加壓送風系統旁通泄壓的設置方法探討

鐘學陽

（成都基準方中建筑設計有限公司 成都 610011）

0 引言

加壓送風系統是在火災時確保疏散路線暢通不可或缺的重要措施。通過向防煙樓梯間、合用前室等區域送入空氣，使這些區域內部的壓力大于非防煙區域，從而防止煙氣侵入，保障人員在火災時能安全疏散。加壓送風系統是否安全可靠，不僅有風量要求，還需要有合理的壓力控制措施，以免壓力過大導致疏散門開啟困難或者無法開啟，影響人員疏散。

工程中常用的加壓送風防止超壓的措施有兩種：一種是在防煙區域和非防煙區域隔墻上設置帶防火功能的余壓閥，當防煙區域室內壓力超過設定值，余壓閥自動開啟泄壓。另一種是在加壓送風管上設置帶電動風閥的旁通管，并將電動風閥與防煙區域設置壓力（差）傳感器信號聯動控制，當防煙區域壓力超過設定值，開啟電動風閥泄壓。民用建筑中，由于建筑裝修效果有一定要求，采用余壓閥的情況較少，多數加壓送風系統采用旁通泄壓的方式。

在設計加壓送風系統時，旁通泄壓管的尺寸按多大設計才能確保系統有效達到防超壓的目的？相關規范、標準、文獻中均只提到了旁通泄壓的設置方式和控制原理，但對泄壓管尺寸如何選取卻沒有指導性原則。為此，筆者將加壓送風旁通泄壓設置方法進行了分析與總結。

1 加壓送風系統旁通泄壓控制邏輯

工程中常用的加壓送風系統控制邏輯如圖1所示。

圖1 加壓送風系統控制原理圖Fig.1 Control principle diagram of positive pressure air supply system

當檢測到火災信號，加壓送風機、加壓風口開啟，維持設計工況下防煙區域的正壓，當內室壓力探頭檢測到壓力超過設定值，聯動開啟旁通管上的泄壓閥，減少送入風量，當室內壓力低于設定下限后關閉泄壓旁通閥，提升室內壓力。在此控制邏輯下，為保證防煙區域的壓力不超過最大允許壓力，泄壓閥全開時，應能在任何工況下均能排出足夠多的風量，使送入風量不超過需求量。這就要求旁通管尺寸設置合理。

2 旁通泄壓設計

以實際工程為例，分析旁通泄壓的設計流程。某高層建筑，建筑高度53.55m，地上17 層，地下室1 層，防煙樓梯間及合用前室分別設置加壓送風系統，加壓送風系統設置情況如圖2所示。

圖2 加壓送風系統設置示意Fig.2 Setting of positive pressure air supply system

2.1 加壓送風系統風量計算

加壓送風系統風量計算結果如表1所示。

表1 加壓送風系統風量計算結果Table 1 Calculation results of air volume of pressurized air supply system

如表1所示，按《建筑防煙排煙技術標準》GB 51251-2017（以下簡稱《標準》）中規定的查表法和公式法分別確定計算加壓送風量，取大值，防煙樓梯間加壓送風計算風量為21084m3/h，合用前室加壓送風計算風量為26149m3/h。

2.2 防超壓計算

《標準》中規定了加壓送風系統計算風量的設計工況，設計工況下防煙區域的疏散門為開啟狀態，開啟個數根據建筑高度和區域確定。當疏散門為關閉狀態時（以下稱為閉門工況），送入風量無法從門洞泄出，防煙區域壓力升高，當壓力超過疏散門兩側允許的最大壓差，風壓在疏散門處形成的力矩將大于人的平均推力110N，此時疏散門難以打開，影響人員的安全疏散。加壓送風系統防超壓措施的控制目標即是使室內壓力不超過且不低于設計壓力的下限值。

