摘要   結合相關規范,歸納總結了高層民用建筑地下室通風系統和排煙設計的幾種常見形式,并分析了各種系統的優缺點。

關鍵字   高層民用建筑   排煙   通風   防火

在民用建筑的消防設計中,防排煙系統的設計是其中比較重要的部分。因為排煙設計是確保    排除著火的防煙分區產生的煙氣并防止煙氣向其其它防煙分區擴散。這樣,火災時候處于建筑物內的人員就可以成功疏散。最大限度的減少火災   時候的人員傷亡。通風系統的設計也是暖通專業設計的重要內容。該系統主要是滿足室內人員的新風需求,有時還可以達到消除室內余熱余濕的目的。

在高層民用建筑地下室的設計中,暖通空調專業的設計任務通常是包括地下室的消防設計(防排煙設計)和平時的通風設計兩方面。而防排煙設計(在本文中只涉及排煙設計)又包括排煙系統和補風系統(補風系統為排煙時候補給新風的系統)。通風系統設計包括送風系統和排風系統。雖然防排煙設計和通風設計的使用功能和使用時間各不同,但考慮到排風系統和排煙系統都是從室內將空氣煙氣排出室外,送風系統和補風系統都是將空氣由室外送至室內。相同的氣流走向使得它們有共用的可能。因而,地下室的防排煙設計和平時通風換氣的系統設計中常常有以下幾種形式:

對于平時排風和火災時排煙系統

1.排風和排煙共用同一系統。排煙風機采用雙速風機,高速排煙,低速排風。

2.排風和排煙共用一個管道系統,排煙風機和排風風機獨立設置;排風口和排煙口獨立設置。

3.排風和排煙分別設置獨立的系統。

對于送風和補風系統

a.送風和補風共用同一系統,風機采用雙速風機,高速補風,低速送風。

b.送風和補風共用同一管道系統,送風機和補風機獨立設置。

c.送風系統和補風系統分別獨立設置。

下面筆者就這六種系統的優缺點做以簡要分析。

一、排風排煙系統。

《高層民用建筑設計防火規范》(下簡稱《高規》)中規定:“擔負一個防煙分區排煙或凈空高度大于6.00m的不劃分防煙分區的房間時,應按每平方米面積不小于60m3/h計算(單臺風機最小排煙量不應小于7200m3/h)。”,“擔負兩個或兩個以上防煙分區排煙時,應按最大防煙分區面積每平方米不小于120m3/h計算。”,“設置機械排煙的地下室,應同時設置送風系統,且送風量不宜小于排煙量的50%。” 

(一)排風排煙共用同一系統。即形式1。為方便說明,舉個例子:

QQ截圖20201204170733.png

排風排煙共用系統圖示

如上圖所示A、B、C三個房間建筑面積分別為300m2、100m2、100m2,層高3.5m,A、B、C各是一個防煙分區。平時通風的換氣次數要求為6次/h,并要求風機置于A房間側。

則排煙風機的排煙量為

300×120=36000m3/h

排風量為

(300+100+100)×3.5×6=10500m3/h

所以風機選用雙速風機,高速排煙,排煙量36000m3/h。低速排風,排風量10500m3/h

這種系統的最主要優點就是節省初投資,而且消防風機在平時一直處于低速運轉狀態。而不像形式2和形式3的系統那樣消防風機平時停滯不用。從而保證了消防風機在火災期間能夠正常運行。

但是這種系統也有很多缺點。

缺點之一就是低速運行時候的消防風機排風量一般大于平時通風時所計算的排風量。

缺點之二是管道系統的控制有矛盾存在:

排風系統要求采用常開風口進行排風,且各個支管間及各個風口的風量分配要求相對嚴格,當僅僅依靠風管的截面積的變化達不到風量分配的要求時應采用風量調節閥進行調節;而排煙系統要求排煙風口常閉。因著火時只開啟著火的防煙分區的風口進行排煙,所以不需考慮各個支管段的風量平衡問題。

