地下室車庫誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)防排煙風(fēng)機選型方法探討

張曉磊

上海復(fù)地產(chǎn)業(yè)發(fā)展集團有限公司

隨著社會與經(jīng)濟的發(fā)展，新建商業(yè)，酒店，辦公以及居民住宅等民用建筑建設(shè)需求不斷增加以及老舊建筑的改造量也逐年上升。同時私家車保有量逐年快速增長，目前從國家規(guī)范到地方標(biāo)準(zhǔn)都對于新建及改建項目的車位數(shù)提出了具體要求，同時由于地上空間的較高商業(yè)價值和報規(guī)的計容指標(biāo)，因此將車庫建設(shè)在地下室已作為大中型城市民用建筑各項目設(shè)置車庫主要場所[1]。由于地下室車庫位置的原因，自然通風(fēng)通常無法滿足有害物濃度處于有害濃度之下，同時地下室車庫火災(zāi)后煙霧風(fēng)險較難自然排出的區(qū)域，根據(jù)消防相關(guān)規(guī)范需設(shè)置防排煙措施，因此地下室車庫通風(fēng)的機械通風(fēng)與防排煙設(shè)計成為地下室車庫暖通設(shè)計主要工作之一[2]。

1 地下室通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)量與防排煙系統(tǒng)排煙量設(shè)計計算方法

1.1 地下室車庫通風(fēng)量與排煙量的計算依據(jù)

地下室車庫的通風(fēng)設(shè)計計算主要有兩種方法確定換氣次數(shù)法與稀釋濃度法計算，根據(jù) 《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》[3]（以下簡稱民規(guī)）要求，全部或部分為雙層或多層汽車庫排風(fēng)量應(yīng)根據(jù)稀釋濃度法，單層車庫宜采用稀釋濃度法，計算資料不足時可采用換氣次數(shù)法。

地下室汽車庫的排煙系統(tǒng)的防排煙計算理論上需按照 《GB51251-2017 建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[4]（以下簡稱建規(guī)）進行計算，由于其計算以及參數(shù)選取 較為復(fù)雜，在一般的工程設(shè)計項目中，一般采用表格選取，參照 《GB50067-2014 汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》[5]（以下簡稱汽規(guī)）表格中選取。

1.2 誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機水力性能特性

誘導(dǎo)式通風(fēng)系統(tǒng)利用射流的誘導(dǎo)作用，誘導(dǎo)風(fēng)機噴嘴射出的氣流可認為是等溫自由圓射流，在慣性力作用下，射流保持流動放向向前流動，由于射流邊界與周圍介質(zhì)間的紊流動量交換，周圍空氣持續(xù)被卷入，射流直徑不斷擴大，流量沿著射流方向不斷增加，而射流面的速度場從射流中心開始逐漸向邊界衰減，并沿著射程不斷減小，理想條件下，理論上射流寬度和流量增至無限大，速度衰減值無限小，實際應(yīng)用中因為阻擋物和環(huán)境因素條件下，為了保證射流一定的速度，需要另一只誘導(dǎo)風(fēng)機進行接力，從而保證持續(xù)的一定速度持續(xù)流動的速度場，從而達到通風(fēng)換氣作用的通風(fēng)換氣系統(tǒng)，稱之為誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)。

2 地下汽車庫機械排風(fēng)與機械排煙系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)置

由于地下車庫因為地上建筑的功能、設(shè)計形體、設(shè)計規(guī)范、地下層數(shù)、經(jīng)濟性等原因形態(tài)、大小、布局各不相同，因此如何系統(tǒng)性的分析不同種類（單雙層）、面積、層高、地下室車庫的通風(fēng)與防排煙特點對于科學(xué)合理的設(shè)計地下室車庫的通風(fēng)與防排煙系統(tǒng)以及控制措施至關(guān)重要。

2.1 單層汽車庫機械排風(fēng)與機械排煙系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)置討論

