關(guān)于地鐵車站加壓送風(fēng)系統(tǒng)超壓控制措施的探討*

成都市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 王培海 王 龍

0 引言

地鐵空間人員相對密集，為避免火災(zāi)時(shí)人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失，需對地鐵火災(zāi)煙氣進(jìn)行控制。地鐵車站中的安全出入口、封閉樓梯間、消防專用通道等供站內(nèi)人員疏散或消防人員通行，對保障人員安全有重要作用，此類區(qū)域常采用機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)。設(shè)置機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)的區(qū)域需設(shè)置超壓控制系統(tǒng)，以防止樓梯間與前室之間、前室與室內(nèi)走道之間的防火門兩側(cè)因壓差過大而無法正常開啟，阻礙人員疏散及消防員施救[1]。因?qū)σ?guī)范、技術(shù)文件有不同的認(rèn)識(shí)及理解，設(shè)計(jì)人員在設(shè)置加壓送風(fēng)系統(tǒng)、選擇超壓控制系統(tǒng)控制措施時(shí)有不同的做法。本文根據(jù)GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[1](以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)中關(guān)于加壓送風(fēng)量的計(jì)算要求，對地鐵車站樓梯間/前室加壓送風(fēng)量計(jì)算進(jìn)行分析，并舉例說明，同時(shí)結(jié)合工程實(shí)踐，對地鐵車站超壓控制措施設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行探討。

1 加壓送風(fēng)量計(jì)算

根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》第3.4.5條計(jì)算加壓部位保持一定正壓值所需的送風(fēng)量：

Lj=L1+L2

(1)

Ls=L1+L3

(2)

式(1)、(2)中Lj為樓梯間的機(jī)械加壓送風(fēng)量，m3/s；L1為門開啟時(shí)達(dá)到規(guī)定風(fēng)速所需的送風(fēng)量，m3/s；L2為門開啟時(shí)規(guī)定風(fēng)速下其他門縫漏風(fēng)總量，m3/s；Ls為前室的機(jī)械加壓送風(fēng)量；L3為未開啟的常閉送風(fēng)閥的漏風(fēng)總量，m3/s。

L1=AkvN1

(3)

式中Ak為1個(gè)樓層內(nèi)開啟門的截面面積，m2；v為門洞斷面風(fēng)速，m/s；N1為設(shè)計(jì)疏散門開啟的樓層數(shù)量。

(4)

式中A為每個(gè)疏散門的有效漏風(fēng)面積，m2；Δp1為計(jì)算漏風(fēng)量的平均壓差，Pa；n為指數(shù),一般取2；1.25為不嚴(yán)密處附加系數(shù)；N2為漏風(fēng)疏散門的數(shù)量。

L3=0.083AfN3

(5)

式中 0.083為閥門單位面積的漏風(fēng)量，m3/(s·m2)；Af為單個(gè)送風(fēng)閥門的面積，m2；N3為漏風(fēng)閥門的數(shù)量。

常見的地鐵車站上部空間市政管線較多，覆土較厚，地下1層埋深大于10 m，地鐵安全出入口、消防專用通道多為防煙樓梯間，站廳與站臺(tái)的聯(lián)系樓梯間多為封閉樓梯間，按《標(biāo)準(zhǔn)》要求均需設(shè)加壓送風(fēng)系統(tǒng)。下面以地下1層防煙樓梯間加壓送風(fēng)的計(jì)算為例進(jìn)行討論，系統(tǒng)布置見圖1。

圖1 防煙樓梯間加壓送風(fēng)系統(tǒng)

