5.2 排烟系统设计计算

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上海建筑防排烟系统设计标准 DG/TJ08-88-2021

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5.2.1 净高大于3m的走道或室内空间，储烟仓底部距地面的高度应不低于安全疏散所需的最小清晰高度。设计烟层底部高度不应低于储烟仓底部高度。

5.2.2 一个防烟分区的计算排烟量应根据场所内的热释放速率、设计烟层底部高度，按以下规定确定：

1 公共建筑、工业建筑中面积小于等于300㎡的场所，其排烟量不应小于60m³/（h▪㎡），最小排烟量不应小于15000m³/h；或设置有效面积不小于该房间地面面积2%的排烟窗；地下自然排烟房间须设置不小于排烟窗面积50%的自然补风口；

2 公共建筑、工业建筑中面积大于300㎡的场所，其计算机械排烟量可按本标准第5.2.6~5.2.12条的规定计算确定，最小排烟量不应小于30000m³/h，或按表5.2.2中的数值选取；当采用自然排烟窗时，其所需排烟量及有效补风面积、排烟面积等应根据本标准第5.2.6~5.2.13条计算；

注：1 建筑空间净高低于3.0m的，按3.0m取值：建筑空间净高高于9.0m的，按9.0m取值：建筑空间净高位于表中两个高度之间的，按线性插值法取值：

2 表中储烟仓高度按0.1H选用，且不小于500mm。

3 当公共建筑具有未设置排烟的房间，其走道或回廊设置排烟时，该机械排烟量不应小于13000m³/h，或在走道两端（侧）均设置面积不小于2㎡的可开启外窗，且两侧排烟窗的距离不应小于走道长度的2/3；

4 当公共建筑房间内与走道或回廊均设置排烟时，走道或回廊的机械排烟量可按60m³/（㎡·h）计算且不应小于13000m³/h，或设置有效面积不小于走道、回廊地面面积2%的自然排烟窗（口）；

5 采用机械排烟方式首层公共建筑疏散楼梯的扩大前室，净高大于3.6m时，其设计烟层底部高度Z应满足下式要求：

Z≥2.0+0.2H （5.2.2）

式中：H——排烟空间的室内净高（m）。

5.2.3 排烟系统排烟量的计算应符合下列规定：

1 同一防火分区中，应将面积均小于等于300㎡的两相邻防烟分区排烟量之和的最大值作为一个独立防烟分区的排烟量。

2 除中庭外，当一个排烟系统担负多个防烟分区排烟时，其系统计算排烟量应采用该系统中最大独立防烟分区的排烟量。

3 一个排烟系统负担多个防火分区排烟时，应按排烟量最大的一个防火分区的排烟量计算。

4 当走道与同一防火分区的其他防烟分区合用排烟系统时，该系统的排烟量应将走道排烟量叠加。

5.2.4 中庭排烟量的设计计算应符合下列规定：

1 中庭周围场所设有排烟系统时，中庭排烟量不应小于107000m³/h且不小于周围场所防烟分区中最大排烟量的2倍：

2 除商业建筑外，中庭周围场所不需设置排烟系统，仅在回廊设置排烟系统时，回廊的排烟量不应小于13000m³/h，中庭的排烟量不应小于40000m³/h；

3 中庭排烟量应按本标准第5.2.6~5.2.12条进行计算，并应满足本条第1款或第2款的最小排烟量要求。中庭采用自然排烟方式时，应按本标准第5.2.13条计算有效开窗面积。

5.2.5 机械排烟系统的设计风量不应小于该系统计算风量的1.2倍。

5.2.6 各类场所的火灾热释放速率可按本标准第5.2.9条的规定计算，且不应小于表5.2.6规定的值。室内设置自动喷水灭火系统（简称喷淋）的场所，当室内净高过高，无法实施有效喷淋时，应按无喷淋场所对待。

