高层建筑前室机械加压送风系统旁通泄压阀超压控制措施分析

吴延奎，蒋能飞

（深圳市建筑设计研究总院有限公司，深圳 518000）

0 引言

《建筑防排烟系统技术标准》［1］（GB51251-2017）（以下简称《烟规》）第3.4.4条规定，“机械加压送风量应满足走廊至前室至楼梯间的压力呈递增分布，余压值应符合下列规定：（1）前室、封闭避难层（间）与走道之间的压差应为25Pa～30Pa；（2）楼梯间与走道之间的压差应为40Pa～50Pa；（3）当系统余压值超过最大允许压力差时应采取泄压措施。最大允许压力差应由本标准第3.4.9条计算确定。”对于机械加压送风系统的余压值超过最大允许压力差的泄压措施，现行图集《建筑防烟排烟系统技术标准》图示（15K606）［2］给出了两种做法：1）设置余压阀，做法简单可靠，不再赘述；2）采用旁通管，在每层前室设置压力（差）传感器，控制加压送风机出口处的旁通泄压阀，调节加压送风前室的余压值，《烟规》第5.1.3条规定，“（1）当防火分区内火灾确认后，应能在15s内联动开启常闭加压送风口和加压送风机，并应符合下列规定：……；（2）应开启该防火分区内着火层及其相邻上下层前室及合用前室的常闭送风口，同时开启加压送风机”。因此，当某防火分区发生火灾时，该防火分区的前室的压力（差）传感器需同时控制着火层及其相邻上下层前室的压差，保证前室与走道间的压差为25～30Pa，但整个加压系统的风量调节系统只有1个执行机构（旁通泄压阀），用1个旁通泄压阀控制3层前室的压差，控制复杂，本文就某防火分区发生火灾时，对前室门的不同开启状态下的压力、门洞风速等进行分析。

1 疏散门的状态

当某层发生火灾时，机械加压送风系统通过火灾自动报警系统等方式启动，开启着火层及其相邻上下层前室的常闭送风口，房间内的人员听到火灾报警开始向前室疏散，此时着火层及其相邻上下层的疏散门的启闭状态存在以下几种方式，详见表1。

表1 前室疏散门的启闭状态表

2 几点假设

为了简化分析，现将前室机械加压送风系统做如下几点假设：（1）前室的疏散门为2.0m×1.6m的标准双扇门，且仅按1扇双扇门考虑，并取楼层中最不利的三层作为分析对象；（2）不考虑压力（差）传感器及旁通泄压阀泄压时的反应时间；（3）加压送风口关闭时风口按无漏风量考虑；（4）加压送风量以计算送风量为准，风管水力计算时不考虑风管漏风，即计算风量不考虑1.2的漏风系数。

3 设计计算举例

为了更加具体的说明前室各状态下的压力及开启门的风速情况，现以一个具体案例举例说明，由于这类案例比较普遍，建筑平面等建筑信息已被忽略，只取了论文中涉及到的相关参数。

3.1 计算条件

某办公楼共20层，每层层高为4.5m，总建筑高度为90m，楼内设防烟楼梯间及合用前室，合用前室的疏散门为2.0m×1.6m的标准双扇门。加压送风量按合用前室和楼梯间分别设机械加压送风系统计算，合用前室疏散门的门洞断面风速取0.7m/s，合用前室机械加压送风系统计算送风量为L1=2×1.6× 0.7×3×3600=24192 m3/h，每个合用前室加压送风口风量为8064 m3/h，合用前室加压送风系统示意图见图1所示。

图1 合用前室加压送风系统图

3.2 风管设计工况水力计算

各部分局部阻力系数ζ［3-4］见表2：

表2 局部阻力系数计算表

竖向镀锌风管尺寸为1000mm×500mm，泄压旁通风管尺寸为1000 mm×500mm，多页加压送风口尺寸为800×（500+250h），则设计状态下的风机全压计算结果见下表3。

表3 设计工况风机水力计算表

根据上述计算可知设计工况下的风机全压（597Pa）及风量（24192 m3/h），查某后倾式离心风机样本可得设计工况下的管路及风机特性曲线图，如图2所示，设计状态点为a点。

