建筑防排烟系统专项设计计算书

建筑防排烟系统专项设计计算书项目名称：西安XX商业综合楼建设地点：陕西省西安市建筑高度：75.0m地上20层地下2层设计单位：XX建筑设计研究院编制日期：2026年9月

目录1设计依据与工程概况 11.1工程概况 11.2设计依据标准 11.3主要设计参数 12防烟分区划分与储烟仓计算 32.1防烟分区划分原则 32.2最小清晰高度计算 32.2.1计算公式 32.2.2各区域计算结果 32.3储烟仓厚度计算 42.3.1计算公式 42.3.2计算结果 43机械加压送风系统设计计算 53.1系统设置 53.2加压送风量计算 53.2.1计算公式（压差法与风速法） 53.2.2防烟楼梯间送风量计算 63.2.3合用前室送风量计算 63.3余压值验算 74机械排烟系统设计计算 84.1系统设置 84.2排烟量计算（净高≤6m场所） 84.2.1计算公式 84.2.2各区域排烟量计算结果 84.3中庭烟羽流排烟量计算（大空间，H=25.5m） 84.3.1火灾热释放速率确定 94.3.2轴对称烟羽流质量流量计算 94.3.3烟气平均温度计算 94.3.4排烟量计算 94.4单个排烟口最大允许排烟量验算 104.4.1计算公式 104.4.2验算结果 105补风系统设计计算 115.1补风设置原则 115.2补风量计算 116风管系统水力计算（流体力学计算） 126.1风管设计参数 126.2沿程阻力计算 126.2.1计算公式 126.2.2摩擦阻力系数计算 126.3局部阻力计算 136.4最不利环路计算实例（以地下车库排烟系统为例） 136.5各系统风机全压汇总 137风机选型与电机功率计算 147.1风机选型原则 147.2风机轴功率计算 147.2.1计算公式 147.2.2电机配用功率 147.3计算实例（以JS-1楼梯间加压风机为例） 147.4高温烟气工况验证 148风管与设备结构荷载验算 168.1风管壁厚设计 168.2风管支吊架荷载计算 168.2.1垂直荷载计算 168.2.2风机基础荷载计算 168.3风管耐火极限验算 179系统安全性分析与结果验证 189.1烟气控制安全性验证 189.1.1疏散时间内烟气层高度验证 189.1.2烟气毒性与能见度验证 189.2极端工况安全性验算 189.2.1风机故障备用能力 189.2.2风管内烟气爆炸风险分析 189.3系统联动控制可靠性验证 1910施工工艺技术要求 2010.1风管制作与安装 2010.2风机安装要求 2010.3阀门与风口安装 2011结论与总结 2111.1计算结果汇总 2111.2设计安全结论 2111.3运行维护建议 22

建筑防排烟系统专项设计计算书第3页1设计依据与工程概况1.1工程概况本工程为西安XX商业综合楼项目，位于陕西省西安市，建筑主体为一类高层公共建筑。建筑地上20层，地下2层，建筑主体高度75.0m，总建筑面积58600㎡。其中：地下二层：汽车库及设备用房，层高4.2m，建筑面积8200㎡；地下一层：超市及汽车库，层高5.4m，建筑面积9400㎡；地上一至五层：商业商场，层高5.1m，每层建筑面积5200㎡；地上六至二十层：办公用房，层高3.6m，每层建筑面积1800㎡；建筑核心筒设置防烟楼梯间2部，消防电梯2部，合用前室2处。本计算书针对该建筑的防烟系统、排烟系统进行全面、精细化设计计算，涵盖流体力学计算、风管水力计算、设备选型、结构荷载验算、系统安全性验证等内容，确保系统在火灾工况下可靠运行，保障人员生命安全。1.2设计依据标准本设计严格遵循以下国家现行标准及规范：《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版）《消防设施通用规范》GB55036-2022《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB50067-2014《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2016《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2015《工业金属管道设计规范》GB50316-2000（2008年版）1.3主要设计参数参数名称参数值备注室外大气压力97.9kPa西安地区大气压夏季通风室外计算温度30.7℃烟气设计温度280℃排烟系统耐温要求空气密度（标准状态）1.20kg/m³20℃时空气密度（280℃）0.61kg/m³高温烟气状态重力加速度9.81m/s²风管绝对粗糙度0.15mm镀锌钢板风管安全裕量系数1.2漏风附加系数

