高層建筑前室機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)旁通泄壓閥超壓控制措施分析

吳延奎，蔣能飛

（深圳市建筑設(shè)計研究總院有限公司，深圳 518000）

0 引言

《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［1］（GB51251-2017）（以下簡稱《煙規(guī)》）第3.4.4條規(guī)定，“機械加壓送風(fēng)量應(yīng)滿足走廊至前室至樓梯間的壓力呈遞增分布，余壓值應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）前室、封閉避難層（間）與走道之間的壓差應(yīng)為25Pa～30Pa；（2）樓梯間與走道之間的壓差應(yīng)為40Pa～50Pa；（3）當(dāng)系統(tǒng)余壓值超過最大允許壓力差時應(yīng)采取泄壓措施。最大允許壓力差應(yīng)由本標(biāo)準(zhǔn)第3.4.9條計算確定?！睂τ跈C械加壓送風(fēng)系統(tǒng)的余壓值超過最大允許壓力差的泄壓措施，現(xiàn)行圖集《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》圖示（15K606）［2］給出了兩種做法：1）設(shè)置余壓閥，做法簡單可靠，不再贅述；2）采用旁通管，在每層前室設(shè)置壓力（差）傳感器，控制加壓送風(fēng)機出口處的旁通泄壓閥，調(diào)節(jié)加壓送風(fēng)前室的余壓值，《煙規(guī)》第5.1.3條規(guī)定，“（1）當(dāng)防火分區(qū)內(nèi)火災(zāi)確認后，應(yīng)能在15s內(nèi)聯(lián)動開啟常閉加壓送風(fēng)口和加壓送風(fēng)機，并應(yīng)符合下列規(guī)定：……；（2）應(yīng)開啟該防火分區(qū)內(nèi)著火層及其相鄰上下層前室及合用前室的常閉送風(fēng)口，同時開啟加壓送風(fēng)機”。因此，當(dāng)某防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，該防火分區(qū)的前室的壓力（差）傳感器需同時控制著火層及其相鄰上下層前室的壓差，保證前室與走道間的壓差為25～30Pa，但整個加壓系統(tǒng)的風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)只有1個執(zhí)行機構(gòu)（旁通泄壓閥），用1個旁通泄壓閥控制3層前室的壓差，控制復(fù)雜，本文就某防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，對前室門的不同開啟狀態(tài)下的壓力、門洞風(fēng)速等進行分析。

1 疏散門的狀態(tài)

當(dāng)某層發(fā)生火災(zāi)時，機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)通過火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等方式啟動，開啟著火層及其相鄰上下層前室的常閉送風(fēng)口，房間內(nèi)的人員聽到火災(zāi)報警開始向前室疏散，此時著火層及其相鄰上下層的疏散門的啟閉狀態(tài)存在以下幾種方式，詳見表1。

表1 前室疏散門的啟閉狀態(tài)表

2 幾點假設(shè)

為了簡化分析，現(xiàn)將前室機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)做如下幾點假設(shè)：（1）前室的疏散門為2.0m×1.6m的標(biāo)準(zhǔn)雙扇門，且僅按1扇雙扇門考慮，并取樓層中最不利的三層作為分析對象；（2）不考慮壓力（差）傳感器及旁通泄壓閥泄壓時的反應(yīng)時間；（3）加壓送風(fēng)口關(guān)閉時風(fēng)口按無漏風(fēng)量考慮；（4）加壓送風(fēng)量以計算送風(fēng)量為準(zhǔn)，風(fēng)管水力計算時不考慮風(fēng)管漏風(fēng)，即計算風(fēng)量不考慮1.2的漏風(fēng)系數(shù)。

3 設(shè)計計算舉例

為了更加具體的說明前室各狀態(tài)下的壓力及開啟門的風(fēng)速情況，現(xiàn)以一個具體案例舉例說明，由于這類案例比較普遍，建筑平面等建筑信息已被忽略，只取了論文中涉及到的相關(guān)參數(shù)。

