电梯疏散 篇1
20世纪70年代开始, 许多学者开始进行高层建筑火灾电梯疏散可行性研究。1977年, 美国学者Bazjanac对高层建筑发生危急情况时电梯的作用进行研究, 加拿大学者Pauls研究了使用电梯对总体疏散时间的影响。20世纪80年代后期, 美国与加拿大的联合项目“建筑竖井结构中的压力分布规律”, 探讨了电梯疏散时采用正压送风方法进行烟气控制的可行性。
1994年, 美国学者Klote等人在FAA的航空交通控制塔工程中加入采用电梯进行人员疏散的设计理念, 并探讨了方案的可行性, 提出电梯紧急疏散系统的概念, 首次将电梯疏散作为一个系统来考虑, 发展了电梯疏散计算模型ELVAC。随后, 英国、瑞典、挪威、日本、中国香港的许多学者在电梯疏散时间、疏散效率以及电梯疏散的行为演化规律以及疏散风险评估等方面开展了研究工作。日本的Shinji Nakahama和Manabu Ebihara、中国香港的H L Kelvin等人均对高层建筑火灾环境下如何利用电梯辅助疏散进行了研究。
电梯疏散是对传统疏散方式的突破和创新, 然而电梯在火灾中容易将建筑物内的烟气吸入电梯竖井并使之扩散到未着火的楼层。同时, 现行电梯系统存在防水、防火等其他技术疏漏, 可能影响电梯在火灾时的安全使用。因此, 研究高层建筑火灾中电梯的失效机制及防护措施, 是电梯疏散的关键问题之一。
1 高层建筑火灾中电梯失效机制
1.1 高温
电梯设备中, 最直接暴露在火场中的部分包括电梯门及其零部件, 通常在高温环境中最先失效。在这个意义上, 电梯门及其零部件的耐高温极限可以看作电梯系统的耐高温极限。
“高层宾馆电梯运行系统可靠性研究”进行了部分电梯门耐高温极限实验。该实验对250℃高温环境中电梯门及其零部件的耐高温性能进行研究。实验分别在缓慢升温和快速升温两种环境中进行。在缓慢升温环境中, 除厅门外招按钮外, 电梯门及其零部件能保持30min不受影响;而在快速升温的环境中, 受温度影响可靠性差。
电梯厅门外招按钮由于表面有一层金属镀层, 导热性能好。根据实验数据, 厅门外招按钮表面温度上升快, 受高温影响严重, 在两种温升环境中下电梯厅门外招按钮的耐高温性能表现都较差。
电梯设备间的温度不应超过40℃, 高于这个温度的高温环境会造成电梯故障率增加1倍左右。
1.2 烟囱效应
室内外温差造成的热压是形成电梯井烟囱效应的主要驱动力, 计算如式 (1) 所示。
式中:Δpso为电梯井顶部内外压差, Pa;ρo、ρs为不同温度下的空气密度, kg/m3;H为电梯井高度, m;g为重力加速度。
有资料显示, 烟气在电梯井内的垂直扩散速度为3~4m/s。高度为100m的高层建筑中, 烟气在30s内可从底层到达顶层。
1.3 活塞效应
电梯运动造成“活塞效应”使周围空间的压力随着电梯运行发生变化。活塞效应造成电梯前室与建筑内之间的空气压力, 如式 (2) 所示。
式中:ρ为电梯井内空气密度;Na、Nb为轿厢上、下的楼层数;C为电梯井门流量系数;Cc为电梯轿厢门流量系数, 取0.83;As为电梯的断面面积;Af为电梯井与轿厢面积差;Ae为有效面积;Ali为建筑内部空间渗漏面积;V为轿厢运行速度。
其中, 有效面积Ae由电梯前室和建筑内部空间渗漏面积Ali、电梯井及其前室的渗漏面积Asl以及建筑与外界的渗漏面积Aio三部分串联而成, 如式 (3) 所示。
受“活塞效应”的影响, 烟气运动速度发生变化, 同时改变了蔓延路径及在电梯前室中的分布。同时, “活塞效应”导致烟气渗流进入电梯轿厢, 危及电梯内疏散人员的安全。
1.4 风压对电梯门的影响
正压送风可以有效防止烟气进入电梯竖井和轿厢, 但同时对电梯门产生风载荷作用, 影响了电梯门的正常运行, 平均风载荷如式 (4) 所示。
式中:为高度z处单位高度的平均风载荷;H为电梯门高度;α为风剖面指数;qH为风载强度, 见式 (5) 。
式中:CD为阻力系数;ρ为空气密度;B为电梯门宽度;U为梯门高度z处的平均风速。
正压送风导致电梯门处风压过大, 梯门不能自动关严, 影响电梯的正常使用。并且, 发生火灾时, 底层与顶层温差使电梯井道风速增大, 电梯门受风载荷影响严重。
