工业厂房机械排烟系统排烟量计算方法的探讨

王金雨

河南仕佳光子科技股份有限公司

0 引言

近年来，随着我国经济建设的高速发展，工业快速发展，工业厂房如雨后春笋越来越多，其规模日趋大型化，数量上不断增长，功能和形式上不断突破。这类建筑由于其建筑结构，生产工艺和使用功能的多样性，特殊性和复杂性，对火灾时烟气控制领域提出新的挑战。

本文通过对某工业厂房采用面积指标法和烟羽（缕）流量法计算排烟量的比较，不同火灾模型和清晰高度对烟羽（缕）流量的影响分析，探求工业厂房较为科学合理的排烟量计算的方法。

1 工业厂房计算排烟量计算方法

工业厂房机械排烟量的两种计算方法如下：

1）面积指标法

根据《建筑防火设计规范》GB50016-2006 中的第9.4.5 条，室内净高大于6 m 且不划分防烟分区的空间，其机械排烟量可按防烟分区60 m3/(h·m2)[1]计算确定，且单台风机最小排烟量不小于7200 m3/h。

2）烟羽流量法

烟羽流量法是根据烟羽流模型计算排烟量，其计算原理是使计算排烟量大于等于烟气生成量，以保证足够的烟气层高度确保人员安全疏散[2]。排烟量按照烟羽流类型，根据火灾热释放速率，清晰高度，烟羽质量流量及烟羽温度等参数计算确定。

火灾情况下涉及五种烟羽流形式：轴对称型烟羽流，阳台溢出型烟羽流，窗口型烟羽流，墙型烟羽流和角型烟羽流，其中轴对称型烟羽流是工业厂房火灾时较为常见的一种烟羽流形式，机械排烟量计算依据以下公式[3]：

式中：H′为排烟空间的建筑净高度，m；Hq为最小清晰高度，m。

式中：Q 为火灾热释放量，kW；t 为排烟系统启动时间，s；a 为火灾增长系数。

式中：Qc为热释放量的对流部分，一般取值为0.7Q，kW；Z 为燃料面到烟层底部的高度（取值应大于等于最小清晰高度），m；Z1为火焰极限高度，m；Mρ为烟羽流质量流量，kg/s。

式中：ΔT 为烟层平均温度与环境温度的差，K；Cρ为空气的定压比热，一般取1.02 kJ/(kg·K)；K 为烟气中对流放热量因子。当采用机械排烟时，取K=1.0；当采用自然排烟时，取K=0.5。

式中：V 为排烟量，m3/s；ρ0为环境温度下气体的密度，kg/m3，通常T0为293.15K 时，ρ0为1.2 kg/m3；T0为环境的绝对温度，K；T 为烟气的绝对温度，K。

2 工程实例分析

某酒厂联合厂房为丙类多层工业建筑，厂房设有喷淋，总建筑面积为19980.68 m2，建筑高度为15.4 m，总层数为两层，一层层高为7.8 m，吊顶为6.5 m，二层层高为6 m。一层为生产车间，分为三个防火分区。二层为中转库，分为五个防火分区。

本节以一层生厂车间中的某一防火分区为研究依据，其面积为4800 m2，通过对比分析采用面积指标法和烟羽（缕）流量法计算机械排烟量的差异，研究不同火灾模型和建筑净高对排烟量的影响，确定合理的排烟量计算方法。

2.1 不同计算方法的排烟量

1）按面积指标法确定排烟量

研究的防火分区面积为4800 m2，吊顶高为6.5 m，室内净高大于6 m，不划分防烟分区，整个防火分区为一个防烟分区，其排烟量按防烟分区面积60 m3/(h·m2)计算，因此其排烟量为288000 m3/h。

