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暖通设计|建筑防烟排烟系统设计计算(带例题)

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本文源于:15K606《建筑防烟排烟系统技术标准图示(最新修订版)》

3.4 机械加压送风系统风量计算:

3.4.1 机械加压送风系统的设计风量不应小于计算风量的1.2倍。

3.4.2 防烟楼梯间、独立前室、共用前室、合用前室和消防电梯前室的机械加压送风的计算风量应由本标准第3.4.5条〜第3.4.8条的规定计算确定。当系统负担建筑高度大于24m时,防烟楼梯间、独立前室、合用前室和消防电梯前室应按计算值与表3.4.2-1〜表3.4.2-4的值中的较大值确定。

注:1 表3.4.2-1〜表3.4.2-4的风量按开启1个2.0m×1.6m的双扇门确定。当采用单扇门时,其风量可乘以系数0.75计算。

2 表中风量按开启着火层及其上下层,共开启三层的风量计算。

3 表中风量的选取应按建筑高度或层数、风道材料、防火门漏风量等因素综合确定。

第3.4.2条〖注释〗

表3.4.2-1~表3.4.2-4中的风量是根据常见建设项目各个疏散门的设置条件确定的。对于剪刀楼梯间和共用前室的情况,应采用计算方法进行。

3.4.3 封闭避难层(间)、避难走道的机械加压送风量应按避难层(间)、避难走道的净面积每平方米不少于30m³/h计算。避难走道前室的送风量应按直接开向前室的疏散门的总断面积乘以1.0m/s门洞断面风速计算【图示】。

〖注释〗

以本图为例,封闭避难层(间)的机械加压送风量L应按避难层(间)的净面积30m³/(m²・h)计算,即:L=Fm×30(m³/h)

〖注释〗

1.以上图为例,避难走道的机械加压送风量按避难层(间)的净面积30m³/(m²・h)计算,即:L=Fm×30(m³/h)

2.避难走道前室的机械加压送风量按直接开向避难走道前室的门洞风速取1.0m/s计算,即:L1=Fd1×1.0(m³/h)

L2=Fd2×1.0(m³/h)

3.4.4 机械加压送风量应满足走廊至前室至楼梯间的压力呈递增分布,余压值应符合下列规定:

1 前室、封闭避难层(间)与走道之间的压差应为25Pa〜30Pa【图示1】;

2 楼梯间与走道之间的压差应为40Pa〜50Pa【图示1】;

3 当系统余压值超过最大允许压力差时应采取泄压措施【图示2】。最大允许压力差应由本标准第3.4.9条计算确定。

〖注释〗

1.机械加压送风应满足走道P3<前室P2<楼梯间P1的压力递增分布。

2.各部位余压要求如下:

前室、合用前室、消防电梯前室:△P=P2-P3=25Pa~30Pa

防烟楼梯间、封闭楼梯间:△P=P1-P3=40Pa~50Pa

〖注释〗

1.封闭避难层(间)的机械加压送风余压值应满足:

△P=P4-P3=25Pa~30Pa

2.即使避难层(间)具有一面可开启外窗,也应设机械加压送风系统。

〖注释〗

机械加压送风应满足走廊一前室一楼梯间的压力呈递增分布,余压值应符合下列要求:

前室、合用前室、消防电梯前室、封闭避难层(间)与走道之间的压差应为25Pa~30Pa;

防烟楼梯间、封闭楼梯间与走道之间的压差应为40Pa~50Pa。

〖注释〗

1. 设计要点

1.1 前室应每层设一个常闭式加压送风口,火灾时由消防控制中心联动开启着火层及其上下两层的加压送风口。

1.2 前室、合用前室、消防电梯前室与走道之间的压差应为25Pa~30Pa。

3.4.5 楼梯间或前室的机械加压送风量应按下列公式计算:

Lj = L1 + L2 (3.4.5-1)

Ls = L+ L3 (3.4.5-2)

式中:Lj—楼梯间的机械加压送风量;

Ls—前室的机械加压送风量;

L1—门开启时,达到规定风速值所需的送风量 (m3/s);

L2—门开启时,规定风速值下,其他门缝漏风总量(m3/s);

L3—未开启的常闭送风阀的漏风总量(m3/s)。

3.4.6 门开启时,达到规定风速值所需的送风量应按下式计算:

L1= AkvN(3.4.6)

式中:Ak—一层内开启门的截面面积(m2),对于住宅楼梯前室,可按一个门的面积取值;

v—门洞断面风速(m/s);当楼梯间和独立前室、共用前室、合用前室均机械加压送风时,通向楼梯间和独立前室、共用前室、合用前室疏散门的门洞断面风速均不应小于0.7m/s;当楼梯间机械加压送风、只有一个开启门的独立前室不送风时,通向楼梯间疏散门的门洞断面风速不应小于1.0m/s;当消防电梯前室机械加压送风时,通向消防电梯前室门的门洞断面风速不应小于1.0m/s;当独立前室、共用前室或合用前室机械加压送风而楼梯间采用可开启外窗的自然通风系统时,通向独立前室、共用前室或合用前室疏散门的门洞风速不应小于0.6 ( Al/ Ag+1)(m/s);Al为楼梯间疏散门的总面积(m2);Ag为前室疏散门的总面积(m2)。

