導(dǎo)語(yǔ)：中庭排煙設(shè)計(jì)管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要通過(guò)對(duì)超高層辦公樓及中庭火災(zāi)時(shí)排煙量的計(jì)算和煙氣流向分析，認(rèn)為30m以上的超高中庭仍需要進(jìn)行消防排煙處理，確定了中庭排煙方式及排煙所需面積，排煙窗位置和控制方法。

關(guān)鍵詞超高中庭排煙熱量釋放著火層煙氣量煙溫?zé)焺?shì)流速自控排煙窗

中庭排煙的主要任務(wù)：一是在火災(zāi)時(shí)能及時(shí)排除煙氣，保證人員在較好的能見(jiàn)度下進(jìn)行安全疏散，使消防人員獲得更有效的安全工作環(huán)境，把人員，建筑物及設(shè)備的損失降到最低限度；二是及時(shí)排除辦公層火災(zāi)時(shí)涌入中庭的煙氣，防止煙氣層化，減少非著火層工作人員對(duì)火災(zāi)的恐懼感，防止由于恐慌而造成不必要損失。結(jié)合上海交銀金融大廈項(xiàng)目就中庭煙氣來(lái)源于自身的裙房層和辦公層這一觀點(diǎn)進(jìn)行闡述。

交銀大廈地面以上一層至五層為裙房（主要為營(yíng)業(yè)，計(jì)算機(jī)房，餐飲）；裙房以上為南北兩幢辦公塔樓（樓高分別是190m和230m）。南北辦公樓中間由163m高中庭相連。辦公樓和中庭的東西外墻均為玻璃幕墻，中庭的南北向與辦公樓之間由玻璃幕墻隔開(kāi)，（幕墻上設(shè)一扇可開(kāi)啟窗）根據(jù)消防規(guī)定中庭和辦公樓均須作消防排煙處理。

一、辦公層火災(zāi)時(shí)對(duì)中庭的影響

火災(zāi)發(fā)生時(shí)如何確?；馂?zāi)區(qū)的人員在潔靜的環(huán)境下有秩序地疏散到安全區(qū)，便成為消防排煙設(shè)計(jì)的主要課題。保證人員疏散所必需的安全高度的確定對(duì)排煙量有很大影響，控制此高度實(shí)際上就是控制煙氣量。筆都根據(jù)規(guī)范和國(guó)外某些計(jì)算方法結(jié)合交銀大廈項(xiàng)目進(jìn)行了計(jì)算，通過(guò)比較尋求最佳的設(shè)計(jì)方案。

1．按防煙分區(qū)單位面積風(fēng)量計(jì)算煙氣量

《高規(guī)》8.4.2.2條指出"提供兩個(gè)或兩個(gè)以上的防煙分區(qū)排煙時(shí)，應(yīng)按最大防煙分區(qū)面積，每平方米不小于120m3/h計(jì)

算。"按此標(biāo)準(zhǔn)，本排風(fēng)系統(tǒng)排煙量為

L=F×q=600×120=72000m3/h

(辦公層面積600m2)；相當(dāng)于42次/時(shí)換氣。這樣大的風(fēng)量，無(wú)論采用土建風(fēng)道（最大風(fēng)速小于15m/s）還是金屬風(fēng)道（最大風(fēng)速小于20m/s）都將占用大塊的辦公面積。

2．按換氣次數(shù)計(jì)算煙氣量

《技術(shù)規(guī)程》4.2.2.4指出"沒(méi)有噴淋的大空間辦公室按6次/時(shí)計(jì)算。但不應(yīng)小于30000m3/h。"實(shí)際計(jì)算煙量L=600×2.8×6=10080m3/h。

3．按火情法計(jì)算煙氣量

本項(xiàng)目計(jì)算采用《準(zhǔn)則》《技術(shù)規(guī)程》現(xiàn)代建筑排煙所推薦的計(jì)算方法結(jié)合辦公層的使用特點(diǎn)，設(shè)定了有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算，煙氣量為42500m3/h，相當(dāng)于25次/時(shí)換氣。

M=0.19×P×Y×3/2=0.19×12×2.5×3/2×9.01kg/s

θ=Q/(M×C)=1500×(9.01×1)=166℃

V=（M×T）/（P0×T0）

=[M×（θ+T0）]/（P0×T0）

=[9.01×(166+293)]/(1.2×293)

