地下室車庫誘導通風系統防排煙風機選型方法探討

張曉磊

上海復地產業發展集團有限公司

隨著社會與經濟的發展，新建商業，酒店，辦公以及居民住宅等民用建筑建設需求不斷增加以及老舊建筑的改造量也逐年上升。同時私家車保有量逐年快速增長，目前從國家規范到地方標準都對于新建及改建項目的車位數提出了具體要求，同時由于地上空間的較高商業價值和報規的計容指標，因此將車庫建設在地下室已作為大中型城市民用建筑各項目設置車庫主要場所[1]。由于地下室車庫位置的原因，自然通風通常無法滿足有害物濃度處于有害濃度之下，同時地下室車庫火災后煙霧風險較難自然排出的區域，根據消防相關規范需設置防排煙措施，因此地下室車庫通風的機械通風與防排煙設計成為地下室車庫暖通設計主要工作之一[2]。

1 地下室通風系統通風量與防排煙系統排煙量設計計算方法

1.1 地下室車庫通風量與排煙量的計算依據

地下室車庫的通風設計計算主要有兩種方法確定換氣次數法與稀釋濃度法計算，根據 《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》[3]（以下簡稱民規）要求，全部或部分為雙層或多層汽車庫排風量應根據稀釋濃度法，單層車庫宜采用稀釋濃度法，計算資料不足時可采用換氣次數法。

地下室汽車庫的排煙系統的防排煙計算理論上需按照 《GB51251-2017 建筑防煙排煙系統技術標準》[4]（以下簡稱建規）進行計算，由于其計算以及參數選取 較為復雜，在一般的工程設計項目中，一般采用表格選取，參照 《GB50067-2014 汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》[5]（以下簡稱汽規）表格中選取。

1.2 誘導通風系統的風機水力性能特性

誘導式通風系統利用射流的誘導作用，誘導風機噴嘴射出的氣流可認為是等溫自由圓射流，在慣性力作用下，射流保持流動放向向前流動，由于射流邊界與周圍介質間的紊流動量交換，周圍空氣持續被卷入，射流直徑不斷擴大，流量沿著射流方向不斷增加，而射流面的速度場從射流中心開始逐漸向邊界衰減，并沿著射程不斷減小，理想條件下，理論上射流寬度和流量增至無限大，速度衰減值無限小，實際應用中因為阻擋物和環境因素條件下，為了保證射流一定的速度，需要另一只誘導風機進行接力，從而保證持續的一定速度持續流動的速度場，從而達到通風換氣作用的通風換氣系統，稱之為誘導通風系統。

2 地下汽車庫機械排風與機械排煙系統系統設置

由于地下車庫因為地上建筑的功能、設計形體、設計規范、地下層數、經濟性等原因形態、大小、布局各不相同，因此如何系統性的分析不同種類（單雙層）、面積、層高、地下室車庫的通風與防排煙特點對于科學合理的設計地下室車庫的通風與防排煙系統以及控制措施至關重要。

2.1 單層汽車庫機械排風與機械排煙系統系統設置討論

為了簡化分析單元，同時結合一般地下車庫的常規做法，以便對于大部分典型的汽車庫進行分析，常規單層車庫的層高為 3～5 m 區間根據 《汽規》，為了簡化模型選取4 m 作為典型層高，超過 1000 m2地下室車庫需設置排煙措施，根據 《建規》 設置噴淋系統的地下室車庫的防火分區不超過4000 m2，除去柱子以及必要的設備用房以及疏散通道，同時根據 《汽規》，單個防煙分區的建筑面積不大于2000 m2（本文重點討論全國規范下的汽車庫設計方案，因上海無此項要求，不在本文討論范圍內），根據以上設定，重點討論防火分區建筑面積在 1600～4000 m2范圍的集幾種典型的地下室車庫面積段的防排煙設計系統配置方式，根據規范計算車庫排風量，排煙量。

