關于單個排煙口最大允許排煙量計算的幾點探討

白琳

中國建筑第八工程局有限公司設計管理總院

0 引言

自國標《建筑防煙排煙系統技術標準GB 51251-2017》實施以來，有關它的討論一直持續。對于條文的理解和條文在設計中的應用也存在不同程度的差異。通過本文，將探討國標《建筑防煙排煙系統技術標準GB 51251-2017》中4.6.14 條關于“單個排煙口最大允許排煙量”的計算對指導排煙系統設計的作用。

1 上海《建筑防排煙技術規程DGJ08-88-2006》（以下簡稱《規程》）的計算方法

1.1 計算公式

1）軸對稱型煙羽流質量流量計算公式[1]：

式中：Qc為熱釋放量（Q）的對流部分，一般取值為0.7Q，kW；Z 為燃料面到煙層底部的高度，m，取值應大于等于最小清晰高度；Z1為火焰極限高度，m；Mρ為煙羽流質量流量，kg/s。

2）煙層平均溫度與環境溫度的差駐T 的計算公式[1]：

式中：Cρ為空氣的定壓比熱，一般取1.02 kJ/(kg·K)。

3）臨界排煙量Vcrit的計算公式[1]：

規程中5.2 排煙系統設計計算5.2.6 機械排煙系統中，每個排煙口的排煙量不應大于臨界排煙量Vcrit，Vcrit按以下公式計算，且db/D 不宜小于2。

式中：Vcrit為臨界排煙量，m3/s；β 為無因次系數，當排煙口設于吊頂并且其最近的邊離墻小于等于0.5 m 或排煙口設于側墻并且其最近的邊離吊頂小于0.5 m 時，β取2.0；當排煙口設于吊頂并且其最近的邊離墻大于0.5 m 時，β 取2.8；db為排煙口下煙氣的厚度，m；T0為環境的絕對溫度，K，通常；駐T 為煙層平均溫度與環境溫度之差，K；D 為排煙口的當量直徑，m，當排煙口為矩形時，D=2ab/(a+b)；a，b 為排煙口的長和寬，m。

1.2 計算結果

以凈高4 m、有噴淋的走道為例，通常為了方便對比，擋煙垂壁取最小高度0.5 m；Cρ統一取1.01 kJ/(kg·K)。假設燃料面為建筑地面。根據最新國標4.6.7 條可知，有噴淋的走道Q 的計算取值為1.5 MW。

1.2.1 β 取2.0 的情況

1）如圖1 所示吊頂上排煙的情況下，β 取2.0。

圖1 吊頂上排煙（一）

Q=1.5 MW 的火焰極限高度：Z1=0.166 ×（0.7 ×1500）2/5=2.683 m，Z=4-0.5=3.5 m。

Z>Z1，則：

2）如圖2 所示墻體側排煙的情況下，β 也取2.0。

圖2 吊頂下墻體側排煙

此時與圖1 的區別是db的取值，假設風口上沿離吊頂50 mm 且風口寬度b=0.15 m，db=0.5-0.05-b=0.3 m。

Vcrit=0.00887×2.0×0.35/2×(303.98 ×293.15)1/2×3600=939.6 m3/h。

1.2.2 β 取2.8 的情況

吊頂上排煙且風口最近的邊離墻＞0.5 m 時（參考圖1），β 取2.8。

Vcrit=0.00887×2.8×0.55/2×(303.98 ×293.15)1/2×3600=4716 m3/h。

2 《建筑防煙排煙系統技術標準GB 51251-2017》（以下簡稱《標準》）的計算方法

2.1 計算公式

最大允許排煙量Vmax[2]的計算公式：

式中：Vmax[排煙口最大允許排煙量，m3/s；γ 為排煙口位置系數，當風口中心點到最近墻體的距離逸2D 時，γ取1.0；當風口中心點到最近墻體距離<2D 時，γ 取0.5；當吸入口位于墻體上時，γ 取0.5。db為排煙系統吸入口最低點之下煙氣層厚度，m；T 為煙層的平均絕對溫度，K；T0為環境的絕對溫度，K，通常；D 為排煙口的當量直徑，m，當排煙口為矩形時，D=2ab/(a+b)；a，b 為排煙口的寬和高，m。

