3 设计

3.0.1 具备自然排烟条件的场所宜采用自然排烟方式。自然排烟窗的设计应综合考虑建筑使用功能、平面布局、室外环境等条件。

3.0.2 同一空间不宜同时使用自然排烟窗和机械排烟系统进行排烟。同一防烟分区不应同时使用自然排烟窗和机械排烟系统进行排烟。

3.0.3 净高大于9m的中庭和人员密集公共场所的建筑面积大于2000㎡的厅、室，当设置自然排烟窗时，应采用自动排烟窗。

3.0.4 不便于直接开启的手动排烟窗，应设置距地面高度1.3m~1.5m的远程手动开启装置。自动排烟窗在设置场所和消防控制室均应设置应急手动开启装置，应急手动开启装置应能同时开启同一防烟分区内的所有自然排烟窗。现场的应急手动开启装置应能保证在断电、联动和自动功能失效的情况下，仍能手动开启自然排烟窗。远程手动开启装置应设置易于识别的明显标志。

3.0.5 建筑面积大于5000㎡的营业厅、展览厅、多功能厅、观众厅、候机（车、船）厅等场所设置的自动排烟窗，宜具备在失去系统联动功能的情况下，仍有其他方式保证自动排烟窗能自行开启至设计位置的能力。

3.0.6 自然排烟窗宜分散均匀布置，防烟分区内任一点与最近的自然排烟窗之间的水平距离应符合现行国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251的有关规定。除依靠重力开启的平移式屋面天窗和可熔性采光带（窗）外，单个自然排烟窗的面积不宜大于3m²。

3.0.7 自然排烟窗宜设置在排烟区域的顶部。设置在屋面上的自然排烟窗宜采用对开式、百叶式或平移式自然排烟窗。

3.0.8 当自然排烟窗设置在排烟区域的外墙时，宜在建筑物不同方向的外墙上均匀设置，并应符合下列规定：

1 自然排烟窗宜沿火灾烟气的气流方向开启，单开式自然排烟窗宜采用外开式下悬窗；

2 净高大于9m的中庭和人员密集公共场所的建筑面积大于2000㎡的厅、室，自然排烟窗宜沿建筑物的两条对边均匀设置；当仅设置在建筑物的一侧且室内空间无对流条件时，宜设置挡风设施或开启角度不大于45°的外开式上悬或下悬窗；
3 其他设计应符合现行国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251的有关规定。

3.0.9 设置自然排烟窗场所的补风设施的设置应符合下列规定：

1 同一空间宜采用同一种补风方式；

2 当采用自然进风方式进行补风时，其补风口有效面积不宜小于所在空间的防烟分区中最大总自然排烟窗有效排烟面积的1/2，补风空气应直接从室外引入；

3 当采用机械补风时，其补风风口的风速不宜大于5m/s，补风量不应小于所在空间的防烟分区中最大计算排烟量的50%且不应大于所在空间的防烟分区中最小计算排烟量的70%；
4 补风口与自然排烟窗水平距离不应小于5m；补风口与自然排烟窗设置在同一防烟分区时，补风口宜设在储烟仓下沿1m以下。

3.0.10 自动排烟窗应与火灾自动报警系统联动，其联动控制应符合现行国家标准《火灾自动报警系统设计规范》GB50116的有关规定。当排烟区域采用自动控制方式进行补风时，补风设施与所服务防烟分区的自然排烟窗应联动开启。

3.0.11 当火灾确认后，应至少同时打开起火防烟分区的所有自动排烟窗及对应的补风口，宜同时打开起火防烟分区所在空间内的所有自动排烟窗及补风口。当火灾初始仅打开起火防烟分区的自动排烟窗及补风口时，其他防烟分区的自动排烟窗及对应的补风口应在烟气蔓延至该防烟分区时能及时开启。

3.0.12 消防监控设备应能监控每扇自动排烟窗的启闭，并能监测电动排烟窗的电源供应状态和气动排烟窗的储气罐或储气瓶的压力。

3.0.13 电动排烟窗的供电负荷等级不应低于所在建筑物消防用电的供电负荷等级。

3.0.14 气动排烟窗供气系统应具备将其承担的所有气动排烟窗开启至设计位置的能力。气动排烟窗采用集中供气系统时，储气罐容量应至少满足系统承担的最大防烟分区设置的所有气动排烟窗连续开启不少于3次的要求；采用区域储气瓶供气方式时，储气瓶组应满足1用1备的要求。

