楼梯间及前室加压送风系统余压动态控制方法

1楼梯间及前室加压送风系统余压动态控制方法王翔1梁以文21上海中房建筑设计有限公司2上海瑞能德系统有限公司摘要：通过对加压送风系统开关门状态等引起风量差异原因的分析，说明对消防前室加压和10层以下的楼梯间加压系统设置余压控制措施是必要的。提出对目前设计手册中泄压阀选用计算公式的修正。已完成的工程实例参考了香港地区加压系统余压控制的做法。结论是使用压差探测开关+电动旁通阀应用于消防前室加压系统及使用泄压阀应用于10层以下的楼梯间加压系统是有效的，也更经济。关键词：楼梯间前室动态余压泄压阀旁通阀压差传感器TheDynamicPositivePressureControlofPressurizationSupplySystemforStaircaseandAntechamberWangXiang1,RaymondLeung21ShanghaiZFArchitecturalDesignCo.,Ltd2ShanghaiRandaEngineering&ServiceCo.Abstract:Bymeansofanalyzingtheimparityofairflowbetweendooropeningandclosingmode,itisnecessarytocontrolthepositivepressureofantechambersandsmoke-proofstaircases(lessthan10floors).Modifyingtheformulaofcalculationthedimensionofpressurereliefdamperinthehandbook.UsingsomepracticalexperiencefromHongKonginoneproject.Presenttheconclusionthatitiseffectiveandeconomicaltousedifferentialpressuredetectorandby-passdampertocontrolthepositivepressureofanantechamberspressurizationsupplysystem,tousepressurereliefdampertocontrolthepositivepressureofasmoke-proofstaircasespressurizationsupplysystem.Keywords:staircase,antechamber,dynamicsstate,positivepressure,pressurereliefdamper,by-passdamper,differentialpressuresensors收稿日期：2010-12-10作者简介：王翔（1966~），男，本科，高工；上海市中华路1600号黄浦中心19楼（200021）；021-63855600-3306；E-mail:[e-mail]1引言关于楼梯间及前室等区域的余压值控制，有关文献的叙述如下：1）文献[1]中3.3.6条：当系统的余压超过最大压力差时，应设置余压调节阀或采用变速风机等措施。2）文献[2]中4.10.10条：加压送风系统的余压值超过规定数值较多时，宜设置泄压阀或旁通阀等装置。2对机械加压送风系统进行压力控制的必要性2加压送风系统的控制区域超压是十分危险的，这在各种规范的条文说明中均有叙述（文献[3]中9.3.3，文献[4]中8.3.8等）。所以对于楼梯间及前室等区域进行余压控制是必要的。3引起区域超压的原因加压送风系统余压值超过规定数值的情况有很多种，但基本可以分为动态和静态二种超压工况。动态超压工况是指运行工况不同可能引起的区域超压。静态超压工况是指设计方或采购方选用设备富裕量太大引起的区域超压，可以通过调试（如使用手动风量调节阀一次性调节等）来解决超压，不是本文探讨的范畴。3.1空气在送风管（井）中流动引起压力损失的影响设计人员一般选取加压风管的送风阻力约3Pa/m，对于一个（合用）前室加压送风系统，按文献[1]只对火灾层前室加压时，假如风机设在屋顶，为保证其对底层前室送风加压使房间余压达到25Pa，该风机风压需满足克服管路阻力的风压及余压（25Pa）之和，如果对于10层建筑，顶层与底层前室的高度差为30m，这时对顶层前室送风加压时就可能达到25＋3×30=115Pa，就引起了前室超压。当按文献[3]、[4]对火灾层及上下层前室加压时，结果是类似的，这一点在文献[5]中也有叙述。3.2开关门状态的影响文献[3]、[4]规定，加压送风量的计算分别按压差法和风速法计算出的风量，取其中大值作为系统的计算风量，实际上二种计算方法分别代表了关门保持压力和开门保持风速二种状态，文献[2]、[5]均将二者之差作为超压泄压阀的选取依据。表1及表2分别按文献[4]对消防电梯前室和楼梯间的二种状态风量计算加以比较（计算公式取自文献[2]中4.10.3条）。表1消防电梯前室的机械加压送风量比较系统负担层数疏散门尺寸（长m×宽m）电梯门尺寸（长m×宽m）LY压差法计算风量（m3/h）LV风速法计算风量（m3/h）LY/LV（%）备注51.62.01.62.034241774119%对火灾层及其上层加压101.62.01.62.034241774119%对火灾层及其上层加压151.62.01.62.034241774119%对火灾层及其上层加压201.62.01.62.051362661119%对火灾层及其上下层加压251.62.01.62.051362661119%对火灾层及其上下层加压301.62.01.62.051362661119%对火灾层及其上下层加压注：△P取25Pa，门洞平均风速取0.7m/s，漏风附加率b=0.1，背压系数a取1，疏散门缝宽度取0.004m，电梯门缝宽度取0.006m。