齊好 于文俊 楊寧 王凱楠

北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司

0 引言

該項目位于保定，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)電動車汽車庫屬于室內(nèi)地坪面低于室外地坪高度超過該層車庫凈高1/3 且不超過凈高1/2 的汽車庫，屬于半地下汽車庫，建筑面積為4814.40 m2。車庫停車位為55個，屬于Ⅲ類汽車庫，耐火等級為一級。

根據(jù)《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》GB50067-2014[1]規(guī)定半地下汽車庫的防火分區(qū)最大允許建筑面積不應(yīng)超過2500 m2，設(shè)置自動滅火系統(tǒng)的汽車庫，防火分區(qū)建筑面積可擴大至最大5000 m2，故本汽車庫為1 個防火分區(qū)。

根據(jù)《電動汽車分散充電設(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)置獨立的防火單元，每個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

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

1 通風(fēng)和排煙設(shè)計

1.1 防煙分區(qū)劃分

汽車庫防煙分區(qū)建筑面積不宜超過2000 m2，因電動車庫設(shè)置了防火單元，每個防火單元之間設(shè)置防火卷簾進(jìn)行了防火隔斷，所以車庫防煙分區(qū)按防火單元劃分。共設(shè)置6 個防煙分區(qū)，每個防火單元之間的防火卷簾可作為活動擋煙垂壁使用。

1.2 通風(fēng)及排煙量

1.2.1 通風(fēng)量

根據(jù)JGJ10-2015《車庫建筑設(shè)計規(guī)范》[3]規(guī)定，車庫機械通風(fēng)量應(yīng)按照換氣次數(shù)或者單臺機動車排風(fēng)量方法計算，目的是排除汽車排放的廢氣，但本車庫為電動車庫，不產(chǎn)生廢氣，根據(jù)電動車充電設(shè)施散熱的特點，考慮到電動車庫的通風(fēng)降溫，故通風(fēng)量按照消除余熱計算。

電動車庫共配置10 臺300 kW 總控箱，根據(jù)廠家提資，單臺總控箱散熱量約為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。

計算得出排風(fēng)量為165753.5 m3/h，折合車庫換氣次數(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，本電動車庫無法采用自然排煙，故采用機械排煙方式，由于電動車庫排煙風(fēng)量無規(guī)范要求，本設(shè)計參考《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(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算方法進(jìn)行計算。

GB50067-2014 中汽車庫的每個防煙分區(qū)的排煙量相關(guān)規(guī)定詳見表2，本工程汽車庫凈高為5.85 m，不設(shè)置吊頂，參考表2 本車庫每個防煙分區(qū)排煙量取34500 m3/h。

表2 車庫每個防煙分區(qū)的排煙量

GB51251-2017 中規(guī)定了汽車庫火災(zāi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時的熱釋放速率，見表3，可根據(jù)熱釋放速率，并按照軸對稱型煙羽流模型對各防煙分區(qū)排煙風(fēng)量及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算。

表3 火災(zāi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時的熱釋放速率

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

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

計算得到每個防煙分區(qū)的排煙風(fēng)量為27640m3/h，排煙系統(tǒng)剖面示意圖見圖1。

圖1 排煙系統(tǒng)剖面示意圖

由GB51251-2017 計算可知按火災(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)中任意兩個相鄰防煙分區(qū)的排煙量之和的最大值計算。排煙系統(tǒng)的設(shè)計風(fēng)量不應(yīng)小于該系統(tǒng)計算風(fēng)量的1.2 倍，排煙設(shè)計風(fēng)量=34500×2×1.2=82800 m3/h。排煙補風(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，降低造價的目的，本工程排煙采用機械排煙方式，車庫為一個防火分區(qū)，可只設(shè)置一套排煙系統(tǒng)負(fù)擔(dān)6 個防煙分區(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)機與排風(fēng)風(fēng)機合用，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)管分開設(shè)置，詳見圖2。

排煙系統(tǒng)設(shè)置補風(fēng)系統(tǒng)，GB50067-2014 中僅規(guī)定汽車庫內(nèi)無直接通向室外的汽車疏散出口的防火分區(qū)，當(dāng)設(shè)置機械排煙系統(tǒng)時，應(yīng)同時設(shè)置補風(fēng)系統(tǒng)，且補風(fēng)量不宜小于排煙量的50%，雖然本車庫設(shè)置了直接通向室外的汽車疏散出口，且為一個防火分區(qū)，但是本電動車庫設(shè)置了防火單元，某個防火單元發(fā)生火災(zāi)時，防火卷簾會對其進(jìn)行封閉，無法跨越防煙分區(qū)補風(fēng)，導(dǎo)致煙氣無法排出，故考慮補風(fēng)系統(tǒng)分別補風(fēng)至每個防煙分區(qū)，詳見圖2。