=11.76m3/s=42344m3/h

n=42344/(600×2.8)=25.2次/h

式中：M----煙氣質(zhì)量流量，kg/s；

P----火災(zāi)周長(zhǎng)，m；

Y----煙層底高，m，辦公層Y=2.5m，裙房Y=2.5m；

θ----煙氣與周圍環(huán)境的溫差，℃；

Q----熱量釋放，MW（kW）；辦公層Q=1.5MW；裙房Q=2.5MW

V----煙氣體積流量m3/s；

T0----環(huán)境溫度T0=20℃（20+273=293K）

P0----環(huán)境空氣密度kg/m3,n=換氣次數(shù)（次/h）。

上述計(jì)算說(shuō)明，簡(jiǎn)單地用6次/時(shí)換氣次數(shù)和120m3/h的方法來(lái)確定消防排煙量，計(jì)算值差異太大，對(duì)該項(xiàng)目而言，是不恰當(dāng)?shù)摹Ｒ驗(yàn)樵跓煔鉄崃酷尫胖荡_定后，排煙量主要取決于煙氣上升到煙層底的高度，與樓面位置或空間是無(wú)關(guān)的。結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，采用了計(jì)算方法2和計(jì)算方法3相結(jié)合的方式，確定了防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

從經(jīng)濟(jì)效果考慮，確定辦公層機(jī)械排煙系統(tǒng)的排煙量按6次/時(shí)換氣計(jì)算，這樣，當(dāng)辦公層出現(xiàn)小型火災(zāi)時(shí)就能投入使用，既減少了占用辦公面積的矛盾，又能滿足人員疏散要求，最大限度地減少火災(zāi)引起的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)辦公層出現(xiàn)1～1.5MW熱釋放量時(shí)，僅用6次/時(shí)換氣的排煙系統(tǒng)是無(wú)法排出全部煙氣的，此時(shí)煙層會(huì)急劇下降，煙溫將提高，甚至?xí)霈F(xiàn)煙霧淹沒(méi)疏散通道的情形，給辦公人員逃生帶來(lái)極大困難。同時(shí)，如果煙溫不斷升高到600℃時(shí)，將會(huì)引起爆燃現(xiàn)象，這無(wú)疑又會(huì)擴(kuò)大火勢(shì)，后果不堪設(shè)想。但是由于噴淋裝置的及投入（一般不會(huì)超過(guò)5min）及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的吸熱作用（約吸收1/3），使煙溫又所降低。有資料介紹，當(dāng)煙溫比周圍空氣溫度高100℃時(shí)，和此煙直接接觸的6mm厚玻璃就會(huì)破碎。另外玻璃的特性決定了它在急劇加熱時(shí)，再受噴淋水的噴灑后，也會(huì)發(fā)生爆裂破碎。這時(shí)煙霧將會(huì)以5～15kg/s的速度涌入中庭（經(jīng)計(jì)算，煙層厚度約620mm）。辦公層大量煙霧的涌出可保證辦公層人員的及時(shí)疏散，但大量的煙氣排放任務(wù)卻轉(zhuǎn)嫁給了中庭。

M=（0.19×P×W×h×3/2）/[W×3/2+(0.19×P/2)×3/2÷0.65]×3/2

=（0.19×12×8.4×2.4×3/2）/[8.4×3/2+(0.19×12/2)×3/2÷0.65]×3/2

=4.5kg/s

D=[M/(2×W)]×3/2÷cd

=[4.5/(2×8.4)]×3/2×0.65

=0.62m

式中：D----流動(dòng)煙層厚度，m；

M----煙氣質(zhì)量流量，kg/s；

W----開(kāi)口寬度，W=8.4m；

P----火災(zāi)周長(zhǎng)，m,裙房P=12m；

h----開(kāi)口自地凸起的凈高，m，h=2.4m；

c----開(kāi)口排放有效系數(shù)cd=0.65。

二、中庭煙氣量計(jì)算

1．按換氣次數(shù)法計(jì)算

《高規(guī)》的8.4.2.3指出："中庭體積大于17000m3時(shí)，其排煙量按體積的4次/h換氣計(jì)算，但最小排煙量不應(yīng)小于102000m3/h，本中庭排煙量L=42000m3×4次/h=168000m3/h。"

