防煙樓梯間首層擴大前室防煙做法的探討

蔣梅城 盤智斌 陳明豐

中國輕工業(yè)廣州工程有限公司

2018 年8 月1 日實施的《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51251-2017 標(biāo)準(zhǔn)[1]（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）中，對于防煙樓梯間首層擴大前室(合用)的防煙措施，未有單獨的明確的規(guī)定。在其它樓層前室采用機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)的前提下，首層是否一定需要采用機械防煙系統(tǒng)，還是滿足條件可以作為一個單獨的防煙分區(qū)，考慮自然通風(fēng)。這一點在設(shè)計人員、業(yè)主、以及各審圖公司，均存在不同的看法。本文以一個具體的工程案例為例，來探討各種方案的優(yōu)劣和可行性、合理性。

1 設(shè)計條件概述

工程概況如下：本工程為某地垃圾發(fā)電項目，主廠房/主廠房附屋，占地面積9000 m2，總建筑面積20000 m2，建筑層數(shù)為地上1 層局部6 層，地下1 層，建筑高度為47.5 m。鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑，抗震烈度為6 度，二級耐火等級，丁類火災(zāi)危險。

主廠房設(shè)置消防電梯、防煙樓梯間及合用前室，前室及樓梯間負(fù)責(zé)的層數(shù)為六層(樓梯間按自然層計算層數(shù))，負(fù)責(zé)的高度為0 m～31.6 m，無地下層。建筑專業(yè)根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2014（2018 版）[2]（以下簡稱《防火規(guī)》）的6.4.3.6 條設(shè)置一層擴大前室。前室平面圖詳見圖1。

圖1 首層擴大前室平面圖

2 相關(guān)規(guī)范要求

根據(jù)《防火規(guī)》8.5.1 的要求，4#樓梯間及合用前室應(yīng)設(shè)置防煙措施。

該防煙樓梯間共有六層，主廠房為高度≤50 m 的工業(yè)建筑，樓梯間及前室負(fù)擔(dān)高度為31.6 m。根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》3.1.3 的要求，優(yōu)先考慮自然通風(fēng)。

而本工程各層前室（除一層擴大前室）外，均無外墻外窗。不滿足3.1.3.1 的要求，因此樓梯間需要設(shè)置防煙系統(tǒng)。而參照3.1.3.2 條的要求，當(dāng)前室加壓送風(fēng)口的布置滿足規(guī)范要求時，樓梯間可以采用自然通風(fēng)。自然通風(fēng)的要求詳見3.2.1 條。

本防煙樓梯間一層～三層無外墻，四層～六層有外墻外窗。因此不滿足布置間隔不大于三層的要求（每三層就要有一個可開啟外窗）。防煙樓梯間應(yīng)設(shè)置機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)。

按照《標(biāo)準(zhǔn)》3.1.5 的要求，本工程前室為合用前室，不滿足3.1.5.1 條僅在樓梯間設(shè)置機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)的要求。應(yīng)按照3.1.5.2 條，前室、樓梯間分別獨立設(shè)置機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)。

以三層8.0 m 為例，其它樓層的平面圖參考具體如圖2：

圖2 其它層前室平面圖

3 防煙樓梯間和二～六層合用前室的機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 防煙樓梯間的機械加壓送風(fēng)

3.1.1 防煙樓梯間機械加壓送風(fēng)計算

1）計算依據(jù)：《標(biāo)準(zhǔn)》第3.4.5～3.4.8 條

2）計算過程

一～六層，每層樓梯間和前室之間的門尺寸為單開1.0 m×2.2 m，數(shù)量為一個。

①門開啟時，達到規(guī)定風(fēng)速值所需的送風(fēng)量（m3/s）：

有：一層內(nèi)開啟門的截面面積Ak=2.2 m2，門洞斷面風(fēng)速v=0.7 m/s，設(shè)計疏散門開啟的樓層數(shù)量N1=3。則：L1=2.2×0.7×3=4.62 m3/s。