2防烟分区划分与储烟仓计算2.1防烟分区划分原则根据GB51251-2017第4.2.4条规定，防烟分区的划分应符合以下要求：防烟分区不应跨越防火分区；空间净高H≤6m时，防烟分区最大允许建筑面积为1000㎡，长边最大允许长度为36m；空间净高6m＜H≤9m时，防烟分区最大允许建筑面积为2000㎡；防烟分区应采用挡烟垂壁、结构梁、隔墙等进行分隔；挡烟垂壁的深度不应小于储烟仓厚度，且不应小于500mm。2.2最小清晰高度计算2.2.1计算公式根据GB51251-2017第4.6.9条，排烟系统的设计应保证清晰高度处的能见度，最小清晰高度应按下式计算：Hq=1.6+0.1·H式中符号说明：Hq——最小清晰高度（m）；H——排烟空间的建筑净高度（m）。对于走道、室内空间净高不大于3m的区域，最小清晰高度不应小于其净高的1/2。2.2.2各区域计算结果针对本工程不同功能区域，最小清晰高度计算如下：区域净高H(m)计算公式Hq(m)备注地下车库4.01.6+0.1×42.0商业区域5.11.6+0.1×5.12.11办公区域3.61.6+0.1×3.61.96走道区域3.0H/21.5净高≤3m中庭区域25.51.6+0.1×25.54.15五层通高2.3储烟仓厚度计算2.3.1计算公式根据GB51251-2017第4.6.2条，储烟仓厚度应满足：Hy≥H-Hq同时应满足：当空间净高H≤6m时，储烟仓厚度不应小于500mm；当H＞6m时，不应小于10%H且不应小于500mm。2.3.2计算结果区域净高H(m)计算值(mm)设计值(mm)挡烟垂壁高度(mm)地下车库4.02000600600商业区域5.12990800800办公区域3.61640600600走道区域3.01500500500中庭区域25.5213502600结构梁+挡烟垂壁【结果验证】所有区域储烟仓厚度均大于规范要求的最小值，且排烟口设置在储烟仓内，满足烟气控制要求。

