民用建筑中“排煙窗”的電氣設(shè)計(jì)探析

笪良飛，謝正榮 （安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

“排煙窗”顧名思義是指火災(zāi)時(shí)排出煙氣的窗戶，除了應(yīng)滿足窗戶本身的氣密性、水密性、抗風(fēng)壓性外，還需要滿足阻燃耐火的要求，以確?；馂?zāi)時(shí)火場(chǎng)內(nèi)的熱煙氣流在浮力和外部風(fēng)壓的作用下順利通過排煙窗直接排至室外。排煙窗一般設(shè)置于需要自然排煙的場(chǎng)所，日常兼顧采光與通風(fēng)的功能。

近年來隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，以及新版《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）(2018年版)、《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB51251-2017）的實(shí)施，排煙窗在建筑項(xiàng)目中的應(yīng)用越來越普遍。由于設(shè)計(jì)總包項(xiàng)目的增多，在施工圖設(shè)計(jì)過程部分技術(shù)人員對(duì)排煙窗的了解不足造成設(shè)計(jì)深度不夠，導(dǎo)致施工過程中對(duì)排煙窗的調(diào)整與返工時(shí)常發(fā)生，因此給建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位均造成不同程度的影響。為避免上述情況的發(fā)生，本文就“排煙窗”的設(shè)計(jì)問題做詳細(xì)的分類與闡述，并結(jié)合具體案例說明在設(shè)計(jì)過程中電氣專業(yè)如何在滿足安全的前提下，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度來引導(dǎo)建筑與暖通專業(yè)確定排煙窗的操作控制方式，以便于電氣專業(yè)對(duì)“排煙窗”進(jìn)行配電與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 排煙窗的設(shè)置原則及其主要樣式

根據(jù)《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB51251-2017）第2.1.2 條對(duì)“排煙系統(tǒng)”的定義即采用自然排煙或機(jī)械排煙的方式，將房間、走道等空間的火災(zāi)煙氣排至建筑物外的系統(tǒng)，分為自然排煙系統(tǒng)和機(jī)械排煙系統(tǒng)。再由該規(guī)范中第

2.1.4 條、2.1.5 條對(duì)“自然排煙”和“自然排煙窗（口）”的解釋可知設(shè)置排煙窗的場(chǎng)所其排煙方式屬于自然排煙，且排煙窗的啟閉方式有自動(dòng)、手動(dòng)、溫控釋放等幾種類型。由此可知設(shè)置排煙窗的場(chǎng)所，其排煙類型屬于自然排煙，而非機(jī)械排煙。

結(jié)合該規(guī)范中第4.1.1 條和4.1.2 條的規(guī)定可知，在建筑排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)建筑的使用性質(zhì)、平面布局等因素，優(yōu)先采用自然排煙系統(tǒng)，且同一個(gè)防煙分區(qū)應(yīng)采用同一種排煙方式。

此外，由該規(guī)范4.3.3 條的內(nèi)容可知自然排煙窗應(yīng)設(shè)置在排煙區(qū)域的頂部或外墻，當(dāng)設(shè)置在外墻上時(shí)，自然排煙窗應(yīng)在儲(chǔ)煙倉以內(nèi)，但走道、室內(nèi)空間凈高不大于3m的區(qū)域的自然排煙窗（口）可設(shè)置在室內(nèi)凈高度的1/2以上。本條考慮到火災(zāi)時(shí)熱煙氣往上流動(dòng)的特點(diǎn)，將排煙窗設(shè)置于樓層上部區(qū)域，所以其安裝位置較高，導(dǎo)致普通人無法直接徒手操作排煙窗，必須借助專用的開啟裝置才可以對(duì)排煙窗進(jìn)行操作。

參考圖集《電動(dòng)采光排煙天窗》（09J621-2）可知，常用的排煙窗主要有三角形天窗、一字形天窗和圓拱形天窗三種類型。具體的樣式參見圖1。在具體設(shè)計(jì)過程中，建筑專業(yè)可以根據(jù)建筑外立面或屋面的具體情況選擇對(duì)應(yīng)類型（或改進(jìn)型產(chǎn)品）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1 三角形天窗、一字形天窗和圓拱形天窗樣式圖

