白琳

中國(guó)建筑第八工程局有限公司設(shè)計(jì)管理總院

0 引言

自國(guó)標(biāo)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GB 51251-2017》實(shí)施以來(lái)，有關(guān)它的討論一直持續(xù)。對(duì)于條文的理解和條文在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也存在不同程度的差異。通過(guò)本文，將探討國(guó)標(biāo)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GB 51251-2017》中4.6.14 條關(guān)于“單個(gè)排煙口最大允許排煙量”的計(jì)算對(duì)指導(dǎo)排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的作用。

1 上?！督ㄖ琅艧熂夹g(shù)規(guī)程DGJ08-88-2006》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）的計(jì)算方法

1.1 計(jì)算公式

1）軸對(duì)稱型煙羽流質(zhì)量流量計(jì)算公式[1]：

式中：Qc為熱釋放量（Q）的對(duì)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(yīng)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(zhì)量流量，kg/s。

2）煙層平均溫度與環(huán)境溫度的差駐T 的計(jì)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(jì)算公式[1]：

規(guī)程中5.2 排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算5.2.6 機(jī)械排煙系統(tǒng)中，每個(gè)排煙口的排煙量不應(yīng)大于臨界排煙量Vcrit，Vcrit按以下公式計(jì)算，且db/D 不宜小于2。

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

1.2 計(jì)算結(jié)果

以凈高4 m、有噴淋的走道為例，通常為了方便對(duì)比，擋煙垂壁取最小高度0.5 m；Cρ統(tǒng)一取1.01 kJ/(kg·K)。假設(shè)燃料面為建筑地面。根據(jù)最新國(guó)標(biāo)4.6.7 條可知，有噴淋的走道Q 的計(jì)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(cè)排煙的情況下，β 也取2.0。

圖2 吊頂下墻體側(cè)排煙

此時(shí)與圖1 的區(qū)別是db的取值，假設(shè)風(fēng)口上沿離吊頂50 mm 且風(fēng)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(fēng)口最近的邊離墻＞0.5 m 時(shí)（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(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GB 51251-2017》（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）的計(jì)算方法

2.1 計(jì)算公式

最大允許排煙量Vmax[2]的計(jì)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(shù)，當(dāng)風(fēng)口中心點(diǎn)到最近墻體的距離逸2D 時(shí)，γ取1.0；當(dāng)風(fēng)口中心點(diǎn)到最近墻體距離<2D 時(shí)，γ 取0.5；當(dāng)吸入口位于墻體上時(shí)，γ 取0.5。db為排煙系統(tǒng)吸入口最低點(diǎn)之下煙氣層厚度，m；T 為煙層的平均絕對(duì)溫度，K；T0為環(huán)境的絕對(duì)溫度，K，通常；D 為排煙口的當(dāng)量直徑，m，當(dāng)排煙口為矩形時(shí)，D=2ab/(a+b)；a，b 為排煙口的寬和高，m。

2.2 計(jì)算結(jié)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(jì)算同前面1.2 節(jié)，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(fēng)口中心點(diǎn)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(cè)排煙：Mρ、駐T 的計(jì)算同前面1.2 節(jié)，Mρ=3.42 kg/s，駐T=303.98 K；假設(shè)風(fēng)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(wú)吊頂

1）γ 取1.0 的情況

如圖4 所示的側(cè)排煙：Mρ、駐T的計(jì)算同前面1.2節(jié)，Mρ=3.42 kg/s，駐T=303.98 K；假設(shè)風(fēng)口高度b=0.15 m，設(shè)計(jì)排煙管管頂在梁下50 mm 處吊裝，風(fēng)口上沿緊貼風(fēng)管管頂，db=0.5-0.05-b=0.3 m。則：

圖4 無(wú)吊頂側(cè)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(jì)算同前面1.2節(jié)，Mρ=3.42 kg/s，駐T=303.98 K；假設(shè)風(fēng)管高度h，設(shè)計(jì)排煙管管頂在梁下50 mm 處吊裝，風(fēng)口緊貼風(fēng)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(wú)吊頂上排煙

