在建筑防火與通風設(shè)計中，排煙系統(tǒng)的合理設(shè)計直接關(guān)系到火災時人員疏散、安全救援以及火勢控制的成敗。排煙量的計算既是保證排煙系統(tǒng)可靠性和有效性的核心，也是符合相關(guān)規(guī)范與標準的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。本文從排煙基本概念與作用出發(fā)，系統(tǒng)闡述排煙量的計算依據(jù)、計算方法、影響因素、設(shè)計取值與常見問題，結(jié)合規(guī)范要求與工程實踐，提出設(shè)計建議與實施要點，旨在為從事建筑設(shè)計、消防工程及機電安裝的技術(shù)人員提供參考和指導。

一、排煙的基本概念與目標

1. 排煙的定義與功能
   排煙是指在火災發(fā)生時，通過自然或機械手段將建筑物內(nèi)部產(chǎn)生的熱煙氣、有毒氣體和煙塵排出室內(nèi)空間的過程。其主要功能包括：保證人員疏散通道和疏散樓梯的可視性與可通行性、降低建筑內(nèi)煙溫與有害成分濃度、為消防人員進行救援與滅火創(chuàng)造條件、減少火災蔓延速度及降低建筑結(jié)構(gòu)受熱損傷。

2. 排煙設(shè)計的目標
   排煙系統(tǒng)應盡可能維持疏散樓梯間、安全通道、避難層及人員集中的公共空間在火災初期的可安全使用狀態(tài)；在設(shè)計范圍內(nèi)，將煙氣濃度和溫度控制在規(guī)范允許的極限之下，并在一定時間內(nèi)（通常按規(guī)范要求）保證排煙系統(tǒng)的有效運行，確保人員逃生和救援。

二、排煙量計算的依據(jù)與規(guī)范

1. 主要規(guī)范與標準
   不同 和地區(qū)對排煙設(shè)計有各自的規(guī)范。在中國，常用的規(guī)范和標準包括：

• 《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50045（及其新版或相關(guān)解釋）

• 《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016

• 《通風與空調(diào)工程設(shè)計規(guī)范》GB 50019（部分有關(guān)通風換氣的要求）

• 《建筑防煙與排煙系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》或地方規(guī)程、行業(yè)標準等
  這些規(guī)范對排煙對象、排煙方式、排風量取值、煙溫、允許煙濃度及排煙持續(xù)時間等提出了明確要求。

1. 設(shè)計依據(jù)要點
   排煙量的計算需基于以下重點參數(shù)與條件：

• 建筑的功能性質(zhì)（如住宅、辦公、商場、地下商業(yè)街、地下車庫、倉庫、劇場等）

• 火災類型和火源特性：火源釋放熱量（HRR，heat release rate）或火災發(fā)展特性（快速增長、慢速蔓延等）

• 排煙對象和分區(qū)：需要排煙的房間、走道、疏散樓梯間、裙房夾層、地下室等

• 排煙方式：自然排煙（依靠溫差、壓力差及開口）或機械排煙（風機排風或送—排風結(jié)合）

• 設(shè)計工況：如更大 火源工況、更大 可同時起火房間數(shù)量、首起火時或多點同時起火等

• 疏散時間與安全時間要求：規(guī)范通常規(guī)定在人員疏散所需的時間內(nèi)保證可視與可呼吸環(huán)境

三、排煙量計算的方法與步驟
排煙量的計算并非單一公式可涵蓋，常見方法有基于煙氣體積產(chǎn)生速率的計算、基于煙氣體積守恒和流體力學特性計算、以及經(jīng)驗公式或規(guī)范給定的取值法。下面按常用思路逐步說明。

1. 基于煙氣產(chǎn)生速率的體積流量法
   煙氣體積產(chǎn)生速率 q_v 可由火源的質(zhì)量或熱釋放率換算得到。煙氣的生成與燃燒物質(zhì)、溫度、含烴量等有關(guān)。常用關(guān)系為：
   q_v = k * Q^(n)
   其中 Q 為熱釋放速率（HRR，單位kW），k、n 為經(jīng)驗系數(shù)（具體取值應依據(jù)規(guī)范或?qū)嶒灁?shù)據(jù)）。在工程實踐中，若無法準確獲得HRR，可采用規(guī)范中規(guī)定的火源等級與相應的排煙量表值。

