学习要求
通过本章学习，应了解自然通风与自然排烟原理，掌握自然通风与自然排烟方式的选择，熟悉自然通风与自然排烟设施的设置，掌握开窗有效面积的计算方法；熟悉机械加压送风系统和机械排烟系统的组成，了解机械加压送风和机械排烟原理，掌握机械加压送风系统和机械排烟系统的选择和主要设计参数，了解设计参数的计算方法，熟悉系统组件及其设置方式；掌握防排烟系统的联动控制方式。
当建筑内发生火灾时，烟气的危害十分严重。建筑中设置防排烟系统的作用是将火灾产生的烟气及时排除，防止和延缓烟气扩散，保证疏散通道不受烟气侵害，确保建筑物内人员顺利疏散、安全避难。同时，将火灾现场的烟和热量及时排除，以减弱火势的蔓延，为火灾扑救创造有利条件。建筑火灾烟气控制分为防烟和排烟两个方面。防烟采取自然通风和机械加压送风的形式，排烟则包括自然排烟和机械排烟两种形式。设置防烟或排烟设施的具体方式多样，应结合建筑所处的环境条件和建筑自身特点，按照相关规范规定要求，进行合理的选择和组合。
根据《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）的规定，建筑内的防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室或合用前室、避难走道的前室、避难层（间）应设置防烟设施。民用建筑中应设置排烟设施的有：设置在一、二、三层且房间建筑面积大于100m2和设置在四层及以上或地下、半地下的歌舞娱乐放映游艺场所；中庭；公共建筑中建筑面积大于100m2且经常有人停留的地上房间和建筑面积大于300m2可燃较多的地上房间；建筑中长度大于20m的疏散走道。工业建筑中应设置排烟设施的有：人员、可燃物较多的丙类生产场所；丙类厂房中建筑面积大于300m2且经常有人停留或可燃物较多的地上房间；建筑面积大于5000m2的丁类生产车间；占地面积大于1000m2的丙类仓库；高度大于32m的高层厂（库）房中长度大于20m的内走道，其他厂（库）房中长度大于40m的疏散走道。地下、半地下建筑（室）和地上建筑内的无窗房间，当总建筑面积大于200m2或一个房间建筑面积大于50m2，且经常有人停留或可燃物较多时，应设置排烟设施。
第一节 自然通风与自然排烟
自然通风与自然排烟，是建筑火灾烟气控制中防排烟的方式，是经济适用且有效的防烟排烟方式。系统设计时，应根据使用性质，建筑高度及平面布置等因素，优先采用自然通风及自然排烟方式。
一、自然通风方式
（一）自然通风的原理
自然通风是以热压和风压作用的、不消耗机械动力的、经济的通风方式。如果室内外存在空气温度差或者窗户开口之间存在高度差，则会产生热压作用下的自然通风。当室外气流遇到建筑物时，会产生绕流流动，在气流的冲击下，将在建筑迎风面形成正压区，在建筑屋顶上部和建筑背风面形成负压区，这种建筑物表面所形成的空气静压变化即为风压。当建筑物受到热压、风压同时作用时，外围护结构上的各窗孔就会产生因内外压差引起的自然通风。由于室外风的风向和风速经常变化，因此导致风压是一个不稳定因素。
（二）自然通风方式的选择
当建筑物发生火灾时，疏散楼梯是建筑物内部人员疏散的唯一通道。前室、合用前室是消防队员进行火灾扑救的起始场所，也是人员疏散必经的通道。因此，发生火灾时无论采用何种防烟方法，都必须保证它的安全，防烟就是控制烟气不进入上述安全区域。
