張 兵 胡 勇

(中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司,湖北 武漢 430014)

0 引言

GB 51251—2017建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn))已于2018年8月1日實(shí)施。《標(biāo)準(zhǔn)》與原《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱建規(guī))中排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的區(qū)別比較大。如排煙量的計(jì)算和防煙分區(qū)的劃分。新的《標(biāo)準(zhǔn)》排煙量計(jì)算不再像原《建規(guī)》排煙量?jī)H按最大防煙分區(qū)的面積來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)乘法，而是與火災(zāi)熱釋放速率、煙羽流的類型有關(guān)；防煙分區(qū)最大允許面積根據(jù)凈高分類由原來(lái)的2類改為4類。因此按新規(guī)設(shè)計(jì)的排煙系統(tǒng)與原《建規(guī)》差異非常大。本文以最近設(shè)計(jì)的奧體中心游泳館和體育館為例來(lái)闡述新規(guī)在上述兩方面帶來(lái)的差異，并對(duì)《標(biāo)準(zhǔn)》第4.2.4條注2提出建議。

1 Z值對(duì)排煙量的影響

筆者最近設(shè)計(jì)的奧體中心內(nèi)有一個(gè)1 500座的游泳館及一個(gè)4 500座的體育館，均為多層建筑。游泳館及體育館內(nèi)的比賽大廳空間防火分區(qū)面積均控制在5 000 m2內(nèi)。游泳館橢圓型屋頂最高點(diǎn)凈高30 m，最高處座椅高度為6.6 m。體育館橢圓型屋頂最高點(diǎn)凈高30 m，最高處座椅高度為14 m。簡(jiǎn)易剖面圖如圖1,圖2所示。

游泳館和體育館煙羽流類型均為軸對(duì)稱型。根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》第4.6.11.1條軸對(duì)稱型煙羽流質(zhì)量流量的計(jì)算式可以看出煙羽流質(zhì)量流量Mρ值與Qc和Z值等因素有關(guān)，特別是Z值(燃料面到煙層底部的高度)對(duì)煙羽流質(zhì)量流量的影響非常大。

(1)

(2)

從式(1)可以看出，對(duì)于凈高、火災(zāi)時(shí)的熱釋放速率一定，Mρ與Z成拋物線(類似于y=axb+c，b=5/3，c=0.001 8Qc)的關(guān)系，詳見(jiàn)圖3。從圖中可以看出Z值與Mρ呈指數(shù)增長(zhǎng),Z值越大，Mρ越大。即煙羽流質(zhì)量流量越大，排煙量越大，儲(chǔ)煙倉(cāng)厚度越小。

從式(2)可以看出，對(duì)于凈高、火災(zāi)時(shí)的熱釋放速率一定，Mρ與Z成正比關(guān)系線(類似于y=axb+c，b=1，c=0)的關(guān)系，詳見(jiàn)圖3。從圖中可以看出Z值與Mρ呈線型增長(zhǎng),Z值越大，Mρ也越大，但增長(zhǎng)速度明顯沒(méi)有式(1)增長(zhǎng)的快。

假設(shè)游泳館和體育館均在0.000發(fā)生火災(zāi)，有噴淋，軸對(duì)稱型煙羽流，火災(zāi)熱釋放速率Q=2.5 MW。根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》第4.6.11條～4.6.13條及圖1和圖2分別計(jì)算出游泳館和體育館一個(gè)防煙分區(qū)的各項(xiàng)值，列入表1。

從上述計(jì)算及表1中可以看出：對(duì)于面積、凈高均相等的游泳館和體育館，由于Z值的不同，Mρ值相差1倍有余。而按原《建規(guī)》游泳館和體育館的排煙量均為300 000 m3/h。人數(shù)少的游泳館排煙量減少了，人數(shù)多的體育館基本持平。人員多的體育館，因其Z值更大，導(dǎo)致所需的排煙量也更大。

