何清衡

摘要：防煙樓梯間、消防電梯前室、合用前室作為火災(zāi)時(shí)建筑中重要的逃生通道，對(duì)保障人員安全起著至關(guān)重要的作用，為避免加壓送風(fēng)過程中加壓空間室內(nèi)超壓現(xiàn)象的發(fā)生，工程中經(jīng)常采用設(shè)置余壓閥的做法，本文就加壓部位超壓產(chǎn)生的原因以及余壓閥的合理性設(shè)置進(jìn)行了初步的探討，對(duì)余壓閥計(jì)算面積公式進(jìn)行了優(yōu)化。

關(guān)鍵詞 ： 樓梯間；合用前室；加壓送風(fēng)；余壓閥

The rationality of the residual pressure valve set in the pressurized design of air supply

He Qingheng1

（1. Guangzhou Building Equipment Installation Engineering Quality Monitoring Station， Guangzhou， 510410）

Abstract：Smoke-proof staircase， fire elevator former room， share former room as the important emergency exits for fire building plays an vital role in personnel safety. To avoid the overpressure phenomenon in the pressure space while doing the process of the pressurized air supply， people often set pressure valve in engineering practice. In this paper， the causes of overpressure phenomenon and the rationality of the pressure valve set has carried on the preliminary discussion. The pressure valve area calculation formula is optimized.

Keywords ： Staircase； Share former room； Pressurized air supply； Pressure valve

0 引言

隨著我國現(xiàn)代化城市建設(shè)的發(fā)展， 建筑業(yè)發(fā)展迅速， 各地高層建筑大量興建，防煙樓梯間作為高層建筑中重要的火災(zāi)逃生通道，對(duì)保障人員安全起著至關(guān)重要的作用。國內(nèi)外的有關(guān)資料表明， 高層建筑物中火災(zāi)造成的人員傷亡有80% 左右是由于燃燒產(chǎn)生的煙氣使人窒息而死。因此， 在建筑物中對(duì)樓梯間、前室（合用前室）采用加壓送風(fēng)的方式防煙在國內(nèi)外高層建筑設(shè)計(jì)中已被廣泛接受與采用。為了防止火災(zāi)時(shí)安全疏散門無法打開的現(xiàn)象發(fā)生（有資料表明，當(dāng)余壓值在102Pa左右時(shí)，疏散門就難以打開），加壓送風(fēng)設(shè)計(jì)中應(yīng)避免加壓部位室內(nèi)空間壓力超壓，經(jīng)常采用的有余壓閥泄壓、采用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)風(fēng)量和采用風(fēng)量旁通調(diào)節(jié)3 種方式調(diào)整豎井內(nèi)壓力大小， 其中采用余壓閥較簡(jiǎn)單且有較高的可靠性。本文就余壓閥的合理性設(shè)置進(jìn)行了初步探討，對(duì)余壓閥計(jì)算面積公式進(jìn)行了優(yōu)化。。

1. 超壓的危險(xiǎn)性

我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB50045-95《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[1] （以下簡(jiǎn)稱“《高規(guī)》”）中8.3.7規(guī)定：機(jī)械加壓送風(fēng)機(jī)的全壓，除計(jì)算最不利環(huán)管道壓頭損失外，尚應(yīng)有余壓。其余壓值應(yīng)符合下列要求：防煙樓梯間為40Pa 至50Pa；前室、合用前室、消防電梯間前室、封閉避難層（間）為25Pa 至30Pa。加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，送風(fēng)部位的余壓值是一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)，余壓值是指在與加壓送風(fēng)部位相通的門關(guān)閉的情況下， 足以阻止著火層的煙氣在熱壓、風(fēng)壓、浮力、膨脹力等聯(lián)合作用下進(jìn)入加壓部位，同時(shí)又不致因壓力過高而無法推開通向疏散通道的門的風(fēng)壓值。當(dāng)壓力過高（比如超過102Pa時(shí)），防火門開啟困難，在火災(zāi)混亂的情況下，眾多人員涌向走廊，前室（合用前室），甚至可能會(huì)產(chǎn)生踩踏等嚴(yán)重事故。所以加壓送風(fēng)系統(tǒng)的控制區(qū)域超壓是十分危險(xiǎn)的，對(duì)于樓梯間及前室等區(qū)域進(jìn)行余壓控制也是必要的。

