赣江明珠办公楼防烟排烟系统设计

陶 端 佑

(中国瑞林工程技术股份有限公司，浙江 宁波 315010)

1 概述

2018年以前，国家颁布的GB 50016—2006建筑设计防火规范和GB 50045—95高层民用建筑设计防火规范曾经过多次修订，在吸取近年来重特大火灾事故教训、总结国内外建筑防火设计实践经验和消防科技成果的基础上，经整合修订合并成GB 50016—2014建筑设计防火规范(2018年版)[2]，自2018年10月1日起执行。同年还颁布了GB 51251—2017建筑防烟排烟系统技术标准[1]，自2018年8月1日起执行。新规范对防烟、排烟系统设计更为严格、科学，以确保防烟楼梯间、独立前室、合用前室、消防电梯前室及避难层等场所无烟气侵入和将火灾区域的有毒烟气和热及时地排出。同时，对防烟、排烟系统的设备、管道的安全保护及运行提出了规定。

2 工程概况

本工程为办公建筑，总面积为43 000 m2(不含地下室)，地上共27层，建筑总高度124.5 m，属于建筑高度大于50 m的公共建筑。其中，在10层(建筑高度43.5 m)和16层(建筑高度69.3 m)设有2个避难层；地下共2层，设有汽车库和设备用房。

3 防烟系统

建筑防烟部位有： 4个防烟楼梯间、3个独立前室、1个合用前室、2个避难层(包括避难前室)，其中，防烟楼梯间3(ST3)和4(ST4)及其独立前室在1层～3层平面中和主楼处在一个防火分区内，按GB 51251—2017建筑防烟排烟系统技术标准[1]的规定和本建筑实际高度，对以上部位全部独立设置机械加压送风系统，详见平面图(见图1)。

由于建筑总高度大于100 m，因此，核心筒加压送风系统全部竖向分段独立设置高、低区2个系统(如图2所示)。

疏散楼梯间3和4加压送风系统见图3。

GB 51251—2017[1]第3.3.4条对防烟楼梯间、前室的地上和地下合用加压送风系统有严格的规定，地上和地下前室不允许合用；防烟楼梯间当受条件限制，且地下部分为汽车库或设备用房时，同时应采取有效措施分别满足地上、地下部分的送风量的要求时可以共用。依据上述规定，本工程的防烟楼梯间ST3和ST4可以同时满足地上和地下合用送风系统要求，所以，楼梯间ST3和ST4地上和地下合用送风系统；但是，核心筒的防烟楼梯间ST1和ST2无法保证地上、地下部分的送风量的要求，因此，防烟楼梯间ST1和ST2地上、地下部分分别独立设置加压送风系统。

3.1 核心筒地上防烟楼梯间(ST1，ST2)送风

由于竖向分段送风的特殊性，依据GB 51251—2017[1]第3.4.5条规定，防烟楼梯间的机械加压送风量计算过程如下：

核心筒体地上防烟楼梯间(ST1，ST2)的加压送风(门洞1.2 m×2.1 m)，竖向分1F～16F(共16层、低区)、17F～27F(共11层、高区)两个系统，加压风机分别设在10F(避难层)和16F(避难层)，系统负担建筑高度分别为74.1 m,46.2 m。

1)低区(1F～16F、共16层)送风系统，系统负担建筑高度为74.1 m，送风量计算公式：

Lj=L1+L2[1]。

其中，Lj为楼梯间的机械加压送风量；L1为门开启时，达到规定风速值所需的送风量，m3/s；L2为门开启时，规定风速值下，其他门缝漏风总量,m3/s。

门开启时，达到规定风速值所需的送风量计算公式：L1=AkυN1。

其中，Ak为1层内开启门的截面积，m2；υ为门洞断面风速，m/s；N1为疏散门开启的楼层数量。

送风量计算过程如下：

L1=AkυN1=(1.2×2.1)×0.7×3=5.29 m3/s。

1.25×(16-3)=1.15 m3/s。

Lj=L1+L2=5.29+1.15=6.44 m3/s=23 184 m3/h。

GB 51251—2017要求送风量为：27 800 m3/h～32 200 m3/h，送风量取值为27 800 m3/h；送风机选用风量：1.2×27 800 m3/h=33 360 m3/h。

2)高区(17F～27F、共11层)送风系统，系统负担建筑高度为46.2 m。

Lj=L1+L2。

L1=AkυN1=(1.2×2.1)×0.7×3=5.29 m3/s。

0.827×[(1.2×2+2.1×2+2.1)×0.004]×

Lj=L1+L2=5.29+0.7=5.99 m3/s=21 564 m3/h。

GB 51251—2017要求送风量为：25 300 m3/h～27 500 m3/h，送风量取值为25 300 m3/h；送风机选用风量：1.2×25 300 m3/h=30 360 m3/h。

3.2 核心筒体地上前室、合用前室的加压送风

核心筒体地上前室、合用前室的加压送风(通向走道门洞1.2 m×2.1 m)，竖向分1F～16F(共16层、低区)、17F～27F(共11层、高区)两个系统，加压风机分别设在10F(避难层)和16F(避难层)，服务高度分别为74.1 m,46.2 m。