②門開啟時，規(guī)定風(fēng)速值下的其他門漏風(fēng)總量（m3/s）：

有：每個疏散門的有效漏風(fēng)面積A=0.0192 m2，計算漏風(fēng)量的平均壓力差ΔP=6 Pa，指數(shù)n=2，漏風(fēng)門的數(shù)量N2=3。則：L2=0.827×0.0192×61/2×1.25×3=0.146 m3/s。

3）計算結(jié)果

樓梯間計算加壓送風(fēng)量Lj=L1+L2=4.62+0.146=4.766 m3/s=17157.6 m3/h。

4）校核結(jié)果

根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》3.4.2 條規(guī)定（表1），由于樓梯間負(fù)擔(dān)高度31.6 m＞24 m，防煙樓梯間應(yīng)按照上述步驟3 的計算值與表格3.4.2-4 對比，取較大值。用插值法計算樓梯間表格的計算風(fēng)量為Lj'=25300+[(27500-25300)/(50-24)](31.6-24)=25943.1 m3/h。

表1 加壓送風(fēng)風(fēng)量計算表

根據(jù)表1，本項目樓梯間和前室之間的門全部為單開門，應(yīng)乘以0.75 的系數(shù)。則：Lj''=Lj'×0.75=19457.3 m3/h。

對比Lj和Lj''取較大值，最后的樓梯間計算加壓送風(fēng)量Ljj=max (Lj，Lj'')=max (17157.6，19457.3)=19457.3 m3/h。

樓梯間設(shè)計加壓送風(fēng)量Ljs=1.2×L1=1.2×19457.3=23348.8 m3/h。

風(fēng)機風(fēng)量選型為24000 m3/h。

3.1.2 防煙樓梯間機械加壓送風(fēng)剖面示意圖

根據(jù)計算結(jié)果以及《標(biāo)準(zhǔn)》3.3.6 及3.3.11 的相關(guān)要求，防煙樓梯間的加壓送風(fēng)系統(tǒng)布置剖面示意圖如圖3 所示。常閉式多葉送風(fēng)口設(shè)置為3 個，間隔為2～3層，送風(fēng)口風(fēng)速≯7m/s。外墻上每5 層設(shè)置固定窗，總面積不小于2 m2，頂部設(shè)置不小于1 m2的固定窗。

圖3 加壓送風(fēng)機房布置平面圖

3.2 防煙樓梯間前室的機械加壓送風(fēng)

3.2.1 防煙樓梯間前室機械加壓送風(fēng)計算

1）計算依據(jù)：《標(biāo)準(zhǔn)》3.4.5～3.4.8 條

2）計算過程

按照著火層及其上下共開啟三層的風(fēng)量計算，最大風(fēng)量為按照三、四、五層之和考慮。表2 為前室各層門尺寸表。

表2 前室各層門尺寸表

①門開啟時，達到規(guī)定風(fēng)速值所需的送風(fēng)量按式（1）計算。

有：三、四、五層內(nèi)開啟門的截面面積Ak=(1+1.5+1.2)×2.2=8.14 m2，門洞斷面風(fēng)速v=0.7 m/s，設(shè)計疏散門開啟的樓層數(shù)量：N1=3。則：L1=8.14×0.7=5.698 m3/s。

②未開啟的常閉送風(fēng)閥的漏風(fēng)總量(m3/s)：

有：單個送風(fēng)閥門尺寸為800 mm×800 mm，截面積Af=0.64 m2；漏風(fēng)閥門的數(shù)量N3=2。則：L3=0.083×0.64×2=0.106 m3/s。

3）計算結(jié)果

防煙樓梯間合用前室計算加壓送風(fēng)量：Ls=L1+L3=5.698+0.10624≈5.804 m3/s=20895.3 m3/h。

4）校核結(jié)果

根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》3.4.2 條規(guī)定，由于樓梯間負(fù)擔(dān)高度31.6 m＞24 m，防煙樓梯間應(yīng)按照上述步驟3 的計算值與表格3.4.2-4 對比，取較大值。用插值法計算樓梯間表格的計算風(fēng)量Ls'=24800+[(25800-24800)/(50-24)]×(31.6-24)=25092.3m3/h。