2. 超壓的原因及余壓閥設(shè)置的合理性探討

2.1 加壓送風(fēng)量的計(jì)算方法

根據(jù)《高規(guī)》8.3.2中規(guī)定：高層建筑防煙樓梯間及其前室、合用前室和消防電梯間前室的機(jī)械加壓送風(fēng)量應(yīng)由計(jì)算確定，或按表 8.3.2-1 至表 8.3.2-4 的規(guī)定確定。當(dāng)計(jì)算值和本表不一致時(shí)，應(yīng)按兩者中較大值確定。

工程上加壓送風(fēng)量的計(jì)算常用的方法是壓差法和風(fēng)速法。按照保持疏散通道需要有一定正壓值計(jì)算加壓送風(fēng)量：

（1）

公式中， 為加壓送風(fēng)量，m3/h；0.827 —計(jì)算常數(shù)；A 為門、窗縫隙的總有效漏風(fēng)總面積，m2；門縫寬度：疏散門 0.002～0.004m；電梯門 0.005～0.006； △P為壓力差，Pa；疏散樓梯間取40～50Pa； 前室、消防電梯前室、合用前室取25～30Pa；n 為指數(shù)，門縫取2，窗縫取1.6；1.25為不嚴(yán)密處附加系數(shù)。

按照保持門洞處一定風(fēng)速所需風(fēng)量計(jì)算加壓送風(fēng)量：

（2）

公式中， 為加壓送風(fēng)量，m3/h；F 為 一樘門開啟的斷面積， m2；v為 開啟門洞處的平均風(fēng)速， m/s，取0.7～1.2 m/s；a 為背壓系數(shù)，根據(jù)加壓間密封程度取0.6～1.0；b 為漏風(fēng)附加率，取0.1～0.2；n 為同時(shí)開啟門的計(jì)算數(shù)量，對(duì)于多層建筑和20層以下的高層建筑取2；對(duì)20層以上的建筑取3。

2.2 樓梯間的超壓現(xiàn)象及余壓閥設(shè)置分析

目前，工程上所采用的加壓送風(fēng)系統(tǒng)形式主要有兩種，第一種是只對(duì)防煙樓梯間加壓送風(fēng)，前室不送風(fēng)的系統(tǒng)，這種類型的系統(tǒng)只需注意是否整體超壓，余壓閥應(yīng)通常設(shè)置在樓梯間與前室隔墻上，樓梯間超壓風(fēng)量泄入前室，火災(zāi)時(shí)，有利于提升前室壓力，增加人員疏散的安全性。利用公式（1） 和公式（2）針對(duì)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)不同樓層數(shù)進(jìn)行樓梯間加壓送風(fēng)量計(jì)算，結(jié)果見表1。

表1 樓梯間機(jī)械加壓送風(fēng)量計(jì)算

系統(tǒng)負(fù)擔(dān)層數(shù) 疏散門尺寸

（長(zhǎng)m×寬m） 壓差法計(jì)算風(fēng)量（?/h） 風(fēng)速法計(jì)算風(fēng)量（?/h） （%）

備注

5 1.6×2.0 4841 25344 19 開啟門數(shù)取2

10 1.6×2.0 9682 25344 38 開啟門數(shù)取2

15 1.6×2.0 14524 25344 57 開啟門數(shù)取2

20 1.6×2.0 19365 38016 51 開啟門數(shù)取3

25 1.6×2.0 24206 38016 64 開啟門數(shù)取3

30 1.6×2.0 29047 38016 77 開啟門數(shù)取3

注： 取50Pa，門洞平均風(fēng)速取0.7m/s，漏風(fēng)附加率b=0.1，背壓系數(shù)a=0.7，疏散門縫寬度取0.004m，前室不加壓。

值得注意的是，按照風(fēng)速法的計(jì)算公式，無論是20層的樓梯間，還是5層的樓梯間，當(dāng)火災(zāi)時(shí)開門數(shù)量一樣時(shí)，其計(jì)算結(jié)果是一樣的，即風(fēng)速法計(jì)算結(jié)果與樓層數(shù)無關(guān)，只與開門數(shù)有關(guān)。由表1可以看出，壓差法計(jì)算得出的加壓送風(fēng)量比風(fēng)速法計(jì)算得出的加壓送風(fēng)量小得多，特別是當(dāng)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)樓層小于10層時(shí)，兩者之比小于50%。

