民用建筑自然排煙設(shè)計(jì)分析

阮麗君

上海滬防建筑設(shè)計(jì)有限公司

民用建筑自然排煙設(shè)計(jì)分析

阮麗君

上海滬防建筑設(shè)計(jì)有限公司

在建筑物的防排煙設(shè)計(jì)中，自然排煙是優(yōu)先考慮采用的一種方式，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、節(jié)省投資、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。自然排煙易受到外界環(huán)境因素的影響，因此規(guī)范規(guī)定了設(shè)計(jì)自然排煙的允許條件及方法。現(xiàn)有的各種規(guī)范的要求有所差異，本文對(duì)此作出分析比較，認(rèn)為進(jìn)行自然排煙設(shè)計(jì)時(shí)，不同規(guī)范之間可以相互參考補(bǔ)充，但是有些不一致的條文規(guī)定會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果相距甚遠(yuǎn)，有待修正。

自然排煙 規(guī)范 分析比較

在防排煙設(shè)計(jì)中，作為設(shè)計(jì)依據(jù)的國(guó)家規(guī)范包括《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2006）（以下簡(jiǎn)稱《建規(guī)》）、《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50045-95-2005）（以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》）。另外有一些地方標(biāo)準(zhǔn)主要有上?！渡虾Ｊ薪ㄖ琅艧熂夹g(shù)規(guī)程》（DGJ08-88-2006）（以下簡(jiǎn)稱《上海標(biāo)準(zhǔn)》）、北京《自然排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工及驗(yàn)收規(guī)范》（DBJ 01-623-2006）（以下簡(jiǎn)稱《北京標(biāo)準(zhǔn)》）。

1 中庭自然排煙分析

對(duì)于中庭的自然排煙，《高規(guī)》和《北京標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定只有中庭高度低于12m時(shí)才能采用自然排煙，開(kāi)窗面積為不小于中庭占地面積的5%。《建規(guī)》和《上海標(biāo)準(zhǔn)》則沒(méi)有限制12m高度。在實(shí)際工程中，中庭的圍護(hù)結(jié)構(gòu)往往為玻璃，頂面可能為弧形，設(shè)機(jī)械排風(fēng)非常困難。其實(shí)不少建筑經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬及理論分析計(jì)算，證明對(duì)大于12m的中庭采用自然排煙是可行的，表1列出了這些模擬和實(shí)際工程的具體情況。

表1 模擬工程統(tǒng)計(jì)

火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙氣在熱壓作用下上升，到達(dá)頂棚后進(jìn)行水平擴(kuò)散，當(dāng)碰到墻壁或水平障礙物后，煙氣開(kāi)始下降，煙層逐漸下降，溫度不斷升高。排煙要求在一定時(shí)間內(nèi)煙層維持在某一高度，使排出的煙量與產(chǎn)生的煙量相等，煙層厚度不再發(fā)生變化，煙層下方即為清晰高度。該高度應(yīng)滿足人員的疏散要求。根據(jù)這個(gè)排煙原理，雖然中庭高度大于12m時(shí)，部分煙氣會(huì)遇冷下降，但建筑中的高大中庭具有較強(qiáng)的蓄煙功能，為人員的疏散贏得時(shí)間。在表1中的各個(gè)項(xiàng)目均論證了通過(guò)合理的設(shè)置自然排風(fēng)與補(bǔ)風(fēng)的面積和位置，同時(shí)最小清晰高度滿足最上層的人員疏散要求的情況下，對(duì)大于12m的中庭，自然排煙能很好地滿足消防要求。所以在實(shí)際工程中，對(duì)于高于12m中庭，可綜合考慮風(fēng)壓、熱壓的作用通過(guò)模擬計(jì)算論證，進(jìn)行自然排煙設(shè)計(jì)。

2 樓梯間自然排煙

各防火規(guī)范都規(guī)定靠外墻的防煙樓梯間設(shè)計(jì)自然排煙時(shí)，每五層內(nèi)可開(kāi)啟排煙窗的總面積不應(yīng)小于2.0m2。其中《建規(guī)》和《高規(guī)》在條文說(shuō)明中指出這五層中頂層或上兩層應(yīng)有一定的開(kāi)窗面積，其余樓層不限，所謂一定的開(kāi)窗面積，并未有明確的數(shù)據(jù)，若只在上面第二層開(kāi)窗，且面積很小，由于煙氣往上躥升，那么樓梯間最上面兩層的煙氣會(huì)聚集，不利于疏散。在《上海標(biāo)準(zhǔn)》和《北京標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定了自然排煙樓梯間頂層的通風(fēng)面積不小于0.8m2，一般樓梯間的截面積約為20～30m2，該開(kāi)窗面積占截面積比為2.6%～4%，與《建規(guī)》9.2.2.4規(guī)定的其余區(qū)域自然排煙的開(kāi)窗面積占房間占地面積之比在2%～5%范圍內(nèi)相符。德國(guó)《高層住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：必須在最上部設(shè)排煙裝置，其面積必須至少為樓梯間截面積的5%。日本《建筑法規(guī)執(zhí)行條例》規(guī)定：在頂棚下80cm高度范圍內(nèi)，能開(kāi)啟窗戶的凈面積不小于房間面積的2%。所以參考國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)跇翘蓍g自然排煙設(shè)計(jì)中，頂層通風(fēng)面積0.8m2的要求也是必要的。實(shí)際工程中，若外墻開(kāi)窗面積無(wú)法滿足時(shí)，可以在伸出屋頂?shù)娘L(fēng)井側(cè)面設(shè)百葉窗排煙。

