水電站出線豎井加壓送風系統(tǒng)設計與分析

陳 軍，盤曉紅，熊武標，王愛芬

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

水電站地下廠房一般布置于地下空間或山體內部，作為對外疏散通道的安全出口布置尤為重要。當地下廠房樞紐布置受到地質或其他條件制約，廠房通至室外的出線或通風用的廊道、豎井及疏散樓梯出口可作為通至室外地面的安全出口[1]。當出線豎井作為地下廠房通至室外地面的安全出口時，為保障出線豎井作為安全出口的疏散通道安全性，應對出線豎井設置加壓送風系統(tǒng)進行防煙。但是，目前出線豎井通風系統(tǒng)的研究主要針對于出線豎井的布置方式[2]、豎井內SF6事故通風系統(tǒng)[3]和通風流動阻力特性[4]等，對出線豎井加壓送風系統(tǒng)的研究和分析甚少，尤其是缺乏出線豎井高度超過100 m時加壓送風系統(tǒng)設計的工程經驗。本文以某抽水蓄能水電站的出線豎井為例，從設計規(guī)范的角度和工程建設的需求出發(fā)，分析作為水電站地下廠房安全出口的出線豎井加壓送風系統(tǒng)設計。

1 加壓送風系統(tǒng)總體設計

根據《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》GB51251-2017[5]中第3.3.1條的要求，“建筑高度大于100 m的建筑，其機械加壓送風系統(tǒng)應豎向分段獨立設置，且每段高度不應超過100 m?！蓖瑫r，根據第3.3.7條的要求“機械加壓送風系統(tǒng)應采用管道送風，且不應采用土建風道。送風管道應采用不燃材料制作且內壁應光滑。”因此，該水電站出線豎井作為安全出口的封閉樓梯間應采用分段加壓送風系統(tǒng)，且送風系統(tǒng)應采用內壁光滑的不燃風管，不應采用土建風道。但是，該水電站出線豎井高度約160 m，若分為上下2段送風，每段送風高度約80 m，其加壓送風系統(tǒng)的送風量較大，風機型號和功率較大，且土建風井全段內襯不燃材料風管，造成設備和管道的造價和施工費用高，施工難度大，不屬于經濟合理的加壓送風設計方案。

1.1 封閉樓梯間防火分隔設計

根據《水電工程設計防火規(guī)范》GB50872-2014中第5.2.4條的要求，“地下廠房通往室外的疏散樓梯間，當高度超過100 m時，其最下一段樓梯段應與其上樓梯段采取分隔措施。在該段的樓梯間應是防煙樓梯間，該段高度為6～24 m。其上一段不得與其他生產場所相通?！逼渲?，生產場所指廠房及直接通往廠房的廊道。該水電站出線豎井作為疏散的安全出口，其高度約160 m，豎井內封閉樓梯間的下部通往地下廠房交通道和進風洞，其中進風洞連接廠房進風豎井；封閉樓梯間的上部為地面開關站的綜合樓，直通室外地面。因此，對出線豎井內封閉樓梯間的下部三層(24 m高度內)采取防火分隔措施，出線豎井內樓梯間防火分隔示意如圖1所示。采取上述防火分隔措施后，出線豎井內封閉樓梯間的下部三層(24 m高度內)及前室按照《建筑設計防火規(guī)范》GB50016-2014(2018版)[6]和《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》GB51251-2017的技術要求對防煙樓梯間和前室設置加壓送風系統(tǒng)，不僅滿足了設計規(guī)范的要求，而且降低了工程造價的費用，符合工程建設的經濟合理性需求。

1.2 加壓送風系統(tǒng)設計

出線豎井內封閉樓梯間采取上述防火分隔措施后，封閉樓梯間的下部三層(24 m高度內)為防煙樓梯間，對防煙樓梯間和前室設置加壓送風系統(tǒng)。結合該水電站的各層布置特點，對出線豎井下部的防煙樓梯間加壓送風井道側壁每隔1層設置1只固定式常開百葉風口，前室加壓送風井的側壁每層均設置1只常閉電動加壓送風口。出線豎井上部標準層的封閉樓梯間采用自然通風方式，在封閉樓梯間的地面1層最高處設置可開啟外窗進行通風防煙。出線豎井下部的防煙樓梯間和前室的加壓送風系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 加壓送風系統(tǒng)圖

2 加壓送風系統(tǒng)布置

2.1 出線豎井下部布置

采取防火分隔措施后的出線豎井下部防煙樓梯間分為三層(24 m高度內)，從下至上分別是進風洞層(機房層)、出線道層和交通道層。進風洞層包含進風洞、風機房、電梯井、前室、樓梯間和相關風井等，加壓送風系統(tǒng)的風源取自進風洞，由廠房進風豎井從室外進風，布置如圖3所示。出線道層包含出線道、電纜井、電梯井、前室、樓梯間和相關風井等，交通道層包含交通道、電纜井、電梯井、前室、樓梯間和相關風井等，其中交通道連接地下廠房和出線豎井，通過出線豎井的上部樓梯間疏散至室外地面，布置如圖4所示。

