公共建筑高大空間集中通風(fēng)排煙系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

黃壽元 肖俊蘭 程瑩瑩

摘要：針對(duì)具有多個(gè)中庭、展廳等公共建筑的高大空間（凈高＞6m）通風(fēng)排煙，傳統(tǒng)機(jī)械排煙方法是設(shè)置一個(gè)排煙豎井，沿頂部水平敷設(shè)排煙支管進(jìn)行頂排煙或在豎井側(cè)向布置排煙口側(cè)排煙。傳統(tǒng)機(jī)械排煙方法均存在單一排煙豎井面積大、受建筑平面布局限制大的問題，其中頂排煙方式水平排煙風(fēng)管占用凈高影響后期裝飾吊頂風(fēng)格，側(cè)排煙方式豎向難以布置多個(gè)排煙口且視覺上沖擊空間的美觀效果?；诖?，從排煙方式、風(fēng)井布置、氣流組織、平時(shí)通風(fēng)需求等方面提出通風(fēng)優(yōu)化方案，擬采用雙風(fēng)井雙風(fēng)機(jī)排煙系統(tǒng)，既能滿足當(dāng)任意高大空間發(fā)生火災(zāi)時(shí)及時(shí)有效排除煙氣、氣流組織順暢、系統(tǒng)安全可靠的需求，又能兼顧高大空間在高溫季節(jié)的平時(shí)通風(fēng)換氣的需求。

關(guān)鍵詞：公共建筑；高大空間；雙風(fēng)井雙風(fēng)機(jī)

豎向跨層且具有多個(gè)中庭、展廳等公共建筑的高大空間（凈高＞6m）通風(fēng)排煙，根據(jù)GB51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求，其排煙量與高大空間凈高、有無噴淋、清晰高度、儲(chǔ)煙倉等因素有關(guān)，且相對(duì)≤6m的場(chǎng)所所需排煙量大。因機(jī)械排煙系統(tǒng)對(duì)空間進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)排煙，其排煙效果穩(wěn)定，不受室外氣候、氣壓等影響，當(dāng)前正逐漸成為高大空間場(chǎng)所煙氣控制的主要形式[1-4]。對(duì)于公共建筑的高大空間機(jī)械排煙系統(tǒng)，傳統(tǒng)排煙方案是設(shè)置一個(gè)豎向排煙豎井，沿頂部水平敷設(shè)排煙支管進(jìn)行頂排煙或在豎井側(cè)向布置排煙口進(jìn)行側(cè)排煙。頂排煙方案，頂部敷設(shè)的排煙管與空調(diào)風(fēng)管、消防水管、橋架等機(jī)電管道錯(cuò)綜交叉，影響高大空間凈高及吊頂面的裝飾造型，尤其是采光玻璃屋頂?shù)母叽罂臻g水平排煙管影響采光屋頂采光及美觀，排煙口在高大空間上空布置，維護(hù)檢修也困難。側(cè)排煙方案，受排煙口最大允許排煙量、儲(chǔ)煙倉、排煙口的間距等限制，單一排煙豎井上需布置多個(gè)排煙口且豎向布置視覺上嚴(yán)重沖擊了高大空間美觀效果，而這種高大空間的美觀效果往往成為選擇機(jī)械排煙方式的首要考慮因素。同時(shí)，高大空間在夏季高溫季節(jié)有平時(shí)通風(fēng)排熱的需求。因此，傳統(tǒng)排煙方式亟待優(yōu)化改進(jìn)。

1 通風(fēng)排煙系統(tǒng)優(yōu)化研究

1.1? 通風(fēng)優(yōu)化方案對(duì)比分析

主要針對(duì)傳統(tǒng)通風(fēng)排煙方式進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高通風(fēng)排煙系統(tǒng)安全可靠性，從排煙方式、風(fēng)井布置、氣流組織、平時(shí)通風(fēng)需求等方面提出通風(fēng)優(yōu)化方案。

