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      建筑防排煙設計之—加壓送風量計算的一些釋疑和防超壓措施的深度探討

      放大字體  縮小字體 發布日期:2020-08-07    作者:bianji    評論:0
      導讀

      防排煙系列寫到第七篇了,是到了收官的時候了,技術類的文章寫起來比較痛苦,要查很多資料,理解的很透徹了才敢下筆,好在堅持寫完了這個系列,也算對自己交差了。本文主要談談加壓風量的計算和防超壓措施設置的一些……

      防排煙系列寫到第七篇了,是到了收官的時候了,技術類的文章寫起來比較痛苦,要查很多資料,理解的很透徹了才敢下筆,好在堅持寫完了這個系列,也算對自己交差了。

      本文主要談談加壓風量的計算和防超壓措施設置的一些問題,加壓送風量的計算比較簡單,本文只明確幾個有疑問的點,關于防超壓措施規范沒有太多的說明,但其實這部分的內容很值得去好好探討一下。

      本文提綱:

    1. 加壓風量計算的幾點疑問解答
    2. 防超壓措施的探討
    3. 1、加壓送風超壓的原因分析

      2、加壓送風超壓的理論計算

      3、防超壓措施之風管旁通

      4、防超壓措施之余壓閥


      一、加壓風量計算的幾點疑問解答:

    4. 加壓送風設計風量和計算風量的區別?
    5. 解答:計算風量為公式計算得出的加壓風量,即加壓系統實際需要的風量,風口、風管尺寸的確定需根據計算風量來確定;設計風量為加壓送風機的選型風量,主要是考慮風機的制造偏差和系統漏風量,所以在計算風量的基礎上乘1.2的系數,從而保證加壓送風系統在實際運行時送入加壓空間的風量為計算風量。

    6. 當前室或樓梯間的防火門與表格中的標準門不一致時,加壓風量是否需要按照門的面積比值進行修正?
    7. 解答:表格注解3提到:

      表中風量的選取應按建筑高度或層數、風道材料、防火門漏風量等因素綜合確定。

      防火門面積與標準門不同,可以理解為漏風量不同,可以先根據加壓系統的負擔高度用插值法確定加壓風量,再根據面積比值進行修正,即考慮防火門漏風量對風量選擇的影響,但其修正值不應超出表格中的風量選擇范圍。

      表格中的數據其計算基礎是:前室和樓梯間均只有一個標準門,火災時開啟三層的門。若實際條件與表中計算條件不同時,均需通過計算來確定加壓送風量,如層高小于24m、前室有多個門、共用前室等情況。

    8. 計算前室加壓風量時,住宅前室為什么可以按一個門的面積取值?對于公共建筑當前室有多個門時N1如何取值?
    9. 解答:通常住宅各戶的戶門直接開在前室內,前室內之所以開啟多個門是因為每戶都需要一個戶門,火災時在同一個前室內開門的幾戶同時疏散的概率并不大,而且每戶的人疏散完之后通常會關上戶門,誰家那么心大人跑出去了房門敞開著?所以通常情況下就是前室內只開啟一個門,因此規范這樣規定是有深層原因的。

      對于公共建筑來說,前室之所以開多個門,大多是因為疏散寬度不夠或者前室連接了兩個以上防火分區才需要開多個門,這些情況下前室的門同時開啟的概率要大很多,因此對于公共建筑,在選取N1的數值應該按照實際的門個數來選擇。

      加壓送風開啟門的個數是從概率的角度來考慮的,能保證大概率事件即可,比如系統負擔層數大于24m時樓梯間的開啟門的個數取3,火災時有沒有可能同時開啟門的個數大于3呢?有!只不過概率比較小,不用考慮罷了。

    10. 前室開啟門的個數取3,當系統負擔層數少于3層時,開啟門的個數如何確定?
    11. 解答:明顯的規范BUG,層數小于3層還按3層取值,既沒必要還會引起其它麻煩,比如超壓問題、風口尺寸等,小于3層時按照實際樓層取值即可。

