民用建筑中“排煙窗”的電氣設計探析

笪良飛，謝正榮 （安徽省建筑設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

“排煙窗”顧名思義是指火災時排出煙氣的窗戶，除了應滿足窗戶本身的氣密性、水密性、抗風壓性外，還需要滿足阻燃耐火的要求，以確保火災時火場內的熱煙氣流在浮力和外部風壓的作用下順利通過排煙窗直接排至室外。排煙窗一般設置于需要自然排煙的場所，日常兼顧采光與通風的功能。

近年來隨著我國城鎮化進程的加快，以及新版《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）(2018年版)、《建筑防排煙系統技術標準》（GB51251-2017）的實施，排煙窗在建筑項目中的應用越來越普遍。由于設計總包項目的增多，在施工圖設計過程部分技術人員對排煙窗的了解不足造成設計深度不夠，導致施工過程中對排煙窗的調整與返工時常發生，因此給建設單位和設計單位均造成不同程度的影響。為避免上述情況的發生，本文就“排煙窗”的設計問題做詳細的分類與闡述，并結合具體案例說明在設計過程中電氣專業如何在滿足安全的前提下，從技術經濟角度來引導建筑與暖通專業確定排煙窗的操作控制方式，以便于電氣專業對“排煙窗”進行配電與控制系統的設計。

1 排煙窗的設置原則及其主要樣式

根據《建筑防排煙系統技術標準》（GB51251-2017）第2.1.2 條對“排煙系統”的定義即采用自然排煙或機械排煙的方式，將房間、走道等空間的火災煙氣排至建筑物外的系統，分為自然排煙系統和機械排煙系統。再由該規范中第

2.1.4 條、2.1.5 條對“自然排煙”和“自然排煙窗（口）”的解釋可知設置排煙窗的場所其排煙方式屬于自然排煙，且排煙窗的啟閉方式有自動、手動、溫控釋放等幾種類型。由此可知設置排煙窗的場所，其排煙類型屬于自然排煙，而非機械排煙。

結合該規范中第4.1.1 條和4.1.2 條的規定可知，在建筑排煙系統的設計過程中應根據建筑的使用性質、平面布局等因素，優先采用自然排煙系統，且同一個防煙分區應采用同一種排煙方式。

此外，由該規范4.3.3 條的內容可知自然排煙窗應設置在排煙區域的頂部或外墻，當設置在外墻上時，自然排煙窗應在儲煙倉以內，但走道、室內空間凈高不大于3m的區域的自然排煙窗（口）可設置在室內凈高度的1/2以上。本條考慮到火災時熱煙氣往上流動的特點，將排煙窗設置于樓層上部區域，所以其安裝位置較高，導致普通人無法直接徒手操作排煙窗，必須借助專用的開啟裝置才可以對排煙窗進行操作。

參考圖集《電動采光排煙天窗》（09J621-2）可知，常用的排煙窗主要有三角形天窗、一字形天窗和圓拱形天窗三種類型。具體的樣式參見圖1。在具體設計過程中，建筑專業可以根據建筑外立面或屋面的具體情況選擇對應類型（或改進型產品）進行設計。

圖1 三角形天窗、一字形天窗和圓拱形天窗樣式圖

2排煙窗的控制方式

電氣專業對于“排煙窗”主要關注的是其操作控制方式問題。參照現行的國家規范、圖集及當下市場上主流的幾種排煙窗產品，通過不同的操作控制方式可將排煙窗分成以下幾類。

①手動控制型排煙窗：就地設置機械型開窗裝置，根據排煙窗布置情況，可幾組排煙窗共用一組機械操作機構，只能實現就地手動控制。因為手動控制型排煙窗為純機械傳動裝置，故無需電氣專業配合。

②電動控制型排煙窗：在手動控制型排煙窗的基礎上增加設置了專用的電動操作機構，在正常情況下可以一鍵開啟或關閉排煙窗。電動控制型排煙窗需要電氣專業對其進行供電及控制系統的設計。在設置了火災自動報警系統的建筑內，還需要將電動控制型排煙窗控制箱接入火災自動報警系統，以實現消防聯動功能。下面以DC24V電動排煙窗為例給出電動控制型排煙窗的控制系統參考圖，具體見圖2（設計過程中以參照的產品樣本為準）。

