某環(huán)衛(wèi)電動(dòng)車(chē)庫(kù)通風(fēng)排煙設(shè)計(jì)

齊好 于文俊 楊寧 王凱楠

北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司

0 引言

該項(xiàng)目位于保定，總建筑面積14602.08 m2，其中地上建筑面積：10149.70 m2（含半地下4814.40 m2）。地下建筑面積：4452.38 m2。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，其中環(huán)衛(wèi)電動(dòng)車(chē)汽車(chē)庫(kù)屬于室內(nèi)地坪面低于室外地坪高度超過(guò)該層車(chē)庫(kù)凈高1/3 且不超過(guò)凈高1/2 的汽車(chē)庫(kù)，屬于半地下汽車(chē)庫(kù)，建筑面積為4814.40 m2。車(chē)庫(kù)停車(chē)位為55個(gè)，屬于Ⅲ類(lèi)汽車(chē)庫(kù)，耐火等級(jí)為一級(jí)。

根據(jù)《汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50067-2014[1]規(guī)定半地下汽車(chē)庫(kù)的防火分區(qū)最大允許建筑面積不應(yīng)超過(guò)2500 m2，設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)的汽車(chē)庫(kù)，防火分區(qū)建筑面積可擴(kuò)大至最大5000 m2，故本汽車(chē)庫(kù)為1 個(gè)防火分區(qū)。

根據(jù)《電動(dòng)汽車(chē)分散充電設(shè)施工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T51313-2018[2]規(guī)定，分散充電設(shè)施在同一防火分區(qū)內(nèi)應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的防火單元，每個(gè)防火單元的最大允許建筑面積如表1 所示。

表1 集中布置的充電設(shè)施區(qū)防火單元最大允許建筑面積

本汽車(chē)庫(kù)按地下汽車(chē)庫(kù)劃分防火單元，分為6 個(gè)防火單元分隔，單個(gè)防火單元建筑面積＜1000 m2，每個(gè)防火單元之間設(shè)置了防火卷簾或防火墻。

1 通風(fēng)和排煙設(shè)計(jì)

1.1 防煙分區(qū)劃分

汽車(chē)庫(kù)防煙分區(qū)建筑面積不宜超過(guò)2000 m2，因電動(dòng)車(chē)庫(kù)設(shè)置了防火單元，每個(gè)防火單元之間設(shè)置防火卷簾進(jìn)行了防火隔斷，所以車(chē)庫(kù)防煙分區(qū)按防火單元?jiǎng)澐?。共設(shè)置6 個(gè)防煙分區(qū)，每個(gè)防火單元之間的防火卷簾可作為活動(dòng)擋煙垂壁使用。

1.2 通風(fēng)及排煙量

1.2.1 通風(fēng)量

根據(jù)JGJ10-2015《車(chē)庫(kù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]規(guī)定，車(chē)庫(kù)機(jī)械通風(fēng)量應(yīng)按照換氣次數(shù)或者單臺(tái)機(jī)動(dòng)車(chē)排風(fēng)量方法計(jì)算，目的是排除汽車(chē)排放的廢氣，但本車(chē)庫(kù)為電動(dòng)車(chē)庫(kù)，不產(chǎn)生廢氣，根據(jù)電動(dòng)車(chē)充電設(shè)施散熱的特點(diǎn)，考慮到電動(dòng)車(chē)庫(kù)的通風(fēng)降溫，故通風(fēng)量按照消除余熱計(jì)算。

電動(dòng)車(chē)庫(kù)共配置10 臺(tái)300 kW 總控箱，根據(jù)廠家提資，單臺(tái)總控箱散熱量約為25 kW，總散熱量為250 kW。消除余熱通風(fēng)量按式（1）計(jì)算：

式中：G 為消除余熱所需的換氣量，m3/h；Q 為余熱量，kW；tp為排出空氣的溫度，取35 ℃；ti為進(jìn)入空氣的溫度，取保定地區(qū)夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度30.4 ℃；c 為空氣的比熱，取1.03 kJ/(kg·K)；ρ 為空氣密度，取1.146 kg/m3。

計(jì)算得出排風(fēng)量為165753.5 m3/h，折合車(chē)庫(kù)換氣次數(shù)約5.9 次/h。送風(fēng)量取排風(fēng)量的80%，送風(fēng)量為132602.8 m3/h。