式（1）、（2）中：F為門的總推力，人的平均推力取110N；Fdc為門把手處克服閉門器所需的力，N；mW為單扇門的寬度，m；dm為門的把手到門閂的距離，m；mA為門的面積，m2；M為閉門器的開啟力矩，N·m。

防火門閉門器規格參考《標準》第3.4.9 條條文解釋表1 選取。該項目尺寸為1.03m×2.2m 的單扇門配備的閉門器的開門力矩按45N·m，尺寸為1.2m×2.2m 的子母門配備的閉門器的開門力矩按45N·m。

經計算前室：Fdc=53.57N，Δpmax=51.25Pa

樓梯間：Fdc=46.4N，Δpmax=52.8Pa

該項目前室最大允許壓力為51.25Pa，樓梯間最大允許壓力為52.8Pa。

2.3 閉門工況最大允許送風量計算

防煙區域的壓力受疏散門啟閉狀態影響，不同狀態的旁通泄壓風量也不同。旁通管徑按最大旁通風量選取，以保證任何工況下均不會出現超壓的情況。閉門工況下最大允許送入風量計算如下。

（1）樓梯間、合用前室通過疏散門縫、電梯門縫泄出風量Ly計算：

式中，A為門縫隙的計算漏風總有效面積，m2，門縫寬度取0.004m；Δp為防煙區域與走道之間門兩側的壓差值，樓梯間取52.8Pa，合用前室取51.25Pa；b為指數，取2；0.827 為計算常數；1.25為不嚴密附加系數。

經計算， 樓梯間疏散門縫泄出風量Ly1=11511m3/h。

合用前室疏散門及電梯門泄出風量Ly2=8216m3/h。

（2）泄壓閥開啟時，未開啟的常閉送風口的漏風量計算

式中，0.083 為閥門單位面積的漏風量；Af為單個送風閥門的面積。

經計算，L3=2052m3/h 。

（3）最大允許送入風量：

樓梯間最大允許送入風量為Ly1=11511m3/h，合用前室為Ly1+L3=10268m3/h 。

2.4 旁通泄壓管徑計算

以該項目合用前室加壓送風系統為例，設計管道尺寸及管長如圖3所示。

圖3 加壓送風管道示意Fig.3 Air duct setting of positive pressure air supply system

2.4.1 管道阻力計算

設計工況加壓送風系統風管水力計算結果如表2所示。

表2 設計工況加壓送風系統風管水力計算Table 2 Hydraulic calculation of air duct in positive pressure air supply system under design condition

2.4.2 泄壓風量的確定

從水力計算結果可知，設計工況下系統風量為26149m3/h，管道總阻力為615.4Pa。按《標準》的規定，考慮管道漏風和風機本身風量偏差的因素，加壓風機的風量不應小于設計風量的1.2 倍，即風機工作點風量不低于31376m3/h，選用1 臺SZF-F-8型軸流風機作為前室的加壓送風機，風機額定參數以及扣除管道漏風附加的參數如表3所示。

表3 風機性能參數Table 3 Performance parameters of the fan

根據扣除漏風附加后實際送入管網的風量及風機全壓繪制出風機特性曲線，計算出不同風量下的管道阻力，繪制出設計工況和旁通閥開啟時（以下稱泄壓工況）的管網特性曲線，可得到管網中風機的工作點，如圖4所示。由圖4 可知，當泄壓閥開啟后，管網阻抗降低，特性曲線變得更為平緩，風機實際風量將會超過設計風量，此時風機工作點風量變為31700m3/h，允許送入前室的最大風量不變，為10268m3/h，故需泄出風量為21432m3/h。

圖4 風機及管網特性曲線Fig.4 Characteristic curve of fan and air duct network

2.4.3 管道阻力分析

旁通管和A 點至合用前室（以下簡稱送入段）為并聯關系，因并聯管路的阻力相等，計算出送入段管道阻力，便可以確定旁通管在設計風量下的尺寸。合用前室加壓送風系統多葉風口為常閉狀態，風口開啟位置的不同導致管道阻力不同，頂層著火時管道阻力最小，底層著火時管道阻力最大。當送入段風管的阻力最小時，旁通管需要的管道尺寸最大。故按頂層著火的情況計算出管道阻力，計算結果如表4所示。

