排烟排风共用系统及设计

1、排烟排风共用系统及设计排烟排风共用系统的设计1概述排烟系统作为火灾初期人员疏散及救援的必要手段，对保障人们生命 安全起了非常重要的作用，因此，排烟系统在火灾时能否良好运行有着重要意 义。对于平时必须通风的场合，将排风和排烟系统合用，既节省了投资，又提 高了排烟系统运行的可靠性，避免了日常的试运行检查。是较有实用价值的一 种形式。排烟排风共用系统的设计，基本上应遵循排烟系统的设计原则，要点 如下列所示。1.1 风机宜优先采用离心式风机，公安部四川消防科研所对4-72型普通离 心风机进行了 28CTC排气温度运行实验，结果证明离心风机在耐热性能、变形等 方面优于轴流风机。若采用轴流风机，应采用专用

2、的高温排烟风机。1.2 风机入口处设280c防火阀。1.3 对于每个防烟分区，单台风机排烟量不小于7200m3/h。1.4 风管材料采用非燃烧体制作，风管壁厚满足排烟风管厚度的要求。1.5 排烟风速：金属风管不大于20m/s混凝土风道不大于15m/s,排烟口不 大于10m/so1.6 排烟口应采用常开型，排烟口位置沿走道方向距附近安全出口边缘之 间的最小水平距离不应小于1. 5m。2共用系统的水力计算排烟排风共用系统的风管水力计算，应对排烟、排风量进行校核计算。 按照排烟系统的设置有以下模式：A.排烟系统为一个防烟分区服务，且该防烟分区为一个房间。B.排烟系统为一个防烟分区服务，但该防烟分区由

3、不同房间组成。C.排烟系统为两个以上防烟分区共用，排烟时只打开着火区排烟口， 其它防烟分区排烟口关闭。D.排烟系统为两个以上防烟分区共用，排烟时打开着火区及另一区排 烟口，其它排烟口通过消防控制中心电信号关闭。工程上作法一般可分为两种:D1：垂直方向上，打开着火区及相邻上一层的排烟口进行排烟。D2：水平方向上，打开着火区及走道排烟口进行排烟。对于模式A、C,管路水力计算应先选取排烟量进行计算，然后根据计 算出来的管路校核风机在低速下运行的风量（宜按风机运行曲线与管路特性曲 线相交点的风量）是否满足排风量的要求。模式C还须校核最有利环路风口排 烟风速W10m/s。对于模式B、D,先推出一个等式来

4、讨论管路计算。3等式的推导及讨论3.1 前提条件：初调试时共用系统是以排风量作为调试量的。调试完毕之 后，管路的阻力系数就确定了，在系统阻力系数恒定的情况下，风量变化的规 律就是本文要讨论的内容。3.2 等式的推导采用以下管路，管路干管起止点分别为aO、an,支管1起 止点分别为al、bl,支管2起止点分别为a2、b2,依此类推。对于以上管路假设各支路初始流量为QO、Ql> Q2Qn当风机转变为高速运行时，其流量为Q0 '、QI Q2 'Qn '先取末端2个支管进行计算：在管路实际运行中，支路之间必然存在压力平衡，故有：Hn-l= Han-1an+ HnSn-1Q

5、 n-12 ;San-1-an Q n2 + SnQ n2=San-l -bn Q n2（1）式中：Hn-l-支管（n-1）的阻力Han-1 an-从点（an-1）到点（an）的阻力Hn-支管（n）的阻力Sn-1一支管（n-1）的阻力系数San-1an从点an-l到an的管路阻力系数Q n-1一支管（n-1）的流量Q n一支管n的流量以下各式中符号下标表示方法与此同理。同样对于高速运行下有：Sn-1Q n-1 2= San-1-bn Q n '2(2)由(1) (2)得Q n-1 7 Q n-l= Q n 7 Q n(3)对于管路中任一支管K,等式的证明先采取一种处理方法。就是将k至

6、(n-1)之间支路全部折合成支路(n-1),整个系统视为只有(k+2)个支路。 由于式(3)的证明依据是管路之间的压力平衡，所以这种处理并不影响式(3) 的正确性，即此时：Q n-1 7 Q n-l= Q n V Q n 仍成立故 Q n-1 '/ Q n '= Q n-1/ Q n(3 9以下证明Q k 7 Q k= Q n V Q nHk=Hak-an-l+ Han-lan+ Han=Sakan-l (Q n-l+Q n) 2+San-l - anQn2+ SnQn2BP S kQ k2= Sakan-l (Qn-l+Qn) 2+San-l-bnQn2(4)同样SkQk f