1.1.1? 方案一：?jiǎn)物L(fēng)井單風(fēng)機(jī)頂排煙方案

該方案為高大空間傳統(tǒng)機(jī)械排煙方式之一，對(duì)于大多數(shù)空間場(chǎng)所，不論是＞6m的高大空間還是≤6m的空間，基于煙氣上浮特征采用頂排煙為常用方式。尤其是針對(duì)＞6m的高大空間，綜合考慮設(shè)計(jì)高大空間的初衷是彰顯高大空間的莊重與大氣，若因排煙管的設(shè)置而壓低了高大空間凈高是不可取的?？紤]到高大空間的排煙量、排煙風(fēng)速的限制、裝飾裝修頂面的多樣化設(shè)計(jì)、較大規(guī)格排煙井所占用的平面空間，頂部排煙管與排煙口的設(shè)計(jì)受到較多局限性。該方案也因?yàn)榕艧熈枯^大，需要較大的排煙風(fēng)井，排煙井的選擇也受到高大空間平面布局的限制，同時(shí)單風(fēng)機(jī)功率大、運(yùn)行噪聲大。見圖1。

1.1.2? 方案二：?jiǎn)物L(fēng)井單風(fēng)機(jī)側(cè)排煙方案

該方案為高大空間傳統(tǒng)機(jī)械排煙方式之一，尤其適合于＞6m的高大空間機(jī)械排煙。該方案避開了方案一中的水平排煙管所占用空間凈高的不足，將排煙口巧妙地布置在豎向風(fēng)井壁面。該方案也因?yàn)榕艧熈枯^大，需要較大的排煙風(fēng)井，排煙井的選擇同樣受到高大空間平面布局的限制。另外，因文獻(xiàn)[1]中對(duì)單個(gè)排煙口的最大允許風(fēng)量、清晰高度、儲(chǔ)煙倉等均有要求，且豎向上排煙口的最大允許風(fēng)量相對(duì)頂排煙口的最大允許風(fēng)量小，因此，需要在風(fēng)井壁面布置4～6個(gè)排煙口，在視覺上一整列的排煙口對(duì)高大空間產(chǎn)生較大沖擊影響。同樣，單風(fēng)井面積大、單風(fēng)機(jī)功率大、運(yùn)行噪聲大。在實(shí)際中豎向上因需要布置多個(gè)排煙口，受高大空間平面布局的影響，很難選擇一處合適的位置布置排煙豎井。見圖2。

1.1.3? 方案三：雙風(fēng)井雙風(fēng)機(jī)側(cè)排煙

該方案為高大空間傳統(tǒng)機(jī)械排煙方案下的優(yōu)化方案。采用雙風(fēng)井雙風(fēng)機(jī)側(cè)排煙，完美地避開了方案一頂排煙風(fēng)管占用凈高的問題，也規(guī)避了方案二中單一風(fēng)井側(cè)壁一整列的排煙口視覺沖擊影響。另外，兩條排風(fēng)井及排煙口對(duì)稱布置，火災(zāi)時(shí)煙氣氣流組織均勻流暢，排煙效果最優(yōu)。盡管相對(duì)方案一和方案二多設(shè)置了一條風(fēng)井，但是總的風(fēng)井面積不增加；盡管從風(fēng)機(jī)數(shù)量上新增了一臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)，但是系統(tǒng)風(fēng)機(jī)裝機(jī)功率不增加。該方案另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是采用雙風(fēng)機(jī)排煙，單臺(tái)風(fēng)機(jī)功率小，運(yùn)行噪聲較低。在夏季高溫季節(jié)可選擇性、分時(shí)段地啟動(dòng)排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行臨時(shí)性的通風(fēng)換氣，滿足夏季高大空間的通風(fēng)換氣排熱排濕需求。尤其是這種高大空間一般都采用玻璃幕墻外窗，夏季太陽輻射及圍護(hù)結(jié)構(gòu)空調(diào)負(fù)荷高，對(duì)通風(fēng)排熱的要求大，此時(shí)排煙風(fēng)機(jī)兼排風(fēng)風(fēng)機(jī)，實(shí)用性強(qiáng)。見圖3。