以系統(tǒng)負(fù)擔(dān)10層為例，風(fēng)速法計(jì)算結(jié)果與《高規(guī)》表 8.3.2-1 至表 8.3.2-4 的規(guī)定取值較為接近，按規(guī)范要求，取這三者之中的最大風(fēng)量作為最終的加壓送風(fēng)量，即25344?/h，將此風(fēng)量值帶入公式（1）進(jìn)行反算，樓梯間的壓差值達(dá)到185Pa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于疏散門開啟的壓力極限值，即造成了樓梯間的超壓現(xiàn)象，這種情況下應(yīng)采取必要的泄壓措施。當(dāng)采用設(shè)置余壓閥的方法進(jìn)行泄壓時(shí)，根據(jù)文獻(xiàn)[2]，設(shè)置泄壓閥（工程上常采用可設(shè)定壓差值的余壓閥）且在穿防火墻處設(shè)置70℃防火閥，泄壓閥板開啟面積計(jì)算公式為：

（3）

式中： 為利用風(fēng)速法計(jì)算公式（2）計(jì)算得出的加壓送風(fēng)量，?/h； 為利用壓差法計(jì)算公式（1）計(jì)算得出的加壓送風(fēng)量，?/h。

通過分析，利用公式（3）簡(jiǎn)單地推算出泄壓閥的面積是偏大的，系統(tǒng)可能會(huì)由于漏風(fēng)過大而無法達(dá)到規(guī)定的過門風(fēng)速，原因如下：由于樓梯間與前室隔墻上的泄壓閥只有在走廊與前室的門打開時(shí)才會(huì)開啟，對(duì)于前述門未打開的層面，未打開的泄壓閥會(huì)通過縫隙漏風(fēng)，當(dāng)樓層較多時(shí)， 應(yīng)當(dāng)計(jì)入泄壓閥縫隙的壓差風(fēng)量（風(fēng)量 計(jì)算可參考文獻(xiàn)[3]中公式5.1.1-4）才更準(zhǔn)確。因此此時(shí)式（1）應(yīng)修正為：

（4）

式中：N為系統(tǒng)負(fù)擔(dān)樓層數(shù)；X為開啟的門數(shù)量（取2或3）；F為泄壓閥面積。簡(jiǎn)化上式可得：

（5）

通過優(yōu)化后的泄壓閥計(jì)算公式，可減小泄壓閥的面積，提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。因此，筆者認(rèn)為，對(duì)于不同的工程項(xiàng)目，設(shè)計(jì)人員應(yīng)通過計(jì)算得出最佳的設(shè)計(jì)值，而不能憑借經(jīng)驗(yàn)值一概而論。對(duì)于負(fù)擔(dān)層數(shù)較少的樓梯間加壓送風(fēng)系統(tǒng)，建議采用相應(yīng)的泄壓措施。

2.3 合用（前室）的超壓現(xiàn)象及余壓閥設(shè)置分析

第二種是對(duì)樓梯間、合用（前室）分別設(shè)置加壓送風(fēng)系統(tǒng)，余壓閥宜分別設(shè)置在樓梯間與走道的隔墻上、合用前室與走道的隔墻上，樓梯間、合用前室均對(duì)走道泄壓，可以準(zhǔn)確地控制加壓間室內(nèi)正壓值?！陡咭?guī)》8.3.8中規(guī)定，機(jī)械加壓送風(fēng)的防煙樓梯間和合用前室，宜分別獨(dú)立設(shè)置送風(fēng)系統(tǒng)，樓梯間宜每隔二至三層設(shè)一個(gè)加壓送風(fēng)口；前室的加壓送風(fēng)口應(yīng)每層設(shè)一個(gè)。對(duì)于這兩個(gè)獨(dú)立的加壓送風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)口及控制形式：樓梯間送風(fēng)系統(tǒng)采用常開型風(fēng)口，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，對(duì)整個(gè)貫通的樓梯間加壓送風(fēng)；對(duì)于前室大部分采用常閉型風(fēng)口，火災(zāi)時(shí)打開火災(zāi)層及其上層或上下層共2-3層的風(fēng)口加壓送風(fēng)。

