加壓送風(fēng)設(shè)計中余壓閥的合理性設(shè)置探討

何清衡

摘要：防煙樓梯間、消防電梯前室、合用前室作為火災(zāi)時建筑中重要的逃生通道，對保障人員安全起著至關(guān)重要的作用，為避免加壓送風(fēng)過程中加壓空間室內(nèi)超壓現(xiàn)象的發(fā)生，工程中經(jīng)常采用設(shè)置余壓閥的做法，本文就加壓部位超壓產(chǎn)生的原因以及余壓閥的合理性設(shè)置進行了初步的探討，對余壓閥計算面積公式進行了優(yōu)化。

關(guān)鍵詞 ： 樓梯間；合用前室；加壓送風(fēng)；余壓閥

The rationality of the residual pressure valve set in the pressurized design of air supply

He Qingheng1

（1. Guangzhou Building Equipment Installation Engineering Quality Monitoring Station， Guangzhou， 510410）

Abstract：Smoke-proof staircase， fire elevator former room， share former room as the important emergency exits for fire building plays an vital role in personnel safety. To avoid the overpressure phenomenon in the pressure space while doing the process of the pressurized air supply， people often set pressure valve in engineering practice. In this paper， the causes of overpressure phenomenon and the rationality of the pressure valve set has carried on the preliminary discussion. The pressure valve area calculation formula is optimized.

Keywords ： Staircase； Share former room； Pressurized air supply； Pressure valve

0 引言

隨著我國現(xiàn)代化城市建設(shè)的發(fā)展， 建筑業(yè)發(fā)展迅速， 各地高層建筑大量興建，防煙樓梯間作為高層建筑中重要的火災(zāi)逃生通道，對保障人員安全起著至關(guān)重要的作用。國內(nèi)外的有關(guān)資料表明， 高層建筑物中火災(zāi)造成的人員傷亡有80% 左右是由于燃燒產(chǎn)生的煙氣使人窒息而死。因此， 在建筑物中對樓梯間、前室（合用前室）采用加壓送風(fēng)的方式防煙在國內(nèi)外高層建筑設(shè)計中已被廣泛接受與采用。為了防止火災(zāi)時安全疏散門無法打開的現(xiàn)象發(fā)生（有資料表明，當余壓值在102Pa左右時，疏散門就難以打開），加壓送風(fēng)設(shè)計中應(yīng)避免加壓部位室內(nèi)空間壓力超壓，經(jīng)常采用的有余壓閥泄壓、采用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)送風(fēng)機風(fēng)量和采用風(fēng)量旁通調(diào)節(jié)3 種方式調(diào)整豎井內(nèi)壓力大小， 其中采用余壓閥較簡單且有較高的可靠性。本文就余壓閥的合理性設(shè)置進行了初步探討，對余壓閥計算面積公式進行了優(yōu)化。。

1. 超壓的危險性

我國國家標準GB50045-95《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》[1] （以下簡稱“《高規(guī)》”）中8.3.7規(guī)定：機械加壓送風(fēng)機的全壓，除計算最不利環(huán)管道壓頭損失外，尚應(yīng)有余壓。其余壓值應(yīng)符合下列要求：防煙樓梯間為40Pa 至50Pa；前室、合用前室、消防電梯間前室、封閉避難層（間）為25Pa 至30Pa。加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中，送風(fēng)部位的余壓值是一個重要的技術(shù)指標，余壓值是指在與加壓送風(fēng)部位相通的門關(guān)閉的情況下， 足以阻止著火層的煙氣在熱壓、風(fēng)壓、浮力、膨脹力等聯(lián)合作用下進入加壓部位，同時又不致因壓力過高而無法推開通向疏散通道的門的風(fēng)壓值。當壓力過高（比如超過102Pa時），防火門開啟困難，在火災(zāi)混亂的情況下，眾多人員涌向走廊，前室（合用前室），甚至可能會產(chǎn)生踩踏等嚴重事故。所以加壓送風(fēng)系統(tǒng)的控制區(qū)域超壓是十分危險的，對于樓梯間及前室等區(qū)域進行余壓控制也是必要的。