各方案優(yōu)缺點(diǎn)分析見表1。

1.2? 優(yōu)選通風(fēng)方案系統(tǒng)構(gòu)成

如圖3所示，三個(gè)高大空間圖中以高大空間一、高大空間二、高大空間三示意，每個(gè)高大空間三層通高，每個(gè)通高空間為凈高＞6m的高大空間，排煙系統(tǒng)服務(wù)三個(gè)高大空間，系統(tǒng)排煙量取三個(gè)高大空間中的最大排煙量。兩條排煙井在高大空間的兩側(cè)布置，排煙井面積大小結(jié)合系統(tǒng)排煙量、允許風(fēng)速、系統(tǒng)阻力、房間的平面布局等綜合考慮。排煙井側(cè)面豎向高度布置多頁排煙口側(cè)排煙，多頁排煙口安裝高度應(yīng)滿足H1≥1.6+0.1×H0（H0為高大空間凈高），其位于清晰高度以上儲(chǔ)煙倉以內(nèi)，多頁排煙口數(shù)量與安裝高度H1、高大空間凈高H0以及多頁排煙口自身的規(guī)格尺寸相關(guān)，且多頁排煙口的排煙量不超過其最大允許風(fēng)量，一般取2～3個(gè)，圖中以2個(gè)示意。在布置排煙井的時(shí)候應(yīng)考慮排煙井在高大空間的平面中的相對(duì)位置，多頁排煙口到服務(wù)本高大空間的最不利點(diǎn)≤30m，確保最不利點(diǎn)煙氣能有效被抽吸。各高大空間的多頁排煙口與排煙主管相連接，排煙主管布置在排煙井里，排煙主管與排風(fēng)機(jī)相連接，在排煙井進(jìn)入風(fēng)機(jī)房的防火隔墻上設(shè)置280℃排煙防火閥，當(dāng)管內(nèi)煙氣溫度達(dá)到280℃時(shí)，該閥自動(dòng)熔斷關(guān)閉并連鎖排風(fēng)機(jī)關(guān)閉，風(fēng)機(jī)房出口設(shè)排風(fēng)百葉，將煙氣最終排至室外。

2 工程應(yīng)用案例

以某研發(fā)辦公公共建筑通風(fēng)排煙為例，地上9層，層高3.9m，每三層一個(gè)通高高大空間且為一個(gè)防煙分區(qū)，通高區(qū)域建筑面積約800m2，且位于同一平面位置，共3個(gè)高大空間，為一類高層公共建筑。若不考慮高大空間的排煙特點(diǎn)優(yōu)選自然排煙。但是因主立面為大面積玻璃幕墻，選用電動(dòng)窗為自然排煙方式中較優(yōu)方案。通過電動(dòng)窗詢價(jià)，整體造價(jià)偏高且排煙效果不穩(wěn)定。因此，選用上述機(jī)械排煙方式中的方案三。結(jié)合建筑造型需要，將風(fēng)井布置在入口大門兩側(cè)，不影響高大空間的正常使用和預(yù)期效果，且屋頂為平屋頂，也便于布置屋頂排煙機(jī)房，不影響外觀效果。實(shí)施項(xiàng)目?jī)?nèi)部排煙口布置見圖4。經(jīng)計(jì)算排煙量87000m3/h，設(shè)計(jì)排煙量為104400m3/h，選用2臺(tái)風(fēng)量52200m3/h、風(fēng)壓700Pa、電機(jī)功率22kW的排煙風(fēng)機(jī)，并為了結(jié)合平時(shí)使用，風(fēng)機(jī)進(jìn)出口安裝消聲器。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況，當(dāng)夏季高溫季節(jié)選擇性臨時(shí)開啟排煙風(fēng)機(jī)用于高大空間平時(shí)通風(fēng)。

3 結(jié)束語

通過對(duì)比分析和應(yīng)用案例，可得出以下結(jié)論：第一，高大空間機(jī)械排煙系統(tǒng)的排煙口在兩條土建豎井豎向高度側(cè)向布置，相對(duì)在一條風(fēng)井上布置排煙口，對(duì)大廳裝飾效果影響最小，吊頂內(nèi)不敷設(shè)排煙管，不占用吊頂空間，對(duì)后期吊頂裝飾無影響。第二，高大空間機(jī)械排煙系統(tǒng)布置了兩條土建豎井兩路排煙主管，單個(gè)排煙井占用平面空間小，排煙口布置均勻，雙風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)排煙，通風(fēng)氣流組織順暢，當(dāng)任意高大空間發(fā)生火災(zāi)時(shí)能及時(shí)有效地排除煙氣，提高了系統(tǒng)安全性及可靠性。第三，雙風(fēng)井雙風(fēng)機(jī)側(cè)排煙兼顧高大空間的平時(shí)通風(fēng)需求，單臺(tái)風(fēng)機(jī)功率小，排風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪聲低，高大空間在高溫季節(jié)臨時(shí)性通風(fēng)排熱時(shí)，不影響公共建筑的正常使用。

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