本示例中防煙樓梯間在地下1層，擁有獨(dú)立前室且只有一個(gè)門與內(nèi)走道相通，根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》第3.1.5條，僅需在樓梯間設(shè)加壓送風(fēng)系統(tǒng)。樓梯間至前室、前室至內(nèi)走道的門型號均為FYM12×21，根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》門洞斷面風(fēng)速取1 m/s，設(shè)計(jì)疏散門開啟的樓層數(shù)量N1取1，計(jì)算漏風(fēng)量的平均壓差取12 Pa，漏風(fēng)疏散門的數(shù)量取1，算得L1=2.520 m3/s，L2=0.114 m3/s，最終可得樓梯間機(jī)械加壓送風(fēng)量為2.634 m3/s，約合9 482 m3/h,加壓送風(fēng)機(jī)選型風(fēng)量為11 820 m3/h。

2 超壓控制措施

加壓送風(fēng)設(shè)計(jì)中，為避免樓梯間、前室超壓，應(yīng)采用超壓控制措施?！稑?biāo)準(zhǔn)》第3.4.4條要求機(jī)械加壓送風(fēng)量應(yīng)滿足走廊至前室至樓梯間的壓力呈遞增分布，余壓值應(yīng)符合下列規(guī)定：

1) 前室、封閉避難層(間)與走道之間的壓差應(yīng)為25～30 Pa;

2) 樓梯間與走道之間的壓差應(yīng)為40～50 Pa;

3) 當(dāng)系統(tǒng)余壓值超過最大允許壓差時(shí)應(yīng)采取泄壓措施。

工程中常采用的超壓控制設(shè)備或系統(tǒng)有余壓閥、旁通閥式余壓控制系統(tǒng)、變速風(fēng)機(jī)及壓力傳感器控制系統(tǒng)等[2]。

2.1 余壓閥

2.1.1余壓閥設(shè)置位置

當(dāng)獨(dú)立前室不送風(fēng)僅在防煙樓梯間設(shè)機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，在樓梯間與前室相鄰隔墻、前室與內(nèi)走道相鄰隔墻(如需要)設(shè)余壓閥，如圖1所示，內(nèi)走道、前室、樓梯間壓力呈遞增分布[3]。當(dāng)獨(dú)立前室存在不止一個(gè)門與內(nèi)走道相連時(shí)，或存在合用前室時(shí)，防煙樓梯間、前室分別設(shè)置加壓送風(fēng)系統(tǒng)，余壓閥應(yīng)分別設(shè)在樓梯間與內(nèi)走道相鄰隔墻和前室與內(nèi)走道相鄰隔墻上。由于受建筑布局限制，地鐵車站很多情況下樓梯間與內(nèi)走道不相鄰，樓梯間超壓風(fēng)量只能泄入前室，余壓閥只能設(shè)于樓梯間與前室相鄰隔墻上。設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：1) 合理確定余壓閥開啟壓差及泄壓風(fēng)量等參數(shù)；2) 樓梯間、前室余壓值的合理確定，保持一高一低，或都取中間值，而不要都取高值或都取低值[4]。

地鐵車站中，防煙樓梯前室的余壓閥需設(shè)于前室與站廳層內(nèi)走道相鄰隔墻上，若將余壓閥設(shè)于隔墻上部，需避免管線、吊頂對余壓閥閥板開啟的遮擋；若將余壓閥設(shè)于隔墻下部，需避免余壓閥開啟時(shí)對人員通行的干擾。若樓梯間通行至站臺(tái)層且與區(qū)間相鄰，建議將余壓閥設(shè)于樓梯間/前室與區(qū)間相鄰隔墻上，以減少外在因素對余壓閥閥板開啟的限制，同時(shí)可避免加壓送風(fēng)泄壓風(fēng)量對內(nèi)走道排煙的干擾。

余壓閥設(shè)置位置確定后，根據(jù)文獻(xiàn)[5]相關(guān)要求確定余壓閥尺寸，并調(diào)節(jié)重錘的位置。當(dāng)樓梯間、前室的余壓超過設(shè)定值時(shí)，打開余壓閥泄壓。安裝余壓閥的隔墻處應(yīng)設(shè)防火閥，使隔墻滿足耐火極限要求。