2. 超壓的原因及余壓閥設(shè)置的合理性探討

2.1 加壓送風(fēng)量的計算方法

根據(jù)《高規(guī)》8.3.2中規(guī)定：高層建筑防煙樓梯間及其前室、合用前室和消防電梯間前室的機械加壓送風(fēng)量應(yīng)由計算確定，或按表 8.3.2-1 至表 8.3.2-4 的規(guī)定確定。當計算值和本表不一致時，應(yīng)按兩者中較大值確定。

工程上加壓送風(fēng)量的計算常用的方法是壓差法和風(fēng)速法。按照保持疏散通道需要有一定正壓值計算加壓送風(fēng)量：

（1）

公式中， 為加壓送風(fēng)量，m3/h；0.827 —計算常數(shù)；A 為門、窗縫隙的總有效漏風(fēng)總面積，m2；門縫寬度：疏散門 0.002～0.004m；電梯門 0.005～0.006； △P為壓力差，Pa；疏散樓梯間取40～50Pa； 前室、消防電梯前室、合用前室取25～30Pa；n 為指數(shù)，門縫取2，窗縫取1.6；1.25為不嚴密處附加系數(shù)。

按照保持門洞處一定風(fēng)速所需風(fēng)量計算加壓送風(fēng)量：

（2）

公式中， 為加壓送風(fēng)量，m3/h；F 為 一樘門開啟的斷面積， m2；v為 開啟門洞處的平均風(fēng)速， m/s，取0.7～1.2 m/s；a 為背壓系數(shù)，根據(jù)加壓間密封程度取0.6～1.0；b 為漏風(fēng)附加率，取0.1～0.2；n 為同時開啟門的計算數(shù)量，對于多層建筑和20層以下的高層建筑取2；對20層以上的建筑取3。

2.2 樓梯間的超壓現(xiàn)象及余壓閥設(shè)置分析

目前，工程上所采用的加壓送風(fēng)系統(tǒng)形式主要有兩種，第一種是只對防煙樓梯間加壓送風(fēng)，前室不送風(fēng)的系統(tǒng)，這種類型的系統(tǒng)只需注意是否整體超壓，余壓閥應(yīng)通常設(shè)置在樓梯間與前室隔墻上，樓梯間超壓風(fēng)量泄入前室，火災(zāi)時，有利于提升前室壓力，增加人員疏散的安全性。利用公式（1） 和公式（2）針對系統(tǒng)負擔不同樓層數(shù)進行樓梯間加壓送風(fēng)量計算，結(jié)果見表1。

表1 樓梯間機械加壓送風(fēng)量計算

系統(tǒng)負擔層數(shù) 疏散門尺寸

（長m×寬m） 壓差法計算風(fēng)量（?/h） 風(fēng)速法計算風(fēng)量（?/h） （%）

備注

5 1.6×2.0 4841 25344 19 開啟門數(shù)取2

10 1.6×2.0 9682 25344 38 開啟門數(shù)取2

15 1.6×2.0 14524 25344 57 開啟門數(shù)取2

20 1.6×2.0 19365 38016 51 開啟門數(shù)取3

25 1.6×2.0 24206 38016 64 開啟門數(shù)取3

30 1.6×2.0 29047 38016 77 開啟門數(shù)取3

注： 取50Pa，門洞平均風(fēng)速取0.7m/s，漏風(fēng)附加率b=0.1，背壓系數(shù)a=0.7，疏散門縫寬度取0.004m，前室不加壓。

值得注意的是，按照風(fēng)速法的計算公式，無論是20層的樓梯間，還是5層的樓梯間，當火災(zāi)時開門數(shù)量一樣時，其計算結(jié)果是一樣的，即風(fēng)速法計算結(jié)果與樓層數(shù)無關(guān)，只與開門數(shù)有關(guān)。由表1可以看出，壓差法計算得出的加壓送風(fēng)量比風(fēng)速法計算得出的加壓送風(fēng)量小得多，特別是當系統(tǒng)負擔樓層小于10層時，兩者之比小于50%。