    12. 樓梯間自然通風前室機械加壓,這種情況下計算前室加壓風量時每層開啟門的截面積如何確定?
    13. 解答:此時一層內開啟門截面積Ak只包括走道開向前室的門,不包括前室開向樓梯間的門,因為在計算門洞風速時已經考慮了前室開向樓梯間門的開啟概率,即60%的情況下前室的門和樓梯間的門是同時開啟的,因此在計算Ak值時就不需要計算樓梯間開向前室的開啟門的面積。

    14. 對于各層前室開門大小、數量不一致時,前室加壓送風系統的風量如何確定?
    15. 解答:經常會碰到各層前室開門不同的情況,設計時需要考慮最不利的情況,按照最不利的三層(即開門最多的三層)來計算風量,當然這樣的系統更容易引起超壓,因此更有必要設計防超壓措施。

      二、防超壓措施的探討

      1、加壓送風超壓的原因分析

      很多人在做加壓送風設計的時候不愿意做防超壓措施,理由是認為:施工完后通過調試讓樓梯間或前室的余壓滿足規范要求即可,為什么要多此一舉做個防超壓措施?或者是不是開始設計的時候就加壓系統不合理,所以要設置一個防超壓措施?其實這些想法是錯誤的,不是因為設計不合理,而是因為對于加壓送風系統來說,天生就有大概率超壓的缺陷,這個缺陷不是通過調試可以解決的。

      舊的規范在計算加壓風量時需要同時根據壓差法和門洞風速法計算加壓風量,再取其大值作為最終的加壓風量,新的規范對計算方法做了修正,按照風速法同時考慮門開啟時其它部位的漏風量來確定加壓送風量,按此方法計算出的風量遠大于壓差法的計算值,因此不再根據壓差法計算加壓風量來比較。

      新的計算方法是疏散門打開之后阻擋煙氣所需的風量,而樓梯間或前室的疏散門平時是常閉的,在疏散門關閉的狀態下只需要很小的風量即可達到阻擋煙氣所需的壓差值。系統設計風量遠大于門關閉時維持設計壓差所需的風量,這就是矛盾之所在,就像一大桶水倒入一個小瓶子一樣,引起的結果就是超壓,超壓的結果就是火災的時候想跑,卻發現門都打不開,豈不是更危險?

      2、加壓送風超壓的理論計算

      以上是文字分析,我們通過實際的案例分析來更加詳細的說明超壓的問題。

      某建筑共16層,層高4m,樓梯間前室為獨立前室,門為2.0x1.6m的雙扇門,采用只給樓梯間送風前室不送風的加壓方式,計算加壓送風量、最大允許壓差和系統余壓值,判斷是否需采取防超壓壓措施。

      ①加壓風量計算:

      L1 = AkvN1 =3.2x1.0x3=9.6m/s

      L2 = 0. 827 X A XΔp(1/n)X 1. 25 X N2 =0.827x0.028x12^0.5x1.25x13=1.3m/s

      Lj = L1 L2 =9.6 1.3=10.9m/s=39240m3/h

      規范限定值根據線性插值法計算可得:43353m3/h,兩者相比,最終計算值取43353m3/h

      ②疏散門最大允許壓差計算:

      取M閉門器的開啟力矩45N.m,dm門的把手到門閂距離6cm

      Fdc = M/(Wm -dc)=45/(0.8-0.06)=60.8N

      P = 2(F’-Fdc)(Wm-dm)/(WmxAm)=2(110-60.8)(0.8-0.06)/(0.8x0.8x2)=56.89Pa

      即系統的設計余壓值不能超過56.89Pa,否則門將無法開啟,規范要求的設計值是40~50Pa,所以此疏散門滿足要求,如果計算出的最大允許壓差值小于規范的規定值,則需要更換力矩小一些的閉門器重新計算。

      ③系統余壓值計算:

      系統余壓值即疏散門關門,打開加壓送風系統時,樓梯間和前室的實際壓力是多少。有人會說那不就是系統的設計壓差值嗎,還用計算?其實不是一回事,設計值是我們的目標值,系統開啟后樓梯間和前室的余壓值并不會乖乖的就達到我們的設計值,理想和現實是有差距的。

