担负多个防烟分区的机械排烟系统优化研究

 文章编号：（2018） 1003­0344 08­025­4建 筑 热 能 通 风 空 调

BuildingEnergy&Environment Vol.37No.8 Aug.2018.25~27 担负多个防烟分区的机械排烟系统优化研究

朱俊亮 中铁第六勘察设计院集团有限公司

通过工程设计方案对比 摘 要：根据现行建筑设计防火规范对民用建筑中的机械排烟系统设计进行了定性分析， 和规范剖析， 得出适应建筑设计防火规范的机械排烟系统设计方案， 指导设计者按照正确的设计理念进行设计； 提出排烟系统必须配合合理的控制模式才能有效发挥其效果； 建议建筑防排烟系统技术规范尽快发布， 并明确每 个防烟分区的划分原则、 排烟量计算方法、 排烟系统控制模式。 关键词：消防 机械排烟 控制模式 暖通空调 ResearchonOptimizationofMechanicalSmoke ExhaustSystemwithMultipleSmokeCompartments ZHUJun­liang ChinaRailwayLiuyuanGroupCo.,Ltd. Abstract: Accordingtothecurrentcodeforfireprotectiondesignofbuildings,mechanicalexhaustsystemdesignin civilbuildingsareanalyzed.Throughtheengineeringdesignschemecomparisonandnormativeanalysis,theadaptive designofmechanicalexhaustsystemforthecodewerefounded,whichcanguidetheengineertodesigninaccordance withthecorrectdesignconcept;Putforwardthatsmokeexhaustsystemmustprovidedwithreasonablecontrolmodein ordertobringthesystemintoplay.AdviseTechnicalCodeforbuildingsmokecontrolandsmokemanagementsystemto bepublishedassoonaspossible,andtomakecleareachsmokecompartmentsdivisionprinciple,smokeexhaust calculationmethod,smokeexhaustcontrolcode. Keywords: fireprotection,mechanicalsmokeexhaust,controlmode,HVAC 0 引言 大量建筑的出 近年， 中国城镇化速度越来越快， 现在满足人们居住、 娱乐的同时， 也带来了一定的消 防安全问题。据统计， 我国每年因火灾伤亡的人数达 [1] 几千人， 其中有 90%以上是被烟气窒息死亡的 。因此 同步导致各设计院设计标准不尽相同。 本文针对新、 旧建筑设计防火规范对民用建筑中 需划分多个防烟分区的机械排烟系统进行详细解读， 便于 通过实例剖析， 帮助设计者更加深刻地理解规范， 统一标准， 达成规范要求。 为保证火灾发生后人们能够顺利地向室外安全区域 进行疏散， 必须做好防排烟系统的设计。现行 《建筑设 计防火规范》 （简称 “新建规” ） 仅明确了 GB50016­2014 《建筑防 防排烟系统的设置场所 [2]， 但是与之相适应的 1 现行规范对排烟量的计算规定 中华人民共和国公安部公消 [2015]98号规定三， 尚未批 鉴于新制订的 《建筑防烟排烟系统技术规范》 排烟系统技术规范》 却迟迟未有发布。新旧规范的不 2017­8­8 收稿日期： 

E­mail:jlzhudut@163.com 作者简介：朱俊亮 （1984~）， 男， 硕士， 工程师； 天津市空港经济区中环西路 36号 （300308）；

·26·建 筑 热 能 通 风 空 调 2018 年

准发布， 防烟排烟系统的设计与审核按照以下规定执 行： 防烟与排烟系统设置场所执行新版 《建筑设计防 火规范》（GB50016­2014）；其他具体系统设计仍执行 《建筑设计防火规范》（GB50016­2006） 及 《高层民用建 筑设计防火规范》（GB50045­95）（2005 版） 的有关规 定 [3] 。 其中 《建筑设计防火规范》（GB50016­2006）（简称 “旧建规” ） 对机械排烟系统的排烟量计算要求为表 1 [4] 。 表1 旧建规对机械排烟量的计算规定 条件和部位 单位排烟量/m 3 /(h∙m 2 

) 

