塔式高层建筑排烟风量测试的探讨

塔式高层建筑排烟风量测试的探讨

沈峰

上海建工四建集团有限公司200434

摘要：在现代塔式高层办公楼中，屋面排烟风机负担的层数较多，当设计参数预留量不多时，若选择不当的风机厂家及风机类别，将出现排烟分区排烟量达不到规范要求现象，对排烟调试造成很大困难。本文主要对以上问题用工程实例做简单介绍，并通过计算及后续解决方案提供了建议和参考。

关键词：风量，风压，防火阀漏风量，风机参数

引言：在现代塔式高层办公楼中，由于层数较多，而每层单系统中排烟分区数量因大空间办公区来划分则反而不多，排烟系统多数采用竖向划分。且因为开发商对办公面积要求，使绝大多数建筑高度不超过100米的办公楼因不会在建筑中间层设置设备层（避难层），使其排烟风机都设置在屋面。此时排烟风机负担的层数较多，系统本身漏风量巨大（指符合规范要求的漏风量），风压要求又高。当设计参数预留量不多时，若选择不当的风机厂家及风机类别，将出现排烟分区排烟量达不到规范要求现象，对排烟调试造成很大困难。

一、工程概况

工程为2013年初开工至2015年5月竣工，主要为两座22层的5A甲级智能办公楼及一座2层的商业楼，两栋办公楼建筑高度95.7m，商业楼建筑高度为11.05m，项目地上总面积82,564㎡。A、B办公楼排烟系统布置基本相同，各设置4台排烟风机，其主要参数及设置位置详见附表

其中SEF-RF-1负担20个楼面，SEF-RF-2负担22个楼面。风机为业主甲供某国产品牌轴流风机。风管材质应业主要求为：立管部分采用无机玻璃钢风管，楼层内采用玻镁复合板风管。

系统施工完毕后，在消防排烟调试，排烟量测试中发现：

1、仅20层~22层的房间排烟风口基本能满足设计要求排烟量，20层以下仅走道排烟风口能达到，房间内排烟风口很难满足设计要求。

2、15层以下就连走道排烟口风量也相差甚远。

3、10层以下风量非常小，甚至几乎没有风。

而通过对系统内风管及检查并无发现明显漏风及风管配件不合理现象。

二、排烟系统风量及漏风量计算

出现以上问题后，重新对系统进行复核，我们以SEF-RF-1系统为例。以下式系统示意图：

图上排烟立管为800*750，支管尺寸为800*550。进入房间后，因考虑房间内吊顶标高问题，风管尺寸压扁后为1200*320。500*500风口为走道排烟风口（半根走道，SEF-RF-2接另外半根走道排烟口），排烟量为6600，其余为每个排烟分区（房间）设置的一个排烟风口，其排烟量应该为房间面积乘以60m³/（m²·h）。

经复核发现图中参数有以下矛盾：

1、设计设定的套间内风口排烟量基本按照房间面积*60m³/（m²·h）*（1+20%）。此风量应该为选择风机参数时考虑漏风量后的参照风量，并非为实际房间内排烟量。那么房间内实际排烟量应该为设计参数/（1+20%）。

2、对于负担多个（2个或2个以上）防烟分区的排烟系统，其排烟量应按最大防火分区面积乘以120m³/（m²·h）计算（2017规范以前）。则此系统风机风量应参照21000*2=42000m³/h，而非设计设定36000m³/h。

但就算考虑到以上两个问题，房间内排烟风量就按房间面积乘以60m³/（m²·h）的标准进行检测，其16层以下房间排烟量也不能达到标准要求。而设计所定风机参数再怎么说也有36000m³/h的风量，因为调试或消防检测时仅考虑一个分区的排烟量（最大的一个才21000/1.2=17500m³/h），至少还有将近一半的风量剩余，就算风管存才部分漏风，应该不至于出现风量不够现象。

下面做漏风量计算，主要为各层防火阀漏风量加上总管段风管楼风量。经查阅部分资料，其显示为防火阀在关闭状态下可以有部分漏风量，但漏风量多少为合格的标准不一。

如2008年5月第二版的《使用供热空调设计手册》（以下简称设计手册）中1217页13.4机械加压送风防烟第9条中写道：风口包括加压送风口，阀门包括排烟阀的防火阀，这些风口和阀门即使在关闭状态下漏风量都是不能忽视的，这里的风口和阀门都是指符合制作标准的风口和阀门。按制作标准的要求规定当两侧压差为250Pa时，允许单位面积（指规格尺寸A*B的乘积m2）阀门或风口关闭的漏风量≤1000m³/（m²·h）为合格。或者压差为1000Pa，允许值为2000m³/（m²·h），据此推算出风口，阀门的漏风面积率为ψ=0.0213m²/m²，即单位面积的漏风，以此来表示合格产品的密闭性特征，