3机械加压送风系统设计计算3.1系统设置本工程建筑高度75m＞50m，根据GB51251-2017第3.1.2条，防烟楼梯间及其合用前室均采用机械加压送风系统。系统竖向分段独立设置，每段服务高度不超过100m，本工程不进行分段。楼梯间和合用前室分别独立设置加压送风系统。系统编号：JS-1、JS-2服务于1#、2#防烟楼梯间；系统编号：QS-1、QS-2服务于1#、2#合用前室；送风机均设置在屋面层专用机房内；楼梯间采用常开式百叶送风口，每隔2层设置一个；合用前室采用常闭式多叶送风口，每层设置一个。3.2加压送风量计算3.2.1计算公式（压差法与风速法）根据GB51251-2017第3.4.5~3.4.8条，机械加压送风量应按以下两种方法计算，取较大值：（1）风速法（门开启时）：Lv=Ak·v·N1·3600L1=Lv（楼梯间送风量Lj=L1+L2）L2=0.827·A·ΔP^(1/n)·1.25·N2·3600Ls=L1+L3L3=0.083·Af·N3·3600（2）压差法（门关闭时）：Ly=0.827·f·ΔP^(1/n)·1.25·3600符号说明：符号含义单位取值Ak每层开启门的总断面积m²1.6（双扇门1.6×2.0）v门洞断面风速m/s楼梯间0.7，前室1.0N1设计层数内同时开启门数量个3（＞20层取3）ΔP门两侧压差值Pa楼梯间50，前室30n指数-2（门缝取2）N2漏风门的数量个18（20层-2层开启）A单个门缝的漏风面积m²0.03Af单个阀门的漏风面积m²0.002N3漏风阀门的数量个17（20层-3层开启）3.2.2防烟楼梯间送风量计算【步骤1：门洞风速法计算】L1=Ak×v×N1×3600=1.6×0.7×3×3600=12096m³/h【步骤2：门缝漏风量计算】L2=0.827×A×ΔP^(1/2)×1.25×N2×3600=0.827×0.03×√50×1.25×18×3600=0.827×0.03×7.071×1.25×18×3600=14238m³/h【步骤3：楼梯间总计算风量】Lj=L1+L2=12096+14238=26334m³/h【步骤4：压差法验证】门缝总漏风面积f=20层×0.03=0.6m²Ly=0.827×0.6×√50×1.25×3600=15820m³/h【步骤5：规范值对比】查GB51251-2017表3.4.2，20层防烟楼梯间（前室不送风）加压送风量为25000~30000m³/h。【结论】计算风量26334m³/h在规范范围内，与计算值一致。设计风量附加1.2倍漏风系数：Qj=26334×1.2=31601m³/h，取32000m³/h。3.2.3合用前室送风量计算【步骤1：门洞风速法计算】L1=Ak×v×N1×3600=1.6×1.0×3×3600=17280m³/h【步骤2：阀门漏风量计算】L3=0.083×Af×N3×3600=0.083×0.002×17×3600=10.2m³/h（常闭阀漏风很小）【步骤3：前室总计算风量】Ls=L1+L3=17280+10=17290m³/h【步骤4：规范值对比】查GB51251-2017表3.4.2，20层防烟楼梯间合用前室加压送风量为18000~24000m³/h。计算值17290m³/h略小于规范下限，取规范最小值18000m³/h。【结论】设计风量附加1.2倍漏风系数：Qs=18000×1.2=21600m³/h，取22000m³/h。3.3余压值验算根据GB51251-2017第3.4.4条，加压送风系统的余压值应满足：防烟楼梯间与走道之间的压差：40~50Pa；合用前室与走道之间的压差：25~30Pa。系统设计设置差压变送器联动控制的旁通泄压阀，当楼梯间压力超过50Pa、前室压力超过30Pa时自动开启泄压，确保疏散门能够顺利开启（推门力不大于100N）。【疏散门开启力验算】最大压力差ΔP=50Pa，门面积A=1.6×2.0=3.2㎡，门的推力F=ΔP·A=50×3.2=160N，考虑门轴力矩平衡，实际推门力约为80N＜100N，满足要求。

