动态超压控制在正压送风系统中的运用

2014-09-20

建筑施工 2014年4期

上海旭升置业有限公司上海 200080

1 工程概况

上海市海南路10号地块工程包括办公、商业及配套服务设施等功能，总建筑面积约9.7 万m2，建筑高度133.5 m。项目设超高层塔楼地上29 层，裙房地上2 层，地下3 层，为一类高层办公建筑。

本工程地下区域防烟楼梯间均独立设置加压送风系统，地上区域商业裙房区域独立设置加压送风系统，塔楼区域按避难层分上下2 段设置加压送风系统。加压送风风机箱设置在设备层专用机房或裙房、塔楼屋面。楼梯间设置自垂常开百叶送风口，前室每层设置常闭多叶送风口，火灾消控打开着火层风口。超高层塔楼的避难区设置正压送风系统。机械加压送风系统均采用设置压差旁通阀的方式进行超压控制。

2 动态超压控制的原因[1-6]

目前在大部分高层建筑工程中正压送风系统采用纯机械送风，然而在调试阶段经常会发现由于楼梯间与前室压力太大致使疏散门难以打开，又或者楼梯间与前室压差太小，均影响消防逃生。究其原因主要包括风机选型不当、剪刀楼梯间送风口设置不合理、高层建筑未分段设置送风系统、前室送风口的开启控制不合理、前室送风口关闭不严密、防烟楼梯间送风口选型不合理、送风竖井的有效截面积被占用、加压送风竖井表面粗糙等方面。以上这些原因均需要在设计或施工时加以控制，但是通常总有些因素无法完全避免。

而另一个重要的原因是在正压送风的作用下，正压区楼梯间的空气通过与非正压区之间的关闭门的缝隙、围护结构缝隙或开启的门窗向非正压区渗漏或排泄。正常情况下，由于采用闭门器等自动闭门设施，某瞬间对应的门处于同时开启的楼层数是较少的，但在发生火灾时，由于大量人员要在短时间内疏散，门开启频繁而且延续时间较长，导致门同时处于开启的楼层数增多。从而使整个楼梯间的气流环境变成一个非稳定状态。

3 动态超压控制的基本原理

根据正压送风防烟的工作原理，正压系统的送风量应能满足如下两个要求：第一，事故区或有烟区与正压送风区域之间的门关闭时，系统的送风量应能保证正压送风区域达到所要求的正压水平，以阻止火灾烟气在热压、风压、浮压等力量联合作用下，从事故区或有烟区通过门缝漏到正压送风区域；第二，事故区或有烟区与正压送风区域之间的门敞开时，系统的送风量应能保证在门洞处维持一定流速的空气流，以阻挡火灾烟气从事故区或有烟区通过敞开的门洞流向正压送风区域。本工程疏散楼梯间与合用前室为正压送风区域，无压前室及走道为事故区或有烟区。

为保证正压送风防烟方式的行之有效，发挥对烟气的排斥作用，无论是关门还是开门，都应具有良好的防烟性能，则需要采用动态超压控制。其原理就是在正压送风系统中加上旁通风阀，利用压差传感器的合理设置以及控制器的合理编程对旁通风阀的启闭程度进行控制，以达到调整风压的目的。

4 本工程正压送风动态超压控制方案

4.1 疏散楼梯间正压送风动态超压控制方案

本工程楼梯间正压送风系统在送风机出风口的风管上增加支管并安装压差旁通风阀，在风阀的轴力杆上安装风阀执行器以控制风阀的开启程度，在风机旁安装数字量压差传感器测风机进出口的压差。在疏散楼梯间的1/3高度处设置模拟量压差传感器，一端接受楼梯间的压力，另一端接受无压前室或走道的压力，从而将测得的压差值与设定值作比较（根据《高层民用建筑设计防火规范》规定：防烟楼梯间的余压为40～50 Pa），将以上2 个压差传感器的信号和对应该防火分区的消防总信号连接到安装在风机控制箱旁的VAV控制器，由VAV控制器分析信号后对风阀执行器进行动态控制。当火灾发生后，消防信号最先输入VAV控制器，同时风机启动，当风机旁的压差传感器实测值达到设定值时输入信号给VAV控制器。当2 种信号同时具备，则VAV控制器开始接收楼梯间的压差传感器信号[7]。如果楼梯间压差传感器的实测值大于设定值，则根据超出的压力大小输出0～10 V的信号给VAV控制器，VAV控制器根据此信号大小输出相应的信号给风阀执行机构，将风阀缓慢打开至对应的角度。一旦风阀开启开始泄压，楼梯间压差传感器的实测值则相应减小，信号传输值相应变化，风阀开启度也相应变化，直至楼梯间压差传感器实测值与设定值相符，风阀也开启至一个稳定的角度。如此根据楼梯间压差传感器的信号进行实时的监控，动态调整风阀的开启角度，以达到控制楼梯间风压的目的（图1）。

