王金雨

河南仕佳光子科技股份有限公司

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，工業(yè)快速發(fā)展，工業(yè)廠房如雨后春筍越來(lái)越多，其規(guī)模日趨大型化，數(shù)量上不斷增長(zhǎng)，功能和形式上不斷突破。這類建筑由于其建筑結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)工藝和使用功能的多樣性，特殊性和復(fù)雜性，對(duì)火災(zāi)時(shí)煙氣控制領(lǐng)域提出新的挑戰(zhàn)。

本文通過(guò)對(duì)某工業(yè)廠房采用面積指標(biāo)法和煙羽（縷）流量法計(jì)算排煙量的比較，不同火災(zāi)模型和清晰高度對(duì)煙羽（縷）流量的影響分析，探求工業(yè)廠房較為科學(xué)合理的排煙量計(jì)算的方法。

1 工業(yè)廠房計(jì)算排煙量計(jì)算方法

工業(yè)廠房機(jī)械排煙量的兩種計(jì)算方法如下：

1）面積指標(biāo)法

根據(jù)《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50016-2006 中的第9.4.5 條，室內(nèi)凈高大于6 m 且不劃分防煙分區(qū)的空間，其機(jī)械排煙量可按防煙分區(qū)60 m3/(h·m2)[1]計(jì)算確定，且單臺(tái)風(fēng)機(jī)最小排煙量不小于7200 m3/h。

2）煙羽流量法

煙羽流量法是根據(jù)煙羽流模型計(jì)算排煙量，其計(jì)算原理是使計(jì)算排煙量大于等于煙氣生成量，以保證足夠的煙氣層高度確保人員安全疏散[2]。排煙量按照煙羽流類型，根據(jù)火災(zāi)熱釋放速率，清晰高度，煙羽質(zhì)量流量及煙羽溫度等參數(shù)計(jì)算確定。

火災(zāi)情況下涉及五種煙羽流形式：軸對(duì)稱型煙羽流，陽(yáng)臺(tái)溢出型煙羽流，窗口型煙羽流，墻型煙羽流和角型煙羽流，其中軸對(duì)稱型煙羽流是工業(yè)廠房火災(zāi)時(shí)較為常見的一種煙羽流形式，機(jī)械排煙量計(jì)算依據(jù)以下公式[3]：

式中：H′為排煙空間的建筑凈高度，m；Hq為最小清晰高度，m。

式中：Q 為火災(zāi)熱釋放量，kW；t 為排煙系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間，s；a 為火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù)。

式中：Qc為熱釋放量的對(duì)流部分，一般取值為0.7Q，kW；Z 為燃料面到煙層底部的高度（取值應(yīng)大于等于最小清晰高度），m；Z1為火焰極限高度，m；Mρ為煙羽流質(zhì)量流量，kg/s。

式中：ΔT 為煙層平均溫度與環(huán)境溫度的差，K；Cρ為空氣的定壓比熱，一般取1.02 kJ/(kg·K)；K 為煙氣中對(duì)流放熱量因子。當(dāng)采用機(jī)械排煙時(shí)，取K=1.0；當(dāng)采用自然排煙時(shí)，取K=0.5。

式中：V 為排煙量，m3/s；ρ0為環(huán)境溫度下氣體的密度，kg/m3，通常T0為293.15K 時(shí)，ρ0為1.2 kg/m3；T0為環(huán)境的絕對(duì)溫度，K；T 為煙氣的絕對(duì)溫度，K。

2 工程實(shí)例分析

某酒廠聯(lián)合廠房為丙類多層工業(yè)建筑，廠房設(shè)有噴淋，總建筑面積為19980.68 m2，建筑高度為15.4 m，總層數(shù)為兩層，一層層高為7.8 m，吊頂為6.5 m，二層層高為6 m。一層為生產(chǎn)車間，分為三個(gè)防火分區(qū)。二層為中轉(zhuǎn)庫(kù)，分為五個(gè)防火分區(qū)。

本節(jié)以一層生廠車間中的某一防火分區(qū)為研究依據(jù)，其面積為4800 m2，通過(guò)對(duì)比分析采用面積指標(biāo)法和煙羽（縷）流量法計(jì)算機(jī)械排煙量的差異，研究不同火災(zāi)模型和建筑凈高對(duì)排煙量的影響，確定合理的排煙量計(jì)算方法。

2.1 不同計(jì)算方法的排煙量

1）按面積指標(biāo)法確定排煙量

研究的防火分區(qū)面積為4800 m2，吊頂高為6.5 m，室內(nèi)凈高大于6 m，不劃分防煙分區(qū)，整個(gè)防火分區(qū)為一個(gè)防煙分區(qū)，其排煙量按防煙分區(qū)面積60 m3/(h·m2)計(jì)算，因此其排煙量為288000 m3/h。