表1 游泳館和體育館一個(gè)防煙分區(qū)內(nèi)的各項(xiàng)排煙數(shù)值

名稱QcZ1ZHqMρΔTVT游泳館1 7503.2910.53.946.2237.4943.44(156 384)330.64體育館1 7503.2917.23.2101.1517.1389.22(321 192)310.28注:Qc為熱釋放速率的對(duì)流部分,kW;Z1為火焰極限高度,m;Z為燃料面到煙層底部的高度,m;Hq為最小清晰高度,m;Mρ為煙雨流質(zhì)量流量,kg/s;ΔT為煙層平均溫度與環(huán)境溫度的差,K;V為排煙量,m3/s(括號(hào)內(nèi)為m3/h);T為煙層的平均絕對(duì)溫度,K

2 防煙分區(qū)的劃分對(duì)排煙系統(tǒng)的影響

如前所述，按原《建規(guī)》游泳館和體育館空間凈高大于6 m，可不劃分防煙分區(qū)。每個(gè)館的排煙量均為30萬(wàn)m3/h。每個(gè)館可對(duì)稱設(shè)置4個(gè)風(fēng)機(jī)房，每個(gè)風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置1臺(tái)75 000 m3/h排煙風(fēng)機(jī)。失火時(shí)4臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)排煙。

根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》第4.2.4條規(guī)定，對(duì)于空間凈高大于6 m的空間，其最大允許的防煙分區(qū)面積為2 000 m2。《標(biāo)準(zhǔn)》特別注明當(dāng)空間凈高大于9 m時(shí)，防煙分區(qū)之間可不設(shè)置擋煙設(shè)施。此注釋“可不設(shè)置擋煙設(shè)施”目前有兩種理解，前期宣貫的專家學(xué)者、審圖機(jī)構(gòu)及消防部門(mén)都沒(méi)有一個(gè)明確的意見(jiàn)，而兩種觀點(diǎn)排煙系統(tǒng)的做法及所產(chǎn)生的結(jié)果相差甚大。第一種觀點(diǎn)認(rèn)為當(dāng)空間凈高大于9 m時(shí)，不劃分防煙分區(qū)。類似于原《建規(guī)》中對(duì)于凈高大于6 m的空間不劃分防煙分區(qū)，按一個(gè)防煙分區(qū)考慮，計(jì)算一個(gè)防煙分區(qū)的排煙量；第二種觀點(diǎn)認(rèn)為當(dāng)空間凈高大于9 m時(shí)，按每個(gè)防煙分區(qū)面積不大于2 000 m2劃分防煙分區(qū)，但是不設(shè)置物理?yè)鯚煷贡凇Ｒ韵乱泽w育館為例來(lái)說(shuō)明上述兩種觀點(diǎn)排煙系統(tǒng)的差別及其影響。

首選按第1種觀點(diǎn)，即將整個(gè)比賽大廳按一個(gè)防煙分區(qū)考慮，不劃分防煙分區(qū)，總設(shè)計(jì)計(jì)算排煙風(fēng)量為321 192 m3/h。因此，在四個(gè)角共設(shè)4處風(fēng)機(jī)房，每處風(fēng)機(jī)房設(shè)1臺(tái)風(fēng)機(jī)，每臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為80 298 m3/h。為便于比較，排煙風(fēng)機(jī)風(fēng)量暫均不考慮附加系數(shù)。按防煙分區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)與最近的排煙口之間的水平距離不大于30 m布置平面，詳見(jiàn)圖4。從圖中可以看出，排煙風(fēng)管均勻分布于4處風(fēng)機(jī)房附近。每處排煙干管的最小管徑為1 250 mm，2個(gè)支管最小管徑為φ900 mm。此做法對(duì)于建筑空間效果來(lái)說(shuō)是可以接受的。排煙系統(tǒng)的控制也是可以實(shí)現(xiàn)的。為便于比較，此方案暫且稱為方案A。