2）γ 取0.5 的情況

風(fēng)口中心點(diǎn)到最近墻體距離＜2D 的無(wú)吊頂側(cè)排煙（參考圖4）：Vmax=0.5×751.7=375.85 m3/h。

風(fēng)口中心點(diǎn)到最近墻體距離＜2D 的無(wú)吊頂上排煙（參考圖5）：

如圖6 所示的無(wú)吊頂墻體側(cè)排煙：

圖6 無(wú)吊頂墻體側(cè)排煙

Mρ、駐T的計(jì)算同前面1.2節(jié)，Mρ=3.42 kg/s，駐T=303.98 K；假設(shè)風(fēng)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(guān)應(yīng)用

以一個(gè)上海項(xiàng)目的地下車庫(kù)排煙設(shè)計(jì)為例，一個(gè)防煙分區(qū)面積1800 m2，計(jì)算排風(fēng)兼排煙量32400 m3/h，由于考慮到平時(shí)排風(fēng)的風(fēng)口風(fēng)速，所以設(shè)計(jì)采用30 個(gè)1000×150 排風(fēng)兼排煙的風(fēng)口側(cè)排。根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》4.6.7 條的表格可以查到有噴淋汽車庫(kù)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(xiàng)目?jī)舾逪'=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(guī)地下汽車庫(kù)不設(shè)吊頂，假設(shè)燃料面為車庫(kù)地面完成面，由于排煙管布置在梁下，且規(guī)范要求排煙口應(yīng)在儲(chǔ)煙倉(cāng)內(nèi)，所以須在梁下設(shè)擋煙垂壁。如圖4所示，該項(xiàng)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(jì)算公式為：Mρ=0.032Qc3/5Z。

設(shè)計(jì)中排煙口的當(dāng)量直徑：D=4ab/(a+b)=2×1.0×0.15/(1.0+0.15)=0.26 m。

風(fēng)口中心點(diǎn)距墻＞0.52 m（2D），γ 取1.0；

所以，單個(gè)排煙口的最大允許排煙量：

考慮到地下汽車庫(kù)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(jì)算出排煙口最低點(diǎn)之下煙層厚度最小為370 mm。也就是說(shuō)，擋煙垂壁的下沿距離排煙口底邊最少370 mm。已知風(fēng)口高度150 mm，設(shè)計(jì)排煙管管頂在梁下50 mm 處吊裝，設(shè)計(jì)風(fēng)口上沿距離風(fēng)管管頂50 mm，所以設(shè)于梁下的擋煙垂壁最小高度=50+50+150+db=620 mm，此時(shí)，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(shù)據(jù)對(duì)比

1）對(duì)比了關(guān)于吊頂上排煙的計(jì)算公式，舊《規(guī)程》以風(fēng)口最近邊離墻0.5m 作為β 取值的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。新《標(biāo)準(zhǔn)》則以風(fēng)口中心點(diǎn)離墻2D（m）作為γ 取值的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

2）對(duì)比關(guān)于吊頂上排煙的計(jì)算結(jié)果：

風(fēng)口中心點(diǎn)離墻逸2D 且風(fēng)口最近的邊離墻＞0.5 m 時(shí)，新《標(biāo)準(zhǔn)》的計(jì)算結(jié)果是舊《規(guī)程》的0.57 倍。

風(fēng)口中心點(diǎn)離墻逸2D 且風(fēng)口最近的邊離墻臆0.5 m 時(shí)，新《標(biāo)準(zhǔn)》的計(jì)算結(jié)果是舊《規(guī)程》的0.8 倍。

風(fēng)口中心點(diǎn)離墻＜2D 且風(fēng)口最近的邊離墻＞0.5 m 時(shí)，新《標(biāo)準(zhǔn)》的計(jì)算結(jié)果是舊《規(guī)程》的0.285 倍。