3.0.15 用于平时自然通风的自动排烟窗，发生火灾时应自动切换到消防控制模式。

3.0.16 排烟空间的计算排烟净高度应按下列方法确定：

1 平顶空间的净高度为从顶棚下沿到地面的距离；

2 锯齿形和斜坡式顶棚的空间净高度为从自然排烟窗开口中心到地面的距离；

3 有吊顶场所室内净高度应从吊顶处算起；设置格栅吊顶场所净高度应从上层楼板下边缘算起。

3.0.17 走道、室内空间净高度不大于3m的场所，其最小清晰高度不宜小于其净高的1/2；空间净高度大于3m的场所，其最小清晰高度应按下式进行计算：

H _q=1.6+0.1H ₁+H ₂（3.0.17）

式中：
H _q——最小清晰高度（m）；
H ₁——空间最高疏散楼层楼板至顶棚的距离（m），对于单层空间，取排烟空间的计算排烟净高度（m）；对于多层空间，取最高疏散楼层的层高（m）；
H ₂——空间最高疏散楼层至该空间地面的高度（m），对于单层空间为0。

3.0.18 自然排烟窗的有效排烟面积宜按排烟系数乘以排烟窗开口面积计算确定，排烟系数可通过本规程附录A的试验确定。

3.0.19 自然排烟窗设置场所所需有效排烟面积的计算应符合现行国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251的有关规定。当采用公式法计算时，所取清晰高度不应小于最小清晰高度且不小于室内净空高度的80%。

3.0.20 每个防烟分区自然排烟窗的有效排烟面积应按下式进行计算：

式中：
A _e——自然排烟窗的有效排烟面积（㎡）；
A ₀——所有补风口总面积（㎡）；
C ₀——补风口流量系数（开口角度不小于55°的补风口取0.55，开口角度小于55°但不小于30°的补风口取0.35）；
M _p——烟羽流质量流量（kg/s）；
T——烟气层平均温度（K）；
T ₀——环境温度（K），通常T ₀=293K；
g——重力加速度（m/s²）；
d _b——烟气层厚度（m）；
ρ ₀——环境温度下的空气密度（kg/m³），通常T ₀=293K时，ρ ₀=1.2kg/m³。
3.0.21 当计算出的储烟仓烟气层平均温度与周围空气温差小于15℃时，不宜采用自然排烟方式；当采用自然排烟方式时，自然排烟窗的有效排烟面积不应小于其设置场所地面面积的25%。

条文说明

3.0.1 燃烧时的高温会使气体膨胀产生浮力，火焰上方的高温气体与环绕火的冷空气流之间的密度不同将产生压力不均匀分布，从而使建筑内的空气和烟气产生流动。自然排烟是利用建筑内气体流动的上述特性，采用建筑外墙或屋面设置的可开启外窗或专用排烟口等将烟气排除。与机械排烟方式相比，自然排烟窗具有可靠性高、投资少、管理维护简便等优点。但是自然排烟方式受火灾时的建筑环境和气象条件影响较大，因此自然排烟窗在设计时需要考虑到这些因素对排烟效果的影响，防止因为设计不当导致烟气不能有效排出，甚至产生倒灌的情况。高层建筑受自然条件（如室外风速、风压、风向等）的影响较多层建筑更大，但是在采用了合适的措施消除环境风的影响后，如设置挡风设施、调整排烟窗开启方式和开启角度，仍可以采用自然排烟的方式。

