某建筑防排烟系统设计.docx
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某建筑防排烟系统设计
*****大学
本科毕业（设计）论文
（20**届）
题目：
某建筑防排烟系统设计
教学院（系、部）土木工程专业消防工程
学生姓名马***
指导教师龙***（讲师）
评阅人姓名（职称）
2017年5月日
某建筑防排烟系统设计
马***
（土木工程学院，****大学，****，650***）
摘要：
在建筑业快速发展的过程中，为保证建筑的使用安全，需要做好消防设计。
本设计为某高校一栋五层教学楼建筑的防排烟工程。
该建筑有地上五层，建筑总高度为22.85米，建筑内首层和三层有中庭式建筑。
此建筑的消防设计主要是针对自然排烟系统、机械排烟系统、机械加压送风系统，通过对建筑内走道、封闭楼梯间、中庭的防排烟系统设计，设计内容包括防火、防烟分区的划分，自然排烟有效开窗面积的校核，计算建筑物建筑面积大于100平米的房间、三四层的中庭利用自然排烟能达到排烟要求，还包括各防烟分区的排烟量计算、走道内排烟口的面积尺寸计算、排烟管道的布置及整个管路过程内的阻力和全压计算，目的是能够选择合适的排烟风机型号以及对该建筑封闭楼梯间做防烟系统设计。
以达到建筑内一旦发生烟火灾情，能迅速启动，及时地把烟气排出建筑外，防止扩散到消防疏散通道，影响到消防救援工作的开展。
使疏散人员、救灾人员不被烟气所困，减少人员的伤亡和财产的损失，为救人救火创造有利的条件。
关键词：
防烟分区；自然排烟；机械排烟；防烟系统；排烟口
DesignofSmokeControlSystemforaBuilding
Ma******
（FacultyofCivilengineering,*********,*********650***）
Abstract:
Intheprocessofrapiddevelopmentoftheconstructionindustry,inordertoensurethesafetyoftheuseofthebuilding,youneedtodofiredesign.Thedesignofauniversityafive-storybuildingbuildinganti-smokesmokeproject.Thebuildinghasfivefloorsontheground,thetotalbuildingheightof22.85meters,thefirstfloorofthebuildingandthree-storyatrium-stylebuilding.
Thefireprotectiondesignofthisbuildingismainlyforthesmokecontrolsystemdesign,throughthebuildingwalkway,smokestairwaysmokecontrolsystemdesign,suchassmokepartitiondivision,windowareacalculation,todeterminethemajorityofpartsofthebuildingTheuseofnaturalsmokecanmeettherequirementsofthesmoke,butalsothesmokeofthesmokepartitioncalculation,thesizeofthewalkwayexhaustportsizecalculation,thecalculationoftheexhaustpipeandtheentirepipelineprocessresistanceandtotalpressurecalculation,Thepurposeistobeabletoachieveaccurateselectionofexhaustfanmodelsandthroughthebuildingtodothesmokecontrolsystemdesignedtoachievethebuildingintheeventoffireworksdisaster,canquicklystart,inatimelymannertosmokeoutofthebuilding,topreventthespreadtoFireevacuationchannel,affectingtheworkoffirerescuework.Sothatevacuationpersonnel,disasterreliefpersonnelarenottrappedbythesmoke,reducethecasualtiesandpropertylosses,tosavethepeopletocreatefavorableconditionsforfire.