2）按烟羽（缕）流量法确定排烟量

研究的防火分区面积为4800 m2，吊顶高为6.5 m，则室内净高H 为6.5 m，由式（1）可知，最小清晰高度Hq为2.25 m。厂房设有喷淋，查《建筑防烟排烟系统技术规程》GB51251-2017 中表4.6.7 可知，火灾达到稳态时的热释放速率Q 为2.5 MW，热释放速率的对流部分Qc为1.75 MW，由式（5）可知，火焰极限高度Z1为3.29 m，取燃料面到烟层底部的高度Z 等于最小清晰高度，即为2.25 m，则Z＜Z1，依据式（4）可知，烟羽流质量流量Mρ为6.36 kg/s，将Mρ代入式（6）可知，烟气平均温度与环境温度的差ΔT 为270 ℃，取环境温度T0＝293.15 K，环境温度下气体的密度ρ0为1.2 kg/m3，根据式（7）可知，计算排烟量的体积流量V 为10 m3/s，即36000 m3/h。

2.2 不同火灾模型下的机械排烟量

假设研究的防火分区面积仍为4800 m2，吊顶高为6.5 m，但厂房不设喷淋，则室内净高H 为6.5 m，由式（1）可知，最小清晰高度Hq仍为2.25 m。由于其无喷淋，火灾模型发生了变化，查《建筑防烟排烟系统技术规程》GB51251-2017 中表4.6.7 可知，火灾达到稳态时热释放速率Q 由原来的2.5 MW 变为8 MW，则热释放速率的对流部分Qc为5.6 MW，代入式（5）可知，火焰极限高度Z1为5.24 m，取燃料面到烟层底部的高度Z 等于最小清晰高度，即为2.25 m，则Z≤Z1，依据式（4）可知，烟羽流质量流量Mρ为12.77 kg/s，将Mρ代入式（6）可知，烟气平均温度与环境温度的差ΔT 为430 K，取环境温度T0＝293.15 K，环境温度下气体的密度ρ0为1.2 kg/m3，根据式（7）可知，计算排烟量的体积流量V 为26.26 m3/s，即94533 m3/h。

2.3 不同建筑净高下的机械排烟量

假设研究的防火分区面积仍为4800 m2，厂房设有喷淋，但吊顶高由原来的6.5 m 变为7.5 m，则室内净高H 为7.5 m，由式（1）可知，最小清晰高度Hq为2.35 m；由于其厂房设有喷淋，查《建筑防烟排烟系统技术规程》GB51251-2017 中表4.6.7 可知，火灾达到稳态时热释放速率Q 为2.5 MW，则热释放速率的对流部分Qc为1.75 MW，代入式（5）可知，火焰极限高度Z1为3.29 m。取燃料面到烟层底部的高度Z 等于最小清晰高度，即为2.35 m，则Z≤Z1，依据式（4）可知，烟羽流质量流量Mρ为6.64 kg/s，将Mρ代入式（6）可知，烟气平均温度与环境温度的差ΔT 为258 K，取环境温度T0＝293.15 K，环境温度下气体的密度ρ0为1.2 kg/m3，根据式（7）可知，计算排烟量的体积流量V 为10.4 m3/s，即37440 m3/h。

通过对上述工程实例不同情况下排烟量的比较可以发现，对于工业厂房来说，相同的设计工况条件下，采用面积指标法计算出来的排烟量比采用烟缕流量法计算的排烟量大，且采用面积指标法计算排烟量时，排烟量的大小仅与防烟分区面积有关，而与建筑净高和火灾模型等因素无关。当采用烟缕流量法计算排烟量时，如上面所述，即使研究对象的建筑面积相同，当建筑的火灾模型发生变化时，通过烟缕流量法计算的排烟量两者相差较大，甚至高达到3 倍之多，即便研究对象的建筑面积和火灾模型一样，当建筑净高度发生变化时，通过烟缕流量法计算的排烟量也会随之变化。

3 结论

综上所述，对面积法和烟缕流量法两种排烟量计算方法对比分析认为，面积指标法仅考虑建筑面积对排烟量的影响，考虑单一且片面，而烟缕流量法不仅考虑了火灾模型对排烟量的影响，同时也考虑到建筑净高对排烟量的作用，并且通过上述在不同火灾模型和建筑净高计算排烟量比较可以发现，火灾模型的变化对排烟量大小的影响巨大，同时排烟量也随着建筑净高的不同而发生变化，所以相对于传统的面积指标法计算建筑排烟量，烟缕流量法综合考虑了火灾荷载、建筑空间尺寸、清晰高度等因素对排烟量的影响，较传统的面积指标法考虑的因素更为全面，确定的排烟量更为合理。