3.0.2 在同一个空间内不宜同时使用自然排烟窗和机械排烟系统，主要是考虑到两种排烟方式同时使用会相互影响烟气流的组织，自然排烟口甚至有可能会在机械排烟系统动作后变成进风口而失去排烟作用。对于比较大的空间，当设置有足够高度的挡烟垂壁划分了防烟分区，且自然排烟窗和机械排烟口的距离较远的情况下，相互之间的影响有可能消除。通过试验或者计算确认两种方式同时启用不会影响到排烟效果的情况下，同一空间的不同防烟分区可分别采用自然排烟窗和机械排烟系统，但同一防烟分区不应同时使用自然排烟窗和机械排烟系统进行排烟。
本条所指的是达到标准规定最低排烟要求时的排烟方式选择。由于机械排烟系统到火灾中后期自动关闭，失去排烟功能，为能在火灾中后期继续排出烟气和热量，给消防队员创造有利的救援条件，在已设置满足标准要求的机械排烟系统的情况下，可以增设自然排烟窗。此种情况不受本条的限制，但应优先启动机械排烟系统，在机械排烟系统达到关闭条件或机械排烟系统失效时再联动启动自然排烟窗排烟。

3.0.3 相关调查显示，吸入烟气致死占火灾死亡人数的70%～75%。建筑面积大、人员密集的场所发生火灾时人员疏散需要较长时间，为了给人员疏散创造安全的条件，防止人员在疏散过程中吸入有毒烟气导致伤亡，需要尽早地开启排烟窗进行排烟，因此要求这类场所采用自动排烟窗。本条中“人员密集公共场所”的“厅、室”主要指营业厅、展览厅、多功能厅，礼堂、电影院、剧院和体育场馆的观众厅，公共娱乐场所中出入大厅、舞厅，候机（车、船）厅及医院的门诊大厅等面积较大、同一时间聚集人数较多的场所。

3.0.4 为了确保自动排烟窗在自动功能失效的情况下仍能够手动开启，要求所有自然排烟窗都设置可手动开启的装置。手动开启可以通过机械方式、电动方式或气动方式实现。设置在高处或其他人员不便到达区域的自然排烟窗，应在附近方便的位置设置手动开启装置。自动排烟窗除了具有火灾下自动联动开启的功能外，还应具有现场手动开启和消防控制室远程手动开启的功能。自动排烟窗的手动开启装置应确保任意一个防烟分区内的所有自然排烟窗均能统一集中开启。为了保证即使在断电、联动功能和自动开启功能失效的状态下仍然能够通过手动装置可靠开启排烟窗，自动排烟窗的现场应急手动开启装置应采取其他备用驱动元件或机械方式开启。

3.0.5 对于火灾危险性较大且人员数量较多的场所，为提高自动排烟窗的可靠性，建议自动排烟窗具备防自动开启失效的保护功能，即保证在火灾情况下即使主动力源、主要动力设备或消防联动信号源失效的情况下仍能自动打开并处于设计开启位置，如采用温度释放装置加CO ₂气瓶或温度释放装置加自重方式开启。

3.0.6 烟气的自然流动受较多条件的限制，为提高排烟效果，自然排烟窗应尽量分散均匀布置，并应根据空间高度与室内的火灾荷载情况尽量缩短排烟距离。

自然排烟窗的面积越大，重量就越大，开启所需的力矩大且开启时间长，导致可靠性降低且不利于人为手动开启，因此本规程对单个自然排烟窗的面积进行了限制。依靠重力开启的自然排烟天窗可以打开大面积的屋面，且重力开启方式的可靠性较高，因而对其单个自然排烟窗的面积不作限制。

3.0.7 自然排烟窗是利用火灾热烟气流的浮力将烟气排出室外，排烟口处的烟气流出速度决定了排烟效率。与设置在外墙相比，自然排烟窗设置在排烟区域顶部烟气排出速度更快且更不容易受到室外环境风的影响，因此建议有条件的情况下尽量将排烟窗设置在排烟区域顶部。但是对于冬季温度低、雪量大的地区，大的雪荷载和冰冻会导致自然排烟窗开启困难，此时宜将排烟窗设置在建筑侧墙上。