所以,一旦采用排風排煙共用系統時就存在以下幾種矛盾:

一是風口的開閉問題。如果采用常閉風口在排煙時是可以的,但是不滿足排風要求;如果采用常開風口,排風情況是滿足的,但在著火時,高速運行的排煙風機從著火的防煙分區排走的是煙氣,而從其它的未著火的區域排走的就是潔凈空氣了。這會使排煙的效果顯著降低。

二是風量調節問題。前文提及在風道的斷面改變對風量的調節沒有作用的情況下應設置風量調節閥來調節通風時候的風量,但是調節閥的設置會改變排煙時候的煙氣通道的截面積,增加排煙系統的阻力。

缺點之三是這種系統在平時低速運行時因為風量和電功率都比較大,所以噪音問題也不可忽視。

(二)排風排煙系統共用風管,不共用風機系統

正是由于排風排煙共用系統存在諸多的不足,因而在設計中也有采用排風排煙共用風管系統的。即形式2。仍舊沿用上個例子的建筑底圖來說明。那么,這種系統的圖示如下:

QQ截圖20201204170740.png

排風排煙共用風管系統圖示

這種形式具體來說就是除了風管是共用的,風機和風口都是獨立的。再具體一點就是排風是采用低噪音的排風機,排風口采用帶電控閥門的百葉風口。排風時候的風量調節可以通過電控閥門來實現,著火時百葉風口又可以通過電控閥門關閉。排煙時采用單速排煙風機排煙,排煙口采用常閉排煙風口。排煙風口和帶電控閥門的百葉風口都設置在同一風管上。合用風管系統在運行時即能滿足平時通風對風口風機和噪音的要求,又能滿足著火時排煙的要求,但是這種系統電氣控制相對復雜。也由于排風口的電動閥門的采用,初投資未必會比(一)系統節約多少。(三)排煙和排風系統各自獨立設置即相當于前文提到的系統3。還用前面的建筑底圖,則該系統的圖示如下:

QQ截圖20201204170748.png

排風排煙獨立設置系統圖示

該系統的突出優點就是控制簡單。但是兩套系統各自獨立,可能會增加部分工程造價,而且,風管占用的較多的建筑空間。

綜上所述,以上三種形式各有優缺點。所以在進行地下室的排風排煙設計時,應綜合考慮初投資、系統控制和運行費用等多方面因素

二、送風補風系統。

補風系統的設置目的是在著火時形成向排煙口的氣流流動,而有效排煙。所以,著火時,應該是哪個防煙分區有排煙哪里就有補風。也就是說,哪個防煙分區著火,相應的補風風口打開。其它沒有著火的防煙分區的補風系統是否啟動,一些相關規范沒有具體要求。送風系統是保證平時通風換氣用的,是為了補充新風或消除室內余熱余濕而設置的。因而各個送風口要求常開,而且還要采取有效措施保證各個風口的風量和噪聲符合要求。

(一)送風補風共用同一系統

當采用送風補風共用同一系統時,即形式a。按照通風設計的要求,風口常開。則送風總管道的風量是各個房間的送風量的和,補風量也應該為各個房間補風量的和,還是應用上面在排煙排風系統中采用的例子來說明,那么該系統的圖示就如下圖所示:

QQ截圖20201204170752.png

送風補風共用系統圖示

根據條件平時通風時候的總送風量為(300+100+100)×3.5×6=10500m3/h;

根據《高規》著火時補風的風量應為300×120×50%=18000 m3/h。

按照形式a就應該選用雙速風機,高速時候補風,風量按照18000 m3/h選擇,低速的時候送風,風量按照10500m3/h選擇。

這種系統的優點就是節省初投資,而且由于補風機在平時是低速運行的,不像形式b和形式c那樣補風機放置不用,從而保證補風機在火災情況下能夠正常運行。但是這種系統也有不足之處:其一是在送風時,為了達到對送風量的調節,除了改變風道斷面,還可能設置風量調節閥。風量調節閥的采用會在補風時增加補風系統的阻力。其二是沒有著火的防煙分區也進行了補風。而且在防煙分區比較多的情況下,補風量和送風量會有較大差別,一個風機的高低速轉換能否滿足要求就得具體條件具體分析了。