2.1.2余壓閥面積的計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)[5]，余壓閥閥板開啟面積計(jì)算公式為

(6)

式中F為泄壓閥板開啟面積，m2；Lv為加壓送風(fēng)量，m3/s；Ly為當(dāng)疏散通道門關(guān)閉時(shí)，加壓部位保持一定的正壓值所需的送風(fēng)量[6]，m3/s。

(7)

式中S為門、窗縫隙的有效漏風(fēng)總面積，m2；Δp2為門、窗兩側(cè)的壓差值，根據(jù)加壓方式和部位取25～50 Pa；b為指數(shù)，對于門縫及較大漏風(fēng)面積取2，對于窗縫取1.6；0.827為計(jì)算常數(shù)；1.25為不嚴(yán)密處附加系數(shù)。

地鐵工程中常見的樓梯間加壓送風(fēng)方式有獨(dú)立前室不送風(fēng)僅在防煙樓梯間設(shè)機(jī)械加壓送風(fēng)和封閉樓梯間加壓送風(fēng)。下面以圖1所示地下1層防煙樓梯間加壓送風(fēng)系統(tǒng)的余壓閥面積計(jì)算舉例。

樓梯間與內(nèi)走道間壓差按50 Pa計(jì)算，根據(jù)式(6)、(7)，保持壓差所需風(fēng)量為Ly=695 m3/h，前文已求得Lv(Lj)=11 820 m3/h。經(jīng)計(jì)算，F(xiàn)=0.482 2 m2。

設(shè)于樓梯間與前室相鄰隔墻上的余壓閥閥門面積F=0.482 2 m2，選用尺寸為800 mm×630 mm的余壓閥；樓梯間往前室泄壓風(fēng)量為11 125 m3/h。

前室與內(nèi)走道間壓差按25 Pa計(jì)算，根據(jù)式(6)、(7)，保持壓差所需風(fēng)量為492 m3/h。

已求得樓梯間往前室泄壓風(fēng)量為11 125 m3/h，大于前室保持壓差所需風(fēng)量，前室與內(nèi)走道相鄰隔墻需設(shè)余壓閥的面積為0.46 m2，選用尺寸為800 mm×630 mm的余壓閥。

2.2 旁通閥式余壓控制系統(tǒng)

旁通閥式余壓控制系統(tǒng)是通過設(shè)置在樓梯間或前室的壓力傳感器控制旁通閥的開啟，控制此區(qū)域的加壓送風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)余壓控制[7]。旁通閥式余壓控制系統(tǒng)的主要構(gòu)件包括旁通閥、壓力傳感器、旁通閥控制箱等。地鐵車站較為多見的加壓送風(fēng)系統(tǒng)形式有防煙樓梯間加壓送風(fēng)、前室不送風(fēng)和封閉樓梯間加壓送風(fēng)。圖2為防煙樓梯間送風(fēng)、前室不送風(fēng)的旁通閥式余壓控制系統(tǒng)示意圖。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，加壓送風(fēng)機(jī)開啟，樓梯間/前室的風(fēng)壓隨著送風(fēng)不斷增大，當(dāng)目標(biāo)區(qū)域的壓差達(dá)到壓力傳感器的動(dòng)作閾值時(shí)，壓力傳感器向旁通閥控制箱發(fā)出開啟信號，旁通閥控制箱接收信號后驅(qū)動(dòng)旁通閥開啟[7]，加壓送風(fēng)機(jī)的一部分送風(fēng)量通過旁通閥泄至室外，送往樓梯間/前室的加壓送風(fēng)量開始減小，目標(biāo)區(qū)域的風(fēng)壓開始下降。當(dāng)目標(biāo)區(qū)域正壓差維持在40～50 Pa(樓梯間)、25～30 Pa(前室)時(shí)，旁通閥保持開啟狀態(tài)不變。當(dāng)壓力傳感器所測正壓差小于規(guī)定值時(shí)，壓力傳感器向旁通閥控制箱發(fā)出關(guān)閉信號，目標(biāo)區(qū)域加壓送風(fēng)量開始增大，風(fēng)壓開始上升。

