建筑中庭排烟系统设计探讨

闫勇

（山西建工集团有限公司 山西 太原 030006）

0 引言

伴随着建筑设计质量的飞速提升，施工技术方面也获得了质的飞跃，随之一些一体化新型的空间建筑拔地而起，比如说一些大型商场和展览中心，此种建筑一般都具备着较大的内部空间施，很多楼层紧密相连，由于中庭设计方面的分隔和竖直分隔完全背离了以往我国的消防规章，因此，我国在设计建筑的防火方面的规范对中庭执行了特别严谨的约束，以此实现烟气控制系统设计的更具合理性。

1 建筑中庭概念以及种类

中空建筑的空间具有竖井、中庭、天井等形态，其的几何特征完全不同，可通过中空空间截面积和其的高度平方比进行表示，<0.4时即为竖井，0.4~2之间即为方形，>2时即为扁平型。通常大空间的建筑被定义成空间高度>5m，体积>1000m3的建筑，中庭指的是短边的长度或者半径不能<6m，横截面积不可<100m2，并且其的共享层数不能<3层具有顶盖的室内庭院。通常中庭类建筑分为以下几种。

1.1 长廊式中庭

长廊式中庭建筑一般是指半封闭的室内街道，它两边呈敞开式状态。其最明显的特征就是其内部空间具备自然风，而且是对流的。

1.2 封闭式中庭

这种中庭最显著的特点即为不仅中庭的第一层与主体建筑相互连通，建筑主体和其它楼层也具有一道分割式外墙，还有些只是贴邻在建筑的单侧。实质上它就是建筑室内一个规模较大的花园或是门厅。

1.3 回廊式中庭建筑

回廊式中庭建筑实际上就是利用很多层回廊立体地面与周围房间进行有效地连接，其作为设计宾馆、公寓、办公楼等最常用的设计方案。

1.4 互通式中庭

这种中庭建筑具体是指将整体建筑归结于建筑空间的整体，楼层空间与共享竖直空间紧密相连。

2 建筑中庭排烟系统的设计方法

烟气控制系统设置最终的目标就在于降低烟气危险导致的人员伤亡以及财产方面的损失，所以，需要先将中庭使用的防火玻璃或是其他相同于安全材料的封闭式或者分割开，例如，长廊与封闭两大类使中庭火灾烟气难以直接进入临近的空间当中，形成中庭与其他类建筑主体区别装置排烟系统的状况。而针对回廊式和互通式的中庭建筑，待周围的室内发生火灾的同时，需要使用在周边室内装置专项排烟体系或者兼用空调体系的方式，将火灾烟气控制在发生火灾的室内，如果说此类方法难以实现，可采用在中庭建筑周围与每层室内连接的阳台边缘位置装置挡烟设备的方法，在阳台下面部分产生分区放烟，并使用烟气层底端的高度不小于通向中庭建筑的开口高度，这样才能对烟气发挥阻断效果，禁止其向中庭建筑中蔓延向。不然，将无法使用以下计算方法。

2.1 排烟设计方案分类

据相关报道显示，美国ASHRAE与NFRA对于中庭建筑的排烟体系界定为是指运用单一或组合的方式使烟气的形成有所减少与约束烟气的流动工程体系。主动形成降低烟气的方法涵盖安装自动喷水灭火体系和制约建筑结构中以及在中庭建筑地面堆放不可燃性的材料数量；而制约烟气被动的流动方式是指在中庭建筑的顶端装置排烟系统，使其运用排烟体系排放出烟气和火灾形成的相同烟气量排放出来，这就是排烟置换法。

2.2 选用排烟设计方案

待烟羽流到达中庭建筑顶棚后，会慢慢扩散，待其接触到墙壁或水平障碍后就会不断下降。在开启排烟系统前，由于烟羽流继续向烟气层供应烟气，烟气厚度会逐渐增加，高度也会随之慢慢下降，进而温度提升。如果排烟系统的运行，待排烟口排量和烟羽流进烟气层的质量相同时，烟气层的下降会停止，烟气层高度不会发生转变，简称稳固烟气层的高度；而在另一种情况下，烟羽流至中庭建筑顶棚之前由于烟气的扩散和空气的吸收致使烟气温度下降至与周边空气温度相等时，烟气会出现“层化”现象，具体而言，就是待烟气提升至和气密度相等冷空气的高度时既会向水平方向扩张，并随着温度的降低而逐渐下降。因此，缺乏自然排烟条件或者净空高度大于12m的中庭需进行机械式排烟设备的设置。具体而言，唯有净空高度不超过12m，且可以将天窗或高侧窗开启将中庭建筑的烟气进行排放，才能运用自然排烟的设计方式，其他都能使用机械排烟设计法。

2.3 机械排烟设计法

实践的中庭建筑排烟工程设计中，为促使排烟系统更具简单性，避免投入大量资金，同时还要保证排烟系统的运行效果与自动预警系统的稳固性，在有条件的时候，需尽量在屋顶设置多台排烟机进行集中式的排烟方法有5个。

2.4 自然排烟设计法

自然排烟设计法就是在室内的热烟气和室外的冷空气间所进行的对流活动，因此，需具室内需同时具有冷空气的进口与热烟气的排口两大进出口。自然排烟口是指在中庭建筑顶端装置容易开启的排烟天窗或高侧窗，二者的开启面积需依据相关标准：净空高度＜12m的中庭可以打开天窗或者高侧窗面积不能＜此类中庭建筑的地面面积的5%进行规范，这样才可保证室内外烟气的排放。屋顶设计自然排烟的体系，一般都会在中庭建筑的屋顶下方运用装置蓄烟池。通过诸多试验显示，只有烟气温度保持在120℃左右，自然排烟口排放烟气的量才不会因不同的烟气温度出现很大的差别。反之排烟口的排放效果会明显下降。

中庭建筑屋顶下端设置的蓄烟池面积决策着火源尺度，烟气层的厚度、中庭建筑的高度三大要素。针对中庭建筑当中比较简单的小型排烟口，计算其面积相同于排烟口完全开启时实测面积的0.6倍左右；利用排烟口排放的烟气质量流量mv为可以利用以下公式进行计算：

（2） 公式中的d即烟气层的有效厚度，指的是排烟口上端表面的几何中心与有效烟气层下界面间距，Av即为排烟口全部打开时实际测量面积。

3 结语

总之，美国开始对控制中庭烟气的方法进行研究较早，虽说在控制烟气系统的设计中考虑过烟气层的界面，但在20世纪80年代阶段排烟量仍在运用换气次数法。直到NFPA92B规范制定以后，设计者才开始运用烟气质量流量的相关公式来预测中庭建筑烟气层界面设计烟气的控制系统。建筑规章BOCA也是没过几年提出中庭建筑局部出现火灾时排烟系统的计算设计法。而我国对于中庭建筑火灾烟气的流动和控制方面的研究处于刚起步阶段。计算排烟的设计方法较为滞后，所以深入强化建筑中庭排烟系统设计的研究至关重要。