1.2.2 排煙量

因條件限制，本電動(dòng)車(chē)庫(kù)無(wú)法采用自然排煙，故采用機(jī)械排煙方式，由于電動(dòng)車(chē)庫(kù)排煙風(fēng)量無(wú)規(guī)范要求，本設(shè)計(jì)參考《汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50067-2014 及《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51251-2017[4]中的兩種不同排煙量的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。

GB50067-2014 中汽車(chē)庫(kù)的每個(gè)防煙分區(qū)的排煙量相關(guān)規(guī)定詳見(jiàn)表2，本工程汽車(chē)庫(kù)凈高為5.85 m，不設(shè)置吊頂，參考表2 本車(chē)庫(kù)每個(gè)防煙分區(qū)排煙量取34500 m3/h。

表2 車(chē)庫(kù)每個(gè)防煙分區(qū)的排煙量

GB51251-2017 中規(guī)定了汽車(chē)庫(kù)火災(zāi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的熱釋放速率，見(jiàn)表3，可根據(jù)熱釋放速率，并按照軸對(duì)稱(chēng)型煙羽流模型對(duì)各防煙分區(qū)排煙風(fēng)量及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

表3 火災(zāi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的熱釋放速率

本工程設(shè)置了自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，故熱釋放速率按照1.5 MW 計(jì)算，按GB51251-2017 要求設(shè)置相關(guān)參數(shù)并計(jì)算得到的結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 排煙系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

計(jì)算得到每個(gè)防煙分區(qū)的排煙風(fēng)量為27640m3/h，排煙系統(tǒng)剖面示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 排煙系統(tǒng)剖面示意圖

由GB51251-2017 計(jì)算可知按火災(zāi)熱釋放速率所得到的排煙量小于GB50067-2014 中規(guī)定的排煙量，因此本工程設(shè)計(jì)排煙量則按照GB50067-2014 選取較大值。

總排煙量按按同一防火分區(qū)中任意兩個(gè)相鄰防煙分區(qū)的排煙量之和的最大值計(jì)算。排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)風(fēng)量不應(yīng)小于該系統(tǒng)計(jì)算風(fēng)量的1.2 倍，排煙設(shè)計(jì)風(fēng)量=34500×2×1.2=82800 m3/h。排煙補(bǔ)風(fēng)量=80%×82800=66240 m3/h。

1.3 通風(fēng)排煙系統(tǒng)

1.3.1 通風(fēng)與排煙系統(tǒng)的設(shè)置

通風(fēng)與排煙系統(tǒng)盡量采用合用的方式，能夠達(dá)到節(jié)省空間，降低造價(jià)的目的，本工程排煙采用機(jī)械排煙方式，車(chē)庫(kù)為一個(gè)防火分區(qū)，可只設(shè)置一套排煙系統(tǒng)負(fù)擔(dān)6 個(gè)防煙分區(qū)（防火單元）。

通風(fēng)系統(tǒng)的一部分排風(fēng)和排煙系統(tǒng)合用，合用原則為：排煙風(fēng)機(jī)與排風(fēng)風(fēng)機(jī)合用，排煙主風(fēng)管與排風(fēng)主風(fēng)管合用，排煙支風(fēng)管和排風(fēng)支風(fēng)管分開(kāi)設(shè)置，詳見(jiàn)圖2。

排煙系統(tǒng)設(shè)置補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，GB50067-2014 中僅規(guī)定汽車(chē)庫(kù)內(nèi)無(wú)直接通向室外的汽車(chē)疏散出口的防火分區(qū)，當(dāng)設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)同時(shí)設(shè)置補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，且補(bǔ)風(fēng)量不宜小于排煙量的50%，雖然本車(chē)庫(kù)設(shè)置了直接通向室外的汽車(chē)疏散出口，且為一個(gè)防火分區(qū)，但是本電動(dòng)車(chē)庫(kù)設(shè)置了防火單元，某個(gè)防火單元發(fā)生火災(zāi)時(shí)，防火卷簾會(huì)對(duì)其進(jìn)行封閉，無(wú)法跨越防煙分區(qū)補(bǔ)風(fēng)，導(dǎo)致煙氣無(wú)法排出，故考慮補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)分別補(bǔ)風(fēng)至每個(gè)防煙分區(qū)，詳見(jiàn)圖2。

設(shè)置排煙補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)的一部分送風(fēng)與排煙補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)合用，合用原則為送風(fēng)風(fēng)機(jī)與補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)合用，送風(fēng)主風(fēng)管與排煙補(bǔ)風(fēng)主風(fēng)管合用，送風(fēng)支風(fēng)管和排煙補(bǔ)風(fēng)支風(fēng)管分開(kāi)設(shè)置，詳見(jiàn)圖2。