設(shè)置排煙補風(fēng)系統(tǒng)時，通風(fēng)系統(tǒng)的一部分送風(fēng)與排煙補風(fēng)系統(tǒng)合用，合用原則為送風(fēng)風(fēng)機與補風(fēng)風(fēng)機合用，送風(fēng)主風(fēng)管與排煙補風(fēng)主風(fēng)管合用，送風(fēng)支風(fēng)管和排煙補風(fēng)支風(fēng)管分開設(shè)置，詳見圖2。

圖2 通風(fēng)排煙系統(tǒng)圖

1.3.2 風(fēng)機配置

因排煙風(fēng)量約為通風(fēng)量的1/2，設(shè)置2 臺等風(fēng)量排風(fēng)機，2 臺等風(fēng)量送風(fēng)機，平時通風(fēng)時2 臺排風(fēng)機、2臺送風(fēng)機同時運行，火災(zāi)時1 臺排風(fēng)機、1 臺送風(fēng)機運行，分別作為排煙風(fēng)機和排煙補風(fēng)機。排煙用風(fēng)機需滿足280 ℃時能連續(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。排煙風(fēng)管穿越防火單元（防煙分區(qū)）時設(shè)置280 ℃防火閥。排煙風(fēng)管防火閥與排煙閥設(shè)置詳見圖2。

每個防煙分區(qū)排煙補風(fēng)管支管設(shè)置電動風(fēng)閥DF03，排煙補風(fēng)管穿越防火單元（防煙分區(qū)）處設(shè)置70 ℃防火閥。防火閥與電動閥設(shè)置詳見圖2。

風(fēng)管穿越送、排風(fēng)機房隔墻處，排煙風(fēng)機入口處分別設(shè)置70 ℃或280 ℃防火閥，見圖2。

排風(fēng)與排煙，送風(fēng)與排煙補風(fēng)分界分別處設(shè)置電動風(fēng)閥DF01 和DF02，見圖2。

1.3.4 風(fēng)管耐火極限

根據(jù)GB5251-2017 規(guī)定，設(shè)置在汽車庫的排煙管道耐火極限不低于0.50 h，排煙補風(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有相關(guān)的檢測報告，故排煙及排煙補風(fēng)管道需要做防火包覆以滿足0.50 h 耐火極限要求。

同時《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2014（2018版）中規(guī)定，風(fēng)管穿過防火隔墻、樓板和防火墻時，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。本車庫防火單元之間的防火分隔耐火極限為2 h。排煙及排煙補風(fēng)管穿越各個防火單元時分別設(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。排煙及排煙補風(fēng)風(fēng)管耐火極限要求如圖3 所示。

圖3 排煙(排煙補風(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，并由專業(yè)廠家深化設(shè)計保證風(fēng)管耐火極限。

1.4 通風(fēng)排煙系統(tǒng)控制

由于車庫劃分了防火單元，且防煙分區(qū)按防火單元設(shè)置，每個防火單元之間設(shè)置了防火卷簾，火災(zāi)時著火防煙分區(qū)周圍的防火卷簾下落，無法跨越防煙分區(qū)進(jìn)行補風(fēng)，故同一防煙分區(qū)的排煙補風(fēng)口只能與排煙口設(shè)置在同一防煙分區(qū)，所以每個排煙分區(qū)需要設(shè)置排煙補風(fēng)支管，且在排煙補風(fēng)支管設(shè)置電動風(fēng)閥DF03 與火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動。

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

平時和或火災(zāi)工況下，各通風(fēng)排煙設(shè)備的啟閉狀態(tài)見表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，各通風(fēng)排煙設(shè)備的開啟和關(guān)閉控制方式見表6。

