關于建筑加壓送風系統(tǒng)設計的幾點思考

王榮漢

上海三益建筑設計有限公司

隨著建筑形態(tài)、高度、功能的發(fā)展多樣化，機械加壓送風系統(tǒng)作為消防系統(tǒng)中的防煙設施，廣泛應用于各類建筑，尤其是民用建筑中?！督ㄖ阑鹪O計規(guī)范GB 50016-2006》（簡稱《建規(guī)》），《高層民用建筑設計防火規(guī)范GB 50045-95（2005版）》（簡稱《高規(guī)》）對加壓送風系統(tǒng)的設置部位和計算方法均有較詳盡要求。截止目前，《建筑防火設計規(guī)范GB 50016-2014》僅明確了設置部位，未明確的部分仍參照《建規(guī)》或《高規(guī)》執(zhí)行。加壓送風系統(tǒng)設計應當符合規(guī)范要求的同時，遵循安全適用、技術先進、經(jīng)濟合理的原則。為此，本文探討加壓送風系統(tǒng)設計過程中需要注意的幾點問題，供設計參考。

1 關于加壓送風量的思考

不同項目，規(guī)范明確的計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量，當計算值大于查表值時，加壓送風量將不滿足壓差或門洞風速的要求。

有些項目根據(jù)建筑平面布置，僅需對單個前室加壓送風。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，同時開啟門的數(shù)量按n=2（系統(tǒng)服務樓層數(shù)＜20層）或n=3（20層≤系統(tǒng)服務樓層數(shù)＜32層）取值還是按n=1取值？計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)范對此問題沒有詳盡說明，設計人員本著“從嚴無錯”的原則，通常是按n=2或3取值。本文認為，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且同時開啟2或3個風口計算的，即每層前室的送風量滿足該層前室的門（n=1）開啟時門洞風速的要求。

2）對單個前室獨立設置加壓送風風機，改變的只是系統(tǒng)的設置形式，不變的是防煙部位的土建條件。若不加區(qū)別一味從嚴，門洞風速將是規(guī)范要求的2或3倍，造成風機選型過大。當門關閉時可漏風的縫隙仍僅1層，泄壓或旁通風量變大，造成余壓閥或壓差旁通管道和電動閥門尺寸均過大，不經(jīng)濟。

3）對于同一層同一個防火分區(qū)的土建條件一致的兩個前室，若一個是前述假設的情況1或情況2，另一個上下層對應位置都有前室且共用一套加壓送風系統(tǒng)，從嚴將使得兩處前室的加壓送風量不一樣：前者的送風量比后者大，但后者前室的門在人員疏散時開啟的復雜性比前者高，送風量相對卻小，不合理。

2 關于加壓送風風道和風口的思考

《建筑機電工程抗震設計規(guī)范GB 50981-2014》規(guī)定：“排煙風道、排煙用補風風道、加壓送風和事故通風風道的選用應符合下列規(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)的建筑應采用熱鍍鋅鋼板或鋼板制作”。從抗震角度來看，鋼板風道優(yōu)于土建風道。除此之外，土建風道還因漏風量大、井壁粗糙度的光滑平整度不可控影響水力計算的精確度、若有梁系穿越管井局部阻力也大等客觀原因，不宜作為風道的首選材質(zhì)。因此，加壓送風風道建議應采用土建豎井內(nèi)襯鋼板風管的形式。

根據(jù)伯努利方程，加壓送風風口的送風量L0計算公式可表達為[1]：

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

作用于樓梯間的加壓送風系統(tǒng)，假如管井內(nèi)的加壓送風管沿程尺寸不變，隨著空氣從沿途的送風口送出，風管內(nèi)風量不斷減少。由式（1）可知，等截面風道的送風口的風量沿途隨靜壓增大而增大，造成送風量的不均衡。當樓層數(shù)和送風口較多時，特別是達到32層且層高較大時，問題尤其突出。受風量檢測手段、人員調(diào)試水平、風閥調(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量不平衡的問題。為實現(xiàn)均勻送風，風口尺寸不變時應確保風道上每個風口的靜壓相等，首端風口與末端風口的動壓差等于風管全長的壓力損失。對于鍍鋅鋼板風管等內(nèi)表面比較光滑的風管而言，因流速下降而產(chǎn)生的靜壓復得往往大于風管的沿程阻力損失，因此沿風道長度方向，斷面應向著末端方向逐漸地縮小。

