关于单个排烟口最大允许排烟量计算的几点探讨

白琳

中国建筑第八工程局有限公司设计管理总院

0 引言

自国标《建筑防烟排烟系统技术标准GB 51251-2017》实施以来，有关它的讨论一直持续。对于条文的理解和条文在设计中的应用也存在不同程度的差异。通过本文，将探讨国标《建筑防烟排烟系统技术标准GB 51251-2017》中4.6.14 条关于“单个排烟口最大允许排烟量”的计算对指导排烟系统设计的作用。

1 上海《建筑防排烟技术规程DGJ08-88-2006》（以下简称《规程》）的计算方法

1.1 计算公式

1）轴对称型烟羽流质量流量计算公式[1]：

式中：Qc为热释放量（Q）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，m，取值应大于等于最小清晰高度；Z1为火焰极限高度，m；Mρ为烟羽流质量流量，kg/s。

2）烟层平均温度与环境温度的差驻T 的计算公式[1]：

式中：Cρ为空气的定压比热，一般取1.02 kJ/(kg·K)。

3）临界排烟量Vcrit的计算公式[1]：

规程中5.2 排烟系统设计计算5.2.6 机械排烟系统中，每个排烟口的排烟量不应大于临界排烟量Vcrit，Vcrit按以下公式计算，且db/D 不宜小于2。

式中：Vcrit为临界排烟量，m3/s；β 为无因次系数，当排烟口设于吊顶并且其最近的边离墙小于等于0.5 m 或排烟口设于侧墙并且其最近的边离吊顶小于0.5 m 时，β取2.0；当排烟口设于吊顶并且其最近的边离墙大于0.5 m 时，β 取2.8；db为排烟口下烟气的厚度，m；T0为环境的绝对温度，K，通常；驻T 为烟层平均温度与环境温度之差，K；D 为排烟口的当量直径，m，当排烟口为矩形时，D=2ab/(a+b)；a，b 为排烟口的长和宽，m。

1.2 计算结果

以净高4 m、有喷淋的走道为例，通常为了方便对比，挡烟垂壁取最小高度0.5 m；Cρ统一取1.01 kJ/(kg·K)。假设燃料面为建筑地面。根据最新国标4.6.7 条可知，有喷淋的走道Q 的计算取值为1.5 MW。

1.2.1 β 取2.0 的情况

1）如图1 所示吊顶上排烟的情况下，β 取2.0。

图1 吊顶上排烟（一）

Q=1.5 MW 的火焰极限高度：Z1=0.166 ×（0.7 ×1500）2/5=2.683 m，Z=4-0.5=3.5 m。

Z>Z1，则：

2）如图2 所示墙体侧排烟的情况下，β 也取2.0。

图2 吊顶下墙体侧排烟

此时与图1 的区别是db的取值，假设风口上沿离吊顶50 mm 且风口宽度b=0.15 m，db=0.5-0.05-b=0.3 m。

Vcrit=0.00887×2.0×0.35/2×(303.98 ×293.15)1/2×3600=939.6 m3/h。

1.2.2 β 取2.8 的情况

吊顶上排烟且风口最近的边离墙＞0.5 m 时（参考图1），β 取2.8。

Vcrit=0.00887×2.8×0.55/2×(303.98 ×293.15)1/2×3600=4716 m3/h。

2 《建筑防烟排烟系统技术标准GB 51251-2017》（以下简称《标准》）的计算方法

2.1 计算公式

最大允许排烟量Vmax[2]的计算公式：

式中：Vmax[排烟口最大允许排烟量，m3/s；γ 为排烟口位置系数，当风口中心点到最近墙体的距离逸2D 时，γ取1.0；当风口中心点到最近墙体距离<2D 时，γ 取0.5；当吸入口位于墙体上时，γ 取0.5。db为排烟系统吸入口最低点之下烟气层厚度，m；T 为烟层的平均绝对温度，K；T0为环境的绝对温度，K，通常；D 为排烟口的当量直径，m，当排烟口为矩形时，D=2ab/(a+b)；a，b 为排烟口的宽和高，m。

