建筑中庭排煙系統設計探討

閆勇

（山西建工集團有限公司 山西 太原 030006）

0 引言

伴隨著建筑設計質量的飛速提升，施工技術方面也獲得了質的飛躍，隨之一些一體化新型的空間建筑拔地而起，比如說一些大型商場和展覽中心，此種建筑一般都具備著較大的內部空間施，很多樓層緊密相連，由于中庭設計方面的分隔和豎直分隔完全背離了以往我國的消防規章，因此，我國在設計建筑的防火方面的規范對中庭執行了特別嚴謹的約束，以此實現煙氣控制系統設計的更具合理性。

1 建筑中庭概念以及種類

中空建筑的空間具有豎井、中庭、天井等形態，其的幾何特征完全不同，可通過中空空間截面積和其的高度平方比進行表示，<0.4時即為豎井，0.4~2之間即為方形，>2時即為扁平型。通常大空間的建筑被定義成空間高度>5m，體積>1000m3的建筑，中庭指的是短邊的長度或者半徑不能<6m，橫截面積不可<100m2，并且其的共享層數不能<3層具有頂蓋的室內庭院。通常中庭類建筑分為以下幾種。

1.1 長廊式中庭

長廊式中庭建筑一般是指半封閉的室內街道，它兩邊呈敞開式狀態。其最明顯的特征就是其內部空間具備自然風，而且是對流的。

1.2 封閉式中庭

這種中庭最顯著的特點即為不僅中庭的第一層與主體建筑相互連通，建筑主體和其它樓層也具有一道分割式外墻，還有些只是貼鄰在建筑的單側。實質上它就是建筑室內一個規模較大的花園或是門廳。

1.3 回廊式中庭建筑

回廊式中庭建筑實際上就是利用很多層回廊立體地面與周圍房間進行有效地連接，其作為設計賓館、公寓、辦公樓等最常用的設計方案。

1.4 互通式中庭

這種中庭建筑具體是指將整體建筑歸結于建筑空間的整體，樓層空間與共享豎直空間緊密相連。

2 建筑中庭排煙系統的設計方法

煙氣控制系統設置最終的目標就在于降低煙氣危險導致的人員傷亡以及財產方面的損失，所以，需要先將中庭使用的防火玻璃或是其他相同于安全材料的封閉式或者分割開，例如，長廊與封閉兩大類使中庭火災煙氣難以直接進入臨近的空間當中，形成中庭與其他類建筑主體區別裝置排煙系統的狀況。而針對回廊式和互通式的中庭建筑，待周圍的室內發生火災的同時，需要使用在周邊室內裝置專項排煙體系或者兼用空調體系的方式，將火災煙氣控制在發生火災的室內，如果說此類方法難以實現，可采用在中庭建筑周圍與每層室內連接的陽臺邊緣位置裝置擋煙設備的方法，在陽臺下面部分產生分區放煙，并使用煙氣層底端的高度不小于通向中庭建筑的開口高度，這樣才能對煙氣發揮阻斷效果，禁止其向中庭建筑中蔓延向。不然，將無法使用以下計算方法。

2.1 排煙設計方案分類

據相關報道顯示，美國ASHRAE與NFRA對于中庭建筑的排煙體系界定為是指運用單一或組合的方式使煙氣的形成有所減少與約束煙氣的流動工程體系。主動形成降低煙氣的方法涵蓋安裝自動噴水滅火體系和制約建筑結構中以及在中庭建筑地面堆放不可燃性的材料數量；而制約煙氣被動的流動方式是指在中庭建筑的頂端裝置排煙系統，使其運用排煙體系排放出煙氣和火災形成的相同煙氣量排放出來，這就是排煙置換法。

2.2 選用排煙設計方案

待煙羽流到達中庭建筑頂棚后，會慢慢擴散，待其接觸到墻壁或水平障礙后就會不斷下降。在開啟排煙系統前，由于煙羽流繼續向煙氣層供應煙氣，煙氣厚度會逐漸增加，高度也會隨之慢慢下降，進而溫度提升。如果排煙系統的運行，待排煙口排量和煙羽流進煙氣層的質量相同時，煙氣層的下降會停止，煙氣層高度不會發生轉變，簡稱穩固煙氣層的高度；而在另一種情況下，煙羽流至中庭建筑頂棚之前由于煙氣的擴散和空氣的吸收致使煙氣溫度下降至與周邊空氣溫度相等時，煙氣會出現“層化”現象，具體而言，就是待煙氣提升至和氣密度相等冷空氣的高度時既會向水平方向擴張，并隨著溫度的降低而逐漸下降。因此，缺乏自然排煙條件或者凈空高度大于12m的中庭需進行機械式排煙設備的設置。具體而言，唯有凈空高度不超過12m，且可以將天窗或高側窗開啟將中庭建筑的煙氣進行排放，才能運用自然排煙的設計方式，其他都能使用機械排煙設計法。

2.3 機械排煙設計法

實踐的中庭建筑排煙工程設計中，為促使排煙系統更具簡單性，避免投入大量資金，同時還要保證排煙系統的運行效果與自動預警系統的穩固性，在有條件的時候，需盡量在屋頂設置多臺排煙機進行集中式的排煙方法有5個。

2.4 自然排煙設計法

自然排煙設計法就是在室內的熱煙氣和室外的冷空氣間所進行的對流活動，因此，需具室內需同時具有冷空氣的進口與熱煙氣的排口兩大進出口。自然排煙口是指在中庭建筑頂端裝置容易開啟的排煙天窗或高側窗，二者的開啟面積需依據相關標準：凈空高度＜12m的中庭可以打開天窗或者高側窗面積不能＜此類中庭建筑的地面面積的5%進行規范，這樣才可保證室內外煙氣的排放。屋頂設計自然排煙的體系，一般都會在中庭建筑的屋頂下方運用裝置蓄煙池。通過諸多試驗顯示，只有煙氣溫度保持在120℃左右，自然排煙口排放煙氣的量才不會因不同的煙氣溫度出現很大的差別。反之排煙口的排放效果會明顯下降。

中庭建筑屋頂下端設置的蓄煙池面積決策著火源尺度，煙氣層的厚度、中庭建筑的高度三大要素。針對中庭建筑當中比較簡單的小型排煙口，計算其面積相同于排煙口完全開啟時實測面積的0.6倍左右；利用排煙口排放的煙氣質量流量mv為可以利用以下公式進行計算：

（2） 公式中的d即煙氣層的有效厚度，指的是排煙口上端表面的幾何中心與有效煙氣層下界面間距，Av即為排煙口全部打開時實際測量面積。

3 結語

總之，美國開始對控制中庭煙氣的方法進行研究較早，雖說在控制煙氣系統的設計中考慮過煙氣層的界面，但在20世紀80年代階段排煙量仍在運用換氣次數法。直到NFPA92B規范制定以后，設計者才開始運用煙氣質量流量的相關公式來預測中庭建筑煙氣層界面設計煙氣的控制系統。建筑規章BOCA也是沒過幾年提出中庭建筑局部出現火災時排煙系統的計算設計法。而我國對于中庭建筑火災煙氣的流動和控制方面的研究處于剛起步階段。計算排煙的設計方法較為滯后，所以深入強化建筑中庭排煙系統設計的研究至關重要。