屋面上设置的自然排烟窗主要有单开式、对开式、百叶式、平移式和平推式。

单开式：由单扇窗扇构成，采用执行机构使窗扇向室外单方向旋转开启的用于排烟散热的窗，参见图1。

对开式：由双扇窗扇构成，两扇窗扇分别向不同方向相对开启的用于排烟散热的窗，参见图2。

百叶式：窗框内重叠（搭接）式布置可（旋转）活动百叶片，采用执行机构使百叶片自动翻转开启的用于排烟散热的窗，参见图3。

平移式：可以依靠窗体自身重力在呈一定角度倾斜的平面上移动开启的自然排烟窗，参见图4。

平推式：可以依靠平推铰链或顶杆将窗扇沿所在平面法线方向平行开启的自然排烟窗，参见图5。

对开式、百叶式、平移式和平推式排烟天窗的排烟效率受环境风的影响较小，而单开式排烟天窗如果开启角度不够，在某些情况下，正向风压不但影响排烟效果，甚至可能导致烟气倒灌，如图6所示。对于普通的单开式排烟天窗，当开启角度大于140°时，环境风的影响则很小。

除环境风的影响外，排烟天窗开启角度的设定，还应考虑高空坠落的隐患和高温烟气对驱动机构的影响。当排烟天窗开启角度小于90°时，排烟窗在高温烟气炙烤之下所爆裂的碎片，会从洞口位置的高空坠落，可能对地面疏散人员造成伤害；驱动机构的细长形推杆在窗体自重和高温烟气的双重作用下，可能会发生变形、弯曲、失稳，从而导致开启扇向下倒伏，导致排烟口坍塌、萎缩或重新封闭，影响排烟效果。因此，排烟天窗的开启角度建议不小于90°。

排烟窗的设计形式多种多样，除了上述的排烟窗形式外，还有其他多种开启形式的排烟窗，如图7所示的几种形式的排烟窗，其中图7（a）和图7（b）所示排烟窗的窗扇转轴在窗体中部的中悬排烟窗，图7（c）所示的排烟窗的窗扇转轴在窗体顶部的上悬排烟窗。这些特殊开启方式排烟窗的开启角度需要根据实际情况综合判断。

3.0.8 本条给出了设置在外墙上的自然排烟窗的设计要求：

1 自然排烟窗的开启方式应有利于烟气的排出，沿火灾烟气的气流方向开启将减少烟气排出时受到的阻力，提高排烟效率。对于单开式自然排烟窗，外开式下悬窗的开启方向是沿火灾烟气的排出方向，因此排烟效果要比内开式和上悬窗更好。

2 仅在建筑一侧的外墙上设置排烟窗，在大风天气下容易产生烟气倒灌的现象，而在建筑的两侧长边对称布置，可以形成对流，减小环境风的影响。受条件限制只能将排烟窗设置在建筑的一侧时，为减小环境风的影响，可以在排烟窗上增设挡风设施或者减小悬窗的开启角度。这里的悬窗指外开的上悬或下悬窗（图8）。

3.0.9 本条规定了补风系统的设置要求。根据空气流动的原理，要排出某一区域的空气，同时需要有另一部分空气进入补充。对于采用自然排烟方式的场所，如果不设置专门的补风口，部分排烟口就会成为补风口而影响排烟效果。合理的设置补风主要是为了形成理想的气流组织，有利于人员的安全疏散和消防人员的进入。

1 补风系统可以采用自然进风方式或机械送风方式，同一空间应尽量采用同一种补风方式，避免机械方式送人的空气从自然补风口流出。

2 本款规定了采用自然补风时的补风口面积要求。区域所需自然排烟窗有效面积由火灾规模和所需清晰高度决定，同时还与补风位置、补风口面积及补风风速等因素直接相关。

表1列出了对于火灾热释放速率6MW，空间净高6m的场所，按本规程公式（3.0.20）计算出来的在不同有效面积比下的排烟口和补风口有效面积。可见设置的补风口面积越大，需要的排烟口面积就越小。当补风口和排烟口有效面积比小于0.5时，补风口面积的减小会显著增加排烟口面积。综合考虑，建议自然补风口有效面积不小于所在空间最大防烟分区自然排烟窗有效排烟面积的1/2。

3 本款对机械补风的风量和风速进行了规定。区域所需排烟量由火灾规模和所需清晰高度决定，而补风量一般为排烟量的1/2，排烟量可以根据现行国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251计算得到的产烟量确定。为了防止同一空间内不同防烟分区面积相差很大时，计算出的补风量可能超过面积较小的防烟分区的排烟量，而影响排烟效果，因此对机械补风量的最大值进行了限定。

