基于現(xiàn)行規(guī)范下中庭防煙排煙設(shè)計(jì)探討

衛(wèi)梁彥 廖偉平

1 江蘇中甲工程設(shè)計(jì)有限公司

2 中建八局第三建設(shè)有限公司

建筑防煙、排煙設(shè)計(jì)是建筑防火安全設(shè)計(jì)的重要組成部分，此前，我國國家標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50045（簡稱高規(guī)）和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016（簡稱建規(guī)）對建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)提出了一定的要求，但尚無建筑防排煙系統(tǒng)的專項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外的多次火災(zāi)表明，火災(zāi)中產(chǎn)生的煙氣，其遮光性，毒性和高溫的影響是造成火災(zāi)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(jìn)行，組織合理的煙氣控制方式，建立有效的煙氣控制設(shè)施是十分必要的。《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51251-2017（簡稱煙規(guī)）的實(shí)施對建筑防排煙設(shè)計(jì)具有重大的指導(dǎo)意義。

1 中庭或高大空間新舊規(guī)范對比

1.1 自然排煙

根據(jù)“高規(guī)”：1）凈空高度小于12m 的中庭可開啟的天窗或高側(cè)窗的面積不應(yīng)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(yīng)小于該房間面積的2%。

根據(jù)“煙規(guī)”：1）建筑空間凈高小于或等于6 m 的場所，設(shè)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(gè)防煙分區(qū)排煙量應(yīng)根據(jù)場所內(nèi)的熱釋放速率以及表1、2規(guī)定計(jì)算確定：

表1 各場所規(guī)定排煙量（×104 m3/h）

表2 自然排煙側(cè)窗（口）部風(fēng)速（m/s）

表3 為計(jì)算得對應(yīng)最小自然排煙側(cè)窗（口）面積。

表3 對應(yīng)最小自然排煙側(cè)窗（口）面積（m2）

當(dāng)中庭周圍場所設(shè)有排煙系統(tǒng)時(shí)，中庭排煙量應(yīng)按周圍場所防煙分區(qū)中最大排煙量的2 倍數(shù)值計(jì)算，且不應(yīng)小于107000 m3/h，自然排煙窗（口）的有效開窗面積按風(fēng)速不大于0.5 m/s 計(jì)算（自然排煙窗（口）面積逸60 m2）。當(dāng)中庭周圍場所不需排煙系統(tǒng)時(shí)，僅在回廊設(shè)置排煙系統(tǒng)時(shí)，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(fēng)速不大于0.4 m/s計(jì)算（自然排煙窗（口）面積逸27.8 m2）。

1.2 機(jī)械排煙

根據(jù)“高規(guī)”：中庭體積小于或等于17000 m3時(shí)，其排煙量按其體積的6 次/h 換氣次數(shù)計(jì)算；中庭體積大于17000 m3時(shí)，其排煙量按其體積的4 次/h 換氣次數(shù)計(jì)算，但最小排煙量不應(yīng)小于102000 m3/h。

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

2 中庭排煙計(jì)算設(shè)計(jì)探討

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

2）由于“煙規(guī)”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(jìn)行限制。當(dāng)空間凈高大于12m 時(shí)，由于“層化”現(xiàn)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(jù)建筑的使用性質(zhì)、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(yīng)采用機(jī)械排煙措施。

3）當(dāng)自然排煙時(shí)，“煙規(guī)”中開窗角度可大于70毅與《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102 規(guī)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(dāng)窗扇高度小于600 mm，投影面積按照角度計(jì)算。中當(dāng)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(yīng)根據(jù)JGJ102 規(guī)定校核自然排煙窗開啟面積。

4）“建規(guī)”中規(guī)定建筑面積大于100 m2的房間需考慮排煙設(shè)施。根據(jù)“煙規(guī)”的規(guī)定其計(jì)算排煙量與面積無關(guān)。工程設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)面積為100 m2的中庭或高大空間，此時(shí)可能出現(xiàn)外墻不足以滿足自然排煙，而采用機(jī)械排煙卻會(huì)造成風(fēng)管、風(fēng)口等布置難以實(shí)現(xiàn)的情況。

3 工程實(shí)例

某農(nóng)業(yè)服務(wù)中心項(xiàng)目由功能區(qū)、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(guī)”設(shè)計(jì)計(jì)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(jī)械排煙方式，“高規(guī)”計(jì)算值102000 m3/h。

3.2 按“煙規(guī)”設(shè)計(jì)計(jì)算[2-3]

1）防煙分區(qū)劃分

根據(jù)“煙規(guī)”，一層門廳為一個(gè)防煙分區(qū)，防煙分區(qū)最大邊長為45.6 m＜60 m。

2）最小清晰高度、儲(chǔ)煙倉厚度

根據(jù)“煙規(guī)”，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(chǔ)煙倉厚度h=H’-Hq=6.5-2.25=4.25 m。（公式符號(hào)含義參見規(guī)范[3]，下同）

3）排煙計(jì)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(zhì)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(huán)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(jī)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(jì)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(jī)械排煙計(jì)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(jù)“消規(guī)”查表得排煙量為：V’=159000 m3/h。

自然、機(jī)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(cè)窗（口）風(fēng)速：1.01 m/s)。

4）按中庭計(jì)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(dāng)采用自然排煙方式時(shí)，按“煙規(guī)”自然排煙窗面積：高大空間計(jì)算為43.7 m2，中庭計(jì)算為60 m2。且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于“高規(guī)”計(jì)算值13 m2。②當(dāng)采用機(jī)械排煙方式時(shí)，按“煙規(guī)”機(jī)械排煙量：高大空間計(jì)算為159000 m3/h，中庭計(jì)算為107000 m3/h 大于“高規(guī)”計(jì)算值102000 m3/h。

4 結(jié)論

本文對新舊規(guī)范進(jìn)行對比，借助實(shí)際工程，按照“煙規(guī)”對中庭防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，“煙規(guī)”在防排煙的概念原理、設(shè)計(jì)方法都進(jìn)行了重大變化。“煙規(guī)”指導(dǎo)防排煙進(jìn)行細(xì)節(jié)計(jì)算和考慮，使設(shè)計(jì)計(jì)算更接近工程實(shí)際。