圖2 旁通閥式余壓控制系統(tǒng)示意圖

2.3 變速風(fēng)機(jī)及壓力傳感器控制系統(tǒng)

變速風(fēng)機(jī)及壓力傳感器控制系統(tǒng)也是壓力控制的一種方法，該方法通過改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量以滿足目標(biāo)區(qū)域余壓控制要求，其組成與旁通閥式余壓控制系統(tǒng)類似，主要構(gòu)件包括變風(fēng)量風(fēng)機(jī)、壓力傳感器、控制箱等。圖3為防煙樓梯間送風(fēng)、前室不送風(fēng)的變速風(fēng)機(jī)及壓力傳感器控制系統(tǒng)示意圖。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，隨著風(fēng)機(jī)開啟，樓梯間與前室、前室與內(nèi)走道的防火門兩側(cè)壓差持續(xù)增加，當(dāng)目標(biāo)區(qū)域的壓差達(dá)到壓力傳感器的動(dòng)作閾值時(shí)，壓力傳感器向風(fēng)機(jī)控制箱發(fā)出信號，調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而減小送風(fēng)量，降低目標(biāo)區(qū)域風(fēng)壓。當(dāng)目標(biāo)區(qū)域正壓差維持在40～50 Pa(樓梯間)、25～30 Pa(前室)時(shí)，保持風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變。當(dāng)壓力傳感器所測正壓差小于規(guī)定值時(shí)，壓力傳感器向風(fēng)機(jī)控制箱發(fā)出信號，加大風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，目標(biāo)區(qū)域加壓送風(fēng)量開始增大，風(fēng)壓開始上升。

圖3 變速風(fēng)機(jī)及壓力傳感器控制系統(tǒng)

變速風(fēng)機(jī)及壓力傳感器控制系統(tǒng)設(shè)備及系統(tǒng)控制更為復(fù)雜，工程造價(jià)比前述2種系統(tǒng)高，因此這種余壓控制系統(tǒng)在地鐵工程乃至其他工程項(xiàng)目中應(yīng)用較少。另外，若加壓送風(fēng)機(jī)無備用機(jī)組時(shí)不得采用變頻調(diào)速器作為控制裝置[8]。

3 結(jié)語

本文對地鐵加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步研究，從現(xiàn)行規(guī)范出發(fā)，以地下1層防煙樓梯間加壓送風(fēng)量計(jì)算為例，介紹了地鐵車站加壓送風(fēng)系統(tǒng)加壓送風(fēng)量計(jì)算方法，并對幾種加壓送風(fēng)系統(tǒng)超壓控制措施進(jìn)行了探討分析。

在地鐵工程中，因余壓閥控制最為簡單、可靠，在工程中應(yīng)用較多。但由于地鐵空間內(nèi)管線多，余壓閥設(shè)于隔墻上部時(shí)閥板開啟常受內(nèi)走道吊頂、管線限制，若將余壓閥設(shè)于隔墻下部，其閥板開啟后將會(huì)有阻擋疏散通道的隱患。當(dāng)余壓閥計(jì)算面積過大、不適合安裝時(shí)，可選用旁通閥式余壓控制系統(tǒng)[9]，該控制系統(tǒng)安全性好、可靠性高、成本低，在民用建筑和公共建筑中應(yīng)用廣泛，但在地鐵工程中應(yīng)用較少。地鐵工程中有較為成熟、完善的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，具備采用旁通閥式余壓控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，特別是前室、樓梯間分別獨(dú)立設(shè)置加壓送風(fēng)系統(tǒng)的場合，可嘗試應(yīng)用旁通閥式余壓控制系統(tǒng)進(jìn)行樓梯間、前室超壓控制。