重新思考电梯井道中的烟雾控制

论证防火防烟复合型电梯门的必要性

作者：Steven Reynolds，P.Eng.

抽象

电梯井道在消防和生命安全设计中面临着独特的挑战。作为贯穿多层楼的垂直通道，它们在火灾中会迅速传递烟雾和高温气体。现行建筑规范，即国际建筑规范（IBC），规定了多种控制这种传播的方法，包括加压系统、封闭式大厅和烟雾/气流控制门组件。然而，每种解决方案都存在成本、性能、可靠性和实用性等方面的局限性。本文探讨了相关法规框架、现有要求、常用解决方案和新兴机遇，并提出了一种将防火和烟雾控制功能整合于一体的集成式电梯门系统概念。

1. 规范框架：升降通道的防火防烟要求

20世纪50年代末期一项名为“学校燃烧行动”的实验发现，楼梯间和电梯井在火灾中会像烟囱一样，迅速将烟雾和热量吸入高层。即使没有火灾，烟囱效应也会因温差而产生空气流动：较温暖、密度较低的室内空气上升并从高层逸出，而较冷、密度较高的空气则从下层开口吸入。这会造成持续的空气循环，通常会导致能源损失、气流不畅和室内空气质量下降。

国际建筑规范 (IBC) 要求电梯系统采取烟雾控制措施，以防止烟雾和高温气体在楼层间垂直扩散。可接受的方法包括：

• 封闭式电梯大厅，配有防烟门
• 井道增压系统或
• 每个开口处均设有防烟/防风门组件。

此外，ASME A17.1 第 2.1.4 节（“烟气和热气的控制”）规定，当建筑规范要求时，电梯井道必须配备防止烟气和热气积聚的措施。值得注意的是，该节附注警告不要造成井道压力过高，因为这可能会导致井道门无法关闭并干扰电梯运行。这些问题的重要性已得到充分考虑，因此被明确纳入规范。

2. 防火等级和烟气控制的重要性

历史上，电梯安全几乎完全侧重于防火性能。井道壁的防火等级根据建筑物高度而定，能够阻挡火焰燃烧1到2小时。然而，随着烟雾控制研究的进展，人们逐渐认识到，烟雾而非火焰才是造成火灾相关伤亡的主要原因。

烟雾渗入电梯井道会扩散有毒气体，并阻碍电梯内人员和消防员的视线。

认识到这一点，现代规范现在将烟雾扩散视为与火灾控制同等重要的生命安全问题。

然而，真正的挑战在于如何在不影响电梯运行的情况下控制烟雾，这在实践中仍然难以保持平衡。

3. 标准和测试框架

建筑安全和电梯安全交叉领域涉及多个相互重叠的标准，每个标准都针对性能的不同方面：

• 国际建筑规范第30章第713节——电梯井道围护结构和建筑系统的耐火等级要求
• IBC 第 30 章——详细说明了电梯和建筑系统的烟雾控制要求，而第 909 节定义了可接受的缓解方法。
• ASME A17.1 第 2.1.1 节 — 电梯井道耐火结构要求及门的防火等级
• ASME A17.1 第 2.1.4 节 — 要求在建筑规范要求的地方安装井道排烟装置，并警告注意压力对门操作的影响。
• UL 10B/10C — 制定了防火门组件的测试方法，该组件旨在防止火势蔓延。
• UL 1784 — 规定了烟雾和通风控制门组件的测试程序和空气泄漏限值。
• NFPA 80 和 105 — 规定了防火门和防烟门的安装和维护的最低要求。
• NFPA 92 — 提供烟气控制和烟气封闭加压系统的全面设计、安装和测试。

这些标准共同构成了一个多层次的监管和规范环境，可以防止烟雾积聚，但在实际执行方面存在不足。

4. 当前烟雾控制策略

封闭式电梯大厅

最常见的方案之一是设置封闭式大堂，即使用防火隔断和防烟门将电梯井道与人员活动空间隔离开来。这些门均通过了UL 1784测试，并在检测到烟雾时自动关闭。虽然封闭式大堂有效，但它会增加成本、占用楼层空间，并可能扰乱建筑布局。