KeyWords:
Smokepartition;Naturalsmoke;Mechanicalsmokeexhausting;Smokeprotectionsystem;Exhaustport
1绪论
1.1研究背景
随着社会经济的快速发展，科学技术的进步，人们对生活空间的要求越来越高，住房和公共场所不再单只为满足人们必要生活需求的空间，而且还要满足人们的审美要求、个性追求和功能性优化等各方面的需求。
为了满足人们的这些要求，现在科学技术开发出很多的新型工程材料来装饰空间，这些建筑材料又大多为可燃物质，并且建筑物中的家电家具增多，空间结构变大，使得发生火灾概率和火灾发生后的救援工作的难度都大大增加，从而造成的经济财产损失也成倍上升，受灾人员的生还几率减小。
在火灾所造成的灾难当中，火灾烟气对人员的危害最大，建筑物中所用的可燃建筑材料燃烧会产生大量的热量和有毒有害气体，烟雾粒子漂浮在空中，挡住了光线，降低了人们的能见距离，总之烟气产生的种种热量、物质等都严重影响了人员的逃生和灭火行动的进行。
建筑火灾产生的大量烟气，导致了人员窒息和中毒，严重时导致人员死亡，不仅如此，火灾的蔓延速度和影响的空间范围远远超过火灾的发展速度。
由于烟气蔓延，烟气中所带的燃烧颗粒可能会引燃其他未着火的局部，从而使得火势扩大化。
所以要从根本上降低火灾造成的危害，就要事先优化建筑的防排烟设计。
通过对该建筑的防排烟设计，当建筑发生火灾时，排烟系统能够及时启动，有效的控制火灾烟气，为安全疏散，消防救援创造有利的条件，并且能有效的控制火灾蔓延扩大。
1.2国内外防排烟系统设计的现状
（1）国内防排烟技术的发展现状
防排烟工程的目的是要防止火灾产生大量的烟气，阻止烟气的迅速蔓延，确保人员的安全疏散和改善扑救条件。
为达上述目的，现代防排烟技术及方法主要有:
设置机械排烟、送风系统,进行机械排烟或正压送风防烟；对建筑进行防烟分隔或建立防烟封闭避难区；设计自然通风口，利用烟气的热浮力特性采用自然排烟;对建材和家具进行阻燃、消烟处理；利用喷洒化学消烟剂或水雾等进行消除烟气中有毒成份及烟尘粒子，提高能见度[1]。
（2）国外近几年机械防排烟技术方面的主要工作：
①火灾烟气运动规律及其数学模化研究，美国、加拿大、日本、英国、澳大利亚以及北欧等国都在广泛开展火灾烟气运动规律的研究。
烟气流动特性和规律是防排烟的理论基础，根据流体力学的原理，烟气运动的计算机数学模化研究也正在深入，以前是以区域和网络模型为主，国外已开发出十几个模型或程序，如加拿大的IRC，日本的BRI,并不断改进其程序或更新版本。
随着计算机技术的飞速发展，今后将更多开发以场。
②防模化，虚拟现实技术，三维动态仿真的模化软件。
排烟系统的性能化设计和评估，传统的机械防排烟设计方法只是为了满足现有规范的要求，各国规范采用技术指标又很不一致，实际工程中很难达到某些要求。
目前国外有些国家已开始对防排烟系统按性能化的原理进行设计，如考虑安全目标，设计火灾场景，疏散分析等，防排烟的性能化设计研究为性能化规范的研究[2]。
1.3设计的内容和程序
（1）设计内容：
自然排烟系统设计，机械排烟系统设计，机械加压送风系统设计。
（2）设计程序：
2工程概况
（1）设计建筑概况：
本设计以某高校教学楼建筑图为模型，该建筑总面积为12269.82m2，建筑总高度22.85m，地上5层，一层建筑面积为4830m2，二层建筑面积为2144.22m2，三层建筑面积为2172.22m2，四层建筑面积为2103.32m2，五层建筑面积1385.24m2，建筑主要作为教室和多媒体教室使用。
该建筑属于建筑高度不超过24米的多层民用公共建筑，因其使用性质为教学楼，属于多层重要公共建筑，故建筑耐火等级为二级，建筑构件的燃烧性能和耐火极限满足规范要求。
根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）第5.1.1条文规定，查表5.1.1可知该建筑为多层民用公共建筑。
根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）第5.1.2条文规定，该建筑构件的燃烧性能和耐火极限满足规范内表5.1.2的要求。
根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）第5.1.3条文规定，单多层重要公共建筑耐火等级为不应低于二级。
故该建筑耐火等级为二级。
（2）设计依据：
[1]赵国凌.防排烟工程[M].天津:
天津科技翻译出版公司,1991.
[2]徐志胜,姜学鹏.防排烟工程[M].北京：
机械工业出版社,2011.7
[3]GB50016-2014.建筑设计防火规范[S].
