加压送风系统旁通泄压的设置方法探讨

钟学阳

（成都基准方中建筑设计有限公司 成都 610011）

0 引言

加压送风系统是在火灾时确保疏散路线畅通不可或缺的重要措施。通过向防烟楼梯间、合用前室等区域送入空气，使这些区域内部的压力大于非防烟区域，从而防止烟气侵入，保障人员在火灾时能安全疏散。加压送风系统是否安全可靠，不仅有风量要求，还需要有合理的压力控制措施，以免压力过大导致疏散门开启困难或者无法开启，影响人员疏散。

工程中常用的加压送风防止超压的措施有两种：一种是在防烟区域和非防烟区域隔墙上设置带防火功能的余压阀，当防烟区域室内压力超过设定值，余压阀自动开启泄压。另一种是在加压送风管上设置带电动风阀的旁通管，并将电动风阀与防烟区域设置压力（差）传感器信号联动控制，当防烟区域压力超过设定值，开启电动风阀泄压。民用建筑中，由于建筑装修效果有一定要求，采用余压阀的情况较少，多数加压送风系统采用旁通泄压的方式。

在设计加压送风系统时，旁通泄压管的尺寸按多大设计才能确保系统有效达到防超压的目的？相关规范、标准、文献中均只提到了旁通泄压的设置方式和控制原理，但对泄压管尺寸如何选取却没有指导性原则。为此，笔者将加压送风旁通泄压设置方法进行了分析与总结。

1 加压送风系统旁通泄压控制逻辑

工程中常用的加压送风系统控制逻辑如图1所示。

图1 加压送风系统控制原理图Fig.1 Control principle diagram of positive pressure air supply system

当检测到火灾信号，加压送风机、加压风口开启，维持设计工况下防烟区域的正压，当内室压力探头检测到压力超过设定值，联动开启旁通管上的泄压阀，减少送入风量，当室内压力低于设定下限后关闭泄压旁通阀，提升室内压力。在此控制逻辑下，为保证防烟区域的压力不超过最大允许压力，泄压阀全开时，应能在任何工况下均能排出足够多的风量，使送入风量不超过需求量。这就要求旁通管尺寸设置合理。

2 旁通泄压设计

以实际工程为例，分析旁通泄压的设计流程。某高层建筑，建筑高度53.55m，地上17 层，地下室1 层，防烟楼梯间及合用前室分别设置加压送风系统，加压送风系统设置情况如图2所示。

图2 加压送风系统设置示意Fig.2 Setting of positive pressure air supply system

2.1 加压送风系统风量计算

加压送风系统风量计算结果如表1所示。

表1 加压送风系统风量计算结果Table 1 Calculation results of air volume of pressurized air supply system

如表1所示，按《建筑防烟排烟技术标准》GB 51251-2017（以下简称《标准》）中规定的查表法和公式法分别确定计算加压送风量，取大值，防烟楼梯间加压送风计算风量为21084m3/h，合用前室加压送风计算风量为26149m3/h。

2.2 防超压计算

《标准》中规定了加压送风系统计算风量的设计工况，设计工况下防烟区域的疏散门为开启状态，开启个数根据建筑高度和区域确定。当疏散门为关闭状态时（以下称为闭门工况），送入风量无法从门洞泄出，防烟区域压力升高，当压力超过疏散门两侧允许的最大压差，风压在疏散门处形成的力矩将大于人的平均推力110N，此时疏散门难以打开，影响人员的安全疏散。加压送风系统防超压措施的控制目标即是使室内压力不超过且不低于设计压力的下限值。

式（1）、（2）中：F为门的总推力，人的平均推力取110N；Fdc为门把手处克服闭门器所需的力，N；mW为单扇门的宽度，m；dm为门的把手到门闩的距离，m；mA为门的面积，m2；M为闭门器的开启力矩，N·m。

防火门闭门器规格参考《标准》第3.4.9 条条文解释表1 选取。该项目尺寸为1.03m×2.2m 的单扇门配备的闭门器的开门力矩按45N·m，尺寸为1.2m×2.2m 的子母门配备的闭门器的开门力矩按45N·m。

经计算前室：Fdc=53.57N，Δpmax=51.25Pa

楼梯间：Fdc=46.4N，Δpmax=52.8Pa

该项目前室最大允许压力为51.25Pa，楼梯间最大允许压力为52.8Pa。

2.3 闭门工况最大允许送风量计算

防烟区域的压力受疏散门启闭状态影响，不同状态的旁通泄压风量也不同。旁通管径按最大旁通风量选取，以保证任何工况下均不会出现超压的情况。闭门工况下最大允许送入风量计算如下。

（1）楼梯间、合用前室通过疏散门缝、电梯门缝泄出风量Ly计算：

式中，A为门缝隙的计算漏风总有效面积，m2，门缝宽度取0.004m；Δp为防烟区域与走道之间门两侧的压差值，楼梯间取52.8Pa，合用前室取51.25Pa；b为指数，取2；0.827 为计算常数；1.25为不严密附加系数。

经计算， 楼梯间疏散门缝泄出风量Ly1=11511m3/h。

合用前室疏散门及电梯门泄出风量Ly2=8216m3/h。

（2）泄压阀开启时，未开启的常闭送风口的漏风量计算

式中，0.083 为阀门单位面积的漏风量；Af为单个送风阀门的面积。

经计算，L3=2052m3/h 。

（3）最大允许送入风量：

楼梯间最大允许送入风量为Ly1=11511m3/h，合用前室为Ly1+L3=10268m3/h 。

2.4 旁通泄压管径计算

以该项目合用前室加压送风系统为例，设计管道尺寸及管长如图3所示。

图3 加压送风管道示意Fig.3 Air duct setting of positive pressure air supply system

2.4.1 管道阻力计算

设计工况加压送风系统风管水力计算结果如表2所示。

表2 设计工况加压送风系统风管水力计算Table 2 Hydraulic calculation of air duct in positive pressure air supply system under design condition