圖2 電動控制型排煙窗的控制系統參考圖

③自動控制型排煙窗：也稱為智能控制型排煙窗，此種類型的排煙窗是在電動控制型排煙窗的基礎上增加了自動控制或遠程控制（消防聯動）的功能。自動控制型排煙窗也需要電氣專業進行供電及控制系統的設計。自動控制型排煙窗的自動控制信號可以由其末端設置的各種類型的傳感器發出的，具體包括雨水傳感器、風速傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器等。在設置了火災自動報警系統的建筑內，還需要將自動控制型排煙窗控制箱接入火災自動報警系統，并將消防信號設置為最高優先級，以實現消防聯動功能。下面以DC24V自動控制型排煙窗為例給出自動控制型排煙窗的控制系統參考圖，具體見圖3（設計過程中以參照的產品樣本為準）。

圖3 自動控制型排煙窗的控制系統參考圖

對于“電動控制型排煙窗”和“自動控制型排煙窗”為何必須還要設置就地的手動機械型開窗裝置，是源于《建筑防排煙系統技術標準》（GB51251-2017）第4.3.6 條及其條文說明。第4.3.6 條的原文為：自然排煙窗（口）應設置手動開啟裝置，設置在高位不便于直接開啟的自然排煙窗（口），應設置距地面高度1.3m～1.5m的手動開啟裝置。凈空高度大于9m的中庭、建筑面積大于2000m的營業廳、展覽廳、多功能廳等場所，尚應設置集中手動開啟裝置和自動開啟設施。

對應的條文說明為：本條規定的目的是確保火災時，即使在斷電、聯動和自動功能失效的狀態仍然能夠通過手動裝置可靠開啟排煙窗以保證排煙效果。手動開啟一般是通過操作機械裝置實現排煙窗的開啟，為便于人員操作和保護裝置本條規定了開啟裝置的設置高度。當手動開啟裝置集中設置于一處確實困難時，可分區、分組集中設置，但應確保任意一個防煙分區內的所有自然排煙窗均能統一集中開啟，且應設置在人員疏散口附近。圖4給出了按照排煙窗按操作機構及控制方式不同進行分類的框圖，以及電動排煙窗分別設置在有火災自動報警系統和沒有消防報警系統工程中的控制邏輯圖。

圖4 排煙窗操作方式分類及其與消防聯動、手動控制邏輯圖

此條要求過于嚴苛，對于復雜的項目在設計實施過程很難實現，建議本規范在后期修訂時應酌情予以調整。

3 排煙窗與火災自動報警系統的關系

不同操作控制方式的排煙窗與火災自動報警系統有不同的關系，以下對排煙窗的三種不同的操作控制方式與火災自動報警系統的關系進行逐一說明。

①對于僅設置“手動控制型排煙窗”的場所，無需電氣專業進行配合，故該類型的排煙窗與火災自動報警系統沒有關系。

②對于設置了“電動控制型排煙窗”的場所，由本文第1節內容可知電動控制型排煙窗屬于自然排煙系統，不屬于機械排煙，無需進行消防聯動控制。故參照《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）(2018年版)第8.4.1 條第13點內容（即設置機械排煙、防煙系統、雨淋或預作用自動噴水滅火系統、固定消防水炮滅火系統、氣體滅火系統等需與火災自動報警系統聯鎖動作的場所或部位），當建筑物本身不需要設置火災自動報警系統時，也無需因為設置了電動控制型排煙窗而在建筑內增設火災自動報警系統。

③對于設置了“自動控制型排煙窗”的場所，雖然自動控制型排煙窗屬于自然排煙系統，但參照《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）(2018年 版)第8.4.1 條第13點內容的條文說明（即建筑中有需要與火災自動報警系統聯動的設施主要有：設置機械排煙系統、機械防煙系統、水幕系統、雨淋系統、預作用系統、水噴霧滅火系統、氣體滅火系統、防火卷簾、常開防火門、自動排煙窗等），自動排煙窗屬于需要與火災自動報警系統進行聯動控制的消防設備。故當建筑物本身不需要設置火災自動報警系統，而建筑或暖通專業設置了“自動控制型排煙窗”，則相應的建筑物需增置火災自動報警系統。

