廣東省充電車庫的通風(fēng)和排煙系統(tǒng)設(shè)計的思考

張 進(jìn)，邱賢亮

（廣州珠江外資建筑設(shè)計院有限公司 廣州 510060）

0 引言

隨著《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)程：廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T 15-150—2018》［1］的頒布執(zhí)行，廣東省充電車庫的通風(fēng)及排煙系統(tǒng)設(shè)計相較傳統(tǒng)非充電車庫［2-4］有了巨大的變化。文獻(xiàn)［1］不僅對防火分區(qū)、防火單元的劃分做出了明確要求，同時對設(shè)置充電設(shè)施的區(qū)域的通風(fēng)量和排煙量的計算都提出更高要求。

由于文獻(xiàn)［1］中對于防火單元分隔的相關(guān)要求，在火災(zāi)排煙工況下，每個防火單元自然形成獨(dú)立防煙分區(qū)，著火防火單元電動排煙防火閥開啟，其余防火單元電動排煙防火閥關(guān)閉。但在平時排風(fēng)工況，所有電動排煙防火閥全部開啟［1］，這也就意味著火災(zāi)排煙工況和平時排風(fēng)工況的風(fēng)管水力特性曲線發(fā)生了巨大的變化，而目前的車庫通風(fēng)和排煙系統(tǒng)設(shè)計并沒有考慮到這點［5］。

1 充電車庫的排煙量和排風(fēng)量計算和系統(tǒng)選擇

本文以一個住宅地下充電車庫（案例1）和一個商業(yè)地下充電車庫（案例2）為對象進(jìn)行計算分析，兩個案例的充電車庫相關(guān)參數(shù)一致（層高為3.6 m，防火分區(qū)面積為1 700 m2），且均為非機(jī)械停車庫。

根據(jù)文獻(xiàn)［1］4.8.3 條的要求，本案例排風(fēng)量按照不小于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《車庫建筑設(shè)計規(guī)范：JGJ 100—2015》［6］中換氣次數(shù)計算風(fēng)量的1.2倍［1］。

根據(jù)文獻(xiàn)［1］4.9.13條的要求，本案例排風(fēng)量按照不小于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范：GB 50067—2014》［7］表8.2.4 的每個防煙分區(qū)的排煙量的1.2倍。

綜上，本案例1 和案例2 充電車庫的排風(fēng)量和排煙量計算如表1所示。

表1 充電車庫排風(fēng)量和排煙量計算Tab.1 Calculation of Exhaust Air Volume and Smoke Exhaust Volume of Charging Garage

住宅地下充電車庫由于平時排風(fēng)量與火災(zāi)排煙量相差較大，風(fēng)機(jī)選型采用雙速風(fēng)機(jī)以滿足不同工況的風(fēng)量需求，商業(yè)地下充電車庫由于兩種工況風(fēng)量相近，則采用單速風(fēng)機(jī)系統(tǒng)［8］。

2 充電車庫火災(zāi)排煙和平時排風(fēng)工況的風(fēng)管阻力計算

由于充電車庫對于防火單元分隔的要求，在火災(zāi)排煙和平時排風(fēng)兩種工況下，隨著電動排煙防火閥的開啟或關(guān)閉，風(fēng)管的阻力曲線發(fā)生了巨大的變化［9］。

管材是管道主體結(jié)構(gòu)的主要材料，管材質(zhì)量直接影響到管道的焊接質(zhì)量以及使用壽命。PE管道系統(tǒng)設(shè)計通常以50年測試數(shù)據(jù)為依據(jù)，對于給水管道系統(tǒng)中的管材，在中國必須符合GB 13663.2—2005《給水用聚乙烯（PE）管道系統(tǒng) 第2部分：管件》，在澳大利亞、新西蘭、南太島國必須符合AS/NZS 4130—2009/Amdt 1—2009《聚乙烯（PE）管材壓力應(yīng)用》規(guī)定的要求。

本文所述案例1 為住宅建筑地下充電車庫，采用雙速風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，其排煙排風(fēng)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 案例1排煙排風(fēng)系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Smoke and Air Exhaust System in Case 1