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

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層風口的面積與i層風口的面積比為：

當加壓送風量、i層風口尺寸和相鄰樓層風口之間的距離已知后，式（3）中 Fi、Pji和 ΔP 均為已知量，遂可計算出i+1層風口尺寸?？梢宰钸h端可開啟風口作為基準風口逐層計算，每個風口的風量為加壓送風總量的1/2或1/3。當同時打開i和i+1層風口時，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；同時打開i、i+1和i+2層風口時，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，當送風口百葉有效面積70%，出風口面風速5 m/s時，最遠端風口風管內(nèi)靜壓約為136 Pa，最近端風口面積約是最遠端的54%。

3 關于防煙部位正壓控制方式的思考

在加壓送風主管上設置一個受安裝在防煙部位的壓差傳感器控制的電動旁通泄壓閥門，來實現(xiàn)防煙部位正壓控制，適用于只對一部樓梯進行加壓送風，或前室進行加壓送風且著火時只開1層加壓送風風口的情況。對于地上地下樓梯間合用加壓送風系統(tǒng)、剪刀樓梯間合用加壓送風系統(tǒng)、以及著火時同時打開2層或3層前室加壓送風口的系統(tǒng)，則不適用。例如，當?shù)?層合用前室防火門開啟而第3層合用前室防火門關閉時，為確保第2層合用前室的門洞風速，需要第2層的壓差傳感器控制電動旁通泄壓閥門往關閉的行程動作，而第3層合用前室因門未開啟會出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，需要第3層的壓差傳感器控制電動旁通泄壓閥門往打開的行程動作，而電動旁通泄壓閥門同時只能根據(jù)一個信號來動作，滿足第2層要求的同時將不能滿足第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，可擴展其適用范圍。如圖1所示，改進后的方式增加了加壓送風支管和設置在支管旁通管上的電動旁通泄壓閥門。

圖1 正壓控制原理圖

該方式應用于加壓送風系統(tǒng)負擔＜20層的前室時，設置2個加壓送風支管，2i層和2i+1層前室的加壓送風風口分別開設在加壓送風支管1和2上，2i層和2i+1層前室各設一組壓差傳感器。i為整數(shù)。任一支管上同時只會有一個風口開啟。如圖2所示。

該方式應用于地上地下樓梯間合用加壓送風系統(tǒng)時，設置2個加壓送風支管，地上地下樓梯間的加壓送風風口分別開設在加壓送風支管1和2上，地上地下樓梯間各一個壓差傳感器。如圖2所示。

圖2 應用于＜20層的前室和地上地下樓梯間的系統(tǒng)圖

該方式應用于加壓送風系統(tǒng)負擔20～32層的前室時，設置3個加壓送風支管，3i層、3i+1層和3i+2層前室的加壓送風風口分別開設在加壓送風支管1、2和3上，3i層、3i+1層和3i+2層前室各設一組壓差傳感器。i為整數(shù)。任一支管上同時只會有一個風口開啟。如圖3所示。

圖3 應用于20～32層前室的系統(tǒng)圖

該方式應用于剪刀樓梯間合用加壓送風系統(tǒng)時，設置2個加壓送風支管，其中一部樓梯間的加壓送風風口開設在加壓送風支管1上，另一部樓梯間的加壓送風風口開設在加壓送風支管2上，剪刀樓梯的每部樓梯各設一個壓差傳感器。如圖4所示。

圖4 應用于剪刀樓梯間的系統(tǒng)圖

改進后的控制過程是，當任一防煙部位超壓時，位于該防煙部位的壓差傳感器控制對應該防煙部位的加壓送風支管旁通管上的電動旁通泄壓閥門開啟，泄除多余的風量。當該防煙部位失壓時，壓差傳感器控制電動旁通泄壓閥門關閉，確保門洞風速達標，阻擋煙氣侵入。每個正壓送風支管管徑和其旁通管管徑的計算，對應的風量是該支管負擔的防煙部位的門開啟和關閉時的不同風量。在設計工況下，總管路特性曲線界于防煙部位門均關閉且所有支管上的電動旁通泄壓閥門全開與防煙部位門同時開啟且所有支管上的電動旁通泄壓閥門全關之間。這種方式既能獨立控制防煙部位的正壓，又可節(jié)省風機等設備投資，同時解決了余壓閥不適用情況下的正壓控制問題。

4 結論

1）風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，“嚴格”不代表“正確”。

2）樓梯間加壓送風風管沿程改變管徑有利均勻送風，前室加壓送風口沿程改變風口面積有利于不同樓層前室加壓送風風量的一致和風機運行工況的穩(wěn)定。

3）采用每個防煙部位獨立設置加壓送風支管和電動旁通泄壓閥門的方式，可以滿足合用加壓送風系統(tǒng)、獨立控制正壓的要求。