建筑加压送风系统的探讨

 　摘要：本文综合国内对建筑防烟楼梯间及前室（合用前室）加压送风系统影响因素的研究，提出个人看法。对机械加压送风原理、建筑的加压送风方式、送风口类型的选择、火灾时开启门的数量等影响因素进行分析与探讨，最终得出一个较为全面合理的加压送风系统的设计方案。 

　　关键词：加压送风方式；送风口类型；开启们的数量 

　　0 引言 

　　在防排烟设计中，对防烟楼梯间及前室（合用前室）进行机械加压送风，已被国内外暖通工程技术人员广泛采用。机械加压送风系统是指利用机械送风在疏散通道等人员疏散路线送入足够的新鲜空气，形成压力高出其他部位的安全区域，为建筑物发生火灾时提供不受烟气侵扰的疏散路线和避难场所。为此，风机的送风量需要满足以下两个条件：在发生火灾时，若加压部位的门处于关闭状态，则加压送风部位能与着火部位保持一定的压力差；若加压部位的门处于打开状态，则加压送风能在加压部位的门洞断面处形成足够大的气流速度，以有效地阻止烟气的侵入。但由于此技术的影响因素多而复杂，且伴随着不确定性，因而被业内人士广泛讨论，并存在着多种意见和建议。 

　　一般来说，建筑的加压送风方式、送风口的类型选择、建筑中开启门的楼层数量均对建筑的加压送风效果有着显著的影响。作者通过近几年对这一问题的学习与思考，综合各种观点与意见，提出个人的看法。 

　　1 加压送风的方式 

　　针对建筑的类型、内部构造、外部环境以及经济情况的不同，设计的加压送风系统的加压方式多种多样。因加压方式的不同，送风的位置和要求也就不同，各层的加压气流通路也就各有所异。因此加压送风方式的选择，关系到整栋建筑的防烟效果的好坏。 

　　我国《建筑设计防火规范》（GB500162006）（以下简称《建规》）和《高层民用建筑设计防火规范》（GB5004595）（以下简称《高规》）中均给出了三种加压送风方式，即：前室不送风，仅对防烟楼梯间加压送风；防烟楼梯间及其前室分别加压送风；防烟楼梯间采用自然排烟，仅对前室或合用前室加压送风[1-2]。 

　　1.1防烟楼梯间及其前室分别加压送风 

　　从《建规》和《高规》中所给出的三种加压送风方式的组合形式上看，对防烟楼梯间和前室分别加压送风的效果无疑是最好的。在楼梯间加压送风的基础上，对前室加压，等于在通向楼梯间的通道处又加了一道保险。同时这种方式将楼梯间防烟与前室防烟分开，在某种程度上减少了楼梯间和建筑物之间的开门时的联系机会，即减少了开关门对建筑防烟效果的影响。 

　　如图1所示，这种加压送风方式在楼梯间和前室分别采用两套独立的送风系统，能够较好地控制压力的波动。当打开某层楼梯间的疏散门（也称“一道门”）或前室的疏散门（也称“二道门”）时，楼梯间和前室的压力不会突然降低，并且把开门对增压的不利影响主要限制在着火层，防烟的可靠性较高。 

　　同时这种加压方式的加压竖井的设计也可采用多种形式。可以是每个加压系统独用一个竖井，也可以两个系统共用一个竖井，甚至可以利用电梯竖井作为加压风道。 

　　虽然这种送风方式防烟效果最较好，但是它的设计较为复杂，造价也较高。且对防烟楼梯间和前室分别加压送风的送风方式不确定因素较多，系统硬件（系统组成部分）的联动之间的可靠性与其他方式相比较低。具体理论分析详见刘朝贤教授对三种加压送风方式的可靠度进行的计算分析[3-4]。 

　　1.2仅对合用前室加压送风 

　　仅对前室加压是利用专用的竖井将空气送入各层楼梯间的前室，而各层前室内的送风口均通过某种信号控制启闭，如图2所示。这样管理人员可以仅对着火层及其相关层的前室加压送风，而不影响其他楼层，从而大大提高风机的工作效率。但前室的空气向楼梯间和走廊两个方向流动，送风压力较高，前室内的压力变化也较大，楼梯间与其他楼层的防烟效果无法保证，因而在火灾中对烟气的控制能力也较差。故仅对合用前室进行加压送风在三种机械加压送风方式中防烟效果最不理想，一般在楼梯间满足自然排烟条件，而前室不满足自然排烟条件时，才采用仅对楼梯间前室的加压送风方式。 