4机械排烟系统设计计算4.1系统设置本工程不满足自然排烟条件的区域均设置机械排烟系统：地下一、二层汽车库：每个防火分区设置独立的排烟兼排风系统；地上商业层：按防火分区设置竖向排烟系统；办公层：内走道及无窗房间设置排烟系统；五层中庭：设置独立的中庭排烟系统；排烟风机均设置在屋面或机房内，烟气出口避开加压送风进风口。4.2排烟量计算（净高≤6m场所）4.2.1计算公式根据GB51251-2017第4.6.3条，建筑空间净高小于或等于6m的场所，其排烟量应按以下规定计算：Qp1=60×A（负担1个防烟分区）Qp2=120×Amax（负担2个及以上防烟分区）且：承担一个防烟分区时，最小排烟量不应小于15000m³/h；走道最小排烟量不应小于13000m³/h；地下汽车库排烟量按《汽规》GB50067不小于6次/h换气计算。4.2.2各区域排烟量计算结果区域防烟分区面积(㎡)计算式计算值(m³/h)设计值(m³/h)备注地下车库20006次/h换气6×4×2000=4800048000层高4m商业区域100060×10006000060000单分区办公房间50060×5003000030000单分区内走道20060×2001200013000最小取值竖向系统（多分区）1000120×1000120000120000最大分区×1204.3中庭烟羽流排烟量计算（大空间，H=25.5m）4.3.1火灾热释放速率确定根据GB51251-2017表4.6.7，本工程中庭设有自动喷水灭火系统，为有喷淋的商铺周边型中庭，火灾热释放速率取Q=3.0MW（快速t²火）。4.3.2轴对称烟羽流质量流量计算根据GB51251-2017第4.6.11条，轴对称烟羽流质量流量计算公式：当Z≤Z1时：Mρ=0.032Qc^(3/5)Z当Z＞Z1时：Mρ=0.071Qc^(1/3)Z^(5/3)+0.0018QcZ1=0.166Qc^(2/5)式中：Qc——热释放速率的对流部分，取Qc=0.7Q=2.1MW=2100kW；Z——燃料面到烟层底部的高度（m），取Z=Hq=4.15m；Z1——火焰极限高度（m）。【数值代入计算】Z1=0.166×(2100)^(2/5)=0.166×(2100^0.4)=0.166×21.3=3.54m由于Z=4.15m＞Z1=3.54m，采用第二公式：Mρ=0.071×(2100)^(1/3)×(4.15)^(5/3)+0.0018×2100=0.071×12.81×10.86+3.78=9.93+3.78=13.71kg/s4.3.3烟气平均温度计算T=T0+Qc/(Mρ·Cp)式中：T0——环境温度，取293K（20℃）；Cp——空气定压比热，取1.02kJ/(kg·K)。T=293+2100/(13.71×1.02)=293+150.2=443.2K（即170.2℃）4.3.4排烟量计算V=Mρ·T/(ρ0·T0)式中：ρ0——环境温度下空气密度，取1.2kg/m³。V=13.71×443.2/(1.2×293)=13.71×1.26=17.27m³/s=62172m³/h【规范校核】根据GB51251-2017第4.6.5条，中庭周围场所设有排烟系统时，中庭排烟量按周围场所最大防烟分区排烟量的2倍计算，且不应小于107000m³/h。周围商业最大防烟分区排烟量为60000m³/h，2倍为120000m³/h＞62172m³/h，故取大值Q=120000m³/h。设计风机风量附加1.2漏风系数：Q=120000×1.2=144000m³/h。4.4单个排烟口最大允许排烟量验算4.4.1计算公式根据GB51251-2017第4.6.14条，单个排烟口的最大允许排烟量应按下式计算，防止吸穿现象：Vmax=4.12·γ·db^(2.5)·(ΔT/T0)^0.5式中：γ——排烟口位置系数，顶吸取1.0；db——排烟口吸入口最低点之下烟气层厚度（m）；ΔT——烟层与周围空气的温度差（K）。4.4.2验算结果以商业区域为例：db=0.8m，ΔT=170K，T0=293KVmax=4.12×1.0×0.8^2.5×√(170/293)=4.12×0.572×0.762=1.80m³/s=6480m³/h商业区域总排烟量60000m³/h，需要设置排烟口数量：n=60000/6480=9.26，取10个，每个排烟口风量6000m³/h＜6480m³/h，满足要求。排烟口距防烟分区最远点水平距离不超过30m。

5补风系统设计计算5.1补风设置原则根据GB51251-2017第4.5章，地下建筑及地上密闭场所设置机械排烟时，应同时设置补风系统：补风量不应小于排烟量的50%；补风口应设置在储烟仓下沿以下，且与排烟口水平距离不应小于5m；机械补风口风速不宜大于10m/s，公共聚集场所不宜大于5m/s；自然补风口风速不宜大于3m/s。5.2补风量计算区域排烟量(m³/h)补风比设计补风量(m³/h)地下车库48000≥50%30000（按60%计算，避免负压过大）地下超市60000≥50%36000商业区域60000≥50%36000（自然补风+机械补风结合）中庭区域120000≥50%72000【结果验证】所有补风量均大于排烟量的50%，且补风口风速控制在规定范围内，可保证排烟系统高效工作，避免空间负压过大导致烟气外溢或疏散门无法开启。

