張相亮

空調(diào)技術(shù)

上海市排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算公式基于Excel VBA的自定義函數(shù)的開發(fā)

張相亮

（上海中森建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司，上海200333）

針對上海市排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的計(jì)算問題，利用Excel中內(nèi)置的VBA語言將《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》中的排煙計(jì)算公式開發(fā)為自定義函數(shù)，并在Excel中制作排煙計(jì)算表，實(shí)現(xiàn)了輸入?yún)?shù)后自動(dòng)計(jì)算得到結(jié)果，提高了設(shè)計(jì)效率。

Excel； VBA； 自定義函數(shù)； 排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 排煙計(jì)算表

0 引言

排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)是暖通設(shè)計(jì)中重要的組成部分之一，因其事關(guān)生命安全，所以是暖通設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)人員最重視的內(nèi)容。相較于國家的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[1]及《高層建筑設(shè)高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[2]對排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的粗略介紹，上海市的地方規(guī)范《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》[3]中對其進(jìn)行了詳細(xì)的表述，并需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)上海市的項(xiàng)目時(shí)按其進(jìn)行設(shè)計(jì)，但該規(guī)范上有關(guān)排煙系統(tǒng)計(jì)算的公式很多，每次設(shè)計(jì)都需要大量復(fù)雜重復(fù)的計(jì)算，如果通過常規(guī)的方法進(jìn)行計(jì)算，勢必給設(shè)計(jì)人員增加巨大的工作量。

現(xiàn)在雖然有些商業(yè)軟件公司，已經(jīng)開發(fā)出包含排煙系統(tǒng)計(jì)算公式的計(jì)算軟件，但其輸入繁雜，操作不便，且需要付費(fèi)使用，增加了設(shè)計(jì)成本。而Excel是現(xiàn)代辦公必備的軟件之一，其功能強(qiáng)大，輸入方便，通過其內(nèi)置的VBA語言對其進(jìn)行二次開發(fā)，增加排煙系統(tǒng)計(jì)算功能，且不需增加額外成本。

本文將上海市《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》（以下簡稱

《規(guī)程》）中有關(guān)排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的公式，通過VBA語言編寫為自定義函數(shù)，使其在Excel單元格中像內(nèi)置函數(shù)一樣可以直接調(diào)用輸入?yún)?shù)，自動(dòng)計(jì)算得到結(jié)果。

1 自定義函數(shù)

1.1 VBA用戶自定義函數(shù)

用戶自定義函數(shù)是指如果要在公式或計(jì)算中使用特別復(fù)雜的計(jì)算，而工作表函數(shù)又無法滿足需要，則需要?jiǎng)?chuàng)建用戶自定義的函數(shù)。

用戶自定義一個(gè)函數(shù)過程function的語法格式如下[4]：

[private|public][static]function〈函數(shù)名〉（[〈形式參數(shù)列號(hào)〉]）as〈數(shù)據(jù)類型〉

〈函數(shù)體〉

EndFunction

1.2 排煙系統(tǒng)計(jì)算函數(shù)

（1）最小清晰高度函數(shù)

Public Function Hq（H AsSingle）AsSingle

Hq—最小清晰高度，m；

H—排煙空間的建筑凈高度，m。

Application.Volatile

將用戶自定義函數(shù)標(biāo)記為易失性函數(shù)

Hq=1.6+0.1×H

EndFunction

（2）煙縷質(zhì)量流量－軸對稱型煙縷

Public Function Mp（Q As Single，Z As Single）As Single

Q—火災(zāi)熱釋放量，kW；

Mp—煙縷質(zhì)量流量kg/s；

Z—燃料面到煙層底部的高度，m取值應(yīng)大于等于最小清晰高度。

Application.Volatile

DimZ1AsSingle，QcAsSingle

Z1—火焰極限高度，m；

Qc—熱釋放量的對流部分，kW。

Qc=0.7×Q

Z1=0.166×Qc^（2/5）

SelectCaseZ

CaseIs>Z1

Mp=0.071×Qc^（1/3）×Z^（5/3）+0.0018×Qc

CaseElse

Mp=0.032×Qc^（3/5）×Z

EndSelect

EndFunction

（3）煙氣平均溫度與環(huán)境溫度的差函數(shù)

Public Function T（Q As Single，MpAs Single）As Single

T—排煙平均溫度與環(huán)境溫度的差，℃。

Application.Volatile

DimQcAsSingle

Qc=0.7×Q

ConstCp=1.02

Cp—空氣的定壓比熱，kJ/kg·K。

T=Qc/（Mp×Cp）

EndFunction

（4）排煙量函數(shù)

Public Function V（MpAsSingle，T AsSingle，T0As Single）AsSingle

V—排煙量，m3/s；

T0—環(huán)境的絕對溫度，K。

Application.Volatile

DimT1AsSingle

T1—煙氣的絕對溫度，K。T1=T0+T

Constp0=1.2

p0—環(huán)境溫度下氣體的密度，kg/m3，通常t0=20℃，

（5）臨界排煙量函數(shù)

Public Function Vcrit（T As Single，T0As Single，dbAsSingle，B AsSingle）AsSingle

Vcrit—臨界排煙量，m3/s。

Vcrit=0.00887×B×db^（5/2）×（T×T0）^（1/2）

B—無因次系數(shù)，當(dāng)排煙口設(shè)于吊頂并且其最近的邊離墻小于0.5m或排煙口設(shè)于側(cè)墻并且其最近的邊離吊頂小于0.5m時(shí)，B取2.0；當(dāng)排煙口設(shè)于吊頂并且其最近的邊離墻大于0.5m時(shí)，B取2.8；

db—排煙窗下煙氣的厚度，m。

EndFunction

（6）排煙口的長寬關(guān)系函數(shù)