圖2 通風(fēng)排煙系統(tǒng)圖

1.3.2 風(fēng)機(jī)配置

因排煙風(fēng)量約為通風(fēng)量的1/2，設(shè)置2 臺(tái)等風(fēng)量排風(fēng)機(jī)，2 臺(tái)等風(fēng)量送風(fēng)機(jī)，平時(shí)通風(fēng)時(shí)2 臺(tái)排風(fēng)機(jī)、2臺(tái)送風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，火災(zāi)時(shí)1 臺(tái)排風(fēng)機(jī)、1 臺(tái)送風(fēng)機(jī)運(yùn)行，分別作為排煙風(fēng)機(jī)和排煙補(bǔ)風(fēng)機(jī)。排煙用風(fēng)機(jī)需滿足280 ℃時(shí)能連續(xù)工作30 min。

1.3.3 風(fēng)閥設(shè)置

本工程各排煙支管采取常閉排煙閥與280 ℃防火閥組合設(shè)置的方式，不再使用大量的常閉排煙風(fēng)口，降低了了控制系統(tǒng)復(fù)雜程度和造價(jià)。排煙風(fēng)管穿越防火單元（防煙分區(qū)）時(shí)設(shè)置280 ℃防火閥。排煙風(fēng)管防火閥與排煙閥設(shè)置詳見(jiàn)圖2。

每個(gè)防煙分區(qū)排煙補(bǔ)風(fēng)管支管設(shè)置電動(dòng)風(fēng)閥DF03，排煙補(bǔ)風(fēng)管穿越防火單元（防煙分區(qū)）處設(shè)置70 ℃防火閥。防火閥與電動(dòng)閥設(shè)置詳見(jiàn)圖2。

風(fēng)管穿越送、排風(fēng)機(jī)房隔墻處，排煙風(fēng)機(jī)入口處分別設(shè)置70 ℃或280 ℃防火閥，見(jiàn)圖2。

排風(fēng)與排煙，送風(fēng)與排煙補(bǔ)風(fēng)分界分別處設(shè)置電動(dòng)風(fēng)閥DF01 和DF02，見(jiàn)圖2。

1.3.4 風(fēng)管耐火極限

根據(jù)GB5251-2017 規(guī)定，設(shè)置在汽車(chē)庫(kù)的排煙管道耐火極限不低于0.50 h，排煙補(bǔ)風(fēng)管道耐火極限不應(yīng)低于0.5 h，耐火極限包含承載能力、完整性和隔熱性，本工程排煙及排煙補(bǔ)風(fēng)管道采用鍍鋅鋼板風(fēng)管，但鍍鋅鋼板滿足不了耐火極限中的隔熱性，在火災(zāi)狀況下的承載性是否滿足也沒(méi)有相關(guān)的檢測(cè)報(bào)告，故排煙及排煙補(bǔ)風(fēng)管道需要做防火包覆以滿足0.50 h 耐火極限要求。

同時(shí)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014（2018版）中規(guī)定，風(fēng)管穿過(guò)防火隔墻、樓板和防火墻時(shí)，穿越處風(fēng)管上的防火閥兩側(cè)各2.0 m 范圍內(nèi)的風(fēng)管應(yīng)采用耐火風(fēng)管或風(fēng)管外壁應(yīng)采取防火保護(hù)措施，且耐火極限不應(yīng)低于該防火分隔體的耐火極限。本車(chē)庫(kù)防火單元之間的防火分隔耐火極限為2 h。排煙及排煙補(bǔ)風(fēng)管穿越各個(gè)防火單元時(shí)分別設(shè)置了280 ℃和70 ℃防火閥，所以穿越防火單元的防火閥兩側(cè)2.0 m 范圍內(nèi)的排煙、排煙補(bǔ)風(fēng)管、通風(fēng)管耐火極限需要滿足耐火極限不低于2.00 h。排煙及排煙補(bǔ)風(fēng)風(fēng)管耐火極限要求如圖3 所示。

圖3 排煙(排煙補(bǔ)風(fēng))管耐火極限示意圖

為達(dá)到上述風(fēng)管耐火極限的要求，本工程采用鍍鋅鋼板+隔熱玻璃棉+火克板的形式，并由專(zhuān)業(yè)廠家深化設(shè)計(jì)保證風(fēng)管耐火極限。