N1—设计疏散门开启的楼层数量;楼梯间:采用常开风口,当地上楼梯间为24m以下时,设计2层内的疏散门开启,取N1=2;当地上楼梯间为24m及以上时,设计3层内的疏散门开启,取N1 =3;当为地下楼梯间时,设计1层内的疏散门开启,取N1=1。前室:采用常闭风口,计算风量时取N1=3。

3.4.7 门开启时,规定风速值下的其他门漏风总量应按下式计算:

式中:A—每个疏散门的有效漏风面积(m2);疏散门的门缝宽度取0.002m〜0.004m。

△P—计算漏风量的平均压力差(Pa);当开启门洞处风速为 0.7m/s时,取△P =6.0Pa;

当开启门洞处风速为1.0m/s时,取△P =12.0Pa;当开启门洞处风速为1.2m/s时,取△P=17.0Pa。

n—指数(一般取n=2);

1.25—不严密处附加系数;

N2—漏风疏散门的数量,楼梯间采用常开风口,取N2=加压楼梯间的总门数- N1楼层数上的总门数。

3.4.8 未开启的常闭送风阀的漏风总量应按下式计算:

L=0.083×Af N3 (3.4.8)

式中:0.083—阀门单位面积的漏风量 [m3/(s·m2)];

Af—单个送风阀门的面积(m2);

N3—漏风阀门的数量:前室采用常闭风口取N3=楼层数—3。

3.4.9 疏散门的最大允许压力差应按下列公式计算:

P =2( F′-Fdc )( Wm – d)/( Wm×A) (3.4.9-1)

Fdc = M /( Wm – d) (3.4.9-2)

式中:P—疏散门的最大允许压力差(Pa);

F′—门的总推力(N),一般取110N;

Fdc—门把手处克服闭门器所需的力 (N);

Wm—单扇门的宽度(m);

Am—门的面积(m2);

dm—门的把手到门闩的距离(m);

M—闭门器的开启力矩(N•m)。

4.6 排烟系统设计计算

4.6.1 排烟系统的设计风量不应小于该系统计算风量的1.2倍。

4.6.2 当采用自然排烟方式时,储烟仓的厚度不应小于空间净高的20%【图示1】,且不应小于500mm;当采用机械排烟方式时,不应小于空间净高的10%,且不应小于500mm【图示2】。同时储烟仓底部距地面的高度应大于安全疏散所需的最小清晰高度,最小清晰高度应按本标准第4.6.9条的规定计算确定。

4.6.3 除中庭外下列场所一个防烟分区的排烟量计算应符合下列规定:

1 建筑空间净高小于或等于6m的场所,其排烟量应按不小于60m3/ (h·m2)计算,且取值不小于15000m/h,或设置有效面积不小于该房间建筑面积2%的自然排烟窗(口)。

2 公共建筑、工业建筑中空间净高大于6m的场所,其每个防烟分区排烟量应根据场所内的热释放速率以及本标准第4.6.6条~第4.6.13条的规定计算确定,且不应小于表4.6.3中的数值,或设置自然排烟窗(口),其所需有效排烟面积应根据表4.6.3及自然排烟窗(口)处风速计算。

注:1.建筑空间净高大于9.0m的,按9.0m取值;建筑空间净高位于表中两个高度之间的,按线性插值法取值;表中建筑空间净高为6m处的各排烟量值为线性插值法的计算基准值。

2.当采用自然排烟方式时,储烟仓厚度应大于房间净高的20%;自然排烟窗(口)面积=计算排烟量/自然排烟窗(口)处风速;当采用顶开窗排烟时,其自然排烟窗(口)的风速可按侧窗口部风速的1.4倍计。

3 当公共建筑仅需在走道或回廊设置排烟时,其机械排烟量不应小于13000m3/h,或在走道两端(侧)均设置面积不小于2m2的自然排烟窗(口)且两侧自然排烟窗(口)的距离不应小于走道长度的2/3。

4 当公共建筑房间内与走道或回廊均需设置排烟时,其走道或回廊的机械排烟量可按60 m3/(h·m2)计算且不小于13000m3/h,或设置有效面积不小于走道、回廊建筑面积2%的自然排烟窗(口)。

〖注释〗

本条文规定了每个防烟分区排烟量的计算方法。为便于工程应用,根据计算结果及工程实际,给出了常见场所的排烟量数值。表中给出的是计算值,设计值还应乘以系数1.2。

4.6.4 当一个排烟系统担负多个防烟分区排烟时,其系统排烟量的计算应符合下列规定:

