水电站出线竖井加压送风系统设计与分析

陈 军，盘晓红，熊武标，王爱芬

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

水电站地下厂房一般布置于地下空间或山体内部，作为对外疏散通道的安全出口布置尤为重要。当地下厂房枢纽布置受到地质或其他条件制约，厂房通至室外的出线或通风用的廊道、竖井及疏散楼梯出口可作为通至室外地面的安全出口[1]。当出线竖井作为地下厂房通至室外地面的安全出口时，为保障出线竖井作为安全出口的疏散通道安全性，应对出线竖井设置加压送风系统进行防烟。但是，目前出线竖井通风系统的研究主要针对于出线竖井的布置方式[2]、竖井内SF6事故通风系统[3]和通风流动阻力特性[4]等，对出线竖井加压送风系统的研究和分析甚少，尤其是缺乏出线竖井高度超过100 m时加压送风系统设计的工程经验。本文以某抽水蓄能水电站的出线竖井为例，从设计规范的角度和工程建设的需求出发，分析作为水电站地下厂房安全出口的出线竖井加压送风系统设计。

1 加压送风系统总体设计

根据《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017[5]中第3.3.1条的要求，“建筑高度大于100 m的建筑，其机械加压送风系统应竖向分段独立设置，且每段高度不应超过100 m。”同时，根据第3.3.7条的要求“机械加压送风系统应采用管道送风，且不应采用土建风道。送风管道应采用不燃材料制作且内壁应光滑。”因此，该水电站出线竖井作为安全出口的封闭楼梯间应采用分段加压送风系统，且送风系统应采用内壁光滑的不燃风管，不应采用土建风道。但是，该水电站出线竖井高度约160 m，若分为上下2段送风，每段送风高度约80 m，其加压送风系统的送风量较大，风机型号和功率较大，且土建风井全段内衬不燃材料风管，造成设备和管道的造价和施工费用高，施工难度大，不属于经济合理的加压送风设计方案。

1.1 封闭楼梯间防火分隔设计

根据《水电工程设计防火规范》GB50872-2014中第5.2.4条的要求，“地下厂房通往室外的疏散楼梯间，当高度超过100 m时，其最下一段楼梯段应与其上楼梯段采取分隔措施。在该段的楼梯间应是防烟楼梯间，该段高度为6～24 m。其上一段不得与其他生产场所相通。”其中，生产场所指厂房及直接通往厂房的廊道。该水电站出线竖井作为疏散的安全出口，其高度约160 m，竖井内封闭楼梯间的下部通往地下厂房交通道和进风洞，其中进风洞连接厂房进风竖井；封闭楼梯间的上部为地面开关站的综合楼，直通室外地面。因此，对出线竖井内封闭楼梯间的下部三层(24 m高度内)采取防火分隔措施，出线竖井内楼梯间防火分隔示意如图1所示。采取上述防火分隔措施后，出线竖井内封闭楼梯间的下部三层(24 m高度内)及前室按照《建筑设计防火规范》GB50016-2014(2018版)[6]和《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017的技术要求对防烟楼梯间和前室设置加压送风系统，不仅满足了设计规范的要求，而且降低了工程造价的费用，符合工程建设的经济合理性需求。

1.2 加压送风系统设计

出线竖井内封闭楼梯间采取上述防火分隔措施后，封闭楼梯间的下部三层(24 m高度内)为防烟楼梯间，对防烟楼梯间和前室设置加压送风系统。结合该水电站的各层布置特点，对出线竖井下部的防烟楼梯间加压送风井道侧壁每隔1层设置1只固定式常开百叶风口，前室加压送风井的侧壁每层均设置1只常闭电动加压送风口。出线竖井上部标准层的封闭楼梯间采用自然通风方式，在封闭楼梯间的地面1层最高处设置可开启外窗进行通风防烟。出线竖井下部的防烟楼梯间和前室的加压送风系统如图2所示。

图2 加压送风系统图

2 加压送风系统布置

2.1 出线竖井下部布置

采取防火分隔措施后的出线竖井下部防烟楼梯间分为三层(24 m高度内)，从下至上分别是进风洞层(机房层)、出线道层和交通道层。进风洞层包含进风洞、风机房、电梯井、前室、楼梯间和相关风井等，加压送风系统的风源取自进风洞，由厂房进风竖井从室外进风，布置如图3所示。出线道层包含出线道、电缆井、电梯井、前室、楼梯间和相关风井等，交通道层包含交通道、电缆井、电梯井、前室、楼梯间和相关风井等，其中交通道连接地下厂房和出线竖井，通过出线竖井的上部楼梯间疏散至室外地面，布置如图4所示。