1.4 通風(fēng)排煙系統(tǒng)控制

由于車(chē)庫(kù)劃分了防火單元，且防煙分區(qū)按防火單元設(shè)置，每個(gè)防火單元之間設(shè)置了防火卷簾，火災(zāi)時(shí)著火防煙分區(qū)周?chē)姆阑鹁砗熛侣?，無(wú)法跨越防煙分區(qū)進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)，故同一防煙分區(qū)的排煙補(bǔ)風(fēng)口只能與排煙口設(shè)置在同一防煙分區(qū)，所以每個(gè)排煙分區(qū)需要設(shè)置排煙補(bǔ)風(fēng)支管，且在排煙補(bǔ)風(fēng)支管設(shè)置電動(dòng)風(fēng)閥DF03 與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

排風(fēng)與排煙主風(fēng)管合用，排風(fēng)支風(fēng)管設(shè)置電動(dòng)風(fēng)閥DF01。送風(fēng)與排煙補(bǔ)風(fēng)主風(fēng)管合用，送風(fēng)支風(fēng)管設(shè)置電動(dòng)風(fēng)閥DF02，每個(gè)防煙分區(qū)排煙支管設(shè)置常閉排煙閥和280 ℃防火閥。

平時(shí)和或火災(zāi)工況下，各通風(fēng)排煙設(shè)備的啟閉狀態(tài)見(jiàn)表5。

表5 通風(fēng)排煙設(shè)備啟閉狀態(tài)

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，各通風(fēng)排煙設(shè)備的開(kāi)啟和關(guān)閉控制方式見(jiàn)表6。

表6 火災(zāi)發(fā)生時(shí)通風(fēng)排煙設(shè)備控制方式

2 關(guān)于電動(dòng)車(chē)庫(kù)排煙系統(tǒng)的探討

對(duì)于內(nèi)燃機(jī)車(chē)，NFPA502-2020 通過(guò)大量全尺寸試驗(yàn)中給出了不同車(chē)輛的熱釋放速率。如表7 所示。

表7 不同車(chē)輛火災(zāi)峰值熱釋放速率

在GB5251-2017 中給出了汽車(chē)庫(kù)火災(zāi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的熱釋放率，如表3 所示，與表7 對(duì)比，國(guó)內(nèi)規(guī)范在計(jì)算排煙量時(shí)用的數(shù)據(jù)即“達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)熱釋放速率”遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。筆者認(rèn)為主要是考慮到如果按實(shí)驗(yàn)熱釋放速率數(shù)據(jù)計(jì)算的到排煙量無(wú)疑是巨大的。會(huì)影響到汽車(chē)庫(kù)的使用功能并引起造價(jià)的巨大增長(zhǎng)。

對(duì)于本工程的電動(dòng)汽車(chē)庫(kù)火災(zāi)熱釋放速率，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范中并沒(méi)有給出明確的規(guī)定。

Sun 等[5]總結(jié)了電動(dòng)車(chē)不同類(lèi)型鋰電池的峰值熱釋放速率（QP勻RR），不同類(lèi)型鋰電池的峰值熱釋放速率與其電池容量EB的0.6 次方呈線形關(guān)系，并能和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相接近。關(guān)系式為式（2），

式中：QP勻RR為峰值熱釋放速率，kW；EB為電池容量，Wh。

電動(dòng)車(chē)火災(zāi)時(shí)，除了動(dòng)力電池的熱釋放速率，還應(yīng)包括其他可燃物熱釋放速率[6]。二者綜合得到電動(dòng)車(chē)火災(zāi)的熱釋放速率關(guān)系式（3）：

式中：QP勻RR為峰值熱釋放速率，KW；EB為電池容量，Wh；η 為燃燒效率，取值為1；Af為燃燒面積，m2；q''為電動(dòng)車(chē)其他可燃物單位面積的峰值燃燒速率，MW/m2，取值為0.5。

本工程最大電池容量車(chē)輛為重型可卸式垃圾車(chē)，電池容量為3.24×105Wh，車(chē)身尺寸為9890（長(zhǎng)）×2500（寬）×3080（高）mm。