1)低区(1F～16F)送风系统，系统负担建筑高度为74.1 m，送风量计算公式：

LS=L1+L3[1]。

其中，LS为前室的机械加压送风量；L1为门开启时，达到规定风速值所需的送风量，m3/s；L3为未开启的常闭送风阀的漏风总量，m3/s。

未开启的常闭送风阀的漏风总量计算公式：L3=0.083×AfN3[1]。

其中，0.083为阀门单位面积的漏风量，m3/(s·m2)；Af为单个送风阀门的面积，m2；N3为漏风阀门的数量。

送风量计算过程如下：

L1=AkυN1=(1.2×2.1)×0.7×3=5.29 m3/s。

L3=0.083×AfN3=0.083×0.4×(16-3)=0.43 m3/s。

LS=L1+L3=5.29+0.43=5.72 m3/s=20 592 m3/h。

GB 51251—2017要求送风量为：26 000 m3/h～28 100 m3/h，送风量取值为26 000 m3/h；送风机选用风量：1.2×26 000 m3/h= 31 200 m3/h。

2)高区(17F～27F)送风系统，系统负担建筑高度为46.2 m，送风量为：LS=L1+L3。

L1=AkυN1=(1.2×2.1)×0.7×3=5.29 m3/s。

L3=0.083×AfN3=0.083×0.4×(11-3)=0.27 m3/s。

LS=L1+L3=5.29+0.27=5.56 m3/s=20 016 m3/h。

GB 51251—2017要求送风量为：24 800 m3/h～25 800 m3/h，送风量取值为24 800 m3/h；送风机选用风量：1.2×24 800 m3/h=29 760 m3/h。

3.3 其他防烟楼梯间、前室及合用前室送风系统风量及组成

其他防烟楼梯间、前室及合用前室送风系统风量及组成见表1。

表1 其他防烟楼梯间、前室及合用前室送风系统风量及组成

3.4 避难层

1)避难间满足自然通风条件。2)避难走道满足不送风条件。3)避难走道前室送风量(均为1.3 m×2.1 m)：L1=AkυN1=(1.3×2.1)×1×1=2.73 m3/s=9 828 m3/h。送风机选用风量：1.2×9 828 m3/h=11 794 m3/h。

4 排烟系统

依据GB 51251—2017[1]第4.1.1条规定，优先采用自然排烟系统；GB 50016—2014(2018年版)[2]第8.5.3条规定，指出了应设置排烟设施的场所。根据以上要求，对无法满足自然排烟条件而设置机械排烟的部位有：南面中庭、北面中庭及3层大会议厅。大会议厅建筑面积为490 m2，属于小于500 m2的房间，因此，不设置补风系统。

1)南、北中庭机械排烟系统。

南、北中庭净高都超过9 m，均设计机械排烟系统，根据GB 51251—2017[1]第4.6.5条规定确定南、北中庭排烟量均为107 000 m3/h；各设置1个排烟系统。

根据GB 51251—2017[1]表4.6.7选取热释放速率为8 MW，从GB 51251—2017[1]附录B表查得排烟口允许排烟量为2.64×104m3/h。

每个系统排烟口数量：53 500/26 400=2.03个，排烟口数量取值为2个。

2)2层、3层服务大厅建筑面积都大于100 m2且有人停留的房间，层高均为6 m、外墙是幕墙结构，在东、西、南三面外墙上设置电动排烟窗，以上区域最小清晰高度计算公式：

Hq=1.6+0.1×H′[1]。

其中，Hq为最小清晰高度，m；H′为排烟空间的建筑净高度，m。

Hq=1.6+0.1×H′=1.6+0.1×6=2.2 m。

电动排烟窗底应高出地面2.2 m以上，其中，2层电动排烟窗总面积为11 m2，3层电动排烟窗总面积为9 m2，并在上述部位设置距地面高度1.5 m的手动开启装置，每层集中设置和消防控制中心联动的电动控制装置。

3)4层及4层以上主楼内走道采用自然排烟方式，分别在三个朝向设置电动排烟窗，并在上述部位设置距地面高度1.5 m的手动开启装置，每层集中设置和消防控制中心联动的电动控制装置。

5 系统控制

5.1 防烟系统

1)机械加压送风系统必须与火灾自动报警系统联动，并由电气专业来实施，加压送风机的启动逻辑如图4所示。

2)防火分区内火灾确认后，在15 s内联动开启常闭加压送风口和加压送风机，并由电气专业来实施。启动的防烟系统(启动逻辑)如图5所示。

5.2 排烟系统

机械排烟系统与火灾自动报警系统联动，并由电气专业来实施，排烟风机的控制逻辑如图6所示。

6 结语

防烟楼梯间、独立前室、合用前室、消防电梯前室、避难层均为火灾时人员疏散的安全通道，是防烟部位。防烟系统应根据建筑实际高度采用机械加压送风系统或自然通风方式，同时，应根据建筑物高度来决定设置机械加压送风系统的部位。

建筑除了防烟部位以外的区域，在规范要求的场所设置排烟系统。采用自然排烟方式是个难点，目前，采用幕墙玻璃的建筑往往是二次设计，基本上不符合原设计的自然排烟要求，希望国家相关规范应加入幕墙设计如何满足原设计消防的要求。另外，设置电动排烟外窗是一种趋势，既保证建筑美观又具备自然排烟功能。