高層建筑正壓送風量設計淺析

張 濤

（晉中市公安消防支隊，山西 晉中 030600）

1 概述

隨著人民生活水平的不斷提高以及我國經濟建設的快速發展，高層建筑在我國一些大中城市像雨后春筍一樣拔地而起，各類地下建筑工程如各類大型地下商場、地鐵站等工程也是方興未艾。我國城市建筑正在朝大型化、高層化、多功能化的方向發展。為了確保人民生命和財產安全，提高各類建筑防災及抵御火災的影響，各類消防設施發揮了其應有的作用。但是據有關統計資料表明，火災中引起人員傷亡的重要原因之一是熱和燃燒產物的毒性作用，由于一氧化碳中毒窒息死亡或被有毒煙氣熏死者一般占火災總死亡人數的40%～50%，最高達65%以上；而眾多被火災燒死的人當中，也多數是先中毒窒息暈倒后被燒死。比如2000年12月25日河南洛陽東都商廈發生火災，在死亡的309人當中全部是被煙氣熏死的。因此，建筑的防排煙設計在建筑整體抵御火災漫延、杜絕大量群死群傷事故有著至關重要的作用。

2 火災煙氣的危害

一是高溫煙氣流動，嚴重有礙人們的疏散速度。對于地上建筑，煙氣上升，人往下層疏散，當人員逃到著火層以下就安全了，而對于地下建筑則不然，煙氣上升，人們往上疏散，煙氣流動與人員疏散方向相同，給人們疏散造成困難，特別是有些出、入口在發生火災時可能是排煙口，疏散就變得更加困難。二是濃煙嚴重影響火場可見度。三是供氣條件不足會造成嚴重缺氧。根據有關火災傷亡統計，建筑發生火災時因嚴重缺氧而死亡占死亡總人數的1/5以上。四是濃煙和熱煙氣給消防人員撲救火災造成困難。

3 建筑防煙設計方法

3.1 氣流通路的確定

由于建筑物的加壓區與非加壓區之間，加壓區與室外之間有一定的壓力差，因此，空氣就將從加壓區通過各種開口向非加壓區或室外泄漏出去，為了確定機械防煙系統保持一定正壓所需的送風量，首先必須進行漏風計算。漏風計算就是確定系統的氣流通路并計算流通面積，然后計算其漏風量，氣流通路分為并列式、串列式和混合式3種。

3.1.1 并列式氣流通路

當空氣從一個加壓區通過若干關閉的開口縫隙流出，直接進入非加壓區時，那么，這幾個關閉的開口縫隙就構成了并列式氣流通路。概括起來，氣體從某一加壓區分別通過若干氣流通路流向壓力較低但相同的加壓區或非加壓區時，這些氣流通路就稱為并列式氣流通路。并列式氣流通路其計算流通面積為

3.1.2 串列式氣流通路

氣體從某一加壓區依次通過若干氣流通路流向壓力較低的區間。這些氣流通路就稱為串列式氣流通路。串列式氣流通路其計算流通面積為：

3.1.3 混合式氣流通路

由并列式氣流通路和串列式氣流通路混合組成的復雜氣流通路稱為混合式氣流通路，混合式氣流通路氣流流通面積的計算，只要理順了各氣流通路之間的串、并列關系，再從通路的最末端即壓力最低處開始計算，逐步向壓力最高處靠近，反復采用并列式和串列式的計算公式進行綜合分析交叉計算。

3.2 送風量的計算

3.2.1 壓差法

式中：Q：正壓送風量；

β：風儲備系數；

K：系數，常溫下一般為0.839；

ΔΡ：正壓區與非正壓區壓差。

3.2.2 門洞風速法

Q=mFmW/Ψ

式中：Q：是送風量；

m：同時開門的樓層數，對于不超過100 m的高層，20層以下只考慮兩個樓層的門同時開啟；對20層以上，包括20層在內則按3個樓層的門同時開啟計算；對于超過100 m的建筑，一般正壓送風系統按一定的樓層分段，使不連續的樓梯間或避難層等在分段處錯開，每一分段可參照上述方法計算；

Fm：門洞開口的計算流通面積；

W：通過門洞的空氣流平均速度一般取1 m/s；

Ψ：開門門洞處的背壓修正系一般取0.6。

在實際設計中，一般采用壓差法和門洞風速法結合起來考慮。

4 設計實例

一幢16層的建筑，設有一座樓梯間和一部服務電梯。每個樓層上的合用前室有一單扇門通向樓梯間，有一雙扇門通向服務間，有一電梯出入口門通向電梯井，樓梯間底層有一雙扇門通向室外，所有門為標準門，電梯進頂部有0.1 m2的排氣口，擬對樓梯間及其合用前室采用加壓送風方式，現需設計計算其加壓送風量。

已知：樓層數n=16，電梯數N=1，Ap=0.1 m2，選定雙級正壓送風系統中正壓間關門時所保持的正壓值見表1。

表1

發生火災時按底門敞開一扇處理，同時開門的樓層數m=2，開門門洞處應維持的最低風速值為[Wmin]=1 m/s。

各部分氣流流通面積見表2。

表2 氣流流通面積表

4.1 關門時系統的送風量計算

當樓梯間及其合用前室所有門關閉時，由于ΔP1＝ΔP2，樓梯間與使用前室之間不存在空氣流通。

當m=0時，即所有的門均關閉，電梯井氣流流通面積系數為F=1.658

前室總計算氣流流通面積為：

4.2 發生火災時開門門洞處的分配風量計算

發生火災情況下當m樓層的門同時開啟時，對前室來說，最不利的開門工況是一道門關二道門開的情況；對樓梯間來說，最不利的開門工況是一、二道門同時開啟且底層外門敞開的情況。

（1）一道門關二道門開時每一個二道門洞處的計算分配風量Qj2來自兩方面。一方面是每個開門前室本身的加壓送風量，另一方面是（n-m）個關門前室加壓送風量分配到電梯井后的再次分配，即：

（2）一、二道門同時開啟時通過每一個一道門洞處的計算分配風量在底門與m個一道門洞之間的分配，即：

則Qf1=0.301 m3/s

4.3 發生火災時每一個開門門洞處維持最低風速時所需的風量

二道門處QK2=Fm2[Wmin]/Ψ=1.6×1.0/0.6=2.667 m3/s

一道門處Qk1=2.667 m3/s

4.4 補加送風量

由于 Qk1>Qj1，Qk2>Qj2，需補加送風量 ΔQ=（（Qk1-Qj1）=7.098 m3/s

合用前室補加送風量ΔQf1＝m（Qk2-Qj2）=4.232 m3/s

4.5 總送風量計算