　　应当注意的是，由于每个前室都是相对独立的，在加压送风过程中，如果正压值过大，应当在前室设立泄压装置，以防止超压现象，影响人员的疏散。 

　　1.3仅对楼梯间加压送风 

　　仅对楼梯间加压送风的方式是用风机将空气送入楼梯井，气流通过楼梯间与前室之间的门进入前室，进而在一道门处将烟气挡住，如图3所示。这种设计将整个楼梯井当作送风竖井，修建最容易，造价也相对较低。 

　　但也有人对这种方式的防烟效果提出质疑，认为仅对楼梯间加压送风所需的送风量较大。另外，由于空气必须先通过一道门才能进入前室，因此一道门的通畅程度及前室的大小都对前室的压力有重要影响。 

　　对此，高甫生教授对一座32层的综合性建筑进行实体的加压送风实验，实验分别对仅对楼梯间加压送风和楼梯间与前室分别加压送风两种方式做了测试。实验证实了当防烟楼梯间连接前室时，只要防烟楼梯间的加压送风量适当，也可满足前室的正压值要求。并且高教授将风量调低至28450 m3/h时，发现楼梯间与前室的压差、前室与走廊的压差以及楼梯间与走廊之间的压差均在规范要求范围内[5]（压差值如表1所示）。说明仅对楼梯间加压送风时，建筑防烟所需的加压送风量要小于规范规定的35000m3/h。 

　　因此从加压送风系统的软、硬件的可靠度综合来看，在一般建筑中采用仅对楼梯间加压送风的方式更为合理。一方面避免了联动过多而带来一个部件失灵造成整个系统失效的危险，另一方面也能较好的保证加压送风的防烟效果。 

　　但仅对楼梯间加压这种方式的防烟有效性并不是一定的。朱耀杰通过FDS数值模拟发现：当仅对楼梯间加压，而其前室为合用前室时，虽然楼梯间中没有烟气或者只有少量烟气，但是会使烟气进入电梯井，不利其它楼层人员的疏散[6]。 　　因此，对于非合用前室情况，仅对楼梯间加压送风的方式相对于楼梯间和前室分别加压的方式，不确定因素少，且设计条件成熟，造价低，应当优先考虑。而在有合用前室的建筑中，不宜采用仅对防烟楼梯间加压，而应采用对防烟楼梯间与合用前室分别加压的加压方式。 

　　2 送风口类型的选择 

　　加压送风口的类型一般分为两种，常开型风口系统和常闭型风口系统。常见的常开型风口系统有自垂式百叶风口和常开式百叶风口两种。防烟楼梯间为保证其加压的均匀性，均采用常开型风口系统，且采用自垂式风口类型居多，一般不建议使用常开式百叶风口（防止气流倒灌）。特别在北方供暖区，一般采用自垂式风口，以防止冬季烟囱效应，造成建筑冷风渗透量过大。常闭型风口一般为电控式，且能手动打开，多用于楼梯间的前室和合用前室。目前，前室的风口选型存在较大争议。 

　　有人认为，前室加压送风的目的是防止烟气进入前室，对于未发生火灾的楼层，前室没有必要加压送风，应采用常闭型风口。也有人认为，常闭型风口运行时，若前室风口开启而前室的门未开启，会引起前室的超压，不利于疏散。且常闭型风口电气控制步骤多，对日常管理维护要求高，可靠性较低。再者常闭型风口一般都有一定规格要求，电动执行机构部分也要占据一部分尺寸，因此在土建留洞上常受到限制。而采用常开型风口时，当楼梯间与前室的防火门全部关闭时，前室的送风量将均匀地分配在每一层。当打开楼梯间及前室门时，开门前室的压力会迅速下降，楼梯间的送风量将流入开门前室。随着开门层数的增加，楼梯间的送风量将逐渐分散开，形成开门层数对风量的再分配。 

　　笔者认为，常开型送风口是不建议使用的。首先，常开型风口在火灾时对所有楼层均送风，会导致着火层前室的升压有延迟。其次，若选择常开型风口，为确保着火层及其上下相邻层前室所需的加压送风量，加压送风机的计算风量将会很大，送风竖井也会加大。而按照火灾时开门层数来选择风机，虽然可减少送风量，但当前室及楼梯间的门开启时，前室压力将迅速下降，这就不能保证门洞的最小风速要求了。再次，刘朝贤教授通过对前室常开型风口的风量研究计算，认为前室风口全开时，各个风口的风量分配是极不均匀的[7]，而并不是通常所认为的“前室的送风量将均匀地分配在每一层”。此外应当注意的是，若使用常闭型风口，当开启着火层的疏散门时，会对着火层前室的风量形成再分配，在二道门处会形成较大的门洞风速。这样虽然可以阻止逆流的烟气，却有可能给着火层供给氧气，促进燃烧，给人员疏散和消防救援带来更大的危险性。 

