一優(yōu)檢測
根據(jù)空氣流動的原理，設(shè)置機械排煙系統(tǒng)的場所必須要有補風(fēng)才能排出煙氣。在一個地下房間內(nèi)，為排除某污染源散發(fā)的污染物，通常安裝一套排風(fēng)系統(tǒng)。由于沒有相應(yīng)的進(jìn)風(fēng)通道，致使房間負(fù)壓過大，排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量減小，這類情況實際上經(jīng)常發(fā)生。因此，為保證排風(fēng)或排煙系統(tǒng)的有效性，需對風(fēng)量平衡進(jìn)行校核。風(fēng)量平衡時因進(jìn)、排風(fēng)空氣溫度不同，應(yīng)采用質(zhì)量流量表示，只有當(dāng)溫度相差不大時，進(jìn)、排風(fēng)的密度近似相等，才可以采用體積流量表示。美國國家消防協(xié)會NFPA出版的排煙設(shè)計指南中第4.6.2條明確指出，進(jìn)行機械補風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計時，其質(zhì)量流量（mass flow rate）不應(yīng)大于機械排煙系統(tǒng)的質(zhì)量流量，但并未給出補風(fēng)與排風(fēng)質(zhì)量流量的定量關(guān)系。補風(fēng)與排風(fēng)質(zhì)量流量的差值越大，房間的負(fù)壓程度越高。一般房間的負(fù)壓保持在5~10 Pa為宜，工程上為簡化計算，通常規(guī)定補風(fēng)按照排風(fēng)質(zhì)量流量的80%~90%確定。
GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《防排煙標(biāo)準(zhǔn)》）中第4.6.3條規(guī)定：對于空間凈高大于6 m的場所，排煙系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)火災(zāi)熱釋放速率分別計算煙羽流的質(zhì)量流量和煙氣溫度，并結(jié)合煙氣在不同溫度下的密度，得到排煙系統(tǒng)的體積流量。而對于機械排煙的補風(fēng)系統(tǒng)，卻依然沿襲以往規(guī)范的做法，規(guī)定補風(fēng)量不應(yīng)小于排煙體積流量的50%。工程設(shè)計時，本著滿足規(guī)范并盡量節(jié)省成本的原則，設(shè)計人員一般直接取下限（即50%）進(jìn)行設(shè)計。這樣就會存在如下問題：當(dāng)煙氣溫度較低時，送、排風(fēng)密度相差較小，導(dǎo)致補風(fēng)與排風(fēng)質(zhì)量流量相差較大，房間負(fù)壓程度過高，從而機械排煙系統(tǒng)的實際排煙量大打折扣；而當(dāng)煙氣溫度較高時，可能導(dǎo)致房間負(fù)壓不足，使得煙氣外溢至非著火區(qū)。
《防排煙標(biāo)準(zhǔn)》是我國第一部專門針對防排煙系統(tǒng)設(shè)計的國家標(biāo)準(zhǔn)，特別是排煙設(shè)計部分，不再簡單沿用以往規(guī)范推薦的面積法或換氣次數(shù)法，而是采用煙羽流法，為煙氣平均溫度及排煙量的計算提供了一套完整并且相對科學(xué)的計算方法，以軸對稱型煙羽流為例，煙羽流質(zhì)量流量Mρ用式（1）~（3）計算，煙氣平均溫度T用式（4）計算，排煙體積流量V用式（5）計算。
式（1）~（5）中 Qc為熱釋放速率的對流部分，kW；Z為燃料面到煙層底部的高度，m；Z1為火焰極限高度，m；Q為火災(zāi)熱釋放速率，kW；T0為環(huán)境的熱力學(xué)溫度，取293.15 K；K為煙氣中對流放熱量因子，當(dāng)采用機械排煙時，取K=1.0，當(dāng)采用自然排煙時，取K=0.5；cp為空氣的比定壓熱容，取1.01 kJ/(kg·K)；ρ0為環(huán)境溫度下的空氣密度，取1.2 kg/m3。
由式（1）~（5）可知，對于機械排煙，煙氣平均溫度及排煙的體積流量均與熱釋放速率Q及燃料面到煙層底部的高度Z相關(guān)，Z又取決于儲煙倉的設(shè)計方式，因此煙氣的設(shè)計溫度是可以通過調(diào)整儲煙倉厚度進(jìn)行改變的。關(guān)于這一點，《防排煙標(biāo)準(zhǔn)》第4.6.8條的條文解釋進(jìn)行了通俗的說明：清晰高度越高，即擋煙垂壁設(shè)置的深度越淺或其下沿離著火樓層地面高度越大，煙氣行程越長，卷吸冷空氣就越多，煙量也勢必越大，但煙溫反而越低。
以火災(zāi)熱釋放速率Q=1.5 MW（有噴淋的辦公室、教室、客房、走道和有噴淋的汽車庫）為例，儲煙倉高度按規(guī)范取最小設(shè)計值（凈高的10%且不小于500 mm），對不同房間凈高下煙層平均溫度、煙氣質(zhì)量流量、煙氣體積流量、補風(fēng)體積流量及補風(fēng)占排煙體積流量的百分比進(jìn)行計算。根據(jù)前面的介紹，補風(fēng)占排風(fēng)質(zhì)量流量的百分比取85%，補風(fēng)參數(shù)為溫度20 ℃、密度1.2 kg/m3。計算結(jié)果如表1所示。