备注

担负1个防烟分区

室内净高大于6.0m且不划分防烟分区的空间 

60 单台风机排烟量不应

小于7200m 3 

/h 

担负2个及2个以上防烟分区 

120 

应按最大的防烟分区

面积确定

高层民用建筑设计防火规范 GB50045­95（ 2005 版）（简称 “高规” ） 对机械排烟量的计算规定如下： 担负 1个防烟分区排烟或净空高度大于 6.0m的不划防烟 分区的房间时，应按每平方米面积不小于 60m 3 /h 计 算 （单台风机最小排烟量不应小于 7200m 3 /h）。担负 2 个或 2个以上防烟分区排烟时，应按最大防烟分区面 积每平方米不小于 120m 3 /h计算 [5] 。 旧建规和高规对机械排烟量计算的规定都是摘 抄的日本规范， 源自日本规定： 担负 2个或2个以上防 烟分区的排烟风机排烟量每分钟能排出 2m 3 /min（ 120 m 3 /h） 以上， 且满足防烟分区每平方米地板面积排出 1 m 3 /min（ 60m 3 /h） 排烟量 [5] 。 通过对旧建规和高规条文及 解释的比较可以看出二者对于防烟分区内排烟量的 计算和设备选型的规定完全一致。 2 工程实例排烟系统方案对比 通过调研发现， 国内各设计院对规范的理解深度 有差异， 机械排烟系统的设计方案也不尽相同。本文 设置一个工程实例， 首先选取常规设计方案的机械排 烟系统， 并对其进行定性分析， 根据其不足进行相应 的方案优化。方案对比重点剖析系统的风管、 风口设 置原则、 防烟分区的划分原则及其排烟量计算。 2.1 工程概况和设计要求 工程为一层公共建筑， 房间功能为办公室， 建筑 面积共1230m 2 ， 建筑层高为4.8m， 梁底标高 4.2m。 按 照新建规条文 8.5.3 要求，单个房间建筑面积大于 100m2， 经常有人停留且可燃物较多。 每个房间可开启 外窗面积都不满足自然排烟条件， 因此设置机械排烟 系统， 自然补风。 2.2 常规设计方案及分析 每个房间单独划分为1防烟分区， 共 3个。 其排烟 量的计算按照旧建规。 排烟风机采用耐高温轴流风机， 设置于屋面， 排烟风管材质为镀锌钢板， 每个防烟分区 根据排烟量计算值设置不同数量和规格尺寸的常闭 排烟口。具体系统设计详见图 1。 图1 常规设计方案剖面示意图 按照旧建规规定，担负 2个或2个以上防烟分区 排烟时， 排烟风机设备选型应按最大防烟分区面积每 平方米不小于 120m 3 /h排烟量计算。该排烟系统最终 计算排烟量为 480伊120 m 3 /h=57600m 3 /h。设备选型排 烟量为 57600伊1.2=69120 m 3 /h，因此排烟系统在同时 担负防烟分区一和防烟分区二时排烟风管变径加大， 尺寸为 2000mm伊500 mm以保证风速满足要求。计算 各防烟分区的排烟量见表2。 表2 各防烟分区排烟量计算表 防烟分区 面积/m 

2 

计算排烟量/m 3 

/h 

防烟分区一 480 28800 防烟分区二 300 18000 防烟分区三 

450 

27000 

表 3 常规设计风管尧风口风速对比表 防烟分区

工况

设计风速/m/s 实际风速/m/s 风管 风口 风管 风口 防烟分区一 仅开启防烟分区一排烟口 16.00 7.94 32.00 15.87 防烟分区二 仅开启防烟分区二排烟口 5.00 7.81 16.00 25.00 防烟分区三 仅开启防烟分区三排烟口 

7.50 

7.44 

16.00 

15.87 

因为着火时只开启着火防烟分区的排烟口， 但是 常规设计每个防烟分区的排烟口和排烟风管的配置 都是按照每平方米 60m 3 /h 的排烟量设计，而且为节 省设备和管材， 排烟风管、 风口的设计风速基本都是按 照规范的上限值选取。这样排烟系统启动时，系统风 量远远大于单个防烟分区所需要的设计风量值， 不可 避免地会出现风口和风管风速超标的现象。3个防烟 第 37 卷第 8 期 朱俊亮： 担负多个防烟分区的机械排烟系统优化研究 ·27·

