玻璃鋼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(shè)置數(shù)量不等的樓梯間、排風(fēng)道、送風(fēng)道、排煙道、電梯井及管道井等豎向井道,當(dāng)室內(nèi)溫度高于室外溫度時(shí),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(bǔ)充,這就形成煙囪效應(yīng)。煙囪效應(yīng)是由室內(nèi)外溫差形成的熱壓和室外風(fēng)壓共同作用的結(jié)果,通常以前者為主,熱壓值與室內(nèi)外溫差產(chǎn)生的空氣密度差和排氣口的高度差成正比。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(yīng)也越明顯,同時(shí)也說明,民用建筑的煙囪效應(yīng)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(rèn)為中和面以下房間從室外滲入空氣,中和面以上房間從室內(nèi)滲出空氣。
在玻璃鋼煙囪效應(yīng)的作用下,室內(nèi)實(shí)現(xiàn)了組織的自然通風(fēng)、排煙排氣,其負(fù)面影響也多方面:首先,風(fēng)沙通過低層部分的各種孔、間隙吹入室內(nèi),消耗熱量,污染室內(nèi);其次,通過電梯井從下層大廳的人口吸入上層的過程中,梯門無法正常關(guān)閉;第三,發(fā)生火災(zāi)時(shí),隨著室內(nèi)空氣溫度的急劇上升,體積急速增大,煙囪效應(yīng)更加明顯,各種井成為拔火拔煙的垂直通道,是火災(zāi)垂直蔓延的主要途徑,幫助火災(zāi)擴(kuò)大。有資料顯示,煙氣在豎向管井內(nèi)的垂直擴(kuò)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(gè)大樓頃刻問便可能形成一片火海。為了有效降低煙囪效應(yīng)的負(fù)面影響,可以采取以下措施。
1.冬天,空氣主要通過各種外門從下層流入室內(nèi),直接的方法是將建筑物通向外部的所有門,盡量設(shè)置為兩扇門、旋轉(zhuǎn)門、安裝門斗、在外門內(nèi)側(cè)設(shè)置空氣幕等,這對于廳門來說是特別必要的,對于那些次要通道和地下停車場的外門等,冬天也要設(shè)置門,至少要設(shè)置厚的門簾。冬天,電梯井頂部的通風(fēng)孔應(yīng)適當(dāng)調(diào)整或關(guān)閉。
2.對于已供暖的建筑,盡量不要讓低層的室內(nèi)溫度高于高層。
3.火災(zāi)發(fā)生時(shí),不僅在任何季節(jié)通過各種豎井產(chǎn)生煙囪效應(yīng),而且在小范圍內(nèi)通過地板空調(diào)管道,也有不引人注意的孔產(chǎn)生煙囪效應(yīng)的可能性。對此,《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50045-1995)有下列明文規(guī)定。
(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用幕墻形式時(shí),“與各層樓板、隔墻之間的間隙應(yīng)采用不燃材料嚴(yán)密填充”。
(2)“建筑高度在100m以下的高層建筑物,其電纜井、管道井每隔2~3層在地板上使用相當(dāng)于地板耐火極限的不燃燒體作為防火隔離的建筑高度在100m以上的高層建筑物,層地板上使用相當(dāng)于地板耐火極限的不燃燒體作為防火隔離”。由于施工缺陷、橋架和管道根部形成的各種孔隙,必須用不燃燒的材料密封。
(3)“樓梯間、前室門為乙級防火門”,“應(yīng)具有自動(dòng)關(guān)閉功能”;各種立管井“井壁檢查門應(yīng)采用丙級防火門”;“用于連接房間和走道等的孔洞。電纜井和管道井的縫隙應(yīng)用不燃材料填充”;“每層垂直風(fēng)道與水平風(fēng)道交接處的水平段設(shè)置防火閥”;“用于廚房、浴室、廁所等的垂直排氣管。,應(yīng)采取措施防止回流或在支管上設(shè)置防火閥”,以確?;馂?zāi)時(shí)與走道和房間隔開,并防止樓層之間通過豎井交叉蔓延。
(4)大煙囪煙囪的作用在于使其根部產(chǎn)生足夠吸力,克服焦?fàn)t加熱系統(tǒng)阻力(包括分煙道阻力)和下降氣流段熱浮力,從而使?fàn)t內(nèi)廢氣排出,空氣吸入。爐內(nèi)上升氣流的熱浮力有助于氣體流動(dòng)和廢氣排放。煙囪根部的吸力是由熱廢氣在煙囪中的浮力產(chǎn)生的,其值由煙囪的高度和熱廢氣與大氣的密度差決定。煙囪的工藝設(shè)計(jì)主要是根據(jù)加熱系統(tǒng)的阻力和浮力確定根部所需的吸力,然后計(jì)算玻璃鋼煙囪的高度和直徑。