综上所述, 受火灾高温、烟气、正压送风以及消防水等因素的影响, 电梯的支护结构、供电系统、电气、电路等部件出现故障或损坏, 导致电梯停止运行, 是影响高层建筑使用电梯进行人员疏散的根本原因。因此, 建立电梯紧急疏散系统, 是实现电梯协同疏散的保障措施之一。
2 高层建筑火灾电梯防护系统
电梯紧急疏散系统 (EEES) 最早由Klote提出, 笔者构建的电梯疏散防护系统以EEES系统为基础, 包括基本电梯设备、电梯井道、机房以及其他用于疏散过程中安全操作的设备和控制手段, 同时还包括防高温、防水、防断电等防护部件, 如图1所示。电梯疏散防护系统的烟气控制可通过电梯井机械加压或者电梯前室机械加压实现, 防止烟气沿电梯井向不同楼层蔓延, 同时为疏散人员创造一个安全的候梯环境。
2.1 电梯井机械加压
烟控系统必须提供足够的压差才能克服外部风力和热烟气的浮力作用。火灾室与周围环境之间的压差如式 (6) 所示。
式中:T0为周围环境的绝对温度, K;Tf为电梯井近火源区的绝对温度, K;ks为系数, 取3 460Pa·K/m。
加压压力取决于火源与电梯前室的距离和火灾强度。通常对前室加压20~25Pa可以克服任何浮力产生的压差。
2.2 电梯前室机械加压
在电梯烟控系统中, 加压气体一部分会从井道排到室外, 另一部分则会从前室穿过建筑室内到室外。对前室进行增压, 加压气体会经过前室流出室外。流出的加压气体可以在烟控系统启动前或有人进入前室时, 更有效地带走部分烟气。
如果忽略前室向外界环境的泄漏量, 可知空气从电梯井到电梯前室的质量流动速率与从前室到建筑内部空间的质量流动速率是相等的, 如式 (7) 所示。
式中:m为空气质量流动速率;C为流量系数;A为流动面积;ρ为空气密度;ΔP为空气压力差;下标s, r, i分别表示井道、电梯前室和建筑室内空间。
Tamura和Shaw (1976) 指出, 在大多数建筑中, 电梯门宽缝面积一般为0.05~0.07 m2。对于一般性建筑, Ari/Asr取值为0.4, 对于密闭的建筑, 取值为0.1 (Klote和Fothergill, 1983) 。从式 (8) 可得, ΔPsr/ΔPri在一般和密闭型建筑中的值为0.16和0.01。因此, 若建筑的漏气性不显著, 可认为电梯前室气压与井道内气压非常接近。
2.3 防高温措施
为了避免电梯装置在高温环境中的失效事故, 前室应使用耐火等级不低于二级的材料建造, 并在电梯门上涂膨胀型防火涂料。膨胀型防火涂料在一定温度下能部分分解吸热, 抑制电梯门的温度升高。并且分解时, 产物中某些成分能捕获燃烧链式反应中的游离基和放出惰性气体稀释氧气的浓度, 阻止燃烧继续进行, 从而避免前室和电梯达到高温而破坏电梯的正常使用。
电梯前室及其井道内均安装感温探头。当温度接近或达到能对电梯零件造成伤害时, 探头通过使用耐火材料铺设的信号传输线发送信号给消防控制中心, 同时开启对井道和前室的送风系统降温, 或由控制中心决定是否停用电梯。
2.4 防水设计
消防用水流入电梯井道, 会严重阻碍电梯的正常使用。对于电梯的前室, 需在电梯门前设置高约4~5cm的防水坡, 并且前室门前也要增设约5cm的门槛, 减少火灾发生时消防用水通过电梯门进入井道。对于电梯井道, 动力与控制电缆应使用如氯丁胶等阻燃绝缘的材料进行密封处理。对于电梯底坑, 需加设横向排水管道, 当消防用水在底坑内达到一定高度后, 积水经由排水口送到地下室外设置的深坑中, 并用水泵将水排走, 防止底坑积水影响电梯正常使用。
2.5 断电保护
应急电源作为火灾发生时提供整个系统的用电, 在应急电源周围应使用耐火等级高的材料独立分隔。日常使用的输电线路与应急电源使用的独立铺设的供电线路均使用耐火等级不低于二级的材料铺设。
3 实例分析
笔者以内华达州拉斯维加斯同温层塔的电梯防护系统为例, 阐述电梯疏散防护系统设计方案。图2为电梯结构示意图。
同温层酒店有美国最高的观景台, 是拉斯维加斯最高的建筑物。全高约350m, 包含塔顶观光层、游乐设施层和塔底建筑。酒店主体包括用作婚礼的教堂、会议、餐饮、休息用室, 平面图如图3所示。同温层酒店电梯系统包括3部疏散电梯和1部消防电梯, 并设有避难层, 如图4所示。
3.1 检测和报警