图3 进风洞层布置图

图4 交通道层布置图

2.2 出线竖井上部布置

采取防火分隔措施后的出线竖井上部封闭楼梯间分为标准层、地面1层和地面2层(机房层)。各层的标准层包含电缆井、电梯井、前厅、楼梯间和相关风井等，且不与其他生产场所相通，布置如图5所示。地面1层包含走道、电缆井、电梯井、前厅、楼梯间和相关风井等，地面1层通往地面2层的楼梯间内设置防火门进行分隔，竖井内楼梯间通过前厅直达室外地面，且竖井内楼梯间的地面1层下部最高处设置面积不小于2 m2的可开启外窗，布置如图6所示。地面2层为机房层，包含风机房、电梯机房、楼梯间和相关风井等。

图5 标准层布置图

图6 地面1层布置图

2.3 加压送风井内衬风管布置

从出线竖井下部的各层布置图可知，防烟楼梯间加压送风井和前室加压送风井均为混凝土和砖墙封闭形成的土建井道，不满足《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017对加压送风系统管道的要求。因此，对防烟楼梯间加压送风井和前室加压送风井均内衬2 mm厚度的304不锈钢风管，如图3和图4所示。不锈钢风管既满足了内衬风管的密封、耐火、防锈蚀和管材刚度等性能，又便于现场进行风管制作和焊接固定。

3 加压送风控制策略

3.1 加压送风控制逻辑

对于大中型水电工程，防排烟系统的监测与控制应按照规范的要求纳入火灾自动报警系统中[7]。当出线竖井作为地下厂房通至室外地面的安全出口时，出线竖井的防烟楼梯间为地下厂房的重要疏散通道，按照上述方案设计的加压送风系统控制应纳入该水电站的火灾自动报警系统。出线竖井加压送风系统的控制包括送风机、送风口的启动和动作信号的反馈等，控制逻辑如图7所示。

图7 控制逻辑示意图

1)防烟楼梯间和前室的加压送风机作为送风系统的核心，具备多种启动方式，包括现场手动启动、火灾自动报警系统自动启动、消防控制室手动启动和任一常闭加压送风口开启时自动启动等。

2)常闭电动加压送风口作为送风系统的末端口部，具备多种启动方式，包括现场手动启动、火灾自动报警系统自动启动、消防控制室手动启动等。

3)加压送风机启动和常闭电动加压送风口启动的动作信号均反馈至消防控制室内的消防联动控制器[8]，便于消防值班人员掌握和控制送风设备的运行情况。

3.2 加压送风运行策略

该水电站出线竖井作为地下厂房通至室外地面的安全出口，当连接地下厂房的交通道、水平出线道或竖井内电缆井发生火灾情况时，启动出线竖井加压送风系统的防烟楼梯间和前室加压送风机及每层常闭电动加压送风口(共三层)，同时加压送风机和常闭电动加压送风口的动作信号反馈至消控室的消防联动控制器。出线竖井加压送风系统启动后，维持防烟楼梯间与外部通道的压差为40～50 Pa，前室与外部通道的压差为25～30 Pa，防止火灾区域的烟气进入防烟楼梯间和前室，保障安全出口的疏散安全。

1)在火灾初期，当火灾自动报警系统中火灾探测器尚未动作时，现场工作人员发现火灾并进行确认后，通过现场手动启动或消防控制室手动启动加压送风系统，启动防烟楼梯间和前室的加压送风机及常闭电动加压送风口进行送风防烟。

2)在火灾初期，当一只火灾自动报警系统中火灾探测器动作时，工作人员应立即前往该现场进行确认。若经现场确认发生火灾后，通过现场手动启动或消防控制室手动启动加压送风系统，启动防烟楼梯间和前室的加压送风机及常闭电动加压送风口进行送风防烟。

3)在火灾发生后，当火灾现场无人值守时，由火灾自动报警系统的两只独立的火灾探测器的报警信号作为加压送风机启动和常闭电动加压送风口开启的联动触发信号，通过逻辑控制在15 s内联动启动防烟楼梯间和前室的加压送风机及常闭电动加压送风口进行送风防烟。

4 结 语

当水电站出线竖井作为地下厂房通至室外地面的安全出口，且出线竖井高度超过100 m时，缺乏类似水电工程的出线竖井加压送风系统设计的工程经验。通过本文的分析，提出了经济合理的出线竖井加压送风系统设计方案，对出线竖井的下部24 m高度内封闭楼梯间进行防火分隔，防火分隔后的防烟楼梯间及前室设置加压送风系统，对加压送风的土建风井进行内衬不锈钢风管。设计合理的出线竖井加压送风系统，配合完善的加压送风控制策略，既满足了设计规范的要求，又符合水电工程建设的需求，对类似水电工程的出线竖井加压送风系统设计具有一定的借鉴和参考意义。