2.2 計算結果

2.2.1 有吊頂

1）γ 取1.0 的情況

如圖3 所示吊頂上排煙的情況下：

圖3 吊頂上排煙（二）

Mρ、駐T 的計算同前面1.2 節，Mρ=3.42 kg/s，駐T=303.98 K；

Vmax=4.16·γ·db5/2[(T-T0)/T0]1/2=4.16 ×1.0 ×0.55/2×(303.98/293.15)1/2=2695.9 m3/h。

2）γ 取0.5 的情況

風口中心點到最近墻體距離＜2D 的吊頂上排煙（參考圖3）：Vmax=0.5×2695.9=1347.9 m3/h。

如圖2 所示吊頂下墻體側排煙：Mρ、駐T 的計算同前面1.2 節，Mρ=3.42 kg/s，駐T=303.98 K；假設風口上沿離吊頂50 mm 且b=0.15 m，db=0.5-0.05-b=0.3 m。

Vmax=4.6×0.5×0.35/2×(303.98/293.15)1/2=375.84 m3/h。

2.2.2 無吊頂

1）γ 取1.0 的情況

如圖4 所示的側排煙：Mρ、駐T的計算同前面1.2節，Mρ=3.42 kg/s，駐T=303.98 K；假設風口高度b=0.15 m，設計排煙管管頂在梁下50 mm 處吊裝，風口上沿緊貼風管管頂，db=0.5-0.05-b=0.3 m。則：

圖4 無吊頂側排煙

Vmax=4.6×1.0×0.35/2×(303.98/293.15)1/2=751.7 m3/h。

如圖5 所示的上排煙：Mρ、駐T 的計算同前面1.2節，Mρ=3.42 kg/s，駐T=303.98 K；假設風管高度h，設計排煙管管頂在梁下50 mm 處吊裝，風口緊貼風管管底，db=0.5-0.05-h=0.45-h m，Vmax=4.6 ×1.0 ×(0.45-h)5/2×(303.98/293.15)1/2m3/h，即：

圖5 無吊頂上排煙

2）γ 取0.5 的情況

風口中心點到最近墻體距離＜2D 的無吊頂側排煙（參考圖4）：Vmax=0.5×751.7=375.85 m3/h。

風口中心點到最近墻體距離＜2D 的無吊頂上排煙（參考圖5）：

如圖6 所示的無吊頂墻體側排煙：

圖6 無吊頂墻體側排煙

Mρ、駐T的計算同前面1.2節，Mρ=3.42 kg/s，駐T=303.98 K；假設風口高度b=0.15 m，排煙口梁下50 mm 安裝，db=0.5-0.05-b=0.3 m。則：

Vmax=4.6×0.5×0.35/2×(303.98/293.15)1/2=375.84 m3/h。

2.3 公式的相關應用

以一個上海項目的地下車庫排煙設計為例，一個防煙分區面積1800 m2，計算排風兼排煙量32400 m3/h，由于考慮到平時排風的風口風速，所以設計采用30 個1000×150 排風兼排煙的風口側排。根據《標準》4.6.7 條的表格可以查到有噴淋汽車庫的Q 值取1.5 MW。

Q=1.5 MW 的火焰極限高度：Z1=0.166Qc2/5=0.166×（0.7×1500）2/5=2.683 m；

項目凈高H'=3.35 m，最小清晰高度：Hq=1.6+0.1H'=1.6+0.1×3.35=1.935 m，所以Zmin=1.935 m。

常規地下汽車庫不設吊頂，假設燃料面為車庫地面完成面，由于排煙管布置在梁下，且規范要求排煙口應在儲煙倉內，所以須在梁下設擋煙垂壁。如圖4所示，該項目梁下凈高2.9 m，由于擋煙垂壁最小高度為500 mm，所以Zmax=2.9-0.5=2.4 m。由此看出Z＜Z1，于是選出Mρ的計算公式為：Mρ=0.032Qc3/5Z。

