基于现行规范下中庭防烟排烟设计探讨

卫梁彦 廖伟平

1 江苏中甲工程设计有限公司

2 中建八局第三建设有限公司

建筑防烟、排烟设计是建筑防火安全设计的重要组成部分，此前，我国国家标准《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045（简称高规）和《建筑设计防火规范》GB 50016（简称建规）对建筑防烟排烟系统技术提出了一定的要求，但尚无建筑防排烟系统的专项技术标准。国内外的多次火灾表明，火灾中产生的烟气，其遮光性，毒性和高温的影响是造成火灾人员伤亡的最主要因素。为确保人员的安全疏散、消防扑救的顺利进行，组织合理的烟气控制方式，建立有效的烟气控制设施是十分必要的。《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017（简称烟规）的实施对建筑防排烟设计具有重大的指导意义。

1 中庭或高大空间新旧规范对比

1.1 自然排烟

根据“高规”：1）净空高度小于12m 的中庭可开启的天窗或高侧窗的面积不应小于该中庭的地面积的5%。2）需要排烟的房间可开启外窗面积不应小于该房间面积的2%。

根据“烟规”：1）建筑空间净高小于或等于6 m 的场所，设置有效面积不小于该房间建筑面积2%的自然排烟窗（口）。2）空间净高大于6 m 的场所，其每个防烟分区排烟量应根据场所内的热释放速率以及表1、2规定计算确定：

表1 各场所规定排烟量（×104 m3/h）

表2 自然排烟侧窗（口）部风速（m/s）

表3 为计算得对应最小自然排烟侧窗（口）面积。

表3 对应最小自然排烟侧窗（口）面积（m2）

当中庭周围场所设有排烟系统时，中庭排烟量应按周围场所防烟分区中最大排烟量的2 倍数值计算，且不应小于107000 m3/h，自然排烟窗（口）的有效开窗面积按风速不大于0.5 m/s 计算（自然排烟窗（口）面积逸60 m2）。当中庭周围场所不需排烟系统时，仅在回廊设置排烟系统时，中庭排烟量不小于40000 m3/h，自然排烟窗（口）的有效开窗面积按风速不大于0.4 m/s计算（自然排烟窗（口）面积逸27.8 m2）。

1.2 机械排烟

根据“高规”：中庭体积小于或等于17000 m3时，其排烟量按其体积的6 次/h 换气次数计算；中庭体积大于17000 m3时，其排烟量按其体积的4 次/h 换气次数计算，但最小排烟量不应小于102000 m3/h。

根据“烟规”：1）建筑空间净高小于或等于6 m 的场所，其排烟量应按不小于60 m3/(h·m2)计算，且不小于15000 m3/h。2）空间净高大于6 m 的场所，其机械排烟量见表1。

2 中庭排烟计算设计探讨

1）由于“烟规”并未明确定义中庭含义，而计算排烟量中分为高大空间和中庭，在工程设计过程中需考虑高大空间或中庭防排烟要求中进行对比选择，造成不同设计人员计算排烟量不同，施工图审查标准亦难定，可能留下工程隐患。

2）由于“烟规”中未对空间净高大于12 m 的中庭或高大空间的自然排烟进行限制。当空间净高大于12m 时，由于“层化”现象自然排烟受到自然排烟条件，建筑本身热压、密闭性等因素的影响而缺乏保证。因此，根据建筑的使用性质、投资条件许可等情况，虽具有可开启外窗的自然排烟条件，但仍应采用机械排烟措施。

3）当自然排烟时，“烟规”中开窗角度可大于70毅与《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102 规定幕墙开启扇的开启角度不宜大于30毅，开启距离不宜大于300 mm相矛盾。当窗扇高度小于600 mm，投影面积按照角度计算。中当窗扇高度大于等于600 mm，每1 米窗的水平投影面积都是0.3 m2，应根据JGJ102 规定校核自然排烟窗开启面积。

4）“建规”中规定建筑面积大于100 m2的房间需考虑排烟设施。根据“烟规”的规定其计算排烟量与面积无关。工程设计中可能出现面积为100 m2的中庭或高大空间，此时可能出现外墙不足以满足自然排烟，而采用机械排烟却会造成风管、风口等布置难以实现的情况。

3 工程实例

某农业服务中心项目由功能区、办公、走道及核心筒等组成，如图1。其中门厅面积260 m2，净高6.5 m，无喷淋。门厅上空由防火卷帘与二层分隔。

图1 一层平面图

3.1 按“高规”设计计算

采用自然排烟方式，自然排烟窗可开启面积大于5%地面面积，即260×0.05=13 m2。由图1 可知，可满足自然排烟[1]。

采用机械排烟方式，“高规”计算值102000 m3/h。

3.2 按“烟规”设计计算[2-3]

1）防烟分区划分

根据“烟规”，一层门厅为一个防烟分区，防烟分区最大边长为45.6 m＜60 m。

2）最小清晰高度、储烟仓厚度

根据“烟规”，由净高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。储烟仓厚度h=H’-Hq=6.5-2.25=4.25 m。（公式符号含义参见规范[3]，下同）

3）排烟计算排烟量（轴对称烟雨流）

热释放速率：Qc=0.7Q=0.7×8=5.6 MW（Q 热释放速率查表得8.0 MW）。

火焰极限高度：Z1=0.166Qc2/5=0.166×5.62/5=5.24 m。

燃料面到烟层底部的高度：Z=2.25 m（取最小清晰高度Hq）。

烟雨流质量流量：Mρ=0.032Qc3/5Z=0.032 ×5.63/5×2.25=12.77 kg/s。

烟层平均温度与环境温度的差：自然排烟：驻T=KQc/MρCρ=0.5×5.6/12.77)=217.07 K（烟气中对流放热量因子：K=0.5；空气定压比热：Cρ=1.01 kJ/(kg·K)）。机械排烟：驻T=434.13 K（烟气中对流放热量因子：K=1）。

自然排烟计算排烟量：V=MρT/ρ0T0=12.77×510.22/(1.293×273.15)×3600=66685 m3/h（烟层的平均绝对温度：T=T0+驻T=293.15+217.07=510.22 K；ρ0=1.293 kg/m3；T0=293.15 K）。机械排烟计算排烟量：V=95056 m3/h（烟层的平均绝对温度：T=T0+驻T=293.15+434.13=727.28 K）。

根据“消规”查表得排烟量为：V’=159000 m3/h。

自然、机械排烟量Vmax=Max(V,V’)=159000 m3/h。

自然排烟窗（口）面积：F=159000/1.01/3600=43.7 m2(自然排烟侧窗（口）风速：1.01 m/s)。

4）按中庭计算：排烟量不小于107000 m3/h，自然排烟窗（口）面积60 m2。

综上可知，①当采用自然排烟方式时，按“烟规”自然排烟窗面积：高大空间计算为43.7 m2，中庭计算为60 m2。且远远大于“高规”计算值13 m2。②当采用机械排烟方式时，按“烟规”机械排烟量：高大空间计算为159000 m3/h，中庭计算为107000 m3/h 大于“高规”计算值102000 m3/h。

4 结论

本文对新旧规范进行对比，借助实际工程，按照“烟规”对中庭防排烟系统设计进行分析，“烟规”在防排烟的概念原理、设计方法都进行了重大变化。“烟规”指导防排烟进行细节计算和考虑，使设计计算更接近工程实际。