2排煙窗的控制方式

電氣專業(yè)對(duì)于“排煙窗”主要關(guān)注的是其操作控制方式問題。參照現(xiàn)行的國家規(guī)范、圖集及當(dāng)下市場(chǎng)上主流的幾種排煙窗產(chǎn)品，通過不同的操作控制方式可將排煙窗分成以下幾類。

①手動(dòng)控制型排煙窗：就地設(shè)置機(jī)械型開窗裝置，根據(jù)排煙窗布置情況，可幾組排煙窗共用一組機(jī)械操作機(jī)構(gòu)，只能實(shí)現(xiàn)就地手動(dòng)控制。因?yàn)槭謩?dòng)控制型排煙窗為純機(jī)械傳動(dòng)裝置，故無需電氣專業(yè)配合。

②電動(dòng)控制型排煙窗：在手動(dòng)控制型排煙窗的基礎(chǔ)上增加設(shè)置了專用的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，在正常情況下可以一鍵開啟或關(guān)閉排煙窗。電動(dòng)控制型排煙窗需要電氣專業(yè)對(duì)其進(jìn)行供電及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在設(shè)置了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的建筑內(nèi)，還需要將電動(dòng)控制型排煙窗控制箱接入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)消防聯(lián)動(dòng)功能。下面以DC24V電動(dòng)排煙窗為例給出電動(dòng)控制型排煙窗的控制系統(tǒng)參考圖，具體見圖2（設(shè)計(jì)過程中以參照的產(chǎn)品樣本為準(zhǔn)）。

圖2 電動(dòng)控制型排煙窗的控制系統(tǒng)參考圖

③自動(dòng)控制型排煙窗：也稱為智能控制型排煙窗，此種類型的排煙窗是在電動(dòng)控制型排煙窗的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)控制或遠(yuǎn)程控制（消防聯(lián)動(dòng)）的功能。自動(dòng)控制型排煙窗也需要電氣專業(yè)進(jìn)行供電及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。自動(dòng)控制型排煙窗的自動(dòng)控制信號(hào)可以由其末端設(shè)置的各種類型的傳感器發(fā)出的，具體包括雨水傳感器、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器等。在設(shè)置了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的建筑內(nèi)，還需要將自動(dòng)控制型排煙窗控制箱接入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，并將消防信號(hào)設(shè)置為最高優(yōu)先級(jí)，以實(shí)現(xiàn)消防聯(lián)動(dòng)功能。下面以DC24V自動(dòng)控制型排煙窗為例給出自動(dòng)控制型排煙窗的控制系統(tǒng)參考圖，具體見圖3（設(shè)計(jì)過程中以參照的產(chǎn)品樣本為準(zhǔn)）。

圖3 自動(dòng)控制型排煙窗的控制系統(tǒng)參考圖

對(duì)于“電動(dòng)控制型排煙窗”和“自動(dòng)控制型排煙窗”為何必須還要設(shè)置就地的手動(dòng)機(jī)械型開窗裝置，是源于《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB51251-2017）第4.3.6 條及其條文說明。第4.3.6 條的原文為：自然排煙窗（口）應(yīng)設(shè)置手動(dòng)開啟裝置，設(shè)置在高位不便于直接開啟的自然排煙窗（口），應(yīng)設(shè)置距地面高度1.3m～1.5m的手動(dòng)開啟裝置。凈空高度大于9m的中庭、建筑面積大于2000m的營業(yè)廳、展覽廳、多功能廳等場(chǎng)所，尚應(yīng)設(shè)置集中手動(dòng)開啟裝置和自動(dòng)開啟設(shè)施。

對(duì)應(yīng)的條文說明為：本條規(guī)定的目的是確?；馂?zāi)時(shí)，即使在斷電、聯(lián)動(dòng)和自動(dòng)功能失效的狀態(tài)仍然能夠通過手動(dòng)裝置可靠開啟排煙窗以保證排煙效果。手動(dòng)開啟一般是通過操作機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)排煙窗的開啟，為便于人員操作和保護(hù)裝置本條規(guī)定了開啟裝置的設(shè)置高度。當(dāng)手動(dòng)開啟裝置集中設(shè)置于一處確實(shí)困難時(shí)，可分區(qū)、分組集中設(shè)置，但應(yīng)確保任意一個(gè)防煙分區(qū)內(nèi)的所有自然排煙窗均能統(tǒng)一集中開啟，且應(yīng)設(shè)置在人員疏散口附近。圖4給出了按照排煙窗按操作機(jī)構(gòu)及控制方式不同進(jìn)行分類的框圖，以及電動(dòng)排煙窗分別設(shè)置在有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和沒有消防報(bào)警系統(tǒng)工程中的控制邏輯圖。