為了簡化分析單元，同時結(jié)合一般地下車庫的常規(guī)做法，以便對于大部分典型的汽車庫進行分析，常規(guī)單層車庫的層高為 3～5 m 區(qū)間根據(jù) 《汽規(guī)》，為了簡化模型選取4 m 作為典型層高，超過 1000 m2地下室車庫需設(shè)置排煙措施，根據(jù) 《建規(guī)》 設(shè)置噴淋系統(tǒng)的地下室車庫的防火分區(qū)不超過4000 m2，除去柱子以及必要的設(shè)備用房以及疏散通道，同時根據(jù) 《汽規(guī)》，單個防煙分區(qū)的建筑面積不大于2000 m2（本文重點討論全國規(guī)范下的汽車庫設(shè)計方案，因上海無此項要求，不在本文討論范圍內(nèi)），根據(jù)以上設(shè)定，重點討論防火分區(qū)建筑面積在 1600～4000 m2范圍的集幾種典型的地下室車庫面積段的防排煙設(shè)計系統(tǒng)配置方式，根據(jù)規(guī)范計算車庫排風(fēng)量，排煙量。

由表 1 中數(shù)據(jù)，單層車庫中，一般按照換氣次數(shù)法計算的排風(fēng)量大于稀釋法計算風(fēng)量，根據(jù)一般工程上的設(shè)計方法，取大值作為其排風(fēng)量計算依據(jù)。

表1 單層汽車庫典型地下室模型排風(fēng)量與排煙量計算表

對于 2000 m2以及以下需要設(shè)置機械排煙的車庫，因為一般可劃分為一個防火分區(qū)，在工程設(shè)計上通常采用一臺風(fēng)機作為排風(fēng)兼排煙風(fēng)機作為汽車庫的排煙排風(fēng)系統(tǒng)。對于小于2000 m2的汽車庫常規(guī)層高的車庫，當(dāng)排風(fēng)量大于排煙量的時，取排風(fēng)量的加上放大 10%風(fēng)量作為排風(fēng)兼排煙系統(tǒng)風(fēng)機的選型風(fēng)量。當(dāng)排煙量大于排風(fēng)量時，取排煙量加上放大 10%風(fēng)量作為排風(fēng)兼排煙系統(tǒng)風(fēng)機的選型風(fēng)量。

對于2000～4000 m2的汽車庫，根據(jù)防煙分區(qū)的劃分要求，必須劃分兩個防煙分區(qū)，每個防煙分區(qū)分布設(shè)置排煙系統(tǒng)。排風(fēng)系統(tǒng)一般有兩種方案，第一種是采用與排煙系統(tǒng)風(fēng)機合用系統(tǒng)，并按防煙分區(qū)設(shè)置，第二種是排煙系統(tǒng)根據(jù)防煙分區(qū)設(shè)置，每個防煙分區(qū)一臺排煙風(fēng)機，排風(fēng)風(fēng)機單獨設(shè)置或者跟其中一個防煙分區(qū)的排煙風(fēng)機合并設(shè)置。風(fēng)機風(fēng)量選擇按照排煙量與排風(fēng)量的大值選取，壓頭根據(jù)典型防煙分區(qū)一般 80 m 的風(fēng)管長度選型為600 Pa，綜合以上分析對于典型模型的汽車庫排煙與排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置列表如表2：

表2 單層汽車庫典型地下室模型系統(tǒng)設(shè)置表

2.2 雙層機械汽車庫的機械排風(fēng)與機械排煙系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)置討論

常規(guī)機械車庫的層高為 3～5 m 區(qū)間根據(jù) 《汽規(guī)》，為了簡化模型選取 5 m 作為典型層高，超過 1000 m2地下室車庫需設(shè)置排煙措施，根據(jù) 《建規(guī)》 設(shè)置噴淋系統(tǒng)的地下室車庫的防火分區(qū)不超過2600 m2，除去柱子以及必要的設(shè)備用房以及疏散通道，同時根據(jù) 《汽規(guī)》，單個防煙分區(qū)的建筑面積不大于2000 m2，根據(jù)以上設(shè)定，考慮到防火分區(qū)經(jīng)濟性考慮，重點討論防火分區(qū)建筑面積在 1400～2600 m2范圍的集幾種典型的地下室車庫面積段的防排煙設(shè)計系統(tǒng)配置方式，根據(jù)規(guī)范計算車庫排風(fēng)量，排煙量（表3、4）。

