[分享]防烟排烟系统设计与验收中常见问题探讨

发表于2016-09-30     1739人浏览     4人跟帖     总热度:126  

1 机械加压送风系统常见问题
1.1 建筑构件凸入土建竖井,增大风道阻力
  在设计审查中发现,部分防烟系统的建筑风道竖井内,有梁、柱子等局部凸入土建竖井内,形成较大的局部阻力,设计人员未考虑此因素,所选加压送风机风压不足,造成加压送风系统风量不满足消防验收的要求。
  例如某28层的办公楼,层高3.0 m,前室或合用前室加压送风量22 000 m3/h,竖井尺寸为800 mm×800 mm。图1为风井内无凸入物,图2为风井内有凸入125 mm的楼层梁,图3为图2的剖面图。以下分别计算3种情况下的风井阻力。为简化计算步骤,仅计算26层主风井阻力,不包括热压,加压送风机进风段、正压送风口及其接送风口后部分风井的阻力。计算公式及方法依据《实用供热空调设计手册》(以下简称《手册》)。
防烟排烟系统设计与验收中常见问题探讨_1
图1 风井内无凸入物示意图
防烟排烟系统设计与验收中常见问题探讨_2
图2 风井内有凸入物示意图
防烟排烟系统设计与验收中常见问题探讨_3
图3 图2竖井剖面

  风道沿程阻力损失Δp1计算公式:
防烟排烟系统设计与验收中常见问题探讨_4
式中 K为绝对粗糙度修正系数;Δpm为单位管长沿程摩擦阻力,Pa/m;l为风管长度,m。
  风道的局部阻力损失Δpj计算式:
防烟排烟系统设计与验收中常见问题探讨_5
式中 ζ为局部阻力系数;v为竖井内局部阻力发生处的空气流速,m/s;ρ为空气密度,kg/m3

1.1.1 光滑竖井阻力计算
  计算图1加压送风井26层竖井的沿程阻力损失Δp1。将已知数据代入式(1),得Δp1=173.2 Pa。图1中加压送风竖井局部阻力为0,故26层竖井的总阻力损失Δpz1为173.2 Pa。

1.1.2 有建筑构件凸入竖井阻力计算
  图2中加压送风竖井凸入梁宽125 mm,梁高600 mm,竖井尺寸为800 mm×800 mm,每层高度3 m。
  1)计算竖井每层沿程阻力损失。按以上计算方法得出:管段1沿程阻力Δp11为5.55 Pa;管段2截面尺寸为675 mm×800 mm,每层高度0.6 m,沿程阻力Δp12为1.72 Pa。
  2)计算加压送风竖井每层局部阻力损失。梁凸入竖井局部阻力系数《手册》中无完全对应的管件,按矩形风管变径查表,突变按渐变角为180°。
  风管段1:面积比为0.84,按插入法查得ζ1=0.08;局部阻力Δpj1为4.38 Pa。
  风管段2:面积比为1.19,按插入法查得ζ2=0.26;局部阻力Δpj2为19.99 Pa。
  图2中加压送风竖井每层凸入梁,26层竖井的总阻力损失Δpz1为822.64 Pa。

1.1.3 缩小截面内壁光滑竖井阻力计算
  图4中竖井截面积缩小,但竖井内壁平整光滑,局部阻力为0;加压送风竖井尺寸为800 mm×675 mm时,Δp14=268.4 Pa。26层截面积缩小、内壁光滑风井的总阻力损失Δpz4为268.4 Pa。
防烟排烟系统设计与验收中常见问题探讨_6
图4 竖井截面积缩小示意图

  经计算,得出图1,2,4加压送风竖井的总压力损失分别为173.2,822.6,268.4 Pa。
  可以看出,竖井设计不同,阻力损失差别很大;障碍物凸入风井,局部阻力明显增大,若送风系统阻力未经详细计算,就会造成选用的送风机风压不够,运行时加压送风量不足,影响防烟效果。
  设计时需与建筑、结构等专业密切配合,优先选择内壁平整、光滑的风井,可适当减小面积和提高风速,按图4示意的方式处理。还应注意建筑的转换梁、剪力墙上下段厚度的变化对风井阻力的影响。

1.2 多叶送风口凸入土建竖井,增大风道阻力
  一些风井墙厚仅为100 mm,而多叶送风口长度均为275 mm,在薄墙上安装多叶送风口就会凸入风井内175 mm,因此形成较大的局部阻力。
  如图5所示,多叶送风口凸入竖井175 mm,形成突缩和突扩两个局部阻力部件,参照上述条件及计算方法,计算竖井压力损失为580.3 Pa,比内表面光滑竖井增加阻力407.1 Pa。
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图5 多叶送风口凸入竖井示意图

  可采用以下方法处理:1)选用风机时加大风机风压400 Pa,克服该局部阻力;2)安装多叶送风口的墙加厚到250 mm;3)如图6,7所示,远控多叶送风口安装到吊顶内,风管连接,但该段风管宜采用2.0 mm厚钢板防火风管。
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图6 远控多叶送风口安装示意图
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图7 安装剖面

