摘要：本文分析了建筑防排烟设计存在的诸多疑难问题，结合《建筑设计防火规范》的分析，提出了解决方案。
关键词：建筑设计；防火；排烟；规范
0．引言
我们知道，中国经济现已进入全面发展期。各地建筑市场十分火爆，特别是经济活跃的中心城市，建筑形式越发复杂，建筑规模日渐庞大，建筑层数更是越建越多。《建筑设计防火规范》（以下简称《低规》）及《高层民用建筑防火规范》虽经历了数次修订与调整，但仍无法完全适应日新月异的建筑市场需求，广大设计人员工作中遇到的疑难问题似有增多的趋势。
其实，出现这种现象并不奇怪。因为“规范永远是滞后于现实的”。建筑业的迅猛发展，提出了越来越多的现实问题，其中的许多问题现行规范中并未提到，许多疑问在工作中也未得到很好地解决。
带着诸多疑问，本人有幸于2009年4月9日参加了在上海举办的为期两天的“建筑防排烟设计疑难问题培训班”，期间清华大学建筑设计院王诗萃老师（《低规》的主要编写者）对设计过程中反映出来的许多问题给予了较好的解答，同时也了解到了业界一些新的动态及《低规》新版修订稿的许多内容，收获颇丰。这里，愿与各位同仁分享。
1．建筑防排烟设计疑难问题解析
1.1中庭排烟问题
所谓中庭，就是指三层或三层以上、且短边不小于6米的大容积空间。建筑设计中采用的中庭，不仅增加了建筑空间的魅力，同时也增大了火灾的危险性。与普通建筑相比，中庭建筑具有火灾荷载大、人员密集，内部功能复杂等特点，尤其是它具有一个或者多个竖直方向上连续贯通数层的封顶大型空间。研究发现：火灾时，即使中庭没有明显的火烟传播，也会有大量高温毒气迅速扩散，充满整个空间并向整幢建筑物蔓延。可见，火灾时中庭排烟的成功与否至关重要。因此，规范规定：对于高层建筑，超过12米的中庭需采用机械排烟，排烟风机设于中庭顶部。而对于多层建筑，《低规》并未将中庭高度作为机械排烟的充分条件。也就是说：无论中庭高度是否超过12米，只要可开启的天窗或高侧窗的面积不小于中庭地面面积的5％即可满足自然排烟要求。需要补充说明的一点是：根据所发生的中庭火灾实例和我国现在的经济状况及管理水平，结合自然排烟的特点，《低规》对中庭应设置机械排烟的高度并未限制在12m。但因自然排烟受热压和密闭性等因素的影响，有条件时，虽具备自然排烟条件也宜采用机械排烟设施。这一点应引起设计人员的注意。
1.2防烟楼梯间自然排烟问题
多年以来，设计人员，尤其是建筑师们都知道有这样一条规定：除建筑高度超过50米的一类公共建筑和超过100米的居住建筑外，靠外墙的防烟楼梯间，只要每五层内可开启外窗的总面积不小于2.0m2即可满足自然排烟要求，不必考虑加压送风井道。因此，满足自然排烟要求似乎并非难事。其实，这里还有一个限定条件：且顶层可开启外窗面积不宜小于0.8m2。这样限定的目的就在于：火灾时由于烟囱效应的影响，未设置机械加压送风的防烟楼梯间内的烟气迅速沿楼梯间上升。如果该楼梯的顶层没有开设外窗或外窗面积过小，虽然沿途的外窗会排走一部分的烟气，但由于烟气的上升速度可达4m/s以上，则大量的烟气仍会迅速聚集在顶层及上部的防烟楼梯间，将严重影响人员的逃生，疏散。因此，采用自然排烟的防烟楼梯间，其顶层一定要有可开启外窗，且开窗面积还应满足规范要求，这也是设计师们不应忽视的问题。
1.3自然排烟口及自动排烟窗的设置问题
（1）规范规定：自然排烟口应设置在排烟区域的顶部或外墙上。当设置在外墙上时，自然排烟口底标高不应低于室内净高的1/2，并应有方便开启的装置。
对于这条规定本人认为应这样理解：火灾时的自然排烟高度不宜低于人体的呼吸区域，否则会影响人员的疏散速度，延迟逃生时间。一般来说，需要设置自然排烟口排烟的大多是层高较高的商场，剧院等公共建筑（居住建筑一般都有大面积的可开启外窗），其吊顶下空间一般都会在3.5米以上，净高的1/2不会低于1.7米。排烟口设于此高度之上即可高于人体的呼吸区域，利于火灾时的逃生。