      那實際的余壓值到底是多少,規范并沒有給出明確計算的方法,不是規范不寫,而是這個余壓值的計算比較麻煩,跟系統漏風的縫隙大小、風機的特性曲線都有關系,而風機特性曲線沒法用準確的公式去描述,因此規范也就索性不寫。

      雖然沒有辦法通過公式計算出實際的系統余壓值是多少,但也可以從另一個角度來分析一下。

      ④維持設計壓力50Pa需要送入多少風量?

      L = 0. 827xAxΔp(1/n)x1.25xN2 =0.827x0.028x50^0.5x1.25x16=3.27m3/s=11789m3/h

      而送入的風量多達43353m3/h,遠超過維持設計壓差實際需要的風量。

      ⑤送入設計風量會形成多大的壓差?

      ΔP=[L2/(0.827xAx1.25xN]2=[12/(0.827x0.028x1.25x16)]2 =671Pa

      如果疏散門關閉時,送入樓梯間的風量大小為設計風量值,居然會形成高達671Pa的余壓!顯然在實際運行中不可能形成這么夸張的余壓,疏散門關閉時也不會送入這么多的風量,疏散門關閉時系統阻力曲線會發生變化,會和風機特性曲線達到一個新的平衡點,這個平點很難去確定,但可以肯定的是這個平衡點的壓力是遠大于設計值50Pa的。

      ⑥什么樣的系統不超壓?

      N2=L/[0.827xAxΔp(1/n)x1. 25]=12/(0.827x0.028x50^0.5x1.25)=58.6個

      即本系統有59個門時才會不超壓!本案例才16層,顯然不可能有這么多門。而對于前室加壓來說,漏風的門更少,超壓風險更大。因此我們可以知道:對于大多數系統來說,都存在著超壓的風險。

      ⑦結論:

    16. 系統實際余壓值不等于設計余壓值,實際余壓值很難去計算;
    17. 對于絕大多數加壓系統(除非漏風的門很多)都有超壓的風險;
    18. 基于以上兩個原因,規范直接規定:加壓送風系統宜設置風壓調節措施,即除了一些特殊的情況(漏風的門很多,門開啟時的風量與門關閉時維持壓差所需的風量相差不多)外均需設置防超壓措施。
    19. 3、防超壓措施之風管旁通閥

      常見的防超壓措施有設置旁通管或余壓閥,《民用建筑電氣設計 規范》中13.9.6條要求:“消防乐动体育官网下载的控制回路不得采用變頻調速器作為控制裝置”,因此不能采用變頻風機來控制系統余壓。

      旁通閥控制方式的原理是:在風機出口處的旁通管上設置電動泄壓閥,當加壓部位的余壓值超過規范要求的最大值時,設置在樓梯間或者前室的余壓探測器發出報警信號給設置在風機控制箱內的余壓控制器,余壓控制器發出信號控制電動泄壓閥的開啟角度進行泄壓,當余壓值降至規范要求區間值時,余壓探測器發出信號給余壓控制器關閉電動泄壓閥停止泄壓。

      設計要點:

    20. 前室每層均需設置余壓探測器,樓梯間在1/3和2/3處各設一個余壓探測器。
    21. 余壓控制器可安裝在加壓風機控制箱內,并聯接入風機控制箱內消防電源監控系統總線,所有信息實時上傳至消防控制室消防電源控制器;
    22. 泄壓通道要接至室外或風井內,不能直接在加壓機房內泄壓;
    23. 最大泄壓量由設計風量減去門關閉時維持壓差所需的風量來確定,旁通管風速建議比主風管風速略大。
    24. 4、防超壓措施之余壓閥

    25. 余壓閥的原理
    26. 余壓閥的原理比較簡單,當疏散門關閉,加壓部位壓力達到一定值時,余壓閥開啟,壓力升高到一定值時,達到一個平衡點,使壓力控制在允許范圍內,保證在阻擋煙氣的同時不會超壓;當疏散門開啟,加壓部位壓力下降到一定值,余壓閥關閉,使加壓空氣從疏散門泄露,保證能夠滿足門洞風速從而阻擋煙氣。