火災(zāi)排煙工況的風(fēng)管最不利環(huán)路為a-b-c-d-ef-g-h-i-j-k，這時電動排煙防火閥1-2-3 號閥門均關(guān)閉，僅4 號閥門開啟，主風(fēng)管風(fēng)速取值為14.63 m/s，風(fēng)管水力計算結(jié)果如表2所示。

本文相關(guān)典型局部阻力系數(shù)參考《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》［10］的內(nèi)容取值，其中進(jìn)風(fēng)防雨百葉取3.0，矩形風(fēng)管排煙防火閥全開取0.19，90°彎頭取0.39，60°彎頭取0.15，系統(tǒng)起始端合流三通取2.23，末端合流三通取0.10，止回閥取0.60，側(cè)排風(fēng)口取0.80。

平時排風(fēng)工況的風(fēng)管最不利環(huán)路為a-b-c-d-e-f-g-hi-j-k，這時電動排煙防火閥1-2-3-4號全部開啟，主風(fēng)管風(fēng)速取 值 為9.66 m/s，經(jīng)風(fēng)管水力計算結(jié)果如表2所示。

表2 案例1風(fēng)管水力計算Tab.2 Case 1 Air Duct Hydraulic Calculation

火災(zāi)排煙工況風(fēng)管阻力為971.746 Pa，平時排風(fēng)工況風(fēng)管阻力為228.324 Pa。

本文所述案例2為商業(yè)建筑地下充電車庫，采用單速風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，其排煙排風(fēng)系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 案例2排煙排風(fēng)系統(tǒng)示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Smoke and Air Exhaust System in Case 2

平時排風(fēng)工況的風(fēng)管最不利環(huán)路為a-b-c-d-e-f-g-hi-j-k，這時電動排煙防火閥1-2-3-4號全部開啟，主風(fēng)管風(fēng)速取 值 為8.58 m/s，風(fēng)管水力計算結(jié)果如表3所示。

火災(zāi)排煙工況的風(fēng)管最不利環(huán)路為a-b-c-d-ef-g-h-i-j-k，這時電動排煙防火閥1-2-3 號均關(guān)閉，僅4 號閥門開啟，主風(fēng)管風(fēng)速取值為8.58 m/s，風(fēng)管水力計算結(jié)果如表3所示。

表3 案例2風(fēng)管水力計算Tab.3 Case 2 Air Duct Hydraulic Calculation

火災(zāi)排煙工況風(fēng)管阻力為775.172 Pa，平時排風(fēng)工況風(fēng)管阻力為315.324 Pa。

3 充電車庫火災(zāi)排煙和平時排風(fēng)工況的風(fēng)機(jī)設(shè)備選型

根據(jù)第2 節(jié)的計算結(jié)果，本文兩個案例的風(fēng)機(jī)設(shè)備選型如表4 所示，其中案例2 為了滿足火災(zāi)排煙工況的需求為前提［11］，按照火災(zāi)工況的阻力要求作為風(fēng)機(jī)機(jī)外余壓要求［12］：

表4 充電車庫風(fēng)機(jī)選型參數(shù)要求Tab.4 Parameter Requirements for Fan Selection in Charging Garage

由于風(fēng)機(jī)工作在完全不同的兩種風(fēng)管阻力曲線下，風(fēng)管阻力的風(fēng)量和阻力之間并不滿足經(jīng)典的平方關(guān)系，經(jīng)過對多個風(fēng)機(jī)廠家的調(diào)研，風(fēng)機(jī)無法同時滿足兩種工況的風(fēng)量、風(fēng)壓的要求。為了滿足火災(zāi)排煙工況的需求為前提，按照火災(zāi)工況的阻力要求作為風(fēng)機(jī)機(jī)外余壓要求進(jìn)行案例1、案例2的風(fēng)機(jī)選型，如圖3、圖4所示。

圖3 案例1雙速離心消防風(fēng)機(jī)選型曲線Fig.3 Selection Curve of Two speed Centrifugal Fire Fan in Case 1