1 当系统负担具有相同净高场所时,对于建筑空间净高大于6m的场所,应按排烟量最大的一个防烟分区的排烟量计算;对于建筑空间净高为6m及以下的场所,应按同一防火分区中任意两个相邻防烟分区的排烟量之和的最大值计算。

2 当系统负担具有不同净高场所时,应采用上述方法对系统中每个场所所需的排烟量进行计算,并取其中的最大值作为系统排烟量【图示】。

以4.6.4图示为例,建筑共3层,每层建筑面积2000m²,均设有自动喷水灭火系统,各房间功能及净高如图示。假设一层的储烟仓厚度为1.5m,即燃料面到烟层底部的高度为6m。计算机械排烟系统的排烟量。

计算:

1. 计算一层展览厅A1与报告厅B1的排烟量

已知展览厅A1与报告厅B1空间净高7.5m,即大于6m。储烟仓厚度为1.5m,即燃料面到烟层底部的高度为6m。

1.1 计算展览厅A1的排烟量V(A1

1.1.1 确定热释放速率的对流部分Qc:

Qc=0.7Q=0.7×3000=2100kW

1.1.2 确定火焰极限高度Z1:

Z1=0.166Qc2/5=3.54m

1.1.3 确定燃料面到烟层底部的高度Z:Z=6m

1.1.4 确定轴对称型烟羽流质量流量Mρ:

Mρ=0.071Qc1/3Z5/3+0.0018Qc=21.91kg/s

1.1.5 计算烟气平均温度与环境温度的差△T:

△T=KQc/MρCρ=1.0×2100/21.91×1.01=94.90K

1.1.6 确定烟层的平均绝对温度T:

T=T0+△T=293.15+94.90=388.05K

1.1.7 计算排烟量V(A1):

V(A1)=MρT/ρ0T0=21.91×388.05/1.2×293.15=24.17m³/s=87008m³/h

∵V(A1)的计算值小于标准中表4.6.3的数值99000m³/h

∴一层展览厅A1的排烟量V(A1)取99000m³/h。

1.2 计算报告厅B1的排烟量V(B1

1.2.1 确定热释放速率的对流部分Qc:Qc=0.7Q=0.7×2500=1750kW

1.2.2 确定火焰极限高度Z1:Z1=0.166Qc2/5=3.29m

1.2.3 确定燃料面到烟层底部的高度Z:Z=6m

1.2.4 确定轴对称型烟羽流质量流量Mρ:

Mρ=0.071Qc1/3Z5/3+0.0018Qc=20.20kg/s

1.2.5 计算烟气平均温度与环境温度的差△T:

△T=KQc/MρCρ=1.0×1750/20.20×1.01=85.78K

1.2.6 确定烟层的平均绝对温度T:

T=T0+△T=293.15+85.78=378.93K

1.2.7 计算排烟量V(B1):

V(B1)=MρT/ρ0T0=20.20×378.93/1.2×293.15=21.76m³/s=78332m³/h

∵V(B1)<89500<99000

∴一层取值99000m³/h

2. 计算二层的系统排烟量

已知二层室内空间净高5.0m,即小于6m,则每个防烟分区的排烟量按60m³/(h・m²)计算。

2.1 计算二层走道C2的排烟量V(C2

V(C2)=120×60=7200m³/h<13000m³/h,取13000m³/h

2.2 计算二层任意两个相邻防烟分区的排烟量之和:

V(B2+C2)=13000+880×60=65800m³/h

V(A2+B2)=(1000+880)×60=112800m³/h

∵V(B2+C2)<V(A2+B2

∴二层的系统排烟量取112800m³/h

3. 计算三层的系统排烟量

已知三层室内空间净高4.5m,即小于6m,则每个防烟分区的排烟量按60m³/(h・m²)计算。三层任意两个相邻防烟分区的排烟量之和如下:

V(C3+D3)=(500+200)×60=42000m³/h

V(B3+C3)=(700+500)×60=72000m³/h

V(A3+B3)=(600+700)×60=78000m³/h

∵ V(C3+D3)<V(B3+C3)<V(A3+B3

∴三层的系统排烟量取78000m³/h

比较1~3层各层的系统排烟量,以二层的V(A2+B2)为最大,即V(A2+B2)=112800m³/h,因此取112800m³/h(计算结果见表4.6.4)。

4.6.5 中庭排烟量的设计计算应符合下列规定:

1 中庭周围场所设有排烟系统时,中庭采用机械排烟系统的,中庭排烟量应按周围场所防烟分区中最大排烟量的2倍数值计算,且不应小于107000m3/h;中庭采用自然排烟系统时,应按上述排烟量和自然排烟窗(口)的风速不大于0.5m/s计算有效开窗面积。

