負擔多個防煙分區的機械排煙系統優化設計

王立國

摘要：通過分析GB51251-2017《建筑防煙排煙系統技術標準》第4.6.4的條文說明，發現按照此方法確定的風量設置風管及風口的尺寸，在實際運行中會超速不滿足規范要求，通過分析風機性能與管網特性曲線，可通過設置調節閥使每個支路所組成的排煙系統的管網阻力與風機性能曲線適配，在不增加風管及風口尺寸的情況下滿足規范要求。

關鍵詞：多個防煙分區;排煙量;風管及風口尺寸;調節閥

1? 現行規范的有關規定

根據GB51251-2017《建筑防煙排煙系統技術標準》[1]（以下簡稱“煙規”）中有關系統排煙量的規定如下：“當一個排煙系統擔負多個防煙分區排煙時，其系統排煙量的計算應符合下列規定：（1）當系統負擔具有相同凈高場所時，對于建筑空間凈高大于6m的場所，應按排煙量最大的一個防煙分區的排煙量計算;對于建筑空間凈高為6m及以下的場所，應按同一防火分區中任意兩個相鄰防煙分區的排煙量之和的最大值計算。（2）當系統負擔具有不同凈高場所時，應采用上述方法對系統中每個場所所需的排煙量進行計算，并取其中的最大值作為系統排煙量?！薄稛熞帯?.6.4條詳細規定了排煙系統中各個排煙風管的計算風量。目前設計行業針對此條規范存在爭議，主要聚焦在按此條規范設計后實際工況不滿足《煙規》其他條款的情況。審圖單位對此情況一般不提意見，所以實際排煙系統存在巨大安全隱患。

2? 設計中存在的疑問

2.1? 確定風管尺寸

根據《煙規》4.6.4條文說明中的方法確定計算風量，《煙規》4.4.7條確定風速，金屬管道≤20m/s，并根據規范規定，風管長寬比不宜大于4：1及風管常用規格（120 、

320、500、630、800、1000、1250、1600、1800、

2000、2500mm）選擇確定風管的尺寸，如表1。

根據《煙規》5.2.4條規定：“當火災確認后，擔負兩個及以上防煙分區的排煙系統，應僅打開著火防煙分區的排煙閥或排煙口，其他防煙分區的排煙閥或排煙口應呈關閉狀態。”則排煙系統運行狀態下，理論上排煙管段的風量均為系統風量（120000m3/h），則排煙支管有可能超速，如表1。

為滿足《煙規》4.4.7條的風速要求，排煙系統的支管按照系統風量（120000m3/h）來確定風管尺寸，如表2。

2.2? 確定風口個數及尺寸

按照《煙規》4.6.3條確定各個防煙分區的計算風量G（m3/s），并根據《煙規》4.6.14條校核確定每個排煙口的最大允許排煙量A（m3/s），風口個數N=G/A（個）。《煙規》4.4.12條確定風口最大允許風速V≤10m/s，則每個風口面積F=A/V（㎡），根據風口長寬比控制不大于4：1及風口常用規格（120、320、500、630、800、1000、1250、

1600、1800、2000、2500mm）。由此確定每個防煙分區的風口個數及尺寸，如表3。

根據《煙規》5.2.4條規定：“當火災確認后，擔負兩個及以上防煙分區的排煙系統，應僅打開著火防煙分區的排煙閥或排煙口，其他防煙分區的排煙閥或排煙口應呈關閉狀態?！眲t排煙系統運行狀態下，理論上著火的防煙分區排煙量為系統風量（120000m3/h），則按表3確定的風口有可能超速且超過風口最大排煙量限值，如表4，若風口超速或風量超過風口最大排煙量限值，則根據論文《單個排煙口最大允許排煙量問題探究》[2]可知排煙主體氣流對周圍空氣的擾動將會非常明顯，以致于將煙層以外（以下）的冷空氣攪擾和夾帶到排煙主體氣流內;風速越大，夾帶的冷空氣越多，排煙口的排煙效率就越低。

為滿足《煙規》4.4.12的最大風速的要求，風口也應按照系統風量來確定個數及尺寸，如表5。

表5? 按系統風量確定風口尺寸

2.3? 風機實際運行狀況分析

選擇風機的風壓是按照最不利管路的阻力進行選擇。由圖1所示，當最不利管路所負責的防煙分區著火時，系統風量及風壓滿足設計要求。當其余防煙分區著火時，實際排煙量Q2>Q1，P2

2為最有利管路的管網特性曲線，3為風機的性能曲線

3? 系統優化

由2.1和2.2可知按照《煙規》4.6.4所確定的風管風口尺寸理論上會造成不滿足《煙規》4.4.7、4.4.12、4.6.14的情況，為滿足規范可大幅增加風管風口尺寸，但經濟上不合理且占用大量吊頂空間。那么是否存在其他方法來解決這個矛盾？也就是仍然按照《煙規》4.6.4來確定風管尺寸如表1，風口個數及尺寸如表4的情況下同時滿足《煙規》4.4.7、4.4.12、4.6.14的規定。

實際運行時，任意一個防煙分區著火將對應形成一個排煙系統，每個排煙系統都有一個獨立的管路特性曲線，通過排煙支管或風口上的調節閥可以改變管路特性曲線。通過改變調節閥的開度，使得管路特性曲線與風機的性能曲線的交點處風量滿足此防煙分區的計算排煙量，而不是系統排煙量，如圖2。

3為風機的性能曲線

綜上所述，按照上述方式設置排煙系統可以滿足規范要求且風管尺寸、風口個數及尺寸經濟合理、節省吊頂空間，但需要在設計階段合理設計管路，計算閥門開度，保證所有排煙系統的管網特性曲線與風機性能曲線交點的風量滿足此防煙分區的計算排煙量，并且在安裝階段需要反復調試來滿足設計要求。

4? 結語

按照《煙規》4.6.4條文說明所示的風量計算方法確定排煙系統的風管及風口尺寸會造成實際風速及風口排煙量不滿足規范。

為滿足規范要求可大幅提高風管風口尺寸，且需要在排煙支管或風口處設置調節閥保證每個支路所組成的排煙系統的管網阻力數相同。這樣做經濟上不合理且占用大量吊頂空間，所以筆者并不推薦。

通過調節閥門開度，使每個支路所組成的排煙系統的管網阻力與風機性能曲線適配，保證所有排煙系統的管網特性曲線與風機性能曲線交點的風量滿足此防煙分區的計算排煙量，則排煙支管及風口可按照4.6.4所示方法計算風量，進而在滿足規范的情況下大幅減小風管尺寸及風口尺寸、個數。

參考文獻：

[1]中華人民共和國公安部.建筑防煙排煙系統技術標準[M].北京：中國計劃出版社，2017.

[2]劉成.單個排煙口最大允許排煙量問題探究[J].暖通空調，2020，50（01）：82-85+102.

Optimal design for mechanical smoke

exhaust system of multiple smoke prevention zones

Wang Liguo

（Beijing Building Industrialization Group Corp.， Ltd.，Beijing? 100000）

Abstract：By analyzing the provisions of 4.6.4 of GB 51251-2017 "Technical standard for smoke management systems in building"， it is found that air duct and the size of the air setting according to the air volume determined by this method will exceed the speed in actual operation and will not meet the specification requirements. By analyzing the fan performance and the pipe network characteristic curve， setting the control valve makes the pipe network resistance of the smoke exhaust system composed of each branch match the performance curve of the fan， which can meet the specification requirements without increasing the size of the air duct and the size of the air.

Keywords：multiple smoke prevention zone; smoke exhaust volume; air duct and size of the air; control valve