2）按煙羽（縷）流量法確定排煙量

研究的防火分區(qū)面積為4800 m2，吊頂高為6.5 m，則室內(nèi)凈高H 為6.5 m，由式（1）可知，最小清晰高度Hq為2.25 m。廠房設(shè)有噴淋，查《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》GB51251-2017 中表4.6.7 可知，火災(zāi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的熱釋放速率Q 為2.5 MW，熱釋放速率的對(duì)流部分Qc為1.75 MW，由式（5）可知，火焰極限高度Z1為3.29 m，取燃料面到煙層底部的高度Z 等于最小清晰高度，即為2.25 m，則Z＜Z1，依據(jù)式（4）可知，煙羽流質(zhì)量流量Mρ為6.36 kg/s，將Mρ代入式（6）可知，煙氣平均溫度與環(huán)境溫度的差ΔT 為270 ℃，取環(huán)境溫度T0＝293.15 K，環(huán)境溫度下氣體的密度ρ0為1.2 kg/m3，根據(jù)式（7）可知，計(jì)算排煙量的體積流量V 為10 m3/s，即36000 m3/h。

2.2 不同火災(zāi)模型下的機(jī)械排煙量

假設(shè)研究的防火分區(qū)面積仍為4800 m2，吊頂高為6.5 m，但廠房不設(shè)噴淋，則室內(nèi)凈高H 為6.5 m，由式（1）可知，最小清晰高度Hq仍為2.25 m。由于其無(wú)噴淋，火災(zāi)模型發(fā)生了變化，查《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》GB51251-2017 中表4.6.7 可知，火災(zāi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)熱釋放速率Q 由原來(lái)的2.5 MW 變?yōu)? MW，則熱釋放速率的對(duì)流部分Qc為5.6 MW，代入式（5）可知，火焰極限高度Z1為5.24 m，取燃料面到煙層底部的高度Z 等于最小清晰高度，即為2.25 m，則Z≤Z1，依據(jù)式（4）可知，煙羽流質(zhì)量流量Mρ為12.77 kg/s，將Mρ代入式（6）可知，煙氣平均溫度與環(huán)境溫度的差ΔT 為430 K，取環(huán)境溫度T0＝293.15 K，環(huán)境溫度下氣體的密度ρ0為1.2 kg/m3，根據(jù)式（7）可知，計(jì)算排煙量的體積流量V 為26.26 m3/s，即94533 m3/h。

2.3 不同建筑凈高下的機(jī)械排煙量

假設(shè)研究的防火分區(qū)面積仍為4800 m2，廠房設(shè)有噴淋，但吊頂高由原來(lái)的6.5 m 變?yōu)?.5 m，則室內(nèi)凈高H 為7.5 m，由式（1）可知，最小清晰高度Hq為2.35 m；由于其廠房設(shè)有噴淋，查《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》GB51251-2017 中表4.6.7 可知，火災(zāi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)熱釋放速率Q 為2.5 MW，則熱釋放速率的對(duì)流部分Qc為1.75 MW，代入式（5）可知，火焰極限高度Z1為3.29 m。取燃料面到煙層底部的高度Z 等于最小清晰高度，即為2.35 m，則Z≤Z1，依據(jù)式（4）可知，煙羽流質(zhì)量流量Mρ為6.64 kg/s，將Mρ代入式（6）可知，煙氣平均溫度與環(huán)境溫度的差ΔT 為258 K，取環(huán)境溫度T0＝293.15 K，環(huán)境溫度下氣體的密度ρ0為1.2 kg/m3，根據(jù)式（7）可知，計(jì)算排煙量的體積流量V 為10.4 m3/s，即37440 m3/h。

通過(guò)對(duì)上述工程實(shí)例不同情況下排煙量的比較可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于工業(yè)廠房來(lái)說(shuō)，相同的設(shè)計(jì)工況條件下，采用面積指標(biāo)法計(jì)算出來(lái)的排煙量比采用煙縷流量法計(jì)算的排煙量大，且采用面積指標(biāo)法計(jì)算排煙量時(shí)，排煙量的大小僅與防煙分區(qū)面積有關(guān)，而與建筑凈高和火災(zāi)模型等因素?zé)o關(guān)。當(dāng)采用煙縷流量法計(jì)算排煙量時(shí)，如上面所述，即使研究對(duì)象的建筑面積相同，當(dāng)建筑的火災(zāi)模型發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)煙縷流量法計(jì)算的排煙量?jī)烧呦嗖钶^大，甚至高達(dá)到3 倍之多，即便研究對(duì)象的建筑面積和火災(zāi)模型一樣，當(dāng)建筑凈高度發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)煙縷流量法計(jì)算的排煙量也會(huì)隨之變化。

3 結(jié)論

綜上所述，對(duì)面積法和煙縷流量法兩種排煙量計(jì)算方法對(duì)比分析認(rèn)為，面積指標(biāo)法僅考慮建筑面積對(duì)排煙量的影響，考慮單一且片面，而煙縷流量法不僅考慮了火災(zāi)模型對(duì)排煙量的影響，同時(shí)也考慮到建筑凈高對(duì)排煙量的作用，并且通過(guò)上述在不同火災(zāi)模型和建筑凈高計(jì)算排煙量比較可以發(fā)現(xiàn)，火災(zāi)模型的變化對(duì)排煙量大小的影響巨大，同時(shí)排煙量也隨著建筑凈高的不同而發(fā)生變化，所以相對(duì)于傳統(tǒng)的面積指標(biāo)法計(jì)算建筑排煙量，煙縷流量法綜合考慮了火災(zāi)荷載、建筑空間尺寸、清晰高度等因素對(duì)排煙量的影響，較傳統(tǒng)的面積指標(biāo)法考慮的因素更為全面，確定的排煙量更為合理。