2．按火情法計(jì)算

與中庭相連的裙房部分大部分作為營(yíng)業(yè)廳使用，其熱量釋放值很難確定。本計(jì)算考慮了帶噴淋的賓館的公共區(qū)域的釋放熱量為Q=2.5mW計(jì)算，排煙量約52580m3/h。

M=0.19×P×Y×3/2=0.19×12×3/2

=9.01kg/s

θ=Q/(M×C)=2500×(9.01×1)=277℃

V=[M（θ+T0）]/（P0×T0）

=[9.01×(277+293)]/(1.2×293)

=14.6m3/s=52580m3/h

上述計(jì)算僅僅是基于這樣一個(gè)理念，即煙氣形成后，可以在空間內(nèi)形成一個(gè)穩(wěn)定的儲(chǔ)煙倉(cāng)，并且煙層的底部離開(kāi)發(fā)煙點(diǎn)不高于12m的范圍，這是對(duì)人員疏散提出的基本條件。而目前的中庭排煙主要任務(wù)是在火災(zāi)發(fā)生時(shí)及時(shí)排除積存的煙氣。這不僅可以防止火災(zāi)秧及另一幢辦公樓（二樓間距12m），同時(shí)對(duì)穩(wěn)定其他辦公層工作人員的情緒起到了很大作用。另外，我們面對(duì)的是一個(gè)42000m3容積的超高中庭，超過(guò)了在前面所選用的公式和有關(guān)國(guó)內(nèi)外消防排煙設(shè)計(jì)計(jì)算中所涵蓋的范圍。

諸如煙氣在上升中由于周圍冷空氣滲入，出現(xiàn)煙氣層化現(xiàn)象的計(jì)算高度；煙層平均限制在深度30m，是否會(huì)出現(xiàn)煙氣層化現(xiàn)象；排煙窗如何配合等問(wèn)題都有待于解決。為此，考慮了其中一部分計(jì)算，驗(yàn)證其過(guò)程，英之杰工程設(shè)備和英國(guó)COLT國(guó)際集團(tuán)根據(jù)我們提供的有關(guān)數(shù)據(jù)采用CFD模型作了煙氣流動(dòng)計(jì)算和實(shí)體流體狀態(tài)模型試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)定火災(zāi)發(fā)生在14層、30層時(shí)，夏季室外溫度35℃，冬季-4℃，中庭底部空氣溫度25℃，分別就冬季和夏季的模擬研究提供了試驗(yàn)結(jié)果和有關(guān)圖示，并且做了專項(xiàng)說(shuō)明，解決了設(shè)計(jì)院所不能解決的某些問(wèn)題。模擬試驗(yàn)同時(shí)也證明了本設(shè)計(jì)對(duì)中庭排煙設(shè)計(jì)說(shuō)明的可行性。故最后經(jīng)與建筑協(xié)商，在7、12、19、25、32、38層設(shè)置排煙窗共72個(gè)。（見(jiàn)附圖2）三、模擬研究結(jié)果

1．夏季火源在30層排煙裝置在接受火警信號(hào)30s后打開(kāi)。隨著火勢(shì)的發(fā)展以及排煙裝置的開(kāi)啟，堆積作用開(kāi)始產(chǎn)生，使煙氣保持在高于著火層的上方，中庭的下部被補(bǔ)充空氣冷卻，在10min后通過(guò)排煙裝置的流量分別為：樓層38322519127

流量m3/s-31.7-14.9-12.2+20.6+20.6+23.0

注意：正值代表送進(jìn)，負(fù)值表示排除。

2．夏季火源在14層排煙裝置在接受火警信號(hào)30s后打開(kāi)。隨著火勢(shì)的發(fā)展以及排煙裝置的開(kāi)啟，使煙氣保持在高于著火層的上方，20min后中庭的氣體構(gòu)成基本穩(wěn)定，通過(guò)排煙裝置的流量分別為：

樓層38322519127

流動(dòng)率（m3/s）-34.4-26.4-12.9+11.2+29.3+31.1

注意：正值代表送進(jìn)，負(fù)值表示排除。

3．冬季火源在30層排煙裝置在接受火警信號(hào)30s打開(kāi)。隨著火勢(shì)的發(fā)展以及排煙裝置的開(kāi)啟，堆積作用開(kāi)始產(chǎn)生，使煙氣保持在高于著火層的上方，中庭的下部被補(bǔ)充空氣冷卻，10min后通過(guò)排煙裝置的流量分別為：