2.2 计算结果

2.2.1 有吊顶

1）γ 取1.0 的情况

如图3 所示吊顶上排烟的情况下：

图3 吊顶上排烟（二）

Mρ、驻T 的计算同前面1.2 节，Mρ=3.42 kg/s，驻T=303.98 K；

Vmax=4.16·γ·db5/2[(T-T0)/T0]1/2=4.16 ×1.0 ×0.55/2×(303.98/293.15)1/2=2695.9 m3/h。

2）γ 取0.5 的情况

风口中心点到最近墙体距离＜2D 的吊顶上排烟（参考图3）：Vmax=0.5×2695.9=1347.9 m3/h。

如图2 所示吊顶下墙体侧排烟：Mρ、驻T 的计算同前面1.2 节，Mρ=3.42 kg/s，驻T=303.98 K；假设风口上沿离吊顶50 mm 且b=0.15 m，db=0.5-0.05-b=0.3 m。

Vmax=4.6×0.5×0.35/2×(303.98/293.15)1/2=375.84 m3/h。

2.2.2 无吊顶

1）γ 取1.0 的情况

如图4 所示的侧排烟：Mρ、驻T的计算同前面1.2节，Mρ=3.42 kg/s，驻T=303.98 K；假设风口高度b=0.15 m，设计排烟管管顶在梁下50 mm 处吊装，风口上沿紧贴风管管顶，db=0.5-0.05-b=0.3 m。则：

图4 无吊顶侧排烟

Vmax=4.6×1.0×0.35/2×(303.98/293.15)1/2=751.7 m3/h。

如图5 所示的上排烟：Mρ、驻T 的计算同前面1.2节，Mρ=3.42 kg/s，驻T=303.98 K；假设风管高度h，设计排烟管管顶在梁下50 mm 处吊装，风口紧贴风管管底，db=0.5-0.05-h=0.45-h m，Vmax=4.6 ×1.0 ×(0.45-h)5/2×(303.98/293.15)1/2m3/h，即：

图5 无吊顶上排烟

2）γ 取0.5 的情况

风口中心点到最近墙体距离＜2D 的无吊顶侧排烟（参考图4）：Vmax=0.5×751.7=375.85 m3/h。

风口中心点到最近墙体距离＜2D 的无吊顶上排烟（参考图5）：

如图6 所示的无吊顶墙体侧排烟：

图6 无吊顶墙体侧排烟

Mρ、驻T的计算同前面1.2节，Mρ=3.42 kg/s，驻T=303.98 K；假设风口高度b=0.15 m，排烟口梁下50 mm 安装，db=0.5-0.05-b=0.3 m。则：

Vmax=4.6×0.5×0.35/2×(303.98/293.15)1/2=375.84 m3/h。

2.3 公式的相关应用

以一个上海项目的地下车库排烟设计为例，一个防烟分区面积1800 m2，计算排风兼排烟量32400 m3/h，由于考虑到平时排风的风口风速，所以设计采用30 个1000×150 排风兼排烟的风口侧排。根据《标准》4.6.7 条的表格可以查到有喷淋汽车库的Q 值取1.5 MW。

Q=1.5 MW 的火焰极限高度：Z1=0.166Qc2/5=0.166×（0.7×1500）2/5=2.683 m；

项目净高H'=3.35 m，最小清晰高度：Hq=1.6+0.1H'=1.6+0.1×3.35=1.935 m，所以Zmin=1.935 m。

常规地下汽车库不设吊顶，假设燃料面为车库地面完成面，由于排烟管布置在梁下，且规范要求排烟口应在储烟仓内，所以须在梁下设挡烟垂壁。如图4所示，该项目梁下净高2.9 m，由于挡烟垂壁最小高度为500 mm，所以Zmax=2.9-0.5=2.4 m。由此看出Z＜Z1，于是选出Mρ的计算公式为：Mρ=0.032Qc3/5Z。