由表1可以看出，當(dāng)煙氣溫度為上限280 ℃時，補風(fēng)按排煙體積流量的45%進(jìn)行選取就可以滿足室內(nèi)負(fù)壓的要求，如果按照規(guī)范規(guī)定的最小值50%進(jìn)行設(shè)計，室內(nèi)的負(fù)壓程度較低，有可能出現(xiàn)煙氣外溢的風(fēng)險。當(dāng)煙氣溫度為33~35 ℃時，補風(fēng)需占排煙體積流量的81%才能使得室內(nèi)負(fù)壓程度比較合理，如果還按50%進(jìn)行設(shè)計，那么在門窗氣密性日益改善的今天，尤其對于規(guī)范規(guī)定的需要設(shè)置補風(fēng)系統(tǒng)的地下場所，補風(fēng)不足的部分（約占排煙量的31%）很難進(jìn)入房間，最終的結(jié)果是排煙風(fēng)機的實際排煙量達(dá)不到設(shè)計要求的排煙量，從而導(dǎo)致煙氣不能及時排出。
從表1還可以看出，當(dāng)煙氣溫度為212 ℃時，滿足室內(nèi)負(fù)壓要求的補風(fēng)占排煙體積流量的百分比為51%，與規(guī)范規(guī)定的下限值50%較為接近。進(jìn)一步計算可知，以往規(guī)范對補風(fēng)占排煙體積流量的百分比的規(guī)定是基于煙氣溫度為196~254 ℃的假設(shè)進(jìn)行的（按照補風(fēng)占排煙質(zhì)量流量的80%~90%進(jìn)行核算），這與實際煙氣的溫度也較為吻合。以往規(guī)范沒有給出排煙溫度的計算方法，只能根據(jù)煙氣溫度的經(jīng)驗值計算得出體積流量百分比的大致范圍（≥50%）供設(shè)計人員參考，現(xiàn)行的《防排煙標(biāo)準(zhǔn)》提供了高大空間煙氣溫度的計算方法，如果補風(fēng)量仍然沿襲以往的規(guī)定并不科學(xué)。
《防排煙標(biāo)準(zhǔn)》不僅要求根據(jù)排煙溫度計算排煙體積流量，還要求計算值與給定的排煙量表格值進(jìn)行對比并取大值，而給定表格中的排煙量是根據(jù)最小儲煙倉深度計算確定的，由前面的分析可知，最小儲煙倉深度對應(yīng)的排煙溫度是最低的，此時按規(guī)范的下限取補風(fēng)占排煙體積流量的50%，比較容易出現(xiàn)室內(nèi)負(fù)壓過大、排煙系統(tǒng)實際排煙量不足的情況。
通過表1不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)補風(fēng)占排煙質(zhì)量流量的比例為85%時，不同的煙氣溫度下，補風(fēng)占排煙體積流量的比例主要集中在50%~80%這個區(qū)間，因此建議補風(fēng)取排煙體積流量的50%~80%，具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)煙氣溫度的計算結(jié)果確定；當(dāng)然也可以參考國外的做法，在美國國家消防協(xié)會規(guī)定的基礎(chǔ)上，給出補風(fēng)占排煙質(zhì)量流量的推薦比例（比如80%~90%）。
結(jié)論：
1） 美國國家消防協(xié)會NFPA出版的排煙設(shè)計指南并沒有規(guī)定補風(fēng)占排煙體積流量的百分比，而是僅規(guī)定補風(fēng)的質(zhì)量流量不應(yīng)大于排煙的質(zhì)量流量，這一做法值得借鑒研究。
2） 經(jīng)核算，以往建筑設(shè)計防火規(guī)范對補風(fēng)占排煙體積流量的百分比不小于50%的規(guī)定，是基于煙氣溫度在196~254 ℃之間的假設(shè)給出的。
3）《防排煙標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布后，高大空間（凈高大于6 m）的煙層平均溫度需要計算確定，并且可以通過改變儲煙倉深度進(jìn)行調(diào)整，此時建議補風(fēng)取排煙體積流量的50%~80%，具體數(shù)值根據(jù)排煙溫度的計算結(jié)果確定，或者在美國國家消防協(xié)會規(guī)定的基礎(chǔ)上，給出補風(fēng)占排煙質(zhì)量流量的推薦比例（比如80%~90%）。
4）《防排煙標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布后，個別地區(qū)出臺的地方解釋要求補風(fēng)量按排煙體積流量的50%~100%進(jìn)行設(shè)計，容易誤導(dǎo)設(shè)計人員。排煙溫度顯然高于補風(fēng)溫度，如按體積流量的100%進(jìn)行設(shè)計，則室內(nèi)會出現(xiàn)正壓，與負(fù)壓排煙的基本原理相矛盾。
