摘要：基于某造纸车间的设计实践，结合既往设计经验，从防烟分区、排烟方式、建筑特征等多个方面探讨丙类厂房的防排烟设计要点。
关键词：丙类厂房、防排烟设计、防烟分区
0 引言
笔者于2018年参与设计某造纸车间项目，设计过程中恰逢新版防排烟规范的颁布与实施，在有限的设计周期内，面临着整个防排烟设计的系统性彻底修改——由原先设计的机械排烟改为自然排烟。因此，土建初期的条件不匹配，以及与海外业主的艰难沟通，都成了设计过程中的关键难题。通过对于该项目的经验归纳与重点梳理，笔者总结教训，提炼设计难点要点，以此为契机，探讨类似项目中，丙类厂房在《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017（后文简称防排烟规范）框架下的防排烟设计要点。
1 丙类厂房建筑特性与烟气特征
以某造纸车间为例，由于车间以使用和生产可燃固体为主，车间内存在大量可燃物，符合防火规范中所界定的“以使用和生产闪点不小于60℃的液体和可燃固体为主”火灾危险性特征，故该单体定性为丙类厂房。该单体建筑面积26000余平方米，长242米，宽84米，建筑层数单层（局部三层），建筑高度21.5米，按其自然层核定，应属多层厂房，结构类型为钢筋混凝土框架结构配轻钢屋面系统。丙类厂房往往具有面积大，空间高，可燃物众多的特征。而在本造纸车间中，生产设备巨大且有一定的连续长度，为其疏散的设计提出了挑战。为了保障工艺生产的连续性需求，其主要生产区域连续贯通，无墙体分隔，单个防火分区面积较大，对车间的防火设计和防排烟设计提出了更大挑战。此类单体空气流动性较差，由于烟气温度较高会上升至空间顶部，具有很强的蓄烟纳热能力，烟气层分层明显，因此防排烟设计应考虑尽快排除火灾过程中产生的烟气和热量，以便提高灭火救援的效率、保证人民财产的安全。
2 防烟分区的划分
由于丙类车间的防火分区面积需考虑工艺生产的连续性，往往面积较大，内部为高大空间，且针对不同的工段使用需求，吊顶或屋面的高度也不一致，故其防烟分区的划分应根据不同的高度、防火分区、建筑长宽综合考虑，对建筑进行有效的分割。
根据防排烟规范对于建筑长边最大允许长度的要求，应在设计初期统筹考虑分区的长宽比原则和高度的确认，以免出现最终划分的防烟分区过小或过多的不合理现象，避免出现过度设计或浪费的情况。过小的防烟分区划分会使得防排烟系统也随之变得较为复杂，不光会提高工程造价，同时也降低了排烟系统的运行效率。具体举例而言，根据防排烟规范的规定，当空间净高在3米和6米之间时，每个防烟分区的最大允许面积为1000平方米；当空间净高大于6米时，每个防烟分区的最大允许面积可翻倍为2000平方米。针对以上划分分区的原则，设计人员应在条件允许的情况下，有意识地将净高接近6米的空间提高至大于6米，即可得到更为合理节省的防烟分区面积指标。
厂房高大的空间满足防排烟规范中对于空间净高大于9米时可不设挡烟设施的要求，因此往往可以省却设计挡烟垂壁。但需注意的是，厂房中通常存在着局部低矮的配套后勤和辅助功能或设备房间，当此类房间的净高不足9米，且符合防火规范中需做排烟设计的空间论述条文时，应设置相应的挡烟措施。如出于美观等要求采用玻璃挡烟垂壁时，单片防火玻璃应满足在（620±20）℃温度下保持30min，其完整性不应破坏。其构件附材的耐火时间均应同玻璃一致。
在本造纸车间的案例中，车间根据防火规范的要求和工艺流程，被划分三个防火分区，又根据厂房的净高和工段等特征被细分为十二个防烟分区，针对每个防烟分区的不同特性，均设计有效的防烟、排烟和补风措施。
3 排烟形式的选择
根据防排烟规范要求，建筑排烟系统的设计应根据建筑的使用性质、平面布局等因素，优先采用自然排烟系统。而以造纸车间为案例的丙类厂房较多采用轻钢屋面，建筑进深较大，厂房两侧常常设置员工更衣、检验室等配套后勤，尚有真空泵房、配电房、控制室和暖通机房等设备房间，造成既没有条件在外墙上直接开设自然排烟侧窗、较大的进深也无法满足防烟分区内任一点与最近的自然排烟窗（口）之间的水平距离不大于30米的规范要求。因此，往往将自然排烟窗（口）设置于屋面上。此时，裹挟着热度的烟气往往积蓄在轻钢屋面顶部，屋面的自然排烟窗（口）也能有效及时地排走烟气。此外，考虑到工厂车间设备复杂，且用电设备多，排烟设计也应尽可能考虑到安全性能，自然排烟也不失为一种稳妥的选择。细节推敲中，为了保障厂内工况良好，应选择采用密闭措施较好的产品，避免天窗漏水隐患对生产造成损失。
