浅谈地下疏散的防排烟设计

摘要：首层和地下室的防烟楼梯间与合用前室一般难以满足自然排烟的条件，需要设置机械加压。本文试着探讨如何在首层满足自然排烟的要求，分析比较不同规范中地下室加压计算公式的计算值，结合工程实践中的情况，试图完善地下室的加压风量计算，不再与规范规定值进行比较。

关键词：自然排烟；加压风量计算；风速法；压差法

Abstract: Smoke staircase with antechamber is difficult to meet the conditions of natural smoke exhaust and first floor and basement, need to set the mechanical pressure. This article tries to discuss how to meet in the first layer of natural smoke exhaust requirements, analysis and comparison of different specifications of the basement pressure calculation formula, combined with the engineering practice of pressurized air, trying to perfect the basement calculation, no longer compared with the standard value.

Key words: natural ventilation; wind pressure calculation; method; differential pressure method

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

建筑的防排烟设计事关人员安危和财产安全，一直是建筑设计中的重点。现行防火设计规范在实践执行时遇到了部分问题，本文试图探讨防排烟设计中遇到的两个问题。

1、自然排烟的开窗问题。

在《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》（以下分别简称《建规》、《高规》）中符合条件的防烟楼梯间及其前室或合用前室可通过开窗自然排烟。按规范前室需可开窗面积2平方米、消防前室或合用前室需3平方米。实际工程中，当首层以上的部位满足开窗要求时，首层却难以满足。因为和上部不同，首层前室需要设置通往直通室外的门，占据了开窗位置，导致开窗面积难以满足规范需求。那么在拥有直接对外的门的前提下，首层的前室是否可以不设如此大的窗呢？

其实规范并未给出开窗面积的理论计算或实验过程，按《建规》9.2.2条的条文说明，“由于我国对防烟、排烟的试验研究尚不系统、深入，缺乏完整的相关技术资料，防烟楼梯间、前室和合用前室的开窗面积参考了国外的有关资料。”

从实际效果来分析，首层前室或合用前室作为一个疏散通道，是给首层以上的人员疏散使用的。当首层以上火灾时，首层前室的可开启窗并不发挥作用；当首层火灾且前室与首层无门连通时，首层烟气基本不会对前室和楼梯间造成影响，此时首层的可开启窗也不发挥作用；当首层火灾且前室与首层有门连通时，烟气有可能侵入前室和楼梯间，此时前室的可开启窗才需要承担排除烟气、防止过多烟气侵入楼梯间的功能。但是首层的人员可直接通过各种对外门疏散，规范不提倡也不必一定经过首层前室再疏散到室外。并且考虑到前室拥有直接对外的门，此门在火灾时常开以便人员迅速疏散到室外安全地带，可兼做自然排烟所需面积。因此笔者倾向于计算首层前室可开启窗面积时，应充分考虑直通室外的门的作用，将其计入开窗面积。

2、地下室楼梯间的加压系统设置和风量计算问题。

《高规》6.2.8条和《建规》7.4.4条均强制规定了地上和地下楼梯间应有隔墙和防火门来分隔，因此防烟楼梯间的地上和地下部分被防火门隔成了两个互不联通的空间，地上和地下不应共用加压系统。

若采用自然排烟，地下室一般难以满足所需开窗面积；即使楼梯间在首层满足要求，前室一般也难以开窗，因此地下室需独立设置机械加压系统，且风量按规范计算然后和规范值比较取大者。在平时实践中，由于地下室的密闭性以及层数较少等因素，往往需要设置较大面积的余压阀来保持规范压力值；同时加压风口面积也较大，在地下空间设置较为困难。

与目前的《高规》或《建规》要求不同，按上海《建筑防排烟技术规程》(DGJ08-88-2006)，地下室的楼梯间是分情况设置的。按其3.1.8条，地下只有1~2层且高差10m以内，可设置封闭楼梯间；且封闭楼梯间开窗面积达到1.2m2或首层门直通室外时，可不设置机械加压。条文解释中并未说明该做法的理论或实验依据，该规程作为先行一步的地方规范，在2006年4月实施，而其后2006年12月实施的《建规》、2009年10月实施的《人民防空工程设计防火规范》(以下简称《人防防火规范》)中都未见此类表述。