圖4 案例2前傾式單速離心消防風(fēng)機(jī)選型曲線Fig.4 Case 2 Model Selection Curve of Forward Tilt Single Speed Centrifugal Fire Fan

對于雙速離心排煙排風(fēng)風(fēng)機(jī)，由于排煙工況機(jī)組機(jī)外余壓要求高，常規(guī)風(fēng)機(jī)選型采用后傾式離心排煙排風(fēng)風(fēng)機(jī)［13］，根據(jù)案例1 的雙速離心消防風(fēng)機(jī)的選型曲線，雙速風(fēng)機(jī)高速排煙工況工作點A（風(fēng)量37 080 CMH，余 壓971 Pa）和低速排風(fēng)工 況 點 B（ 風(fēng) 量24 489 CMH，余 壓437 Pa），低速排風(fēng)工況點雖然滿足風(fēng)量要求，單風(fēng)機(jī)余壓遠(yuǎn)超設(shè)計工況點C（風(fēng)量24 480 CMH，余壓228 Pa）?？紤]到風(fēng)機(jī)與風(fēng)管的自適應(yīng)性能，在平時排風(fēng)工況時，風(fēng)機(jī)低速工作曲線與管道阻力曲線將相交于工況點D（風(fēng)量約28 150 CMH，余壓約310 Pa），這必然造成風(fēng)管風(fēng)速過高（約11.1 m/s>設(shè)計工況9.66 m/s），風(fēng)機(jī)軸功率增加（約4.50 kW>設(shè)計工況2.85 kW，增幅57.9%），對地下室車庫運(yùn)行噪音和風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗都產(chǎn)生了較大影響，但由于風(fēng)機(jī)軸功率并未超出風(fēng)機(jī)低速排風(fēng)工況點B 的軸功率電機(jī)荷載范圍，不會出現(xiàn)電機(jī)過載燒機(jī)狀況。

對于案例2 的離心排煙排風(fēng)風(fēng)機(jī)，由于排煙工況機(jī)組機(jī)外余壓要求并不高，常規(guī)風(fēng)機(jī)選型采用前傾式離心排煙排風(fēng)風(fēng)機(jī)，根據(jù)案例2 的單速離心消防風(fēng)機(jī)的選型曲線，單速風(fēng)機(jī)高速排煙工況工作點A（風(fēng)量37 080 CMH，余壓793 Pa），單風(fēng)機(jī)余壓遠(yuǎn)超平時排風(fēng)設(shè)計工況點B（風(fēng)量37 080 CMH，余壓315 Pa）?？紤]到風(fēng)機(jī)與風(fēng)管的自適應(yīng)性能，在平時排風(fēng)工況時，風(fēng)機(jī)低速工作曲線與管道阻力曲線將相交于工況點D（風(fēng)量約50 000 CMH，余壓約600 Pa），這必然造成風(fēng)管風(fēng)速過高（約13.2 m/s>設(shè)計工況8.58 m/s），風(fēng)機(jī)軸功率達(dá)到22.50 kW，超出了設(shè)計工況點電機(jī)選型額定功率（18.5 kW），造成電機(jī)過載燒機(jī)的狀況，對地下室車庫運(yùn)行噪音和風(fēng)機(jī)設(shè)備安全運(yùn)行產(chǎn)生巨大影響。

如按照后傾式離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行選型，如圖5所示，根據(jù)案例2的后傾式單速離心消防風(fēng)機(jī)的選型曲線，由于后傾式離心風(fēng)機(jī)曲線變化斜率較大，即使在排煙工況工作點A和排風(fēng)設(shè)計工況點B的機(jī)外余壓差距巨大的情況下，系統(tǒng)實際工作工況點C（風(fēng)量約42 500 CMH），增量并不大（約14.62%），風(fēng)管風(fēng)速超標(biāo)并不嚴(yán)重（約9.8 m/s），且風(fēng)機(jī)實際工作軸功率無明顯增加，對地下室車庫運(yùn)行噪音和設(shè)備安全運(yùn)行影響較小。但由于其實際運(yùn)行工況軸功率仍然達(dá)到14.50 kW，比設(shè)計工況軸功率增幅達(dá)到222%，運(yùn)行能耗大幅增加。

