朱俊亮

中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

0 引言

近年，中國城鎮(zhèn)化速度越來越快，大量建筑的出現(xiàn)在滿足人們居住、娛樂的同時(shí)，也帶來了一定的消防安全問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年因火災(zāi)傷亡的人數(shù)達(dá)幾千人，其中有90%以上是被煙氣窒息死亡的[1]。因此為保證火災(zāi)發(fā)生后人們能夠順利地向室外安全區(qū)域進(jìn)行疏散，必須做好防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014（簡稱“新建規(guī)”）僅明確了防排煙系統(tǒng)的設(shè)置場所[2]，但是與之相適應(yīng)的《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》卻遲遲未有發(fā)布。新舊規(guī)范的不同步導(dǎo)致各設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。

本文針對新、舊建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范對民用建筑中需劃分多個(gè)防煙分區(qū)的機(jī)械排煙系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)解讀，通過實(shí)例剖析，幫助設(shè)計(jì)者更加深刻地理解規(guī)范，便于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)成規(guī)范要求。

1 現(xiàn)行規(guī)范對排煙量的計(jì)算規(guī)定

中華人民共和國公安部公消 [2015]98號規(guī)定三，鑒于新制訂的《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》尚未批準(zhǔn)發(fā)布，防煙排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與審核按照以下規(guī)定執(zhí)行：防煙與排煙系統(tǒng)設(shè)置場所執(zhí)行新版《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）；其他具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍執(zhí)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016-2006）及《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50045-95）（2005版）的有關(guān)規(guī)定[3]。

其中《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016-2006）（簡稱“舊建規(guī)”）對機(jī)械排煙系統(tǒng)的排煙量計(jì)算要求為表1[4]。

表1 舊建規(guī)對機(jī)械排煙量的計(jì)算規(guī)定

高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB50045-95（2005版）（簡稱“高規(guī)”）對機(jī)械排煙量的計(jì)算規(guī)定如下：擔(dān)負(fù)1個(gè)防煙分區(qū)排煙或凈空高度大于6.0 m的不劃防煙分區(qū)的房間時(shí)，應(yīng)按每平方米面積不小于60 m3/h計(jì)算（單臺風(fēng)機(jī)最小排煙量不應(yīng)小于7200 m3/h）。擔(dān)負(fù)2個(gè)或2個(gè)以上防煙分區(qū)排煙時(shí)，應(yīng)按最大防煙分區(qū)面積每平方米不小于120 m3/h計(jì)算[5]。

舊建規(guī)和高規(guī)對機(jī)械排煙量計(jì)算的規(guī)定都是摘抄的日本規(guī)范，源自日本規(guī)定：擔(dān)負(fù)2個(gè)或2個(gè)以上防煙分區(qū)的排煙風(fēng)機(jī)排煙量每分鐘能排出2 m3/min（120 m3/h）以上，且滿足防煙分區(qū)每平方米地板面積排出1 m3/min（60 m3/h）排煙量[5]。通過對舊建規(guī)和高規(guī)條文及解釋的比較可以看出二者對于防煙分區(qū)內(nèi)排煙量的計(jì)算和設(shè)備選型的規(guī)定完全一致。

2 工程實(shí)例排煙系統(tǒng)方案對比

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)各設(shè)計(jì)院對規(guī)范的理解深度有差異，機(jī)械排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案也不盡相同。本文設(shè)置一個(gè)工程實(shí)例，首先選取常規(guī)設(shè)計(jì)方案的機(jī)械排煙系統(tǒng)，并對其進(jìn)行定性分析，根據(jù)其不足進(jìn)行相應(yīng)的方案優(yōu)化。方案對比重點(diǎn)剖析系統(tǒng)的風(fēng)管、風(fēng)口設(shè)置原則、防煙分區(qū)的劃分原則及其排煙量計(jì)算。

2.1 工程概況和設(shè)計(jì)要求

工程為一層公共建筑，房間功能為辦公室，建筑面積共1230 m2，建筑層高為4.8 m，梁底標(biāo)高4.2 m。按照新建規(guī)條文8.5.3要求，單個(gè)房間建筑面積大于100m2，經(jīng)常有人停留且可燃物較多。每個(gè)房間可開啟外窗面積都不滿足自然排煙條件，因此設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)，自然補(bǔ)風(fēng)。

2.2 常規(guī)設(shè)計(jì)方案及分析

每個(gè)房間單獨(dú)劃分為1防煙分區(qū)，共3個(gè)。其排煙量的計(jì)算按照舊建規(guī)。排煙風(fēng)機(jī)采用耐高溫軸流風(fēng)機(jī)，設(shè)置于屋面，排煙風(fēng)管材質(zhì)為鍍鋅鋼板，每個(gè)防煙分區(qū)根據(jù)排煙量計(jì)算值設(shè)置不同數(shù)量和規(guī)格尺寸的常閉排煙口。具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳見圖1。

