公共建筑高大空間集中通風排煙系統優化設計

黃壽元 肖俊蘭 程瑩瑩

摘要：針對具有多個中庭、展廳等公共建筑的高大空間（凈高＞6m）通風排煙，傳統機械排煙方法是設置一個排煙豎井，沿頂部水平敷設排煙支管進行頂排煙或在豎井側向布置排煙口側排煙。傳統機械排煙方法均存在單一排煙豎井面積大、受建筑平面布局限制大的問題，其中頂排煙方式水平排煙風管占用凈高影響后期裝飾吊頂風格，側排煙方式豎向難以布置多個排煙口且視覺上沖擊空間的美觀效果。基于此，從排煙方式、風井布置、氣流組織、平時通風需求等方面提出通風優化方案，擬采用雙風井雙風機排煙系統，既能滿足當任意高大空間發生火災時及時有效排除煙氣、氣流組織順暢、系統安全可靠的需求，又能兼顧高大空間在高溫季節的平時通風換氣的需求。

關鍵詞：公共建筑；高大空間；雙風井雙風機

豎向跨層且具有多個中庭、展廳等公共建筑的高大空間（凈高＞6m）通風排煙，根據GB51251—2017《建筑防煙排煙系統技術標準》相關要求，其排煙量與高大空間凈高、有無噴淋、清晰高度、儲煙倉等因素有關，且相對≤6m的場所所需排煙量大。因機械排煙系統對空間進行強制通風排煙，其排煙效果穩定，不受室外氣候、氣壓等影響，當前正逐漸成為高大空間場所煙氣控制的主要形式[1-4]。對于公共建筑的高大空間機械排煙系統，傳統排煙方案是設置一個豎向排煙豎井，沿頂部水平敷設排煙支管進行頂排煙或在豎井側向布置排煙口進行側排煙。頂排煙方案，頂部敷設的排煙管與空調風管、消防水管、橋架等機電管道錯綜交叉，影響高大空間凈高及吊頂面的裝飾造型，尤其是采光玻璃屋頂的高大空間水平排煙管影響采光屋頂采光及美觀，排煙口在高大空間上空布置，維護檢修也困難。側排煙方案，受排煙口最大允許排煙量、儲煙倉、排煙口的間距等限制，單一排煙豎井上需布置多個排煙口且豎向布置視覺上嚴重沖擊了高大空間美觀效果，而這種高大空間的美觀效果往往成為選擇機械排煙方式的首要考慮因素。同時，高大空間在夏季高溫季節有平時通風排熱的需求。因此，傳統排煙方式亟待優化改進。

1 通風排煙系統優化研究

1.1? 通風優化方案對比分析

主要針對傳統通風排煙方式進行優化改進，提高通風排煙系統安全可靠性，從排煙方式、風井布置、氣流組織、平時通風需求等方面提出通風優化方案。

1.1.1? 方案一：單風井單風機頂排煙方案

該方案為高大空間傳統機械排煙方式之一，對于大多數空間場所，不論是＞6m的高大空間還是≤6m的空間，基于煙氣上浮特征采用頂排煙為常用方式。尤其是針對＞6m的高大空間，綜合考慮設計高大空間的初衷是彰顯高大空間的莊重與大氣，若因排煙管的設置而壓低了高大空間凈高是不可取的。考慮到高大空間的排煙量、排煙風速的限制、裝飾裝修頂面的多樣化設計、較大規格排煙井所占用的平面空間，頂部排煙管與排煙口的設計受到較多局限性。該方案也因為排煙量較大，需要較大的排煙風井，排煙井的選擇也受到高大空間平面布局的限制，同時單風機功率大、運行噪聲大。見圖1。

1.1.2? 方案二：單風井單風機側排煙方案

該方案為高大空間傳統機械排煙方式之一，尤其適合于＞6m的高大空間機械排煙。該方案避開了方案一中的水平排煙管所占用空間凈高的不足，將排煙口巧妙地布置在豎向風井壁面。該方案也因為排煙量較大，需要較大的排煙風井，排煙井的選擇同樣受到高大空間平面布局的限制。另外，因文獻[1]中對單個排煙口的最大允許風量、清晰高度、儲煙倉等均有要求，且豎向上排煙口的最大允許風量相對頂排煙口的最大允許風量小，因此，需要在風井壁面布置4～6個排煙口，在視覺上一整列的排煙口對高大空間產生較大沖擊影響。同樣，單風井面積大、單風機功率大、運行噪聲大。在實際中豎向上因需要布置多個排煙口，受高大空間平面布局的影響，很難選擇一處合適的位置布置排煙豎井。見圖2。

