關(guān)于建筑加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考

王榮漢

上海三益建筑設(shè)計(jì)有限公司

隨著建筑形態(tài)、高度、功能的發(fā)展多樣化，機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)作為消防系統(tǒng)中的防煙設(shè)施，廣泛應(yīng)用于各類建筑，尤其是民用建筑中?！督ㄖ阑鹪O(shè)計(jì)規(guī)范GB 50016-2006》（簡稱《建規(guī)》），《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB 50045-95（2005版）》（簡稱《高規(guī)》）對(duì)加壓送風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置部位和計(jì)算方法均有較詳盡要求。截止目前，《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50016-2014》僅明確了設(shè)置部位，未明確的部分仍參照《建規(guī)》或《高規(guī)》執(zhí)行。加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)符合規(guī)范要求的同時(shí)，遵循安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則。為此，本文探討加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中需要注意的幾點(diǎn)問題，供設(shè)計(jì)參考。

1 關(guān)于加壓送風(fēng)量的思考

不同項(xiàng)目，規(guī)范明確的計(jì)算公式中涉及的樓層數(shù)、疏散門寬度等變量各不相同，若圖省事直接按查表值確定加壓送風(fēng)量，當(dāng)計(jì)算值大于查表值時(shí)，加壓送風(fēng)量將不滿足壓差或門洞風(fēng)速的要求。

有些項(xiàng)目根據(jù)建筑平面布置，僅需對(duì)單個(gè)前室加壓送風(fēng)。例如：情況1）地下1層商業(yè)的疏散樓梯不到地下2層及以下；情況2）地上前室可自然排煙，地下前室無自然排煙條件且地下僅有1層。此時(shí)，同時(shí)開啟門的數(shù)量按n=2（系統(tǒng)服務(wù)樓層數(shù)＜20層）或n=3（20層≤系統(tǒng)服務(wù)樓層數(shù)＜32層）取值還是按n=1取值？計(jì)算值與查表值比較后偏小是否需要直接套用查表值作為最終值？由于規(guī)范對(duì)此問題沒有詳盡說明，設(shè)計(jì)人員本著“從嚴(yán)無錯(cuò)”的原則，通常是按n=2或3取值。本文認(rèn)為，可按n=1取值，并與查表值的1/2或1/3比較后取大值。理由如下：

1）規(guī)范所列查表值是基于n=2或3且同時(shí)開啟2或3個(gè)風(fēng)口計(jì)算的，即每層前室的送風(fēng)量滿足該層前室的門（n=1）開啟時(shí)門洞風(fēng)速的要求。

2）對(duì)單個(gè)前室獨(dú)立設(shè)置加壓送風(fēng)風(fēng)機(jī)，改變的只是系統(tǒng)的設(shè)置形式，不變的是防煙部位的土建條件。若不加區(qū)別一味從嚴(yán)，門洞風(fēng)速將是規(guī)范要求的2或3倍，造成風(fēng)機(jī)選型過大。當(dāng)門關(guān)閉時(shí)可漏風(fēng)的縫隙仍僅1層，泄壓或旁通風(fēng)量變大，造成余壓閥或壓差旁通管道和電動(dòng)閥門尺寸均過大，不經(jīng)濟(jì)。

3）對(duì)于同一層同一個(gè)防火分區(qū)的土建條件一致的兩個(gè)前室，若一個(gè)是前述假設(shè)的情況1或情況2，另一個(gè)上下層對(duì)應(yīng)位置都有前室且共用一套加壓送風(fēng)系統(tǒng)，從嚴(yán)將使得兩處前室的加壓送風(fēng)量不一樣：前者的送風(fēng)量比后者大，但后者前室的門在人員疏散時(shí)開啟的復(fù)雜性比前者高，送風(fēng)量相對(duì)卻小，不合理。