由表 1 中數據，單層車庫中，一般按照換氣次數法計算的排風量大于稀釋法計算風量，根據一般工程上的設計方法，取大值作為其排風量計算依據。

表1 單層汽車庫典型地下室模型排風量與排煙量計算表

對于 2000 m2以及以下需要設置機械排煙的車庫，因為一般可劃分為一個防火分區，在工程設計上通常采用一臺風機作為排風兼排煙風機作為汽車庫的排煙排風系統。對于小于2000 m2的汽車庫常規層高的車庫，當排風量大于排煙量的時，取排風量的加上放大 10%風量作為排風兼排煙系統風機的選型風量。當排煙量大于排風量時，取排煙量加上放大 10%風量作為排風兼排煙系統風機的選型風量。

對于2000～4000 m2的汽車庫，根據防煙分區的劃分要求，必須劃分兩個防煙分區，每個防煙分區分布設置排煙系統。排風系統一般有兩種方案，第一種是采用與排煙系統風機合用系統，并按防煙分區設置，第二種是排煙系統根據防煙分區設置，每個防煙分區一臺排煙風機，排風風機單獨設置或者跟其中一個防煙分區的排煙風機合并設置。風機風量選擇按照排煙量與排風量的大值選取，壓頭根據典型防煙分區一般 80 m 的風管長度選型為600 Pa，綜合以上分析對于典型模型的汽車庫排煙與排風系統設置列表如表2：

表2 單層汽車庫典型地下室模型系統設置表

2.2 雙層機械汽車庫的機械排風與機械排煙系統系統設置討論

常規機械車庫的層高為 3～5 m 區間根據 《汽規》，為了簡化模型選取 5 m 作為典型層高，超過 1000 m2地下室車庫需設置排煙措施，根據 《建規》 設置噴淋系統的地下室車庫的防火分區不超過2600 m2，除去柱子以及必要的設備用房以及疏散通道，同時根據 《汽規》，單個防煙分區的建筑面積不大于2000 m2，根據以上設定，考慮到防火分區經濟性考慮，重點討論防火分區建筑面積在 1400～2600 m2范圍的集幾種典型的地下室車庫面積段的防排煙設計系統配置方式，根據規范計算車庫排風量，排煙量（表3、4）。

表3 雙層機械汽車庫典型地下室模型排風量與排煙量計算表

表4 雙層機械汽車庫典型地下室模型系統設置表

根據以上討論結果，無論哪種方式合用，當排風與排煙合用風機合用時候，當風量相近時，取風量大值為選型風量，又因為平時風機需要考慮運行節能的要求，通常采用變頻或雙速風機。因此其排煙工況必須為高速檔或50 Hz 運行時，系統設計選型風機的高檔風速條件下根據風管的阻力計算來選取風機壓頭。排風工況根據二氧化碳或者固定工況節能運行。常規系統中，高風量對于高壓頭，低風量對于低壓頭，風機的性能曲線與風管阻力曲線是相對匹配的。由于誘導通風系統不同于常規系統，其系統特性排風工況系統阻力低，排煙工況阻力高，如果按照常規系統進行風機選型，風機參數為了保證需求以及規范要求，風機參數往往大于其實際需要，風機選型功率往往較大，相應的配電系統投資增加，風機不在最佳效率下運行，系統初投資以及運行均不經濟。

3 地下室車庫誘導通風系統與防排煙系統合用風機選型方法探討

在誘導系統里，如采用排煙風機獨立設置，可根據排煙風管計算排煙專用風機的風量與壓頭。平時排風風機根據系統時間長度進行選型。對于一個典型 4000 m2防火分區的單層地下室車庫進行分析，其防排煙系統設計中對于風機的選型設計通常按防煙分區設置，50 m×80 m 地下室，有效面積3600 m2（去除機房、樓梯間、管井、柱子面積），根據換氣次數計算總通風換氣量為：64800 m3/h，分成兩個防煙分區，那么機房可采用以下方案：

