基于現行規范下中庭防煙排煙設計探討

衛梁彥 廖偉平

1 江蘇中甲工程設計有限公司

2 中建八局第三建設有限公司

建筑防煙、排煙設計是建筑防火安全設計的重要組成部分，此前，我國國家標準《高層民用建筑設計防火規范》GB 50045（簡稱高規）和《建筑設計防火規范》GB 50016（簡稱建規）對建筑防煙排煙系統技術提出了一定的要求，但尚無建筑防排煙系統的專項技術標準。國內外的多次火災表明，火災中產生的煙氣，其遮光性，毒性和高溫的影響是造成火災人員傷亡的最主要因素。為確保人員的安全疏散、消防撲救的順利進行，組織合理的煙氣控制方式，建立有效的煙氣控制設施是十分必要的。《建筑防煙排煙系統技術標準》GB51251-2017（簡稱煙規）的實施對建筑防排煙設計具有重大的指導意義。

1 中庭或高大空間新舊規范對比

1.1 自然排煙

根據“高規”：1）凈空高度小于12m 的中庭可開啟的天窗或高側窗的面積不應小于該中庭的地面積的5%。2）需要排煙的房間可開啟外窗面積不應小于該房間面積的2%。

根據“煙規”：1）建筑空間凈高小于或等于6 m 的場所，設置有效面積不小于該房間建筑面積2%的自然排煙窗（口）。2）空間凈高大于6 m 的場所，其每個防煙分區排煙量應根據場所內的熱釋放速率以及表1、2規定計算確定：

表1 各場所規定排煙量（×104 m3/h）

表2 自然排煙側窗（口）部風速（m/s）

表3 為計算得對應最小自然排煙側窗（口）面積。

表3 對應最小自然排煙側窗（口）面積（m2）

當中庭周圍場所設有排煙系統時，中庭排煙量應按周圍場所防煙分區中最大排煙量的2 倍數值計算，且不應小于107000 m3/h，自然排煙窗（口）的有效開窗面積按風速不大于0.5 m/s 計算（自然排煙窗（口）面積逸60 m2）。當中庭周圍場所不需排煙系統時，僅在回廊設置排煙系統時，中庭排煙量不小于40000 m3/h，自然排煙窗（口）的有效開窗面積按風速不大于0.4 m/s計算（自然排煙窗（口）面積逸27.8 m2）。

1.2 機械排煙

根據“高規”：中庭體積小于或等于17000 m3時，其排煙量按其體積的6 次/h 換氣次數計算；中庭體積大于17000 m3時，其排煙量按其體積的4 次/h 換氣次數計算，但最小排煙量不應小于102000 m3/h。

根據“煙規”：1）建筑空間凈高小于或等于6 m 的場所，其排煙量應按不小于60 m3/(h·m2)計算，且不小于15000 m3/h。2）空間凈高大于6 m 的場所，其機械排煙量見表1。

2 中庭排煙計算設計探討

1）由于“煙規”并未明確定義中庭含義，而計算排煙量中分為高大空間和中庭，在工程設計過程中需考慮高大空間或中庭防排煙要求中進行對比選擇，造成不同設計人員計算排煙量不同，施工圖審查標準亦難定，可能留下工程隱患。

2）由于“煙規”中未對空間凈高大于12 m 的中庭或高大空間的自然排煙進行限制。當空間凈高大于12m 時，由于“層化”現象自然排煙受到自然排煙條件，建筑本身熱壓、密閉性等因素的影響而缺乏保證。因此，根據建筑的使用性質、投資條件許可等情況，雖具有可開啟外窗的自然排煙條件，但仍應采用機械排煙措施。

3）當自然排煙時，“煙規”中開窗角度可大于70毅與《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102 規定幕墻開啟扇的開啟角度不宜大于30毅，開啟距離不宜大于300 mm相矛盾。當窗扇高度小于600 mm，投影面積按照角度計算。中當窗扇高度大于等于600 mm，每1 米窗的水平投影面積都是0.3 m2，應根據JGJ102 規定校核自然排煙窗開啟面積。