以系統(tǒng)負擔10層為例，風(fēng)速法計算結(jié)果與《高規(guī)》表 8.3.2-1 至表 8.3.2-4 的規(guī)定取值較為接近，按規(guī)范要求，取這三者之中的最大風(fēng)量作為最終的加壓送風(fēng)量，即25344?/h，將此風(fēng)量值帶入公式（1）進行反算，樓梯間的壓差值達到185Pa，遠遠大于疏散門開啟的壓力極限值，即造成了樓梯間的超壓現(xiàn)象，這種情況下應(yīng)采取必要的泄壓措施。當采用設(shè)置余壓閥的方法進行泄壓時，根據(jù)文獻[2]，設(shè)置泄壓閥（工程上常采用可設(shè)定壓差值的余壓閥）且在穿防火墻處設(shè)置70℃防火閥，泄壓閥板開啟面積計算公式為：

（3）

式中： 為利用風(fēng)速法計算公式（2）計算得出的加壓送風(fēng)量，?/h； 為利用壓差法計算公式（1）計算得出的加壓送風(fēng)量，?/h。

通過分析，利用公式（3）簡單地推算出泄壓閥的面積是偏大的，系統(tǒng)可能會由于漏風(fēng)過大而無法達到規(guī)定的過門風(fēng)速，原因如下：由于樓梯間與前室隔墻上的泄壓閥只有在走廊與前室的門打開時才會開啟，對于前述門未打開的層面，未打開的泄壓閥會通過縫隙漏風(fēng)，當樓層較多時， 應(yīng)當計入泄壓閥縫隙的壓差風(fēng)量（風(fēng)量 計算可參考文獻[3]中公式5.1.1-4）才更準確。因此此時式（1）應(yīng)修正為：

（4）

式中：N為系統(tǒng)負擔樓層數(shù)；X為開啟的門數(shù)量（取2或3）；F為泄壓閥面積。簡化上式可得：

（5）

通過優(yōu)化后的泄壓閥計算公式，可減小泄壓閥的面積，提高工程的經(jīng)濟效益。因此，筆者認為，對于不同的工程項目，設(shè)計人員應(yīng)通過計算得出最佳的設(shè)計值，而不能憑借經(jīng)驗值一概而論。對于負擔層數(shù)較少的樓梯間加壓送風(fēng)系統(tǒng)，建議采用相應(yīng)的泄壓措施。

2.3 合用（前室）的超壓現(xiàn)象及余壓閥設(shè)置分析

第二種是對樓梯間、合用（前室）分別設(shè)置加壓送風(fēng)系統(tǒng)，余壓閥宜分別設(shè)置在樓梯間與走道的隔墻上、合用前室與走道的隔墻上，樓梯間、合用前室均對走道泄壓，可以準確地控制加壓間室內(nèi)正壓值?！陡咭?guī)》8.3.8中規(guī)定，機械加壓送風(fēng)的防煙樓梯間和合用前室，宜分別獨立設(shè)置送風(fēng)系統(tǒng)，樓梯間宜每隔二至三層設(shè)一個加壓送風(fēng)口；前室的加壓送風(fēng)口應(yīng)每層設(shè)一個。對于這兩個獨立的加壓送風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)口及控制形式：樓梯間送風(fēng)系統(tǒng)采用常開型風(fēng)口，當火災(zāi)發(fā)生時，風(fēng)機啟動，對整個貫通的樓梯間加壓送風(fēng)；對于前室大部分采用常閉型風(fēng)口，火災(zāi)時打開火災(zāi)層及其上層或上下層共2-3層的風(fēng)口加壓送風(fēng)。