设计中排烟口的当量直径：D=4ab/(a+b)=2×1.0×0.15/(1.0+0.15)=0.26 m。

风口中心点距墙＞0.52 m（2D），γ 取1.0；

所以，单个排烟口的最大允许排烟量：

考虑到地下汽车库车道部位的最小建筑净高要求为2.2 m，于是Z 的取值范围为：2.2臆Z臆2.4。

Z=2.65-db，所以0.25臆db臆0.45。

采用试算法解得，db=0.37 m。

计算出排烟口最低点之下烟层厚度最小为370 mm。也就是说，挡烟垂壁的下沿距离排烟口底边最少370 mm。已知风口高度150 mm，设计排烟管管顶在梁下50 mm 处吊装，设计风口上沿距离风管管顶50 mm，所以设于梁下的挡烟垂壁最小高度=50+50+150+db=620 mm，此时，梁下的挡烟垂壁下沿至建筑地面高度=2900-620=2280 mm，也满足车道净高2.2 m的使用要求。

3 数据对比

1）对比了关于吊顶上排烟的计算公式，旧《规程》以风口最近边离墙0.5m 作为β 取值的评判标准。新《标准》则以风口中心点离墙2D（m）作为γ 取值的评判标准。

2）对比关于吊顶上排烟的计算结果：

风口中心点离墙逸2D 且风口最近的边离墙＞0.5 m 时，新《标准》的计算结果是旧《规程》的0.57 倍。

风口中心点离墙逸2D 且风口最近的边离墙臆0.5 m 时，新《标准》的计算结果是旧《规程》的0.8 倍。

风口中心点离墙＜2D 且风口最近的边离墙＞0.5 m 时，新《标准》的计算结果是旧《规程》的0.285 倍。

风口中心点离墙＜2D 且风口最近的边离墙臆0.5 m 时，新《标准》的计算结果是旧《规程》的0.4 倍。

3）对比关于吊顶下墙体侧排烟的计算结果：

新《标准》的计算结果是旧《规程》的0.4 倍。

4）挡烟垂壁高度相同且风口均在梁下50 mm 的位置布置时，无吊顶侧排烟（风口中心点离墙＜2D）和无吊顶墙体侧排烟计算结果相同。

5）新《标准》中，挡烟垂壁高度相同时，无吊顶墙体侧排烟（参考图6）且排烟口梁下50 mm 安装与吊顶下墙体侧排烟（参考图2）且排烟口吊顶下50 mm 安装的计算结果相同。

4 结论

1）旧《规程》的公式（5）给出的无因次系数β 的取值只涉及有吊顶的情况，无吊顶的情况没有给出具体数值，无法计算。新《标准》的式（6）可计算有吊顶和无吊顶的情况。

2）有吊顶的情况，比较两个规范计算出的单个风口最大排烟量的结果，新《标准》比旧《规程》小。

3）根据式（7）和（8）可以看出，无吊顶上排烟（参考图5）的储烟仓高度一定时，风管的高度h 越大，Vmax则越小。

4）由式（9）可以看出，排烟口位置一定（γ 取值一定）时，排烟口最低点之下烟层厚度db越大，单个排烟口的最大允许排烟量Vmax越大；也就是说挡烟垂壁高度设计的越高，单个排烟口的最大允许排烟量越大。

5）已知由控制风速法计算的风口尺寸，可以用公式（6）校核计算储烟仓高度或挡烟垂壁的设计高度。如果计算结果偏大，无法满足使用要求，需要调整设计，调整方法如下：

吊顶上排烟：通过增加风口个数，减小单个排烟口的排烟量，从而减小了挡烟垂壁的设计高度（或储烟仓高度）。

侧排烟（包括吊顶下侧排和无吊顶侧排）：方法一，风口高度不变，通过增加风口个数，减小单个排烟口的排烟量（db减小），从而减小挡烟垂壁的设计高度（或储烟仓高度）。方法二，单个排烟口的排烟量不变（db不变），减小风口高度（风口长度需相应增加），从而减小挡烟垂壁设计高度（或储烟仓高度）。方法三，通过增加风口个数，减小单个排烟口的排烟量（db减小），同时减小风口高度。