圖1 常規(guī)設(shè)計(jì)方案剖面示意圖

按照舊建規(guī)規(guī)定，擔(dān)負(fù)2個(gè)或2個(gè)以上防煙分區(qū)排煙時(shí)，排煙風(fēng)機(jī)設(shè)備選型應(yīng)按最大防煙分區(qū)面積每平方米不小于120 m3/h排煙量計(jì)算。該排煙系統(tǒng)最終計(jì)算排煙量為480×120 m3/h=57600 m3/h。設(shè)備選型排煙量為57600×1.2=69120 m3/h，因此排煙系統(tǒng)在同時(shí)擔(dān)負(fù)防煙分區(qū)一和防煙分區(qū)二時(shí)排煙風(fēng)管變徑加大，尺寸為2000 mm×500 mm以保證風(fēng)速滿足要求。計(jì)算各防煙分區(qū)的排煙量見表2。

表2 各防煙分區(qū)排煙量計(jì)算表

表3 常規(guī)設(shè)計(jì)風(fēng)管、風(fēng)口風(fēng)速對比表

因?yàn)橹饡r(shí)只開啟著火防煙分區(qū)的排煙口，但是常規(guī)設(shè)計(jì)每個(gè)防煙分區(qū)的排煙口和排煙風(fēng)管的配置都是按照每平方米60 m3/h的排煙量設(shè)計(jì)，而且為節(jié)省設(shè)備和管材，排煙風(fēng)管、風(fēng)口的設(shè)計(jì)風(fēng)速基本都是按照規(guī)范的上限值選取。這樣排煙系統(tǒng)啟動時(shí)，系統(tǒng)風(fēng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)防煙分區(qū)所需要的設(shè)計(jì)風(fēng)量值，不可避免地會出現(xiàn)風(fēng)口和風(fēng)管風(fēng)速超標(biāo)的現(xiàn)象。3個(gè)防煙分區(qū)風(fēng)管、風(fēng)口的風(fēng)速設(shè)計(jì)值和實(shí)際值如表3。

如表3所示：當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，單獨(dú)開啟著火防煙分區(qū)排煙口工況下，風(fēng)管風(fēng)速會超過規(guī)范的規(guī)定值（20 m/s），而排煙口的風(fēng)速更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)范值（10 m/s）。這樣不但造成整個(gè)系統(tǒng)的排煙阻力和噪聲超標(biāo)，更嚴(yán)重地影響了排煙效果。當(dāng)排煙口風(fēng)速超過規(guī)范值時(shí)，排煙口會過多地吸入周圍的空氣，使排出的煙氣中空氣所占的比例增大[4]。即便是開啟2個(gè)防煙分區(qū)，因?yàn)橄到y(tǒng)是按照最大防煙分區(qū)的面積計(jì)算的排煙量，著火時(shí)系統(tǒng)啟動，防煙分區(qū)的風(fēng)量、風(fēng)速依然可能超標(biāo)。

由此可見，國內(nèi)各大設(shè)計(jì)院的常規(guī)設(shè)計(jì)方案表面上每個(gè)防煙分區(qū)的排煙量滿足了要求，排煙系統(tǒng)擔(dān)負(fù)2個(gè)及以上防煙分區(qū)的設(shè)備選型也是滿足規(guī)范要求的，但是設(shè)計(jì)者沒有考慮發(fā)生火災(zāi)時(shí)整個(gè)排煙系統(tǒng)的控制模式和排煙效果，造成了排煙系統(tǒng)失效，并且違反了設(shè)計(jì)規(guī)范。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

針對目前排煙系統(tǒng)違反規(guī)范的現(xiàn)象，筆者對常規(guī)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化。既然規(guī)范要求每平方米排煙量不小于60 m3/h，擔(dān)負(fù)2個(gè)及以上防煙分區(qū)時(shí)，排煙風(fēng)機(jī)選型需按照最大防煙分區(qū)每平方米排煙量不小于120 m3/h。那么當(dāng)排煙系統(tǒng)擔(dān)負(fù)2個(gè)及以上防煙分區(qū)時(shí)，令每個(gè)防煙分區(qū)的排煙風(fēng)管和風(fēng)口均按照每平方米排煙量不小于120 m3/h去設(shè)計(jì)就能滿足單個(gè)防煙分區(qū)著火時(shí)排煙風(fēng)管、風(fēng)口不超速的要求。這樣的話，每個(gè)防煙分區(qū)的排煙管尺寸和排煙口尺寸和個(gè)數(shù)都是相同的，相比于常規(guī)設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案在風(fēng)管和風(fēng)口用量上會有一定的增加。具體系統(tǒng)方案見圖2。