2 關(guān)于加壓送風(fēng)風(fēng)道和風(fēng)口的思考

《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50981-2014》規(guī)定：“排煙風(fēng)道、排煙用補(bǔ)風(fēng)風(fēng)道、加壓送風(fēng)和事故通風(fēng)風(fēng)道的選用應(yīng)符合下列規(guī)定:1）8度及8度以下地區(qū)的多層建筑，宜采用鍍鋅鋼板或鋼板制作；2）高層建筑及9度地區(qū)的建筑應(yīng)采用熱鍍鋅鋼板或鋼板制作”。從抗震角度來看，鋼板風(fēng)道優(yōu)于土建風(fēng)道。除此之外，土建風(fēng)道還因漏風(fēng)量大、井壁粗糙度的光滑平整度不可控影響水力計(jì)算的精確度、若有梁系穿越管井局部阻力也大等客觀原因，不宜作為風(fēng)道的首選材質(zhì)。因此，加壓送風(fēng)風(fēng)道建議應(yīng)采用土建豎井內(nèi)襯鋼板風(fēng)管的形式。

根據(jù)伯努利方程，加壓送風(fēng)風(fēng)口的送風(fēng)量L0計(jì)算公式可表達(dá)為[1]：

式中：ζ為風(fēng)口阻力系數(shù)，為風(fēng)管旁通阻力系數(shù)、風(fēng)口閥門阻力系數(shù)和裝飾百葉阻力系數(shù)之和；F為風(fēng)口面積；Pj為風(fēng)管旁通處靜壓；ρ為空氣密度。

作用于樓梯間的加壓送風(fēng)系統(tǒng)，假如管井內(nèi)的加壓送風(fēng)管沿程尺寸不變，隨著空氣從沿途的送風(fēng)口送出，風(fēng)管內(nèi)風(fēng)量不斷減少。由式（1）可知，等截面風(fēng)道的送風(fēng)口的風(fēng)量沿途隨靜壓增大而增大，造成送風(fēng)量的不均衡。當(dāng)樓層數(shù)和送風(fēng)口較多時(shí)，特別是達(dá)到32層且層高較大時(shí)，問題尤其突出。受風(fēng)量檢測(cè)手段、人員調(diào)試水平、風(fēng)閥調(diào)節(jié)流量特性等因素影響，僅靠調(diào)節(jié)閥并不能有效解決風(fēng)量不平衡的問題。為實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)，風(fēng)口尺寸不變時(shí)應(yīng)確保風(fēng)道上每個(gè)風(fēng)口的靜壓相等，首端風(fēng)口與末端風(fēng)口的動(dòng)壓差等于風(fēng)管全長的壓力損失。對(duì)于鍍鋅鋼板風(fēng)管等內(nèi)表面比較光滑的風(fēng)管而言，因流速下降而產(chǎn)生的靜壓復(fù)得往往大于風(fēng)管的沿程阻力損失，因此沿風(fēng)道長度方向，斷面應(yīng)向著末端方向逐漸地縮小。

作用于前室的加壓送風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)道的壓降差隨風(fēng)道總長度而變化，離風(fēng)機(jī)近的風(fēng)口開啟時(shí)送風(fēng)量大，離風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)的風(fēng)口開啟時(shí)送風(fēng)量小。當(dāng)系統(tǒng)服務(wù)樓層較多，這兩種工況下同一個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)的實(shí)際送風(fēng)量相差很多。例如，某32層高、層高3 m的住宅建筑，合用前室加壓送風(fēng)量22000 m3/h，主風(fēng)管尺寸1000 mm×400 mm，最近端和最遠(yuǎn)端風(fēng)口的風(fēng)道壓降差約370 Pa左右。若選用HL3-2A-8.5A型號(hào)的混流風(fēng)機(jī)，僅200 Pa的全壓變化將會(huì)使風(fēng)機(jī)的風(fēng)量從17000 m3/h變化到29000 m3/h，差別12000 m3/h之大。由式（1）可知，在送風(fēng)主管無法變徑的情況下，可以通過調(diào)整風(fēng)口面積實(shí)現(xiàn)近端與遠(yuǎn)端風(fēng)口送風(fēng)量的一致，等效于不同樓層風(fēng)口開啟時(shí)管路特性曲線差別不大，風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)可相對(duì)穩(wěn)定。若忽略沿程常閉閥門漏風(fēng)量對(duì)管路阻力特性的影響且風(fēng)管旁通阻力系數(shù)為定值（約2.37左右[1]），以風(fēng)機(jī)位于系統(tǒng)上部為例，i層和i+1層的風(fēng)量比為：