但是随着工程实践的检验，新的在编规范中逐渐出现类似的表述。《地铁设计规范》征求意见稿在其30.2.12条中表述“当消防专用通道楼梯间的室内地面与室外出入口地面高差小于10m时，应设封闭楼梯间，大于10m 时应设防烟楼梯间”。按一般的防火要求，封闭楼梯间是不需要设置机械加压系统的。据此理解，其实《地铁设计规范》征求意见稿放松了对地下楼梯间防烟措施的要求。

同样在《高规》和《建规》合并版的《建筑设计防火规范》送审稿中，其5.5.4条规定“3层及以上或室内地面与室外出入口地坪高差大于10 m的地下、半地下建筑（室），其疏散楼梯应采用防烟楼梯间；其他地下、半地下建筑（室），其疏散楼梯应采用封闭楼梯间。”其6.4.1条第一款指出“楼梯间应能天然采光和自然通风，…不能自然通风时，应按防烟楼梯间的要求设置”。地下室的楼梯间一般难以做到完全天然采光，即使能够在首层设置一定面积的外窗，也无法保证负二层楼梯间的天然采光。不能天然采光应采取什么其他措施，规范并无说明。同时该条后面指出应自然通风，在首层设置一定面积的外窗应该可以算作自然通风的方式。相比现有的《建规》7.4.2条要求“不能天然采光和自然通风的封闭楼梯间，应按防烟楼梯间的要求设置”来看，新的《建筑设计防火规范》送审稿放松了对不超过2层且高差小于10m的地下建筑的疏散楼梯间的设置要求。这与上海的防烟规程是同样的趋势。

但是以上2本规范均未正式实施，且除了上海地方标准，其他现行规范中并无类似内容，设计终归还是要按现行规范来设计、实施。同时考虑到即使实施新《建规》以后，首层无法开窗的地下封闭楼梯间还是要按防烟楼梯间设置相关防烟措施。因此讨论地下一层或两层的防烟楼梯间的机械防烟风量的计算还是有现实意义的。以地下室仅一层，防烟楼梯间加压，前室不加压，楼梯间单扇防火门1.0*2.2m，加压风口使用1200mm*1500mm自垂百叶来考虑风量的计算。

首先按《高规》和《建规》表格选取风量均为25000m3/h，通过门的面积折算下来为18750 m3/h。按压差法和风速法计算的风量与表格比选取大值。

压差法公式为： Ly=3721.5×A×P1/m（1），

风速法计算公式为：（2），

这2个公式均摘自《实用供热空调设计手册》第二版，《高规》和《建规》条文解释中均采用了这2个公式，各参数的意义可详手册或规范的条文解释。

取P=50Pa，m=2按公式（1）计算得Ly=336.8m3/h；取n=2，V=0.7m/s，b=0.1，a=0.8按公式（2）计算得Lv=15246 m3/h；可以看出计算值小于规范表格值。

实际工程中当楼梯间负责相邻2个防火分区的疏散时，被要求有2个前室，即有2个楼梯间门。按此计算，规范选型值为25000*0.75*1.5=28125m3/h，但是按公式（1）计算Ly=673.6m3/h，按公式（2）计算得Lv=15246 m3/h。计算值远远小于规范计算值。但由于规范要求两者比较取大值，设计中还是会保守取值28125 m3/h。现行规范的表格值实际起到了风量下限规定的作用，但是条文及其解释中并未给出理由，即公式法的计算中究竟遗漏了哪些因数，导致需要规定下限值。因为实际上按公式（2）计算时已经能够满足楼梯间压差和门洞风速要求，若风量按规范表格取值，加大了风机风量和加压竖井的面积，会造成一定的不经济；同时风量过大，导致负一层的加压风口巨大，难以保证加压风速7m/s的要求。