1.3 重视土建竖井的施工与验收
  笔者验收中发现很多土建风井内表面没有抹灰,风井阻力会增加,甚至还有风井隔墙上的脚手架孔洞也未封堵,漏风、窜风现象严重,系统风量得不到保证。
  如果加压送风口风量不能满足消防验收要求,又无其他故障原因时,宜检查密封性能,从土建竖井的密封方面进行整改。
  土建风道施工空间狭小,给施工、验收及整改带来较大的困难,各管理部门必须重视。风井围护结构应密实,特别是在梁、板下填充应密实,抹灰应连续;内壁抹面宜随砌随抹光,最薄处不应小于10 mm;内壁应平整、光滑,密不漏风。

1.4 建议
  1)在公共建筑中各种水井、风井较多,布置应考虑其相互影响,如送风竖井不宜与排烟竖井一墙之隔,以免窜风、漏风;水管井与送风竖井或排烟井相邻时,宜采用厚200 mm以上的实墙分隔。
  2)高度超过100 m的公共建筑,应设置避难层(间),封闭避难层(间)的加压送风防烟系统一般设置在该避难层,加压送风取风口直接设置在避难层外墙上,若避难层上部的楼层失火,可认为不受影响;若避难层下部的楼层失火,随着烟气的蔓延,取风口受火、烟威胁较大。若取风口设在不同的方向,能适应不同方向火灾和室外风向的影响,但该方法较复杂,控制困难。设计中尽量将加压送风系统的取风口设在该系统服务区域的下部,以免室外取风口受火、烟威胁。

2 机械排烟系统常见问题
2.1 排烟系统风量不足
  因排烟系统平时不使用,设计时为节约空间,排烟风管风速通常取值较大,在未进行详细计算的情况下,排烟风机风压会选得较低,造成排烟量不足。如图8所示的排烟系统1层为最不利环路,最远排烟口距竖井水平管道长度按60 m长、2个弯头、1个排烟防火阀等局部阻力考虑,排烟口风速取9 m/s,分A,B,C,D 4种工况计算排烟系统阻力(局部阻力系数按《手册》选取,计算过程略)。
防烟排烟系统设计与验收中常见问题探讨_10
图8 排烟系统原理图

  1)A工况:排烟水平主管风速取17 m/s,竖井采用土建竖井,竖井风速13 m/s。计算得出:1层水平主管段阻力为802 Pa,局部阻力占80%,主要为排烟防火阀、排烟口三通、弯头及主风管进入竖井三通(按90°合流三通计算)的局部阻力;土建竖井段阻力为145 Pa,局部阻力占75%,主要为竖井引入风机风管段处的局部阻力;排烟风机段阻力为217 Pa,主要为排烟防火阀、风机入口及出口处的局部阻力。A工况排烟系统总阻力为1 164 Pa。
  2)B工况:竖井改为内衬镀锌钢板风管(主风管进入竖井内风管处按45°合流三通计算),主风管风速17 m/s,水平主管段、竖井段及风机段阻力分别为701,35,217 Pa。B工况排烟系统总阻力为953 Pa。
  3)C工况:排烟水平主管风速12 m/s,土建竖井及风机段同A工况,水平主管段、竖井段及风机段阻力分别为449,145,217 Pa。C工况排烟系统总阻力为811 Pa。
  4)D工况:排烟水平主管风速12 m/s,竖井内衬镀锌钢板风管,水平主管段、竖井段及风机段阻力分别为399,35,217 Pa。D工况排烟系统总阻力为651 Pa。
  从以上计算可看出:
  1)降低排烟管道风速是减小排烟系统阻力的有效措施。为节省建筑空间,一般缩小风管截面积,但风速增大。当排烟系统风速接近限定风速(金属风管20 m/s,非金属风管15 m/s)时,较大的排烟系统阻力已接近常用排烟风机达到的最大压头。主风管风速15 m/s左右时,阻力较高,各排烟系统差异较大,必须详细计算风管阻力,才能选择合适的排烟风机。
  2)局部阻力约为风道阻力的80%,因此应尽量在排烟竖井进、出口处采用导流装置,尽量在防火阀、风机进出口设置较长的均流缓冲段等,选用局部阻力系数较小的管件。如有些工程项目层高空间有限,必须缩小风管截面时,可进行降低局部阻力的优化设计。如在A工况下水平风管进入竖井处,占用吊顶局部空间,风管高度局部从400 mm变为630 mm,局部降低风速,通过渐扩管,风速由17 m/s降低到10.8 m/s;风井顶端接风机风管加弯头。两项优化设计后计算局部阻力可降低299 Pa。排烟系统减小局部阻力措施见图9,计算过程略。
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图9 排烟系统减小局部阻力措施