分区风管、 风口的风速设计值和实际值如表 3。 如表 3 所示： 当火灾发生时， 单独开启着火防烟 分区排烟口工况下， 风管风速会超过规范的规定值 （20m/s），而排烟口的风速更是远远超过规范值 （10 m/s）。 这样不但造成整个系统的排烟阻力和噪声超标， 更严重地影响了排烟效果。当排烟口风速超过规范值 时， 排烟口会过多地吸入周围的空气， 使排出的烟气 中空气所占的比例增大 [4] 。即便是开启 2个防烟分区， 因为系统是按照最大防烟分区的面积计算的排烟量， 着火时系统启动， 防烟分区的风量、 风速依然可能超 标。 由此可见， 国内各大设计院的常规设计方案表面 上每个防烟分区的排烟量满足了要求， 排烟系统担负 2 个及以上防烟分区的设备选型也是满足规范要求 的， 但是设计者没有考虑发生火灾时整个排烟系统的 控制模式和排烟效果， 造成了排烟系统失效， 并且违 反了设计规范。 2.3 优化设计方案 针对目前排烟系统违反规范的现象， 笔者对常规 的设计方案进行了优化。既然规范要求每平方米排烟 量不小于 60m 3 /h， 担负 2 个及以上防烟分区时， 排烟 风机选型需按照最大防烟分区每平方米排烟量不小 于 120m 3 /h。那么当排烟系统担负 2个及以上防烟分 区时， 令每个防烟分区的排烟风管和风口均按照每平 方米排烟量不小于 120m 3 /h 去设计就能满足单个防 烟分区着火时排烟风管、 风口不超速的要求。这样的 话， 每个防烟分区的排烟管尺寸和排烟口尺寸和个数 都是相同的， 相比于常规设计方案， 优化的设计方案 在风管和风口用量上会有一定的增加。具体系统方案 见图 2。 图 2 优化设计方案剖面示意图 优化的机械排烟系统按最大防烟分区面积每平 方米不小于 120m 3 /h的排烟量进行计算， 但是排烟风 机的设备选型仍然可以与常规设计方案保持一致。风 管和风口风速的设计值和实际值见表 4。 表 4 优化设计风管尧风口风速对比表 防烟分区

工况

设计风速/m/s 实际风速/m/s 风管

风口 风管 风口 防烟分区一 仅开启防烟分区一排烟口 16.00 8.47 16.00 8.47 防烟分区二 仅开启防烟分区二排烟口 16.00 8.47 16.00 8.47 防烟分区三 仅开启防烟分区三排烟口 

16.00 

8.47 

16.00 

8.47

通过表4可以看出，控制模式同样考虑只开启着 火防烟分区的排烟口， 无论是哪个防烟分区着火， 排烟 风管、 排烟口风速的设计值和实际值都是一致的， 符合 规范要求， 而且可以保证良好的排烟效果。 2.4 方案对比分析 按照优化的排烟系统设计， 只考虑同一时间仅有 一处着火点， 火灾时仅开启着火防烟分区的排烟口， 无 论从排烟风管、 排烟口风速控制还是火灾时消防联动 控制都是有利的， 而且可以充分保证排烟效果， 满足规 范要求， 避免目前常规设计中出现联动控制乱象和风 口、 风管超速等现象。 当然优化的设计方案是按照规范要求进行设计， 相比于各设计院的常规设计方案， 在风管和风口材料 上会有少量增加， 但是设备选型并不会发生变化， 因此 从本专业排烟效果和规范要求的角度来分析， 优化的 设计方案才是符合规范要求的，也是必须执行的。另 外， 明显的可以看出， 同一个机械排烟系统服务的防烟 分区， 面积应该尽量缩小差距， 从而降低排烟设备的排 烟量， 划分为相同面积时对减少设备投资最为有利。 3 对现行规范的建议 目前我国的建筑设计防火规范和高层建筑设计 防火规范， 很多条文及其条文解释不够明确， 而且只是 照搬国外的设计标准，不一定就是符合我国国情。因 此， 即将发布的 《建筑防烟排烟系统技术规范》 应该明 确规定同一个防火分区内防烟分区设置原则、 每个防 烟分区排烟量计算方法以及发生火灾时排烟系统的 控制模式。另外，还建议对既有建筑进行消防设施系 统可靠性进行调查，根据现行规范下的设计缺陷， 尽 快地更新出适应于我国国情的建筑设计防火规范。 4 结论 因旧建规和高规对排烟量的计算要求一致， 本文 的结论对执行高规的案例同样适用。通过对民用建筑 中担负多个防烟分区的机械排烟系统进行详细的举 （下转 24 页） ·24·建 筑 热 能 通 风 空 调 2018 年