圖3 進風洞層布置圖

圖4 交通道層布置圖

2.2 出線豎井上部布置

采取防火分隔措施后的出線豎井上部封閉樓梯間分為標準層、地面1層和地面2層(機房層)。各層的標準層包含電纜井、電梯井、前廳、樓梯間和相關風井等，且不與其他生產場所相通，布置如圖5所示。地面1層包含走道、電纜井、電梯井、前廳、樓梯間和相關風井等，地面1層通往地面2層的樓梯間內設置防火門進行分隔，豎井內樓梯間通過前廳直達室外地面，且豎井內樓梯間的地面1層下部最高處設置面積不小于2 m2的可開啟外窗，布置如圖6所示。地面2層為機房層，包含風機房、電梯機房、樓梯間和相關風井等。

圖5 標準層布置圖

圖6 地面1層布置圖

2.3 加壓送風井內襯風管布置

從出線豎井下部的各層布置圖可知，防煙樓梯間加壓送風井和前室加壓送風井均為混凝土和磚墻封閉形成的土建井道，不滿足《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》GB51251-2017對加壓送風系統(tǒng)管道的要求。因此，對防煙樓梯間加壓送風井和前室加壓送風井均內襯2 mm厚度的304不銹鋼風管，如圖3和圖4所示。不銹鋼風管既滿足了內襯風管的密封、耐火、防銹蝕和管材剛度等性能，又便于現(xiàn)場進行風管制作和焊接固定。

3 加壓送風控制策略

3.1 加壓送風控制邏輯

對于大中型水電工程，防排煙系統(tǒng)的監(jiān)測與控制應按照規(guī)范的要求納入火災自動報警系統(tǒng)中[7]。當出線豎井作為地下廠房通至室外地面的安全出口時，出線豎井的防煙樓梯間為地下廠房的重要疏散通道，按照上述方案設計的加壓送風系統(tǒng)控制應納入該水電站的火災自動報警系統(tǒng)。出線豎井加壓送風系統(tǒng)的控制包括送風機、送風口的啟動和動作信號的反饋等，控制邏輯如圖7所示。

圖7 控制邏輯示意圖

1)防煙樓梯間和前室的加壓送風機作為送風系統(tǒng)的核心，具備多種啟動方式，包括現(xiàn)場手動啟動、火災自動報警系統(tǒng)自動啟動、消防控制室手動啟動和任一常閉加壓送風口開啟時自動啟動等。

2)常閉電動加壓送風口作為送風系統(tǒng)的末端口部，具備多種啟動方式，包括現(xiàn)場手動啟動、火災自動報警系統(tǒng)自動啟動、消防控制室手動啟動等。

3)加壓送風機啟動和常閉電動加壓送風口啟動的動作信號均反饋至消防控制室內的消防聯(lián)動控制器[8]，便于消防值班人員掌握和控制送風設備的運行情況。

3.2 加壓送風運行策略

該水電站出線豎井作為地下廠房通至室外地面的安全出口，當連接地下廠房的交通道、水平出線道或豎井內電纜井發(fā)生火災情況時，啟動出線豎井加壓送風系統(tǒng)的防煙樓梯間和前室加壓送風機及每層常閉電動加壓送風口(共三層)，同時加壓送風機和常閉電動加壓送風口的動作信號反饋至消控室的消防聯(lián)動控制器。出線豎井加壓送風系統(tǒng)啟動后，維持防煙樓梯間與外部通道的壓差為40～50 Pa，前室與外部通道的壓差為25～30 Pa，防止火災區(qū)域的煙氣進入防煙樓梯間和前室，保障安全出口的疏散安全。

1)在火災初期，當火災自動報警系統(tǒng)中火災探測器尚未動作時，現(xiàn)場工作人員發(fā)現(xiàn)火災并進行確認后，通過現(xiàn)場手動啟動或消防控制室手動啟動加壓送風系統(tǒng)，啟動防煙樓梯間和前室的加壓送風機及常閉電動加壓送風口進行送風防煙。

2)在火災初期，當一只火災自動報警系統(tǒng)中火災探測器動作時，工作人員應立即前往該現(xiàn)場進行確認。若經現(xiàn)場確認發(fā)生火災后，通過現(xiàn)場手動啟動或消防控制室手動啟動加壓送風系統(tǒng)，啟動防煙樓梯間和前室的加壓送風機及常閉電動加壓送風口進行送風防煙。

3)在火災發(fā)生后，當火災現(xiàn)場無人值守時，由火災自動報警系統(tǒng)的兩只獨立的火災探測器的報警信號作為加壓送風機啟動和常閉電動加壓送風口開啟的聯(lián)動觸發(fā)信號，通過邏輯控制在15 s內聯(lián)動啟動防煙樓梯間和前室的加壓送風機及常閉電動加壓送風口進行送風防煙。

4 結 語

當水電站出線豎井作為地下廠房通至室外地面的安全出口，且出線豎井高度超過100 m時，缺乏類似水電工程的出線豎井加壓送風系統(tǒng)設計的工程經驗。通過本文的分析，提出了經濟合理的出線豎井加壓送風系統(tǒng)設計方案，對出線豎井的下部24 m高度內封閉樓梯間進行防火分隔，防火分隔后的防煙樓梯間及前室設置加壓送風系統(tǒng)，對加壓送風的土建風井進行內襯不銹鋼風管。設計合理的出線豎井加壓送風系統(tǒng)，配合完善的加壓送風控制策略，既滿足了設計規(guī)范的要求，又符合水電工程建設的需求，對類似水電工程的出線豎井加壓送風系統(tǒng)設計具有一定的借鑒和參考意義。