（2）设置在外墙上的自动排烟窗，其排烟面积按下列要求确定：
a. 当开窗角度大于70度时，其排烟面积FP可按窗的面积FC计算；
b. 当开窗角度小于70度时，其排烟面积近似按FP=FC.sina计算。
长期以来，利用火灾时手动或自动开启排烟窗的方式来满足消防要求是一种便捷，经济的解决方式。可是，很少有人能够说清楚排烟窗开启角度与排烟面积的相互关系。这条规定很清晰地告诉我们一个逻辑关系：排烟窗的排烟面积与它的开启角度的正弦值成正比。我们都知道，工程实践是一门应用科学。虽然sin900＝1，理论开启角度900，排烟窗排烟面积最大。而实际工程中成水平开启的排烟窗很难实现，并无实用价值或实现成本过高。而sin700＝0.94， 700的开启角度在工程中却不难达到，计算值约6％的面积误差在实际工程中完全可以因总面积的计算值需达到地面面积2％的富裕量而补足。这条规范的提出，定量的解决了实际工程中的模糊取值，既是设计人员的计算依据，也消除了消防监督部门对日后火灾时排烟效果的疑虑。举个实例说明：我院正在设计的世纪东方商业广场项目，由于其内街改为有顶步行街，消防进行性能化防火设计时，消防审批部门再三强调采用的电动排烟窗按全部开启计算的先决条件是：开启角度必须为700，否则自然排烟面积无法满足规范要求。
1.4地下层的楼梯间机械加压送风的取舍问题
《低规》修订稿规定：当建筑的地下部分为三层或三层以上，或当地下最底层室内地坪与室外出入口地面高差大于10m时，设置的防烟楼梯间应采用机械加压送风方式。当地下为一到两层，且地下最底层地坪与室外出入口地面高差不大于10m时，所设置的封闭楼梯间在首层有直接开向室外的门或有不小于1.2m2的可开启外窗时，其楼梯间可不采用机械加压送风方式。
通过规范我们可得出这样的结论：机械加压送风的设置与否取决于楼梯间的定性。凡是定性为防烟楼梯的地下楼梯间，只要满足规范限制条件时就必须设置机械加压送风，反之亦然。
另外，规范修订稿所指的“建筑”，并未说明是“公共建筑”还是“居住建筑”，按理说应适用于所有建筑。但浙江省“建设发【2007】36号”文件有着与其相关的，类似的规定，所指建筑物却是“居住建筑”。个人认为：若规范未加说明，还是适用于“居住建筑”为宜。
1.5加压送风口的设置位置及机械加压送风系统分段设计的要求
（1）机械加压送风口不宜设置在被门挡住的部位。
这条新增规范的内容不难理解，但它的执行却有一定难度。我们都知道，加压送风口是送风井道上开的风口，而土建井道通常位于核心筒及周边区域。这里一则空间狭小，二来开门较多，这条规范的限定使得建筑师们必须周密安排空间，合理使用有限区域，勤于相关专业协调，力争满足规范要求。
（2）建筑层数超过32层或建筑高度大于100米时，其加压送风系统及送风量应分段设计。
“建筑高度大于100米”为新增内容，转化成居住建筑的层数大约是32－34层，与原有规范32层基本吻合。但是，原有规范的不严密之处在于：假若本建筑物为公共建筑，比如宾馆，其标准层层高往往会达到3.5米以上，加之4－5层的裙房，32层的宾馆总建筑高度往往超过120米。我们知道，设于屋面的加压送风机压头是有限度的，只有在合理的风量下才可能选择出与之匹配的风压，否则既不经济也会降低运行时的风机效率和可靠性。况且，越长的土建风道其漏风量也就越大，送至底层后风量的剩余值也就很难满足设计要求了。该规范的新增内容使得火灾时的送风量更加趋于合理，增大了运行时的可靠性及安全度。
1.6防烟楼梯间加压送风的设置及风量计算问题
规范规定：地上与地下部分在同一位置的防烟楼梯间需设置机械加压送风时，加压送风系统宜分别设置。若合用一个风道时，风量应叠加，且均应满足地上，地下加压送风系统的要求。