定義ΔP=Pji+1-Pji為i～i+1層之間的沿程阻力損失（pm為主管比模阻，H為層高），可推算出i+1層風(fēng)口的面積與i層風(fēng)口的面積比為：

當(dāng)加壓送風(fēng)量、i層風(fēng)口尺寸和相鄰樓層風(fēng)口之間的距離已知后，式（3）中 Fi、Pji和 ΔP 均為已知量，遂可計(jì)算出i+1層風(fēng)口尺寸?？梢宰钸h(yuǎn)端可開啟風(fēng)口作為基準(zhǔn)風(fēng)口逐層計(jì)算，每個(gè)風(fēng)口的風(fēng)量為加壓送風(fēng)總量的1/2或1/3。當(dāng)同時(shí)打開i和i+1層風(fēng)口時(shí)，式（3）中的ΔP為i+2～i層的阻力損失與i+2～i+1層的阻力損失之差；同時(shí)打開i、i+1和i+2層風(fēng)口時(shí)，式（3）中的ΔP為i+3～i層的阻力損失與i+3～i+1層的阻力損失之差。前述例子中，當(dāng)送風(fēng)口百葉有效面積70%，出風(fēng)口面風(fēng)速5 m/s時(shí)，最遠(yuǎn)端風(fēng)口風(fēng)管內(nèi)靜壓約為136 Pa，最近端風(fēng)口面積約是最遠(yuǎn)端的54%。

3 關(guān)于防煙部位正壓控制方式的思考

在加壓送風(fēng)主管上設(shè)置一個(gè)受安裝在防煙部位的壓差傳感器控制的電動(dòng)旁通泄壓閥門，來實(shí)現(xiàn)防煙部位正壓控制，適用于只對(duì)一部樓梯進(jìn)行加壓送風(fēng)，或前室進(jìn)行加壓送風(fēng)且著火時(shí)只開1層加壓送風(fēng)風(fēng)口的情況。對(duì)于地上地下樓梯間合用加壓送風(fēng)系統(tǒng)、剪刀樓梯間合用加壓送風(fēng)系統(tǒng)、以及著火時(shí)同時(shí)打開2層或3層前室加壓送風(fēng)口的系統(tǒng)，則不適用。例如，當(dāng)?shù)?層合用前室防火門開啟而第3層合用前室防火門關(guān)閉時(shí)，為確保第2層合用前室的門洞風(fēng)速，需要第2層的壓差傳感器控制電動(dòng)旁通泄壓閥門往關(guān)閉的行程動(dòng)作，而第3層合用前室因門未開啟會(huì)出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，需要第3層的壓差傳感器控制電動(dòng)旁通泄壓閥門往打開的行程動(dòng)作，而電動(dòng)旁通泄壓閥門同時(shí)只能根據(jù)一個(gè)信號(hào)來動(dòng)作，滿足第2層要求的同時(shí)將不能滿足第3層的要求，反之亦然，正壓控制系統(tǒng)因顧此失彼而控制失效。不過，將此方式稍加改進(jìn)，可擴(kuò)展其適用范圍。如圖1所示，改進(jìn)后的方式增加了加壓送風(fēng)支管和設(shè)置在支管旁通管上的電動(dòng)旁通泄壓閥門。