  3)对于排烟水平风管较长的大型排烟系统,排烟竖井负压较高,漏风量也较大,为减少竖井的漏风量及其阻力,可采用竖井内内衬钢板风管的做法。

2.2 排烟系统排烟阀(口)数量过多,常闭的排烟阀(口)漏风量大
  根据GB 15930—2007《建筑通风和排烟系统用防火阀门》第6.12.3条:在规定的耐火时间内,使防火阀或排烟阀叶片两侧保持(300±15) Pa的静压差,排烟口单位面积上的漏烟量(标准状态)应不大于700 m3/(m2·h)
  按上述漏风量标准计算图8所示单个排烟阀的漏风量及漏风率。
  最大防烟分区按400 m2计算,防烟分区的计算排烟量为24 000 m3/h,排烟口的排烟风速取9 m/s,排烟口的计算面积为0.74 m2,一个排烟口的计算漏风量=518 m3/h。排烟系统的计算排烟量为48 000 m3/h;排烟口漏风率为1.08%,约为1%。
  为计算方便,简化了系统,每个防烟分区采用了相同尺寸的排烟口,最大防烟分区排烟口风速为9 m/s,常闭排烟口内外压差300 Pa,一个满足允许漏风量标准的常闭的排烟口,其漏风量约为排烟系统总排烟量的1%。
  从以上计算方法和验算得知,排烟系统风量、排烟口排烟量及其尺寸与最大防烟分区面积成正比,但排烟口漏风率基本不变;排烟口排烟风速小,排烟口尺寸就会变大,漏风量也会增加;排烟系统服务半径越大,排烟系统内的负压也会增大,漏风量自然会增加。
  大型商业建筑一般采用图8所示的复杂排烟系统,在防排烟验收时,开启末端排烟口,有时检测排烟口风速仅为3~4 m/s,排烟量明显不足。设计中应避免单个排烟系统排烟口数量过多。对于排烟口较多的排烟系统,应通过计算确定排烟口漏风量。
  验收时也看到一层一个的简单排烟系统,排烟口的排烟量一般能够满足设计要求。

2.3 消防验收中排烟系统安装及施工不规范的问题
  消防工程验收时,一些工程的防烟排烟风管采用了薄钢板法兰,07K133《薄钢板法兰风管制作与安装》图集中明确指出薄钢板法兰不适用于圆形风管和消防排烟风管,施工说明中宜明确,排烟风管采用角钢法兰连接。
  验收检查发现,施工单位最不重视的是排烟系统软管材质,应按规范要求执行,排烟系统的软管应采用耐火温度280 ℃以上、持续工作超过30 min的不燃材料。

3 防排烟系统阀门的名称、功能、控制应在设计说明中明确
  防排烟系统的阀门(风口)有防火阀、防烟防火阀、排烟阀、排烟防火阀、多叶送风口、多叶排烟口等多种。阀门功能有常开、常闭,手动、电动,风量调节,70 ℃,280 ℃熔断关闭,信号反馈,联锁控制等。在图纸审查中发现部分图纸阀门标注不规范,缺少对各种阀门(风口)具体的功能、控制说明。
  GB 50016—2014《建筑设计防火规范》第9.3.13条第4款规定,防火阀、排烟阀应符合GB 15930—2007《建筑通风和排烟系统用防火阀门》要求,名称及功能应在GB 50016—2014《建筑设计防火规范》第9.3.11条条文说明表18的基础上细化分类,明确防排烟系统各种阀门(风口)的名称、功能、显示、控制及联锁要求,便于防排烟联动设计、安装施工、检测及验收。
  防排烟系统的电气专业联动设计,缺少防排烟控制原理,特别是平时排风与排烟合用时,应明确控制原理,如图8中1层排烟末端设置了平时排风的排风口及防烟防火阀,应明确排烟时电信号关闭其防烟防火阀,方可转换为排烟系统。完善的防排烟系统联动控制是防排烟系统正常运行的基础,消防联动是消防验收的最重要部分之一。

4 结语
  机械加压送风竖井内壁应平整光滑,井内不应有梁、多叶送风口阀体等凸入物,竖井有凸入物时,风道阻力明显增加,应进行风道阻力计算。各种管道井应合理布置,风道竖井围护结构应密实不漏风、内表面应平整光滑,洞口应严密防火封堵,以减少漏风量。加压送风取风口的位置应合理,不受火、烟威胁。
  为节省空间,机械排烟系统风速取值较大时,系统阻力会增大,应采取减小局部阻力的措施,并进行阻力验算。系统服务半径较大、负担层数多,选取风速较高时,竖井内可采用内衬钢板风管等方法,以减少系统漏风及阻力。
  对于排烟口较多的排烟系统,应通过计算确定排烟口漏风量。排烟风管应采用角钢法兰连接,不得采用薄钢板法兰风管。
  在图纸说明中应明确防排烟系统控制原理及各种阀门(风口)的名称、功能、显示、控制及联锁要求,使排烟系统的联动控制正常运行。

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 发表于2016-09-30   |  只看该作者       筑龙币+10

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防烟排烟系统设计与验收中常见问题探讨

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机械加压送风系统常见问题

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