贛江明珠辦公樓防煙排煙系統設計

陶 端 佑

(中國瑞林工程技術股份有限公司，浙江 寧波 315010)

1 概述

2018年以前，國家頒布的GB 50016—2006建筑設計防火規范和GB 50045—95高層民用建筑設計防火規范曾經過多次修訂，在吸取近年來重特大火災事故教訓、總結國內外建筑防火設計實踐經驗和消防科技成果的基礎上，經整合修訂合并成GB 50016—2014建筑設計防火規范(2018年版)[2]，自2018年10月1日起執行。同年還頒布了GB 51251—2017建筑防煙排煙系統技術標準[1]，自2018年8月1日起執行。新規范對防煙、排煙系統設計更為嚴格、科學，以確保防煙樓梯間、獨立前室、合用前室、消防電梯前室及避難層等場所無煙氣侵入和將火災區域的有毒煙氣和熱及時地排出。同時，對防煙、排煙系統的設備、管道的安全保護及運行提出了規定。

2 工程概況

本工程為辦公建筑，總面積為43 000 m2(不含地下室)，地上共27層，建筑總高度124.5 m，屬于建筑高度大于50 m的公共建筑。其中，在10層(建筑高度43.5 m)和16層(建筑高度69.3 m)設有2個避難層；地下共2層，設有汽車庫和設備用房。

3 防煙系統

建筑防煙部位有： 4個防煙樓梯間、3個獨立前室、1個合用前室、2個避難層(包括避難前室)，其中，防煙樓梯間3(ST3)和4(ST4)及其獨立前室在1層～3層平面中和主樓處在一個防火分區內，按GB 51251—2017建筑防煙排煙系統技術標準[1]的規定和本建筑實際高度，對以上部位全部獨立設置機械加壓送風系統，詳見平面圖(見圖1)。

由于建筑總高度大于100 m，因此，核心筒加壓送風系統全部豎向分段獨立設置高、低區2個系統(如圖2所示)。

疏散樓梯間3和4加壓送風系統見圖3。

GB 51251—2017[1]第3.3.4條對防煙樓梯間、前室的地上和地下合用加壓送風系統有嚴格的規定，地上和地下前室不允許合用；防煙樓梯間當受條件限制，且地下部分為汽車庫或設備用房時，同時應采取有效措施分別滿足地上、地下部分的送風量的要求時可以共用。依據上述規定，本工程的防煙樓梯間ST3和ST4可以同時滿足地上和地下合用送風系統要求，所以，樓梯間ST3和ST4地上和地下合用送風系統；但是，核心筒的防煙樓梯間ST1和ST2無法保證地上、地下部分的送風量的要求，因此，防煙樓梯間ST1和ST2地上、地下部分分別獨立設置加壓送風系統。

3.1 核心筒地上防煙樓梯間(ST1，ST2)送風

由于豎向分段送風的特殊性，依據GB 51251—2017[1]第3.4.5條規定，防煙樓梯間的機械加壓送風量計算過程如下：

核心筒體地上防煙樓梯間(ST1，ST2)的加壓送風(門洞1.2 m×2.1 m)，豎向分1F～16F(共16層、低區)、17F～27F(共11層、高區)兩個系統，加壓風機分別設在10F(避難層)和16F(避難層)，系統負擔建筑高度分別為74.1 m,46.2 m。

1)低區(1F～16F、共16層)送風系統，系統負擔建筑高度為74.1 m，送風量計算公式：

Lj=L1+L2[1]。

其中，Lj為樓梯間的機械加壓送風量；L1為門開啟時，達到規定風速值所需的送風量，m3/s；L2為門開啟時，規定風速值下，其他門縫漏風總量,m3/s。

門開啟時，達到規定風速值所需的送風量計算公式：L1=AkυN1。

其中，Ak為1層內開啟門的截面積，m2；υ為門洞斷面風速，m/s；N1為疏散門開啟的樓層數量。

送風量計算過程如下：

L1=AkυN1=(1.2×2.1)×0.7×3=5.29 m3/s。

1.25×(16-3)=1.15 m3/s。

Lj=L1+L2=5.29+1.15=6.44 m3/s=23 184 m3/h。

GB 51251—2017要求送風量為：27 800 m3/h～32 200 m3/h，送風量取值為27 800 m3/h；送風機選用風量：1.2×27 800 m3/h=33 360 m3/h。

2)高區(17F～27F、共11層)送風系統，系統負擔建筑高度為46.2 m。

Lj=L1+L2。

L1=AkυN1=(1.2×2.1)×0.7×3=5.29 m3/s。

0.827×[(1.2×2+2.1×2+2.1)×0.004]×

Lj=L1+L2=5.29+0.7=5.99 m3/s=21 564 m3/h。

GB 51251—2017要求送風量為：25 300 m3/h～27 500 m3/h，送風量取值為25 300 m3/h；送風機選用風量：1.2×25 300 m3/h=30 360 m3/h。

3.2 核心筒體地上前室、合用前室的加壓送風

核心筒體地上前室、合用前室的加壓送風(通向走道門洞1.2 m×2.1 m)，豎向分1F～16F(共16層、低區)、17F～27F(共11層、高區)兩個系統，加壓風機分別設在10F(避難層)和16F(避難層)，服務高度分別為74.1 m,46.2 m。