3.1 計算條件

某辦公樓共20層，每層層高為4.5m，總建筑高度為90m，樓內(nèi)設(shè)防煙樓梯間及合用前室，合用前室的疏散門為2.0m×1.6m的標(biāo)準(zhǔn)雙扇門。加壓送風(fēng)量按合用前室和樓梯間分別設(shè)機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)計算，合用前室疏散門的門洞斷面風(fēng)速取0.7m/s，合用前室機械加壓送風(fēng)系統(tǒng)計算送風(fēng)量為L1=2×1.6× 0.7×3×3600=24192 m3/h，每個合用前室加壓送風(fēng)口風(fēng)量為8064 m3/h，合用前室加壓送風(fēng)系統(tǒng)示意圖見圖1所示。

圖1 合用前室加壓送風(fēng)系統(tǒng)圖

3.2 風(fēng)管設(shè)計工況水力計算

各部分局部阻力系數(shù)ζ［3-4］見表2：

表2 局部阻力系數(shù)計算表

豎向鍍鋅風(fēng)管尺寸為1000mm×500mm，泄壓旁通風(fēng)管尺寸為1000 mm×500mm，多頁加壓送風(fēng)口尺寸為800×（500+250h），則設(shè)計狀態(tài)下的風(fēng)機全壓計算結(jié)果見下表3。

表3 設(shè)計工況風(fēng)機水力計算表

根據(jù)上述計算可知設(shè)計工況下的風(fēng)機全壓（597Pa）及風(fēng)量（24192 m3/h），查某后傾式離心風(fēng)機樣本可得設(shè)計工況下的管路及風(fēng)機特性曲線圖，如圖2所示，設(shè)計狀態(tài)點為a點。

圖2 管路及風(fēng)機特性曲線圖

3.3 其他工況分析

（1）合用前室疏散門都關(guān)閉

1）假如合用前室與走道的壓差△P=30 Pa時，則加壓送風(fēng)口開啟而合用前室疏散門關(guān)閉時，合用前室與走道的疏散門的漏風(fēng)量Lb= 0.827×A×△P1/2×1.25×3600=400m3/h，三層疏散門的總漏風(fēng)量為1200 m3/h，由于所選風(fēng)機的特性曲線不變，根據(jù)漏風(fēng)量1200m3/h與風(fēng)機特性曲線的交線可得b點，此時風(fēng)機的全壓為750Pa。實際上，此時系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)點在a～b之間靠近b點，該狀態(tài)點對應(yīng)前室的壓力遠大于30Pa，三層合用前室均超壓。

2）三層合用前室均超壓，旁通泄壓閥開啟泄壓，加壓送風(fēng)系統(tǒng)管路的特性曲線滿足如下公式：

式中，△P為管路系統(tǒng)的阻力，Pa；S為管路綜合阻力系數(shù)，kg/m7；d為管徑，m；ζ為局部阻力系數(shù)；l為管道長度，m；ρ為空氣密度，kg/m3；Q為風(fēng)機風(fēng)量，m3/s。

對于0’-6段管路，在d、l已給定時，S只隨λ與∑ζ變化，λ值與流動狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)流體處在阻力平方區(qū)時，可視為常數(shù)［5］，本文λ=0.017。合用前室疏散門都關(guān)閉時，可求得此時S=6.4 kg/m7，代入公式（1）可得△P=6.4Q2，由此公式繪制成管路特性曲線與風(fēng)機特性曲線交點為b1點，此時風(fēng)機風(fēng)量為30200m3/h，風(fēng)機全壓為451Pa；同時，由風(fēng)機風(fēng)量可計算出風(fēng)管6～4段的阻力損失為126Pa，合用前室疏散門都關(guān)閉時，近似認為圖1中的4點的壓力與合用前室壓力相等，此時4點的全壓為325Pa＞30Pa，即當(dāng)開啟旁通泄壓閥泄壓時，合用前室的壓差仍然大于《煙規(guī)》第3.4.4條規(guī)定的壓差

