《民用建筑设计统一标准》GB50352-2019第6.16.4
一、 平屋面
低风险区: 0.6m的普遍要求: 是应对积雪深度(防止被雪掩埋)、雨水倒灌(最小高度屏障)、以及基础扩散高度(脱离近屋面低速区)的最低安全基准。
原条文:“自然排放的烟道和排风道宜伸出屋面,同时应避开门窗和进风口。伸出高度应有利于烟气扩散,并应根据屋面形式、排出口周围遮挡物的高度、距离和积雪深度确定,规定伸出平屋面的高度不得小于0.6m; ”
如下图1 所示:
平屋面上方存在空气动力学边界层(约0.3~0.5m厚),该区域内气流湍动剧烈、速度低。0.6m高度 可使排放口脱离此低速紊流区,进入风速稳定的自由气流区,确保烟气有效抬升扩散。除此之外这个0.6m高度还考虑到防积雪覆盖以及阻隔暴雨时屋面溅水的高度要求;
二、坡屋面
屋脊负压区是坡屋面排放设计的主要挑战,其影响范围主要集中在屋脊附近(d<3.0m区域); 距离屋脊的投影距离 (d) 直接决定了排放口受屋脊负压影响的风险程度,真对不同风险程度,通过排气烟道或者风道 伸出高度要求的变化,进行针对性的解决问题。
1、 高风险区 (d<1.5m):强制跨越负压区(高出屋脊0.6m)
原条文:“ 当烟道或排风道中心线距屋脊的水平面投影距离小于1.5m时, 应高出屋脊 0.6m; ”
如下图示2
原因: 这个区域非常靠近屋脊。屋脊是坡屋面的最高点,也是气流分离和加速的地方。当风吹过屋脊时,会在屋脊的背风面(下风向)形成一个显著的负压区(低压涡流区)。
风险: 如果烟道出口低于或仅仅平齐于屋脊,它很容易被这个强大的负压区捕获。排放出的烟气不仅无法有效向上扩散,反而会被吸向屋面甚至倒灌回管道内。
解决: 强制要求烟道出口高出屋脊0.6米。这个高度旨在让排放口完全脱离紧邻屋脊背风面的强负压涡流区,确保烟气有足够的高度在相对稳定的气流中向上扩散,避免被吸入负压区。
2、 中风险区 (1.5m≤d≤3.0m):要求脱离负压影响(高于屋脊),同时保证基本安全高度≥0.6m
原条文:“当烟道或排风道中心线距屋脊的水平面投影距离为1.5m~3.0m时,应高于屋脊,且 伸出屋面 高度不得小于0.6m; ”
如下图示3:
原因: 这个位置稍微远离了屋脊的直接负压影响区,但仍在屋脊气流扰动的显著影响范围内。负压区的强度和范围虽然比紧邻屋脊处小,但仍然存在并可能影响排放。
风险: 如果烟道出口低于屋脊高度,虽然风险比d<1.5m小,但仍有可能受到残留负压或湍流的影响,导致扩散效果不佳或轻微倒灌风险。
解决: 要求出口高于屋脊,确保其处于相对更稳定的气流层(通常做法为高于屋脊线,必要时咨询设计)。同时,为了满足基本的安全扩散需求和考虑积雪因素,伸出屋面高度不得小于0.6m(这个0.6m是从屋面算起,不是从屋脊算起)。这是一个平衡点,既保证脱离负压影响,又不至于要求过高。
原因: 这个位置已经足够远离屋脊,屋脊产生的强负压涡流区的影响变得很弱甚至消失,主要的流场是沿着屋面斜坡流动。
风险: 主要风险不再是屋脊负压,而是排放口不能太低,否则可能被屋面本身的边界层气流或邻近的障碍物(如女儿墙、其他设备)阻挡,影响扩散。另外,如果太低,大风天迎风面的正压也可能将烟气压回管道。
解决:
(1)允许低于屋脊: 因为负压风险大大降低,从建筑美观和结构合理性考虑,允许出口低于屋脊高度。
(2)伸出高度≥0.6m: 保证基本的最小高度,满足积雪深度覆盖、防止雨水倒灌、以及基础扩散高度的要求。
(3)夹角≤10°限制: 这是核心要求!顶部与屋脊的连线同水平线之间的夹角不应大于10°, 通过几何约束限制烟道顶部与屋脊的 相对高差,确保排放口脱离湍流区 :
◆ 即使出口低于屋脊,它与屋脊之间的相对高差不会太大(水平距离越远,允许的低得越多)。
◆ 出口位置仍然显著高于其自身所在的屋面位置(因为伸出高度≥0.6m保证了这一点),能有效脱离屋面边界层。
◆ 出口不会陷入到靠近屋面、气流不畅的低洼区。10°的坡度线定义了一个“安全区”,在这个区域内,出口位置相对较高,气流相对顺畅,有利于烟气抬升扩散。
三、总结:
《民用建筑设计统一标准》GB50352-2019第6.16.4条 ,根据不同距离d设定不同的高度要求,并非随意规定,而是基于流体力学原理和工程实践经验,旨在最有效地平衡安全排放效果和建筑结构可行性/美观性。 其核心目标: 保证排放口处于正压区或相对稳定的气流区,避免处于负压区或强湍流区,以实现有效扩散,防止倒灌。
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