    27. 不同的加壓形式下余壓閥如何設置
    28. ①獨立前室只對樓梯間加壓

      在樓梯間與前室的隔墻和前室與走道的隔墻上分別設置余壓閥,當樓梯間的壓力超過一定值時余壓閥開啟,多余的空氣泄露至前室,前室的壓力超過一定值時再開啟前室的余壓閥,從而使樓梯間和前室都能保證各自的壓力值。

      舊版圖集《建筑防排煙及暖通空調防火設計》當中,對于此種情況的余壓閥設置,只有樓梯間與前室的隔墻上有,通過計算可知,大部分情況下泄入前室的風量仍然會引起前室的超壓,因此前室和走道之間的隔墻也應該設置余壓閥,除非通過計算,泄入前室的風量與保持壓差的風量相差不多,則可以不設。

      ②前室加壓,樓梯間自然通風

      前室壓力超過一定值時,多余的風量可通過設在前室與走道隔墻上的泄壓閥或者樓梯間與前室隔墻上的泄壓閥泄入走道或者樓梯間,從而保證前室不會超壓,泄入樓梯間的方式較為少見,不建議采用。

      ③樓梯間和前室分別加壓

      樓梯間和前室的超壓風量應分別泄至走道或其它部位,以保證樓梯間和前室不超壓,當樓梯間沒有條件只能泄壓至前室時,則前室的泄壓閥開啟面積還要考慮樓梯間泄至前室的超壓風量。

    29. 余壓閥的種類
    30. 余壓閥分為重錘型余壓閥和自垂型余壓閥。

      重錘型余壓閥的開啟壓力可調節,最小開啟壓力為5Pa,最大開啟壓力為30Pa,葉片開啟角度最大為45°,通過閥門上的重錘即可調節其開啟壓力。

      自垂型余壓閥為定壓差葉片,開啟壓力為10Pa,最大工作壓差為50Pa(問過廠家,超過一些也沒有關系),類似于自垂百葉。

    31. 余壓閥如何選型
    32. 技術措施和紅寶書都給出了泄壓閥開啟面積的計算公式,即只要算出泄壓面積,即可確定每個余壓閥的面積,選擇相應的余壓閥即可。

      技術措施上只給出了下式的最后一個計算公式,但這個6.41并沒有告訴是怎么來的,查了紅寶書才搞清楚,是按照允許壓差60Pa計算得來的。

      式中Lv為加壓加壓送風量,Ly為維持壓差所需風量。

      以上面所舉的例子為例,Lv為43353m3/h,Ly為11789m3/h,帶入計算可得泄壓閥排氣面積為1.37m2,可選用16個400x320的余壓閥。

    33. 一點小質疑
    34. 按說重錘型余壓閥和自垂型余壓閥在樓梯間和前室都是可以使用的,只是重錘型的由于最小開啟壓力可以調節,能更好的控制余壓值。

      對于不同加壓部位泄壓面積的計算,個人有一點小小的質疑。

      計算公式是按照最大開啟壓差60Pa來確定余壓閥面積的,對于樓梯間來說,當采用自垂型余壓閥時,壓力達到10Pa時開啟,考慮到其它漏風量,壓力平衡點應該小于60Pa,基本會落在規范規定值范圍內;采用重錘型余壓閥時由于開啟壓力可以根據重錘位置進行調整,能更好的控制壓力值在合理范圍內。

      對前室來說,規范規定的壓力范圍為25~30Pa,還按照60Pa的最大開啟壓力來計算泄壓面積,引起的后果只能是前室壓力遠大于規范的規定值,計算前室泄壓面積時個人認為可以按照最大開啟壓力40Pa來計算,公式中的6.41改為5.23比較合適。

      以上建議是否正確,歡迎有興趣的同行來討論。

       
      (文/bianji)
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