在2009版的《全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调动力》（以下简称《措施》）机械防烟章节中同样使用了这2个公式，但风速法下方的注2中指出“在多层建筑中，若地下仅有一层疏散楼梯间，按上述公式计算时，公式中n取1，通过门洞处的风速v应适当加大，宜取0.9~1.2m/s。计算数值直接取用（不与表4.10.3比较）。”按n=1，v=1.2m/s代入公式（2）计算得单门时Lv=13068 m3/h，小于规范计算值18750 m3/h；若两个门时也取n=1，则Lv大小不变，远小于规范计算值28125m3/h；若两个门时取n=2，则Lv =26134 m3/h，小于规范计算值28125m3/h，但是相差不太大。

参数n按《措施》取1是否合理？根据设计手册中的公式说明，n表示同时开启的门数，在20层以下取2，20层及以上取3，但是并未指出同时开启的门是进入加压区域的门，还是有包含首层到达室外的门。对于地下室仅一层的楼梯间，整个楼梯间比较短小，除了负一层楼梯间的门，也应该考虑出地面的门同时打开的情况；并且当楼梯间有2个门时，也有可能被同时推开。因此对于防烟楼梯间的计算，《措施》里n取1笔者认为不妥，尽管《措施》中通过提高风速来弥补了部分n取1时减少的风量，但是整个公式的立足点还是值得商榷；若是用来计算合用前室的加压风量，n取1应该是比较合适的。但是笔者同意《措施》中计算结果不与规范表格中的数值比较，直接取用两种算法中较大者。

若是楼梯间位于人防区，按《人防防火规范》6.2.1条及条文解释，人防加压风量的计算公式同样是压差法和风速法，只是部分参数取值不同。在人防防火规范中n取2，即按人防工程最少门数一进一出考虑的；同时按v=0.7，a=0.9计算公式（2）得出楼梯间加压风量Lv=19404 m3/h。取P=50Pa，m=2按公式（1）计算Ly=336.8m3/h。按6.2.1条第二款楼梯间加压风量不应小于25000 m3/h，且按门的面积修正风量以后，计算风量为17460 m3/h。可见人防工程中，风速法计算的风量比规范值更大，应该可直接取用。

上海防排烟规程的风量计算方法和其他防火规范不同，可参考其分类实施方法：即6层以下的按公式计算值；6层以上才与规范表格进行比较并取大者。

其公式取压差、流速和漏风量之和：L=L1+L2+L3（4），

其中L1=0.827AP1/n×1.25×N1；L2=FvN2；L3=0.083AFN3。笔者认为公式中L1与L3有重合的地方，应比较取大值而不应叠加计算。因为在门开启后还需保证40~50Pa压力，那门洞风速会过大。用以上相同的条件计算加压风量作为参考：按P=50Pa，防火门按1.0*2.2、电梯门按1.2*2.0计算，L1=1179 m3/h；，L2=11088 m3/h，L3=538 m3/h，故L=12805 m3/h。比规范表格值小，按其3.3.7条规定，少于6层的防烟楼梯间按计算值选取，不再与规范表格值比较。

比较以上各种规范的计算结果可以看出：不管《高规》、《建规》还是《措施》、《人防防火规范》中不同计算参数算出的加压风量，可能比规范值大，也可能比规范值小，但均能满足楼梯间压差和门洞风速的要求，此时再与规范值比较取大，并无更多的理论或实践支持，反而会给工程设计带来一定的混淆和困难。

结论：

1、实践结合规范分析，首层前室的开窗面积需求应允许由直通室外的门代替，在保证消防安全的前提下，兼顾实施的可能性。

2、地下室防烟楼梯间影响加压效果的因素在压差法和风速法中已有考虑，且地下室一般层数较少，计算风量一般小于规范值，应由公式法直接计算并取用，不应再与规范值比较。

3、在现行规范下，地下室防烟楼梯间的加压风量，应按压差法和风速法公式计算并取大者，且风速法计算楼梯间加压风量时，n应取2。

4、当新《建规》实施后，地下室不超过2层且室内外高差不超过10m的封闭楼梯间，在不能自然通风时应按防烟楼梯间设置。建议规范进一步明确此时防烟措施的设置和风量计算。公式的适用范围、影响因素及参数取值，以便设计人员能够直接计算取用。