“電動控制型排煙窗”和“自動控制型排煙窗”都可以滿足建筑自然排煙的基本需求，對于最終采用“電動控制型排煙窗”或者“自動控制型排煙窗”完全取決于業主、建筑和暖通專業想要建筑達到的使用效果。作為電氣設計師可以從安全和技術經濟角度來分析、引導其他各方選擇最優、最符合工程需求的操作控制方式。

對于本應設置火災自動報警系統的建筑而言，則需將設置的“電動控制型排煙窗”或“自動控制型排煙窗”接入火災自動報警系統，在火災狀態下實現聯動控制。

4 排煙窗的電氣設計案例介紹

下面以一棟多層辦公建筑為例對排煙窗的電氣設計過程進行簡要介紹。該辦公樓占地面積929 m，總建筑面積3732m，地上5層，建筑高度22.2m，一層為小商業，二至五層為辦公，為多層公共建筑。室外消防用水量大于25L/s。根據《建筑防排煙系統技術標準》GB51251-2017要求，暖通專業向建筑專業提資，要求每層設置排煙窗，以滿足消防排煙要求。建筑專業在建筑四周的外立面上設置了若干排煙窗，排煙窗的位置在外立面圖上標注后提資給電氣專業。以某一側外立面為例，參見圖5。圖中三角形標注的窗戶均為排煙窗。

圖5 建筑A-D軸外立面圖

由于本工程為多層辦公建筑，體量也較小，根據《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）(2018年版)第8.4.1 條的要求，本工程不用設置火災自動報警系統。設計時結合工程實際情況，電氣專業返提排煙窗條件給建筑和暖通專業，即規定圖中下口距地1.2m安裝的排煙窗為手動開啟的排煙窗，下口距地2.5m安裝的排煙窗為電動開啟的排煙窗，參見圖5中標注。如此規定排煙窗后，便無需增設火災自動報警系統。若將下口距地2.5m安裝的排煙窗規定為自動開啟的排煙窗，則本工程需增設火災自動報警系統，從技術經濟角度考慮，則很不合理。對排煙窗的規定得到建筑和暖通專業的確認后電氣專業進行下一步設計。

首先，明確電動排煙窗屬于消防負荷，需按照消防負荷供電要求進行設計。再根據工程概況結合《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）(2018年 版)第10.1.2 條第5點內容即本工程為室外消防用水量大于25L/s的多層辦公建筑，故本工程消防負荷級別為二級。設計時從園區變電所取來兩路電源，在進線間內設主、備兩個總進線箱，在主、備總進線箱內對消防與非消防回路進行防火分隔，消防負荷出線回路電纜經消防專用橋架敷設至樓層消防設備專用雙電源切換箱，該雙電源切換箱專供樓層（或相應防火分區）內小容量的消防負荷使用，包括電動排煙窗、擋煙垂壁、防火卷簾門和應急照明系統的集中電源使用，此做法比較經濟實用，也滿足規范要求。相關配電系統圖參見圖6。

圖6 電動排煙窗配電系統圖

本次設計中電動排煙窗均采用DC24V的電動操作機構，根據產品樣本中相關參數的說明，每個操作機構功率為40W，每個電動排煙窗控制箱帶10個電動排煙窗，故每個電動排煙窗控制箱功率按400W計算。電動排煙窗的控制系統圖可參見圖2。此外，對于沒有條件取得兩路電源的場所，也可在電動排煙窗控制箱內設置蓄電池組解決備用電源的問題。

5 總結

消防工作是一項集知識性、科學性和社會性于一體的工作，涉及全社會的各行各業，與經濟發展、社會穩定和人民群眾安居樂業密切相關。做好消防設計工作是保證建筑竣工投入使用后安全運行的前提和可靠保證。本文通過對現行規范、圖集及產品的分析研究，對“排煙窗”做了全面細致的論述。在立足電氣專業本身的前提下，對建筑、電氣和暖通的規范進行融會貫通，然后積極地去引導建筑和暖通專業設計人員，選擇合理的排煙窗及其操作控制方式，以控制項目的建造標準，從而控制項目的投資造價。力求在確保安全、可靠的前提下取得最大的經濟技術效益，也是在設計過程中落實國家倡導節能環保的政策，為實現碳達峰與碳中和目標做出應有的貢獻。