關于地鐵車站加壓送風系統超壓控制措施的探討*

成都市建筑設計研究院有限公司 王培海 王 龍

0 引言

地鐵空間人員相對密集，為避免火災時人員傷亡及財產損失，需對地鐵火災煙氣進行控制。地鐵車站中的安全出入口、封閉樓梯間、消防專用通道等供站內人員疏散或消防人員通行，對保障人員安全有重要作用，此類區域常采用機械加壓送風系統。設置機械加壓送風系統的區域需設置超壓控制系統，以防止樓梯間與前室之間、前室與室內走道之間的防火門兩側因壓差過大而無法正常開啟，阻礙人員疏散及消防員施救[1]。因對規范、技術文件有不同的認識及理解，設計人員在設置加壓送風系統、選擇超壓控制系統控制措施時有不同的做法。本文根據GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統技術標準》[1](以下簡稱《標準》)中關于加壓送風量的計算要求，對地鐵車站樓梯間/前室加壓送風量計算進行分析，并舉例說明，同時結合工程實踐，對地鐵車站超壓控制措施設計等問題進行探討。

1 加壓送風量計算

根據《標準》第3.4.5條計算加壓部位保持一定正壓值所需的送風量：

Lj=L1+L2

(1)

Ls=L1+L3

(2)

式(1)、(2)中Lj為樓梯間的機械加壓送風量，m3/s；L1為門開啟時達到規定風速所需的送風量，m3/s；L2為門開啟時規定風速下其他門縫漏風總量，m3/s；Ls為前室的機械加壓送風量；L3為未開啟的常閉送風閥的漏風總量，m3/s。

L1=AkvN1

(3)

式中Ak為1個樓層內開啟門的截面面積，m2；v為門洞斷面風速，m/s；N1為設計疏散門開啟的樓層數量。

(4)

式中A為每個疏散門的有效漏風面積，m2；Δp1為計算漏風量的平均壓差，Pa；n為指數,一般取2；1.25為不嚴密處附加系數；N2為漏風疏散門的數量。

L3=0.083AfN3

(5)

式中 0.083為閥門單位面積的漏風量，m3/(s·m2)；Af為單個送風閥門的面積，m2；N3為漏風閥門的數量。

常見的地鐵車站上部空間市政管線較多，覆土較厚，地下1層埋深大于10 m，地鐵安全出入口、消防專用通道多為防煙樓梯間，站廳與站臺的聯系樓梯間多為封閉樓梯間，按《標準》要求均需設加壓送風系統。下面以地下1層防煙樓梯間加壓送風的計算為例進行討論，系統布置見圖1。

圖1 防煙樓梯間加壓送風系統

本示例中防煙樓梯間在地下1層，擁有獨立前室且只有一個門與內走道相通，根據《標準》第3.1.5條，僅需在樓梯間設加壓送風系統。樓梯間至前室、前室至內走道的門型號均為FYM12×21，根據《標準》門洞斷面風速取1 m/s，設計疏散門開啟的樓層數量N1取1，計算漏風量的平均壓差取12 Pa，漏風疏散門的數量取1，算得L1=2.520 m3/s，L2=0.114 m3/s，最終可得樓梯間機械加壓送風量為2.634 m3/s，約合9 482 m3/h,加壓送風機選型風量為11 820 m3/h。

2 超壓控制措施

加壓送風設計中，為避免樓梯間、前室超壓，應采用超壓控制措施?！稑藴省返?.4.4條要求機械加壓送風量應滿足走廊至前室至樓梯間的壓力呈遞增分布，余壓值應符合下列規定：

1) 前室、封閉避難層(間)與走道之間的壓差應為25～30 Pa;

2) 樓梯間與走道之間的壓差應為40～50 Pa;

3) 當系統余壓值超過最大允許壓差時應采取泄壓措施。

工程中常采用的超壓控制設備或系統有余壓閥、旁通閥式余壓控制系統、變速風機及壓力傳感器控制系統等[2]。

2.1 余壓閥

2.1.1余壓閥設置位置

當獨立前室不送風僅在防煙樓梯間設機械加壓送風系統時，在樓梯間與前室相鄰隔墻、前室與內走道相鄰隔墻(如需要)設余壓閥，如圖1所示，內走道、前室、樓梯間壓力呈遞增分布[3]。當獨立前室存在不止一個門與內走道相連時，或存在合用前室時，防煙樓梯間、前室分別設置加壓送風系統，余壓閥應分別設在樓梯間與內走道相鄰隔墻和前室與內走道相鄰隔墻上。由于受建筑布局限制，地鐵車站很多情況下樓梯間與內走道不相鄰，樓梯間超壓風量只能泄入前室，余壓閥只能設于樓梯間與前室相鄰隔墻上。設計時需要注意以下幾點：1) 合理確定余壓閥開啟壓差及泄壓風量等參數；2) 樓梯間、前室余壓值的合理確定，保持一高一低，或都取中間值，而不要都取高值或都取低值[4]。

地鐵車站中，防煙樓梯前室的余壓閥需設于前室與站廳層內走道相鄰隔墻上，若將余壓閥設于隔墻上部，需避免管線、吊頂對余壓閥閥板開啟的遮擋；若將余壓閥設于隔墻下部，需避免余壓閥開啟時對人員通行的干擾。若樓梯間通行至站臺層且與區間相鄰，建議將余壓閥設于樓梯間/前室與區間相鄰隔墻上，以減少外在因素對余壓閥閥板開啟的限制，同時可避免加壓送風泄壓風量對內走道排煙的干擾。

余壓閥設置位置確定后，根據文獻[5]相關要求確定余壓閥尺寸，并調節重錘的位置。當樓梯間、前室的余壓超過設定值時，打開余壓閥泄壓。安裝余壓閥的隔墻處應設防火閥，使隔墻滿足耐火極限要求。