圖4 排煙窗操作方式分類及其與消防聯(lián)動(dòng)、手動(dòng)控制邏輯圖

此條要求過于嚴(yán)苛，對(duì)于復(fù)雜的項(xiàng)目在設(shè)計(jì)實(shí)施過程很難實(shí)現(xiàn)，建議本規(guī)范在后期修訂時(shí)應(yīng)酌情予以調(diào)整。

3 排煙窗與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的關(guān)系

不同操作控制方式的排煙窗與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)有不同的關(guān)系，以下對(duì)排煙窗的三種不同的操作控制方式與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的關(guān)系進(jìn)行逐一說明。

①對(duì)于僅設(shè)置“手動(dòng)控制型排煙窗”的場(chǎng)所，無需電氣專業(yè)進(jìn)行配合，故該類型的排煙窗與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)沒有關(guān)系。

②對(duì)于設(shè)置了“電動(dòng)控制型排煙窗”的場(chǎng)所，由本文第1節(jié)內(nèi)容可知電動(dòng)控制型排煙窗屬于自然排煙系統(tǒng)，不屬于機(jī)械排煙，無需進(jìn)行消防聯(lián)動(dòng)控制。故參照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）(2018年版)第8.4.1 條第13點(diǎn)內(nèi)容（即設(shè)置機(jī)械排煙、防煙系統(tǒng)、雨淋或預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、固定消防水炮滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)等需與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)鎖動(dòng)作的場(chǎng)所或部位），當(dāng)建筑物本身不需要設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，也無需因?yàn)樵O(shè)置了電動(dòng)控制型排煙窗而在建筑內(nèi)增設(shè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

③對(duì)于設(shè)置了“自動(dòng)控制型排煙窗”的場(chǎng)所，雖然自動(dòng)控制型排煙窗屬于自然排煙系統(tǒng)，但參照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）(2018年 版)第8.4.1 條第13點(diǎn)內(nèi)容的條文說明（即建筑中有需要與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的設(shè)施主要有：設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)、機(jī)械防煙系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)、雨淋系統(tǒng)、預(yù)作用系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、防火卷簾、常開防火門、自動(dòng)排煙窗等），自動(dòng)排煙窗屬于需要與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制的消防設(shè)備。故當(dāng)建筑物本身不需要設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，而建筑或暖通專業(yè)設(shè)置了“自動(dòng)控制型排煙窗”，則相應(yīng)的建筑物需增置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

“電動(dòng)控制型排煙窗”和“自動(dòng)控制型排煙窗”都可以滿足建筑自然排煙的基本需求，對(duì)于最終采用“電動(dòng)控制型排煙窗”或者“自動(dòng)控制型排煙窗”完全取決于業(yè)主、建筑和暖通專業(yè)想要建筑達(dá)到的使用效果。作為電氣設(shè)計(jì)師可以從安全和技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度來分析、引導(dǎo)其他各方選擇最優(yōu)、最符合工程需求的操作控制方式。

對(duì)于本應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的建筑而言，則需將設(shè)置的“電動(dòng)控制型排煙窗”或“自動(dòng)控制型排煙窗”接入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，在火災(zāi)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。

4 排煙窗的電氣設(shè)計(jì)案例介紹

下面以一棟多層辦公建筑為例對(duì)排煙窗的電氣設(shè)計(jì)過程進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。該辦公樓占地面積929 m，總建筑面積3732m，地上5層，建筑高度22.2m，一層為小商業(yè)，二至五層為辦公，為多層公共建筑。室外消防用水量大于25L/s。根據(jù)《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51251-2017要求，暖通專業(yè)向建筑專業(yè)提資，要求每層設(shè)置排煙窗，以滿足消防排煙要求。建筑專業(yè)在建筑四周的外立面上設(shè)置了若干排煙窗，排煙窗的位置在外立面圖上標(biāo)注后提資給電氣專業(yè)。以某一側(cè)外立面為例，參見圖5。圖中三角形標(biāo)注的窗戶均為排煙窗。