對比Ls和Ls'取較大值，最后的樓梯間合用前室計算加壓送風(fēng)量Lsj=max(Ls，Ls')=max(20895.3，25092.3)=25092.3 m3/h。

樓梯間設(shè)計加壓送風(fēng)量Lss=1.2×L1=1.2×25092.3=30110.76 m3/h。

樓梯間前室加壓送風(fēng)風(fēng)機風(fēng)量選型則為31000 m3/h。

3.3 防煙樓梯間及前室(二～六層)機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)上述計算結(jié)果，防煙樓梯間及前室（二～六層）分別設(shè)置機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)。

防煙樓梯間的加壓送風(fēng)機的選型設(shè)計風(fēng)量為24000 m3/h，合用前室（二～六層）的加壓送風(fēng)機的選型設(shè)計風(fēng)量為31000 m3/h。兩臺機械加壓送風(fēng)的風(fēng)機設(shè)在在四層（16.3m 層）的合用機房內(nèi)，機房平面布置圖見圖3。

4 首層合用前室防煙系統(tǒng)設(shè)計討論

4.1 設(shè)計方案探討（首層機械加壓送風(fēng))

4.1.1 首層擴大前室機械加壓送風(fēng)風(fēng)量計算以及設(shè)計方案

一層采用門廳作為擴大的合用前室，由于門廳通往室外和其它房間的門數(shù)量多，且門廳對外的門一般采用高大外門。計算風(fēng)量有如下兩種處理辦法：

1）計算首層對外的門

第一種，按照規(guī)范，除防煙樓梯間和消防電梯的對前室的門不考慮。而前室其它的外門內(nèi)門全部考慮。設(shè)計風(fēng)量約為54000 m3/h。

設(shè)計方案的考慮：

①一～六層前室合用一套機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)：此方案的優(yōu)點是可以利用原來的防煙機房（面積需要更大），但由于風(fēng)量與二～五層設(shè)計值31000 m3/h 差別較大，如果共用系統(tǒng)，按照一～三層同時開啟的情況考慮，風(fēng)機的風(fēng)量將達到約75000 m3/h。對應(yīng)機房的面積、風(fēng)機的選型、風(fēng)井的尺寸都要相應(yīng)增大。且由于一層風(fēng)量與其它樓層風(fēng)量相差大，系統(tǒng)的實際運行中風(fēng)量調(diào)節(jié)、壓差旁通控制難以實現(xiàn)。

②一層和二～六層各自使用一套系統(tǒng)：原有二～六層的機械加壓送風(fēng)方式不變，另外在一層門廳附近設(shè)置一個機械加壓送風(fēng)機房，風(fēng)機按照計算的54000 m3/h 風(fēng)量選型。單獨給一層擴大前室即門廳送風(fēng)。此方案，優(yōu)點是系統(tǒng)容易控制，缺點是造價高，機房占用建筑空間。

③第三種方案是一層和二～六層部分合用。根據(jù)3.2.1 計算二～六層送風(fēng)機風(fēng)量為31000 m3/h，那么考慮二層著火，開啟一～三層的情況。按照二層送風(fēng)量7000 m3/h、三層10000 m3/h 計算，那么風(fēng)機富余可送給一層的風(fēng)量為L=31000-7000-10000=14000 m3/h。一層總共需要的風(fēng)量為54000 m3/h，那么在一層單獨設(shè)置一個送風(fēng)機房及風(fēng)機，風(fēng)機風(fēng)量按照L=54000-14000=40000 m3/h 設(shè)計和選型（為了便于設(shè)計，且其它樓層漏風(fēng)量很小，影響不大，先不予考慮）。此方案對比方案②，雖然同樣需要增加機房，但費用稍有減少。

