動態(tài)超壓控制在正壓送風(fēng)系統(tǒng)中的運(yùn)用

上海旭升置業(yè)有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海市海南路10號地塊工程包括辦公、商業(yè)及配套服務(wù)設(shè)施等功能，總建筑面積約9.7 萬m2，建筑高度133.5 m。項目設(shè)超高層塔樓地上29 層，裙房地上2 層，地下3 層，為一類高層辦公建筑。

本工程地下區(qū)域防煙樓梯間均獨立設(shè)置加壓送風(fēng)系統(tǒng)，地上區(qū)域商業(yè)裙房區(qū)域獨立設(shè)置加壓送風(fēng)系統(tǒng)，塔樓區(qū)域按避難層分上下2 段設(shè)置加壓送風(fēng)系統(tǒng)。加壓送風(fēng)風(fēng)機(jī)箱設(shè)置在設(shè)備層專用機(jī)房或裙房、塔樓屋面。樓梯間設(shè)置自垂常開百葉送風(fēng)口，前室每層設(shè)置常閉多葉送風(fēng)口，火災(zāi)消控打開著火層風(fēng)口。超高層塔樓的避難區(qū)設(shè)置正壓送風(fēng)系統(tǒng)。機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)均采用設(shè)置壓差旁通閥的方式進(jìn)行超壓控制。

2 動態(tài)超壓控制的原因[1-6]

目前在大部分高層建筑工程中正壓送風(fēng)系統(tǒng)采用純機(jī)械送風(fēng)，然而在調(diào)試階段經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)由于樓梯間與前室壓力太大致使疏散門難以打開，又或者樓梯間與前室壓差太小，均影響消防逃生。究其原因主要包括風(fēng)機(jī)選型不當(dāng)、剪刀樓梯間送風(fēng)口設(shè)置不合理、高層建筑未分段設(shè)置送風(fēng)系統(tǒng)、前室送風(fēng)口的開啟控制不合理、前室送風(fēng)口關(guān)閉不嚴(yán)密、防煙樓梯間送風(fēng)口選型不合理、送風(fēng)豎井的有效截面積被占用、加壓送風(fēng)豎井表面粗糙等方面。以上這些原因均需要在設(shè)計或施工時加以控制，但是通?？傆行┮蛩?zé)o法完全避免。

而另一個重要的原因是在正壓送風(fēng)的作用下，正壓區(qū)樓梯間的空氣通過與非正壓區(qū)之間的關(guān)閉門的縫隙、圍護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙或開啟的門窗向非正壓區(qū)滲漏或排泄。正常情況下，由于采用閉門器等自動閉門設(shè)施，某瞬間對應(yīng)的門處于同時開啟的樓層數(shù)是較少的，但在發(fā)生火災(zāi)時，由于大量人員要在短時間內(nèi)疏散，門開啟頻繁而且延續(xù)時間較長，導(dǎo)致門同時處于開啟的樓層數(shù)增多。從而使整個樓梯間的氣流環(huán)境變成一個非穩(wěn)定狀態(tài)。

3 動態(tài)超壓控制的基本原理

根據(jù)正壓送風(fēng)防煙的工作原理，正壓系統(tǒng)的送風(fēng)量應(yīng)能滿足如下兩個要求：第一，事故區(qū)或有煙區(qū)與正壓送風(fēng)區(qū)域之間的門關(guān)閉時，系統(tǒng)的送風(fēng)量應(yīng)能保證正壓送風(fēng)區(qū)域達(dá)到所要求的正壓水平，以阻止火災(zāi)煙氣在熱壓、風(fēng)壓、浮壓等力量聯(lián)合作用下，從事故區(qū)或有煙區(qū)通過門縫漏到正壓送風(fēng)區(qū)域；第二，事故區(qū)或有煙區(qū)與正壓送風(fēng)區(qū)域之間的門敞開時，系統(tǒng)的送風(fēng)量應(yīng)能保證在門洞處維持一定流速的空氣流，以阻擋火災(zāi)煙氣從事故區(qū)或有煙區(qū)通過敞開的門洞流向正壓送風(fēng)區(qū)域。本工程疏散樓梯間與合用前室為正壓送風(fēng)區(qū)域，無壓前室及走道為事故區(qū)或有煙區(qū)。

為保證正壓送風(fēng)防煙方式的行之有效，發(fā)揮對煙氣的排斥作用，無論是關(guān)門還是開門，都應(yīng)具有良好的防煙性能，則需要采用動態(tài)超壓控制。其原理就是在正壓送風(fēng)系統(tǒng)中加上旁通風(fēng)閥，利用壓差傳感器的合理設(shè)置以及控制器的合理編程對旁通風(fēng)閥的啟閉程度進(jìn)行控制，以達(dá)到調(diào)整風(fēng)壓的目的。

