上海地區(qū)某辦公項目自然排煙窗面積計算的思考

文／楊功振 上海杜鵑工程設(shè)計與顧問有限公司 上海 201899

引言：

建筑中存在較多的可燃物，這些可燃物在燃燒過程中，會產(chǎn)生大量熱量和有毒煙氣，同時要消耗大量的氧氣，對人體傷害極大，致死率高，所以建筑物中需要設(shè)置排煙設(shè)施。與機械排煙系統(tǒng)相比，自然排煙系統(tǒng)簡單、可靠，特別是多層建筑的開窗形式和開窗面積有利于煙氣排放，較多采用自然排煙方式[1]。新建普通辦公建筑與改造辦公建筑中采用自然排煙的方式較多。

根據(jù)上海地標DG/TJ08-88-2021《建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計標準》第5.2.2 條建筑面積中面積小于等于300m2的場所設(shè)置有效面積不小于該房間地面面積2%的排煙窗；面積大于300m2的場所，其所需排煙量及有效補風面積、排煙面積等應(yīng)根據(jù)上海地標《建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計標準》DG/TJ08-88-2021（以下簡稱煙標）煙羽流計算法得出。

對于辦公建筑中面積小于等于300m2的場所，設(shè)置有效面積不小于該房間地面面積2%排煙窗，暖通專業(yè)能快速、準確的將此排煙窗面積提資給建筑專業(yè)來判斷是否有自然排煙條件。對于面積大于300m2的場所，排煙量及有效補風面積、排煙面積需從場所的火災(zāi)熱釋放速率、最小清晰高度、煙羽流質(zhì)量流量、煙層平均溫度與環(huán)境溫度的差、自然排煙方式所需自然排煙窗截面積等公式來確定，又因自然排煙窗面積公式中的AVCV 需要多次試算才能確定自然排煙窗面積。房間凈高、設(shè)計清晰高度等數(shù)值也需與建筑專業(yè)溝通確定，排煙系統(tǒng)吸入口最低點之下煙層厚度db 值（以下簡稱db 值）的取值也與場所的補風面積、排煙面積相關(guān)，導(dǎo)致暖通專業(yè)不能快速、準確的提資自然排煙窗面積。

本文以上海市某辦公項目為模型，采用“煙標”中自然排煙窗截面積公式的計算，再通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計、對比與分析的方式來找到不同設(shè)計清晰高度、不同db 值的辦公場所自然排煙窗面積最小值的規(guī)律。

1.工程概況

本工程為上海市某辦公項目，本建筑為1#辦公樓地上14 層，建筑高度59.95m。1#辦公樓地上建筑面積20347.7m2，一層5.1m 層高，二層至十四層為標準層4.1m 層高。標準層為開放式辦公，每層建筑面積為1490m2，建筑外形尺寸為38.6m＊38.6m，芯筒面積為283m2，可用辦公用面積為1207m2。

2.自然排煙窗計算依據(jù)

根據(jù)國標《辦公建筑設(shè)計標準》JGJ/T67-2019 中辦公建筑的凈高要求，有集中空調(diào)設(shè)施并有吊頂?shù)拈_放式和半開放式辦公室凈高不應(yīng)低于2.7m[2]。本工程標準層4.1m 層高，機電管道約占0.5m 空間，吊頂下凈高按2.7m。

根據(jù)“煙標”第4.1.4 條表格，房間凈高H ≤3.0m，防煙分區(qū)的最大允許面積為500m2，防煙分區(qū)的長邊最大允許長度為24 米。本工程標準層需設(shè)置4 個防煙分區(qū)，每個防煙分區(qū)面積為302m2，防煙分區(qū)的長邊長度為19.3m。

根據(jù)“煙標”第4.1.3-1 條防煙分區(qū)分隔設(shè)施的深度應(yīng)滿足下列儲煙厚度的要求，采用自然排煙方式時，儲煙倉厚度不應(yīng)小于空間凈高的20%，且不應(yīng)小于500mm。又根據(jù)“煙標”第4.2.3-1 條自然排煙窗應(yīng)在儲煙倉內(nèi)，但凈高不大于3m 的區(qū)域（走道、室內(nèi)空間），其自然排煙窗可設(shè)置在室內(nèi)凈高的1/2 以上。所以儲煙倉厚度最小為0.54m，設(shè)計清晰高度取值為1.35m～2.16m。