設計中排煙口的當量直徑：D=4ab/(a+b)=2×1.0×0.15/(1.0+0.15)=0.26 m。

風口中心點距墻＞0.52 m（2D），γ 取1.0；

所以，單個排煙口的最大允許排煙量：

考慮到地下汽車庫車道部位的最小建筑凈高要求為2.2 m，于是Z 的取值范圍為：2.2臆Z臆2.4。

Z=2.65-db，所以0.25臆db臆0.45。

采用試算法解得，db=0.37 m。

計算出排煙口最低點之下煙層厚度最小為370 mm。也就是說，擋煙垂壁的下沿距離排煙口底邊最少370 mm。已知風口高度150 mm，設計排煙管管頂在梁下50 mm 處吊裝，設計風口上沿距離風管管頂50 mm，所以設于梁下的擋煙垂壁最小高度=50+50+150+db=620 mm，此時，梁下的擋煙垂壁下沿至建筑地面高度=2900-620=2280 mm，也滿足車道凈高2.2 m的使用要求。

3 數據對比

1）對比了關于吊頂上排煙的計算公式，舊《規程》以風口最近邊離墻0.5m 作為β 取值的評判標準。新《標準》則以風口中心點離墻2D（m）作為γ 取值的評判標準。

2）對比關于吊頂上排煙的計算結果：

風口中心點離墻逸2D 且風口最近的邊離墻＞0.5 m 時，新《標準》的計算結果是舊《規程》的0.57 倍。

風口中心點離墻逸2D 且風口最近的邊離墻臆0.5 m 時，新《標準》的計算結果是舊《規程》的0.8 倍。

風口中心點離墻＜2D 且風口最近的邊離墻＞0.5 m 時，新《標準》的計算結果是舊《規程》的0.285 倍。

風口中心點離墻＜2D 且風口最近的邊離墻臆0.5 m 時，新《標準》的計算結果是舊《規程》的0.4 倍。

3）對比關于吊頂下墻體側排煙的計算結果：

新《標準》的計算結果是舊《規程》的0.4 倍。

4）擋煙垂壁高度相同且風口均在梁下50 mm 的位置布置時，無吊頂側排煙（風口中心點離墻＜2D）和無吊頂墻體側排煙計算結果相同。

5）新《標準》中，擋煙垂壁高度相同時，無吊頂墻體側排煙（參考圖6）且排煙口梁下50 mm 安裝與吊頂下墻體側排煙（參考圖2）且排煙口吊頂下50 mm 安裝的計算結果相同。

4 結論

1）舊《規程》的公式（5）給出的無因次系數β 的取值只涉及有吊頂的情況，無吊頂的情況沒有給出具體數值，無法計算。新《標準》的式（6）可計算有吊頂和無吊頂的情況。

2）有吊頂的情況，比較兩個規范計算出的單個風口最大排煙量的結果，新《標準》比舊《規程》小。

3）根據式（7）和（8）可以看出，無吊頂上排煙（參考圖5）的儲煙倉高度一定時，風管的高度h 越大，Vmax則越小。

4）由式（9）可以看出，排煙口位置一定（γ 取值一定）時，排煙口最低點之下煙層厚度db越大，單個排煙口的最大允許排煙量Vmax越大；也就是說擋煙垂壁高度設計的越高，單個排煙口的最大允許排煙量越大。

5）已知由控制風速法計算的風口尺寸，可以用公式（6）校核計算儲煙倉高度或擋煙垂壁的設計高度。如果計算結果偏大，無法滿足使用要求，需要調整設計，調整方法如下：

吊頂上排煙：通過增加風口個數，減小單個排煙口的排煙量，從而減小了擋煙垂壁的設計高度（或儲煙倉高度）。

側排煙（包括吊頂下側排和無吊頂側排）：方法一，風口高度不變，通過增加風口個數，減小單個排煙口的排煙量（db減小），從而減小擋煙垂壁的設計高度（或儲煙倉高度）。方法二，單個排煙口的排煙量不變（db不變），減小風口高度（風口長度需相應增加），從而減小擋煙垂壁設計高度（或儲煙倉高度）。方法三，通過增加風口個數，減小單個排煙口的排煙量（db減小），同時減小風口高度。