文／杨功振 上海杜鹃工程设计与顾问有限公司 上海 201899
建筑中存在较多的可燃物，这些可燃物在燃烧过程中，会产生大量热量和有毒烟气，同时要消耗大量的氧气，对人体伤害极大，致死率高，所以建筑物中需要设置排烟设施。与机械排烟系统相比，自然排烟系统简单、可靠，特别是多层建筑的开窗形式和开窗面积有利于烟气排放，较多采用自然排烟方式[1]。新建普通办公建筑与改造办公建筑中采用自然排烟的方式较多。
根据上海地标DG/TJ08-88-2021《建筑防排烟系统设计标准》第5.2.2 条建筑面积中面积小于等于300m2的场所设置有效面积不小于该房间地面面积2%的排烟窗；
面积大于300m2的场所，其所需排烟量及有效补风面积、排烟面积等应根据上海地标《建筑防排烟系统设计标准》DG/TJ08-88-2021（以下简称烟标）烟羽流计算法得出。
对于办公建筑中面积小于等于300m2的场所，设置有效面积不小于该房间地面面积2%排烟窗，暖通专业能快速、准确的将此排烟窗面积提资给建筑专业来判断是否有自然排烟条件。对于面积大于300m2的场所，排烟量及有效补风面积、排烟面积需从场所的火灾热释放速率、最小清晰高度、烟羽流质量流量、烟层平均温度与环境温度的差、自然排烟方式所需自然排烟窗截面积等公式来确定，又因自然排烟窗面积公式中的AVCV 需要多次试算才能确定自然排烟窗面积。房间净高、设计清晰高度等数值也需与建筑专业沟通确定，排烟系统吸入口最低点之下烟层厚度db 值（以下简称db 值）的取值也与场所的补风面积、排烟面积相关，导致暖通专业不能快速、准确的提资自然排烟窗面积。
本文以上海市某办公项目为模型，采用“烟标”中自然排烟窗截面积公式的计算，再通过数据统计、对比与分析的方式来找到不同设计清晰高度、不同db 值的办公场所自然排烟窗面积最小值的规律。
本工程为上海市某办公项目，本建筑为1#办公楼地上14 层，建筑高度59.95m。1#办公楼地上建筑面积20347.7m2，一层5.1m 层高，二层至十四层为标准层4.1m 层高。标准层为开放式办公，每层建筑面积为1490m2，建筑外形尺寸为38.6m＊38.6m，芯筒面积为283m2，可用办公用面积为1207m2。
根据国标《办公建筑设计标准》JGJ/T67-2019 中办公建筑的净高要求，有集中空调设施并有吊顶的开放式和半开放式办公室净高不应低于2.7m[2]。本工程标准层4.1m 层高，机电管道约占0.5m 空间，吊顶下净高按2.7m。
根据“烟标”第4.1.4 条表格，房间净高H ≤3.0m，防烟分区的最大允许面积为500m2，防烟分区的长边最大允许长度为24 米。本工程标准层需设置4 个防烟分区，每个防烟分区面积为302m2，防烟分区的长边长度为19.3m。
根据“烟标”第4.1.3-1 条防烟分区分隔设施的深度应满足下列储烟厚度的要求，采用自然排烟方式时，储烟仓厚度不应小于空间净高的20%，且不应小于500mm。又根据“烟标”第4.2.3-1 条自然排烟窗应在储烟仓内，但净高不大于3m 的区域（走道、室内空间），其自然排烟窗可设置在室内净高的1/2 以上。所以储烟仓厚度最小为0.54m，设计清晰高度取值为1.35m～2.16m。
本文从两种情况分析自然排烟窗面积，一是开放式办公，办公面积内无分隔墙，各防烟分区采用挡烟垂壁来分隔。即办公场所面积1207m2，各防烟分区面积为302m2；
二是分隔式办公，因招商需要各防烟分区采用分隔墙来分隔，即为四个独立防烟分区，各房间面积与防烟分区均为302m2。
本工程开放式与分隔式办公标准层的房间面积均大于300m2，房间净高取2.70m。标准层窗台高1.2m，1.2m～2.7m 为可开启外窗，外窗可开启角度大于70°计算。图1 为自然排烟窗位置参考图，hj 为进气口的高度，hp 为排烟窗的高度。计算模型的设计清晰高度取1.35m、1.50m、1.65m、1.80m、2.00m、2.10m 共6 个参数，db值取0.05m、0.10m、0.15m、0.20m、0.25m、0.30m、0.35m、0.40m、0.45m 与0.50m 共10 个参数，总共60 个计算点。在计算自然排烟窗面积时采用HDY 防排烟设计软件4.0 来试算并得到房间的进气口面积与排烟窗面积。
图1 自然排烟窗位置参考图
3.1 开放式办公自然排烟分析
开放式办公某一防烟分区自然排烟时，进气口面积为本防烟分区设计清晰高度以下的可开启外窗面积与相邻三个防烟分区的有效开启外窗面积之和，因有相邻防烟分区的进气口面积计入，进排面积比Ao/Av 值均较大。
通过HDY 防排烟设计软件4.0 输入场所类型、房间净高、设计清晰高度、火焰高度、db值、进排面积比等参数，计算出进气口面积，见表1。