圖5 案例2后傾式單速離心消防風(fēng)機(jī)選型曲線Fig.5 Case 2 Model Selection Curve of Backward Tilting Single Speed Centrifugal Fire Fan

4 充電車庫單速雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)解決方案

根據(jù)上述分析結(jié)果，由于充電車庫的火災(zāi)排煙和平時排風(fēng)工況的風(fēng)管阻力曲線存在較大的區(qū)別，傳統(tǒng)的雙速風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和單速風(fēng)機(jī)系統(tǒng)無法同時滿足兩種工況的風(fēng)壓和風(fēng)壓要求，平時排風(fēng)系統(tǒng)都處于高風(fēng)速、高能耗的狀態(tài)下，因此可考慮通過以下措施來調(diào)控設(shè)備：

方案1：風(fēng)機(jī)入口主風(fēng)管處設(shè)置電動對開多葉調(diào)節(jié)閥，可設(shè)定閥門在不同工況下對應(yīng)不同的開啟角度：排煙工況時完全開啟，排風(fēng)工況時僅打開所需的角度，以消耗多余的壓力，使管道最不利環(huán)路的阻力符合設(shè)備平時排風(fēng)工況的輸出參數(shù)，末端風(fēng)口的排風(fēng)量也可滿足設(shè)計值。但本方案最大的問題在于：

⑴通過閥門消耗風(fēng)機(jī)多余風(fēng)壓，造成了大量的能耗浪費(fèi)：案例1的雙速風(fēng)機(jī)低速排風(fēng)工況，軸功率達(dá)到4.50 kW，比設(shè)計工況增幅達(dá)到57.9%；案例2 的單速風(fēng)機(jī)排風(fēng)工況，電機(jī)功率達(dá)到14.5 kW，比設(shè)計工況增幅達(dá)到222%。

⑵由于在消防排煙系統(tǒng)的主管道上設(shè)置了電動風(fēng)量調(diào)節(jié)閥門，對火災(zāi)排煙狀態(tài)的可靠性可能產(chǎn)生較大影響。

方案2：設(shè)置兩臺單速風(fēng)機(jī)，分別負(fù)責(zé)火災(zāi)排煙和平時排風(fēng)工況。此方案僅需要根據(jù)計算結(jié)果選擇對應(yīng)的設(shè)備參數(shù)，可滿足不同工況下的設(shè)計參數(shù)要求，兩種工況的設(shè)備均獨(dú)立運(yùn)行。此方案的風(fēng)系統(tǒng)原理如圖6所示。

圖6 案例1單速雙風(fēng)機(jī)風(fēng)系統(tǒng)原理Fig.6 Schematic of Single Speed Double Fan System in Case 1

5 小結(jié)

本文對常規(guī)單速單風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、雙速單風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在充電車庫火災(zāi)排煙工況、平時通風(fēng)工況的風(fēng)管設(shè)計阻力進(jìn)行計算對比，同時結(jié)合風(fēng)機(jī)設(shè)備選型，得出以下結(jié)論：

⑴在充電車庫排煙排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中，傳統(tǒng)單速風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、雙速單風(fēng)機(jī)系統(tǒng)如無法滿足平時通風(fēng)工況的設(shè)計要求，造成實際運(yùn)行時風(fēng)速過高，風(fēng)機(jī)軸功率大幅增加，對車庫運(yùn)行噪音、風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗、風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行安全都產(chǎn)生了不利影響。

⑵與前傾式離心式風(fēng)機(jī)相比，后傾式離心風(fēng)機(jī)由于性能曲線斜率較高，更符合商業(yè)建筑地下充電車庫對壓力變化范圍大的需求。

⑶綜合考慮能耗及可靠性問題，建議采用單速雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)解決上述問題，設(shè)置兩臺單速風(fēng)機(jī)，分別負(fù)責(zé)火災(zāi)排煙和平時排風(fēng)工況。