)機(jī)設(shè)置在送風(fēng)口處;
(2)確定排煙口。
像大多數(shù)火場(chǎng)行動(dòng)一樣,正確操作正壓送風(fēng)排煙需要每一個(gè)人理解它的操作程序,練習(xí)它的使用方法,知道它的局限。在沒(méi)有形成足夠的排煙口之前,消防員不應(yīng)把運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)吹向著火建筑。
1、送風(fēng)口
為了實(shí)施正壓送風(fēng)排煙,應(yīng)當(dāng)在建筑開(kāi)口外放置一個(gè)風(fēng)機(jī),這個(gè)開(kāi)口就是送風(fēng)口。送風(fēng)口最好是消防員進(jìn)入建筑的門。為了使空氣流動(dòng)達(dá)到最大化,防止障礙物(包括消防隊(duì)員)阻塞送風(fēng)口非常重要。
風(fēng)機(jī)的最佳設(shè)置位置需要考慮送風(fēng)口的尺寸以及風(fēng)機(jī)的尺寸。據(jù)測(cè)定,對(duì)于風(fēng)量為25500~34000m³/h的風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)距送風(fēng)口的最佳設(shè)置位置為2.4~3.0m。風(fēng)機(jī)應(yīng)能夠傾斜20°~30°,使氣流椎體的中心對(duì)準(zhǔn)送風(fēng)口的中心。
2、排煙口
風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流進(jìn)入建筑之前,保證有足夠尺寸的排煙口非常重要。排煙口尺寸應(yīng)當(dāng)是送風(fēng)口尺寸的2~3倍,這個(gè)比例關(guān)系可以提供最佳的排煙效果。
風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流經(jīng)過(guò)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入建筑會(huì)增大建筑內(nèi)的壓力。不像在進(jìn)風(fēng)口和排煙口附近那樣,無(wú)論是建筑頂部、建筑地面還是建筑角落,整個(gè)建筑內(nèi)增加的壓力是一樣的。當(dāng)建筑內(nèi)壓力增加,任何對(duì)外開(kāi)口都可以成為內(nèi)部高壓空氣排至外部低壓環(huán)境的途徑,類似于汽車輪胎中的空氣由輪胎洞口沖出。
在正壓送風(fēng)排煙中,運(yùn)行的風(fēng)機(jī)使建筑內(nèi)的壓力增加,內(nèi)部氣體不斷向外流動(dòng),室外新鮮空氣代替內(nèi)部氣體,使內(nèi)部的高溫氣體和有毒物質(zhì)快速排出。只要風(fēng)機(jī)運(yùn)行,這種效果會(huì)一直持續(xù)。
理想情況下,著火的建筑中,加壓的內(nèi)部煙氣會(huì)從火源附近的一個(gè)主要排煙口流出。將風(fēng)機(jī)設(shè)置在消防員進(jìn)入建筑的入口的一個(gè)重要的原因是防止建筑入口成為排煙口。這樣可避免消防員被排出的煙氣和熱量傷害。
3、安全和預(yù)防
大多情況下正壓送風(fēng)排煙可安全操作,但在某些情況下也可能產(chǎn)生一些問(wèn)題。
例如,正壓送風(fēng)排煙會(huì)掩飾隱藏火災(zāi)的跡象,特別是在火勢(shì)被控制或進(jìn)行火場(chǎng)清理的時(shí)候。由于正壓送風(fēng)排煙帶來(lái)大量空氣的運(yùn)動(dòng),會(huì)減少甚至完全隱藏飄浮的煙氣和高溫墻壁等隱蔽火的標(biāo)志。
在火場(chǎng)清理的最后階段應(yīng)當(dāng)先將風(fēng)機(jī)關(guān)閉,消防員再評(píng)估是否需要繼續(xù)進(jìn)行火場(chǎng)清理。
排煙口是煙氣和熱量從建筑中排出的出口。在這種情況下,排出的煙氣和熱量會(huì)對(duì)火源和排煙口之間的消防員造成傷害,也會(huì)使人員不能靠近排煙口外部附近。
在使用正壓送風(fēng)排煙時(shí),應(yīng)確定消防員撤出建筑,再進(jìn)行增壓。這種預(yù)防措施可避免消防員陷入危險(xiǎn)當(dāng)中。
消防員必須掌握每一個(gè)可能存在的排煙口,并且應(yīng)當(dāng)在風(fēng)機(jī)向建筑內(nèi)送風(fēng)30s后從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入。另外,在建筑內(nèi)存在發(fā)生回燃的條件時(shí),不能使用正壓送風(fēng)排煙。
三
移動(dòng)風(fēng)機(jī)的配置方式
大多數(shù)情況下只需要一臺(tái)風(fēng)機(jī)。但多臺(tái)風(fēng)機(jī)的聯(lián)合配置會(huì)增加氣流體積、減少排煙所需時(shí)間。
1、單臺(tái)風(fēng)機(jī)
這是基本裝備,最常用來(lái)為傳統(tǒng)住宅火災(zāi)排煙(圖4-6)。風(fēng)機(jī)放在距入口2.4~3.0m的位置。在測(cè)試環(huán)境下,放在這個(gè)距離的風(fēng)機(jī)可以從建筑物中排除最大體積的氣流。
圖4-6 單臺(tái)風(fēng)機(jī)加壓送風(fēng)排煙