2）不計算首層對外的門

根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》3.4.5～3.4.8 條文說明：“對于樓梯間來說，其開啟門是指前室通向樓梯間的門；對于前室，是指走廊或房間通向前室的門”，并沒有將外門包括在內(nèi)。因此計算的時候，應(yīng)按照不考慮外門，僅考慮門廳與其它房間或者走道的內(nèi)門，經(jīng)計算，設(shè)計風(fēng)量約為24000 m3/h。

設(shè)計方案的考慮，因為和二～六層前室加壓送風(fēng)風(fēng)量相差不大，可以合用一套系統(tǒng)。

這種計算方法存在的問題是：雖然風(fēng)量可以保證前室對走道和房間的內(nèi)門風(fēng)速0.7 m/s 的風(fēng)量，但是實際火災(zāi)時，首層前室外門也是常開的，送風(fēng)也將大部分無效地涌出外門，此正壓送風(fēng)量無法保證首層前室和房間、走道之間的內(nèi)門門洞斷面風(fēng)速達到規(guī)范要求的風(fēng)速0.7 m/s[3]。

綜上，如一層擴大合用前室必須采用機械加壓送風(fēng)，合用系統(tǒng)不合理，另設(shè)加壓送風(fēng)系統(tǒng)（包含機房，風(fēng)機及管道系統(tǒng)）則既不經(jīng)濟又不合理。

4.2 首層擴大前室自然通風(fēng)

根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》3.1.2 及條文解釋本建筑為高度不超過50 m 的工業(yè)建筑，其防煙樓梯間及合用前室可不采取機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)，建議采用自然通風(fēng)。

根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》3.2.2 首層合用前室可采用自然通風(fēng)方式，可開啟外窗的面積不應(yīng)小于3 m2。本項目自然通風(fēng)面積滿足規(guī)范要求。

首層擴大前室本身作為一個獨立的防煙分區(qū)，與其它樓層的前室完全分隔，僅通過防煙樓梯間聯(lián)通。單獨采用自然通風(fēng)方式才是安全適用且經(jīng)濟合理的選擇。

5 首層前室防煙設(shè)計的思考和建議

關(guān)于首層前室采用機械加壓送風(fēng)，筆者還有幾點思考。

1）先從疏散方向考慮，首層以上疏散是從房間（走道）→前室→樓梯間，壓力梯度是25～30 Pa[4]。其中防煙樓梯間壓力最大，防止煙氣擴散到防煙樓梯間[5]。而對于首層疏散方向則是樓梯間→擴大前室，首層前室是比樓梯間更加安全的地方[5]。換而言之，樓梯間余壓大于前室，是為了阻止煙氣從前室擴散到樓梯間。對于一層以上的區(qū)域，是存在這種合理的要求。那么對于一層，如果是第二層著火，煙氣反而是從樓梯間擴散到前室。那么如果設(shè)置機械加壓送風(fēng)，繼續(xù)沿用樓梯間高于前室25～30 Pa 的標(biāo)準(zhǔn)是否合理？是否應(yīng)該首層前室的壓力要高于防煙樓梯間？

2）當(dāng)采用門廳這樣的大空間作為擴大前室時，用門洞的斷面風(fēng)速來保證余壓是否合理？是否應(yīng)該用換氣次數(shù)法對比取大值更加合理？

3）當(dāng)首層前室采取自然通風(fēng)的方案時，樓梯間的送風(fēng)量是否應(yīng)該參考《標(biāo)準(zhǔn)》3.4.2 中表格3.4.2-3 前室不送風(fēng)、防煙樓梯間加壓送風(fēng)的計算風(fēng)量來取值（對比表格3.4.2-4 樓梯間和前室分別加壓送風(fēng)的計算風(fēng)量，該風(fēng)量值更大）？還是按照保證上下三層樓梯和前室之間的門洞風(fēng)速1 m/s 計算更為合理？

4）建議：《標(biāo)準(zhǔn)》的解讀，存在很多不同的理解。由于這本規(guī)范的重要性，建議編委是否可以參考《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50736，出版《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范宣貫輔導(dǎo)教材》，為規(guī)范的理解和解讀提供研究和理論支撐。