圖5 建筑A-D軸外立面圖

由于本工程為多層辦公建筑，體量也較小，根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）(2018年版)第8.4.1 條的要求，本工程不用設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合工程實(shí)際情況，電氣專業(yè)返提排煙窗條件給建筑和暖通專業(yè)，即規(guī)定圖中下口距地1.2m安裝的排煙窗為手動(dòng)開啟的排煙窗，下口距地2.5m安裝的排煙窗為電動(dòng)開啟的排煙窗，參見圖5中標(biāo)注。如此規(guī)定排煙窗后，便無需增設(shè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。若將下口距地2.5m安裝的排煙窗規(guī)定為自動(dòng)開啟的排煙窗，則本工程需增設(shè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，則很不合理。對(duì)排煙窗的規(guī)定得到建筑和暖通專業(yè)的確認(rèn)后電氣專業(yè)進(jìn)行下一步設(shè)計(jì)。

首先，明確電動(dòng)排煙窗屬于消防負(fù)荷，需按照消防負(fù)荷供電要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。再根據(jù)工程概況結(jié)合《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）(2018年 版)第10.1.2 條第5點(diǎn)內(nèi)容即本工程為室外消防用水量大于25L/s的多層辦公建筑，故本工程消防負(fù)荷級(jí)別為二級(jí)。設(shè)計(jì)時(shí)從園區(qū)變電所取來兩路電源，在進(jìn)線間內(nèi)設(shè)主、備兩個(gè)總進(jìn)線箱，在主、備總進(jìn)線箱內(nèi)對(duì)消防與非消防回路進(jìn)行防火分隔，消防負(fù)荷出線回路電纜經(jīng)消防專用橋架敷設(shè)至樓層消防設(shè)備專用雙電源切換箱，該雙電源切換箱專供樓層（或相應(yīng)防火分區(qū)）內(nèi)小容量的消防負(fù)荷使用，包括電動(dòng)排煙窗、擋煙垂壁、防火卷簾門和應(yīng)急照明系統(tǒng)的集中電源使用，此做法比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，也滿足規(guī)范要求。相關(guān)配電系統(tǒng)圖參見圖6。

圖6 電動(dòng)排煙窗配電系統(tǒng)圖

本次設(shè)計(jì)中電動(dòng)排煙窗均采用DC24V的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，根據(jù)產(chǎn)品樣本中相關(guān)參數(shù)的說明，每個(gè)操作機(jī)構(gòu)功率為40W，每個(gè)電動(dòng)排煙窗控制箱帶10個(gè)電動(dòng)排煙窗，故每個(gè)電動(dòng)排煙窗控制箱功率按400W計(jì)算。電動(dòng)排煙窗的控制系統(tǒng)圖可參見圖2。此外，對(duì)于沒有條件取得兩路電源的場(chǎng)所，也可在電動(dòng)排煙窗控制箱內(nèi)設(shè)置蓄電池組解決備用電源的問題。

5 總結(jié)

消防工作是一項(xiàng)集知識(shí)性、科學(xué)性和社會(huì)性于一體的工作，涉及全社會(huì)的各行各業(yè)，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和人民群眾安居樂業(yè)密切相關(guān)。做好消防設(shè)計(jì)工作是保證建筑竣工投入使用后安全運(yùn)行的前提和可靠保證。本文通過對(duì)現(xiàn)行規(guī)范、圖集及產(chǎn)品的分析研究，對(duì)“排煙窗”做了全面細(xì)致的論述。在立足電氣專業(yè)本身的前提下，對(duì)建筑、電氣和暖通的規(guī)范進(jìn)行融會(huì)貫通，然后積極地去引導(dǎo)建筑和暖通專業(yè)設(shè)計(jì)人員，選擇合理的排煙窗及其操作控制方式，以控制項(xiàng)目的建造標(biāo)準(zhǔn)，從而控制項(xiàng)目的投資造價(jià)。力求在確保安全、可靠的前提下取得最大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益，也是在設(shè)計(jì)過程中落實(shí)國家倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的政策，為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。