对于建筑高度小于等于50m的公共建筑、工业建筑和建筑高度小于等于100m的住宅建筑，由于这些建筑受风压作用影响较小，因此利用建筑本身的采光通风也可基本起到防止烟气进一步进入安全区域的作用，因此，其防烟楼梯的楼梯间、独立前室、合用前室及消防电梯前室采用自然通风方式的防烟系统。当采用敞开的凹廊、阳台作为防烟楼梯间的前室、合用前室及消防电梯前室，或者防烟楼梯间前室、合用前室及消防电梯前室具有两个不同朝向的可开启外窗且可开启窗面积符合规定时，如图3-10-1至图3-10-3所示，可以认为前室或合用前室自然通风，能及时排出前室的防火门开启时从建筑内漏入前室或合用前室的烟气，并可阻止烟气进入防烟楼梯间。当加压送风口设置在独立前室、合用前室及消防电梯前室顶部或正对前室入口的墙面时，楼梯间可采用自然通风系统。
（三）自然通风设施的设置
1）封闭楼梯间和防烟楼梯间，应在最高部位设置面积不小于1㎡的可开启外窗或开口；当建筑高度大于10m时，尚在楼梯间的外墙上每5层内设置总面积不小于2㎡的可开启外窗或开口，且宜每隔2~3层布置一次。
2）防烟楼梯间前室、消防电梯前室可开启外窗或开口的有效面积不应小于2㎡，合用前室不应小于3㎡。
3）采用自然通风方式的避难层（间）应设有不同朝向的可开启外窗，其有效面积不应小于该避难层（间）地面面积的2%，且每个朝向的有效面积不应小于2㎡。
4）可开启外窗应方便开启；设置在高处的可开启外窗应设置距地面高度为1.30~1.50m的开启装置。
5）可开启外窗或开口的有效面积应按式（3-10-1）计算，与自然排烟相关要求相同。
二、自然排烟方式
（一）自然排烟的原理
自然排烟是充分利用建筑物的构造，在自然力的作用下，即利用火灾产生的热烟气流的浮力和外部风力作用，通过建筑物房间或走廊的开口把烟气排至室外的排烟方式，如图3-10-4所示。这种排烟方式的实质是通过室内外空气对流进行排烟，在自然排烟中，必须有冷空气的进口和热烟气的排出口。一般是采用可开启外窗以及专门设置的排烟口进行自然排烟，这种排烟方式经济、简单、易操作，并具有不需使用动力及专用设备等优点。自然排烟是最简单、不消耗动力的排烟方式，系统无复杂的控制及控制过程，因此，对于满足自然排烟条件的建筑，首先应考虑采取自然排烟方式。
（二）自然排烟方式的选择
高层建筑主要受自然条件（如室外风速、风压、风向等）的影响会较大，许多场所无法满足自然排烟条件，故一般采用机械排烟方式较多，多层建筑受外部条件影响较小，一般多采用自然排烟方式。工业建筑中，因生产工艺的需要，出现了许多无窗或设置固定窗的厂房和仓库，丙类及以上的厂房和仓库内可燃物荷载大，一旦发生火灾，烟气很难排放。设置排烟系统既可为人员疏散提供安全环境又可在排烟过程中导出热量，防止建筑或部分构件在高温下出现倒塌等恶劣情况，为消防队员进行灭火救援提供较好的条件。考虑到厂房、库房建筑的外观要求没有民用建筑的要求高，因此可以采用可熔材料制作的采光带和采光窗进行排烟。为保证可熔材料在平时环境中不会熔化和熔化后不会产生流淌火引燃下部可燃物，要求制作采光带和采光窗的可熔材料必须是只在高温条件下（一般大于最高环境温度50℃）自行熔化且不产生熔滴的可燃材料，其融化温度应为120~150℃。设有中庭的建筑，中庭应设置自然排烟系统，并应符合要求。四类隧道和行人或非机动车辆的三类隧道，因长度较短、发生火灾的概率较低或火灾危险性较小，可不设置排烟设施。当隧道较短或隧道沿途顶部可开设通风口时可以采用自然排烟。根据《人民防空地下室设计防火规范》（GB 50038-2005）的规定，当自然排烟口的总面积大于本防烟分区面积的2%时，宜采用自然排烟方式。《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB 50067-2014） 对危险性较大的汽车库和修车库进行了统一的排烟要求。敞开式汽车库以及建筑面积小于1000㎡ 的地下一层汽车库和修车库，其汽车进出口可直接排烟，且不大于一个防烟分区，可不设排烟系统，但汽车库和修车库内最不利点至汽车坡道口不应大于30m。