该规定前半部分是指加压送风系统的设置要求，位于地下层的防烟楼梯按另一部完全独立的楼梯计，这样一来，竖井需水平分隔的同时，还要考虑为地下层送风的加压风机设于何处的问题。无论是设于地下哪一层，则采风井都是需要的，除非风机能够就近从汽车或自行车坡道采风。所以，这样的规定，对建筑专业提出了更高的要求，地下空间的排布更加紧张了。我院所做的南部商务区核心地下室一区已有两部防烟楼梯间采用了此做法。而规范的后半部分则是设计风量的“叠加”问题。对于暖通专业来说，所谓风量“叠加”，无非是风机风量及风压相应加大，本身不难实现。可对于建筑物本身来说，则是送风井道加大，公摊面积进一步增大的问题了。这一点，建筑设计师考虑前室或合用前室的面积时需引起注意。个人认为：此条规范设置的目的无非是为了满足两部楼梯的送风量而采取的两种做法而已。与其层层牺牲公摊面积去满足井道尺寸，不如索性在地下空间将其解决，反倒划算些。我粗略的算了一下，一幢20层的一类办公楼，地下二层，设有两部防烟楼梯，前室为合用。若按规范上风量的最低取值，不考虑其它因素，则该防烟楼梯间的加压送风量：L1=20000+16000=36000 m3/h，井道至少需0.8m2，井道面积相比原来的0.6m2左右至少增加了0.2m2。这样一来，整幢大楼的公摊面积至少增加了8 m2，况且由于送风井道的加大可能会给其他专业甚至核心筒的布置带来负面影响，这还不算楼层超过20层时风量的增加，选择风机时风量的适当放大及开启门数量增多后引起的风量取值增加，那样的话井道面积还要进一步加大。综上所述，这条新增规范一旦实施，采用设置两段独立风井来解决问题可能才是更现实的办法。
1.7难以设置挡烟垂壁的大空间排烟问题
规范规定：当防烟分区的建筑面积超过规定，且设置挡烟垂壁确有困难，可将排烟区域的防烟分区划分成几个负担的建筑面积不超过规定的排烟系统，几个系统风量总和应为整个排烟区域的排烟量，但各排烟系统应同时动作。
这条规范的制定，为暖通专业大空间排烟的设计带来了极大的便利。我们都知道，防烟分区的最大划分面积也仅有500 m2，按照最大防烟分区面积乘以120来选择排烟风机，即使不考虑风量附加，排烟量也要取到60000 m3/h，这时排烟主风管的规格至少为2000X500，此时排烟风管几乎可以说是专用风道了，各种交叉管道均难以在其下方生存，更不要说排烟量可能仍无法满足火灾时需要而还需增大的问题了。建筑空间无法设置挡烟垂壁时，不划分防烟分区，可极大的方便建筑物中各类管道的布置，吊顶标高至少能提高100毫米，可谓一举两得。举例说明：假设本防火分区面积为2200 m2，层高5.7米且无法设置挡烟垂壁。按此规范的要求，可在建筑物的四个角落设计4套排烟系统，每套排烟系统负责的排烟面积为550 m2，每台排烟风机的排烟量考虑附加后大约为36000 m3/h。火灾时同时开启排烟，则每套排烟系统的主风管做到2000X320即可满足要求，且支风管上的排烟口只要满足到最远点小于30米即可。这样一来，不但吊顶标高有条件提高，管道交叉也未必增加（排烟干管更短了）。这条规范其实消防部门早已认可，银亿海尚工程的宾馆多功能厅就已采用。这种做法，我认为在诸如宾馆大堂，大型展厅等大空间建筑中确有其适用条件。
1.8建筑物火灾时的排烟补风问题
规范规定：在地下建筑和地上密闭场所中设置排烟系统时，应同时设置补风系统，其补风量不宜小于排烟量的50％，补风系统应符合下列要求：
（1）补风可采用自然补风或机械补风方式，空气宜直接从室外引入；
（2）排烟区域所需的补风系统应与排烟系统联动开停；
（3）送风口设置位置宜远离排烟口，二者的水平距离不应小于5米。