3 结论 地铁的快速、 遍布范围广以及票价亲民等各种优 点已经成为了人们出门的不二之选， 然而地铁车厢作 为一个密闭性的环境， 人流密度波动幅度大， 如果不 能合理的调整地铁车厢内热环境参数， 将无法给乘客 带来舒适的乘车感受， 甚至造成极大的能源浪费。 基于上述考虑， 本课题组在地铁车厢内进行问卷 调查及实测， 对冬季及过渡季节九号线车厢的热环境 主要结论如下： 与热舒适进行研究， 过渡季节， 地铁车厢内热舒适性较差， 1） PPD 值 建议地铁空 最高可达 50%， 感觉到稍暖的比例较大， 调延长开放时间， 提高车厢热舒适性。 冬季时， 车厢 风速对乘客热感觉有调节作用， 2） 内温度较高时， 车厢风速低， 乘客的不满意率较高。 冬季实测温度远高于计算得出的热中性温度， 3） 建议地铁空调系统在后续调节中可以降低空调温度； 建议提高车厢空调 夏季车厢内温度低于热中性温度， 并且节约能源。 送风温度， 提高热舒适性， 4） PMV­PPD 指标虽然从原理上适用于稳态环境 4 未来展望 课题组对于本实验在夏季只测试了初夏时候的 数据感到非常遗憾， 课题组成员曾多次过安检被保安 质疑所携带仪器是否为危险物品。课题组希望将来能 有机会对夏季 PMV修正的猜想做一个验证，除此之 外课题组在对地铁车厢内进行问卷调查中发现， 乘客 对车厢内的空气品质关注度较高， 而且在问卷调查中 发现部分乘客在乘车过程存在困倦、 头晕、 胸闷等感 导致乘客出现这 觉， 地铁车厢作为一个封闭性的环境， 些病态建筑综合症 （SBS） 的直接因素就是车厢内的空 气品质， 课题组希望将来能有机会对车厢内空气品质 做一个细致的研究， 完善地铁车厢内热舒适研究。 参考文献 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]

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而 RWI与 HDR指标则适合于动态环境，但是从前面 分析可以看出，对于冬季和过渡季节的热舒适评价， PMV­PPD 指标比 RWI 与 HDR 指标更加接近实际问 卷情况， 更有可信性； 而在夏季时， 适用 PMV­PPD 指 标则与实际情况偏差较大，相反， RWI指标与问卷结 果较吻合， 针对上述情况， 课题组猜测在夏季时可将 PMV指标整体下移 0.5后进行车厢热舒适评价。 （上接 27 页） 例比较、 剖析， 得出结论如下： 在现行规范条文下， 国内各设计院对排烟系统 1） 中排烟量的计算理解过浅， 导致实际工程中设计的排 烟系统达不到预期的排烟效果， 排烟风管、 风口风速 超标严重， 不能够满足现行规范要求。 能够满足现行规范 按照提出的优化设计方案， 2） 要求， 但也存在成本提高的问题。 分区之 同一个机械排烟系统服务的防烟分区， 3） 间的面积应该尽量缩小差距， 划分为相同面积时对减 少设备投资最为有利。 建议 《建筑防烟排烟系统技术规范》 明确防烟 4） 排 分区的划分原则，每个防烟分区排烟量及排烟口、 烟管、 排烟阀的设置原则、 每个防火分区内排烟系统 [5] [2] [3] [4] 的控制模式。更重要的是明确暖通空调专业需要提供 给电气专业的控制原则， 使建筑防排烟系统在火灾时 真正地发挥作用。 参考文献 [1] 赵宝武. 高层建筑防火排烟设计的探讨[J].建筑科学,2012,(5): 155­155 公安部天津消防研究所,公安部四川消防研究所.建筑设计防 火规范GB50016­2014[S].北京:中国计划出版社,2015 公安部消防局. 关于执行新版消防技术规范有关问题的通知 (公消[2015]98号)[S].2015 公安部天津消防研究所.建筑设计防火规范 GB50016­2006[S]. 北京:中国计划出版社,2006 中华人民共和国公安部.高层民用建筑设计防火规范GB5004 5­95(2005版)[S].北京: 中国计划出版社,2005