如采用机械排烟系统，由于该造纸车间符合防排烟规范中所描述的任一层建筑面积大于2500平方米的丙类厂房定义，尚需在外墙或屋顶设置可破拆的固定窗。固定窗的设置目的是为了在排烟过程中导出热量，防止建筑物在高温下出现倒塌等恶劣情况，并为消防队员扑救提供较好的内攻条件[6]。但作为机械排烟系统的补充措施，固定窗的设置往往会增加造价，也不可避免带来漏水隐患。既然如此，不如直接考虑利用窗户的开口进行自然排烟。对于一些立面美观度要求较高的项目，屋顶排烟天窗的设置，也恰好规避了对立面完整性的破坏，完美协调了合规与视觉效果的平衡。
结合上述，综合考虑规范宗旨、工艺流程、平面布局、排烟效果、工程造价和设计周期等相关因素，在此类项目中，当条件允许时，自然排烟显然为更佳选择，对于局部自然排烟无法覆盖保护到的区域，可在局部采用机械排烟的方式作为补充，但同一个防烟分区内只能采用一种排烟方式。
4 其他设计要点
由于丙类厂房内部空间高大，在消防设计上，除了采用自动喷淋灭火系统外，往往还采用适合于高大空间使用的自动消防炮灭火系统。根据防排烟规范第4.6.3条的条文解释，车间内局部采用自动消防炮灭火系统，当其符合现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084的高大空间场所的湿式灭火系统时，在计算排烟量和自然排烟开口面积时，采用消防炮区域的火灾热释放速率也可以按有喷淋的情况取值。
丙类厂房往往采用斜坡式的大屋面，对于其空间净高的确认，防排烟规范第4.6.9条条文解释道，“对于斜坡式的顶棚，空间净高为从排烟开口中心到地面的距离。”当采用排烟天窗时，由于屋面面积较大，为了符合规范中所规定的“当屋面斜度小于或等于12°时，每200平方米的建筑面积应设置相应的自然排烟窗（口）”，厂房体量一般较大，屋面上往往均布着多个自然排烟口，排烟开口中心的平均高度，往往是斜屋面的中间高度。为了在项目方案设计初期准确地预估建筑净高，笔者建议不妨以防火规范的消防高度作为参考数据，即建筑室外地面至檐口与屋脊的平均高度，来计算防排烟设计中的排烟量等参数，以便在设计初期迅速且准确地把握设计动向、推进设计进度。
自然排烟是利用火灾时热气流的浮力或室外风力形成的压差进行自然排烟，因此，排烟窗不仅是一个对外的排烟口，还能够构成火灾时有效排烟的气流[4]，影响着整个大空间的排烟。因此，防排烟规范中对于自然排烟窗要求应采用消防联动，并且应距地面1.3~1.5米处设置手动开启装置。
除此之外，根据防排烟规范，补风系统作为完整的排烟系统的组成部分之一，应与排烟系统联动开启或关闭，且补风量不应小于排烟量的50%。
5 结语
通过以上论述可以看到，丙类厂房设备密集、烟气流动规律有其特殊性，其排烟系统的设计及计算是一个复杂的、机动的、权衡的过程。作为设计人员，应综合考虑建筑自身结构特点，结合工艺布置，火灾防范要点等因素，制定出可靠有效的防排烟设计方案。
参考文献：
[1] 林东安. 超大型电子洁净厂房防排烟系统设计[J]. 暖通空调HV&AC，2019，49（2）：87-91
[2] 熊哲林. 大空间建筑防排烟设计方法[J]. 住宅与房地产，2018：132
[3] 任亮. 高大空间建筑防烟分区设计方法研究[J]. 消防技术与产品信息，2018，31（3）：18-20
[4] 邹万流. 从排烟窗是否设置火灾自动报警系统来理解设计原理与规范条文之间的关系[J]. 现代建筑电气，2017，12：44-46
[5] 建筑设计防火规范：GB50016-2014(2018)[S]
[6] 建筑防排烟系统技术标准：GB51251-2017[S]
论文作者:张,怡
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第14期
论文发表时间:2019/10/29
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