5.2.7 当储烟仓的烟层与周围空气温差小于8℃时，应通过降低烟层底部高度等措施重新调整排烟设计。

5.2.8 走道、室内空间的最小清晰高度应按下式计算：

H_q=1.6+0.1▪H （5.2.8）

式中：H_q——最小清晰高度（m）：

H——对于单层空间，取排烟空间的建筑净高度（m）；对于多层空间，取最高疏散楼层的层高（m）。

5.2.9 火灾热释放速率应按下式计算：

Q=a▪t² （5.2.9）

式中：Q——热释放速率（kW）；
t——火灾增长时间（s）；
a——火灾增长系数（按表5.2.9取值）（kW/s²）。

5.2.10 烟羽流质量流量计算宜符合下列规定：

1 轴对称型烟羽流

式中：Q_c——热释放速率的对流部分，一般取值为0.7Q（kW）：
Z——燃料面到设计烟层底部的高度（高度应不低于最小清晰高度）（m）；

Z_l——火焰极限高度（m）：

M_p——烟羽流质量流量（kg/s）。

2 阳台溢出型烟羽流

式中：H_l——燃料面至阳台的高度（m）：

Z_b——从阳台下缘至烟层底部的高度（m）；
W——烟羽流扩散宽度（m）：

w——火源区域的开口宽度（m）；
b——从开口至阳台边沿的距离（m），b≠0。
3 窗口型烟羽流

式中：A_w——窗口开口的面积（㎡）；
H_w——窗口开口的高度（m）：

Z_w——窗口开口的顶部到烟层底部的高度（m）；
a_w——窗口型烟羽流的修正系数（m）。
5.2.11 烟层平均温度与环境温度的差应按下式计算：

式中：△T——烟层平均温度与环境温度的差（K）；

C_p——空气的定压比热，一般取1.01[kJ/（kg▪K）]；
K——烟气中对流放热量因子。在计算排烟的体积流量时，取1.0。
5.2.12 单个排烟分区的排烟量应按下列公式计算：

式中：V——排烟量（m³/s）；
P₀——环境温度下的气体密度（kg/m³），通常T₀=293.15K，P₀=1.2（kg/m³）；
T₀——环境的绝对温度（K）：

T——烟层的平均绝对温度（K）。
5.2.13 采用自然排烟方式所需自然排烟窗（口）截面积宜按下式计算：

式中：A_v——自然排烟窗（口）截面积（㎡）：

A₀——所有进气口总面积（㎡）；

C_v——自然排烟窗（口）流量系数（通常选定在0.5~0.7之间）；
C₀——进气口流量系数（通常约为0.6）；
g——重力加速度（m/s²）。

注：公式中A_vC_v在计算时应采用试算法。
5.2.14 机械排烟系统中，单个排烟口的最大允许排烟量V_max宜按式5.2.14计算；当采用顶排烟口时，可按本标准附录A选取。

式中：V_max——排烟口最大允许排烟量（m³/s）；
γ——排烟位置系数：当风口中心点到最近墙体的距离大于等于2倍的排烟口当量直径时：γ取1.0；当风口中心点到最近墙体的距离小于2倍的排烟口当量直径时：γ取0.5；当风口位于墙体上时，γ取0.5；
d_b——排烟系统吸入口最低点之下烟气层厚度（m）；
T——烟层的平均绝对温度（K）：

T₀——环境的绝对温度（K）。
5.2.15 同一防烟分区中两排烟口边缘间的最小距离应按下式计算：

式中S_min ——两排烟口边缘间的最小距离（m）；
V_e——单个排烟口的排烟量（m³/s）。

条文说明

5.2.1 储烟仓是指在排烟设计中聚集并排出烟气的区域，其厚度会影响到排烟效率；最小清晰高度是人员安全疏散和消防扑救所需要的必须的高度。因此，排烟设计中控制烟层厚度即储烟仓的厚度和最小清晰高度是两个重要参数，必须确实保证。

5.2.2 本条文规定了排烟量的计算方法。

1，2 根据火灾场景分析与工程测算，本标准对于面积小于等于300㎡的房间，采用指标法计算排烟量，并考虑了最小排烟量要求；面积大于300㎡时，房间最小对边距离通常有10多米，火灾燃烧时具有较大的空间，因此对于面积大于300㎡的房间，采用计算公式计算，其最小排烟量要求为30000m³/h。火灾热释放速率可参考表5.2.6中列出的建筑类别或场所确定。对于其他物品较少、装修简单、火灾荷载较小的房间，可通过计算或实验的方式确定热释放速率。典型火灾的热释放速率参考值见表4。