2 当中庭周围场所不需设置排烟系统,仅在回廊设置排烟系统时,回廊的排烟量不应小于本标准第4.6.3条第3款的规定,中庭的排烟量不应小于40000m3/h;中庭采用自然排烟系统时,应按上述排烟量和自然排烟窗(口)的风速不大于0.4m/s计算有效开窗面积。

〖注释〗

1. 条文的制定:

本条文明确地规定了中庭的排烟量的计算方法。

由于中庭的烟气积聚主要来自两个方面,一是中庭内自身火灾形成的烟羽流上升蔓延,另一个是中庭周围场所产生的烟羽流向中庭蔓廷。因此,中庭的排烟量应基于以上两种情况来确定。

2. 设计要点

2.1 中庭室内净高大于12m时,其火灾热释放量按无喷淋取值4MW;当保证清晰高度在6m时,中庭自身火灾产生的烟气量为107,000m³/h。

2.2 虽然公共建筑中庭周围场所设有机械排烟系统,但考虑中庭周围场所的机械排烟系统存在机械或电气故障的可能性,导致烟气大量流向中庭,因此规定:当公共建筑中庭周围场所设有机械排烟时,中庭排烟量可按周围场所中最大排烟量的2倍取值,且不应小于107,000m³/h。

2.3 当回廊周围场所的各个单间面积均小于100m²,仅需在回廊设置排烟的,由于周边场所面积较小,产生的烟气量有限,所需的排烟量较小,一般不超过13,000m³/h,即使蔓延到中庭,也小于中庭自身火灾的烟气量;当公共建筑中庭周围场所均设置自然排烟时,可开启窗的排烟较简便,基本可保证正常需求,中庭排烟系统只需担负自身火灾的排烟量。

因此,针对上述两种情况,中庭排烟量应根据工程条件和使用需求,对应表4.6.6中的热释放量按本标准第4.6.7条~第4.6.14条的规定计算确定。

4.6.6 除本标准第4.6.3条、第4.6.5条规定的场所外,其他场所的排烟量或自然排烟窗(口)面积应按照烟羽流类型,根据火灾热释放速率、清晰高度、烟羽流质量流量及烟羽流温度等参数计算确定。

4.6.7 各类场所的火灾热释放速率可按本标准第4.6.10条的规定计算且不应小于表4.6.7规定的值。设置自动喷水灭火系统(简称喷淋)的场所,其室内净高大于8m时,应按无喷淋场所对待。

第4.6.5条〖注释〗

一个防烟分区的排烟量或排烟窗的面积应按照火灾场景中所形成的烟羽流类型,根据火灾热释放速率、清晰高度、烟羽流质量流量及烟羽流温度等参数计算确定,但为了简化计算,标准在第4.6.3条、第4.6.5条明确给出了一些常见场所的计算值,设计人员可以直接选用。

第4.6.7条〖注释〗

火灾烟气的聚集主要是由火源热释放速率、火源类型、空间大小形状、环境温度等因素决定的。标准中参照了国外的有关实验数据,规定了建筑场所火灾热释放速率的确定方法和常用数据。

特别值得注意的是:一般情况下,对于室内净高大于8m的高大空间,即使设置了自动喷水灭火系统,在计算防烟分区的排烟量时,火灾热释放速率应按无喷淋场所的数值选取;如果房间按高大空间场所设计的湿式灭火系统,采用了符合《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084的有效喷淋灭火措施时,该火灾热释放速率可按表中的有喷淋条件取值。

4.6.8 当储烟仓的烟层与周围空气温差小于15℃时,应通过降低排烟口的位置等措施重新调整排烟设计。

4.6.9 走道、室内空间净高不大于3m的区域,其最小清晰高度不宜小于其净高的1/2,其他区域的最小清晰高度应按下式计算:

H=1.6 +0.1·H ′ (4.6.9)

式中:Hq—最小清晰高度(m);

H′—对于单层空间,取排烟空间的建筑净高度(m);对于多层空间,取最高疏散楼层的层高(m)。

4.6.10 火灾热释放速率应按下式计算:

Q =α·t2 (4.6.10)

式中:Q—热释放速率(kW);

t—火灾增长时间(s);

α—火灾增长系数(按表4.6.10取值)(kW/s2)。

第4.6.9条〖注释〗

1.条文的制定:

火灾时的最小清晰高度是为了保证室内人员安全疏散和方便消防人员扑救而提出的最低要求,也是排烟系统设计时必须达到的最低要求。

2.设计要点:

2.1 对于单个楼层空间的清晰高度,可参见本图集第10页2.1.12图示a所示,公式(4.6.9)也是针对这种情况提出的。

2.2 对于多个楼层组成的高大空间,最小清晰高度同样也是针对某一个单层空间提出的,往往也是连通空间中同一防烟分区中最上层计算得到的最小清晰高度,如本图集第11页~第13页2.1.12图示b~图示f所示。在这种情況下的燃料面到烟层底部的高度是从着火的那一层算起的。