(二)送風補風共用風道,不共用風機

如果采用形式b。還是相同的房間和參數,當采用送風補風合用一個風管道系統的時候,可以有兩種形式,一種形式的系統圖示為(形式b的方案一):

QQ截圖20201204170759.png

送風補風共用風管系統圖示一

送風口和補風口均采用電動閥門控制開閉,平時通風時送風口開啟,總的送風量為:(300+100+100)×3.5×6=10500m3/h

著火時只開啟著火部位的補風口,其余的補風口和送風口全部關閉,因此,補風風量為最大的補風區域的補風量:300×120×50%=18000 m3/h。

補風機風量按照18000 m3/h選擇,送風機的風量按照10500m3/h選擇。

形式b的方案一可以實現送風的風量調節要求,也可以實現補風系統的要求。即可以通過送風口上的調節閥的開度和風管斷面的改變實現送風量的設計要求。著火時電動關閉送風口,只打開著火部位的補風風口,真正的做到哪里排煙哪里補風。但是,系統控制復雜。

形式b的另一種形式的系統圖示為(形式b的方案二):

系統圖示如下圖示:

QQ截圖20201204170806.png

送風補風共用風管系統圖示二

風口采用常開風口,送風機和補風機分開設置,則送風風量:(300+100+100)×3.5×6=10500m3/h

補風風量:300×120×50%=18000 m3/h。

補風機風量按照18000 m3/h選擇,送風機風量按照10500m3/h選擇。

這種系統的初投資較形式b的方案一要節省得多。系統的控制也相對簡單。但是由于這種形式只是照形式a多增加了一臺風機,所以它也有補風不能按照防煙分區控制和送風風量調節對補風系統阻力有影響的缺點。

(三)送風補風獨立設置系統

如果采用形式c,即當上面的房間采用送風補風分別獨立設置時:送風口采用常開風口,著火時送風系統關閉。這時形式c有兩種系統,各個系統圖示如下圖:

QQ截圖20201204170813.png

送風補風獨立設置系統圖示一

QQ截圖20201204170819.png

送風補風獨立設置系統圖示二

總的送風量為送風風量:

(300+100+100)×3.5×6=10500m3/h,

送風風量可以通過風道斷面的變化和設置風量調節閥等措施加以調節。由于送風系統獨立,所以并不會因此而對補風系統有任何影響。

補風系統單獨設置時,可以有兩種形式:一種是采用帶電動閥門的常閉補風口(如方案一圖示),著火時只是打開著火部位的補風口,補風風量為

300×120×50%=18000 m3/h。

這種系統控制相對復雜,但是可以做到只對著火的防煙分區進行補風。而且因為補風風量比較小,補風機和風管道系統都比較小。所以可以節省一部分初投資,但是,帶電動閥門的常閉風口卻使初投資有所增加。

補風系統單獨設置的另一種形式是采用常開風口(如方案二圖示),此時該補風系統的補風風量為

300×120×50%=18000 m3/h。

所以,總結來說形式c的最突出優點就是送風補風系統不會相互干擾。但是,該系統的初投資比較大。而且占用了較多的建筑空間,如果處理不好,還會發生風管道交叉、打架等情況。

因而在送風補風系統設計中,究竟采用何種方案,首先應根據工程實際,綜合考慮系統的可靠性、初投資、設備運行的經濟性等確定。

參考文獻

1.高層民用建筑設計防火規范,(GB50045-95),中國計劃出版社,北京,2001 

2. 陸耀慶,供暖通風設計手冊〔M〕,北京,中國建筑工業出版社,1987 

3. 中國建筑科學研究院、建筑設計研究所、建筑標準設計研究所,民用建筑采暖通風設計技術措施,中國建筑工業出版社,1983