（三）自然排烟设施的设置
1）排烟窗应设置在排烟区域的顶部或外墙，并应符合下列要求：
①当设置在外墙上时，排烟窗应在储烟仓以内或室内净高度的1/2以上，开启形式应有利于烟气的排出。
根据烟气上升流动的特点，排烟口的位置越高，排烟效果就越好，因此排烟口通常设置在墙壁上部靠近顶棚处或顶棚上。当房间高度小于3.00m时，排烟口的下缘应在离顶棚面80cm以内；当房间高度在3.00～4.00m时，排烟口下缘应在离地板面2.10m以上部位；而当房间高度大于4.00m时，排烟口下缘在房间总高度一半以上的位置即可，如图3-10-5所示。
②宜分散均匀布置，每组排烟窗的长度不宜大于3.00m；
③设置在防火墙两侧的排烟窗之间水平距离不应小于2.00m；
④自动排烟窗附近应同时设置便于操作的手动开启装置，手动开启装置距地面高度1.30~1.50m；
⑤走道设有机械排烟系统的建筑物，当房间面积不大于200㎡时，除排烟窗的设置高度及开启方向可不限外，其余仍按上述要求执行。
⑥室内或走道的任一点至防烟分区内最近的排烟窗的水平距离不应大于30m，当公共建筑室内高度超过6.00m且具有自然对流条件时，其水平距离可增加25%。当工业建筑采用自然排烟方式时，其水平距离尚不应大于建筑内空间净高的2.8倍。
2）排烟窗的有效面积应按式（3-10-1）计算，并符合以下规定：
自然排烟系统是利用火灾热烟气的热浮力作为为排烟动力，其排烟口的排放率在很大程度上取决于烟气的厚度和温度，自然排烟系统的优点是简单易行，这里推荐采用比较成熟的英国防火设计规范的计算公式。
可开启外窗的形式有侧开窗和顶开窗。侧开窗有上悬窗、中悬窗、下悬窗、平开窗和侧拉窗等。如图3-10-6所示。在设计时，必须将这些作为排烟使用的窗设置在储烟仓内。如果中悬窗的下开口部分不在储烟仓内，则这部分的面积不能计入有效排烟面积。在计算有效排烟面积时，侧拉窗按实际拉开后的开启面积计算，其他型式的窗按其开启投影面积计算，可参见图3-10-6，计算公式为
①当窗的开启角度大于70°时，可认为已经基本开直，有效排烟面积可认为与窗面积相等。对于悬窗，应按水平投影面积计算。对于侧推窗，应按垂直投影面积计算。
②当采用百叶窗时，窗的有效面积为窗的净面积乘以遮挡系数。根据工程实际经验，当采用防雨百叶时，系数取0.6；当采用一般百叶时，系数取0.8。
③当屋顶采用顶升窗时，其面积应按窗洞的周长一半与窗顶升净空高的乘积计算，但最大不超过窗洞面积（如图3-10-6e）；当外墙采用顶开窗时，其面积应按窗洞宽度与窗净顶出开度的乘积计算，但最大不超过窗洞面积（如图3-10-6f所示）。
3）当公共建筑中的营业厅、展览厅、观众厅、多功能厅及体育馆、客运站、航站楼以及类似建筑中高度超过9m的中庭等公共场所采用自然排烟时，应采取下列措施之一：
①有火灾自动报警系统的应设置自动排烟窗，且设置集中控制的手动开启装置。
②常开排烟口。
4）厂房和仓库的外窗设置应符合下列要求：
①侧窗应沿建筑物的两条对边均匀设置。
②顶窗应在屋面均匀设置且宜采用自动控制；屋面斜度小于等于12°，每200㎡的建筑面积应设置相应的顶窗；屋面斜度大于12°，每400㎡的建筑面积应设置相应的顶窗。
5）除洁净厂房外，设置自然排烟或机械排烟系统的任一层建筑面积大于2500㎡的制鞋、制衣、玩具、塑料、木器加工储存等丙类工业建筑，尚宜或可在屋面上设置可溶性采光带（窗），其面积应符合下列要求：
①未设置自动喷水灭火系统的或采用钢结构屋顶或预应力混凝土屋面板的建筑，不应小于楼地面面积的10%。
②其他建筑不应小于楼地面面积的5%。
③可溶性采光带（窗）按其实际面积计算。