同温层酒店采用可寻址感烟探测器, 共设置一个中央控制室作为主要的消防控制中心, 位于赌场首层和两个辅助控制室, 分别位于塔的底部和228m高处的紧急疏散区。中控室主要负责接收和鉴别警报的有效性, 监测警报的来源位置, 给消防救援人员提供适当的帮助和路线指引。位于228m的紧急疏散区控制室负责管理观光层及游乐设施层的消防设备, 及负责火灾时人员疏散工作。位于塔底的辅助控制室负责管理塔下酒店的消防, 并负责引导通过消防电梯从上部疏散区疏散下来的人群, 或合理疏散或等待救援。每个辅助控制室都配有与主控室相同的报警控制处理器和系统文本或图像的显示装置, 同时也配备与主控室同步的信息交流装置。
火灾报警系统的信号传输线道用二级耐火的套管独立铺设, 以保证发生火灾时系统正常工作。同时在各楼层设置了手动按钮报警。
此外, 同温层酒店电梯前室设置感温探头, 当检测到温度达到可能对电梯部件造成伤害的临界温度时, 采取对电梯竖井和前室进行加压送风等降温防烟措施或者停止电梯使用, 避免疏散过程中由于电梯停梯致使人员被困其中, 陷入危险。
3.2 自动排烟与正压送风联动系统
同温层酒店采用直接给前室增压的方式进行正压送风和自动排烟。发生火灾时, 报警系统会触动排烟系统排烟, 同时, 电梯前厅在单独的快速控制系统控制下对附近空间加压, 通过对前室增压防止电梯井附近区域的火源将烟气传播到电梯前厅中。
为了防止将烟气引入观光层中, 观光舱上的电梯是关闭的, 舱内只开放通向舱底的楼梯, 排烟管将收集到的烟气送到塔顶排放。
3.3 自动喷淋装置
同温层酒店的自动喷淋系统经过严格计算, 最大喷淋面积可达140m2, 提供高密度喷淋。
酒店的消防供水系统装有两个符合安全设计规范, 能把水引上观光层的大功率水泵。水泵周围的保护设施属于二级耐火材料, 保证火灾时正常工作。观光仓内配备一个储水罐和两个尺寸满足储水罐与喷淋系统需求量的附加水泵, 以满足整个消防系统的总用水量。
3.4 应急电源
同温层酒店内设有应急电源系统。火灾发生后应急电源迅速启动保证电梯持续供电。应急电源的供电线路采用耐火等级二级的材料独立铺设。应急电源主要为3部疏散电梯和1部消防电梯供电, 同时应急电源提供的用电量能满足消防泵、火灾报警系统、电梯、烟气控制系统和必要照明系统同时运行。
3.5 电梯井防消防水设计
同温层酒店利用斜坡, 使电梯的开门比前室地面稍高。利用电梯入口的高度, 防止在建筑内积聚的消防用水涌入电梯井道中。
3部疏散电梯和1部消防电梯分别在两个独立的电梯机房中运作, 电梯机房之间用耐火等级为二级的材料隔开, 并在两个机房之间装有高10cm的挡板, 防止机房因为渗透形成积水影响另一个机房。
3.6 避难层设计
同温层酒店在观光层上设立的避难层处于观光仓底部, 即疏散电梯设置的最高处, 能有效防止电梯经过上部起火楼层产生活塞效应。并且避难层向下疏散能直接到底层, 不会在塔中间停留。
参考文献
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医院电梯事故急救措施疏散预案 篇2
电梯是高层建筑运载人员上下楼层的运输工具，一旦发生事故，应立即进行紧急处置，以避免或减少人员的伤亡，我们对电梯事故采取以下救治预案：
一、电梯在发生紧急事故时应采取的措施：
1、电梯在运行中发生超速、超层站继续运行不停层、有异常声响、冲击，运行时安全钳有摩擦导轨声等，虽经短开急停及钥匙开关亦无制动时，司机和乘客应保持镇静，对企图跳出轿箱的乘客，司机必须严肃劝阻。告诉乘客：电梯可借各项安全保护装置自动发生作用将轿箱予以停止。然后安全地疏导乘客。
2、电梯在运行中如突然停车在两层之间，应先将电梯的停用开关接通，设法通 知维修人员摇车至厅门口处疏导乘客。摇车必须由两人操作，先切断机房电源开关，由一人用松闸扳手松开抱闸、另一人用摇车手轮摇车，松闸和摇车要互相配合，并与司机取得联系。如电梯不能移动，这时由司机将乘客慢慢地从安全窗口疏导，但必须首先切断电源，并保护好乘客不落下井。
3、发生火灾或地震时，司机要保持镇静，并设法尽快将乘客送至安全层站离去。
二、电梯在发生坠机事故时应采取的措施
1、迅速切断电源，以免引发火灾而加大事故损失。
2、立即疏散周边闲杂人员，并组织人员采用包括撬棍、手持砂轮、提升工具等机具，以最快的速度将梯内人员解救出来，并进行紧急救治。
3、及时报告市技术质量监督局锅特管科，院领导、保卫科等，说明事故的地点、灾情、原因等，若引发火灾还要及时拨打“119”火警请求帮助。