風(fēng)口中心點(diǎn)離墻＜2D 且風(fēng)口最近的邊離墻臆0.5 m 時(shí)，新《標(biāo)準(zhǔn)》的計(jì)算結(jié)果是舊《規(guī)程》的0.4 倍。

3）對(duì)比關(guān)于吊頂下墻體側(cè)排煙的計(jì)算結(jié)果：

新《標(biāo)準(zhǔn)》的計(jì)算結(jié)果是舊《規(guī)程》的0.4 倍。

4）擋煙垂壁高度相同且風(fēng)口均在梁下50 mm 的位置布置時(shí)，無(wú)吊頂側(cè)排煙（風(fēng)口中心點(diǎn)離墻＜2D）和無(wú)吊頂墻體側(cè)排煙計(jì)算結(jié)果相同。

5）新《標(biāo)準(zhǔn)》中，擋煙垂壁高度相同時(shí)，無(wú)吊頂墻體側(cè)排煙（參考圖6）且排煙口梁下50 mm 安裝與吊頂下墻體側(cè)排煙（參考圖2）且排煙口吊頂下50 mm 安裝的計(jì)算結(jié)果相同。

4 結(jié)論

1）舊《規(guī)程》的公式（5）給出的無(wú)因次系數(shù)β 的取值只涉及有吊頂?shù)那闆r，無(wú)吊頂?shù)那闆r沒有給出具體數(shù)值，無(wú)法計(jì)算。新《標(biāo)準(zhǔn)》的式（6）可計(jì)算有吊頂和無(wú)吊頂?shù)那闆r。

2）有吊頂?shù)那闆r，比較兩個(gè)規(guī)范計(jì)算出的單個(gè)風(fēng)口最大排煙量的結(jié)果，新《標(biāo)準(zhǔn)》比舊《規(guī)程》小。

3）根據(jù)式（7）和（8）可以看出，無(wú)吊頂上排煙（參考圖5）的儲(chǔ)煙倉(cāng)高度一定時(shí)，風(fēng)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(shí)，排煙口最低點(diǎn)之下煙層厚度db越大，單個(gè)排煙口的最大允許排煙量Vmax越大；也就是說(shuō)擋煙垂壁高度設(shè)計(jì)的越高，單個(gè)排煙口的最大允許排煙量越大。

5）已知由控制風(fēng)速法計(jì)算的風(fēng)口尺寸，可以用公式（6）校核計(jì)算儲(chǔ)煙倉(cāng)高度或擋煙垂壁的設(shè)計(jì)高度。如果計(jì)算結(jié)果偏大，無(wú)法滿足使用要求，需要調(diào)整設(shè)計(jì)，調(diào)整方法如下：

吊頂上排煙：通過(guò)增加風(fēng)口個(gè)數(shù)，減小單個(gè)排煙口的排煙量，從而減小了擋煙垂壁的設(shè)計(jì)高度（或儲(chǔ)煙倉(cāng)高度）。

側(cè)排煙（包括吊頂下側(cè)排和無(wú)吊頂側(cè)排）：方法一，風(fēng)口高度不變，通過(guò)增加風(fēng)口個(gè)數(shù)，減小單個(gè)排煙口的排煙量（db減?。?，從而減小擋煙垂壁的設(shè)計(jì)高度（或儲(chǔ)煙倉(cāng)高度）。方法二，單個(gè)排煙口的排煙量不變（db不變），減小風(fēng)口高度（風(fēng)口長(zhǎng)度需相應(yīng)增加），從而減小擋煙垂壁設(shè)計(jì)高度（或儲(chǔ)煙倉(cāng)高度）。方法三，通過(guò)增加風(fēng)口個(gè)數(shù)，減小單個(gè)排煙口的排煙量（db減?。?，同時(shí)減小風(fēng)口高度。