为便于工程应用，表5.2.2根据计算结果及工程实际，给出了常见场所最小储烟仓高度情况下的机械排烟量数值。表中给出的是计算值，设计值还应乘以系数1.2。防烟分区面积不宜划分过小，否则会影响排烟效果。

表5.2.2中空间净高大于8m的场所，当采用普通湿式灭火（喷淋）系统时，喷淋灭火作用已不大，应按无喷淋考虑；当采用符合现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084中用于高大空间场所（最高18m）的湿式灭火系统能有效灭火时，也可以按有喷淋取值，详见本标准第5.2.6条的条文说明。

3.4 对于走道与回廊的排烟，与该走道（回廊）相连的房间是否设置排烟设施有关，当其中有一个或一个以上的房间不设置排烟时，走道与回廊就应该按第3款要求设置排烟；当这些房间均设有排烟时，可按第4款要求设置排烟。走廊的排烟量按条文要求计算，不另外附加房间的排烟量。对于有可开启外窗的房间，当该窗有效开启面积满足自然排烟要求时，都应认定是具有排烟设施的房间。
5 当公共建筑首层疏散用的扩大前室采用机械排烟方式时，该处疏散人员集中且数量多，为避免造成人群恐慌，排烟量计算中采用的设计烟层底部高度应在最小清晰高度的基础上适当提高。经测算，本款规定了最小设计烟层底部高度的计算公式。

5.2.3 本条对排烟系统的排烟量计算作了规定。在一个防火分区中，往往存在多个防烟分区的情况；如果这些防烟分区是采用梁或挡烟垂壁分隔，下部空间连通时，那么，烟气满溢时会溢到相邻的防烟分区空间中，见图14的防烟分区3和4（使用同一排烟系统），这时，在防烟分区较小，设计计算的排烟量也较小时，就需要将这两个防烟分区的排烟量叠加考虑。如果该防烟分区是采用房间分隔墙分隔，吊顶中分隔墙保持完整，烟气无法满溢到其他防烟分区时，可以按独立防烟分区考虑，见图14防烟分区1和2。此外，采用排烟公式计算的排烟量往往计算量较大，防烟分区面积也较大，可以作为独立防烟分区考虑。

在一个垂直排烟系统往往会担负多个楼层的防火分区的排烟，这时系统计算排烟量应选用其中最大排烟量确定。

走道是人员疏散的通道，为确保走道疏散的安全，走道应有排烟措施。当走道与其他防烟分区合用排烟系统时，走道的排烟量应叠加考虑。

5.2.4 中庭的烟气积聚主要来自两个方面，一是中庭周围场所产生的烟羽流向中庭蔓延，二是中庭内自身火灾形成的烟羽流上升蔓延。中庭周围场所的火灾烟羽流向中庭流动时，可等效视为阳台溢出型烟羽流，根据美国规范计算公式，其数值为按轴对称烟羽流计算所得的周围场所排烟量的2倍左右。对于中庭内自身火灾形成的烟羽流，根据现有国家标准《建筑设计防火规范》GB50016要求，中庭应设置排烟设施且不应布置可燃物，所以中庭着火的可能性很小。但考虑到我国国情，目前在中庭内违规搭建展台、布设桌椅等现象仍普遍存在，故为了确保中庭内自身发生火灾时产生的烟气仍能被及时排出，中庭自身火灾的排烟量按火灾规模4MW且清晰高度6m时的107000m³h计算风量，出于保守的设计原则，中庭的设计排烟量需同时满足两种起火场景的排烟需求。

1 当公共建筑中庭周围场所设有机械排烟时，考虑到周围场所的机械排烟系统存在机械或电气故障等失效的可能，导致烟气大量涌入中庭，因此，此种状况的中庭排烟量应按周围场所中最大排烟量的2倍数值校核，且不应小于107000m³/h。商业建筑中庭的回廊按本标准第5.2.2条规定计算排烟量。

2 除商业建筑外，当公共建筑中庭周围仅需在回廊设置排烟时，一般周边场所面积较小，产生的烟量也有限，所需的排烟量较小，一般不超过13000m³/h；考虑到回廊排烟系统失效时，烟气会涌入中庭，形成阳台溢出型烟羽流，要求中庭设置的机械排烟量不应小于40000m³/h。