2.4.2 泄压风量的确定

从水力计算结果可知，设计工况下系统风量为26149m3/h，管道总阻力为615.4Pa。按《标准》的规定，考虑管道漏风和风机本身风量偏差的因素，加压风机的风量不应小于设计风量的1.2 倍，即风机工作点风量不低于31376m3/h，选用1 台SZF-F-8型轴流风机作为前室的加压送风机，风机额定参数以及扣除管道漏风附加的参数如表3所示。

表3 风机性能参数Table 3 Performance parameters of the fan

根据扣除漏风附加后实际送入管网的风量及风机全压绘制出风机特性曲线，计算出不同风量下的管道阻力，绘制出设计工况和旁通阀开启时（以下称泄压工况）的管网特性曲线，可得到管网中风机的工作点，如图4所示。由图4 可知，当泄压阀开启后，管网阻抗降低，特性曲线变得更为平缓，风机实际风量将会超过设计风量，此时风机工作点风量变为31700m3/h，允许送入前室的最大风量不变，为10268m3/h，故需泄出风量为21432m3/h。

图4 风机及管网特性曲线Fig.4 Characteristic curve of fan and air duct network

2.4.3 管道阻力分析

旁通管和A 点至合用前室（以下简称送入段）为并联关系，因并联管路的阻力相等，计算出送入段管道阻力，便可以确定旁通管在设计风量下的尺寸。合用前室加压送风系统多叶风口为常闭状态，风口开启位置的不同导致管道阻力不同，顶层着火时管道阻力最小，底层着火时管道阻力最大。当送入段风管的阻力最小时，旁通管需要的管道尺寸最大。故按顶层着火的情况计算出管道阻力，计算结果如表4所示。

表4 泄压工况加压送风系统风管水力计算Table 4 Hydraulic calculation of air duct in positive pressure air supply system under pressure relief condition

2.4.4 泄压旁通管径计算

旁通管接管示意如图5所示。

图5 旁通管接管示意Fig.5 Schematic diagram of the bypass duct

采用试算的方式，计算管道阻力，并选取旁通尺寸，计算结果如表5所示。

表5 接管形式1 水力计算Table 5 Hydraulic calculation of form 1

本文所列举的加压送风系统案例仅为特定工况、特定接管方式下的一种情况，虽不能涵盖所有工况，但旁通管管径的计算原则大同小异，通过前文的计算可知，旁通管尺寸受管道阻抗以及系统风量影响，送入段阻抗越小，旁通管的尺寸将会越大，风机选型放大系数越大，旁通管的尺寸越大。

如表5所示，当旁通管尺寸为800mm×800mm时，阻力为127.2Pa，与送入段的阻力120.9Pa 的不平衡率小于15%，阻力平衡，可视为泄出风量满足设计要求。

3 结论

防烟区域超压问题在实际工程中并不凸显，并不是因为加压送风系统超压现象只在特殊情况下才会发生，主要原因是防烟区域的密闭性在实际工程中通常无法保障。从理论计算可以看出，当防烟区域密闭性可以保障时，加压送风系统超压的情况并非特殊情况，而是必然存在的，加压送风系统的泄压措施重要性不言而喻。

旁通管的尺寸受到防烟区域建筑布局、加压送风管道设置情况、风机选型等因素的影响。当条件设置不同时，所需要的旁通泄压管的尺寸则会不同，在现有控制逻辑下，不通过计算而直接按主管尺寸的一定比例或者同主管尺寸来确定旁通管尺寸的方法是不合理的，无法确保旁通管能满足泄压要求。

确定旁通管尺寸的计算步骤总结如下：

（a）计算设计工况下的加压送风量；（b）确定设计工况下的风管布置及尺寸；（c）计算设计工况下最不利环路的管道阻力；（d）确定风机型号；（e）计算防烟区域最大允许压力；（f）计算闭门工况最大允许送风量；（g）计算闭门工况送入段管道阻力；（h）计算闭门工况下不同风量下的阻力绘制管网特性曲线；（i）根据风机参数绘制风机特性曲线；（j）确定泄压阀开启时的风机工作点；（k）确定送入管网的实际风量计算出泄压风量；（l）采用试算法计算出使旁通管与送入段阻力平衡的管道尺寸。

旁通管尺寸的计算步骤过于繁琐，在工程设计中如每个系统都通过计算确定，将耗费太多时间和精力。国家标准图集20K607（P28～30）《防排烟及暖通防火设计审查与安装》中提出了旁通泄压和余压阀泄压之外的另一种压力控制措施，在取风主管上设置电动调节阀与压力探头联动，通过阀门来调节送入风量，从而实现对防烟区域压力的控制。此种控制逻辑简单明了，从理论上来说可以达到与旁通泄压及余压阀同样的压力控制效果，且不会有繁琐的计算过程。但此种方式也有不足之处，因电动风阀的故障率相对较高，在主管设置电动风阀，导致系统的可靠性降低，当电动风阀出现故障时，将不能保证设计工况下的加压送风量，有一定的安全隐患。笔者认为，虽然此方式目前还未在工程设计中大量使用，实际效果还有待工程实例的检验，但随着技术的进步，电动风阀的可靠性进一步提升，可以预想此种方案将成为一种较理想的压力控制措施。