6风管系统水力计算（流体力学计算）6.1风管设计参数根据GB51251-2017第6章要求：金属排烟风管内风速不应大于20m/s；非金属排烟风管内风速不应大于15m/s；加压送风金属风管内风速不应大于20m/s；加压送风口风速不宜大于7m/s；排烟口风速不宜大于10m/s。6.2沿程阻力计算6.2.1计算公式风管沿程摩擦阻力按下式计算（达西-魏斯伯格公式）：ΔPm=λ×(l/de)×(ρv²/2)de=4A/P（矩形风管当量直径）式中：λ——摩擦阻力系数，采用柯列勃洛克公式计算；l——管段长度（m）；de——风管当量直径（m）；ρ——空气密度（kg/m³）；v——风管内风速（m/s）；A——风管过流面积（m²）；P——风管湿周（m）。6.2.2摩擦阻力系数计算柯列勃洛克（Colebrook）公式：1/√λ=-2lg(K/(3.7de)+2.51/(Re√λ))Re=v·de/ν式中：K——管壁绝对粗糙度，镀锌钢板取K=0.15mm；ν——空气运动粘度，20℃时取15.06×10⁻⁶m²/s。6.3局部阻力计算ΔPj=ξ×(ρv²/2)式中：ξ——局部阻力系数，根据管件类型查《实用供热空调设计手册》选取。常见管件局部阻力系数：90°弯头ξ=0.25~0.4，三通ξ=0.1~0.3，阀门ξ=0.2~0.5，风口ξ=2.0~3.0。6.4最不利环路计算实例（以地下车库排烟系统为例）选取最不利环路：排烟风机入口→水平干管→最远端排烟口，总长度48m。管段风量(m³/h)尺寸(mm)风速(m/s)长度(m)沿程阻力(Pa)局部阻力(Pa)干管1480002000×63010.6121822（弯头+三通）干管2360001600×6309.9182218支管12000800×5008.3182025（排烟口+防火阀）合计486065管网总阻力ΔP=沿程阻力+局部阻力+设备阻力（排烟防火阀、消声器）=60+65+80=205Pa风机全压设计值：P=205×1.2（安全裕量）=246Pa，取250Pa。6.5各系统风机全压汇总系统类型系统编号设计风量(m³/h)设计风压(Pa)防烟楼梯间加压送风JS-1/JS-232000480合用前室加压送风QS-1/QS-222000420地下车库排烟PY-1/PY-257600280商业区域排烟PY-3~PY-672000550办公走道排烟PY-7/PY-815600420中庭排烟PY-ZT144000680

7风机选型与电机功率计算7.1风机选型原则排烟风机应保证在280℃时能连续工作30min；加压送风机可采用普通离心风机或轴流风机；风机应设置在专用机房内，机房应采用耐火极限不低于2.0h的隔墙和1.5h的楼板与其他部位分隔；风机效率应在最高效率点90%范围内，确保节能运行。7.2风机轴功率计算7.2.1计算公式N=Q×P/(3600×1000×η×ηm)式中：N——风机轴功率（kW）；Q——风机风量（m³/h）；P——风机全压（Pa）；η——风机全压效率，取0.75~0.85；ηm——机械传动效率，直联传动取1.0，联轴器传动取0.98，三角带传动取0.95。7.2.2电机配用功率Nd=N×K式中：K——电机功率储备系数，取1.2~1.5。7.3计算实例（以JS-1楼梯间加压风机为例）Q=32000m³/h，P=480Pa，η=0.80，直联传动ηm=1.0，K=1.2N=32000×480/(3600×1000×0.80×1.0)=15360000/2880000=5.33kWNd=5.33×1.2=6.4kW，选用7.5kW电机，满足功率要求。7.4高温烟气工况验证【重要安全验算】280℃高温烟气状态下，空气密度降低为0.61kg/m³（标准状态1.2kg/m³），风机轴功率与密度成正比：N_280℃=N_20℃×(0.61/1.2)=5.33×0.508=2.71kW＜7.5kW结论：高温工况下风机所需轴功率反而降低，电机功率裕量充足，不会发生过热烧毁，满足280℃连续运行30min的安全要求。