Public Function b1（a As Single，dbAs Single）As Single

b1=db×a/（4×a-db）

a，b1—排煙口的長和寬，m。

注因db/[2×a×b1/（a+b1）]>2，故a>db/4，b1

（4×a-db）

EndFunction

（7）自然排煙方式所需通風(fēng)面積函數(shù)

Public Function Av（MpAs Single，T As Single，T0AsSingle，A0AsSingle，dbAsSingle）AsSingle

Application.Volatile

Av—排煙口的截面積，m2

A0—所有進(jìn)氣口的總面積，m2。

Dim x As Single，y As Single，z As Single，w As Single

x，y，z，w—中間代量。

DimT AsSingle

ConstCv=0.6，p0=1.2，g=9.8，C0=0.6

Cv—排煙口流量系數(shù)，通常選定在0.5～0.7之間；

C0—進(jìn)氣口的流量系數(shù)，通常約為0.6；

g—重力加速度，m/s2，取9.8m/s2。

T1=T0+T

y=Mp×Sq（rT）/p0

z=2×g×db×T×T0

w=A0×C0

x=T/（z/y^2-T0/w^2）

Av=Sqr（x）/Cv

EndFunction

表1 排煙計(jì)算表

2 排煙計(jì)算表

將排煙設(shè)計(jì)計(jì)算中所有的參數(shù)列入Excel表格中，并將引用相應(yīng)的自定義函數(shù)列入計(jì)算結(jié)果列，具體見表1，其中結(jié)果列中空格部分為需手動(dòng)輸入的參數(shù)，火災(zāi)熱釋放量的結(jié)果可通過《規(guī)程》表4.2.2查得后直接輸入結(jié)果。

3 應(yīng)用實(shí)例與驗(yàn)證

以某面積為500m2，吊頂高度為3m，且設(shè)有噴淋的大空間辦公室排煙設(shè)計(jì)為例，其外墻共有8個(gè)尺寸為2×2m的可開啟外窗，窗底距地面1m。

查《規(guī)程》表4.2.2可知其熱釋放量為1500kW。

3.1 自然通風(fēng)方式排煙計(jì)算

（1）排煙計(jì)算表計(jì)算

在排煙計(jì)算表中輸入排煙空間建筑高度凈高H=3m，計(jì)算得到最小清晰高度Hq=1. 9m。因燃料面到煙層底部的高度Z應(yīng)大于等于最小清晰高度Hq，則取Z=2m。按《規(guī)程》4.3.1條規(guī)定，室內(nèi)凈高1/2以上為有效通風(fēng)排煙面積，則凈高1/2以下為進(jìn)氣口面積，則該辦公室所有進(jìn)氣口的總面積A0為8×2×（2-3/2）=8m2，環(huán)境的絕對溫度T0通常取293K?！兑?guī)程》5.2.6條文解釋附圖得排煙窗下煙氣的厚度db=（3-3/2）/2+3/2-2=0.25m，將H、Z、A0、db輸入排煙計(jì)算表得排煙口的截面積Av=5. 98m2，計(jì)算結(jié)果見表2，而現(xiàn)在的有效排煙窗面積為8×2× 3/2=24m2，可以滿足自然通風(fēng)排煙要求。

表2 自然通風(fēng)方式排煙計(jì)算結(jié)果

3.2 機(jī)械排煙方式計(jì)算

（1）排煙計(jì)算表計(jì)算

排煙口設(shè)于吊頂，并且其最近的邊離墻大于0.5m，則無因次系數(shù)B取2.8。因燃料面到煙層底部的高度Z應(yīng)大于等于最小清晰高度Hq，則取Z=2m，排煙口下煙氣的厚度db=3-2=1m。因?yàn)榕艧熆诘拈L度大于排煙口下煙氣厚度的1/4（即0.25m），故取其為a=0.3m，則排煙口的寬度b1不小于1.5m。將B、db、a與b1輸入排煙計(jì)算表，得臨界排煙量Vcrit=24080.51m3/s>V=23014.31m3/s，取排煙口的風(fēng)速為8m/s，則排煙口的數(shù)量為3，具體參數(shù)及結(jié)果見表3。

3.3 結(jié)果驗(yàn)證

通過現(xiàn)有的某商業(yè)軟件進(jìn)行相同設(shè)計(jì)計(jì)算，得到相同的計(jì)算結(jié)果，證明排煙計(jì)算表計(jì)算結(jié)果可靠，其結(jié)果如圖1～圖4所示。

Custom Function Development for the Formulae of Exhaust System Design in Shanghai Through the Excel VBA

ZHANG Xiang-liang

（Shanghai Johnson Architechural&Engineering Designing Consultants LTD.，Shanghai 200333，China）

AccordingtotheproblemofcalculationofexhaustsystemdesigninShanghai，CustomFunctionsisdevelopedontheformulaeof exhaustsysteminTechnical Specificationfor BuildingSmokecontrol throughtheExcel VBA.The exhaustcalculationtableisdesignedintheExcel，whichcancalculatetoachievetheoutcomeoftheinputparametersautomatically，sothatitimprovestheefficiencyofdesign.

Excel； VBA； customfunctions； exhaustsystemdesign； exhaustcalculationtable

表3 機(jī)械排煙計(jì)算結(jié)果

TU834

B

2095-3429（2016）03-0074-04

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.018

張相亮（1987-），男，山東濰坊人，碩士，工程師，從事暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工作。