工業(yè)廠房機械排煙系統排煙量計算方法的探討

王金雨

河南仕佳光子科技股份有限公司

0 引言

近年來，隨著我國經濟建設的高速發(fā)展，工業(yè)快速發(fā)展，工業(yè)廠房如雨后春筍越來越多，其規(guī)模日趨大型化，數量上不斷增長，功能和形式上不斷突破。這類建筑由于其建筑結構，生產工藝和使用功能的多樣性，特殊性和復雜性，對火災時煙氣控制領域提出新的挑戰(zhàn)。

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

1 工業(yè)廠房計算排煙量計算方法

工業(yè)廠房機械排煙量的兩種計算方法如下：

1）面積指標法

根據《建筑防火設計規(guī)范》GB50016-2006 中的第9.4.5 條，室內凈高大于6 m 且不劃分防煙分區(qū)的空間，其機械排煙量可按防煙分區(qū)60 m3/(h·m2)[1]計算確定，且單臺風機最小排煙量不小于7200 m3/h。

2）煙羽流量法

煙羽流量法是根據煙羽流模型計算排煙量，其計算原理是使計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，根據火災熱釋放速率，清晰高度，煙羽質量流量及煙羽溫度等參數計算確定。

火災情況下涉及五種煙羽流形式：軸對稱型煙羽流，陽臺溢出型煙羽流，窗口型煙羽流，墻型煙羽流和角型煙羽流，其中軸對稱型煙羽流是工業(yè)廠房火災時較為常見的一種煙羽流形式，機械排煙量計算依據以下公式[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 為火災熱釋放量，kW；t 為排煙系統啟動時間，s；a 為火災增長系數。

式中：Qc為熱釋放量的對流部分，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 為煙氣中對流放熱量因子。當采用機械排煙時，取K=1.0；當采用自然排煙時，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，ρ0為1.2 kg/m3；T0為環(huán)境的絕對溫度，K；T 為煙氣的絕對溫度，K。

2 工程實例分析

某酒廠聯合廠房為丙類多層工業(yè)建筑，廠房設有噴淋，總建筑面積為19980.68 m2，建筑高度為15.4 m，總層數為兩層，一層層高為7.8 m，吊頂為6.5 m，二層層高為6 m。一層為生產車間，分為三個防火分區(qū)。二層為中轉庫，分為五個防火分區(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，其面積為4800 m2，通過對比分析采用面積指標法和煙羽（縷）流量法計算機械排煙量的差異，研究不同火災模型和建筑凈高對排煙量的影響，確定合理的排煙量計算方法。

2.1 不同計算方法的排煙量

1）按面積指標法確定排煙量

研究的防火分區(qū)面積為4800 m2，吊頂高為6.5 m，室內凈高大于6 m，不劃分防煙分區(qū)，整個防火分區(qū)為一個防煙分區(qū)，其排煙量按防煙分區(qū)面積60 m3/(h·m2)計算，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。廠房設有噴淋，查《建筑防煙排煙系統技術規(guī)程》GB51251-2017 中表4.6.7 可知，火災達到穩(wěn)態(tài)時的熱釋放速率Q 為2.5 MW，熱釋放速率的對流部分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，依據式（4）可知，煙羽流質量流量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，根據式（7）可知，計算排煙量的體積流量V 為10 m3/s，即36000 m3/h。

2.2 不同火災模型下的機械排煙量

假設研究的防火分區(qū)面積仍為4800 m2，吊頂高為6.5 m，但廠房不設噴淋，則室內凈高H 為6.5 m，由式（1）可知，最小清晰高度Hq仍為2.25 m。由于其無噴淋，火災模型發(fā)生了變化，查《建筑防煙排煙系統技術規(guī)程》GB51251-2017 中表4.6.7 可知，火災達到穩(wěn)態(tài)時熱釋放速率Q 由原來的2.5 MW 變?yōu)? MW，則熱釋放速率的對流部分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，依據式（4）可知，煙羽流質量流量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，根據式（7）可知，計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械排煙量

假設研究的防火分區(qū)面積仍為4800 m2，廠房設有噴淋，但吊頂高由原來的6.5 m 變?yōu)?.5 m，則室內凈高H 為7.5 m，由式（1）可知，最小清晰高度Hq為2.35 m；由于其廠房設有噴淋，查《建筑防煙排煙系統技術規(guī)程》GB51251-2017 中表4.6.7 可知，火災達到穩(wěn)態(tài)時熱釋放速率Q 為2.5 MW，則熱釋放速率的對流部分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，依據式（4）可知，煙羽流質量流量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，根據式（7）可知，計算排煙量的體積流量V 為10.4 m3/s，即37440 m3/h。

通過對上述工程實例不同情況下排煙量的比較可以發(fā)現，對于工業(yè)廠房來說，相同的設計工況條件下，采用面積指標法計算出來的排煙量比采用煙縷流量法計算的排煙量大，且采用面積指標法計算排煙量時，排煙量的大小僅與防煙分區(qū)面積有關，而與建筑凈高和火災模型等因素無關。當采用煙縷流量法計算排煙量時，如上面所述，即使研究對象的建筑面積相同，當建筑的火災模型發(fā)生變化時，通過煙縷流量法計算的排煙量兩者相差較大，甚至高達到3 倍之多，即便研究對象的建筑面積和火災模型一樣，當建筑凈高度發(fā)生變化時，通過煙縷流量法計算的排煙量也會隨之變化。

3 結論

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