3 自然排煙開(kāi)窗面積及補(bǔ)風(fēng)問(wèn)題

在《建規(guī)》、《高規(guī)》中規(guī)定自然排煙時(shí)不同空間的可開(kāi)啟外窗面積，沒(méi)有提及補(bǔ)風(fēng)要求。但在《北京標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定設(shè)置自動(dòng)自然排煙系統(tǒng)的場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，而補(bǔ)風(fēng)可以采用自然補(bǔ)風(fēng)或機(jī)械補(bǔ)風(fēng)?！渡虾?biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定除面積小于500m2的區(qū)域或帶噴淋的大空間辦公室和汽車庫(kù)外，其余空間需設(shè)排煙和補(bǔ)風(fēng)口，自然通風(fēng)面積按下式計(jì)算：

式中：Av、A0為排煙口、所有進(jìn)風(fēng)口的截面積，m2；Cv為排煙口流量系數(shù)，通常取0.5～0.7；C0為進(jìn)氣口流量系數(shù)，通常取0.6；ρ0為環(huán)境密度下的氣體密度，kg/m3；db為排煙窗下煙氣的厚度，m；T為煙氣的絕對(duì)溫度，K；T0為環(huán)境的絕對(duì)溫度，K。

從式（1）看出，當(dāng)Av/A0確定后，對(duì)某一個(gè)火災(zāi)模型所需的Av即可確定，從節(jié)能角度考慮，可開(kāi)啟外窗面積越小越好，圖1為不同火災(zāi)模型下，Av/A0與Av+A0的曲線圖。

圖1 不同火災(zāi)模型下Av/A0與Av+A0的關(guān)系

圖1中曲線一、二為層高為4.5m的辦公室，曲線三、四為層高為12m的中庭。從圖中可看出在Av/A0比例在1.1～1.35之間時(shí)，排煙及補(bǔ)風(fēng)的面積之和較小，所以在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)建筑條件按此比例范圍取值。

從各規(guī)范可看出，主要有下列建筑空間的自然排煙補(bǔ)風(fēng)要求是不同的（表2）。

表2 各種建筑空間的自然排煙補(bǔ)風(fēng)

表2中兩種空間自然排煙開(kāi)窗面積比較見(jiàn)表3。

表3 兩種空間自然排煙的開(kāi)窗面積比較

從表3可看出：自然排煙按不同的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，開(kāi)窗面積中庭在380m2（大空間建筑面積500m2）時(shí)大致相同，隨著面積增加至2000m2，《上海標(biāo)準(zhǔn)》要求的開(kāi)窗面積約為其他規(guī)范規(guī)定面積的30%。當(dāng)中庭面積減小至100m2時(shí)，《上海標(biāo)準(zhǔn)》要求的開(kāi)窗面積約為其他規(guī)范的規(guī)定面積的3.5倍?！渡虾?biāo)準(zhǔn)》中4.3.7規(guī)定，當(dāng)建筑室內(nèi)凈高度超過(guò)6m，建筑室內(nèi)凈高度每增加1m，排煙面積可減少5%。此條文未說(shuō)明是否適用于中庭，考慮到中庭與相鄰走道或回廊聯(lián)通時(shí)，中庭的清晰高度須滿足最高層的疏散要求，因此4.3.7條不能直接適用于中庭。

《上海標(biāo)準(zhǔn)》主要采用火災(zāi)模型確定自然排煙和補(bǔ)風(fēng)面積，《建規(guī)》、《高規(guī)》主要按面積確定自然排煙面積?！侗本?biāo)準(zhǔn)》主要按面積確定自然排煙面積，采用火災(zāi)模型確定補(bǔ)風(fēng)面積。兩套計(jì)算規(guī)則在防火分區(qū)的上下限時(shí)自然通風(fēng)面積差距很大，如果每一種標(biāo)準(zhǔn)都是滿足要求的，那么必有一種標(biāo)準(zhǔn)在某個(gè)建筑面積范圍內(nèi)是要求過(guò)高的，所以兩種計(jì)算方法還需根據(jù)建筑面積作修正。