4 为了防止冷热气流相互对撞造成烟气的混流，补风口应尽量远离自然排烟窗。当补风口与自然排烟窗设置在不同防烟分区时，补风口相对自然排烟窗的竖向位置不限。同一空间内有多个防烟分区时，如果补风口的设置位置能满足所有防烟分区的要求，则补风口的大小和风量可以按最大一个防烟分区计算确定，否则需要分别设置补风口。

3.0.10 自动排烟窗主要设置在火灾危险性较高的人员密集场所，为了在发生火灾时能够尽快开启，自动排烟窗应与火灾自动报警系统联动。自动排烟窗也可以通过温度释放装置联动开启，但是温度释放装置需要达到设定温度后才能启动，启动时间难以控制，对于产烟量大而温度较低的阴燃火可能难以启动；并且由于自然排烟窗的排烟距离允许达到30m，如果火源距离自然排烟窗较远，也会影响到启动时间；此外，温度释放装置往往只服务于所在位置的自然排烟窗，无法同时打开整个防烟分区的所有排烟窗，影响初期排烟效果；目前温度释放装置联动主要是作为自动排烟窗在主动力源失效情况下的第二启动方式。由于上述原因，且国内尚缺温度释放装置联动排烟窗的研究经验和工程应用经验，因此本规程不建议自动排烟窗仅与温度释放装置联动。

3.0.11 本条规定了自然排烟窗及对应补风口的开启顺序，主要针对的是自动排烟窗。对于可以人为远程开启的手动排烟窗，消防管理人员也应该按照这个顺序启动相应的排烟窗和补风口。

3.0.12 消防监控设备对自动排烟窗的启闭状态进行显示，可以方便消防管理人员及时了解到排烟窗的运行状态，在发生故障无法开启时，及时进行处理。电源和储气罐分别是电动排烟窗和气动排烟窗的主动力源，通过对其监控，方便人员及时发现电源故障和储气罐压力不足问题。

3.0.13 自然排烟窗是重要的消防设施，需保证其运行可靠。对于电动排烟窗，供电的可靠性是保证其可靠运行的基本保证。电动排烟窗可以接入建筑的消防用电回路，或者独立设置并保证供电负荷等级不低于建筑消防用电的供电负荷等级。

3.0.14 本条文对气动排烟窗的供气系统能力提出了要求。

气动排烟窗采用集中供气系统时，储气罐应能提供系统承担的最大防烟分区设置的所有气动排烟窗连续开启不少于3次的要求。储气罐的容量大小所对应的气动排烟窗的数量应由专业厂家提出并提供必要的支持依据。一般来说，0.5m³容量的储气罐可满足100套以内气动排烟窗的需要；1.0m³容量的储气罐可满足250套以内气动排烟窗的需要；1.5m³容量的储气罐可满足350套以内气动排烟窗的需要。储气罐工作压力为0.8MPa，其出口通过电磁阀与气体管路相接，气体管路部分平常时保持无压状态。

现以1个示例说明集中供气的气动排烟窗气动控制系统的组成和设计要求。气动装置系统组成参见样图（图9）。

该项目气动排烟窗排烟开口总面积为200㎡，设计采用2.5m×1.5m对开式排烟窗54套。该系统需满足如下要求：

1 提供一个面积为2㎡空间放置空压机（与储气罐一体），可以是控制室或地下室，空间不限。

2 提供普通220V电源给空压机设备。空压机需要提供0.8MPa供气压力；储气罐容量不应小于1.5m³，满足整个系统排烟窗开启3次要求。

3 气源传输选用8mm铜管，排烟窗到控制柜的距离不应超过2000m。

4 消防控制中心提供24V报警信号给排烟窗控制板。

对于平时关闭，仅在发生火灾时一次性开启排烟的区域储气瓶供气式气动排烟窗系统，应该设置备用储气瓶组，当主储气瓶组发生故障时应能够自动切换到备用储气瓶组启动系统。

3.0.15 建筑中的自然排烟窗往往也同时作为平时自然通风窗使用。有些场所的自动排烟窗在平时作为通风窗使用时允许实现消防控制模式以外的一些功能，如日常通风换气、遇雨水自动关闭、人为干预控制等。对于这种类型的自动排烟窗，必须在火灾自动报警系统接收到报警信号时能自动实现消防控制模式，即消防优先原则。