2. 基于溫度與理想氣體狀態(tài)的換算
   煙氣體積受溫度影響顯著。若已知煙氣質(zhì)量產(chǎn)率 m_dot（kg/s），可依據(jù)理想氣體狀態(tài)方程換算體積流量：
   q_v = m_dot * R_specific * T / p
   其中 R_specific 為煙氣的比氣體常數(shù)，T 為煙氣 溫度，p 為 壓力。該方法需要對煙氣組成、溫度和壓強有合理估計，適用于較精細的計算與數(shù)值模擬。

3. 設(shè)計規(guī)范給定取值法
   許多規(guī)范對常見建筑類型和空間給出推薦的最小排煙量或最小換氣次數(shù)。例如：

• 地下車庫常取每小時若干次的換氣量或按每車位的排風量（如若干立方米/小時/車位）

• 商場某些公共廳區(qū)、劇場、電影院、會議廳等在發(fā)生火災時需按規(guī)范給定的更大 排煙風量或按空間體積的一定倍數(shù)來設(shè)置
  此法便于工程快速設(shè)計并符合規(guī)范要求，但在非常規(guī)或特殊火源條件下可能顯得保守或不夠精細。

1. 基于煙層形成高度的計算（防煙分層理論）
   在大空間內(nèi)，火災產(chǎn)生的熱煙氣會上升并在上部形成煙層。為保證人員在下部“可用空間”內(nèi)安全疏散，設(shè)計時需控制煙層頂面高度不低于安全高度。根據(jù)火源熱釋放率與空間尺度，可通過經(jīng)驗公式或流體力學模型計算煙層形成高度，并據(jù)此確定需要的排煙量以維持煙層高度：
   V = A * v
   其中 A 為排風口有效開口面積，v 為排風速度；亦可將排煙量與保持煙層高度所需的凈煙排出速率聯(lián)系起來。常見的半經(jīng)驗模型包括“熱湍流噴射模型”與“煙柱理論”。

2. 疏散通道與樓梯間排煙計算
   對于樓梯間和安全出口，其排煙目標是保證樓梯間在一定時間內(nèi)無明顯煙霧、溫度在允許范圍內(nèi)。規(guī)范常規(guī)定樓梯間需獨立設(shè)置防煙排煙系統(tǒng)，按樓梯間的有效體積和要求保持的煙溫及濃度，計算機械排風機的排煙量，或按統(tǒng)一取值（如風機排量按若干立方米/秒或每平方米若干立方米/小時）來選擇設(shè)備。

四、影響排煙量計算的主要因素

1. 火災熱釋放速率（HRR）
   HRR 是決定煙氣生成速率、煙層發(fā)展與溫度的重要參數(shù)。高HRR 會導致大量高溫煙氣產(chǎn)生，需更大的排煙量與更快的排出速度。

2. 建筑空間幾何形狀與體積
   空間體積、天花板高度、分隔結(jié)構(gòu)、開口位置與大小會影響煙氣擴散、煙層形成與煙氣排出路徑，從而影響所需排煙量。

3. 排煙口與送風口布局
   送風與排煙的相對布置會改變煙流的方向與混合程度。合理設(shè)置送風可以通過向下壓制煙層或形成氣流推進煙氣走向排風口，從而降低所需排煙量或改善煙氣排出效率。

4. 自然排煙與機械排煙的差異
   自然排煙依賴溫差與風壓，優(yōu)點是維護成本低、無電依賴，但受氣候與建筑開口條件影響大；機械排煙則可提供可控、連續(xù)的氣流，但需考慮可靠電源、風機容量、耐高溫性能及防煙防火閥門的配合。

5. 煙氣溫度與膨脹系數(shù)
   高溫煙氣體積遠大于冷空氣，煙氣的膨脹特性會使相同質(zhì)量的煙氣在高溫下占據(jù)更大的體積，從而增加排煙量需求，且高溫對排煙設(shè)備與通道材料提出耐高溫要求。

6. 多源火災與多間同時起火情形
   在一些商業(yè)或倉儲建筑中，規(guī)范可能要求按若干個房間或若干個火源同時起火情形來計算排煙量，導致更大排煙量的需求。