圖2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案剖面示意圖

優(yōu)化的機(jī)械排煙系統(tǒng)按最大防煙分區(qū)面積每平方米不小于120 m3/h的排煙量進(jìn)行計(jì)算，但是排煙風(fēng)機(jī)的設(shè)備選型仍然可以與常規(guī)設(shè)計(jì)方案保持一致。風(fēng)管和風(fēng)口風(fēng)速的設(shè)計(jì)值和實(shí)際值見表4。

表4 優(yōu)化設(shè)計(jì)風(fēng)管、風(fēng)口風(fēng)速對比表

通過表4可以看出，控制模式同樣考慮只開啟著火防煙分區(qū)的排煙口，無論是哪個(gè)防煙分區(qū)著火，排煙風(fēng)管、排煙口風(fēng)速的設(shè)計(jì)值和實(shí)際值都是一致的，符合規(guī)范要求，而且可以保證良好的排煙效果。

2.4 方案對比分析

按照優(yōu)化的排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只考慮同一時(shí)間僅有一處著火點(diǎn)，火災(zāi)時(shí)僅開啟著火防煙分區(qū)的排煙口，無論從排煙風(fēng)管、排煙口風(fēng)速控制還是火災(zāi)時(shí)消防聯(lián)動控制都是有利的，而且可以充分保證排煙效果，滿足規(guī)范要求，避免目前常規(guī)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)聯(lián)動控制亂象和風(fēng)口、風(fēng)管超速等現(xiàn)象。

當(dāng)然優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案是按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，相比于各設(shè)計(jì)院的常規(guī)設(shè)計(jì)方案，在風(fēng)管和風(fēng)口材料上會有少量增加，但是設(shè)備選型并不會發(fā)生變化，因此從本專業(yè)排煙效果和規(guī)范要求的角度來分析，優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案才是符合規(guī)范要求的，也是必須執(zhí)行的。另外，明顯的可以看出，同一個(gè)機(jī)械排煙系統(tǒng)服務(wù)的防煙分區(qū)，面積應(yīng)該盡量縮小差距，從而降低排煙設(shè)備的排煙量，劃分為相同面積時(shí)對減少設(shè)備投資最為有利。

3 對現(xiàn)行規(guī)范的建議

目前我國的建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范和高層建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范，很多條文及其條文解釋不夠明確，而且只是照搬國外的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不一定就是符合我國國情。因此，即將發(fā)布的《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》應(yīng)該明確規(guī)定同一個(gè)防火分區(qū)內(nèi)防煙分區(qū)設(shè)置原則、每個(gè)防煙分區(qū)排煙量計(jì)算方法以及發(fā)生火災(zāi)時(shí)排煙系統(tǒng)的控制模式。另外，還建議對既有建筑進(jìn)行消防設(shè)施系統(tǒng)可靠性進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范下的設(shè)計(jì)缺陷，盡快地更新出適應(yīng)于我國國情的建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范。

4 結(jié)論

因舊建規(guī)和高規(guī)對排煙量的計(jì)算要求一致，本文的結(jié)論對執(zhí)行高規(guī)的案例同樣適用。通過對民用建筑中擔(dān)負(fù)多個(gè)防煙分區(qū)的機(jī)械排煙系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的舉例比較、剖析，得出結(jié)論如下：

1）在現(xiàn)行規(guī)范條文下，國內(nèi)各設(shè)計(jì)院對排煙系統(tǒng)中排煙量的計(jì)算理解過淺，導(dǎo)致實(shí)際工程中設(shè)計(jì)的排煙系統(tǒng)達(dá)不到預(yù)期的排煙效果，排煙風(fēng)管、風(fēng)口風(fēng)速超標(biāo)嚴(yán)重，不能夠滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

2）按照提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，能夠滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，但也存在成本提高的問題。

3）同一個(gè)機(jī)械排煙系統(tǒng)服務(wù)的防煙分區(qū)，分區(qū)之間的面積應(yīng)該盡量縮小差距，劃分為相同面積時(shí)對減少設(shè)備投資最為有利。

4）建議《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》明確防煙分區(qū)的劃分原則，每個(gè)防煙分區(qū)排煙量及排煙口、排煙管、排煙閥的設(shè)置原則、每個(gè)防火分區(qū)內(nèi)排煙系統(tǒng)的控制模式。更重要的是明確暖通空調(diào)專業(yè)需要提供給電氣專業(yè)的控制原則，使建筑防排煙系統(tǒng)在火災(zāi)時(shí)真正地發(fā)揮作用。