　　综上所述，从安全的角度出发，前室的送风口还是选择常闭型较为妥当。当然，前室风口类型的选择，要针对具体情况，不能盲目设计安装。对于一般的民用住宅等普通建筑物，层数不高，在楼梯间与前室均加压送风的情况下，考虑到维护力度不足，及对疏散安全的考虑，前室可以设计成常开型风口。但在施工时，应当合理设计送风竖井，并进过计算选择合适的风机。其他情况，由于烟气的高速流动性，考虑到对着火层的及时加压保护，还是应当选用常闭型风口（若是极为重要的楼层，也可采用仅对此楼层前室加压的防烟方式[8]）；并根据实际情况，考虑在前室设置泄压装置，并进行日常的检查与维护。 

　　3 火灾中开启门的数量 

　　开启门的数量是影响加压送风效果的一个重要因素，也是机械加压送风系统在设计计算时的一个重要参数。在用流速法计算风量时，就需要用到火灾时建筑中同时开启门的数量这一参数。我国《高规》在条文解释中建议，同时开启门的数量n：在20层以下时取2；20层以上时取3[2]。 

　　然而这种说法并不准确。由于是根据开启着火层疏散通道时所保持门洞处的风速进行计算，故此层的疏散门均应开启。因此不能称为同时开启门的数量，而应改为同时开启疏散门楼层的数量，因为开启门的数量包括同一层门的数量与在不同层门的数量。 

　　此外，一般在计算中，同时开启疏散门的层数被理解为着火层及其上层或上、下层同时开启也是不准确的。火灾时，防火门的开关是动态的，可能出现在有人员疏散的任意一层，门的开关也发生在任意瞬间。应此n的取值应当与各层的疏散人数、防烟系统的负担层数、防火门的疏散特性、疏散一个人所需的平均时间、门的开度、门从推开到自动关闭的时间、允许疏散时间、系统的保证率等诸多因素有关[9-11]。且规范中扩大了n的范围。由于消防电梯前室的开门数以及不加压的前室的开门数，对建筑内的气流通路影响不大，故均不在n的取值范围内。 

　　所以，在n的取值上不能盲目的套用规范，计算时要理解n的意义，从而根据实际情况确定n的取值。火灾发生时，由于要疏散人群，各层走道与前室的门（即所说的二道门）和前室与楼梯间之间的门（即一道门）都有可能被逃生人员打开。当门被开启时，就会在建筑内形成新的气流通路，影响各层的加压送风量，从而影响防烟的效果。因此从本质上来说，建筑楼层中门的启闭，就是加压送风时，气流通路的改变。对此，在送风量的计算中，我们可以将开启门的数量n，理解为建筑中的气流通路数N。故设计时要根据气流通路数N来进行设计计算。 

　　4 结束语 

　　综合上述观点，在设计建筑的加压送风系统时，要彻底的理解了防烟的机理，在了解实际建筑环境情况后进行设计。设计时要注意加压防烟方式的选择，送风口的选型，及风机的选型等。切不可盲目地套用规范，而造成防烟的失效与不必要的损失浪费。 

　　参考文献 

　　[1] 建筑设计防火规范（GB50016-2006）.中国计划出版社. 

　　[2] 高层民用建筑设计防火规范（2005年版）（GB50045-95）.中国计划出版社. 

　　[3]刘朝贤.防烟楼梯间及其前室（包括合用前室）两种加压防烟方案的可靠性探讨[J]. 四川制冷， 1998（1）：1-6. 

　　[4]刘朝贤.高层建筑加压送风防烟系统软_硬件部分可靠性分析[J]. 暖通空调，2004（11）：74-80. 

　　[5]高甫生，王砚玲，邱旭东.高层建筑加压送风系统的试验研究[J].暖通空调.2003， 33（4）：31-35 

　　[6]朱耀杰.高层建筑楼梯间及电梯井火灾烟气运动与控制数值模拟[D].太原理工大学硕士论文，2010. 

　　[7]刘朝贤，徐亚娟. 高层建筑前室加压送风口全开时风量分配的研究[J]. 制冷与空调， 2002（1）：5-10. 

　　[8] 刘朝贤.防烟楼梯间及其前室（包括合用前室）只对着火层前室加压防烟的探讨[J].制冷与空调（四川）.1998，（03）：1-4 

　　[9]刘朝贤. 防烟楼梯间及其前室加压防烟系统火灾疏散时开启门数量的探讨[J]. 制冷与空调（四川）. 1998， （02）：6-10 

　　[10]刘朝贤. 四种加压防烟方案气流通路数与防火门门洞处气流速度[J]. 制冷与空调（四川）. 1999， （03）：1-8 

　　[11]刘朝贤.对加压送风防烟中同时开启门数量的理解与分析[J].暖通空调.2008，38（2）：70-74.