五、常用取值與工程實踐建議

1. 按規(guī)范或經(jīng)驗值選取風量
   在工程實踐中，設(shè)計人員常結(jié)合規(guī)范建議與工程經(jīng)驗采取分項取值：

• 樓梯間與安全疏散通道：按規(guī)范給定的最小排煙風量，如每層樓梯間的最小送/排風量值

• 地下車庫：常按換氣次數(shù)或每車位風量來取值（例如若干次/h或每車位若干m3/h）

• 商場、劇場等公共空間：依據(jù)空間類型和容納人數(shù)按規(guī)范取最小排煙量
  在采用規(guī)范取值時，還應考慮火災工況的特殊性，適當修正或放大取值以增加安全裕度。

1. 風機與管道選型注意事項
   風機選型需考慮：

• 風機在高溫煙氣工況下的耐熱性能（是否需要耐高溫排煙風機）

• 運行工況下的風量-風壓特性曲線，需滿足系統(tǒng)阻力

• 備用電源與備用風機的設(shè)置，保證在主電源失效時系統(tǒng)仍能運行

• 排煙風機位置的防火分區(qū)處理與排煙管道的耐火要求

• 進出風口設(shè)置的防火閥、止回裝置與防回煙設(shè)施

1. 系統(tǒng)聯(lián)動與控制策略
   排煙系統(tǒng)應與火災報警及防火分區(qū)聯(lián)動，確保在探測到火災時能自動啟動相應區(qū)域的排煙風機、打開自然排煙口或開啟排煙閥門。控制策略應考慮分區(qū)控制、優(yōu)先級管理及緊急備用啟動方案，并在設(shè)計中明確聯(lián)動邏輯與試驗檢驗方式。

2. 試驗與驗收
   排煙系統(tǒng)施工完成后，應進行風量、風壓、聯(lián)動控制和耐高溫試驗（必要時進行局部或整體耐高溫檢測），并按規(guī)范要求進行功能性測試與驗收，確保實際風量、開口效能與設(shè)計一致。

以下為概念性示例，以說明計算思路（具體數(shù)值與系數(shù)應依據(jù)規(guī)范與工程實際修正）：

示例：某商業(yè)層大堂體積 5000 m3，設(shè)計要求在火災初期保持樓面 2.5 m 的清凈疏散層高度。已估計火源 HRR 為 2000 kW，產(chǎn)煙體積速率按經(jīng)驗關(guān)系 q_v = C * Q^(2/3)，假設(shè) C = 0.1（單位換算后的經(jīng)驗系數(shù)），則：
q_v = 0.1 * (2000)^(2/3) ≈ 若干 m3/s（此處僅示例，實際應代入正確系數(shù)并校核單位）
設(shè)計排煙量需滿足在一定時間內(nèi)（如 10~20 分鐘）將頂部煙層維持在安全高度和控制煙氣濃度，故按 q_v 的數(shù)值選擇排煙風機并考慮送風補償、煙道阻力和安全裕度。

對于復雜建筑或關(guān)鍵工程，建議采用計算流體力學（CFD）數(shù)值模擬模擬煙氣擴散與排煙效果。CFD 可模擬不同火源位置、不同熱釋放曲線、送排風聯(lián)合作用以及建筑復雜幾何對煙流的影響。通過模擬可得到更合理的排煙口布置、風量分配與控制方案，同時優(yōu)化通風與防煙分隔，降低工程造價并提高安全性。進行 CFD 分析時，需注意火源輸入（HRR曲線）、熱傳遞模型、湍流模型與網(wǎng)格劃分的合理性，并結(jié)合試驗數(shù)據(jù)進行模型驗證。

• 誤將新鮮送風量與排煙量等同：在設(shè)計排煙系統(tǒng)時，送風與排煙的量并非總是相同，送風常用于壓制與控制煙流，需考慮其對排煙流場的影響；簡單將兩者等同可能導致系統(tǒng)失效。

• 忽視煙氣溫度對風機與管道材料的影響：普通風機與管道在高溫煙氣下會失效，排煙系統(tǒng)需采用耐高溫設(shè)備或設(shè)置冷卻與隔熱措施。

• 忽略聯(lián)動控制與備用電源：火災時常伴隨市電中斷，未配置可靠的備用電源（如消防應急電源）會導致機械排煙失效。

• 未充分考慮火災初期與發(fā)展階段的不同工況：排煙設(shè)計需覆蓋火災的不同階段（起火、發(fā)展、全燃燒），并保證在關(guān)鍵疏散時間內(nèi)系統(tǒng)可靠運行。

• 自然排煙依賴外界條件，易產(chǎn)生不確定性：在自然排煙設(shè)計中需評估風向、溫差及開口效率，必要時結(jié)合機械排煙作為補充或備用。