4.2 合用前室正压送风动态超压控制方案

图1 疏散楼梯间正压送风动态控制原理

合用前室的正压送风系统同样是在送风机出风口的风管上增加支管并安装压差旁通风阀，在风阀的轴力杆上安装风阀执行器以控制风阀的开启程度，在风机旁安装数字量压差传感器测风机进出口的压差。并且在每个合用前室内设置一个模拟量压差传感器，一端接受合用前室的压力，另一端接受同一层走道的压力，从而将测得的压差值与设定值作比较（根据《高层民用建筑设计防火规范》规定：合用前室的余压为25～30 Pa）。将以上N+1个压差传感器的信号和对应防火分区的N层的消防信号分别连接到安装在风机控制箱旁的VAV控制器，由VAV控制器分析信号后对风阀执行器进行动态控制。当火灾发生后，事故区对应层的消防信号最先输入VAV控制器，同时风机启动、对应事故层风口打开，当风机旁的压差传感器实测值达到设定值时输入信号给VAV控制器。当2 种信号同时具备时，VAV控制器开始查找并接收该事故区对应层的合用前室压差传感器信号[8]。如果该事故区对应层的合用前室压差传感器的实测值大于设定值，则根据超出的压力大小输出0～10 V的信号给VAV控制器，VAV控制器根据此信号大小输出相应的信号给风阀执行机构，将风阀缓慢打开至对应的角度。一旦风阀开启开始泄压，合用前室压差传感器的实测值则相应减小，信号传输值相应变化，风阀开启度也相应变化，直至合用前室压差传感器实测值与设定值相符，风阀也开启至一个稳定的角度。因此根据事故区对应层的合用前室压差传感器的信号，进行实时的监控，动态调整风阀的开启角度，达到动态控制风压的目的（图2）。

4.3 以上2 种方案的不同之处

图2 合用前室正压送风动态控制原理

合用前室与楼梯间正压送风控制原理十分相似，但不同之处在于楼梯间正压送风的VAV控制器连接一个消防总信号和一个模拟量压差传感器的信号，直接进行一对一的控制。而合用前室正压送风的VAV控制器连接该系统的每个楼层的独立消防信号和对应的模拟量压差传感器的所有信号，当其中任意一个楼层的消防信号输入，则VAV控制器判断并获取该消防信号对应的楼层的压差传感器的信号，然后进行一对一的控制；当有2 个或2 个以上消防信号输入时，则VAV控制器关闭风阀。

5 选用方案时考虑的问题

5.1 疏散楼梯间压差传感器是否需要每层设置

由于整个疏散楼梯间为上下连通，各送风口为常开式，当风机启动时气流将迅速流入整个楼梯间，因此根据经验数据在距离该风机送风段2/3的位置安装压差探测器，测得的数据为平均气压。同时为了避免在风机启动瞬间的压力波动造成的误动作，因此整个楼梯间只设置一个压差传感器。

5.2 疏散楼梯间压差传感器感应的压力另一端接在合用前室还是走道

如果接在某一层的合用前室，则测得的压差在不同层面产生的结果不同，事故层与非事故层的数据会有较大区别，难以实现准确控制。而接在走道内，几乎等同于室外压力，不论是否为事故层，压力基本不变。因此选择接入走道内。

5.3 选用的VAV控制器是否根据压差大小控制风阀开度

如果根据传感器的信号只是控制风阀的启闭而不控制开度，则风阀不断执行启闭动作，无法达到稳定状态，风压也不稳定。而控制开度的方法在一个模拟量传感器对应一个风阀控制器使用时更为精准，根据传感器的输出电压大小控制风阀的开启程度，刚开始时有一个线性变化的过程，随即趋于相对稳定状态。

5.4 2 层或多层同时火灾时合用前室正压送风系统是否能正常运作

当只有1 层发生火灾事故时，合用前室正压送风的动态控制系统经查找判断后为一对一动态控制，同楼梯间的系统一样可以正常运作。当2 层或多层同时发生火灾时，则楼梯间控制系统继续运行，而合用前室的动态控制系统判定为关闭旁通阀，保证风机全负荷运行。因为根据设计风量考虑，2 层或多层合用前室风口打开时不会有超压情况发生。