2.3 排烟空间净高度按以下方法确定:

2.3.1 对于平顶和锯齿形的顶棚,空间净高度是从顶棚下沿到地面的距离;

2.3.2 对于斜坡式的顶棚,空间净高度是从排烟开口中心到地面的距离;

2.3.3 对于有吊顶的场所,其空间净高度应从吊顶算起;设置格栅吊顶的场所,其空间净高度应从上层楼板下边缘算起。

4.6.11 烟羽流质量流量计算宜符合下列规定:

1 轴对称型烟羽流:

式中:Qc—热释放速率的对流部分,一般取值为Qc =0.7 Q(kW);

Z—燃料面到烟层底部的高度(m)(取值应大于或等于最小清晰高度与燃料面高度之差);

Z1—火焰极限高度(m);

Mρ—烟羽流质量流量(kg/s)。

2 阳台溢出型烟羽流:

W = w + b (4.6.11-5)

式中:H1—燃料面至阳台的高度(m);

Zb—从阳台下缘至烟层底部的高度(m);

W—烟羽流扩散宽度(m);

w—火源区域的开口宽度(m);

b—从开口至阳台边沿的距离(m),b≠0;

3 窗口型烟羽流:

式中:Aw—窗口开口的面积(m2);

Hw—窗口开口的高度(m);

Zw—窗口开口的顶部到烟层底部的高度(m);

αw—窗口型烟羽流的修正系数(m)。

第4.6.11条[算例1]一轴对称型烟羽流质量流量

某多功能厅,平面尺寸为22m×15m,净高为9m,内设有自动喷水灭火系统,排烟口设于多功能厅的顶部,且其最近的边离墙大于0.5m,最大火灾热释放速率2.5MW。计算轴对称型烟羽流质量流量。

1.确定热释放速率的对流部分Qc:Qc=0.7Q=0.7×2500=1750kW

2.确定火焰极限高度Z1:Z1=0.166Qc2/5=0.166×17502/5=3.29m;

3.确定清晰高度Hq:Hq=1.6+0.1H´=1.6+0.1×9=2.50m;

取燃料面到烟层底部的高度Z=4.0m;

4.确定轴对称型烟羽流质量流量Mρ:因为Z>Z1

则Mρ=0.071Qc1/3·Z5/3+0.0018Qc=11.78kg/s

第4.6.11条[算例2]一阳台溢出型烟羽流质量流量

某一带连廊的两层展厅,室内设有自动喷水灭火系统,每层层高为6.0m,阳台开口w=3m,燃料面至阳台下缘H1=5.80m,从开口至阳台边沿的距离为b=2m。最大火灾热释放速率3.0MW,排烟口设于侧墙且其最近的边离吊顶小于0.5m。计算阳台溢出型烟羽流质量流量。

1.确定烟羽流扩散宽度W:W=w+b=3+2=5m

2. 确定从阳台下缘至烟层底部的高度Zb:Zb=1.6+0.1×(6+0.20)=2.22m;

3. 确定阳台溢出型烟羽流质量流量Mρ:

Mρ=0.36(QW²)1/3(Zb+0.25H1)=0.36(3000×5²)1/3(2.22+0.25×5.8)=55.72kg/s

4.6.12 烟层平均温度与环境温度的差应按下式计算或按本标准附录A中表A选取:

△T = KQc /MρCρ (4.6.12)

式中:△T—烟层平均温度与环境温度的差(K);

Cρ—空气的定压比热,一般取Cρ=1.01 [kJ/ (kg•K ) ];

K—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。

4.6.13 每个防烟分区排烟量应按下列公式计算或按本标准附录A查表选取:

V = MρT / ρ0T0 (4.6.13-1)

T =T0 + △T (4.6.13-2)

式中:V—排烟量(m3/s);

ρ0—环境温度下的气体密度(kg/m3),通常T0=293.15K,ρ0=1.2(kg/ m3);

T0—环境的绝对温度(K);

T—烟层的平均绝对温度(K)。

第4.6.12条[算例1]一烟气平均温度与环境温度差的计算

某剧院有一个四层共享前厅,前厅按无喷淋系统考虑,前厅高21m,一层高为4m,二、三层均为6m,四层净高5m,排烟口设于前厅顶部(其最近边离墙大于0.5m)。火灾场景为前厅中央地面附近的可燃物燃烧,烟缕流型为轴对称型烟羽流。最大火灾热释放速率8.0MW,火灾时应确保最上层的最小清晰高度,火源燃料面为前厅地面。计算烟气平均温度与环境温度的差。