1)低區(1F～16F)送風系統，系統負擔建筑高度為74.1 m，送風量計算公式：

LS=L1+L3[1]。

其中，LS為前室的機械加壓送風量；L1為門開啟時，達到規定風速值所需的送風量，m3/s；L3為未開啟的常閉送風閥的漏風總量，m3/s。

未開啟的常閉送風閥的漏風總量計算公式：L3=0.083×AfN3[1]。

其中，0.083為閥門單位面積的漏風量，m3/(s·m2)；Af為單個送風閥門的面積，m2；N3為漏風閥門的數量。

送風量計算過程如下：

L1=AkυN1=(1.2×2.1)×0.7×3=5.29 m3/s。

L3=0.083×AfN3=0.083×0.4×(16-3)=0.43 m3/s。

LS=L1+L3=5.29+0.43=5.72 m3/s=20 592 m3/h。

GB 51251—2017要求送風量為：26 000 m3/h～28 100 m3/h，送風量取值為26 000 m3/h；送風機選用風量：1.2×26 000 m3/h= 31 200 m3/h。

2)高區(17F～27F)送風系統，系統負擔建筑高度為46.2 m，送風量為：LS=L1+L3。

L1=AkυN1=(1.2×2.1)×0.7×3=5.29 m3/s。

L3=0.083×AfN3=0.083×0.4×(11-3)=0.27 m3/s。

LS=L1+L3=5.29+0.27=5.56 m3/s=20 016 m3/h。

GB 51251—2017要求送風量為：24 800 m3/h～25 800 m3/h，送風量取值為24 800 m3/h；送風機選用風量：1.2×24 800 m3/h=29 760 m3/h。

3.3 其他防煙樓梯間、前室及合用前室送風系統風量及組成

其他防煙樓梯間、前室及合用前室送風系統風量及組成見表1。

表1 其他防煙樓梯間、前室及合用前室送風系統風量及組成

3.4 避難層

1)避難間滿足自然通風條件。2)避難走道滿足不送風條件。3)避難走道前室送風量(均為1.3 m×2.1 m)：L1=AkυN1=(1.3×2.1)×1×1=2.73 m3/s=9 828 m3/h。送風機選用風量：1.2×9 828 m3/h=11 794 m3/h。

4 排煙系統

依據GB 51251—2017[1]第4.1.1條規定，優先采用自然排煙系統；GB 50016—2014(2018年版)[2]第8.5.3條規定，指出了應設置排煙設施的場所。根據以上要求，對無法滿足自然排煙條件而設置機械排煙的部位有：南面中庭、北面中庭及3層大會議廳。大會議廳建筑面積為490 m2，屬于小于500 m2的房間，因此，不設置補風系統。

1)南、北中庭機械排煙系統。

南、北中庭凈高都超過9 m，均設計機械排煙系統，根據GB 51251—2017[1]第4.6.5條規定確定南、北中庭排煙量均為107 000 m3/h；各設置1個排煙系統。

根據GB 51251—2017[1]表4.6.7選取熱釋放速率為8 MW，從GB 51251—2017[1]附錄B表查得排煙口允許排煙量為2.64×104m3/h。

每個系統排煙口數量：53 500/26 400=2.03個，排煙口數量取值為2個。

2)2層、3層服務大廳建筑面積都大于100 m2且有人停留的房間，層高均為6 m、外墻是幕墻結構，在東、西、南三面外墻上設置電動排煙窗，以上區域最小清晰高度計算公式：

Hq=1.6+0.1×H′[1]。

其中，Hq為最小清晰高度，m；H′為排煙空間的建筑凈高度，m。

Hq=1.6+0.1×H′=1.6+0.1×6=2.2 m。

電動排煙窗底應高出地面2.2 m以上，其中，2層電動排煙窗總面積為11 m2，3層電動排煙窗總面積為9 m2，并在上述部位設置距地面高度1.5 m的手動開啟裝置，每層集中設置和消防控制中心聯動的電動控制裝置。

3)4層及4層以上主樓內走道采用自然排煙方式，分別在三個朝向設置電動排煙窗，并在上述部位設置距地面高度1.5 m的手動開啟裝置，每層集中設置和消防控制中心聯動的電動控制裝置。

5 系統控制

5.1 防煙系統

1)機械加壓送風系統必須與火災自動報警系統聯動，并由電氣專業來實施，加壓送風機的啟動邏輯如圖4所示。

2)防火分區內火災確認后，在15 s內聯動開啟常閉加壓送風口和加壓送風機，并由電氣專業來實施。啟動的防煙系統(啟動邏輯)如圖5所示。

5.2 排煙系統

機械排煙系統與火災自動報警系統聯動，并由電氣專業來實施，排煙風機的控制邏輯如圖6所示。

6 結語

防煙樓梯間、獨立前室、合用前室、消防電梯前室、避難層均為火災時人員疏散的安全通道，是防煙部位。防煙系統應根據建筑實際高度采用機械加壓送風系統或自然通風方式，同時，應根據建筑物高度來決定設置機械加壓送風系統的部位。

建筑除了防煙部位以外的區域，在規范要求的場所設置排煙系統。采用自然排煙方式是個難點，目前，采用幕墻玻璃的建筑往往是二次設計，基本上不符合原設計的自然排煙要求，希望國家相關規范應加入幕墻設計如何滿足原設計消防的要求。另外，設置電動排煙外窗是一種趨勢，既保證建筑美觀又具備自然排煙功能。