烟气控制方案参数：应用分析与调整

1.回廊宽度

对于商场类中庭式建筑，采用回廊排烟后，其下部只能用作通道，由于靠近中庭，只有一侧能布置铺面。根据《商店建筑设计规范》第3.2.11条规定：单侧布置铺面的主要公共通道最小净宽为3m，因此回廊最小净宽亦为3m。对于办公、宾馆类中庭式建筑，回廊直接设在走道上部，两者宽度一致。

2.回廊深度

由实验结果可知，加深回廊有利于提高排烟效率，降低回廊溢出烟气的流量。但回廊太深，必然要增加层高，增加建设投资，影响建筑美观，如果深到能将中庭封闭起来，那就失去了回廊排烟的意义。若回廊太浅，烟气层较薄，而排烟口流速较大时，下方空气将穿过上部烟气层直接从排烟口排出，形成“短路”状态，即“plugholing”，大大降低了机械排烟的效率。同时，考虑到排烟风管布置在回廊内，也不宜太浅。综合比较后，取1.5m深的回廊比较合适。

3.回廊排烟的最大保护距离

理论上应该根据式2-32确定回廊排烟的最大保护距离，但系数须进一步研究。该工程根据建筑实际，利用式4-1，确定最远点距排烟口不大于21.5m。

4.排烟口的分布和数量

排烟口的分布应尽量减少下方空气被吸进烟气层的可能性，减少排烟口间的相互影响，避免产生“plugholing”现象，以利于提高排烟效率。按照《高规》第8.4.4条和第8.4.5条的规定，排烟口宜沿回廊顶棚中线或靠近顶棚的内侧挡烟垂壁上均匀设置。根据该商场的实际情况，长边回廊内宜设3个排烟口，短边回廊内宜设2个排烟口，均设在回廊顶部排烟管道上。

5.补风问题

火灾的机械排烟过程中，在补气口被烟气淹没之前，外界空气从补气口进入室内后，往往会在火源附近形成具有一定风速的流动，而这些流动将会影响羽流的形状和流量；同时，当烟气层界面距补气口较近时，补气气流的流动也会对烟气层界面产生扰动。因此，合理设置补气口的位置、分布以及面积是一个好的机械排烟系统的重要内容。有研究者对中庭机械排烟过程中的补风问题进行了研究，认为：将补气口设置在稍高于火焰高度且低于“准稳”状态烟气层的界面高度，面积越大，补气气流速度越小，补气对烟气羽流及烟气层界面的扰动也越小，也越有助于机械排烟系统效率的提高。

采用“回廊+中庭顶部”的机械排烟方式，着火层周围环境对火场的补气是非对称的，特别是中庭侧的补气量比较小。如果外墙上开有补气口，则有三个方向可以补气，补气量大致相当。一般而言，为了保持稳定的烟气层高度，补气量应与排烟量相当，为讨论方便，可认为两者相等，则每个方向的补气量约为排烟量的1/3。有实验研究显示，补风口风速约为2m/s时，机械排烟的效率较高。此工程中，每个防烟分区对应回廊的排烟量为25000m3/h，经计算，每个防烟分区的补气口面积不应小于1.2m2，考虑适当的安全系数，则不宜小于2m2。

6.回廊排烟量

回廊排烟量按照回廊排烟所要达到的性能目标进行确定。若要将烟气控制在回廊内，不溢出到中庭，则回廊排烟量至少必须大于火灾烟气的产生速率，这样的话，排烟量将很大。实际工程中，排烟管道和排烟口尺寸极大地受到了建筑结构、回廊尺寸和建筑使用功能的制约，因此排烟量是有一定限制的。

对此工程，可行的办法是先确定排烟管道内的风速。《高规》第8.1.5条第一款规定“采用金属风道时，排烟风速不宜大于20m/s”，条文说明中建议控制在14m/s左右。

然后，确定排烟风道的尺寸。由于排烟管道设在回廊内，如果太厚，必然使排烟口离烟气层底部过近，容易造成“短路”的现象，降低排烟效率。工程设计中，排烟管道截面厚度以0.32m比较合适。而由通风设计相关理论易知，排烟管道的宽度和厚度不能相差太大，否则排烟管道过于扁平，气体流动阻力增大，排烟困难。工程设计中一般控制在1∶3～1∶5范围内。

经综合论证，排烟管道的截面尺寸取为0.32m×1.50m，风速取为15m/s，则排烟量为25920m3/h，最终取每段回廊的排烟量为25000m3/h。

7.中庭排烟量(www.xing528.com)

在本书第二章建立了回廊溢出流量的数学模型，中庭的排烟量可以在此模型的基础上，根据工程实际综合确定。如果火灾发生在距离回廊很近的房间内，则不能忽略烟气在向回廊水平扩散过程中的卷吸量，则据式2-28，有下式成立：

式中，Mq为回廊溢出质量卷吸速率（kg/s）。

根据式2-25，有

通常情况下，以体积流率Ve来表示风机的排烟速率，两者的关系为

式中，Ve为机械排烟体积流率（m3/s）；ρs为烟气层密度（kg/m3）。由式5-4得

式中：ρa为300K时的空气密度（1.3kg/m3）；Ta=300K；Ts为烟气层的温度（K）。Ts可由能量方程得出：

式中，Cp为空气的比热容（1.005kJ/kg·℃）；为质量燃烧速率（kg/min）。

当起火房间距离回廊较远时，就必须考虑的影响。由于对烟气水平运动过程中的卷吸量仍需进一步深入研究，为便于计算，工程中可将根据上述原则计算得到的中庭排烟量乘以适当的系数，并用CFAST软件验算后，最终确定。

算例：以该工程为例说明此方法的运用。

设计火灾场景：靠近回廊边缘的第一层商店发生火灾，水喷淋局部失效。

水喷淋局部失效是该工程的最不利情况，应根据此时火灾的火源功率确定，根据本章5.2的分析可知，此时的火源功率为7.5MW。

烟气层的高度控制在第四层到达危险的高度，即离第四层地面1.5m处。该建筑层高为5m，则易知：Zb=11.5m，H2=5m，Hd=1.5m，w=3m，Ve=25000m3/h，l=20m，取α=0.016，则回廊烟气层的温度按式5-6确定，经计算得Ts1=450K。已经有学者对中庭顶部烟气层的温度进行了研究，当火源功率为3MW时，其最大温升为20℃左右。当火源功率为7.5MW时，中庭顶部烟气的最高温度可取Ts2=360K。根据式5.2至式5.6，可得中庭顶部的机械排烟量约为76187.2m3/h。

由于排烟的过程并不是理想的烟气和空气之间的置换过程，而是一个烟气浓度逐渐稀释并缓慢上升的过程。因此，为充分有效地控制中庭内的烟气，必须考虑适当的安全系数，最终确定中庭排烟量为100000m3/h。

8.适用建筑类型分析

根据某地中庭式建筑的调查结果，对于办公、宾馆类中庭式建筑，一般而言，设有与中庭相连的回廊，办公室或客房门均为乙级防火门，能够较好地与中庭实现防火、防烟分隔，回廊可以单独作为一个防烟分区。对于此类建筑，应确保在允许疏散时间内，回廊的烟气层不达到影响人员疏散的危险高度（一般采用烟气层距地1.5m），加上回廊深度，则建筑层高不宜低于3m。

对于商场、市场类中庭式建筑，显然要考虑建筑的使用功能，回廊处挡烟垂壁下沿距楼层地面的高度不宜小于2m，因此适宜建筑的层高必须达到3.5m。而楼层边缘距中庭的距离必须满足回廊排烟最大保护距离的要求。