在設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)選取加壓風(fēng)管的風(fēng)速為10m/s（《高規(guī)》8.1.5規(guī)定，采用金屬風(fēng)道時(shí)，不應(yīng)大于20m/s；采用內(nèi)表面光滑的混凝土等非金屬材料風(fēng)道時(shí)不應(yīng)大于15m/s），此時(shí)，送風(fēng)阻力約 3Pa/m，對(duì)于一個(gè)（合用）前室加壓送風(fēng)系統(tǒng)，當(dāng)只對(duì)火災(zāi)層前室加壓時(shí)，假如風(fēng)機(jī)設(shè)在屋頂，為保證其對(duì)底層前室送風(fēng)加壓使房間余壓達(dá)到25 Pa，該風(fēng)機(jī)風(fēng)壓需滿足克服管路阻力的風(fēng)壓及余壓（25 Pa）之和，如果對(duì)于20 層建筑，頂層與底層前室高度差為 60 m，假設(shè)在5層發(fā)生火災(zāi)，其前室送風(fēng)加壓時(shí)前室壓力為 25+3×5×3=60Pa，這時(shí)走廊與前室的防火門能正常開啟；假如在15層發(fā)生火災(zāi)，對(duì)15層前室送風(fēng)加壓時(shí)就可能達(dá)到 25+3×15×3=160Pa，就引起了前室超壓；防火門開啟就會(huì)比較困難。圖1為樓梯靜壓、前室靜壓、防火門開啟臨界壓力（102Pa）與樓層高度的關(guān)系（以下壓力均為相對(duì)壓力，以走廊為基準(zhǔn)，假定樓層高度為3m，加壓送風(fēng)風(fēng)機(jī)置于屋頂）。當(dāng)對(duì)火災(zāi)層及其上下層前室加壓時(shí)，結(jié)果是類似的，這一點(diǎn)在文獻(xiàn)[4]中也有敘述。

圖1. 樓梯間靜壓、前室靜壓、防火門開啟臨界壓力（102Pa）與樓層高度的關(guān)系

由上圖可知，消防電梯前室或合用前室在加壓送風(fēng)過程中極易出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，尤其是建筑的上部區(qū)域。加壓送風(fēng)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)層數(shù)越多，建筑上部區(qū)域越容易出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。此時(shí)，前室超壓，其與走廊之間的防火門將難以打開，所以必需在前室與走廊之間采取泄壓措施。筆者認(rèn)為，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員可依據(jù)選取的風(fēng)道風(fēng)速值以及風(fēng)機(jī)壓頭詳細(xì)計(jì)算并校核建筑哪些部位會(huì)出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，再設(shè)計(jì)采用合理的泄壓措施。

當(dāng)采用余壓閥泄壓時(shí)，對(duì)于合用（前室）加壓系統(tǒng)，未開啟前室風(fēng)口的層面，常閉風(fēng)口會(huì)出現(xiàn)漏風(fēng)（風(fēng)量 計(jì)算可參考文獻(xiàn)[3]中公式5.1.1-4）現(xiàn)象。此時(shí)式（1）應(yīng)修正為：

（6）

式中：N為系統(tǒng)負(fù)擔(dān)樓層數(shù)；X為開啟的前室加壓風(fēng)口數(shù)量（取2或3）； 為前室加壓風(fēng)口面積。

3.結(jié)論

1. 對(duì)于防煙樓梯間加壓送風(fēng)，前室不送風(fēng)的系統(tǒng)，當(dāng)加壓系統(tǒng)負(fù)擔(dān)樓層數(shù)較少時(shí)，按照壓差法、風(fēng)速法以及《高規(guī)》表 8.3.2-1 至表 8.3.2-4 的規(guī)定取值三者對(duì)比之后最大風(fēng)量作為加壓送風(fēng)量時(shí)，樓梯間極易出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，建議采取有效的泄壓措施。

2. 對(duì)于合用（前室）加壓送風(fēng)系統(tǒng)，著火時(shí)只開啟著火層及其上層或其上下層加壓送風(fēng)口，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在建筑上部區(qū)域時(shí)，極易出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，建議采取有效的泄壓措施。

3.鑒于超壓現(xiàn)象所帶來的嚴(yán)重危害， 建議《高規(guī)》應(yīng)對(duì)防止加壓部位超壓?jiǎn)栴}作出具體規(guī)定。設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)校核加壓部位的壓力值，是否會(huì)出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，如果存在超壓現(xiàn)象，則應(yīng)采取必要的泄壓措施，如設(shè)置余壓閥。

4.余壓閥泄壓面積計(jì)算公式具有一定的不足，文中對(duì)相應(yīng)的計(jì)算公式進(jìn)行了優(yōu)化，可以有效提高工程經(jīng)濟(jì)效益。

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