圖1 正壓控制原理圖

該方式應(yīng)用于加壓送風(fēng)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)＜20層的前室時(shí)，設(shè)置2個(gè)加壓送風(fēng)支管，2i層和2i+1層前室的加壓送風(fēng)風(fēng)口分別開設(shè)在加壓送風(fēng)支管1和2上，2i層和2i+1層前室各設(shè)一組壓差傳感器。i為整數(shù)。任一支管上同時(shí)只會(huì)有一個(gè)風(fēng)口開啟。如圖2所示。

該方式應(yīng)用于地上地下樓梯間合用加壓送風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，設(shè)置2個(gè)加壓送風(fēng)支管，地上地下樓梯間的加壓送風(fēng)風(fēng)口分別開設(shè)在加壓送風(fēng)支管1和2上，地上地下樓梯間各一個(gè)壓差傳感器。如圖2所示。

圖2 應(yīng)用于＜20層的前室和地上地下樓梯間的系統(tǒng)圖

該方式應(yīng)用于加壓送風(fēng)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)20～32層的前室時(shí)，設(shè)置3個(gè)加壓送風(fēng)支管，3i層、3i+1層和3i+2層前室的加壓送風(fēng)風(fēng)口分別開設(shè)在加壓送風(fēng)支管1、2和3上，3i層、3i+1層和3i+2層前室各設(shè)一組壓差傳感器。i為整數(shù)。任一支管上同時(shí)只會(huì)有一個(gè)風(fēng)口開啟。如圖3所示。

圖3 應(yīng)用于20～32層前室的系統(tǒng)圖

該方式應(yīng)用于剪刀樓梯間合用加壓送風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，設(shè)置2個(gè)加壓送風(fēng)支管，其中一部樓梯間的加壓送風(fēng)風(fēng)口開設(shè)在加壓送風(fēng)支管1上，另一部樓梯間的加壓送風(fēng)風(fēng)口開設(shè)在加壓送風(fēng)支管2上，剪刀樓梯的每部樓梯各設(shè)一個(gè)壓差傳感器。如圖4所示。

圖4 應(yīng)用于剪刀樓梯間的系統(tǒng)圖

改進(jìn)后的控制過程是，當(dāng)任一防煙部位超壓時(shí)，位于該防煙部位的壓差傳感器控制對(duì)應(yīng)該防煙部位的加壓送風(fēng)支管旁通管上的電動(dòng)旁通泄壓閥門開啟，泄除多余的風(fēng)量。當(dāng)該防煙部位失壓時(shí)，壓差傳感器控制電動(dòng)旁通泄壓閥門關(guān)閉，確保門洞風(fēng)速達(dá)標(biāo)，阻擋煙氣侵入。每個(gè)正壓送風(fēng)支管管徑和其旁通管管徑的計(jì)算，對(duì)應(yīng)的風(fēng)量是該支管負(fù)擔(dān)的防煙部位的門開啟和關(guān)閉時(shí)的不同風(fēng)量。在設(shè)計(jì)工況下，總管路特性曲線界于防煙部位門均關(guān)閉且所有支管上的電動(dòng)旁通泄壓閥門全開與防煙部位門同時(shí)開啟且所有支管上的電動(dòng)旁通泄壓閥門全關(guān)之間。這種方式既能獨(dú)立控制防煙部位的正壓，又可節(jié)省風(fēng)機(jī)等設(shè)備投資，同時(shí)解決了余壓閥不適用情況下的正壓控制問題。

4 結(jié)論

1）風(fēng)量的確定需合理有據(jù)，不可因規(guī)范未明確而咬文嚼字一味從嚴(yán)，“嚴(yán)格”不代表“正確”。

2）樓梯間加壓送風(fēng)風(fēng)管沿程改變管徑有利均勻送風(fēng)，前室加壓送風(fēng)口沿程改變風(fēng)口面積有利于不同樓層前室加壓送風(fēng)風(fēng)量的一致和風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況的穩(wěn)定。

3）采用每個(gè)防煙部位獨(dú)立設(shè)置加壓送風(fēng)支管和電動(dòng)旁通泄壓閥門的方式，可以滿足合用加壓送風(fēng)系統(tǒng)、獨(dú)立控制正壓的要求。