在某些情況下如房間不夠大,則無(wú)法在建議位置放置風(fēng)機(jī)。門廊、美化景觀、柵欄、臺(tái)階或者其他各種障礙物都會(huì)影響風(fēng)機(jī)的設(shè)置。消防員應(yīng)適應(yīng)各種情況,盡可能將風(fēng)機(jī)放在推薦距離的位置上。
2、串聯(lián)使用風(fēng)機(jī)
為了提高從標(biāo)準(zhǔn)入口(一般為1.98m高,0.9m寬)通過(guò)氣流的效率,應(yīng)該在門前串聯(lián)放置兩個(gè)風(fēng)機(jī)(圖4-7)。
一個(gè)風(fēng)機(jī)應(yīng)該放在離門 0.6~0.9m遠(yuǎn)的距離,另一個(gè)風(fēng)機(jī)建議放在離門2.4~3.0m遠(yuǎn)的距離,用加壓的圓錐形氣流將門覆蓋起來(lái)。離門口較近的風(fēng)機(jī)是為了提高空氣的壓力,離門口較遠(yuǎn)的風(fēng)機(jī)是為了封閉門口,卷吸更多的空氣。
圖4-7 風(fēng)機(jī)串聯(lián)布置
當(dāng)成列使用不同流量的風(fēng)機(jī)時(shí),作者建議將流量較小的風(fēng)機(jī)放在離門口較近的位置,來(lái)確保它增壓的空氣都會(huì)進(jìn)入建筑物。較大流量的風(fēng)機(jī)應(yīng)放在第一個(gè)風(fēng)機(jī)的后面,用加壓錐形氣流覆蓋住整個(gè)開(kāi)口。
當(dāng)較大流量風(fēng)機(jī)靠近門放置時(shí)會(huì)使整體效率減弱。測(cè)試顯示,成組放置兩個(gè)風(fēng)機(jī)能增加30%左右的氣體體積流量。
3、并聯(lián)使用風(fēng)機(jī)
當(dāng)開(kāi)口比標(biāo)準(zhǔn)尺寸的門寬時(shí),比如較寬的車庫(kù)門,應(yīng)平行放置風(fēng)機(jī),這樣布置比起成列放置風(fēng)機(jī)覆蓋范圍更寬(圖4-8)。風(fēng)機(jī)數(shù)量與位置的確定要依據(jù)門的尺寸,要滿足聯(lián)合錐形加壓氣流完全覆蓋開(kāi)口。
一些更大的開(kāi)口,比如碼頭裝載的大門或者車庫(kù)門,關(guān)上一部分門就能減小開(kāi)口尺寸。
圖4-8 風(fēng)機(jī)并聯(lián)布置
4、組合使用風(fēng)機(jī)
任意數(shù)量的風(fēng)機(jī)都能組合起來(lái)(圖4-9)。依據(jù)可用風(fēng)機(jī)的數(shù)量,結(jié)合并聯(lián)放置風(fēng)機(jī)(為了增加開(kāi)口的覆蓋)和串聯(lián)放置風(fēng)機(jī)(為了增加氣流量)可以用大面積開(kāi)口更好地排煙。
圖4-9 風(fēng)機(jī)組合布置
在一些情況下,建筑物內(nèi)需要放置一個(gè)或多個(gè)風(fēng)機(jī)來(lái)引導(dǎo)外部氣流,使氣流流向有益的方向。
配置多個(gè)風(fēng)機(jī)的使用方式可以在具有密封窗口的建筑中使用,這種建筑中通風(fēng)和排煙都通過(guò)樓梯間,比如高層建筑就是這樣。
在內(nèi)部被分成若干部分、可進(jìn)行序列排煙的建筑,聯(lián)合使用風(fēng)機(jī)可具有較高的效率。
5、V型放置風(fēng)機(jī)
兩個(gè)風(fēng)機(jī)平行放置,間隔一定距離并對(duì)準(zhǔn)同一個(gè)開(kāi)口(圖4-10)。每個(gè)風(fēng)機(jī)的錐形氣流中心都對(duì)準(zhǔn)最近的門框邊緣,因而兩個(gè)風(fēng)機(jī)的氣流在進(jìn)風(fēng)口相交。
理論上每個(gè)風(fēng)機(jī)的角度應(yīng)該為45°。
如有必要,一個(gè)風(fēng)機(jī)密封住進(jìn)風(fēng)口的頂部,另一個(gè)風(fēng)機(jī)密封住進(jìn)風(fēng)口的底部。當(dāng)另一個(gè)中隊(duì)攜帶另一個(gè)風(fēng)機(jī)到達(dá)火場(chǎng)時(shí),V型放置風(fēng)機(jī)可以用來(lái)支援單個(gè)的風(fēng)機(jī),如果風(fēng)機(jī)夠用,消防員最初也可以使用V型放置風(fēng)機(jī)。
圖4-9 V型放置風(fēng)機(jī)
比起單個(gè)風(fēng)機(jī),這種風(fēng)機(jī)放置方式有兩個(gè)重要的益處:
⑴ 將風(fēng)機(jī)移至開(kāi)口一側(cè),便于消防員從建筑入口進(jìn)出;
⑵ 結(jié)合兩個(gè)風(fēng)機(jī)的流量會(huì)增加效率。
和兩個(gè)風(fēng)機(jī)可輸送的風(fēng)量相比,V型放置風(fēng)機(jī)可提供最好的效果。作者測(cè)試顯示,和串聯(lián)、并聯(lián)、組合配置的風(fēng)機(jī)風(fēng)量相比,V型放置的風(fēng)機(jī)排風(fēng)量多出將近10%。
6、堆疊式風(fēng)機(jī)
當(dāng)進(jìn)風(fēng)口為較高的豎直開(kāi)口,風(fēng)機(jī)應(yīng)一個(gè)疊一個(gè)堆疊式放置。一些風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)就考慮了這種堆疊方式,但大多數(shù)不可以。必須注意將風(fēng)機(jī)妥當(dāng)放置,這樣它們才不會(huì)掉下來(lái)傷到別人或者帶來(lái)財(cái)產(chǎn)損失。