加压送风设计中余压阀的合理性设置探讨

摘要：防烟楼梯间、消防电梯前室、合用前室作为火灾时建筑中重要的逃生通道，对保障人员安全起着至关重要的作用，为避免加压送风过程中加压空间室内超压现象的发生，工程中经常采用设置余压阀的做法，本文就加压部位超压产生的原因以及余压阀的合理性设置进行了初步的探讨，对余压阀计算面积公式进行了优化。

关键词 ： 楼梯间；合用前室；加压送风；余压阀

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

随着我国现代化城市建设的发展， 建筑业发展迅速， 各地高层建筑大量兴建，防烟楼梯间作为高层建筑中重要的火灾逃生通道，对保障人员安全起着至关重要的作用。国内外的有关资料表明， 高层建筑物中火灾造成的人员伤亡有80% 左右是由于燃烧产生的烟气使人窒息而死。因此， 在建筑物中对楼梯间、前室（合用前室）采用加压送风的方式防烟在国内外高层建筑设计中已被广泛接受与采用。为了防止火灾时安全疏散门无法打开的现象发生（有资料表明，当余压值在102Pa左右时，疏散门就难以打开），加压送风设计中应避免加压部位室内空间压力超压，经常采用的有余压阀泄压、采用变频技术调节送风机风量和采用风量旁通调节3 种方式调整竖井内压力大小， 其中采用余压阀较简单且有较高的可靠性。本文就余压阀的合理性设置进行了初步探讨，对余压阀计算面积公式进行了优化。。

1. 超压的危险性

我国国家标准GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》[1] （以下简称“《高规》”）中8.3.7规定：机械加压送风机的全压，除计算最不利环管道压头损失外，尚应有余压。其余压值应符合下列要求：防烟楼梯间为40Pa 至50Pa；前室、合用前室、消防电梯间前室、封闭避难层（间）为25Pa 至30Pa。加压送风系统设计中，送风部位的余压值是一个重要的技术指标，余压值是指在与加压送风部位相通的门关闭的情况下， 足以阻止着火层的烟气在热压、风压、浮力、膨胀力等联合作用下进入加压部位，同时又不致因压力过高而无法推开通向疏散通道的门的风压值。当压力过高（比如超过102Pa时），防火门开启困难，在火灾混乱的情况下，众多人员涌向走廊，前室（合用前室），甚至可能会产生踩踏等严重事故。所以加压送风系统的控制区域超压是十分危险的，对于楼梯间及前室等区域进行余压控制也是必要的。

2. 超压的原因及余压阀设置的合理性探讨

2.1 加压送风量的计算方法

根据《高规》8.3.2中规定：高层建筑防烟楼梯间及其前室、合用前室和消防电梯间前室的机械加压送风量应由计算确定，或按表 8.3.2-1 至表 8.3.2-4 的规定确定。当计算值和本表不一致时，应按两者中较大值确定。

工程上加压送风量的计算常用的方法是压差法和风速法。按照保持疏散通道需要有一定正压值计算加压送风量：

（1）

公式中， 为加压送风量，m3/h；0.827 ―计算常数；A 为门、窗缝隙的总有效漏风总面积，m2；门缝宽度：疏散门 0.002～0.004m；电梯门 0.005～0.006； P为压力差，Pa；疏散楼梯间取40～50Pa； 前室、消防电梯前室、合用前室取25～30Pa；n 为指数，门缝取2，窗缝取1.6；1.25为不严密处附加系数。

按照保持门洞处一定风速所需风量计算加压送风量：

（2）

公式中， 为加压送风量，m3/h；F 为 一樘门开启的断面积， m2；v为 开启门洞处的平均风速， m/s，取0.7～1.2 m/s；a 为背压系数，根据加压间密封程度取0.6～1.0；b 为漏风附加率，取0.1～0.2；n 为同时开启门的计算数量，对于多层建筑和20层以下的高层建筑取2；对20层以上的建筑取3。

2.2 楼梯间的超压现象及余压阀设置分析

目前，工程上所采用的加压送风系统形式主要有两种，第一种是只对防烟楼梯间加压送风，前室不送风的系统，这种类型的系统只需注意是否整体超压，余压阀应通常设置在楼梯间与前室隔墙上，楼梯间超压风量泄入前室，火灾时，有利于提升前室压力，增加人员疏散的安全性。利用公式（1） 和公式（2）针对系统负担不同楼层数进行楼梯间加压送风量计算，结果见表1。

表1 楼梯间机械加压送风量计算

系统负担层数 疏散门尺寸

（长m×宽m） 压差法计算风量（?/h） 风速法计算风量（?/h） （%）

备注

5 1.6×2.0 4841 25344 19 开启门数取2

10 1.6×2.0 9682 25344 38 开启门数取2

15 1.6×2.0 14524 25344 57 开启门数取2

20 1.6×2.0 19365 38016 51 开启门数取3

25 1.6×2.0 24206 38016 64 开启门数取3

30 1.6×2.0 29047 38016 77 开启门数取3

注： 取50Pa，门洞平均风速取0.7m/s，漏风附加率b=0.1，背压系数a=0.7，疏散门缝宽度取0.004m，前室不加压。

值得注意的是，按照风速法的计算公式，无论是20层的楼梯间，还是5层的楼梯间，当火灾时开门数量一样时，其计算结果是一样的，即风速法计算结果与楼层数无关，只与开门数有关。由表1可以看出，压差法计算得出的加压送风量比风速法计算得出的加压送风量小得多，特别是当系统负担楼层小于10层时，两者之比小于50%。