4 本工程正壓送風(fēng)動態(tài)超壓控制方案

4.1 疏散樓梯間正壓送風(fēng)動態(tài)超壓控制方案

本工程樓梯間正壓送風(fēng)系統(tǒng)在送風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的風(fēng)管上增加支管并安裝壓差旁通風(fēng)閥，在風(fēng)閥的軸力桿上安裝風(fēng)閥執(zhí)行器以控制風(fēng)閥的開啟程度，在風(fēng)機(jī)旁安裝數(shù)字量壓差傳感器測風(fēng)機(jī)進(jìn)出口的壓差。在疏散樓梯間的1/3高度處設(shè)置模擬量壓差傳感器，一端接受樓梯間的壓力，另一端接受無壓前室或走道的壓力，從而將測得的壓差值與設(shè)定值作比較（根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定：防煙樓梯間的余壓為40～50 Pa），將以上2 個壓差傳感器的信號和對應(yīng)該防火分區(qū)的消防總信號連接到安裝在風(fēng)機(jī)控制箱旁的VAV控制器，由VAV控制器分析信號后對風(fēng)閥執(zhí)行器進(jìn)行動態(tài)控制。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，消防信號最先輸入VAV控制器，同時風(fēng)機(jī)啟動，當(dāng)風(fēng)機(jī)旁的壓差傳感器實測值達(dá)到設(shè)定值時輸入信號給VAV控制器。當(dāng)2 種信號同時具備，則VAV控制器開始接收樓梯間的壓差傳感器信號[7]。如果樓梯間壓差傳感器的實測值大于設(shè)定值，則根據(jù)超出的壓力大小輸出0～10 V的信號給VAV控制器，VAV控制器根據(jù)此信號大小輸出相應(yīng)的信號給風(fēng)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將風(fēng)閥緩慢打開至對應(yīng)的角度。一旦風(fēng)閥開啟開始泄壓，樓梯間壓差傳感器的實測值則相應(yīng)減小，信號傳輸值相應(yīng)變化，風(fēng)閥開啟度也相應(yīng)變化，直至樓梯間壓差傳感器實測值與設(shè)定值相符，風(fēng)閥也開啟至一個穩(wěn)定的角度。如此根據(jù)樓梯間壓差傳感器的信號進(jìn)行實時的監(jiān)控，動態(tài)調(diào)整風(fēng)閥的開啟角度，以達(dá)到控制樓梯間風(fēng)壓的目的（圖1）。

4.2 合用前室正壓送風(fēng)動態(tài)超壓控制方案

圖1 疏散樓梯間正壓送風(fēng)動態(tài)控制原理

合用前室的正壓送風(fēng)系統(tǒng)同樣是在送風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的風(fēng)管上增加支管并安裝壓差旁通風(fēng)閥，在風(fēng)閥的軸力桿上安裝風(fēng)閥執(zhí)行器以控制風(fēng)閥的開啟程度，在風(fēng)機(jī)旁安裝數(shù)字量壓差傳感器測風(fēng)機(jī)進(jìn)出口的壓差。并且在每個合用前室內(nèi)設(shè)置一個模擬量壓差傳感器，一端接受合用前室的壓力，另一端接受同一層走道的壓力，從而將測得的壓差值與設(shè)定值作比較（根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定：合用前室的余壓為25～30 Pa）。將以上N+1個壓差傳感器的信號和對應(yīng)防火分區(qū)的N層的消防信號分別連接到安裝在風(fēng)機(jī)控制箱旁的VAV控制器，由VAV控制器分析信號后對風(fēng)閥執(zhí)行器進(jìn)行動態(tài)控制。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，事故區(qū)對應(yīng)層的消防信號最先輸入VAV控制器，同時風(fēng)機(jī)啟動、對應(yīng)事故層風(fēng)口打開，當(dāng)風(fēng)機(jī)旁的壓差傳感器實測值達(dá)到設(shè)定值時輸入信號給VAV控制器。當(dāng)2 種信號同時具備時，VAV控制器開始查找并接收該事故區(qū)對應(yīng)層的合用前室壓差傳感器信號[8]。如果該事故區(qū)對應(yīng)層的合用前室壓差傳感器的實測值大于設(shè)定值，則根據(jù)超出的壓力大小輸出0～10 V的信號給VAV控制器，VAV控制器根據(jù)此信號大小輸出相應(yīng)的信號給風(fēng)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將風(fēng)閥緩慢打開至對應(yīng)的角度。一旦風(fēng)閥開啟開始泄壓，合用前室壓差傳感器的實測值則相應(yīng)減小，信號傳輸值相應(yīng)變化，風(fēng)閥開啟度也相應(yīng)變化，直至合用前室壓差傳感器實測值與設(shè)定值相符，風(fēng)閥也開啟至一個穩(wěn)定的角度。因此根據(jù)事故區(qū)對應(yīng)層的合用前室壓差傳感器的信號，進(jìn)行實時的監(jiān)控，動態(tài)調(diào)整風(fēng)閥的開啟角度，達(dá)到動態(tài)控制風(fēng)壓的目的（圖2）。