1.确定热释放速率的对流部分Qc:Qc=0.7Q=0.7×2500=1750kW

2.确定火焰极限高度Z1:Z1=0.166Qc2/5=3.29m

3. 确定燃料面到烟层底部的高度Z:

Z=(4+2×6)+Hq=16+(1.6+0.1H´)=16+(1.6+0.1×5)=18.1m

4.确定轴对称型烟羽流质量流量Mρ:

Mρ=0.071Qc1/3Z5/3+0.0018Qc=110.01kg/s

5. 计算烟气平均温度与环境温度的差△T:

△T=KQc/MρCρ=1.0×1750/110.01×1.01=15.75K

第4.6.13条[算例2]一排烟量的计算

以第4.6.12条[算例1]为例,烟羽流质量流量Mρ=110.01kg/s,烟气平均温度与环境温度的差△T=15.75K,环境温度293.15K,气体密度ρ0=1.2kg/m³,计算排烟量。

1. 确定烟层的平均绝对温度T:

T=T0+△T=293.15+15.75=308.90K

2. 计算排烟量V:

V=MρT/ρ0T0=110.01×308.90/1.2×293.15=96.60m³/s

=347760m³/h>111000m³/h,取347760m³/h

4.6.14 机械排烟系统中,单个排烟口的最大允许排烟量Vmax宜按下式计算,或按本标准附录B选取。

式中:Vmax—排烟口最大允许排烟量 (m3/s);

γ—排烟位置系数;当风口中心点到最近墙体的距离≥2倍的排烟口当量直径时:γ取1.0;当风口中心点到最近墙体的距离< 2倍的排烟口当量直径时:γ取0.5;当吸入口位于墙体上时,γ取0.5。

db—排烟系统吸入口最低点之下烟气层厚度(m);

T—烟层的平均绝对温度(K);

T0—环境的绝对温度(K)。

〖注释〗

1. 条文的制定:

当一个排烟口排出的烟气量超过一定数量时,就会在烟层底部撕开一个“洞”,使该防烟分区中的无烟空气被卷吸进去,随烟气被排出,从而导致有效排烟量的减少(见本图集第113页4.4.12图示6b),因此标准的条文规定了每个排烟口的最高临界排烟量。

2. 设计要点

2.1 对于机械排烟系统,通过本图集第143页的公式(4.6.13-1)和公式(4.6.13-2)计算出系统排烟量,确定排烟口尺寸后,再利用本页的公式(4.6.14)对排烟口进行最高临界排烟量的校核计算。

2.2 本图集第145页的图(4.6.14)是不同空间中排烟口设置位置的参考图,其中(a)、(b)图表示的是单个楼层空间中排烟口设置位置;(c)、(d)图则表示的是多个楼层组成的高大空间中排烟口设置位置。

4.6.15 采用自然排烟方式所需自然排烟窗(口)截面积宜按下式计算:

式中:Av——自然排烟窗(口)截面积(m2);

A0—所有进气口总面积(m2);

Cv—自然排烟窗(口)流量系数(通常选定在0.5〜0.7之间);

C0—进气口流量系数(通常约为0.6);

g—重力加速度(m/s2)。

注:公式中AvCv在计算时应采用试算法。

〖注释〗

1. 条文的制定:

自然排烟系统的优点在于筒单易行,是利用火灾热烟气的浮力作为排烟动力,其排烟口的排放率在很大程度上取决于烟气的厚度和温度,本条推荐的是较成熟的英国防火设计规范的计算公式。

2.[算例]一自然排烟方式所需通风面积的计算

某多功能厅,平面尺寸50mx20m,净高7.0m,内设有自动喷水灭火系统,按自然排烟方式进行设计,排烟窗设于顶部,自然补风。烟缕流型为轴对称型烟羽流,最大火灾热释放速率2500kW。计算自然通风方式所需的通风面积。

2.1 确定热释放速率的对流部分Qc:Qc=0.7Q=0.7×2500=1750kW

2.2 确定清晰高度Hq和火焰极限高度Z1

Hq=1.6+0.1×7=2.3m

Z1=0.166Qc2/5=3.29m

2.3 确定燃料面到烟层底部的高度Z:取Z=3.5m,即Z>Z1

4. 确定轴对称型烟羽流质量流量Mρ:

Mρ=0.071Qc1/3Z5/3+0.0018Qc=10.05kg/s

5. 计算烟气平均温度与环境温度的差△T和烟层的平均绝对温度T:

△T=KQc/MρCρ=0.5×1750/10.05×1.01=86.20K

T=T0+△T=293.15+86.20=379.35K

6. 计算自然通风方式所需的通风面积Av

假设A0/Av=0.6,C0取0.6;

烟层厚度db=7-3.5=3.5m,Cv取0.6;

则通过试算,所需排烟口最小有效面积Av=7.14m²

示例1 办公场所的排烟设计计算:

