公共建筑高大空间集中通风排烟系统优化设计

　　摘要：针对具有多个中庭、展厅等公共建筑的高大空间（净高＞6m）通风排烟，传统机械排烟方法是设置一个排烟竖井，沿顶部水平敷设排烟支管进行顶排烟或在竖井侧向布置排烟口侧排烟。传统机械排烟方法均存在单一排烟竖井面积大、受建筑平面布局限制大的问题，其中顶排烟方式水平排烟风管占用净高影响后期装饰吊顶风格，侧排烟方式竖向难以布置多个排烟口且视觉上冲击空间的美观效果。基于此，从排烟方式、风井布置、气流组织、平时通风需求等方面提出通风优化方案，拟采用双风井双风机排烟系统，既能满足当任意高大空间发生火灾时及时有效排除烟气、气流组织顺畅、系统安全可靠的需求，又能兼顾高大空间在高温季节的平时通风换气的需求。


　　竖向跨层且具有多个中庭、展厅等公共建筑的高大空间（净高＞6m）通风排烟，根据GB51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》相关要求，其排烟量与高大空间净高、有无喷淋、清晰高度、储烟仓等因素有关，且相对≤6m的场所所需排烟量大。因机械排烟系统对空间进行强制通风排烟，其排烟效果稳定，不受室外气候、气压等影响，当前正逐渐成为高大空间场所烟气控制的主要形式[1-4]。对于公共建筑的高大空间机械排烟系统，传统排烟方案是设置一个竖向排烟竖井，沿顶部水平敷设排烟支管进行顶排烟或在竖井侧向布置排烟口进行侧排烟。顶排烟方案，顶部敷设的排烟管与空调风管、消防水管、桥架等机电管道错综交叉，影响高大空间净高及吊顶面的装饰造型，尤其是采光玻璃屋顶的高大空间水平排烟管影响采光屋顶采光及美观，排烟口在高大空间上空布置，维护检修也困难。侧排烟方案，受排烟口最大允许排烟量、储烟仓、排烟口的间距等限制，单一排烟竖井上需布置多个排烟口且竖向布置视觉上严重冲击了高大空间美观效果，而这种高大空间的美观效果往往成为选择机械排烟方式的首要考虑因素。同时，高大空间在夏季高温季节有平时通风排热的需求。因此，传统排烟方式亟待优化改进。

　　1通风排烟系统优化研究

　　1.1 通风优化方案对比分析

　　主要针对传统通风排烟方式进行优化改进，提高通风排烟系统安全可靠性，从排烟方式、风井布置、气流组织、平时通风需求等方面提出通风优化方案。

　　1.1.1 方案一：单风井单风机顶排烟方案

　　该方案为高大空间传统机械排烟方式之一，对于大多数空间场所，不论是＞6m的高大空间还是≤6m的空间，基于烟气上浮特征采用顶排烟为常用方式。尤其是针对＞6m的高大空间，综合考虑设计高大空间的初衷是彰显高大空间的庄重与大气，若因排烟管的设置而压低了高大空间净高是不可取的。考虑到高大空间的排烟量、排烟风速的限制、装饰装修顶面的多样化设计、较大规格排烟井所占用的平面空间，顶部排烟管与排烟口的设计受到较多局限性。该方案也因为排烟量较大，需要较大的排烟风井，排烟井的选择也受到高大空间平面布局的限制，同时单风机功率大、运行噪声大。见图1。


　　1.1.2 方案二：单风井单风机侧排烟方案

　　该方案为高大空间传统机械排烟方式之一，尤其适合于＞6m的高大空间机械排烟。该方案避开了方案一中的水平排烟管所占用空间净高的不足，将排烟口巧妙地布置在竖向风井壁面。该方案也因为排烟量较大，需要较大的排烟风井，排烟井的选择同样受到高大空间平面布局的限制。另外，因文献[1]中对单个排烟口的最大允许风量、清晰高度、储烟仓等均有要求，且竖向上排烟口的最大允许风量相对顶排烟口的最大允许风量小，因此，需要在风井壁面布置4～6个排烟口，在视觉上一整列的排烟口对高大空间产生较大冲击影响。同样，单风井面积大、单风机功率大、运行噪声大。在实际中竖向上因需要布置多个排烟口，受高大空间平面布局的影响，很难选择一处合适的位置布置排烟竖井。见图2。