4.3 以上2 種方案的不同之處

圖2 合用前室正壓送風(fēng)動態(tài)控制原理

合用前室與樓梯間正壓送風(fēng)控制原理十分相似，但不同之處在于樓梯間正壓送風(fēng)的VAV控制器連接一個消防總信號和一個模擬量壓差傳感器的信號，直接進(jìn)行一對一的控制。而合用前室正壓送風(fēng)的VAV控制器連接該系統(tǒng)的每個樓層的獨立消防信號和對應(yīng)的模擬量壓差傳感器的所有信號，當(dāng)其中任意一個樓層的消防信號輸入，則VAV控制器判斷并獲取該消防信號對應(yīng)的樓層的壓差傳感器的信號，然后進(jìn)行一對一的控制；當(dāng)有2 個或2 個以上消防信號輸入時，則VAV控制器關(guān)閉風(fēng)閥。

5 選用方案時考慮的問題

5.1 疏散樓梯間壓差傳感器是否需要每層設(shè)置

由于整個疏散樓梯間為上下連通，各送風(fēng)口為常開式，當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動時氣流將迅速流入整個樓梯間，因此根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)在距離該風(fēng)機(jī)送風(fēng)段2/3的位置安裝壓差探測器，測得的數(shù)據(jù)為平均氣壓。同時為了避免在風(fēng)機(jī)啟動瞬間的壓力波動造成的誤動作，因此整個樓梯間只設(shè)置一個壓差傳感器。

5.2 疏散樓梯間壓差傳感器感應(yīng)的壓力另一端接在合用前室還是走道

如果接在某一層的合用前室，則測得的壓差在不同層面產(chǎn)生的結(jié)果不同，事故層與非事故層的數(shù)據(jù)會有較大區(qū)別，難以實現(xiàn)準(zhǔn)確控制。而接在走道內(nèi)，幾乎等同于室外壓力，不論是否為事故層，壓力基本不變。因此選擇接入走道內(nèi)。

5.3 選用的VAV控制器是否根據(jù)壓差大小控制風(fēng)閥開度

如果根據(jù)傳感器的信號只是控制風(fēng)閥的啟閉而不控制開度，則風(fēng)閥不斷執(zhí)行啟閉動作，無法達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，風(fēng)壓也不穩(wěn)定。而控制開度的方法在一個模擬量傳感器對應(yīng)一個風(fēng)閥控制器使用時更為精準(zhǔn)，根據(jù)傳感器的輸出電壓大小控制風(fēng)閥的開啟程度，剛開始時有一個線性變化的過程，隨即趨于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

5.4 2 層或多層同時火災(zāi)時合用前室正壓送風(fēng)系統(tǒng)是否能正常運(yùn)作

當(dāng)只有1 層發(fā)生火災(zāi)事故時，合用前室正壓送風(fēng)的動態(tài)控制系統(tǒng)經(jīng)查找判斷后為一對一動態(tài)控制，同樓梯間的系統(tǒng)一樣可以正常運(yùn)作。當(dāng)2 層或多層同時發(fā)生火災(zāi)時，則樓梯間控制系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，而合用前室的動態(tài)控制系統(tǒng)判定為關(guān)閉旁通閥，保證風(fēng)機(jī)全負(fù)荷運(yùn)行。因為根據(jù)設(shè)計風(fēng)量考慮，2 層或多層合用前室風(fēng)口打開時不會有超壓情況發(fā)生。

5.5 為何在加壓送風(fēng)風(fēng)機(jī)旁安裝數(shù)字量壓差傳感器

此壓差傳感器測量風(fēng)機(jī)前后壓差，為了保證當(dāng)動態(tài)超壓控制系統(tǒng)開始運(yùn)作時，正壓風(fēng)機(jī)已完全開啟并達(dá)到設(shè)計風(fēng)量。一方面是避免由于消防信號錯誤引起的誤動作，另一方面是避免風(fēng)機(jī)未滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時較接近風(fēng)機(jī)樓層的傳感器引起的誤動作。

5.6 動態(tài)控制系統(tǒng)是否與風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)合并入消防控制

由于正壓送風(fēng)的動態(tài)超壓控制系統(tǒng)為輔助功能，并非消防強(qiáng)制要求，因此在保證原消防控制系統(tǒng)不受影響的情況下，獨立安裝此系統(tǒng)，且僅控制旁通風(fēng)閥。即使此系統(tǒng)出現(xiàn)故障也不影響消防系統(tǒng)。

6 結(jié)語

綜上所述，本工程在正壓送風(fēng)系統(tǒng)中采用了壓差傳感器加VAV控制器的動態(tài)控制旁通風(fēng)閥的方法，是從消防安全要求及現(xiàn)場施工的可行性等方面綜合考慮后，最終選擇了此方案進(jìn)行實施。