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民用建筑中挡烟垂壁设计分析
陈迪
中信建筑设计研究总院有限公司，湖北，武汉 430010
摘要：建筑中的排烟系统设计需要挡烟垂壁保证烟气在储烟仓内活动，挡烟垂壁的高度影响建筑室内的美观及排烟口的设置数量，从国家规范的角度出发，分析与挡烟垂壁设置有关的参数，设置一些限制条件，对不同场所，不同防烟分区面积，不同的排烟口设置数量时的挡烟垂壁设计高度进行计算，将繁琐的计算过程图表画，指导各类民用建筑中的排烟系统设计。
关键词：挡烟垂壁；排烟系统； 排烟口；防烟分区
引言
随着《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB51251-2017）（以下简称规范）的正式实施，建筑防排烟设计提上了一个新的高度，朝着严谨、务实的方向发展。规范中对建筑物内防烟分区的设置要求越来越规范、严格，挡烟垂壁的使用也越来越广泛，同时也对产品的技术、性能提出了更严格的要求。规范中规定每个排烟口的排烟量不应大于最大允许排烟量，而对于一般的公共建筑，层高大多为6m以下，加上吊顶后，净高基本上在2~4m之间。因此本文主要对层高6m以下的单层空间进行计算分析。
1 研究理论基础
规范规定，建筑空间净高小于或等于6m的场所，其排烟量按不小于60m3/（h·m2）计算，且取值不小于15000m3/h，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60m3/（h·m2）计算且不小于13000m3/h。[1]根据防烟分区的不同大小，排烟量的计算总结如下表1所示。
表1 不同功能房间的防烟分区计算排烟量
|
功能区分类 |
防烟分区面积（m2） |
计算排烟量 |
|
走道或回廊 |
≤216 |
13000 |
|
房间 |
≤250 |
15000 |
|
其他防烟分区面积时按60m3/（h·m2）计算 |
||
排烟口的设置有侧排烟口和顶排烟口两种方式，在机械排烟系统中，单个排烟口的最大允许排烟量
（1）
式中：
—排烟口最大允许排烟量（m3/h）；
—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，
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：
取0.5；当吸入口位于墙体上时，
取0.5。
—排烟系统吸入口最低点之下烟气层厚度（m）；
—烟层的平均绝对温度（K）；
—环境的绝对温度（K），通常
。
（2）
（3）
式中：
—烟层平均温度与环境温度的差（K）；
—空气的定压比热，一般取
；
—烟气中对流放热因子，当采用机械排烟时，取
；
对于房间内、走道或回廊排烟，烟羽流为轴对称型烟羽流：
当
时，
；
当
时，
（4）
式中：
—热释放速率的对流部分，一般取值为
；
—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）；
—火焰极限高度（m）；
—烟羽流质量流量（kg/s）；
走道、室内空间净高不大于3m的区域，最小清晰高度不宜小于净高的1/2，其他区域的最小清晰高度应按下式计算：
（5）
2 研究理论建立条件
本文所述的火灾热释放速率的取值均建立在有设置喷淋的情况下，对于办公室、教室、客房、走道，火灾热释放速率Q=1.5（MW）；对于商店、展览厅，火灾热释放速率Q=3（MW）；对于其他公共场所，火灾热释放速率Q=2.5（MW）。为保持火灾时，逃生人员的安全疏散，挡烟垂壁下垂后，挡烟垂壁下需留有足够人员逃生的空间，因此本文中挡烟垂壁下垂后的逃生空间均为建立在大于1.5m的情况下。因在层高低于6m的情况下，侧排烟口会导致烟气吸入口最低点之下烟气层厚度过低，会大大降低单个排烟口的最大允许排烟量，会导致无法满足排烟量需求的情况，因此本文设置的排烟口均为吊顶上顶排，此时排烟口的位置系数处于两种情况，即风口中心点到最近墙体的距离≥2倍的排烟口当量直径时
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：
取0.5。
3 计算结果分析
若风口中心点到最近墙体的距离≥2倍的排烟口当量直径时，即γ取值为1时，根据公式（1）~（4），不同的净高下，不同的挡烟垂壁高度所需排烟口的数量计算如下表2、表3及表4。当γ取值为0.5时，计算结果为表2至表3中结果的一半。
表2 办公室、教室、客房、走道场所单个排烟口最大允许排烟量
|
热释放速率（MW） |
|
2.4 |
2.6 |
2.8 |
3.0 |
3.2 |
3.4 |
3.5 |
4.0 |
4.5 |
5.0 |
|
1.5 |
0.50 |
0.25 |
0.24 |
0.23 |
0.22 |
0.21 |
0.20 |
0.20 |
0.18 |
0.16 |
0.15 |
|
0.60 |
0.45 |
0.39 |
0.37 |
0.35 |
0.34 |
0.32 |
0.32 |
0.29 |
0.26 |
0.24 |
|
|
0.70 |
0.66 |
0.58 |
0.55 |
0.53 |
0.51 |
0.49 |
0.48 |
0.43 |
0.40 |
0.36 |
|
|
0.80 |
0.92 |
0.83 |
0.79 |
0.75 |
0.72 |
0.69 |
0.68 |
0.61 |
0.56 |
0.52 |
|
|
0.90 |
1.23 |
1.15 |
1.09 |
1.04 |
0.99 |
0.95 |
0.93 |
0.84 |
0.77 |
0.70 |
|
|
1.00 |
—— |
1.55 |
1.46 |
1.38 |
1.32 |
1.26 |
1.24 |
1.12 |
1.02 |
0.93 |
|
|
1.10 |
—— |
2.03 |
1.90 |
1.80 |
1.71 |
1.64 |
1.60 |
1.44 |
1.31 |
1.20 |
|
|
1.20 |
—— |
—— |
2.44 |
2.30 |
2.18 |
2.08 |
2.03 |
1.83 |
1.66 |
1.52 |
|
|
1.30 |
—— |
—— |
3.08 |
2.89 |
2.73 |
2.60 |
2.54 |
2.28 |
2.07 |
1.89 |
|
|
1.40 |
—— |
—— |
—— |
3.59 |
3.38 |
3.21 |
3.13 |
2.81 |
2.54 |
2.31 |
|
|
1.50 |
—— |
—— |
—— |
4.40 |
4.13 |
3.91 |
3.81 |
3.41 |
3.07 |
2.80 |
表3商店、展览厅场所单个排烟口最大允许排烟量
|
热释放速率（MW） |
|
2.40 |
2.60 |
2.80 |
3.00 |
3.20 |
3.40 |
3.50 |
4.00 |
4.50 |
5.00 |
|
3.0 |
0.50 |
0.25 |
0.24 |
0.23 |
0.22 |
0.21 |
0.20 |
0.20 |
0.18 |
0.16 |
0.15 |
|
0.60 |
0.45 |
0.39 |
0.37 |
0.35 |
0.34 |
0.32 |
0.32 |
0.29 |
0.26 |
0.24 |
|
|
0.70 |
0.66 |
0.58 |
0.55 |
0.53 |
0.51 |
0.49 |
0.48 |
0.43 |
0.40 |
0.36 |
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