上海市排烟系统设计计算公式基于Excel VBA的自定义函数的开发

张相亮

空调技术

上海市排烟系统设计计算公式基于Excel VBA的自定义函数的开发

张相亮

（上海中森建筑与工程设计顾问有限公司，上海200333）

针对上海市排烟系统设计中的计算问题，利用Excel中内置的VBA语言将《建筑防排烟技术规程》中的排烟计算公式开发为自定义函数，并在Excel中制作排烟计算表，实现了输入参数后自动计算得到结果，提高了设计效率。

Excel； VBA； 自定义函数； 排烟系统设计； 排烟计算表

0 引言

排烟系统设计是暖通设计中重要的组成部分之一，因其事关生命安全，所以是暖通设计中的设计人员最重视的内容。相较于国家的《建筑设计防火规范》[1]及《高层建筑设高层民用建筑设计防火规范》[2]对排烟系统设计计算的粗略介绍，上海市的地方规范《建筑防排烟技术规程》[3]中对其进行了详细的表述，并需要设计人员在设计上海市的项目时按其进行设计，但该规范上有关排烟系统计算的公式很多，每次设计都需要大量复杂重复的计算，如果通过常规的方法进行计算，势必给设计人员增加巨大的工作量。

现在虽然有些商业软件公司，已经开发出包含排烟系统计算公式的计算软件，但其输入繁杂，操作不便，且需要付费使用，增加了设计成本。而Excel是现代办公必备的软件之一，其功能强大，输入方便，通过其内置的VBA语言对其进行二次开发，增加排烟系统计算功能，且不需增加额外成本。

本文将上海市《建筑防排烟技术规程》（以下简称

《规程》）中有关排烟系统设计的公式，通过VBA语言编写为自定义函数，使其在Excel单元格中像内置函数一样可以直接调用输入参数，自动计算得到结果。

1 自定义函数

1.1 VBA用户自定义函数

用户自定义函数是指如果要在公式或计算中使用特别复杂的计算，而工作表函数又无法满足需要，则需要创建用户自定义的函数。

用户自定义一个函数过程function的语法格式如下[4]：

[private|public][static]function〈函数名〉（[〈形式参数列号〉]）as〈数据类型〉

〈函数体〉

EndFunction

1.2 排烟系统计算函数

（1）最小清晰高度函数

Public Function Hq（H AsSingle）AsSingle

Hq—最小清晰高度，m；

H—排烟空间的建筑净高度，m。

Application.Volatile

将用户自定义函数标记为易失性函数

Hq=1.6+0.1×H

EndFunction

（2）烟缕质量流量－轴对称型烟缕

Public Function Mp（Q As Single，Z As Single）As Single

Q—火灾热释放量，kW；

Mp—烟缕质量流量kg/s；

Z—燃料面到烟层底部的高度，m取值应大于等于最小清晰高度。

Application.Volatile

DimZ1AsSingle，QcAsSingle

Z1—火焰极限高度，m；

Qc—热释放量的对流部分，kW。

Qc=0.7×Q

Z1=0.166×Qc^（2/5）

SelectCaseZ

CaseIs>Z1

Mp=0.071×Qc^（1/3）×Z^（5/3）+0.0018×Qc

CaseElse

Mp=0.032×Qc^（3/5）×Z

EndSelect

EndFunction

（3）烟气平均温度与环境温度的差函数

Public Function T（Q As Single，MpAs Single）As Single

T—排烟平均温度与环境温度的差，℃。

Application.Volatile

DimQcAsSingle

Qc=0.7×Q

ConstCp=1.02

Cp—空气的定压比热，kJ/kg·K。

T=Qc/（Mp×Cp）

EndFunction

（4）排烟量函数

Public Function V（MpAsSingle，T AsSingle，T0As Single）AsSingle

V—排烟量，m3/s；

T0—环境的绝对温度，K。

Application.Volatile

DimT1AsSingle

T1—烟气的绝对温度，K。T1=T0+T

Constp0=1.2

p0—环境温度下气体的密度，kg/m3，通常t0=20℃，

（5）临界排烟量函数

Public Function Vcrit（T As Single，T0As Single，dbAsSingle，B AsSingle）AsSingle

Vcrit—临界排烟量，m3/s。

Vcrit=0.00887×B×db^（5/2）×（T×T0）^（1/2）

B—无因次系数，当排烟口设于吊顶并且其最近的边离墙小于0.5m或排烟口设于侧墙并且其最近的边离吊顶小于0.5m时，B取2.0；当排烟口设于吊顶并且其最近的边离墙大于0.5m时，B取2.8；

db—排烟窗下烟气的厚度，m。

EndFunction

（6）排烟口的长宽关系函数

Public Function b1（a As Single，dbAs Single）As Single

b1=db×a/（4×a-db）

a，b1—排烟口的长和宽，m。

注因db/[2×a×b1/（a+b1）]>2，故a>db/4，b1

（4×a-db）

EndFunction

（7）自然排烟方式所需通风面积函数

Public Function Av（MpAs Single，T As Single，T0AsSingle，A0AsSingle，dbAsSingle）AsSingle