1.1.3? 方案三：雙風井雙風機側排煙

該方案為高大空間傳統機械排煙方案下的優化方案。采用雙風井雙風機側排煙，完美地避開了方案一頂排煙風管占用凈高的問題，也規避了方案二中單一風井側壁一整列的排煙口視覺沖擊影響。另外，兩條排風井及排煙口對稱布置，火災時煙氣氣流組織均勻流暢，排煙效果最優。盡管相對方案一和方案二多設置了一條風井，但是總的風井面積不增加；盡管從風機數量上新增了一臺排煙風機，但是系統風機裝機功率不增加。該方案另外一個優點是采用雙風機排煙，單臺風機功率小，運行噪聲較低。在夏季高溫季節可選擇性、分時段地啟動排煙風機進行臨時性的通風換氣，滿足夏季高大空間的通風換氣排熱排濕需求。尤其是這種高大空間一般都采用玻璃幕墻外窗，夏季太陽輻射及圍護結構空調負荷高，對通風排熱的要求大，此時排煙風機兼排風風機，實用性強。見圖3。

各方案優缺點分析見表1。

1.2? 優選通風方案系統構成

如圖3所示，三個高大空間圖中以高大空間一、高大空間二、高大空間三示意，每個高大空間三層通高，每個通高空間為凈高＞6m的高大空間，排煙系統服務三個高大空間，系統排煙量取三個高大空間中的最大排煙量。兩條排煙井在高大空間的兩側布置，排煙井面積大小結合系統排煙量、允許風速、系統阻力、房間的平面布局等綜合考慮。排煙井側面豎向高度布置多頁排煙口側排煙，多頁排煙口安裝高度應滿足H1≥1.6+0.1×H0（H0為高大空間凈高），其位于清晰高度以上儲煙倉以內，多頁排煙口數量與安裝高度H1、高大空間凈高H0以及多頁排煙口自身的規格尺寸相關，且多頁排煙口的排煙量不超過其最大允許風量，一般取2～3個，圖中以2個示意。在布置排煙井的時候應考慮排煙井在高大空間的平面中的相對位置，多頁排煙口到服務本高大空間的最不利點≤30m，確保最不利點煙氣能有效被抽吸。各高大空間的多頁排煙口與排煙主管相連接，排煙主管布置在排煙井里，排煙主管與排風機相連接，在排煙井進入風機房的防火隔墻上設置280℃排煙防火閥，當管內煙氣溫度達到280℃時，該閥自動熔斷關閉并連鎖排風機關閉，風機房出口設排風百葉，將煙氣最終排至室外。

2 工程應用案例

以某研發辦公公共建筑通風排煙為例，地上9層，層高3.9m，每三層一個通高高大空間且為一個防煙分區，通高區域建筑面積約800m2，且位于同一平面位置，共3個高大空間，為一類高層公共建筑。若不考慮高大空間的排煙特點優選自然排煙。但是因主立面為大面積玻璃幕墻，選用電動窗為自然排煙方式中較優方案。通過電動窗詢價，整體造價偏高且排煙效果不穩定。因此，選用上述機械排煙方式中的方案三。結合建筑造型需要，將風井布置在入口大門兩側，不影響高大空間的正常使用和預期效果，且屋頂為平屋頂，也便于布置屋頂排煙機房，不影響外觀效果。實施項目內部排煙口布置見圖4。經計算排煙量87000m3/h，設計排煙量為104400m3/h，選用2臺風量52200m3/h、風壓700Pa、電機功率22kW的排煙風機，并為了結合平時使用，風機進出口安裝消聲器。根據現場實施情況，當夏季高溫季節選擇性臨時開啟排煙風機用于高大空間平時通風。

3 結束語

通過對比分析和應用案例，可得出以下結論：第一，高大空間機械排煙系統的排煙口在兩條土建豎井豎向高度側向布置，相對在一條風井上布置排煙口，對大廳裝飾效果影響最小，吊頂內不敷設排煙管，不占用吊頂空間，對后期吊頂裝飾無影響。第二，高大空間機械排煙系統布置了兩條土建豎井兩路排煙主管，單個排煙井占用平面空間小，排煙口布置均勻，雙風機同時啟動排煙，通風氣流組織順暢，當任意高大空間發生火災時能及時有效地排除煙氣，提高了系統安全性及可靠性。第三，雙風井雙風機側排煙兼顧高大空間的平時通風需求，單臺風機功率小，排風機運行噪聲低，高大空間在高溫季節臨時性通風排熱時，不影響公共建筑的正常使用。

參考文獻

[1]譚曉君.民用建筑高大空間排煙系統設計分析[J].暖通空調，2023，53（12）：285-287.

[2]李玉洋.高大空間場所煙氣控制系統設計及計算要點分析[J].中國建筑裝飾裝修，2023（4）：116-118.

[3]賴慶林，陸葵.建筑中庭排煙設計若干問題探討[J].暖通空調，2020，50（7）：84-90.

[4]任亮.高大空間建筑防煙分區設計方法研究[J].消防技術與產品信息，2018，31（3）：18-20.