图2 管路及风机特性曲线图

3.3 其他工况分析

（1）合用前室疏散门都关闭

1）假如合用前室与走道的压差△P=30 Pa时，则加压送风口开启而合用前室疏散门关闭时，合用前室与走道的疏散门的漏风量Lb= 0.827×A×△P1/2×1.25×3600=400m3/h，三层疏散门的总漏风量为1200 m3/h，由于所选风机的特性曲线不变，根据漏风量1200m3/h与风机特性曲线的交线可得b点，此时风机的全压为750Pa。实际上，此时系统的实际运行状态点在a～b之间靠近b点，该状态点对应前室的压力远大于30Pa，三层合用前室均超压。

2）三层合用前室均超压，旁通泄压阀开启泄压，加压送风系统管路的特性曲线满足如下公式：

式中，△P为管路系统的阻力，Pa；S为管路综合阻力系数，kg/m7；d为管径，m；ζ为局部阻力系数；l为管道长度，m；ρ为空气密度，kg/m3；Q为风机风量，m3/s。

对于0’-6段管路，在d、l已给定时，S只随λ与∑ζ变化，λ值与流动状态有关，当流体处在阻力平方区时，可视为常数［5］，本文λ=0.017。合用前室疏散门都关闭时，可求得此时S=6.4 kg/m7，代入公式（1）可得△P=6.4Q2，由此公式绘制成管路特性曲线与风机特性曲线交点为b1点，此时风机风量为30200m3/h，风机全压为451Pa；同时，由风机风量可计算出风管6～4段的阻力损失为126Pa，合用前室疏散门都关闭时，近似认为图1中的4点的压力与合用前室压力相等，此时4点的全压为325Pa＞30Pa，即当开启旁通泄压阀泄压时，合用前室的压差仍然大于《烟规》第3.4.4条规定的压差

（2）某一层合用前室疏散门开启（如20F），其他楼层疏散门关闭

1）假如合用前室与走道的压差△P=30Pa，开启层设计风量8064m3/h远大于其他两层漏风量（800m3/h），由管网特性曲线可知风机风量要大于开启层设计风量，为便于分析问题，风机风量Lc取12000m3/h，由风量12000m3/h与风机特性曲线的交线可得c点，此时风机的全压为680Pa。实际上，此时系统的实际运行状态点在a～c之间靠近c点，该状态点对应前室的压力远大于30Pa，疏散门关闭楼层的前室（18F、19F）超压。

2）超压楼层反馈致使旁通泄压阀泄阀开启，此时20F疏散门开启同理求得S’0-4=29.8 kg/m7，S4-7=4.7 kg/m7。0’-4段与4-7并联环路的总的管路综

合阻力系统S=4.2kg/m7，此时风机风量为33200m3/h，风机全压为357Pa；流体流经并联环路时，各管路的阻力损失相等，通过的总流量为各并联管路的流量之和，由S’0-4=29.8 kg/m7得到0’-4段的风量为9443m3/h＞8064m3/h，此时的风量满足《烟规》第3.4.6条要求的最小风速要求。同时可以计算出此状态下2点的压力为130Pa，即19层（疏散门未开启）合用前室的压力约为130 Pa＞30Pa，该层合用前室超压。同理，18层（疏散门未开启）在该状态下也超压。即：此状态下，旁通泄压阀开启时，疏散门开启层的风量能满足规范所要求的风量，其余两层合用前室的疏散门关闭，压差大于规范要求压差值。

（3）某两层合用前室疏散门开启（如20F、19F），18F疏散门关闭

同理，可求得此状态下0’-4段的风量为15180 m3/h＜8064×2=16128 m3/h（此时系统运行于图1中的d点），20F和19F的风量不能满足《烟规》第3.4.6条要求的最小风速（0.7m/s），防烟失效。同时，可以计算出图1中的0’～3的阻力为90Pa，即18F合用前室的压力约为90 Pa＞30Pa，此层合用前室超压。当旁通阀开启时，20F和19F的风量更加无法满足规范要求。

综上所述，合用前室疏散门的各状态下的压力及开启门的风速情况汇总于表4。

表4 各状态下合用前室的压力及疏散门开启时的门洞风速一览表

4 结 语

本文通过实际案例对火灾时着火层及其相邻上下层合用前室门的不同开启状态的分析可知，采用旁通泄压阀控制机械加压送风正压值的方式即使不考虑压力（差）传感器及旁通泄压阀的反应时间，也难以满足前室的压差要求，而实际中旁通泄压阀一般从关到全开走完行程的时间在30～ 150 s之间［6］，这将加重超压问题，并且当加压送风口开启楼层不是最不利楼层时，管路特性变小，风机风量变大，泄压情况更为凸显，为了保证人员及时、安全疏散，建议前室采用余压阀等安全可靠的泄压方式。