在設(shè)計過程中，當選取加壓風(fēng)管的風(fēng)速為10m/s（《高規(guī)》8.1.5規(guī)定，采用金屬風(fēng)道時，不應(yīng)大于20m/s；采用內(nèi)表面光滑的混凝土等非金屬材料風(fēng)道時不應(yīng)大于15m/s），此時，送風(fēng)阻力約 3Pa/m，對于一個（合用）前室加壓送風(fēng)系統(tǒng)，當只對火災(zāi)層前室加壓時，假如風(fēng)機設(shè)在屋頂，為保證其對底層前室送風(fēng)加壓使房間余壓達到25 Pa，該風(fēng)機風(fēng)壓需滿足克服管路阻力的風(fēng)壓及余壓（25 Pa）之和，如果對于20 層建筑，頂層與底層前室高度差為 60 m，假設(shè)在5層發(fā)生火災(zāi)，其前室送風(fēng)加壓時前室壓力為 25+3×5×3=60Pa，這時走廊與前室的防火門能正常開啟；假如在15層發(fā)生火災(zāi)，對15層前室送風(fēng)加壓時就可能達到 25+3×15×3=160Pa，就引起了前室超壓；防火門開啟就會比較困難。圖1為樓梯靜壓、前室靜壓、防火門開啟臨界壓力（102Pa）與樓層高度的關(guān)系（以下壓力均為相對壓力，以走廊為基準，假定樓層高度為3m，加壓送風(fēng)風(fēng)機置于屋頂）。當對火災(zāi)層及其上下層前室加壓時，結(jié)果是類似的，這一點在文獻[4]中也有敘述。

圖1. 樓梯間靜壓、前室靜壓、防火門開啟臨界壓力（102Pa）與樓層高度的關(guān)系

由上圖可知，消防電梯前室或合用前室在加壓送風(fēng)過程中極易出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，尤其是建筑的上部區(qū)域。加壓送風(fēng)系統(tǒng)負擔層數(shù)越多，建筑上部區(qū)域越容易出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。此時，前室超壓，其與走廊之間的防火門將難以打開，所以必需在前室與走廊之間采取泄壓措施。筆者認為，在設(shè)計過程中，設(shè)計人員可依據(jù)選取的風(fēng)道風(fēng)速值以及風(fēng)機壓頭詳細計算并校核建筑哪些部位會出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，再設(shè)計采用合理的泄壓措施。

當采用余壓閥泄壓時，對于合用（前室）加壓系統(tǒng)，未開啟前室風(fēng)口的層面，常閉風(fēng)口會出現(xiàn)漏風(fēng)（風(fēng)量 計算可參考文獻[3]中公式5.1.1-4）現(xiàn)象。此時式（1）應(yīng)修正為：

（6）

式中：N為系統(tǒng)負擔樓層數(shù)；X為開啟的前室加壓風(fēng)口數(shù)量（取2或3）； 為前室加壓風(fēng)口面積。

3.結(jié)論

1. 對于防煙樓梯間加壓送風(fēng)，前室不送風(fēng)的系統(tǒng)，當加壓系統(tǒng)負擔樓層數(shù)較少時，按照壓差法、風(fēng)速法以及《高規(guī)》表 8.3.2-1 至表 8.3.2-4 的規(guī)定取值三者對比之后最大風(fēng)量作為加壓送風(fēng)量時，樓梯間極易出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，建議采取有效的泄壓措施。

2. 對于合用（前室）加壓送風(fēng)系統(tǒng)，著火時只開啟著火層及其上層或其上下層加壓送風(fēng)口，當火災(zāi)發(fā)生在建筑上部區(qū)域時，極易出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，建議采取有效的泄壓措施。

3.鑒于超壓現(xiàn)象所帶來的嚴重危害， 建議《高規(guī)》應(yīng)對防止加壓部位超壓問題作出具體規(guī)定。設(shè)計過程中，應(yīng)校核加壓部位的壓力值，是否會出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，如果存在超壓現(xiàn)象，則應(yīng)采取必要的泄壓措施，如設(shè)置余壓閥。

4.余壓閥泄壓面積計算公式具有一定的不足，文中對相應(yīng)的計算公式進行了優(yōu)化，可以有效提高工程經(jīng)濟效益。

參考文獻

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