擔負多個防煙分區的機械排煙系統優化研究

朱俊亮

中鐵第六勘察設計院集團有限公司

0 引言

近年，中國城鎮化速度越來越快，大量建筑的出現在滿足人們居住、娛樂的同時，也帶來了一定的消防安全問題。據統計，我國每年因火災傷亡的人數達幾千人，其中有90%以上是被煙氣窒息死亡的[1]。因此為保證火災發生后人們能夠順利地向室外安全區域進行疏散，必須做好防排煙系統的設計。現行《建筑設計防火規范》GB50016-2014（簡稱“新建規”）僅明確了防排煙系統的設置場所[2]，但是與之相適應的《建筑防排煙系統技術規范》卻遲遲未有發布。新舊規范的不同步導致各設計院設計標準不盡相同。

本文針對新、舊建筑設計防火規范對民用建筑中需劃分多個防煙分區的機械排煙系統進行詳細解讀，通過實例剖析，幫助設計者更加深刻地理解規范，便于統一標準，達成規范要求。

1 現行規范對排煙量的計算規定

中華人民共和國公安部公消 [2015]98號規定三，鑒于新制訂的《建筑防煙排煙系統技術規范》尚未批準發布，防煙排煙系統的設計與審核按照以下規定執行：防煙與排煙系統設置場所執行新版《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）；其他具體系統設計仍執行《建筑設計防火規范》（GB 50016-2006）及《高層民用建筑設計防火規范》（GB50045-95）（2005版）的有關規定[3]。

其中《建筑設計防火規范》（GB 50016-2006）（簡稱“舊建規”）對機械排煙系統的排煙量計算要求為表1[4]。

表1 舊建規對機械排煙量的計算規定

高層民用建筑設計防火規范GB50045-95（2005版）（簡稱“高規”）對機械排煙量的計算規定如下：擔負1個防煙分區排煙或凈空高度大于6.0 m的不劃防煙分區的房間時，應按每平方米面積不小于60 m3/h計算（單臺風機最小排煙量不應小于7200 m3/h）。擔負2個或2個以上防煙分區排煙時，應按最大防煙分區面積每平方米不小于120 m3/h計算[5]。

舊建規和高規對機械排煙量計算的規定都是摘抄的日本規范，源自日本規定：擔負2個或2個以上防煙分區的排煙風機排煙量每分鐘能排出2 m3/min（120 m3/h）以上，且滿足防煙分區每平方米地板面積排出1 m3/min（60 m3/h）排煙量[5]。通過對舊建規和高規條文及解釋的比較可以看出二者對于防煙分區內排煙量的計算和設備選型的規定完全一致。

2 工程實例排煙系統方案對比

通過調研發現，國內各設計院對規范的理解深度有差異，機械排煙系統的設計方案也不盡相同。本文設置一個工程實例，首先選取常規設計方案的機械排煙系統，并對其進行定性分析，根據其不足進行相應的方案優化。方案對比重點剖析系統的風管、風口設置原則、防煙分區的劃分原則及其排煙量計算。

2.1 工程概況和設計要求

工程為一層公共建筑，房間功能為辦公室，建筑面積共1230 m2，建筑層高為4.8 m，梁底標高4.2 m。按照新建規條文8.5.3要求，單個房間建筑面積大于100m2，經常有人停留且可燃物較多。每個房間可開啟外窗面積都不滿足自然排煙條件，因此設置機械排煙系統，自然補風。

2.2 常規設計方案及分析

每個房間單獨劃分為1防煙分區，共3個。其排煙量的計算按照舊建規。排煙風機采用耐高溫軸流風機，設置于屋面，排煙風管材質為鍍鋅鋼板，每個防煙分區根據排煙量計算值設置不同數量和規格尺寸的常閉排煙口。具體系統設計詳見圖1。

圖1 常規設計方案剖面示意圖

按照舊建規規定，擔負2個或2個以上防煙分區排煙時，排煙風機設備選型應按最大防煙分區面積每平方米不小于120 m3/h排煙量計算。該排煙系統最終計算排煙量為480×120 m3/h=57600 m3/h。設備選型排煙量為57600×1.2=69120 m3/h，因此排煙系統在同時擔負防煙分區一和防煙分區二時排煙風管變徑加大，尺寸為2000 mm×500 mm以保證風速滿足要求。計算各防煙分區的排煙量見表2。

表2 各防煙分區排煙量計算表

表3 常規設計風管、風口風速對比表

因為著火時只開啟著火防煙分區的排煙口，但是常規設計每個防煙分區的排煙口和排煙風管的配置都是按照每平方米60 m3/h的排煙量設計，而且為節省設備和管材，排煙風管、風口的設計風速基本都是按照規范的上限值選取。這樣排煙系統啟動時，系統風量遠遠大于單個防煙分區所需要的設計風量值，不可避免地會出現風口和風管風速超標的現象。3個防煙分區風管、風口的風速設計值和實際值如表3。