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

2 關(guān)于電動車庫排煙系統(tǒng)的探討

對于內(nèi)燃機車，NFPA502-2020 通過大量全尺寸試驗中給出了不同車輛的熱釋放速率。如表7 所示。

表7 不同車輛火災(zāi)峰值熱釋放速率

在GB5251-2017 中給出了汽車庫火災(zāi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時的熱釋放率，如表3 所示，與表7 對比，國內(nèi)規(guī)范在計算排煙量時用的數(shù)據(jù)即“達(dá)到穩(wěn)態(tài)時熱釋放速率”遠(yuǎn)低于實驗數(shù)據(jù)。筆者認(rèn)為主要是考慮到如果按實驗熱釋放速率數(shù)據(jù)計算的到排煙量無疑是巨大的。會影響到汽車庫的使用功能并引起造價的巨大增長。

對于本工程的電動汽車庫火災(zāi)熱釋放速率，國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范中并沒有給出明確的規(guī)定。

Sun 等[5]總結(jié)了電動車不同類型鋰電池的峰值熱釋放速率（QP勻RR），不同類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，并能和實驗數(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。

電動車火災(zāi)時，除了動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]。二者綜合得到電動車火災(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''為電動車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輛為重型可卸式垃圾車，電池容量為3.24×105Wh，車身尺寸為9890（長）×2500（寬）×3080（高）mm。

根據(jù)式（3）計算，取電動車其他可燃物燃燒面積為車長×車寬=24.8 m2，計算得此電動車的峰值熱釋放速率為16.45 MW。該計算所得峰值熱釋放速率比NFPA502-2020 所給出多輛轎車火災(zāi)的熱釋放速率15 MW 稍大，遠(yuǎn)小于公共汽車的30 MW。且車輛的常見可燃物為塑料（ABS 塑料、PVC 塑料）及皮革、無紡布等。但此垃圾運輸車量此類物質(zhì)含量較少。所以燃燒面積取值較為保守，實際情況的可燃物的熱釋放速率應(yīng)略小于計算值。

由于考慮到使用功能和造價，目前汽車庫排煙設(shè)計規(guī)范中不按照汽車火災(zāi)實際熱釋放速率設(shè)計。故電動車火災(zāi)也不應(yīng)按實際熱釋放速率設(shè)計。由于無具體規(guī)范可依，本設(shè)計暫按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，并對排煙系統(tǒng)風(fēng)量進(jìn)行校核。

NFPA502-2020 對轎車的峰值熱釋放速率數(shù)據(jù)相對于NFPA502-2017 進(jìn)行了調(diào)整，由5 MW 調(diào)整為了8 MW，GB5251-2017 汽車庫熱釋放速率未做相關(guān)調(diào)整，具體數(shù)值見表8。

表8 熱釋放速率對比

排煙總風(fēng)量為82800 m3/h，根據(jù)1.3.1 章節(jié)計算得出可負(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)類比可得排煙總風(fēng)量82800 m3/h 可負(fù)擔(dān)的實際熱釋放速率約為28.8 MW（按NFPA502-2020）和18MW（按NFPA502-2017），均大于本工程電動車的熱釋放速率估算值16.45 MW。本工程按GB5251-2017 要求排煙風(fēng)量按兩個防煙分區(qū)排煙風(fēng)量之和取值。若總風(fēng)量僅負(fù)擔(dān)一個防煙分區(qū)的火災(zāi)，則能滿足計算得到的電動車火災(zāi)熱釋放速率的要求，若嚴(yán)格按照GB5251-2017 要求負(fù)擔(dān)兩個防煙分區(qū)排煙量則排煙量翻倍，導(dǎo)致無空間布置排煙風(fēng)管和造價巨大。所以筆者建議若電動車庫按照電動車實際熱釋放速率計算排煙量時，總排煙風(fēng)量按照負(fù)擔(dān)一個防煙分區(qū)風(fēng)量計算。

3 結(jié)語

1）電動車車庫平時的污染主要為熱污染，計算通風(fēng)量時應(yīng)以通風(fēng)降溫為目的，按電氣設(shè)備散熱量計算通風(fēng)量。

2）電動車庫因劃分防火單元的特點，為節(jié)省空間，降低造價，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、安全、合理的效果。

3）電動車庫的排煙設(shè)計，現(xiàn)行規(guī)范沒有給出具體要求，后續(xù)應(yīng)予以規(guī)范。筆者分析完全按照火災(zāi)實際熱釋放速率不太現(xiàn)實，建議若電動車庫按照電動車實際熱釋放速率計算排煙量時，總排煙風(fēng)量按照負(fù)擔(dān)一個防煙分區(qū)風(fēng)量計算。