2.1.2余壓閥面積的計算

根據文獻[5]，余壓閥閥板開啟面積計算公式為

(6)

式中F為泄壓閥板開啟面積，m2；Lv為加壓送風量，m3/s；Ly為當疏散通道門關閉時，加壓部位保持一定的正壓值所需的送風量[6]，m3/s。

(7)

式中S為門、窗縫隙的有效漏風總面積，m2；Δp2為門、窗兩側的壓差值，根據加壓方式和部位取25～50 Pa；b為指數，對于門縫及較大漏風面積取2，對于窗縫取1.6；0.827為計算常數；1.25為不嚴密處附加系數。

地鐵工程中常見的樓梯間加壓送風方式有獨立前室不送風僅在防煙樓梯間設機械加壓送風和封閉樓梯間加壓送風。下面以圖1所示地下1層防煙樓梯間加壓送風系統的余壓閥面積計算舉例。

樓梯間與內走道間壓差按50 Pa計算，根據式(6)、(7)，保持壓差所需風量為Ly=695 m3/h，前文已求得Lv(Lj)=11 820 m3/h。經計算，F=0.482 2 m2。

設于樓梯間與前室相鄰隔墻上的余壓閥閥門面積F=0.482 2 m2，選用尺寸為800 mm×630 mm的余壓閥；樓梯間往前室泄壓風量為11 125 m3/h。

前室與內走道間壓差按25 Pa計算，根據式(6)、(7)，保持壓差所需風量為492 m3/h。

已求得樓梯間往前室泄壓風量為11 125 m3/h，大于前室保持壓差所需風量，前室與內走道相鄰隔墻需設余壓閥的面積為0.46 m2，選用尺寸為800 mm×630 mm的余壓閥。

2.2 旁通閥式余壓控制系統

旁通閥式余壓控制系統是通過設置在樓梯間或前室的壓力傳感器控制旁通閥的開啟，控制此區域的加壓送風量，實現余壓控制[7]。旁通閥式余壓控制系統的主要構件包括旁通閥、壓力傳感器、旁通閥控制箱等。地鐵車站較為多見的加壓送風系統形式有防煙樓梯間加壓送風、前室不送風和封閉樓梯間加壓送風。圖2為防煙樓梯間送風、前室不送風的旁通閥式余壓控制系統示意圖。當發生火災時，加壓送風機開啟，樓梯間/前室的風壓隨著送風不斷增大，當目標區域的壓差達到壓力傳感器的動作閾值時，壓力傳感器向旁通閥控制箱發出開啟信號，旁通閥控制箱接收信號后驅動旁通閥開啟[7]，加壓送風機的一部分送風量通過旁通閥泄至室外，送往樓梯間/前室的加壓送風量開始減小，目標區域的風壓開始下降。當目標區域正壓差維持在40～50 Pa(樓梯間)、25～30 Pa(前室)時，旁通閥保持開啟狀態不變。當壓力傳感器所測正壓差小于規定值時，壓力傳感器向旁通閥控制箱發出關閉信號，目標區域加壓送風量開始增大，風壓開始上升。

圖2 旁通閥式余壓控制系統示意圖

2.3 變速風機及壓力傳感器控制系統

變速風機及壓力傳感器控制系統也是壓力控制的一種方法，該方法通過改變風機風量以滿足目標區域余壓控制要求，其組成與旁通閥式余壓控制系統類似，主要構件包括變風量風機、壓力傳感器、控制箱等。圖3為防煙樓梯間送風、前室不送風的變速風機及壓力傳感器控制系統示意圖。當發生火災時，隨著風機開啟，樓梯間與前室、前室與內走道的防火門兩側壓差持續增加，當目標區域的壓差達到壓力傳感器的動作閾值時，壓力傳感器向風機控制箱發出信號，調整風機轉速，進而減小送風量，降低目標區域風壓。當目標區域正壓差維持在40～50 Pa(樓梯間)、25～30 Pa(前室)時，保持風機轉速不變。當壓力傳感器所測正壓差小于規定值時，壓力傳感器向風機控制箱發出信號，加大風機轉速，目標區域加壓送風量開始增大，風壓開始上升。

圖3 變速風機及壓力傳感器控制系統

變速風機及壓力傳感器控制系統設備及系統控制更為復雜，工程造價比前述2種系統高，因此這種余壓控制系統在地鐵工程乃至其他工程項目中應用較少。另外，若加壓送風機無備用機組時不得采用變頻調速器作為控制裝置[8]。

3 結語

本文對地鐵加壓送風系統設計進行了初步研究，從現行規范出發，以地下1層防煙樓梯間加壓送風量計算為例，介紹了地鐵車站加壓送風系統加壓送風量計算方法，并對幾種加壓送風系統超壓控制措施進行了探討分析。

在地鐵工程中，因余壓閥控制最為簡單、可靠，在工程中應用較多。但由于地鐵空間內管線多，余壓閥設于隔墻上部時閥板開啟常受內走道吊頂、管線限制，若將余壓閥設于隔墻下部，其閥板開啟后將會有阻擋疏散通道的隱患。當余壓閥計算面積過大、不適合安裝時，可選用旁通閥式余壓控制系統[9]，該控制系統安全性好、可靠性高、成本低，在民用建筑和公共建筑中應用廣泛，但在地鐵工程中應用較少。地鐵工程中有較為成熟、完善的綜合監控系統，具備采用旁通閥式余壓控制系統的優勢，特別是前室、樓梯間分別獨立設置加壓送風系統的場合，可嘗試應用旁通閥式余壓控制系統進行樓梯間、前室超壓控制。