Application.Volatile

Av—排烟口的截面积，m2

A0—所有进气口的总面积，m2。

Dim x As Single，y As Single，z As Single，w As Single

x，y，z，w—中间代量。

DimT AsSingle

ConstCv=0.6，p0=1.2，g=9.8，C0=0.6

Cv—排烟口流量系数，通常选定在0.5～0.7之间；

C0—进气口的流量系数，通常约为0.6；

g—重力加速度，m/s2，取9.8m/s2。

T1=T0+T

y=Mp×Sq（rT）/p0

z=2×g×db×T×T0

w=A0×C0

x=T/（z/y^2-T0/w^2）

Av=Sqr（x）/Cv

EndFunction

表1 排烟计算表

2 排烟计算表

将排烟设计计算中所有的参数列入Excel表格中，并将引用相应的自定义函数列入计算结果列，具体见表1，其中结果列中空格部分为需手动输入的参数，火灾热释放量的结果可通过《规程》表4.2.2查得后直接输入结果。

3 应用实例与验证

以某面积为500m2，吊顶高度为3m，且设有喷淋的大空间办公室排烟设计为例，其外墙共有8个尺寸为2×2m的可开启外窗，窗底距地面1m。

查《规程》表4.2.2可知其热释放量为1500kW。

3.1 自然通风方式排烟计算

（1）排烟计算表计算

在排烟计算表中输入排烟空间建筑高度净高H=3m，计算得到最小清晰高度Hq=1. 9m。因燃料面到烟层底部的高度Z应大于等于最小清晰高度Hq，则取Z=2m。按《规程》4.3.1条规定，室内净高1/2以上为有效通风排烟面积，则净高1/2以下为进气口面积，则该办公室所有进气口的总面积A0为8×2×（2-3/2）=8m2，环境的绝对温度T0通常取293K。《规程》5.2.6条文解释附图得排烟窗下烟气的厚度db=（3-3/2）/2+3/2-2=0.25m，将H、Z、A0、db输入排烟计算表得排烟口的截面积Av=5. 98m2，计算结果见表2，而现在的有效排烟窗面积为8×2× 3/2=24m2，可以满足自然通风排烟要求。

表2 自然通风方式排烟计算结果

3.2 机械排烟方式计算

（1）排烟计算表计算

排烟口设于吊顶，并且其最近的边离墙大于0.5m，则无因次系数B取2.8。因燃料面到烟层底部的高度Z应大于等于最小清晰高度Hq，则取Z=2m，排烟口下烟气的厚度db=3-2=1m。因为排烟口的长度大于排烟口下烟气厚度的1/4（即0.25m），故取其为a=0.3m，则排烟口的宽度b1不小于1.5m。将B、db、a与b1输入排烟计算表，得临界排烟量Vcrit=24080.51m3/s>V=23014.31m3/s，取排烟口的风速为8m/s，则排烟口的数量为3，具体参数及结果见表3。

3.3 结果验证

通过现有的某商业软件进行相同设计计算，得到相同的计算结果，证明排烟计算表计算结果可靠，其结果如图1～图4所示。

Custom Function Development for the Formulae of Exhaust System Design in Shanghai Through the Excel VBA

ZHANG Xiang-liang

（Shanghai Johnson Architechural&Engineering Designing Consultants LTD.，Shanghai 200333，China）

AccordingtotheproblemofcalculationofexhaustsystemdesigninShanghai，CustomFunctionsisdevelopedontheformulaeof exhaustsysteminTechnical Specificationfor BuildingSmokecontrol throughtheExcel VBA.The exhaustcalculationtableisdesignedintheExcel，whichcancalculatetoachievetheoutcomeoftheinputparametersautomatically，sothatitimprovestheefficiencyofdesign.

Excel； VBA； customfunctions； exhaustsystemdesign； exhaustcalculationtable

表3 机械排烟计算结果

TU834

B

2095-3429（2016）03-0074-04

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.018

张相亮（1987-），男，山东潍坊人，硕士，工程师，从事暖通空调设计工作。