3.0.16 本条参考了美国《排烟排热标准》NFPA204-2018，对于不同形式屋顶的建筑空间的室内计算排烟净高度如图10所示。

3.0.17 最小清晰高度是采用公式法计算空间设计有效排烟面积的重要参数，该参数决定了烟羽流质量流量。对于单层空间，保证最小清晰高度满足首层人员的安全疏散即可，如图11（a）所示。但是对于多层空间，需要满足各层人员的疏散安全，因此最小清晰高度应包括满足最上层人员安全疏散要求的清晰高度与最上层距地面的高度，如图11（b）所示。

3.0.18 自然排烟窗的排烟效果受形状、构造、安装位置、开启方式等多种因素的影响，开口大小相同的不同排烟窗，排烟效果可能不同，因此需要采用有效排烟面积来衡量排烟窗的实际排烟能力。欧洲标准《烟和热的控制系统第2部分：自然排烟排热设施规范》DINEN12101-2规定了自然排烟窗有效排烟面积的确定方法，并给出了相应的测试装置和测试方法用于测试各种自然排烟窗的烟气流动系数。本规程参照该欧洲标准在本规程附录A给出了排烟系数测试试验方法，有条件的情况下尽量通过试验测量排烟系数再计算出有效排烟面积。考虑到我国的现状，对于一些常见类型的排烟窗，可以按照现行国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251的规定，采用简化方法来计算有效排烟面积。

3.0.19 现行国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251给出了自然排烟窗设置场所的有效排烟面积确定方法，其中对于公共建筑、工业建筑中空间净高大于6m的场所，要求采用公式计算或者查表法确定。

表2~表4给出了按照国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017的规定计算得到的空间净高大于6m的场所所需自然排烟窗的有效排烟面积。表3和表4按补风口有效面积（A ₀C ₀）为排烟口有效面积（A _vC _v）的50%计算。

当采用公式法计算时，自然排烟窗的有效排烟面积受清晰高度的取值影响大，清晰高度越小，所需有效排烟面积越小。表3显示了按最小允许清晰高度计算得到的有效排烟面积，其值要显著低于国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017表4.6.3规定的有效排烟面积；并且对于一个建筑面积为2000㎡的防烟分区来说，有效排烟面积仅占防烟分区建筑面积的0.09%；此外，计算有效排烟面积随着空间净高的增加反而减小，而空间越高，排烟效率降低，应该增加排烟面积。
表4显示了清晰高度按室内净空高度的80%计算得到的有效排烟面积，其值与国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017表4.6.3的规定较为接近，且避免了过大的储烟仓对人员疏散和灭火救援产生影响。当补风口的有效面积大于有效排烟面积的50%时，计算有效排烟面积的值要略小于表2的值，而补风口面积较小时，计算有效排烟面积将大于表2的值，设计有效排烟面积应取两者的大值。

3.0.20 本条给出了自然排烟窗有效排烟面积的计算方法，该计算公式由英国防火设计规范《烟和热控制系统第5部分：排烟和排热系统功能建议和计算方法指南》CEN/TR12101-5和美国防火设计规范《排烟和排热标准》NFPA204-2012的计算公式转换而来，与国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017的公式等同，但无须采用试算的方法可以直接算得自然排烟窗的有效排烟面积。

3.0.21 当空间净高过大时，由于烟气在上升过程中温度不断下降，将可能没有足够的浮力从排烟口排出。对于自然排烟方式而言，即使降低排烟窗的设置位置，也不能有效地排出烟气，因此对于过高的空间，宜采用机械排烟的方式。当开窗面积超过设置场所地面面积的25%时，例如一些设置重力滑盖式天窗的大空间场所，由于其开窗面积很大，全部打开时营造了类似半室外的空间，因此对于这种情况可以适当放宽对设置场所高度的限制。表5给出了按国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017中的公式计算得到的储烟仓烟气层平均温度与周围空气温差等于15℃时的室内净空高度。

3 设计

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