4）“建規”中規定建筑面積大于100 m2的房間需考慮排煙設施。根據“煙規”的規定其計算排煙量與面積無關。工程設計中可能出現面積為100 m2的中庭或高大空間，此時可能出現外墻不足以滿足自然排煙，而采用機械排煙卻會造成風管、風口等布置難以實現的情況。

3 工程實例

某農業服務中心項目由功能區、辦公、走道及核心筒等組成，如圖1。其中門廳面積260 m2，凈高6.5 m，無噴淋。門廳上空由防火卷簾與二層分隔。

圖1 一層平面圖

3.1 按“高規”設計計算

采用自然排煙方式，自然排煙窗可開啟面積大于5%地面面積，即260×0.05=13 m2。由圖1 可知，可滿足自然排煙[1]。

采用機械排煙方式，“高規”計算值102000 m3/h。

3.2 按“煙規”設計計算[2-3]

1）防煙分區劃分

根據“煙規”，一層門廳為一個防煙分區，防煙分區最大邊長為45.6 m＜60 m。

2）最小清晰高度、儲煙倉厚度

根據“煙規”，由凈高H’=6.5 m 得最小清晰高度Hq=0.1×H’+1.6=0.1×6.5+1.6=2.25 m。儲煙倉厚度h=H’-Hq=6.5-2.25=4.25 m。（公式符號含義參見規范[3]，下同）

3）排煙計算排煙量（軸對稱煙雨流）

熱釋放速率：Qc=0.7Q=0.7×8=5.6 MW（Q 熱釋放速率查表得8.0 MW）。

火焰極限高度：Z1=0.166Qc2/5=0.166×5.62/5=5.24 m。

燃料面到煙層底部的高度：Z=2.25 m（取最小清晰高度Hq）。

煙雨流質量流量：Mρ=0.032Qc3/5Z=0.032 ×5.63/5×2.25=12.77 kg/s。

煙層平均溫度與環境溫度的差：自然排煙：駐T=KQc/MρCρ=0.5×5.6/12.77)=217.07 K（煙氣中對流放熱量因子：K=0.5；空氣定壓比熱：Cρ=1.01 kJ/(kg·K)）。機械排煙：駐T=434.13 K（煙氣中對流放熱量因子：K=1）。

自然排煙計算排煙量：V=MρT/ρ0T0=12.77×510.22/(1.293×273.15)×3600=66685 m3/h（煙層的平均絕對溫度：T=T0+駐T=293.15+217.07=510.22 K；ρ0=1.293 kg/m3；T0=293.15 K）。機械排煙計算排煙量：V=95056 m3/h（煙層的平均絕對溫度：T=T0+駐T=293.15+434.13=727.28 K）。

根據“消規”查表得排煙量為：V’=159000 m3/h。

自然、機械排煙量Vmax=Max(V,V’)=159000 m3/h。

自然排煙窗（口）面積：F=159000/1.01/3600=43.7 m2(自然排煙側窗（口）風速：1.01 m/s)。

4）按中庭計算：排煙量不小于107000 m3/h，自然排煙窗（口）面積60 m2。

綜上可知，①當采用自然排煙方式時，按“煙規”自然排煙窗面積：高大空間計算為43.7 m2，中庭計算為60 m2。且遠遠大于“高規”計算值13 m2。②當采用機械排煙方式時，按“煙規”機械排煙量：高大空間計算為159000 m3/h，中庭計算為107000 m3/h 大于“高規”計算值102000 m3/h。

4 結論

本文對新舊規范進行對比，借助實際工程，按照“煙規”對中庭防排煙系統設計進行分析，“煙規”在防排煙的概念原理、設計方法都進行了重大變化。“煙規”指導防排煙進行細節計算和考慮，使設計計算更接近工程實際。