3 公共建筑的中庭需要设置排烟系统，其排烟量应根据按本标准第5.2.6～第5.2.12条的规定计算确定，同时还应满足本条第1款和第2款周围场所烟气溢流至中庭的烟量。

5.2.5 本条规定了排烟系统排烟量的确定方法。综合考虑实际工程中由于风管（道）及排烟阀（口）的漏风及风机制造标准中允许风量的偏差等各种风量损耗的影响，规定系统设计风量不小于计算风量的1.2倍。汽车库标准中的排烟量是计算排烟量，当确定系统设计排烟量时，也应满足此条要求。

5.2.6 火灾烟气的生成量主要是由火灾热释放速率、火源类型、空间大小形状、环境温度等因素决定的。本条参照了国外的有关实验数据，规定了建筑场所火灾热释放速率的确定方法和常用数据。但特殊场合的火灾热释放速率应按国家相关专业标准执行，如地铁、车库等。

当房间设有有效的自动喷水灭火系统（简称喷淋）时，火灾时该系统自动启动，会限制火灾的热释放速率。根据现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084的规定，一般情况下，民用建筑和厂房采用湿式系统的净空高度是8m，因此当室内净高大于8m时，应按无喷淋场所对待。如果房间按照高大空间场所设计的湿式灭火系统，加大了喷水强度，调整了喷头间距要求，其允许最大净空高度可以加大到12~18m；因此，当室内净空高不高于18m，且采用了符合现行《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084的有效喷淋灭火措施时，该火灾热释放速率可以按有喷淋取值。自动水炮灭火设施不属于连续的水灭火设施，它的使用场合不能作为有喷淋场合。

5.2.7 当储烟仓的烟层温度与周围空气温差小于8℃时，此时烟气已经基本失去浮力，会在空中滞留或沉降，无论机械排烟还是自然排烟，都难以有效地将烟气排到室外，设计计算结果如果得出上述情况时，说明设计方案是失效的，应重新调整排烟措施。通常，简便有效的办法是在保证最小清晰高度的前提下，适当降低设计烟层底部高度。根据烟气流动的规律，烟层底部高度越低，即挡烟垂壁下沿离着火地面高度越低，烟气行程就越短，卷吸冷空气就越少，烟温下降也越少。
5.2.8 火灾时的最小清晰高度是为了保证室内人员安全疏散和方便消防人员的扑救而提出的最低要求，也是排烟系统设计时必须达到的最低要求。对于单个楼层空间的清晰高度，可以参照图15（a）所示，公式（5.2.8）也是针对这种情况提出的。对于多个楼层组成的高大空间，最小清晰高度同样也是针对某一个单层空间提出的，往往也是连通空间中同一防烟分区中最上层计算得到的最小清晰高度，如图15（b）所示。在这种情况下的燃料面到烟层底部的高度Z是从着火的那一层起算。

空间净高按如下方法确定（见图16）：

1 对于平顶顶棚，空间净高为从顶棚下沿到地面的距离，如图16（f）所示。

2 对于锯齿形顶棚侧窗排烟，空间净高为侧窗中心到地面的距离，如图16（e）所示

3 对于斜坡式的顶棚，顶排烟口排烟时，空间净高为从排烟开口中心到地面的距离；如图16（a）所示；侧墙排烟时，空间净高为从顶棚下沿到地面的距离，如图16（b）所示。

4 对于有封闭吊顶的场所，其净高应从吊顶处算起；设置格栅吊顶的场所，其净高应从上层楼板下边缘算起。

5.2.9 排烟系统的设计计算取决于火灾中的热释放速率，因此，首先应明确设计的火灾规模。设计的火灾规模取决于燃烧材料性质、时间等因素和自动灭火设施的设置情况，为确保安全，一般按可能达到的最大火势确定火灾热释放速率。

5.2.10 轴对称型烟羽流、阳台溢出型烟羽流和窗口型烟羽流为火灾情况下涉及的三种烟羽流形式，计算公式选用了NFPA92中的公式，其形式如图17~图19所示。轴对称型烟羽流火源不受附近墙壁的限制。