（2）某一層合用前室疏散門開啟（如20F），其他樓層疏散門關(guān)閉

1）假如合用前室與走道的壓差△P=30Pa，開啟層設(shè)計風(fēng)量8064m3/h遠大于其他兩層漏風(fēng)量（800m3/h），由管網(wǎng)特性曲線可知風(fēng)機風(fēng)量要大于開啟層設(shè)計風(fēng)量，為便于分析問題，風(fēng)機風(fēng)量Lc取12000m3/h，由風(fēng)量12000m3/h與風(fēng)機特性曲線的交線可得c點，此時風(fēng)機的全壓為680Pa。實際上，此時系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)點在a～c之間靠近c點，該狀態(tài)點對應(yīng)前室的壓力遠大于30Pa，疏散門關(guān)閉樓層的前室（18F、19F）超壓。

2）超壓樓層反饋致使旁通泄壓閥泄閥開啟，此時20F疏散門開啟同理求得S’0-4=29.8 kg/m7，S4-7=4.7 kg/m7。0’-4段與4-7并聯(lián)環(huán)路的總的管路綜

合阻力系統(tǒng)S=4.2kg/m7，此時風(fēng)機風(fēng)量為33200m3/h，風(fēng)機全壓為357Pa；流體流經(jīng)并聯(lián)環(huán)路時，各管路的阻力損失相等，通過的總流量為各并聯(lián)管路的流量之和，由S’0-4=29.8 kg/m7得到0’-4段的風(fēng)量為9443m3/h＞8064m3/h，此時的風(fēng)量滿足《煙規(guī)》第3.4.6條要求的最小風(fēng)速要求。同時可以計算出此狀態(tài)下2點的壓力為130Pa，即19層（疏散門未開啟）合用前室的壓力約為130 Pa＞30Pa，該層合用前室超壓。同理，18層（疏散門未開啟）在該狀態(tài)下也超壓。即：此狀態(tài)下，旁通泄壓閥開啟時，疏散門開啟層的風(fēng)量能滿足規(guī)范所要求的風(fēng)量，其余兩層合用前室的疏散門關(guān)閉，壓差大于規(guī)范要求壓差值。

（3）某兩層合用前室疏散門開啟（如20F、19F），18F疏散門關(guān)閉

同理，可求得此狀態(tài)下0’-4段的風(fēng)量為15180 m3/h＜8064×2=16128 m3/h（此時系統(tǒng)運行于圖1中的d點），20F和19F的風(fēng)量不能滿足《煙規(guī)》第3.4.6條要求的最小風(fēng)速（0.7m/s），防煙失效。同時，可以計算出圖1中的0’～3的阻力為90Pa，即18F合用前室的壓力約為90 Pa＞30Pa，此層合用前室超壓。當(dāng)旁通閥開啟時，20F和19F的風(fēng)量更加無法滿足規(guī)范要求。

綜上所述，合用前室疏散門的各狀態(tài)下的壓力及開啟門的風(fēng)速情況匯總于表4。

表4 各狀態(tài)下合用前室的壓力及疏散門開啟時的門洞風(fēng)速一覽表

4 結(jié) 語

本文通過實際案例對火災(zāi)時著火層及其相鄰上下層合用前室門的不同開啟狀態(tài)的分析可知，采用旁通泄壓閥控制機械加壓送風(fēng)正壓值的方式即使不考慮壓力（差）傳感器及旁通泄壓閥的反應(yīng)時間，也難以滿足前室的壓差要求，而實際中旁通泄壓閥一般從關(guān)到全開走完行程的時間在30～ 150 s之間［6］，這將加重超壓問題，并且當(dāng)加壓送風(fēng)口開啟樓層不是最不利樓層時，管路特性變小，風(fēng)機風(fēng)量變大，泄壓情況更為凸顯，為了保證人員及時、安全疏散，建議前室采用余壓閥等安全可靠的泄壓方式。