　　1.1.3 方案三：双风井双风机侧排烟

　　该方案为高大空间传统机械排烟方案下的优化方案。采用双风井双风机侧排烟，完美地避开了方案一顶排烟风管占用净高的问题，也规避了方案二中单一风井侧壁一整列的排烟口视觉冲击影响。另外，两条排风井及排烟口对称布置，火灾时烟气气流组织均匀流畅，排烟效果最优。尽管相对方案一和方案二多设置了一条风井，但是总的风井面积不增加；尽管从风机数量上新增了一台排烟风机，但是系统风机装机功率不增加。该方案另外一个优点是采用双风机排烟，单台风机功率小，运行噪声较低。在夏季高温季节可选择性、分时段地启动排烟风机进行临时性的通风换气，满足夏季高大空间的通风换气排热排湿需求。尤其是这种高大空间一般都采用玻璃幕墙外窗，夏季太阳辐射及围护结构空调负荷高，对通风排热的要求大，此时排烟风机兼排风风机，实用性强。见图3。



　　各方案优缺点分析见表1。



　　1.2 优选通风方案系统构成

　　如图3所示，三个高大空间图中以高大空间一、高大空间二、高大空间三示意，每个高大空间三层通高，每个通高空间为净高＞6m的高大空间，排烟系统服务三个高大空间，系统排烟量取三个高大空间中的最大排烟量。两条排烟井在高大空间的两侧布置，排烟井面积大小结合系统排烟量、允许风速、系统阻力、房间的平面布局等综合考虑。排烟井侧面竖向高度布置多页排烟口侧排烟，多页排烟口安装高度应满足H1≥1.6+0.1×H0（H0为高大空间净高），其位于清晰高度以上储烟仓以内，多页排烟口数量与安装高度H1、高大空间净高H0以及多页排烟口自身的规格尺寸相关，且多页排烟口的排烟量不超过其最大允许风量，一般取2～3个，图中以2个示意。在布置排烟井的时候应考虑排烟井在高大空间的平面中的相对位置，多页排烟口到服务本高大空间的最不利点≤30m，确保最不利点烟气能有效被抽吸。各高大空间的多页排烟口与排烟主管相连接，排烟主管布置在排烟井里，排烟主管与排风机相连接，在排烟井进入风机房的防火隔墙上设置280℃排烟防火阀，当管内烟气温度达到280℃时，该阀自动熔断关闭并连锁排风机关闭，风机房出口设排风百叶，将烟气最终排至室外。

　　2工程应用案例

　　以某研发办公公共建筑通风排烟为例，地上9层，层高3.9m，每三层一个通高高大空间且为一个防烟分区，通高区域建筑面积约800m2，且位于同一平面位置，共3个高大空间，为一类高层公共建筑。若不考虑高大空间的排烟特点优选自然排烟。但是因主立面为大面积玻璃幕墙，选用电动窗为自然排烟方式中较优方案。通过电动窗询价，整体造价偏高且排烟效果不稳定。因此，选用上述机械排烟方式中的方案三。结合建筑造型需要，将风井布置在入口大门两侧，不影响高大空间的正常使用和预期效果，且屋顶为平屋顶，也便于布置屋顶排烟机房，不影响外观效果。实施项目内部排烟口布置见图4。经计算排烟量87000m3/h,设计排烟量为104400m3/h，选用2台风量52200m3/h、风压700Pa、电机功率22kW的排烟风机，并为了结合平时使用，风机进出口安装消声器。根据现场实施情况，当夏季高温季节选择性临时开启排烟风机用于高大空间平时通风。



　　3结束语

　　通过对比分析和应用案例，可得出以下结论：第一，高大空间机械排烟系统的排烟口在两条土建竖井竖向高度侧向布置，相对在一条风井上布置排烟口，对大厅装饰效果影响最小，吊顶内不敷设排烟管，不占用吊顶空间，对后期吊顶装饰无影响。第二，高大空间机械排烟系统布置了两条土建竖井两路排烟主管，单个排烟井占用平面空间小，排烟口布置均匀，双风机同时启动排烟，通风气流组织顺畅，当任意高大空间发生火灾时能及时有效地排除烟气，提高了系统安全性及可靠性。第三，双风井双风机侧排烟兼顾高大空间的平时通风需求，单台风机功率小，排风机运行噪声低，高大空间在高温季节临时性通风排热时，不影响公共建筑的正常使用。