本标准第5.2.10条第2款，阳台溢出型烟羽流公式适用于Z_b<15m的情形，当Z_b≥15m时，可参照NFPA92的相关规定计算。本标准第5.2.10条第3款，窗口型烟羽流公式适用于通风控制型火灾（即热释放速率由流进室内的空气量控制的火灾）和可燃物产生的火焰在窗口外燃烧的场景，并且仅适用于只有一个窗口的空间。
计算举例如下：

1）轴对称型烟羽流，如图20所示。

某商业建筑含有一个三层共享的中庭，中庭未设置喷淋系统，其中庭尺寸长、宽、高分别为30m、20m和15m，每层层高为5m，排烟口设于中庭顶部（其最近的边距离墙大于0.5m），最大火灾热释放速率为4MW，火源燃料面距地面高度0m。

热释放速率的对流部分：

Q_c=0.7Q=0.7×4=2.8MW=2800kW
火焰极限高度：

设燃料面与地面之间距离为0，燃料面到烟层底部的高度：

Z=5×2+（1.6+0.1×5）=12.1m
因为Z>Z₁，则烟羽流质量流量：

2）阳台溢出型烟羽流。

某一带有阳台的两层公共建筑，室内设有喷淋装置，每层层高8m，阳台开口w=3m，燃料面距地面1m，至阳台下缘H₁=7m，从开口至阳台边沿的距离为b=2m。火灾热释放速率取Q=2.5MW，排烟口设于侧墙并且其最近的边离吊顶小于0.5m，则
烟羽流扩散宽度：W=w+b=3+2=5m
从阳台下缘至烟层底部的最小清晰高度：

Z_b=1.6+0.1×8=2.4m
烟羽流质量流量：

5.2.11，5.2.12 本条规定了烟气平均温度与环境温度的差的确定方法和排烟量的确定方法，公式来源于NFPA92。排烟风机的风量选型除根据设计计算确定外，还应考虑系统的泄漏量。

以第5.2.10条中的例1为例。

烟气平均温度与环境温度的差：
△T=KQ_c/M_cC_p=2800/（68.86×1.01）=40.26K

环境温度20℃，空气密度为1.2kg/m³，排烟量：

V=M_pT/p₀T₀
=68.86×（293.15+40.26）/（1.2×293.15）
=65.26m³/s
5.2.13 自然排烟系统是利用火灾热烟气的浮力作为排烟动力，其排烟口的排放效率在很大程度上取决于烟气的厚度和温度，推荐采用比较成熟的英国防火设计规范的计算公式。

以第5.2.10条中的例1为例，现采用自然排烟系统进行设计，自然补风。环境温度20℃，空气密度为1.2kg/m³。

热释放速率的对流部分：

Q_c=0.7Q=0.7×4=2.8MW=2800 kW
烟羽流质量流量：

故烟气层温升：
△T=KQ_c/M_cC_p=1×2800/（68.86×1.01）=40.26K

烟气层平均绝对温度：

T=T₀+293.15+40.26=333.41K

排烟系统吸入口最低点之下烟层厚度：

d_b=5-（1.6+0.1H）=5-（1.6+0.1×5）=2.9m

依据自然排烟储烟仓0.2H的要求，储烟仓高度应为3m，为保证第3层清晰高度的要求，储烟仓采用2.9m。

C_v取0.6，C₀取0.6，重力加速度取9.8m/s²，设定进排气开口面积比A_o/A_v=1，则

排烟窗面积A_v=32.02/0.6=53.4m㎡，补风面积也要达53.4㎡。

如果设定进排气开口面积比A_o/A_v=0.7，则

排烟窗面积A_v=37.40/0.6=62.3㎡，补风面积为46.7㎡。

5.2.14 如果从一个排烟口排出太多的烟气，则会在烟层底部撕开一个“洞”，使新鲜的冷空气卷吸进去，随烟气被排出，从而降低了实际排烟量，如图21所示。因此，本条规定了每个排烟口的最高临界排烟量，公式选自NFPA92。其中排烟口的当量直径为4倍排烟口有效截面积与截面周长之比。例如矩形排烟口的当量直径D（宽高为a，b）可用下式计算：

该公式计算中排烟口的烟气深度d_p可参见图22所示。

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