以系统负担10层为例，风速法计算结果与《高规》表 8.3.2-1 至表 8.3.2-4 的规定取值较为接近，按规范要求，取这三者之中的最大风量作为最终的加压送风量，即25344?/h，将此风量值带入公式（1）进行反算，楼梯间的压差值达到185Pa，远远大于疏散门开启的压力极限值，即造成了楼梯间的超压现象，这种情况下应采取必要的泄压措施。当采用设置余压阀的方法进行泄压时，根据文献[2]，设置泄压阀（工程上常采用可设定压差值的余压阀）且在穿防火墙处设置70℃防火阀，泄压阀板开启面积计算公式为：

（3）

式中： 为利用风速法计算公式（2）计算得出的加压送风量，?/h； 为利用压差法计算公式（1）计算得出的加压送风量，?/h。

通过分析，利用公式（3）简单地推算出泄压阀的面积是偏大的，系统可能会由于漏风过大而无法达到规定的过门风速，原因如下：由于楼梯间与前室隔墙上的泄压阀只有在走廊与前室的门打开时才会开启，对于前述门未打开的层面，未打开的泄压阀会通过缝隙漏风，当楼层较多时， 应当计入泄压阀缝隙的压差风量（风量 计算可参考文献[3]中公式5.1.1-4）才更准确。因此此时式（1）应修正为：

（4）

式中：N为系统负担楼层数；X为开启的门数量（取2或3）；F为泄压阀面积。简化上式可得：

（5）

通过优化后的泄压阀计算公式，可减小泄压阀的面积，提高工程的经济效益。因此，笔者认为，对于不同的工程项目，设计人员应通过计算得出最佳的设计值，而不能凭借经验值一概而论。对于负担层数较少的楼梯间加压送风系统，建议采用相应的泄压措施。

2.3 合用（前室）的超压现象及余压阀设置分析

第二种是对楼梯间、合用（前室）分别设置加压送风系统，余压阀宜分别设置在楼梯间与走道的隔墙上、合用前室与走道的隔墙上，楼梯间、合用前室均对走道泄压，可以准确地控制加压间室内正压值。《高规》8.3.8中规定，机械加压送风的防烟楼梯间和合用前室，宜分别独立设置送风系统，楼梯间宜每隔二至三层设一个加压送风口；前室的加压送风口应每层设一个。对于这两个独立的加压送风系统的风口及控制形式：楼梯间送风系统采用常开型风口，当火灾发生时，风机启动，对整个贯通的楼梯间加压送风；对于前室大部分采用常闭型风口，火灾时打开火灾层及其上层或上下层共2-3层的风口加压送风。

在设计过程中，当选取加压风管的风速为10m/s（《高规》8.1.5规定，采用金属风道时，不应大于20m/s；采用内表面光滑的混凝土等非金属材料风道时不应大于15m/s），此时，送风阻力约 3Pa/m，对于一个（合用）前室加压送风系统，当只对火灾层前室加压时，假如风机设在屋顶，为保证其对底层前室送风加压使房间余压达到25 Pa，该风机风压需满足克服管路阻力的风压及余压（25 Pa）之和，如果对于20 层建筑，顶层与底层前室高度差为 60 m，假设在5层发生火灾，其前室送风加压时前室压力为 25+3×5×3=60Pa，这时走廊与前室的防火门能正常开启；假如在15层发生火灾，对15层前室送风加压时就可能达到 25+3×15×3=160Pa，就引起了前室超压；防火门开启就会比较困难。图1为楼梯静压、前室静压、防火门开启临界压力（102Pa）与楼层高度的关系（以下压力均为相对压力，以走廊为基准，假定楼层高度为3m，加压送风风机置于屋顶）。当对火灾层及其上下层前室加压时，结果是类似的，这一点在文献[4]中也有叙述。

图1. 楼梯间静压、前室静压、防火门开启临界压力（102Pa）与楼层高度的关系

由上图可知，消防电梯前室或合用前室在加压送风过程中极易出现超压现象，尤其是建筑的上部区域。加压送风系统负担层数越多，建筑上部区域越容易出现超压现象。此时，前室超压，其与走廊之间的防火门将难以打开，所以必需在前室与走廊之间采取泄压措施。笔者认为，在设计过程中，设计人员可依据选取的风道风速值以及风机压头详细计算并校核建筑哪些部位会出现超压现象，再设计采用合理的泄压措施。

当采用余压阀泄压时，对于合用（前室）加压系统，未开启前室风口的层面，常闭风口会出现漏风（风量 计算可参考文献[3]中公式5.1.1-4）现象。此时式（1）应修正为：

（6）

式中：N为系统负担楼层数；X为开启的前室加压风口数量（取2或3）； 为前室加压风口面积。

3.结论

1. 对于防烟楼梯间加压送风，前室不送风的系统，当加压系统负担楼层数较少时，按照压差法、风速法以及《高规》表 8.3.2-1 至表 8.3.2-4 的规定取值三者对比之后最大风量作为加压送风量时，楼梯间极易出现超压现象，建议采取有效的泄压措施。

2. 对于合用（前室）加压送风系统，着火时只开启着火层及其上层或其上下层加压送风口，当火灾发生在建筑上部区域时，极易出现超压现象，建议采取有效的泄压措施。

3.鉴于超压现象所带来的严重危害， 建议《高规》应对防止加压部位超压问题作出具体规定。设计过程中，应校核加压部位的压力值，是否会出现超压现象，如果存在超压现象，则应采取必要的泄压措施，如设置余压阀。

4.余压阀泄压面积计算公式具有一定的不足，文中对相应的计算公式进行了优化，可以有效提高工程经济效益。

参考文献

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

[2] 全国民用建筑工程设计技术措施.暖通空调.动力[M].北京.中国计划出版社，2009

[3] 建筑防排烟技术规程（DGJ08-88-2006）[S].上海：上海市建设厅，2006

[4] 陆耀庆. 实用供热空调设计手册（第二版）[M]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2008