高層建筑前室機械加壓送風系統旁通泄壓閥超壓控制措施分析

吳延奎，蔣能飛

（深圳市建筑設計研究總院有限公司，深圳 518000）

0 引言

《建筑防排煙系統技術標準》［1］（GB51251-2017）（以下簡稱《煙規》）第3.4.4條規定，“機械加壓送風量應滿足走廊至前室至樓梯間的壓力呈遞增分布，余壓值應符合下列規定：（1）前室、封閉避難層（間）與走道之間的壓差應為25Pa～30Pa；（2）樓梯間與走道之間的壓差應為40Pa～50Pa；（3）當系統余壓值超過最大允許壓力差時應采取泄壓措施。最大允許壓力差應由本標準第3.4.9條計算確定。”對于機械加壓送風系統的余壓值超過最大允許壓力差的泄壓措施，現行圖集《建筑防煙排煙系統技術標準》圖示（15K606）［2］給出了兩種做法：1）設置余壓閥，做法簡單可靠，不再贅述；2）采用旁通管，在每層前室設置壓力（差）傳感器，控制加壓送風機出口處的旁通泄壓閥，調節加壓送風前室的余壓值，《煙規》第5.1.3條規定，“（1）當防火分區內火災確認后，應能在15s內聯動開啟常閉加壓送風口和加壓送風機，并應符合下列規定：……；（2）應開啟該防火分區內著火層及其相鄰上下層前室及合用前室的常閉送風口，同時開啟加壓送風機”。因此，當某防火分區發生火災時，該防火分區的前室的壓力（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，但整個加壓系統的風量調節系統只有1個執行機構（旁通泄壓閥），用1個旁通泄壓閥控制3層前室的壓差，控制復雜，本文就某防火分區發生火災時，對前室門的不同開啟狀態下的壓力、門洞風速等進行分析。

1 疏散門的狀態

當某層發生火災時，機械加壓送風系統通過火災自動報警系統等方式啟動，開啟著火層及其相鄰上下層前室的常閉送風口，房間內的人員聽到火災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存在以下幾種方式，詳見表1。

表1 前室疏散門的啟閉狀態表

2 幾點假設

為了簡化分析，現將前室機械加壓送風系統做如下幾點假設：（1）前室的疏散門為2.0m×1.6m的標準雙扇門，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時間；（3）加壓送風口關閉時風口按無漏風量考慮；（4）加壓送風量以計算送風量為準，風管水力計算時不考慮風管漏風，即計算風量不考慮1.2的漏風系數。

3 設計計算舉例

為了更加具體的說明前室各狀態下的壓力及開啟門的風速情況，現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參數。

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，樓內設防煙樓梯間及合用前室，合用前室的疏散門為2.0m×1.6m的標準雙扇門。加壓送風量按合用前室和樓梯間分別設機械加壓送風系統計算，合用前室疏散門的門洞斷面風速取0.7m/s，合用前室機械加壓送風系統計算送風量為L1=2×1.6× 0.7×3×3600=24192 m3/h，每個合用前室加壓送風口風量為8064 m3/h，合用前室加壓送風系統示意圖見圖1所示。

圖1 合用前室加壓送風系統圖

3.2 風管設計工況水力計算

各部分局部阻力系數ζ［3-4］見表2：

表2 局部阻力系數計算表

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

表3 設計工況風機水力計算表

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

圖2 管路及風機特性曲線圖

3.3 其他工況分析

（1）合用前室疏散門都關閉

1）假如合用前室與走道的壓差△P=30 Pa時，則加壓送風口開啟而合用前室疏散門關閉時，合用前室與走道的疏散門的漏風量Lb= 0.827×A×△P1/2×1.25×3600=400m3/h，三層疏散門的總漏風量為1200 m3/h，由于所選風機的特性曲線不變，根據漏風量1200m3/h與風機特性曲線的交線可得b點，此時風機的全壓為750Pa。實際上，此時系統的實際運行狀態點在a～b之間靠近b點，該狀態點對應前室的壓力遠大于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，加壓送風系統管路的特性曲線滿足如下公式：

式中，△P為管路系統的阻力，Pa；S為管路綜合阻力系數，kg/m7；d為管徑，m；ζ為局部阻力系數；l為管道長度，m；ρ為空氣密度，kg/m3；Q為風機風量，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值與流動狀態有關，當流體處在阻力平方區時，可視為常數［5］，本文λ=0.017。合用前室疏散門都關閉時，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機特性曲線交點為b1點，此時風機風量為30200m3/h，風機全壓為451Pa；同時，由風機風量可計算出風管6～4段的阻力損失為126Pa，合用前室疏散門都關閉時，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，即當開啟旁通泄壓閥泄壓時，合用前室的壓差仍然大于《煙規》第3.4.4條規定的壓差

（2）某一層合用前室疏散門開啟（如20F），其他樓層疏散門關閉

1）假如合用前室與走道的壓差△P=30Pa，開啟層設計風量8064m3/h遠大于其他兩層漏風量（800m3/h），由管網特性曲線可知風機風量要大于開啟層設計風量，為便于分析問題，風機風量Lc取12000m3/h，由風量12000m3/h與風機特性曲線的交線可得c點，此時風機的全壓為680Pa。實際上，此時系統的實際運行狀態點在a～c之間靠近c點，該狀態點對應前室的壓力遠大于30Pa，疏散門關閉樓層的前室（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并聯環路的總的管路綜

合阻力系統S=4.2kg/m7，此時風機風量為33200m3/h，風機全壓為357Pa；流體流經并聯環路時，各管路的阻力損失相等，通過的總流量為各并聯管路的流量之和，由S’0-4=29.8 kg/m7得到0’-4段的風量為9443m3/h＞8064m3/h，此時的風量滿足《煙規》第3.4.6條要求的最小風速要求。同時可以計算出此狀態下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）在該狀態下也超壓。即：此狀態下，旁通泄壓閥開啟時，疏散門開啟層的風量能滿足規范所要求的風量，其余兩層合用前室的疏散門關閉，壓差大于規范要求壓差值。

（3）某兩層合用前室疏散門開啟（如20F、19F），18F疏散門關閉

同理，可求得此狀態下0’-4段的風量為15180 m3/h＜8064×2=16128 m3/h（此時系統運行于圖1中的d點），20F和19F的風量不能滿足《煙規》第3.4.6條要求的最小風速（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。當旁通閥開啟時，20F和19F的風量更加無法滿足規范要求。

綜上所述，合用前室疏散門的各狀態下的壓力及開啟門的風速情況匯總于表4。

表4 各狀態下合用前室的壓力及疏散門開啟時的門洞風速一覽表

4 結 語

本文通過實際案例對火災時著火層及其相鄰上下層合用前室門的不同開啟狀態的分析可知，采用旁通泄壓閥控制機械加壓送風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，并且當加壓送風口開啟樓層不是最不利樓層時，管路特性變小，風機風量變大，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。