关闭的防火阀排烟阀和加压送风口的漏风量可按下式计算：

Lf=0.827*ψ*A*3600*ΔP1/2

式中A---防火阀、加压送风口的规格尺寸面积，m²；

ΔP—为阀门两侧的压差，Pa。

又如2007年发布，08年1月开始执行的《建筑通风和排烟系统用防火阀门GB15930-2007》（以下简称国标）中6.11.1在环境温度下，使防火阀或排烟防火阀叶片两侧保持300Pa±15Pa的气体静压差，其单位面积上的漏风量（标准状态）应不大于500m³/（m²·h）。6.11.2在环境温度下，使排烟阀叶片两侧保持1000Pa±15Pa的气体静压差，其单位面积上的漏风量（标准状态）应不大于700m³/（m²·h）。

国标中给出的防火阀允许漏风量明显小于设计手册中数据，但国标中未给出计算公式。若以国标数据套入设计手册中公式可得阀门的漏风面积率为ψ=0.007435~0.009415m²/m²。可见国标中给出的漏风面积率居然是不等的，若取中值0.008425m²/m²，再以此计算各楼层支管总阀MECH防火阀漏风量分别为：

注：计算表中ΔP为参照设计风管水力计算所得数据，水力计算书详见下文。

可见各楼层支管总阀MECH防火阀总的漏风量5756.57m³/h，数量巨大。已占到总风量的16%，若阀门再多几个，光阀门总的漏风量就有可能超过设计通常预留的20%余量。

再来计算矩形风管的漏风量：

QM≤0.0352P0.65

式中QM－系统风管在相应工作压力下，单位面积风管单位时间内的允许漏

风量［m³/（m²·h）］

P－指风管系统的工作压力（Pa）。

可得QM≤3.76m³/（m²·h）

风管面积为148m²，且低压、中压圆形金属风管、复合材料风管以及采用非

法兰形式的非金属风管的允许漏风量，应为矩形风管规定值的50％；

最终可得：风管漏风量小于等于229.4m³/h

总管段总漏风量=5756.57+229.4=5985.97m³/h。

虽然总的漏风量看似很高，但与风机36000风量减风口17500风量还有明显差距，除非风机风量远没有达到36000，此为疑点（1）。

三、排烟系统风压计算

而10层以下风量非常小，甚至几乎没有风，只能再看风机的静压问题，下面是设计提供的风管水力计算书：

通过计算表可以看出，设计计算出总的阻力损失为1320Pa，而风机定型时其参数未附加10%的余量。虽然设计在计算过程中局部选用的参数有部分余量，也肯定到不了10%。

但就算相差这10%的压力132Pa，由水利计算书可见，每单层相差在13.7Pa左右。20层以下到不到要求，也就是17*13.7=232.9Pa。由此可见风机风压可能未到1320Pa，此为疑点（2）。

三、风机检测

由以上两个疑点，设计参数考虑不足是一方面，但可能造成的最终原因应该是风机本身到不了设计要求的参数。

用电子式压差计与皮托管对风机两端进出口2.5m左右直线段进行测量后，由两端测出压力的绝对值进行相加得到的风机风压在800Pa左右，通过风速计算所得的风量也仅为30000m³/h左右。

可见实测数据居然与铭牌参数相差比较大，经过咨询有关风机专家，得到结论是：由于叶轮的制造工艺，国产轴流风机压力普遍在1000Pa以内。进口品牌轴流风机静压可以做到3000Pa左右。但是离心风机与轴流风机结构上的不同，静压可以达到40000Pa左右。

四、解决方案和总结

再获得以上各种测算数据及检测结果后，马上通知设计、业主方及风机供应厂家进行协商。在此过程中风机厂家也承认了由于技术上原因，设备参数可能达不到设计要求。并最终决定重新更换风机，由轴流风机改为离心风机。风机参数定为风量42000m³/h，风压1460Pa。在通过更换风机后，消防排烟调试及检测得以顺利进行。基本能满足规范要求的参数。

以往，大量排烟工程在达不到设计参数要求时，都归结至施工过程中漏风及未按图纸施工增加了局部阻力。而类似于本工程相同情况属于塔式高层办公楼的建筑，由于设备本身负担子系统过多（相对漏风量很大）、风压要求高，当设计定型风机时本身余量不足，再加上选用未达参数的风机后，就更容易造成消防排烟检测不达标的情况。故在工程开工前，提前复核设计参数及确定风机类型或厂家显得尤为重要。