1. 某企业办公大厦,其标准层由若干个办公区、走道、核心筒等组成,本示例仅为一个防火分区,见第165页的建筑平面示意图。该防火分区的建筑面积为1623m²,内含2个大办公区和9个办公室。办公区1与办公区2的建筑面积分别为263.50m²和202.10m²;9个办公室的建筑面积均小于100.0m²,详见平面示意图。办公场所净高3.0m,走道宽度不大于2.5m,净高2.7m;办公场所与走道均设置排烟系统。分别计算办公场所以及走道的排烟量以及自然排烟窗面积。

2. 计算

2.1 根据现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 5016的相关规定,9个办公室均不需设排烟设施。

2.2 2个办公区的计算排烟量V1、V2根据国家现行标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017第4.6.3条第1款的规定,房间排烟量按60m³/(h・m²)计算且不小于15000m³/h,则2个办公区的计算排烟量为:

V1=263.5×60=15810m³/h>15000m³/h,取15810m³/h

V2=202.1×60=12126m³/h<15000m³/h,取15000m³/h

2.3 由于办公场所与走道均设置排烟系统,且走道、电梯厅和前厅是一个连通的空间,其计算排烟量V3为:

V3=(58.65+254.7+76.55)×60=23394m³/h>15000m³/h

即计算排烟量取V3=23394m³/h

2.4 若办公区1、走道、电梯厅和前厅采用自然排烟方式,则所需自然排烟窗(口)的有效面积分别为:

办公区1:Fc1=263.5×2%=5.27m²

走道、电梯厅和前厅:Fc2=(58.65+254.7+76.55)×2%=7.80m²

从第165页所附建筑平面图中可见,办公区2为内房间,不具备自然排烟条件。

3. 设计要点:

3.1 当采用自然排烟方式时,防烟分区内的自然排烟窗(口)的面积、数量、位置应按国家现行标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB 51251-2017第4.6.3条的规定经计算确定,且防烟分区内任一点与最近的自然排烟窗(口)之间的水平距离不应大于30m。

3.2 当采用机械排烟系统,且由一个系统担负多个防烟分区时,则:

V1+V3=15810+23394=39204m³/h

V2+V3=15000+23394=38394m³/h

∵V1+V3>V2+V3

∴系统计算排烟量V=39204m³/h

排烟风机风量Vj:Vj=1.2×39204=47045m³/h

示例2 大空间等的排烟设计计算

1. 某银行办公楼中一防火分区,共计1709.46m²,其中一层约1133.31m²,二层约576.15m²。大堂共享两层空间,建筑面积553.94m²,净高9.4m;一层小门厅、电梯厅以及走道合计195.08m²(见本页平面图),净高4.0m,走道净宽2.1m;二层仅对走道和电梯厅排烟(见本图集第167页平面图),走道净高4.0m。大堂无自动喷淋系统。计算系统的排烟量。

2. 计算:

2.1 一层计算排烟量V1

2.1.1 大堂计算排烟量V1-1

①确定热释放速率的对流部分Qc

Qc=0.7Q=0.7×8000=5600kW

②确定火焰极限高度Z1:Z1=0.166Qc2/5=5.24m

③最小清晰高度Hq的计算:Hq=5.4+(1.6+0.1×4.0)=7.4m;

取燃料面到烟层底部的高度Z=7.4m

④确定轴对称型烟羽流质量流量Mρ:

Mρ=0.071Qc1/3Z5/3+0.0018Qc=45.53kg/s

⑤计算烟气平均温度与环境温度的差△T:

△T=KQc/MρCρ=1.0×5600/45.53×1.01=121.78K

⑥确定烟层的平均绝对温度T:

T=T0+△T=293.15+121.78=414.93K

⑦大堂的计算排烟量V1-1

V1-1=MρT/ρ0T0=45.53×414.93/1.2×293.15=53.70m³/s=193332m³/h

《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017第4.6.3条第2款表4.6.3的表注1,建筑空间净高大于9.0m的,按9.0m取值,则大堂的排烟量不应小于V1-1=211000m³/h。

2.1.2 一层小门厅、电梯厅和走道的计算排烟量V1-2

根据国家现行标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB 51251-2017第4.6.3条第2款的规定,室内空间净高小于或等于6m的场所,其排烟量按60m³/(h・m²)计算且不小于15000m³/h,则小门厅、电梯厅和走道的计算排烟量V1-2

V1-2=195.08×60=11705m³/h<15000m³/h

∴小门厅、电梯厅和走道的计算排烟量V1-2取15000m³/h。

如由一个系统担负一层2个防烟分区的排烟时,则系统的计算排烟量V1取211000m³/h。

2.2 二层计算排烟量V2

由于二层仅对走道排烟,因此根据国家现行标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017第4.6.3条第3款的规定,走道的机械排烟量不应小于13000m³/h,则走道机械排烟系统的计算排烟量V2:V2=13000m³/h