如表3所示：當火災發生時，單獨開啟著火防煙分區排煙口工況下，風管風速會超過規范的規定值（20 m/s），而排煙口的風速更是遠遠超過規范值（10 m/s）。這樣不但造成整個系統的排煙阻力和噪聲超標，更嚴重地影響了排煙效果。當排煙口風速超過規范值時，排煙口會過多地吸入周圍的空氣，使排出的煙氣中空氣所占的比例增大[4]。即便是開啟2個防煙分區，因為系統是按照最大防煙分區的面積計算的排煙量，著火時系統啟動，防煙分區的風量、風速依然可能超標。

由此可見，國內各大設計院的常規設計方案表面上每個防煙分區的排煙量滿足了要求，排煙系統擔負2個及以上防煙分區的設備選型也是滿足規范要求的，但是設計者沒有考慮發生火災時整個排煙系統的控制模式和排煙效果，造成了排煙系統失效，并且違反了設計規范。

2.3 優化設計方案

針對目前排煙系統違反規范的現象，筆者對常規的設計方案進行了優化。既然規范要求每平方米排煙量不小于60 m3/h，擔負2個及以上防煙分區時，排煙風機選型需按照最大防煙分區每平方米排煙量不小于120 m3/h。那么當排煙系統擔負2個及以上防煙分區時，令每個防煙分區的排煙風管和風口均按照每平方米排煙量不小于120 m3/h去設計就能滿足單個防煙分區著火時排煙風管、風口不超速的要求。這樣的話，每個防煙分區的排煙管尺寸和排煙口尺寸和個數都是相同的，相比于常規設計方案，優化的設計方案在風管和風口用量上會有一定的增加。具體系統方案見圖2。

圖2 優化設計方案剖面示意圖

優化的機械排煙系統按最大防煙分區面積每平方米不小于120 m3/h的排煙量進行計算，但是排煙風機的設備選型仍然可以與常規設計方案保持一致。風管和風口風速的設計值和實際值見表4。

表4 優化設計風管、風口風速對比表

通過表4可以看出，控制模式同樣考慮只開啟著火防煙分區的排煙口，無論是哪個防煙分區著火，排煙風管、排煙口風速的設計值和實際值都是一致的，符合規范要求，而且可以保證良好的排煙效果。

2.4 方案對比分析

按照優化的排煙系統設計，只考慮同一時間僅有一處著火點，火災時僅開啟著火防煙分區的排煙口，無論從排煙風管、排煙口風速控制還是火災時消防聯動控制都是有利的，而且可以充分保證排煙效果，滿足規范要求，避免目前常規設計中出現聯動控制亂象和風口、風管超速等現象。

當然優化的設計方案是按照規范要求進行設計，相比于各設計院的常規設計方案，在風管和風口材料上會有少量增加，但是設備選型并不會發生變化，因此從本專業排煙效果和規范要求的角度來分析，優化的設計方案才是符合規范要求的，也是必須執行的。另外，明顯的可以看出，同一個機械排煙系統服務的防煙分區，面積應該盡量縮小差距，從而降低排煙設備的排煙量，劃分為相同面積時對減少設備投資最為有利。

3 對現行規范的建議

目前我國的建筑設計防火規范和高層建筑設計防火規范，很多條文及其條文解釋不夠明確，而且只是照搬國外的設計標準，不一定就是符合我國國情。因此，即將發布的《建筑防煙排煙系統技術規范》應該明確規定同一個防火分區內防煙分區設置原則、每個防煙分區排煙量計算方法以及發生火災時排煙系統的控制模式。另外，還建議對既有建筑進行消防設施系統可靠性進行調查，根據現行規范下的設計缺陷，盡快地更新出適應于我國國情的建筑設計防火規范。

4 結論

因舊建規和高規對排煙量的計算要求一致，本文的結論對執行高規的案例同樣適用。通過對民用建筑中擔負多個防煙分區的機械排煙系統進行詳細的舉例比較、剖析，得出結論如下：

1）在現行規范條文下，國內各設計院對排煙系統中排煙量的計算理解過淺，導致實際工程中設計的排煙系統達不到預期的排煙效果，排煙風管、風口風速超標嚴重，不能夠滿足現行規范要求。

2）按照提出的優化設計方案，能夠滿足現行規范要求，但也存在成本提高的問題。

3）同一個機械排煙系統服務的防煙分區，分區之間的面積應該盡量縮小差距，劃分為相同面積時對減少設備投資最為有利。

4）建議《建筑防煙排煙系統技術規范》明確防煙分區的劃分原則，每個防煙分區排煙量及排煙口、排煙管、排煙閥的設置原則、每個防火分區內排煙系統的控制模式。更重要的是明確暖通空調專業需要提供給電氣專業的控制原則，使建筑防排煙系統在火災時真正地發揮作用。