3建筑防、排烟设施的设置
3.1排烟设施设置范围
（1）防烟及排烟设施分类：
《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）中规定：
①建筑的防烟设施应分为机械加压送风的防烟设施和可开启外窗的自然排烟设施。
②建筑的排烟设施应分为机械排烟设施和可开启外窗的自然排烟设施。
（2）民用建筑的下列场所应设置排烟设施：
①建筑内长度大于20m的疏散走道。
②中庭；
③公共建筑内建筑面积大于100m2且经常有人停留的地上房间；
根据规范要求，该建筑需要设置排烟设施的场所有：
80人报告厅、300人报告厅、多媒体教室1、多媒体教室2、多媒体教室3~5、
4层多媒体教室1、多媒体教室6、多媒体教室7、2层多媒体教室1、2层多媒体教室2、4层多媒体教室、阅览室、各层的走廊及建筑内中庭区域。
（3）建筑的下列场所或部位应设置防烟设施[3]：
①防烟楼梯间及其前室；
②消防电梯前室或合用前室；
③避难走道前室、避难层。
该建筑的封闭楼梯间无前室，无消防电梯及前室，无避难走道前室、避难层。
故该建筑需要设置防烟系统的部位仅各封闭楼梯间。
本建筑的消防设计满足《中小学校设计规范》（GB50099-2011）中教学楼建筑的安全需要。
3.2防火、防烟分区的划分
3.2.1防火分区划分的要求
（1）最大允许建筑面积（摘自《建筑设计防火规范》GB50016—2014）
表3-1防火分区最大允许建筑面积
名称
耐火
等级
允许建筑高度或层数
防火分区的最大允许建筑面积（m2）
备注
高层民用建筑
一、二级
按《建筑设计防火规范》民用建筑分类确定
1500
对于体育场、剧场的观众厅，防火分区的最大允许建筑面积可适当增加
单多层民用建筑
一、二级
按《建筑设计防火规范》民用建筑分类确定
2500
三级
5层
1200
四级
2层
600
地下或半地下建筑（室）
一级
-
500
设备用房的防火分区最大允许建筑面积不应大于1000㎡
注：
1当建筑内设置自动灭火系统时，该防火分区的最大允许建筑面积可按本表的规定增加1.0倍；局部设置时增加面积可按该局部面积的1.0倍计算。
2裙房和高层建筑主体之间设置防火墙时，裙房的防火分区可按单多层建筑的要求确定。
（2）建筑物内设置中庭时，其防火分区面积应按上下层相连通的面积叠加计算；当超过一个防火分区最大允许建筑面积时，应符合《防火门新标准》GB12955-2008中的规定[4]：
①房间与中庭相通的开口部位应设置能自行关闭的甲级防火门窗；
②与中庭相通的过厅、通道等处应设置甲级防火门或防火卷帘；防火门或防火卷帘应能在火灾时自动关闭或降落；
③中庭应设置排烟设施。
根据规范该公共建筑防火分区最大允许建筑面积为2500m2。
首层总的建筑面积为4830m2，划分为两个防火分区：
防火分区一：
2382m2防火分区二：
2448m2
二、三、四、五层分别划分为一个防火分区，防火分区面积依次是2144.22m2、2172.22m2、2103.32m2、1385.24m2。
3-2防火分区划分
防火分区划分
防火分区面积（m2）
防火分区一
2382
防火分区二
2448
防火分区三
2144.22
防火分区四
2172.22
防火分区五
2103.32
防火分区六
1385.24
3.2.2防烟分区划分的要求
防烟分区应根据建筑物的种类和要求不同，可按其功能、用途、面积、楼层等划分。
防烟分区一般应遵守以下原则设置[5]：
（1）不设排烟设施的房间或走道，不划分防烟分区。
（2）对有特殊用途的场所，如地下室、防烟楼梯间、消防电梯、避难层间等应单独划分防烟分区。
（3）设置排烟设施的走道、净高不超过6.00m的房间，应采用挡烟垂壁、隔墙或从顶棚下突出不小于0.50m的梁划分防烟分区。
（4）每个防烟分区的建筑面积不宜超过500m2，且防烟分区不应跨越防火分区。
根据规范，则首层的一号楼梯间划分为防烟分区A，首层防火分区一的1~10轴的走廊及300人报告厅前的区域划分为防烟分区B，首层贯通至五层的中庭划分为防烟分区C，首层防火分区二10~19轴的走廊和电梯前的区域划分为防烟分区D，二层的走廊和电梯前的区域划分为防烟分区E，三层的走廊和电梯前的区域划分为防烟分区F，三层的5~7轴和13~15轴的共享休息区分别划分为防烟分区G和H，四层的走廊和电梯前的区域划分为防烟分区I，四层的阅览室划分为防烟分区J，五层的走廊和电梯前的区域划分为防烟分区K，五层中庭右侧的办公室划分为防烟分区L，二、三号楼梯间分别划分为防烟分区M、N。