表3 雙層機械汽車庫典型地下室模型排風(fēng)量與排煙量計算表

表4 雙層機械汽車庫典型地下室模型系統(tǒng)設(shè)置表

根據(jù)以上討論結(jié)果，無論哪種方式合用，當(dāng)排風(fēng)與排煙合用風(fēng)機合用時候，當(dāng)風(fēng)量相近時，取風(fēng)量大值為選型風(fēng)量，又因為平時風(fēng)機需要考慮運行節(jié)能的要求，通常采用變頻或雙速風(fēng)機。因此其排煙工況必須為高速檔或50 Hz 運行時，系統(tǒng)設(shè)計選型風(fēng)機的高檔風(fēng)速條件下根據(jù)風(fēng)管的阻力計算來選取風(fēng)機壓頭。排風(fēng)工況根據(jù)二氧化碳或者固定工況節(jié)能運行。常規(guī)系統(tǒng)中，高風(fēng)量對于高壓頭，低風(fēng)量對于低壓頭，風(fēng)機的性能曲線與風(fēng)管阻力曲線是相對匹配的。由于誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)不同于常規(guī)系統(tǒng)，其系統(tǒng)特性排風(fēng)工況系統(tǒng)阻力低，排煙工況阻力高，如果按照常規(guī)系統(tǒng)進行風(fēng)機選型，風(fēng)機參數(shù)為了保證需求以及規(guī)范要求，風(fēng)機參數(shù)往往大于其實際需要，風(fēng)機選型功率往往較大，相應(yīng)的配電系統(tǒng)投資增加，風(fēng)機不在最佳效率下運行，系統(tǒng)初投資以及運行均不經(jīng)濟。

3 地下室車庫誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)與防排煙系統(tǒng)合用風(fēng)機選型方法探討

在誘導(dǎo)系統(tǒng)里，如采用排煙風(fēng)機獨立設(shè)置，可根據(jù)排煙風(fēng)管計算排煙專用風(fēng)機的風(fēng)量與壓頭。平時排風(fēng)風(fēng)機根據(jù)系統(tǒng)時間長度進行選型。對于一個典型 4000 m2防火分區(qū)的單層地下室車庫進行分析，其防排煙系統(tǒng)設(shè)計中對于風(fēng)機的選型設(shè)計通常按防煙分區(qū)設(shè)置，50 m×80 m 地下室，有效面積3600 m2（去除機房、樓梯間、管井、柱子面積），根據(jù)換氣次數(shù)計算總通風(fēng)換氣量為：64800 m3/h，分成兩個防煙分區(qū)，那么機房可采用以下方案：

1）一臺排煙風(fēng)機，風(fēng)機設(shè)備選型 33000 m3/h，風(fēng)機全壓 ：750～800 Pa。一臺排風(fēng)風(fēng)機，設(shè)備選型 72000 m3/h，風(fēng)機全壓：300～350 Pa。

2）一臺排煙風(fēng)機，風(fēng)機設(shè)備選型 33000 m3/h，風(fēng)機全壓 ：750～800 Pa。兩臺排風(fēng)風(fēng)機，設(shè)備選型 36000 m3/h，風(fēng)機全壓：300～350 Pa。

3）兩臺排風(fēng)兼用排煙風(fēng)機，排風(fēng)工況：設(shè)備選型 36000 m3/h 風(fēng)機全壓：300～350 Pa。風(fēng)機設(shè)備選型 33000 m3/h，風(fēng)機全壓：750～800 Pa。

4）一臺排風(fēng)兼用排煙風(fēng)機，排風(fēng)工況：設(shè)備選型 72000 m3/h 風(fēng)機全壓：300～350 Pa。風(fēng)機設(shè)備選型 33000 m3/h，風(fēng)機全壓：750～800 Pa。

基于上一節(jié)分析，針對誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的系統(tǒng)特點，對風(fēng)機選型做進一步探討，上述方案沒有將排煙風(fēng)機與排風(fēng)風(fēng)機合用，因此設(shè)備以及機房設(shè)置存在一定的浪費和不經(jīng)濟。在誘導(dǎo)通風(fēng)的系統(tǒng)設(shè)計里，采用排煙風(fēng)機與排風(fēng)風(fēng)機合用已經(jīng)成為一種優(yōu)選設(shè)計，那么在排煙與排風(fēng)系統(tǒng)中合用風(fēng)機的設(shè)計需要考慮上一節(jié)討論的問題，即誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)中如何保證系統(tǒng)合用風(fēng)機設(shè)備選型設(shè)計滿足消防排煙要求（高壓頭低風(fēng)量）又能滿足平時排風(fēng)的要求（低壓頭高風(fēng)量）。下面針對方案3（兩臺風(fēng)機方案）、方案4（一臺風(fēng)機方案）討論排風(fēng)兼用排煙風(fēng)機的選型方法。