3.自然排煙窗計算分析

本文從兩種情況分析自然排煙窗面積，一是開放式辦公，辦公面積內(nèi)無分隔墻，各防煙分區(qū)采用擋煙垂壁來分隔。即辦公場所面積1207m2，各防煙分區(qū)面積為302m2；二是分隔式辦公，因招商需要各防煙分區(qū)采用分隔墻來分隔，即為四個獨立防煙分區(qū)，各房間面積與防煙分區(qū)均為302m2。

本工程開放式與分隔式辦公標準層的房間面積均大于300m2，房間凈高取2.70m。標準層窗臺高1.2m，1.2m～2.7m 為可開啟外窗，外窗可開啟角度大于70°計算。圖1 為自然排煙窗位置參考圖，hj 為進氣口的高度，hp 為排煙窗的高度。計算模型的設(shè)計清晰高度取1.35m、1.50m、1.65m、1.80m、2.00m、2.10m 共6 個參數(shù)，db值取0.05m、0.10m、0.15m、0.20m、0.25m、0.30m、0.35m、0.40m、0.45m 與0.50m 共10 個參數(shù)，總共60 個計算點。在計算自然排煙窗面積時采用HDY 防排煙設(shè)計軟件4.0 來試算并得到房間的進氣口面積與排煙窗面積。

圖1 自然排煙窗位置參考圖

3.1 開放式辦公自然排煙分析

開放式辦公某一防煙分區(qū)自然排煙時，進氣口面積為本防煙分區(qū)設(shè)計清晰高度以下的可開啟外窗面積與相鄰三個防煙分區(qū)的有效開啟外窗面積之和，因有相鄰防煙分區(qū)的進氣口面積計入，進排面積比Ao/Av 值均較大。

通過HDY 防排煙設(shè)計軟件4.0 輸入場所類型、房間凈高、設(shè)計清晰高度、火焰高度、db值、進排面積比等參數(shù)，計算出進氣口面積，見表1。

從表1 可以看出：在同設(shè)計清晰與同db 值的情況下，計算進氣口面積遠遠大于計算排煙窗面積，與進排面積比值一致。隨著db 值的增大，計算進氣口面積出現(xiàn)最小值。并且隨著設(shè)計清晰高度的增大，由設(shè)計清晰高度1.35m 的最小值出現(xiàn)在db 值為0.45m 處，到設(shè)計清晰高度2.10m 的最小值出現(xiàn)在db 值為0.2m 處，進氣口面積最小值所對應(yīng)的db 值在變小。在db 值一定的情況下，進氣口面積值隨設(shè)計清晰高度的增大而增大。另外在設(shè)計清晰高度一定的情況下，排煙窗面積隨db 值增大而減小。在db 值一定的情況下，排煙窗面積值隨設(shè)計清晰高度的增大而增大。計算排煙窗面積的較小值都在db最大值0.5m 處，是受本表db 值列舉限制沒有呈現(xiàn)最小值。

表1 所有防煙分區(qū)計算進氣口面積（m2）

排煙窗長度是根據(jù)計算排煙窗面積除以相應(yīng)單位長度排煙面積，單位長度排煙面積=（窗頂高度-設(shè)計清晰高度-db 值）＊單位長度，單位長度排煙面積隨設(shè)計清晰高度與db 值的增大而減小?？傞_窗面積為進氣口面積、db面積與排煙窗面積的和，即計算排煙窗長度乘以單位長度開窗面積計算所得。在db 值一定時，表3 的計算排煙窗長度與計算總開窗面積隨設(shè)計最小清晰高度增大而增大。在設(shè)計清晰值一定時，計算排煙窗長度與計算總開窗面積隨著db 值的增大出現(xiàn)了最小值，并且隨著設(shè)計清晰高度的增大，最小值所對應(yīng)的db 值在變小。進氣口面積、排煙窗長度與總開窗面積的最小值所對應(yīng)的設(shè)計最小清晰高度和db 值均一致。