如果按第2種觀點(diǎn)劃分為4個(gè)防煙分區(qū)，根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》4.6.4.1條計(jì)算，排煙風(fēng)機(jī)總設(shè)計(jì)計(jì)算排煙風(fēng)量仍為321 192 m3/h。此種觀點(diǎn)有多種設(shè)計(jì)方案，筆者選擇其中2種邊界方案進(jìn)行比較。方案B以減少風(fēng)機(jī)數(shù)量，節(jié)約風(fēng)機(jī)成本為出發(fā)點(diǎn)。為了使每個(gè)防煙分區(qū)內(nèi)失火時(shí)都能利用風(fēng)機(jī)房的4臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)，需要設(shè)置環(huán)形風(fēng)管。如果設(shè)置1根環(huán)形風(fēng)管，最大直徑為1.8 m；如果設(shè)置2根環(huán)形風(fēng)管，最大直徑為1.25 m；4根環(huán)形風(fēng)管對(duì)應(yīng)的最大直徑0.9 m。失火時(shí)，4臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)開(kāi)啟，同時(shí)聯(lián)動(dòng)著火防煙分區(qū)的排煙口。平面布置示意圖如圖5所示。此方案雖然減少了風(fēng)機(jī)數(shù)量，降低了風(fēng)機(jī)及配電投資，但是網(wǎng)架內(nèi)排煙風(fēng)管尺寸太大/管道太多，嚴(yán)重影響比賽大廳的空間觀感。方案C按排煙風(fēng)管最小/最短為原則，每個(gè)防煙分區(qū)需要設(shè)置4臺(tái)風(fēng)量80 298 m3/h的排煙風(fēng)機(jī)，共計(jì)16臺(tái)，平面布置示意圖如圖6所示。失火時(shí)，開(kāi)啟著火防煙分區(qū)的4臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)，同時(shí)聯(lián)動(dòng)著火防煙分區(qū)的排煙口。此方案排煙風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)、風(fēng)機(jī)房面積、消防供電負(fù)荷均為方案B的4倍。但無(wú)論是方案B還是方案C，都面臨一個(gè)無(wú)法避免的問(wèn)題，即各防煙分區(qū)之間由于沒(méi)有物理?yè)鯚煷贡?，失火時(shí)煙氣會(huì)飄逸到相鄰防煙分區(qū)，聚集在穹頂下方。此時(shí)消防報(bào)警系統(tǒng)無(wú)法判別究竟該開(kāi)啟哪個(gè)防煙分區(qū)的排煙風(fēng)機(jī)或者排煙口。

因此按觀點(diǎn)二的理解將大空間劃分多個(gè)防煙分區(qū)還是有諸多要解決的問(wèn)題。方案B和方案C，要么風(fēng)管過(guò)大/過(guò)多而影響建筑空間的美感，要么增加風(fēng)機(jī)及配電投資，機(jī)房面積過(guò)大。并且，對(duì)于這種高大空間，電氣專業(yè)設(shè)置的光束感煙火災(zāi)探測(cè)器及給排水專業(yè)的消防水炮均是按一個(gè)整體設(shè)置的。失火時(shí)，整個(gè)空間的消防設(shè)施同時(shí)動(dòng)作，而不是僅僅動(dòng)作某一個(gè)假想的防煙分區(qū)內(nèi)的消防設(shè)施。無(wú)論方案B和方案C以及是否有物理?yè)鯚煷贡?，消防控制系統(tǒng)均不能精準(zhǔn)判斷哪個(gè)防煙分區(qū)失火，無(wú)法判斷開(kāi)啟哪個(gè)防煙分區(qū)的排煙口或者排煙風(fēng)機(jī)。因此，筆者以為對(duì)于這樣的高大空間不應(yīng)該劃分防煙分區(qū)，應(yīng)該按一個(gè)防煙分區(qū)來(lái)設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于凈高超過(guò)9 m且Z>Z1的高大空間Z值對(duì)排煙量Mρ的影響非常大，呈指數(shù)增長(zhǎng)。且如單個(gè)功能區(qū)域建筑面積超過(guò)2 000 m2，建議按一個(gè)防煙分區(qū)考慮排煙設(shè)施比較合理，可行且可靠。