各走道采用挡烟垂壁来划分防烟分区。
3-3防烟分区划分
防烟分区
面积（m2）
SA
39.38
SB
301.74
SC
148.02
SD
290.45
SE
407.25
SF
374.44
SG
102.31
SH
102.72
SI
375.82
SJ
256.39
SK
265.37
SL
SM
SN
454.12
40.21
39.54
4自然排烟系统设计
4.1自然排烟方式
自然排烟的方式为：
采用建筑的阳台、走廊或在外墙上设置便于开启的外窗或排烟窗进行自然排烟。
这种排烟方式的优点是：
（1）不需要专门的排烟设备；
（2）火灾时不受电源中断的影响；
（3）构造简单、经济；
（4）平时可兼作换气用。
不足之处是因受室外风向、风速和建筑本身的密封性或热作用的影响，排烟效果不大隐定。
根据我国目前的经济、技术条件及管理水平，此方式值得推广，并宜优先采用。
4.2自然排烟系统的设计要求
根据《建筑设计防火规范》的规定，采用自然排烟方式的部位，应满足下列要求：
（1）采用自然排烟的开窗面积应符合下列规定：
①靠外墙的防烟楼梯间每五层内可开启外窗总面积之和不应小于2.0m2；
②净空高度小于12m的中庭可开启天窗或高侧窗的面积不应小于该中庭地面积的5%。
③长度不超过60m的内走道可开启外窗面积不应小于走道面积的2%；
④需要排烟的房间可开启外窗面积不小于该房间面积的2%；
（2）自然排烟口距该防烟分区最远点的水平距离不应超过30m。
（3）根据规范，该建筑内面积大于100平米的房间，其自然排烟口的净面积均符合《建筑设计防火规范》要求，故都采用自然排烟，各房间开窗有效面积如下表：
表4-1面积大于100平米的房间有效开窗面积
房间名称
开窗有效面积（m2）
80人报告厅
2.9
300人报告厅
7.0
多媒体教室1
3.5
多媒体教室2
3.0
多媒体教室3~5
15.0
4层多媒体教室1
2.7
多媒体教室6
4.5
多媒体教室7
11.0
2层多媒体教室1
2.7
2层多媒体教室2
4.1
阅览室
5.4
4.3自然排烟设计校核
（1）防烟分区B走道长度为69m，防烟分区D走道长度为67.9m，二层至五层走道防烟分区E、F、I、K长度分别为138.25m、138.27m、138.42m、92.61m,都有单侧开门或开窗，有自然排烟部位，但是自然排烟长度大于规范要求的30米，内走道包括连通的无窗房间，因此走道必须设置机械排烟系统，建筑采用自然补风。
其余各防烟分区可开启外窗高1.5m，则各防烟分区自然排烟口净面积为：
C区：
（0.716×2+1.241×4）×3×1.5/2＝14.4m2＜22.401m2，需要设置机械排烟设施；
G区：
（2.619×3+1.965）×1.5/2＝7.4m2＞5.115m2，自然排烟；
H区：
1.311×1.2×1.5/2＝11.8m2＞5.136m2，自然排烟；
J区：
（1.238×22+1.075+1.235）×1.5/2＝22.2m2＞5.138m2，自然排烟；
L区：
（1.190×26+0.715×13+1.025+1.35×3+1.275）×1.5/2＝34.9m2＞9.082m2，自然排烟。
（2）建筑面积大于100m2的房间有效开窗面积校核：
①80人报告厅：
2.9m2＞125.54×0.02＝2.5m2
②300人报告厅：
7.0m2＞315.72×0.02＝6.3m2
③多媒体教室1：
3.5m2＞165.97×0.02＝3.3m2
④多媒体教室2：
3.0m2＞145.01×0.02＝2.9m2
⑤多媒体教室3~5：
15m2＞668.44×0.02＝13.4m2
⑥四层多媒体教室1：
2.7m2＞111.10×0.02＝2.2m2
⑦多媒体教室6：
4.5m2＞210.86×0.02＝4.2m2
⑧多媒体教室7：
11m2＞507.42×0.02＝10.1m2
⑨二层多媒体教室1：
2.7m2＞118.31×0.02＝2.4m2
⑩二层多媒体教室2：
4.1m2＞201.05×0.02＝4.01m2
⑪阅览室：