7、2= Sak-an-l(Qn-l '+Qn' )2+San-l-bn Q n '2(5)由式(3 ')、(4)、(5)可得(Q k V Q k) 2= (Q n 7 Q n ) 2BP Q k V Q k= Q n V Q n (6)等式(6)中的K为管路中任一支管，故有Q 1 7 Q 1= Q 2 7 Q 2 =Q n 7 Q n -(7)这就是针对多支路共用系统变档运行下的风量校核计算等式。该式表明，当系统总风量变化时，各风口风量变化是等比的。但对于 系统中有几个支路关闭的情况，有必要另作分析。仍以开始推导等式的管路为 例，当某个支路k关闭时，必然对干管在a

8、k处的三通阻力产生影响，此时干管 的S值产生变化，等式失去成立的理论依据，但分析可以发现，三通的阻力主 要是支流的阻力，而直通的阻力较小，所以支路关闭对干管的阻力影响可以忽 略。该等式仍可应用于工程上的计算，当然为了进一步降低关闭支路的影响， 有必要对三通的做法进行研究。对三通及变径的两种做法(如上图)进行分析, 做法b的三通直流阻力受支路关断的影响要比a大，所以不宜采用。3.3 以上推导了作为应用于排烟排风共用系统的一个分析计算等式，具体 应用于模式B、D中时，作以下讨论：3. 3.1模式B：假设该防烟分区为两房间组成，其面积分别为Al、A2, 且A1>A2,排风换气次数分别为nl、n

9、2,单位面积排烟量分别为xl、x2。按等 式(7)有：h nl Al/xlAl= h n2 A2/x2A2 (xl , x260m3/m2. h)式中：h-房间的高度即 nl/xl=n2/x2(8)如果nl不等于n2,就会引起实际运行中排风(烟)量与设计不符。这 也与最初调试运行是以哪个量作为调试量有关，如果调试时以排风量作为调试 量：当nl>n2时排风量调试达到设计要求，由式(8)则xl>x2,所以排 烟时房间1排烟量为xlAl>x2Al>60 Al即排烟量大于60 A1,因而系统的最小 排烟量应按60 nl Al/ n2 +60 A2计算。同理nlVn2时系统最小排

10、烟量应按60 Al+60 n2 A2/ nl计算。以上分析可以推广到多个房间组成的防烟分区。并得到以下结论：对 同一防烟分区中的不同房间，设其中排风换气次数最小的房间面积为A1,换气 次数为nL则系统最小排烟量应按下式计算：G=60Al+60A2n2/nl+60A3n3/nl+-(9)3. 3.2模式D：由于系统担负两个以上防烟分区，规范规定总排烟量按 最大分区面积乘以120m3/m2 h计算，设最大防烟分区面积为Amax。3. 3. 2.1模式D1：工程上一般为内走廊排烟排风共用系统，各层内走 廊排风换气次数一般相等。按式(8)有xl=x2,系统总排烟量按120Amax计算, 由 120 A

11、max=xlAl+x2A2=xl (A1+A2) <xl2Amax,即 xl>60,故任何一个防烟分 区排烟量都有富余。排烟量按Amax计算就可以符合要求。3. 3. 2. 2 模式 D2：(1)设着火区为最大防烟分区，面积为Al= Amax,走道面积为A2, Al、A2排风换气次数不等。由式(8) nl/xl=n2/x2>令nl=yn2,则xl=yx2,总 排烟量为G=xlAl+x2A2=yx2Al+x2A2=x2 (yAl+A2) (10)(xl , x2260m3/m2. h)此值与2x2Al比较，当y>2-A2 / Al时G=x2 (yAl+A2) >x2

12、 (272/Al) A1+ A2= x2 (2A1) 2120 Al= 120 Amaxo综合以上分析计算，有：当nl/ n2=y>2-A2/ Al时系统最小排烟量G>120 Amax,可见排烟量 与排风换气次数有关。具体排烟量的值应按式(10)计算。当nl/ n2;y<2-A2/ Al时系统最小排烟量按120 Amax计算即可。(2)走道面积为最大防烟分区面积，即A2=Amax<.由式(8)nl/xl=n2/x2, 得x2=n2 xl/ nl,只要n2 / nl VI,总排烟量就是G= xlAl+x2A2= xl (A1+ A2n2 / nl) <2xlA2=1