1）一臺排煙風機，風機設備選型 33000 m3/h，風機全壓 ：750～800 Pa。一臺排風風機，設備選型 72000 m3/h，風機全壓：300～350 Pa。

2）一臺排煙風機，風機設備選型 33000 m3/h，風機全壓 ：750～800 Pa。兩臺排風風機，設備選型 36000 m3/h，風機全壓：300～350 Pa。

3）兩臺排風兼用排煙風機，排風工況：設備選型 36000 m3/h 風機全壓：300～350 Pa。風機設備選型 33000 m3/h，風機全壓：750～800 Pa。

4）一臺排風兼用排煙風機，排風工況：設備選型 72000 m3/h 風機全壓：300～350 Pa。風機設備選型 33000 m3/h，風機全壓：750～800 Pa。

基于上一節分析，針對誘導通風系統的系統特點，對風機選型做進一步探討，上述方案沒有將排煙風機與排風風機合用，因此設備以及機房設置存在一定的浪費和不經濟。在誘導通風的系統設計里，采用排煙風機與排風風機合用已經成為一種優選設計，那么在排煙與排風系統中合用風機的設計需要考慮上一節討論的問題，即誘導通風系統中如何保證系統合用風機設備選型設計滿足消防排煙要求（高壓頭低風量）又能滿足平時排風的要求（低壓頭高風量）。下面針對方案3（兩臺風機方案）、方案4（一臺風機方案）討論排風兼用排煙風機的選型方法。

3.1 兩臺風機方案

排風設備選型 36000 m3/h，排風工況：風機全壓 300～350 Pa，首先根據排風風機技術參數，利用億利達風機選型工具軟件進行風機選型，選型風機性能曲線如圖1、2 所示。

圖1 兩臺風機方案風機1 排風工況選型性能曲線

圖2 兩臺風機方案風機2 排風工況選型性能曲線

風機選型具體結果詳見表3：

表3 兩臺風機方案風機選型具體結果

在排風風機技術參數進行風機選型性能曲線上進行排煙工況校核，排煙工況技術參數為風機風量 33000 m3/h，風機全壓750～800 Pa。兩臺風機排煙工況校核選型性能曲線如圖3、4 所示。

圖3 兩臺風機方案風機1 排煙工況校核選型性能曲線

圖4 兩臺風機方案風機2 排煙工況校核選型性能曲線

校核風機選型具體結果詳見表4：

表4 兩臺風機方案校核風機選型具體結果

兩臺風機的方案中，因為風量較為接近，選取兩種風機葉輪尺寸進行對比選型，綜合風機效率以及轉速差異，風機1 更為合理，平時排風工況效率較高，采用雙速設計，排風低轉速運行，排煙高轉速運行。

3.2 一臺風機方案

排風設備選型 72000 m3/h，排風工況：風機全壓 300～350 Pa，排煙工況風機全壓750～800 Pa。

首先根據排風風機技術參數進行風機選型，選型風機性能曲線如圖5、6 所示：

圖5 一臺風機方案風機排風選型性能曲線

圖6 一臺風機方案風機排煙工況校核選型性能曲線

一臺風機方案風機排風工況與排風工況選型表如表5 所示：

表5 一臺風機方案風機排風工況與排煙工況選型表

單臺風機的方案中，風機數量減小，經濟性最好的，單因風量較大，風機選擇有限，且平時工況效率較低，一般選用最大葉輪尺寸選型校核，兼顧平時排風工況效率，采用雙速設計，排風低轉速運行，排煙高轉速運行。

4 建議與結論

1）誘導通風在地下室車庫的通風系統中，對于節約空間，增加品質具有明顯優勢。

2）近年來隨著地下室車庫誘導通風系統的普及，對于風機合用設備選型的問題一直被忽視，經常出現設備高壓頭，高風量運行，出現能源浪費情況，并且在設計領域沒有專門的討論分析，本文中基于誘導通風系統與常規系統，并基于規范以及，末端阻力特點對誘導通風系統中的風機合用進行了選型探討并提供了選型方法的介紹。