地下建筑密封性强，火灾时排烟系统启动后，如果不设补风系统，则新鲜空气不能输送到排烟区域，无法满足排烟要求，加大了火灾的危害性，这是不难理解的。问题在于“地上密闭场所也需设置补风系统”。那何为“密闭场所”呢？《低规》条文说明的定义为：外墙和屋顶均未开设可开启外窗，不能进行自然通风或排烟的建筑。诸如KTV，影剧院的放映厅等不设开启窗扇的场所均应算作“密闭场所”。也就是说，长期以来，设计人员认为地上建筑火灾排烟时，空气在压差的作用下可通过门窗缝隙，通风口补充进入排烟空间，因此不需设置补风系统的观念在密闭场所是不适用的。世纪东方商业广场消防验收时，设于地上三层的电影放映厅未设置补风系统，消防验收单位建议设置可开启窗扇自然补风就是一个现实的例子，日后一定要引起设计人员的重视。还有一点也容易被暖通设计师忽略，就是：设计室内排烟及补风系统时，其补风口距排烟口的水平距离至少应大于5米。这一点，其实在地下汽车库的排烟设计中早已出现过，可实际应用时人们往往将它忽略。距离过近就意味着排风短路，直接影响的就是排烟量不足，排烟效果不理想。在火灾现场，烟气的浓度降低的越多，就意味着有更多的生命被我们挽救！
1.9防烟分区大小悬殊时如何满足消防要求
一个排烟系统同时负担几个大小不一的防烟分区时，各防烟分区的排烟口和排烟支管的风速如何才能满足规范要求，一直以来是个比较棘手的问题。规范规定，排烟支管的风速不能超过20米/秒，排烟口不宜大于10米/秒。为满足规范要求的常规做法是：加大排烟支管的管径，增大排烟口的尺寸，使其排烟时的风速满足要求。这样一来，不但造成材料浪费，影响室内美观，甚至使较小防烟分区的吊顶空间变得更加狭小，管道布置及装修都极为困难，业主反响很大。举个例子说明：有一防火分区面积为600 m2的KTV场所，各包厢的面积均为20m2，共15间，其余为大空间。常规设计是将大空间分割为两个均等的防烟分区，每个防烟分区的面积均为150 m2，其余各包厢为独立的防烟分区，面积20 m2，共15个。排烟系统的计算排烟量为18000 m3/h。排烟系统的主干管及小包厢内的支风管的规格均要做到1000X320，排烟口规格则统一为1000X630才能满足规范要求。这里介绍一个比较合理的做法：当出现无法避免的大，小防烟分区面积悬殊时，可将各小防烟分区组合，设为一组风口，一个支干管。若任一小防烟分区发生火灾时，统一开启所有小防烟分区内的排烟口即可满足规范要求。用于本例的合理做法为：排烟系统的计算排烟量仍为18000 m3/h。排烟系统的主干管及支干管规格1000X320不变，但进入包厢的支风管尺寸可仅为320X250,甚至更小（原则上风管断面仅需0.02 m2），排烟口规格只需250X250即可满足规范要求。可见，如此改进，既节省了管材及吊顶空间，又能够满足使用要求。该做法值得推广。
2．结语
对于规范的理解，仁者见仁，智者见智，然而一个“安全、经济”的设计始终是我们追求的目标。以上对于规范的解析与探讨，希望能够起到抛砖引玉的作用。及时的规范培训可以加深我们对规范的理解和把握，错过机会就是错过一次提高的过程。
有人说，消防设计是一门学问，看似简单，其实责任重大。一个好的防排烟设计，初期火灾现场的烟气浓度会降低80％以上。众所周知，一场灾难性的事故，火灾现场毒烟熏死的人员要远远大于直接死亡的人数，这是不争的事实。我国的现行消防规范，无论从发展历史还是实施周期来看，均与美国，日本，德国等发达国家存在较大的差距，符合我国国情的规范还在探索中，这就是为什么规范总是滞后于实际工程的真正原因。随着国民经济的飞速发展，越来越多的高层建筑，复杂建筑会更多的展现在我们面前。作为建筑行业的一分子，我们有责任，也有义务更多的了解规范，解析规范，以便更好的为本行业服务，更好的为建设方服务。
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