2.3 若大堂、一层小门厅、电梯厅和走道采用自然排烟方式,则所需自然排烟窗(口)的有效面积分别为:

大堂:Fc1=211000/(3600×1.01)=58.03m²

一层小门厅、电梯厅和走道:

Fc1=(115.54+29.8+49.74)x2%=3.90m²

由于二层走道最远点到自然排烟窗(口)的水平距离大于30m,因而不具备自然排烟条件。

示例3 多功能厅的排烟设计计算

1. 某大剧院二层的多功能厅建筑面积330m²,房间尺寸长×宽为22x15m,净高9.2m。多功能厅不靠外墙,设置机械排烟系统,排烟口设在吊顶上(排烟口最近的边距墙大于0.5m),设有自动喷淋系统。计算多功能厅的排烟量。

2. 计算:

①确定热释放速率的对流部分Qc:Qc=0.7Q=0.7×2500=1750kW

②确定火焰极限高度Z1:Z1=0.166Qc2/5=3.29m

③最小清晰高度Hq的计算:Hq=1.6+0.1×9.2=2.52m;

取燃料面到烟层底部的高度Z=6.00m

④确定轴对称型烟羽流质量流量Mρ:

Mρ=0.071Qc1/3Z5/3+0.0018Qc=20.11kg/s

⑤计算烟气平均温度与环境温度的差△T:

△T=KQc/MρCρ=1.0×1750/20.11×1.01=86.16K

⑥确定烟层的平均绝对温度T:

T=T0+△T=293.15+86.16=379.31K

⑦多功能厅排烟量V的计算:

V=MρT/ρ0T0=20.11×379.31/1.2×293.15=21.68m³/s=78062m³/h

《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017第4.6.3条第2款表4.6.3的表注1,建筑空间净高大于9.0m的,按9.0m取值,则多功能厅的排烟量不应小于V=111000m³/h。

示例4 酒店标准层的排烟设计计算

1. 某酒店标准层的建筑面积1231.85m²,客房净高3.6m(局部2.5m);走道与电梯厅的建筑面积之和约为159m²,走道长55m,宽2.0m,净高2.5m。客房沿外墙布置,可利用外窗自然通风;走道只有一面外窗,不满足自然排烟的条件,设置机械排烟系统,排烟口设在吊顶上(排烟口最近的边距墙大于0.5m),有自动喷淋系统。计算酒店标准层的排烟量。

2. 计算

2.1 酒店客房均有可开启外窗,且每间客房的建筑面积小于100m²,无需设置排烟设施。

2.2 根据国家现行标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017第4.6.3条第3款的规定,仅在走道设置排烟时,其机械排烟量不小于13000m³/h,即走道机械排烟系统的计算排烟量V:V=13000m³/h

示例5 中庭的排烟设计计算

1. 某一高层建筑,其与裙房之间设有防火分割设施,且裙房一防火分区跨越楼层,最大建筑面积小于5000m²,裙楼设有自动喷水灭火系统。此防火分区分为9个防烟分区,各防烟分区面积见图中附表。一层层高7.0m,净高控制在5.5m;二层层高6.0m,净高控制在4.5m;中庭建筑高度18.0m。计算各防烟分区以及中庭的排烟量。

2. 计算

2.1 计算一层大堂、全日餐厅、大堂吧、日本料理、龙虾排吧特色餐厅以及走道的排烟量:

由于一层净高控制在5.5m,所以根据现行国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB 51251-2017第4.6.3条第2款的规定,室内空间净高小于或等于6m的场所,其排烟量按60m³/(h・m²)计算且不小于15000m³/h,则一层大堂、全日餐厅、大堂吧、日本料理、龙虾排吧特色餐厅的排烟量计算如下:

①大堂:V1-1=826×60=49560m³/h>15000m³/h

②全日餐厅:V1-2=558×60=33480m³/h>15000m³/h

③大堂吧:V1-3=509×60=30540m³/h>15000m³/h

④日本料理:V1-4=174×60=10440m³/h<15000m³/h,取15000m³/h

⑤龙虾排吧特色餐斤:V1-5=185×60=11100m³/h<15000m³/h,取15000m³/h

⑥走道长边小于36m,最小净宽5.6m。根据现行国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB 51251-2017第4.6.3条第4款的规定,走道的排烟量:

V1-6=316×60=18960m³/h>13000m³/h

2.2 计算二层各防烟分区的排烟量

⑦休息厅:V2-1=713×60=42780m³/h>15000m³/h

⑧会议室:V2-2=231×60=13860m³/h<15000m³/h,取15000m³/h

⑨中庭:V2-3=2×49560=99120m³/h<107000m³/h,取107000m³/h

将上述计算结果汇总于下表。

各防烟分区排烟量计算结果汇总表:

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