5.4m2＞234.88×0.02＝4.7m2
（3）根据规范，中庭、剧场舞台，可开启外窗的有效面积不应小于该中庭、剧场舞台楼地面面积的5﹪。
首层的中厅及中厅上空划分为一个防烟分区C，高度超过12m,设置机械排烟，排烟量按6次/h的中庭体积换气计算。
三、四层的5~7轴的中厅建筑面积为102.3m2，则中厅建筑面积的5﹪为5.115m2。
三、四层5~7轴的中厅可开启外窗的有效面积为：
（1.31+1.84+2.62×5+1.96）×1.5/2=13.66m2>5.115m2，因此三、四层5~7轴的中厅采用自然排烟方式排烟。
同理三、四层13~15轴的中厅也采用自然排烟。
三、四层5-7轴，13-15轴中庭，利用可开启外窗进行自然排烟，每个中庭自然排烟面积均符合规范要求。
5机械排烟系统设计
5.1机械排烟方式
机械排烟可分为局部排烟和集中排烟两种方式。
局部排烟方式是在每个需要排烟的部位设置独立的排烟风机直接进行排烟；集中排烟方式是将建筑物划分为若干个区，在每个区内设置排烟风机，通过排烟风道排烟。
局部排烟方式投资大，而且排烟风机分散，维修管理麻烦，所以很少采用。
如采用时，一般与通风换气要求相结合，即平时可兼作通风排气使用。
机械排烟系统是由挡烟壁、排烟口、防火排烟阀门、排烟道、排烟风机和排烟出口组成。
本建筑采用的是集中排烟方式进行的排烟设计，风机集中设置于屋顶，利用风井进行排烟。
该排烟方式较局部排烟方式有投资较少，风机位置集中，管理和维修起来很方便[7]。
5.2机械排烟系统的设计要求
（1）设置机械排烟设施的部位，其排风机的风量应符合下表规定：
表5-1机械排烟系统的排烟量
条件和部位
单位排烟量〔m3/h〕
换气次数
（次/h）
备注
担负1个防烟分区
60
—
单台风机排烟量不应小于7200m3/h
室内净高大于6m且不划分防烟分区的空间
担负2个及2个以上防烟分区
120
—
应按最大的防烟分区面积确定
中庭
体积小于等于17000m3
—
6
体积大于17000m3时，排烟量不应小于102000m3/h
体积大于17000m3
—
4
（2）排烟口平时应关闭，并应设有手动和自动开启装置。
（3）防烟分区内的排烟口距最远点的水平距离不应超过30m。
（4）走道的机械排烟系统宜竖向设置；房间的机械排烟系统宜按防烟分区设置。
（5）排烟风机可采用离心风机或采用排烟轴流风机，并应在其入口处设有当烟气温度超过280℃时能自动关闭的排烟防火阀。
排烟风机应保证在280℃时能连续工作30min。
（6）机械排烟系统中，当任一排烟口或排烟阀开启时，排烟风机应能自行启动。
（7）排烟风机的全压应按排烟系统最不利环管道进行计算，其排烟量应增加10﹪～20﹪的漏风量。
5.3机械排烟系统的设计
5.3.1机械排烟量的计算
（1）确定机械排烟量的计算方式：
因每个排烟系统为竖向设置，每个排烟风道（除地下一层到地上一层之间的排烟管道）要担负2个及以上防烟分区的排烟量。
因此，排烟风道通过的烟量计算按最大防烟分区面积，每平米不小于120m³/h。
首层的中厅及中厅上空划分为一个防烟分区C，高度超过12m,设置机械排烟，排烟量按6次/h的中庭体积换气计算。
机械排烟系统的排烟量不应小于表5-1的规定。
（2）排烟系统的布置：
排烟系统的布置除满足上述设计规定中有关要求外，还应注意：
1为防止风机超负荷运转，排烟系统竖直方向可分成数个系统，不过不能采用将上层烟气引向下层的风道的布置方式。
2每个排烟系统设有排烟口的数量不宜超过30个，以减少漏风量对排烟效果的影响。
3独立设置的机械排烟系统可兼作平时通风排气使用。
该建筑机械排烟系统设计采用竖向排烟系统，风机置于屋顶，排烟口设置在烟井上，利用烟井排烟。
首层两个防烟分区每个防烟分区分别设置2个排烟竖风井，二层至四层每层一个防烟分区，一个防烟分区设置4个排烟竖风道。
五层仅一个防烟分区，设置3个排烟竖风道。
该建筑最大排烟分区面积为407.25m2
排烟风道通过的总烟量：
407.25×120=48870m³/h
每个排烟风道通过的烟量为：
48870/4=12217.5m³/h
5.3.2排烟口的设计要求
（1）设置排烟口时，应注意下列几点[7]：
①当用隔墙或
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