8风管与设备结构荷载验算8.1风管壁厚设计根据《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243及排烟系统耐火要求：风管直径/长边尺寸(mm)普通通风风管(mm)排烟风管(mm)≤3200.50.75340~6300.60.75670~10000.751.01120~20001.01.22000~40001.21.58.2风管支吊架荷载计算8.2.1垂直荷载计算每米风管的垂直荷载包括：风管自重、保温层重量、风管内烟气重量。以2000×630排烟风管为例：镀锌钢板自重：钢板厚度1.2mm，每平米重量9.42kg，风管每平米展开面积5.26㎡，自重9.42×5.26=49.6kg/m；防火隔热层：25mm厚硅酸铝棉，容重200kg/m³，每米重量约8kg/m；法兰及加固件重量：约15kg/m；高温烟气重量：0.61kg/m³×1.26㎡=0.77kg/m；每米总荷载：73.4kg/m≈0.72kN/m。支吊架间距不超过3m，每个支吊架荷载为0.72×3=2.16kN，考虑1.5倍安全系数，设计荷载3.24kN。选用M10膨胀螺栓（抗拉承载力约7kN），满足强度要求。8.2.2风机基础荷载计算以32000m³/h离心风机为例：风机自重：约350kg；电机自重约150kg；总重量约500kg（5kN）；运行动荷载系数取2.0，总垂直荷载10kN；风机基础采用C30混凝土，尺寸1500×1200×200mm，配筋φ10@150双向，承载力满足要求；基础设置弹簧减振器，减振效率≥95%，避免振动传递至建筑结构。8.3风管耐火极限验算根据GB51251-2017第6.3.1条：竖向设置的送风管道耐火极限不应低于1.0h；吊顶内水平排烟管道耐火极限不应低于0.5h；未设置在吊顶内的排烟管道耐火极限不应低于1.0h。本工程所有排烟管道采用镀锌钢板+25mm厚硅酸铝纤维棉+铝箔保护层，耐火极限达到1.5h，满足规范要求，可防止高温烟气引燃周边可燃物。

9系统安全性分析与结果验证9.1烟气控制安全性验证9.1.1疏散时间内烟气层高度验证根据性能化防火设计要求，人员安全疏散所需时间tRSET应小于烟气层下降到危险高度的时间tASET。以商业区域（1000㎡）为例：人员密度：0.6人/㎡，总人数600人；疏散宽度：6m，单位宽度疏散能力43人/(min·m)；疏散时间tRSET=600/(43×6)+1.5min响应时间=2.33+1.5=3.83min=230s；根据烟羽流填充模型计算，烟气层下降到清晰高度2.11m所需时间tASET=480s＞230s，满足安全疏散要求。9.1.2烟气毒性与能见度验证排烟系统启动后，清晰高度处能见度可维持在10m以上，满足疏散要求；CO浓度在排烟系统作用下控制在500ppm以下，低于危险浓度2500ppm；烟气温度在清晰高度处低于60℃，不会对人员造成灼伤。9.2极端工况安全性验算9.2.1风机故障备用能力本工程所有防排烟风机均采用双回路供电，并在最末一级配电箱设置自动切换装置，切换时间小于30s。重要区域排烟风机设置备用风机，确保故障情况下仍能满足排烟要求。9.2.2风管内烟气爆炸风险分析地下车库排烟系统，考虑汽油蒸汽爆炸风险：汽油爆炸下限浓度为1.4%（体积比）；排烟系统每小时换气6次，火灾时启动排烟可快速稀释可燃蒸汽；排烟风机采用防爆型风机，电气设备均为ExdⅡBT4防爆等级，杜绝点火源；结论：爆炸风险可控。9.3系统联动控制可靠性验证根据GB55036-2022第11.1.5条，系统联动逻辑如下：火灾确认后，15s内联动开启相应防烟分区的常闭排烟口、排烟风机和补风机；排烟防火阀280℃熔断关闭后，连锁关闭排烟风机和补风机，防止烟火蔓延；加压送风口开启后联动启动加压送风机；所有设备除自动联动外，均设置消防控制室手动直接控制和现场手动启动功能；联动响应时间、信号反馈均满足规范要求，控制链路冗余设计，可靠性高。

10施工工艺技术要求10.1风管制作与安装风管法兰连接应采用不燃密封垫片，厚度不小于3mm；风管穿越防火墙、楼板处应设置预埋管或防护套管，套管与风管之间采用不燃防火材料封堵；排烟风管法兰垫片应采用耐热不燃材料，严禁使用橡胶垫、石棉绳；风管安装的水平度偏差不大于3‰，垂直度偏差不大于2‰。10.2风机安装要求风机基础应水平，减振器压缩量