表4 泄壓工況加壓送風系統風管水力計算Table 4 Hydraulic calculation of air duct in positive pressure air supply system under pressure relief condition

2.4.4 泄壓旁通管徑計算

旁通管接管示意如圖5所示。

圖5 旁通管接管示意Fig.5 Schematic diagram of the bypass duct

采用試算的方式，計算管道阻力，并選取旁通尺寸，計算結果如表5所示。

表5 接管形式1 水力計算Table 5 Hydraulic calculation of form 1

本文所列舉的加壓送風系統案例僅為特定工況、特定接管方式下的一種情況，雖不能涵蓋所有工況，但旁通管管徑的計算原則大同小異，通過前文的計算可知，旁通管尺寸受管道阻抗以及系統風量影響，送入段阻抗越小，旁通管的尺寸將會越大，風機選型放大系數越大，旁通管的尺寸越大。

如表5所示，當旁通管尺寸為800mm×800mm時，阻力為127.2Pa，與送入段的阻力120.9Pa 的不平衡率小于15%，阻力平衡，可視為泄出風量滿足設計要求。

3 結論

防煙區域超壓問題在實際工程中并不凸顯，并不是因為加壓送風系統超壓現象只在特殊情況下才會發生，主要原因是防煙區域的密閉性在實際工程中通常無法保障。從理論計算可以看出，當防煙區域密閉性可以保障時，加壓送風系統超壓的情況并非特殊情況，而是必然存在的，加壓送風系統的泄壓措施重要性不言而喻。

旁通管的尺寸受到防煙區域建筑布局、加壓送風管道設置情況、風機選型等因素的影響。當條件設置不同時，所需要的旁通泄壓管的尺寸則會不同，在現有控制邏輯下，不通過計算而直接按主管尺寸的一定比例或者同主管尺寸來確定旁通管尺寸的方法是不合理的，無法確保旁通管能滿足泄壓要求。

確定旁通管尺寸的計算步驟總結如下：

（a）計算設計工況下的加壓送風量；（b）確定設計工況下的風管布置及尺寸；（c）計算設計工況下最不利環路的管道阻力；（d）確定風機型號；（e）計算防煙區域最大允許壓力；（f）計算閉門工況最大允許送風量；（g）計算閉門工況送入段管道阻力；（h）計算閉門工況下不同風量下的阻力繪制管網特性曲線；（i）根據風機參數繪制風機特性曲線；（j）確定泄壓閥開啟時的風機工作點；（k）確定送入管網的實際風量計算出泄壓風量；（l）采用試算法計算出使旁通管與送入段阻力平衡的管道尺寸。

旁通管尺寸的計算步驟過于繁瑣，在工程設計中如每個系統都通過計算確定，將耗費太多時間和精力。國家標準圖集20K607（P28～30）《防排煙及暖通防火設計審查與安裝》中提出了旁通泄壓和余壓閥泄壓之外的另一種壓力控制措施，在取風主管上設置電動調節閥與壓力探頭聯動，通過閥門來調節送入風量，從而實現對防煙區域壓力的控制。此種控制邏輯簡單明了，從理論上來說可以達到與旁通泄壓及余壓閥同樣的壓力控制效果，且不會有繁瑣的計算過程。但此種方式也有不足之處，因電動風閥的故障率相對較高，在主管設置電動風閥，導致系統的可靠性降低，當電動風閥出現故障時，將不能保證設計工況下的加壓送風量，有一定的安全隱患。筆者認為，雖然此方式目前還未在工程設計中大量使用，實際效果還有待工程實例的檢驗，但隨著技術的進步，電動風閥的可靠性進一步提升，可以預想此種方案將成為一種較理想的壓力控制措施。