井道增压

机械增压法将正压引入井道，防止烟雾渗入。然而，这种方法对平衡要求非常高。正如ASME A17.1标准所述，过高的压力会阻碍门的运行，导致电梯钢缆移位，并影响其他敏感部件。此外，维护和校准也面临着持续的挑战。

烟雾和气流控制门

另一种常见的解决方案是在每个井道开口处安装符合 UL 1784 标准的摆动门或防烟帘，这些门在发生火灾紧急情况时会自动关闭，类似于封闭式大厅。这些门可以直接阻止烟雾蔓延。 the source但是，增加独立的门系统或防烟装置会增加复杂性，并影响美观性和可维护性。

5. 现有方法的挑战

虽然目前所有解决方案都满足代码要求，但它们也存在一些不足之处：

• 美学和建筑冲突——大堂和烟雾帘可能会改变开放式现代空间的设计意图。
• 运行干扰——如果气流控制不当，可能会干扰电梯的正常运行。
• 系统复杂性——尤其是在需要风机、管道和控制逻辑的增压系统中
• 维护要求——持续的测试和调整对于保持合规性至关重要。
• 成本考量——初始安装和生命周期维护都会增加费用。

简而言之，合规性往往会以牺牲效率和设计灵活性为代价。

6. 采用防火防烟复合型电梯门的理由

鉴于这些挑战，值得探讨的问题是：单一的电梯门组件能否同时实现防火和防烟控制？符合 UL 10B 防火标准和 UL 1784 防烟及空气泄漏标准的防火防烟电梯门可以作为一道集成屏障，从而减少对外部加压、独立防烟帘和门的依赖，或无需封闭式大厅。

这样的系统可以带来以下几个关键优势：

• 通过消除次要障碍，实现更简洁的建筑一体化和更佳的美观性。
• 通过整合多个系统，降低成本并简化设计和安装。
• 减少对机械和电气的依赖
• 降低维护要求
• 提供改进增压方法的机会，以更好地控制烟囱效应和空气泄漏
• 在IBC和ASME A17.1规范中均保持一致的规范遵守性。

虽然目前还没有这样的门，但设计、材料、密封和测试方面的进步可能会使这项创新成为可行的。

7.展望未来：安全与设计的交叉领域创新

随着建筑系统向更集成、更注重性能的解决方案发展，电梯行业迎来了引领潮流的契机。将防火和防烟功能集成到单一门组件中，有望重新定义井道的设计、规范和维护方式。

这一理念挑战了建筑设计、消防工程和电梯制造之间的传统界限。如果能够实现，它将在生命安全、系统简易性和可靠性方面取得重大突破。现在的问题不是这种整合是否可行，而是行业何时才能将其变为现实。

结语

国际建筑规范（IBC）和美国机械工程师协会（ASME）A17.1标准明确阐述了电梯井道排烟控制面临的挑战。现有方法虽然有效，但仍不完善、成本高昂、复杂，有时甚至适得其反。挑战在于开发一种能够将防火和排烟功能集成于同一门组件中的新一代解决方案。如果成功，这项创新有望彻底改变电梯和建筑设计的格局，并在未来几十年内重新定义电梯门和排烟控制。

案例

[1] IBC，第 30 章和第 909 条

[2] ASME A17.1/CSA B44 电梯和自动扶梯安全规范，第 2.1.1 节和 2.1.4 节

[3] NFPA 105 烟雾门组件和其他开口防护装置标准，附件 A 说明材料

[4] UL 10B：门组件防火测试标准

[5] UL 1784：门组件气密性测试标准

[6] NFPA 80：防火门及其他开口防护装置标准

[7] NFPA 92：烟雾控制系统标准

[8] 学校纵火行动，RM HILL，洛杉矶市消防局长，加利福尼亚州

[9] Smoke Guard™ 电梯应用