由表2 各設(shè)計清晰高度的計算排煙窗長度最小值得出最小排煙窗面積分別為2.67m2、3.12m2、3.66m2、4.30m2、5.25m2與6.17m2，與按2%面積法計算6.04m2排煙窗面積相比，前5 個面積值均小于面積計算法，最后一個排煙窗面積與面積計算法相近。

表2 本防煙分區(qū)計算排煙窗長度（m）

圖2 中設(shè)計清晰高度1.35m～1.80m 的各計算總開窗面積在db 值大于0.20m 處曲線平緩，各曲線差值也較小，沒有出現(xiàn)明顯的最小值。清晰高度2.00m 與2.10m曲線出現(xiàn)明顯的最小值，并且設(shè)計清晰高度2.10m 的總開窗面積在db 值大于0.35m 時出現(xiàn)明顯增大。說明db值宜取值0.2～0.4m，取值過大或過小總開窗面積將增大。

圖2 開放式辦公各清晰高度的計算總開窗面積

3.2 分隔式辦公自然排煙分析

分隔式辦公的各個房間為獨立防煙分區(qū)，進氣口與開放式辦公不同，相鄰防煙分區(qū)的可開啟外窗面積不計入進氣口面積，所以進排面積比Ao/Av 值均較小，詳見表3。設(shè)計清晰高度1.35m 與1.50m 中進排面積Ao/Av 值小于0.4，即進氣口面積較小。根據(jù)“煙標”第4.4.8 條自然補風口的風速不宜大于3m/s，防止補風口風阻過大影響補風量，所以舍去上述兩列數(shù)據(jù)。

表3 進排面積比Ao/Av 值

由上表可知，排煙窗長度與總開窗面積隨設(shè)計清晰高度增大而增大。在設(shè)計清晰值一定時，計算排煙窗長度與計算總開窗面積隨著db 值的增大出現(xiàn)最小值。并且隨著設(shè)計最小清晰高度的增大，最小值所對應(yīng)的db 值在變小。

由表4 各設(shè)計清晰高度的最小計算排煙窗長度得出最小計算排煙窗面積分別為4.01m2、4.75m2、5.67m2與6.49m2，前3 個面積值均小于面積計算法，最后一個計算排煙窗面積與面積計算法相近。

表4 本防煙分區(qū)計算排煙窗長度（m）

圖3 中設(shè)計清晰高度1.65m 與1.80m 的計算總開窗面積在db 值大于0.35m 曲線平緩，在db 值較小時兩總排煙面積相近，兩曲線的值相差也較小，并且沒有出現(xiàn)明顯的最小值。清晰高度2.00m 與2.10m 曲線出現(xiàn)明顯的最小值，并且設(shè)計清晰高度2.10m 的總開窗面積在db 值大于0.3 時出現(xiàn)明顯增大。

圖3 分隔式辦公各清晰高度的總開窗面積

結(jié)語：

綜上所述，筆者認為在相同設(shè)計清晰高度與db 值條件的情況下，因開放式辦公的進氣口面積可計入相鄰防煙分區(qū)的可開啟外窗面積，即進排面積Ao/Av 值較大，開放式辦公的計算排煙窗面積與計算總開窗面積比分隔式辦公小5%～10%。

為了更有效排煙，辦公場所進氣口面積不宜小于排煙窗面積的40%，即進排面積比Ao/Av ≥0.4。辦公的db 值不宜小于0.2m，db 值過小，進氣口面積與排煙窗面積值都較大。在Ao/Av ≥0.4 與db 值在0.2～0.4m范圍開放式辦公與分隔式辦公排煙窗面積均有最小值。

設(shè)計清晰高度小于2.10m 的計算排煙窗面積均小于面積計算法，如實際運營增加一些沿外墻單間辦公，大空間辦公面積略小于300m2的情況，將不滿足按規(guī)范采用面積法的計算排煙窗面積。建議實際設(shè)計自然排煙窗面積略大于煙羽流計算值與面積法計算值的較大值，并需均勻布置自然排煙窗。避免因大空間辦公內(nèi)沿外墻增加單間辦公造成排煙窗面積不足的問題，所以在計算排煙窗面積時設(shè)計清晰高度建議取較大值。

以上是對計算自然排煙窗面積的思考，不當之處請同行指正。