根據(jù)式（3）計(jì)算，取電動(dòng)車(chē)其他可燃物燃燒面積為車(chē)長(zhǎng)×車(chē)寬=24.8 m2，計(jì)算得此電動(dòng)車(chē)的峰值熱釋放速率為16.45 MW。該計(jì)算所得峰值熱釋放速率比NFPA502-2020 所給出多輛轎車(chē)火災(zāi)的熱釋放速率15 MW 稍大，遠(yuǎn)小于公共汽車(chē)的30 MW。且車(chē)輛的常見(jiàn)可燃物為塑料（ABS 塑料、PVC 塑料）及皮革、無(wú)紡布等。但此垃圾運(yùn)輸車(chē)量此類(lèi)物質(zhì)含量較少。所以燃燒面積取值較為保守，實(shí)際情況的可燃物的熱釋放速率應(yīng)略小于計(jì)算值。

由于考慮到使用功能和造價(jià)，目前汽車(chē)庫(kù)排煙設(shè)計(jì)規(guī)范中不按照汽車(chē)火災(zāi)實(shí)際熱釋放速率設(shè)計(jì)。故電動(dòng)車(chē)火災(zāi)也不應(yīng)按實(shí)際熱釋放速率設(shè)計(jì)。由于無(wú)具體規(guī)范可依，本設(shè)計(jì)暫按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)排煙系統(tǒng)風(fēng)量進(jìn)行校核。

NFPA502-2020 對(duì)轎車(chē)的峰值熱釋放速率數(shù)據(jù)相對(duì)于NFPA502-2017 進(jìn)行了調(diào)整，由5 MW 調(diào)整為了8 MW，GB5251-2017 汽車(chē)庫(kù)熱釋放速率未做相關(guān)調(diào)整，具體數(shù)值見(jiàn)表8。

表8 熱釋放速率對(duì)比

排煙總風(fēng)量為82800 m3/h，根據(jù)1.3.1 章節(jié)計(jì)算得出可負(fù)擔(dān)熱釋放速率為5.4 MW。且本工程設(shè)置了噴淋系統(tǒng)，由表8 按倍數(shù)類(lèi)比可得排煙總風(fēng)量82800 m3/h 可負(fù)擔(dān)的實(shí)際熱釋放速率約為28.8 MW（按NFPA502-2020）和18MW（按NFPA502-2017），均大于本工程電動(dòng)車(chē)的熱釋放速率估算值16.45 MW。本工程按GB5251-2017 要求排煙風(fēng)量按兩個(gè)防煙分區(qū)排煙風(fēng)量之和取值。若總風(fēng)量?jī)H負(fù)擔(dān)一個(gè)防煙分區(qū)的火災(zāi)，則能滿足計(jì)算得到的電動(dòng)車(chē)火災(zāi)熱釋放速率的要求，若嚴(yán)格按照GB5251-2017 要求負(fù)擔(dān)兩個(gè)防煙分區(qū)排煙量則排煙量翻倍，導(dǎo)致無(wú)空間布置排煙風(fēng)管和造價(jià)巨大。所以筆者建議若電動(dòng)車(chē)庫(kù)按照電動(dòng)車(chē)實(shí)際熱釋放速率計(jì)算排煙量時(shí)，總排煙風(fēng)量按照負(fù)擔(dān)一個(gè)防煙分區(qū)風(fēng)量計(jì)算。

3 結(jié)語(yǔ)

1）電動(dòng)車(chē)車(chē)庫(kù)平時(shí)的污染主要為熱污染，計(jì)算通風(fēng)量時(shí)應(yīng)以通風(fēng)降溫為目的，按電氣設(shè)備散熱量計(jì)算通風(fēng)量。

2）電動(dòng)車(chē)庫(kù)因劃分防火單元的特點(diǎn)，為節(jié)省空間，降低造價(jià)，通風(fēng)與排煙系統(tǒng)盡量合用，并綜合考慮風(fēng)閥設(shè)置，風(fēng)管耐火極限、系統(tǒng)控制等達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全、合理的效果。

3）電動(dòng)車(chē)庫(kù)的排煙設(shè)計(jì)，現(xiàn)行規(guī)范沒(méi)有給出具體要求，后續(xù)應(yīng)予以規(guī)范。筆者分析完全按照火災(zāi)實(shí)際熱釋放速率不太現(xiàn)實(shí)，建議若電動(dòng)車(chē)庫(kù)按照電動(dòng)車(chē)實(shí)際熱釋放速率計(jì)算排煙量時(shí)，總排煙風(fēng)量按照負(fù)擔(dān)一個(gè)防煙分區(qū)風(fēng)量計(jì)算。