从表1 可以看出：在同设计清晰与同db 值的情况下，计算进气口面积远远大于计算排烟窗面积，与进排面积比值一致。随着db 值的增大，计算进气口面积出现最小值。并且随着设计清晰高度的增大，由设计清晰高度1.35m 的最小值出现在db 值为0.45m 处，到设计清晰高度2.10m 的最小值出现在db 值为0.2m 处，进气口面积最小值所对应的db 值在变小。在db 值一定的情况下，进气口面积值随设计清晰高度的增大而增大。另外在设计清晰高度一定的情况下，排烟窗面积随db 值增大而减小。在db 值一定的情况下，排烟窗面积值随设计清晰高度的增大而增大。计算排烟窗面积的较小值都在db最大值0.5m 处，是受本表db 值列举限制没有呈现最小值。
表1 所有防烟分区计算进气口面积（m2）
排烟窗长度是根据计算排烟窗面积除以相应单位长度排烟面积，单位长度排烟面积=（窗顶高度-设计清晰高度-db 值）＊单位长度，单位长度排烟面积随设计清晰高度与db 值的增大而减小。总开窗面积为进气口面积、db面积与排烟窗面积的和，即计算排烟窗长度乘以单位长度开窗面积计算所得。在db 值一定时，表3 的计算排烟窗长度与计算总开窗面积随设计最小清晰高度增大而增大。在设计清晰值一定时，计算排烟窗长度与计算总开窗面积随着db 值的增大出现了最小值，并且随着设计清晰高度的增大，最小值所对应的db 值在变小。进气口面积、排烟窗长度与总开窗面积的最小值所对应的设计最小清晰高度和db 值均一致。
由表2 各设计清晰高度的计算排烟窗长度最小值得出最小排烟窗面积分别为2.67m2、3.12m2、3.66m2、4.30m2、5.25m2与6.17m2，与按2%面积法计算6.04m2排烟窗面积相比，前5 个面积值均小于面积计算法，最后一个排烟窗面积与面积计算法相近。
表2 本防烟分区计算排烟窗长度（m）
图2 中设计清晰高度1.35m～1.80m 的各计算总开窗面积在db 值大于0.20m 处曲线平缓，各曲线差值也较小，没有出现明显的最小值。清晰高度2.00m 与2.10m曲线出现明显的最小值，并且设计清晰高度2.10m 的总开窗面积在db 值大于0.35m 时出现明显增大。说明db值宜取值0.2～0.4m，取值过大或过小总开窗面积将增大。
图2 开放式办公各清晰高度的计算总开窗面积
3.2 分隔式办公自然排烟分析
分隔式办公的各个房间为独立防烟分区，进气口与开放式办公不同，相邻防烟分区的可开启外窗面积不计入进气口面积，所以进排面积比Ao/Av 值均较小，详见表3。设计清晰高度1.35m 与1.50m 中进排面积Ao/Av 值小于0.4，即进气口面积较小。根据“烟标”第4.4.8 条自然补风口的风速不宜大于3m/s，防止补风口风阻过大影响补风量，所以舍去上述两列数据。
表3 进排面积比Ao/Av 值
由上表可知，排烟窗长度与总开窗面积随设计清晰高度增大而增大。在设计清晰值一定时，计算排烟窗长度与计算总开窗面积随着db 值的增大出现最小值。并且随着设计最小清晰高度的增大，最小值所对应的db 值在变小。
由表4 各设计清晰高度的最小计算排烟窗长度得出最小计算排烟窗面积分别为4.01m2、4.75m2、5.67m2与6.49m2，前3 个面积值均小于面积计算法，最后一个计算排烟窗面积与面积计算法相近。
表4 本防烟分区计算排烟窗长度（m）
图3 中设计清晰高度1.65m 与1.80m 的计算总开窗面积在db 值大于0.35m 曲线平缓，在db 值较小时两总排烟面积相近，两曲线的值相差也较小，并且没有出现明显的最小值。清晰高度2.00m 与2.10m 曲线出现明显的最小值，并且设计清晰高度2.10m 的总开窗面积在db 值大于0.3 时出现明显增大。
图3 分隔式办公各清晰高度的总开窗面积
综上所述，笔者认为在相同设计清晰高度与db 值条件的情况下，因开放式办公的进气口面积可计入相邻防烟分区的可开启外窗面积，即进排面积Ao/Av 值较大，开放式办公的计算排烟窗面积与计算总开窗面积比分隔式办公小5%～10%。
为了更有效排烟，办公场所进气口面积不宜小于排烟窗面积的40%，即进排面积比Ao/Av ≥0.4。办公的db 值不宜小于0.2m，db 值过小，进气口面积与排烟窗面积值都较大。在Ao/Av ≥0.4 与db 值在0.2～0.4m范围开放式办公与分隔式办公排烟窗面积均有最小值。
设计清晰高度小于2.10m 的计算排烟窗面积均小于面积计算法，如实际运营增加一些沿外墙单间办公，大空间办公面积略小于300m2的情况，将不满足按规范采用面积法的计算排烟窗面积。建议实际设计自然排烟窗面积略大于烟羽流计算值与面积法计算值的较大值，并需均匀布置自然排烟窗。避免因大空间办公内沿外墙增加单间办公造成排烟窗面积不足的问题，所以在计算排烟窗面积时设计清晰高度建议取较大值。
以上是对计算自然排烟窗面积的思考，不当之处请同行指正。
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