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。高層建筑內部一般設置數量不等的樓梯間、排風道、送風道、排煙道、電梯井及管道井等豎向井道,當室內溫度高于室外溫度時,室內熱空氣因密度小,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,由低層滲入補充,這就形成煙囪效應。煙囪效應是由室內外溫差形成的熱壓和室外風壓共同作用的結果,通常以前者為主,熱壓值與室內外溫差產生的空氣密度差和排氣口的高度差成正比。這說明,室內溫度越是高于室外溫度,建筑物越高,煙囪效應也越明顯,同時也說明,民用建筑的煙囪效應一般只是發生在冬季。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滲出空氣。
在玻璃鋼煙囪效應的作用下,室內實現了組織的自然通風、排煙排氣,其負面影響也多方面:首先,風沙通過低層部分的各種孔、間隙吹入室內,消耗熱量,污染室內;其次,通過電梯井從下層大廳的人口吸入上層的過程中,梯門無法正常關閉;第三,發生火災時,隨著室內空氣溫度的急劇上升,體積急速增大,煙囪效應更加明顯,各種井成為拔火拔煙的垂直通道,是火災垂直蔓延的主要途徑,幫助火災擴大。有資料顯示,煙氣在豎向管井內的垂直擴散速度為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,整個大樓頃刻問便可能形成一片火海。為了有效降低煙囪效應的負面影響,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,直接的方法是將建筑物通向外部的所有門,盡量設置為兩扇門、旋轉門、安裝門斗、在外門內側設置空氣幕等,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,冬天也要設置門,至少要設置厚的門簾。冬天,電梯井頂部的通風孔應適當調整或關閉。
2.對于已供暖的建筑,盡量不要讓低層的室內溫度高于高層。
3.火災發生時,不僅在任何季節通過各種豎井產生煙囪效應,而且在小范圍內通過地板空調管道,也有不引人注意的孔產生煙囪效應的可能性。對此,《高層民用建筑設計防火規范》(GB50045-1995)有下列明文規定。
(1)圍護結構采用幕墻形式時,“與各層樓板、隔墻之間的間隙應采用不燃材料嚴密填充”。
(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”,“應具有自動關閉功能”;各種立管井“井壁檢查門應采用丙級防火門”;“用于連接房間和走道等的孔洞。電纜井和管道井的縫隙應用不燃材料填充”;“每層垂直風道與水平風道交接處的水平段設置防火閥”;“用于廚房、浴室、廁所等的垂直排氣管。,應采取措施防止回流或在支管上設置防火閥”,以確保火災時與走道和房間隔開,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生足夠吸力,克服焦爐加熱系統阻力(包括分煙道阻力)和下降氣流段熱浮力,從而使爐內廢氣排出,空氣吸入。爐內上升氣流的熱浮力有助于氣體流動和廢氣排放。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。煙囪的工藝設計主要是根據加熱系統的阻力和浮力確定根部所需的吸力,然后計算玻璃鋼煙囪的高度和直徑。