表2楼梯间的机械加压送风量比较系统负担层数疏散门尺寸（长m×宽m）LY压差法计算风量（m3/h）LV风速法计算风量（m3/h）LY/LV（%）备注51.62.048422534419%开启门数取2101.62.096842534438%开启门数取2151.62.0145262534457%开启门数取2201.62.0193683801651%开启门数取3251.62.0242103801664%开启门数取3301.62.0290523801676%开启门数取33注：△P取50Pa，门洞平均风速取0.7m/s，漏风附加率b=0.1，背压系数a=0.7，疏散门缝宽度取0.004m，电梯门缝宽度取0.006m，前室不加压。从上表可以得出“对于加压的消防电梯前室和总层数小于10层的楼梯间，其关门与开门风量比值均小于50%，如不采取动态泄压措施，仅凭加压系统手动调试根本无法实现二种状态的均满足在设计值范围内”的结论。4几种余压动态控制方法应用的比较4.1每层设置泄压阀根据文献[2]，设置泄压阀（工程上常采用可设定压差值的余压阀）且在穿防火墙处设置70℃防火阀，泄压阀板开启面积计算公式为：/3600*6.41VYFLL（1）式中：LV为加压送风量，m3/h，文献[3]、[4]利用风速法计算得出；LY为利用压差法计算得出的加压送风量，m3/h。表3及表4是按表2及表3工况利用式（1）计算所得的泄压阀面积结果。表3前室泄压阀面积消防电梯前室加压系统负担层数5102030泄压阀面积（m2）0.620.620.930.93表4楼梯间泄压阀面积楼梯间加压系统负担层数5102030泄压阀面积（m2）0.890.680.810.39笔者认为，利用式（1）简单地推算泄压阀的面积是偏大的，系统可能会由于漏风过大而无法达到规定的过门风速。原因如下：对于消防前室加压系统,未开启前室风口的层面，常闭风口均在漏风（风量L漏计算见文献[1]中公式5.1.1-4），泄压阀计算风量应改为：LV-LY-L漏。所以此时式（1）应修正为：()/3600*6.41VYFLLL漏(0.083*3600**)/3600*6.41VYLLFNX风(299**)/23076VYLLFNX风（2）式中：N为系统承担的楼层数；X为开启的前室加压风口数量（取2或3）；F风为前室加压风口面积。对于楼梯间加压系统，由于楼梯间与前室隔墙上的泄压阀只有在走廊与前室的门打开时才会开启，对于前述门未打开的层面，未打开的泄压阀会通过缝隙漏风，当楼层较多时，LY应当计入泄压阀缝隙的压差风量（风量L漏计算可参考文献[1]中公式5.1.1-4）才更准确。因此此时式（1）应修正为：()/3600*6.41VYFLLL漏(0.083*3600**())/3600*6.41VYLLFNX4(299**)/23076VYLLFNX（3）式中：N为系统承担的楼层数；X为开启的门数量（取2或3）；F为泄压阀面积。可化简为：()/23076299*VYFLLNX（4）表5，6为分别利用式（2）、（4）计算的泄压阀面积，可以看出，阀门的面积有所减少。表5按式（2）计算泄压阀面积消防电梯前室加压系统负担层数5102030按式（2）计算泄压阀面积（m2）0.610.590.860.82表6按式（4）计算泄压阀面积楼梯间加压系统负担层数5102030按式（4）计算泄压阀面积（m2）0.860.610.660.29经济性方面，按风阀价格约1000元/m2计算，每个消防前室或每层每个楼梯间造价约1600元~600元之间（余压阀及防火阀各一个，风阀截面积0.8~0.3m2）。4.2设置旁通阀及压差传感器控制系统该方法是在加压风机出口处设一个电动旁通阀泄压，通过设置压差传感器对系统动态控制。其控制目标为压差（即区域余压），不需考虑热压，管道阻力，开关门各种复杂因素，且无安装尺寸方面的困难。缺点是会引起投资增加（包括压力传感器，控制线缆及其线槽，控制器，电动旁通泄压阀等），也有控制系统产生故障的可能性。该系统在香港地区有较多的应用，但在国内目前的设计手册（如文献[5]等）中均没有较详细的叙述。对于楼梯间，由于余压控制区域为一个空间且上下贯通，可根据楼层的多少在竖向设置几个压差传感器（探头一侧设于楼梯间，另一侧设于走廊，压差设定值为50Pa），当系统控制区域超压时，系统压力控制器（可采用数个AI输入，一个AO输出的DDC）根据实际压差值与设定值的差异调节旁通泄压阀，以保证楼梯间正压为设定值。对于消防电梯前室或合用前室，由于余压控制区域为多个上下不贯通的空间（每层前室），需要在每层前室设压差传感器（探头一侧设于前室，另一侧设于走廊，压差设定值为25Pa），当系统控制区域超压时，系统控制器根据实际压差值与设定值的差异调节旁通阀，以保证前室正压为设定值。由于前室设压差传感器造价偏高，近年来工程上逐步使用压差探测开关（Differentialpressuredetector）来代替，该装置结构简单，仅输出开关二种状态，图1为其功能图。压差开关给予三位讯号，即高于设定值10%时，触点1-3闭合，低于设定值10%时触点1-2闭合，即可带动旁通风门驱动器带动风门正转或反转，当压差处于设定值+/-10%内，处于控制死区，旁通风门驱动器停留在原位。1-2连接为压差降低状态（关旁通阀）；1-3连接为压差增大状态（开旁通阀）图1压差探测开关功能图5使用压差探测开关的好处是每层二根信号线均可并接后接至加压风机处的控制器，由于控制信号为开关量，电动旁通泄压阀只要选开关型，这样造价就大大降低了（开关型电动风阀比调节型便宜，压差传感器价格约为压差探测开关的3~5倍，敷设的信号线也减少了），控制器功能也更简单，只要设置一个继电器来控制旁通泄压阀的开关就行了。使用这种方法必须注意的问题是所选用的旁通风门驱动器开关行程时间尽量大，最理想是如旁通风门驱动器转动60秒后，前室压差应有10%改变。按经验，选用的旁通风门驱动器一般行程时间为120秒，即有