3.1 兩臺風(fēng)機方案

排風(fēng)設(shè)備選型 36000 m3/h，排風(fēng)工況：風(fēng)機全壓 300～350 Pa，首先根據(jù)排風(fēng)風(fēng)機技術(shù)參數(shù)，利用億利達風(fēng)機選型工具軟件進行風(fēng)機選型，選型風(fēng)機性能曲線如圖1、2 所示。

圖1 兩臺風(fēng)機方案風(fēng)機1 排風(fēng)工況選型性能曲線

圖2 兩臺風(fēng)機方案風(fēng)機2 排風(fēng)工況選型性能曲線

風(fēng)機選型具體結(jié)果詳見表3：

表3 兩臺風(fēng)機方案風(fēng)機選型具體結(jié)果

在排風(fēng)風(fēng)機技術(shù)參數(shù)進行風(fēng)機選型性能曲線上進行排煙工況校核，排煙工況技術(shù)參數(shù)為風(fēng)機風(fēng)量 33000 m3/h，風(fēng)機全壓750～800 Pa。兩臺風(fēng)機排煙工況校核選型性能曲線如圖3、4 所示。

圖3 兩臺風(fēng)機方案風(fēng)機1 排煙工況校核選型性能曲線

圖4 兩臺風(fēng)機方案風(fēng)機2 排煙工況校核選型性能曲線

校核風(fēng)機選型具體結(jié)果詳見表4：

表4 兩臺風(fēng)機方案校核風(fēng)機選型具體結(jié)果

兩臺風(fēng)機的方案中，因為風(fēng)量較為接近，選取兩種風(fēng)機葉輪尺寸進行對比選型，綜合風(fēng)機效率以及轉(zhuǎn)速差異，風(fēng)機1 更為合理，平時排風(fēng)工況效率較高，采用雙速設(shè)計，排風(fēng)低轉(zhuǎn)速運行，排煙高轉(zhuǎn)速運行。

3.2 一臺風(fēng)機方案

排風(fēng)設(shè)備選型 72000 m3/h，排風(fēng)工況：風(fēng)機全壓 300～350 Pa，排煙工況風(fēng)機全壓750～800 Pa。

首先根據(jù)排風(fēng)風(fēng)機技術(shù)參數(shù)進行風(fēng)機選型，選型風(fēng)機性能曲線如圖5、6 所示：

圖5 一臺風(fēng)機方案風(fēng)機排風(fēng)選型性能曲線

圖6 一臺風(fēng)機方案風(fēng)機排煙工況校核選型性能曲線

一臺風(fēng)機方案風(fēng)機排風(fēng)工況與排風(fēng)工況選型表如表5 所示：

表5 一臺風(fēng)機方案風(fēng)機排風(fēng)工況與排煙工況選型表

單臺風(fēng)機的方案中，風(fēng)機數(shù)量減小，經(jīng)濟性最好的，單因風(fēng)量較大，風(fēng)機選擇有限，且平時工況效率較低，一般選用最大葉輪尺寸選型校核，兼顧平時排風(fēng)工況效率，采用雙速設(shè)計，排風(fēng)低轉(zhuǎn)速運行，排煙高轉(zhuǎn)速運行。

4 建議與結(jié)論

1）誘導(dǎo)通風(fēng)在地下室車庫的通風(fēng)系統(tǒng)中，對于節(jié)約空間，增加品質(zhì)具有明顯優(yōu)勢。

2）近年來隨著地下室車庫誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)的普及，對于風(fēng)機合用設(shè)備選型的問題一直被忽視，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備高壓頭，高風(fēng)量運行，出現(xiàn)能源浪費情況，并且在設(shè)計領(lǐng)域沒有專門的討論分析，本文中基于誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)，并基于規(guī)范以及，末端阻力特點對誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)機合用進行了選型探討并提供了選型方法的介紹。