火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的大量煙氣通過(guò)開(kāi)啟外窗自然排煙時(shí)，必須有一定的補(bǔ)風(fēng)才能保證排煙的實(shí)現(xiàn)，《建規(guī)》、《高規(guī)》未規(guī)定補(bǔ)風(fēng)面積，應(yīng)是考慮了通過(guò)門或窗縫隙自然補(bǔ)風(fēng)，所以設(shè)計(jì)時(shí)須考慮這些補(bǔ)風(fēng)的有效性，如果沒(méi)有合理的補(bǔ)風(fēng)量，那么一部分排煙口就成為補(bǔ)風(fēng)口，使煙氣下沉，排煙就不能順利進(jìn)行，所以自然補(bǔ)風(fēng)口應(yīng)設(shè)在儲(chǔ)煙倉(cāng)的下部。當(dāng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自然補(bǔ)風(fēng)時(shí)，應(yīng)采用機(jī)械補(bǔ)風(fēng)。

4 結(jié)語(yǔ)

1）由于《高規(guī)》等規(guī)范規(guī)定只有高度不大于12m的中庭才能采用自然排煙，雖然《建規(guī)》沒(méi)有這個(gè)高度限制，審圖或消防審批時(shí)往往從嚴(yán)要求，不允許大于12m的中庭采用自然排煙，通過(guò)不少模擬分析和理論計(jì)算證明，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，大于12m的中庭自然排煙是可以滿足防排煙要求的。對(duì)一些無(wú)法機(jī)械排煙的場(chǎng)所可以采用自然排煙。

2）《上海標(biāo)準(zhǔn)》和《北京標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的自然排煙樓梯間頂層的通風(fēng)面積不小于0.8m2，建議在其他地區(qū)設(shè)計(jì)中也參考應(yīng)用，使樓梯間的自然通風(fēng)更加可靠有效。

3）自然排煙也需要一定的補(bǔ)風(fēng)量，《高規(guī)》和《建規(guī)》未明確補(bǔ)風(fēng)要求，應(yīng)是考慮了疏散門和窗的縫隙補(bǔ)風(fēng)，若實(shí)際工程中沒(méi)有這些補(bǔ)風(fēng)條件，應(yīng)該增加自然補(bǔ)風(fēng)口或機(jī)械補(bǔ)風(fēng)。

4）本文提到的四個(gè)規(guī)范在某些特定建筑空間的自然排煙面積設(shè)計(jì)結(jié)果相差3.5倍，必有一種是不合理的，對(duì)這些區(qū)域需要一定的修正。

[1] 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(GB50016-2006)[S]

[2] 高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(GB50045-95-2005)[S]

[3] 上海市建筑防排煙技術(shù)規(guī)程(DGJ08-88-2006)[S]

[4] 自然排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工及驗(yàn)收規(guī)范(DBJ 01-623-2006)[S]

[5] 王旭,石鶴.國(guó)家大劇院高大空間排煙系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)[J].暖通空調(diào),2008,38(9):52-54

[6] 王健,田盛松,肖裔平.東莞國(guó)際會(huì)展中心中庭排煙設(shè)計(jì)[J].暖通空調(diào),2003,33(1):78-79

[7] 阮文.扁平中庭自然排煙有效性分析[J].消防科學(xué)與技術(shù),2013, 32(3):265-267

[8] 郭宏曉.酒店中庭自然排煙方式的數(shù)值模擬[J].消防科學(xué)與技術(shù),2012,31(6):592-594

[9] 江蘋(píng),葉大法.浦東圖書(shū)館中庭自然通風(fēng)研究與應(yīng)用[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械,31(133):58-61

Analysis on Natural Ventilation Design of Civil Construction

RUAN Li-jun
Shanghai Civil Air Deference Architecture Design Co.,Ltd.

In design of smoke control system,natural smoke extraction is a priority,because it has the advantage of saving investment,simple and reliable structure,convenient operation and maintenance etc...Natural ventilation is vulnerable to external environmental factors,so the codes provided the conditions and method of design of natural ventilation.There are some difference between the various codes,so this passage makes some analysis and comparison, thinking it can be referenced between different codes in design of smoke control system,and some rules lead to the results of design so far,need to be modified.

natural ventilation design,code,analysis and comparison

1003-0344（2015）04-098-3

2014-4-26

阮麗君（1971～），女，大學(xué)，工程師；上海徐匯區(qū)園南三村27號(hào)301室（200231）；E-mail:1822806058@qq.com