13、20 Amax所以系统总排烟量按120Amax计算是足够的。工程上走道换气次数要 求并不很严格，设计中可令其小于等于其他防烟分区的换气次数，排烟量按120 Amax计算就行了。4结论及建议针对设计人员在计算排烟量时普遍采用60 (120) m3/m2. h作为计算依 据的问题，本文提出以下结论：4. 1排烟排风共用系统在两种工况下运行时，其末端风量变化规律遵 循式(7)。5. 2在各防烟分区排风换气次数要求严格而且换气次数不等的前提 下，最小排烟量就不能按规范提供的最低数值计算。而应根据系统设置情况分 别按式(9)、(10)计算。对排风的换气次数要求，设计中应具体情况具体处 理。4. 3系统应

14、按设计风量调试。4.4 建议在设计图纸上标出各末端风量大小，作为调试依据。4.5 设计人员往往忽略规范条文中对排烟量的计算只是规定一个下 限，而在计算时直接采用规范中的下限数据，这样就容易导致错误。5工程实例下图为某医院地下室的一个防火分区，该防火分区由图中标出面积的三个库房和走道组成，层高为4. 2m。现设置排烟排风共用系统, 系统设置概况为：各个库房和走道均单独作为一个防烟分区，每个防烟分区各 设一个常开型排烟口，平时排风，火灾发生时，风机转为高速运行，着火区及 走道排烟口执行排烟功能，而其他排烟口由消防控制中心关闭。下面按两种情 况给出系统的设计计算过程。4.6 库房与走道要求的排风换气

15、次数均为4次/时，即nl4=4。(1)系统总排烟量由模式D1的讨论：G=A1X120=306X120=36720m3/h(2)各个排烟口排烟量Gi=xAi=AiG/ (Ai+A4) (a)G4i=G-Gi(b)式中下标4i表示走道与i区排烟口共同排烟时走道的排烟量。由式(a)可得Gi=G/ (1+A4/ Ai) (a 9dGi/dAi= G A4/ (Ai+A4) 2(a '由式(a O (a ' D , Gi是一个随Ai增加而递增的函数，且函数K 值随Ai增加而减小。Gi的曲线如下图。各排烟口排烟量按式(a) (b)计算的结果如下：Gl=26010m3/hG41=10710m

16、3/hG2=24544m3/hG42=12176m3/hG3=24349m3/hG43=12371m3/h(3)各排烟口排风量G1 /=hnAl=5141m3/hG2 <=hnA2=4267m3/hG3 "=hnA3=4166m3/hG4 <=hnA4=2117m3/h总排风量为15751 m3/ho(4)排烟口尺寸：设计中通常采用同一规格的风口，式(a ')、(a ' 及其结论可作为风口计算依据。各库房排烟口按最大面积库房的排烟量计算风口尺寸。Fl=Gl/3600v=26010/ (10X3600) =0. 7225m2式中F为风口有效通风面积，v为排烟

17、口风速。走道排烟口按面积最小的库房排烟时走道的排烟量计算风口尺寸。F2=G43/3600v=12371/ (10X3600) =0. 34m2(5)按排烟量进行管道水力计算，求出管道总阻力。(6)按总阻力、总排烟量、总排风量(考虑漏风系数)及风机特性曲 线选用两档风机。4.7 库房排风换气次数nl=5,走道排风换气次数n4= 3,设着火区为Al。(1)系统总排烟量由 y=5/3=l. 67>2-A4/Al=l. 59,按模式 D2 的讨论G= (5/3XA1+ A4) X60= (5/3X306+ 126) X 60=38160m3/h(2)各个排烟口排烟量按式(a) (b)计算的结果如

18、下:Gl=27030m3/hG41=U130m3/hG2=25507m3/hG42=12653m3/hG3=25304m3/hG43=12856m3/h(3)各排烟口排风量G1 <=hnAl=6426m3/hG2 =hnA2=5334m3/hG3 <=hnA3=5208m3/hG4 /=hnA4=1588m3/h总排风量为18556n13/h。(4)排烟口尺寸各库房排烟口按最大面积库房的排烟量计算风口尺寸。Fl=Gl/3600v=27030/ (10X3600) =0. 76m2走道排烟口按面积最小的库房排烟时走道的排烟量计算风口尺寸。F2=G43/3600v=12856/ (10X3600) =0. 36m2(5)按排烟量进行管道水力计算，求出管道总阻力。(6)按总阻力、总排烟量、总排风量(考虑漏风系数)及风机特性曲 线选用两档风机。6遗留问题6.1 高规中规定排烟系统承担两个或两个以上防烟分区时，排烟量应按不小于最大防烟分区面积乘以120 1113/1112 h计算，这个计算风 量考虑了两个防烟分区同时排烟所需，但并未明确同时排烟的两个防烟分