樓層38322519127

流動(dòng)率（m3/s）-39.4-18.0-9.8+18.1+22.9+23.4

注意：正值代表送進(jìn)，負(fù)值表示排除。

4．冬季火源在14層排煙裝置在接受火警信號(hào)30s后打開(kāi)，使煙氣保持在高于著火層的上方，在20min后中庭的氣體構(gòu)成基本穩(wěn)定，通過(guò)排煙裝置的流量分別為：

樓層38322519127

流動(dòng)率（m3/s）-42.9-33.1-16.6+15.9+37.0+37.1

注意：正值代表送進(jìn)，負(fù)值表示排除。

由COLT排煙工程公司提供的方案被試驗(yàn)驗(yàn)證為完全有效并且能夠產(chǎn)生合理的堆積效應(yīng)，室外空氣被有組織地引入，因而煙層能夠一直維持在著火層的上方，而在上部被排煙系統(tǒng)排除。

四、中庭排煙窗在具體設(shè)計(jì)上的考慮

在設(shè)計(jì)中，同時(shí)考慮了平時(shí)自然通風(fēng)對(duì)中庭空氣溫度梯度的影響，模擬試驗(yàn)圖示表明，當(dāng)中庭無(wú)通風(fēng)時(shí)，中庭上部空氣溫度約達(dá)50℃。

為確保辦公室50m3新風(fēng)量除了利用衛(wèi)生間排風(fēng)外，部分空調(diào)風(fēng)將通過(guò)可開(kāi)啟窗進(jìn)入中庭。這樣既滿足了新風(fēng)進(jìn)風(fēng)量又利用空調(diào)風(fēng)降低中庭內(nèi)空氣溫度。平時(shí)利用自控排煙窗進(jìn)行自然通風(fēng)，降低中庭上部空氣溫度與辦公層之間的溫差，節(jié)省能源。

中庭排煙窗分別設(shè)置在東西玻璃墻的7、12、19、25、32、38層，人工開(kāi)窗是不可能的，因此采用了自動(dòng)控制并與大樓BA系統(tǒng)相聯(lián)，并對(duì)排煙窗的自控提出了額外的要求。

1．排煙作必須上開(kāi)，上開(kāi)角度不小于50℃，以防止風(fēng)的倒灌和便于窗扇的開(kāi)關(guān)。

2．根據(jù)室外風(fēng)向、風(fēng)壓、空氣溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)窗的開(kāi)關(guān)，保證排煙效果。

3．設(shè)置自動(dòng)防雨裝置，在突然下雨時(shí)能自動(dòng)關(guān)閉，防止雨水淋入中庭，影響正常工作。

4．窗扇應(yīng)備有獨(dú)立的電源，防止火災(zāi)時(shí)突然停電，同時(shí)又應(yīng)具備在停電時(shí)保證窗扇的自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉。

5．窗扇為常閉型，只在受到溫度作用后，依據(jù)控制要求30s打開(kāi)。

不可否認(rèn)，自然排煙窗由于配置了較完善的自動(dòng)控制，其價(jià)格昂貴，每一扇窗的自控裝置價(jià)格高，窗扇數(shù)越多、造價(jià)越

高，因此在選擇排煙窗時(shí)，應(yīng)在滿足排煙面積前提上，盡量配合建筑，盡量放大排煙窗單扇面積，減少排煙窗數(shù)量，力求降低造價(jià)。

參考文獻(xiàn)

1中庭建筑煙霧控制設(shè)計(jì)手段，《英國(guó)》消防研究站；

2封閉購(gòu)物中心中的煙霧控制設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，《英國(guó)》消防研究站；

3《交銀》煙氣流動(dòng)計(jì)算機(jī)實(shí)體流體狀態(tài)模擬分析及設(shè)計(jì)說(shuō)明，英之杰工程設(shè)備（現(xiàn)上?？凭S貿(mào)易有限公司）英國(guó)COLT國(guó)際集團(tuán)；

4現(xiàn)代建筑排煙，天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社；

5民用建筑防排煙技術(shù)規(guī)程，上海市工程建設(shè)規(guī)程；

6高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。