关于机械排烟系统中排烟风机的选型设计分析

关于机械排烟系统中排烟风机的选型设计分析

彭天辉

广东中颢工程设计有限公司

【摘要】 在机械排烟系统中，排烟风机作为动力源，其设计选型的合理性直接影响系统的排烟效果。所以，正确选用排烟风机变得至关重要。本文简述了在已确定排烟风机风量的前提下，应进行详细的水力计算，并根据各防烟分区的设计工况逐一复核排烟风机能否在对应工况下稳定运行。同时，就排烟风机无法满足各防烟分区设计工况点的情况提出了几点关于设计选型的解决办法。

【关键词】水力计算；运行工况点；管网特性曲线；风机性能曲线

1 引言

在工程项目竣工验收阶段，排烟系统末端排烟口的排烟量无法满足设计要求的情况屡见不鲜。出现此结果的原因往往是比较复杂的，牵涉到设计、施工、检测、产品性能等多个环节。从设计环节来看，排烟风机选型设计不合理是比较典型的问题。近年来，各种原因导致设计周期愈发紧凑，加剧了排烟风机选型设计中一些重要环节的缺失。接下来，从多个环节进行分析，提出合理选型排烟风机的若干建议。

2 水力计算的重要性

水力计算的结果是选择通风设备的关键依据之一。《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中第6.5.1条中规定：“通风机采用定速时，通风机的压力在计算系统压力损失上宜附加10％～15％。”工作中，部分同行认为防排烟系统不属于通风的范畴。值得注意的是，《通风与空调工程施工质量验收规范》第二章的术语已经明确定义通风工程为“送风、排风、防排烟、除尘和气力输送系统工程的总称”。所以，当消防专用的相关规范中未明确排烟风机压力计算原则的情况时，均应按照上述规范6.5.1中的要求进行排烟风机的选型计算。

管路系统中的阻力由沿程阻力和局部阻力组成。《建筑防烟排烟系统技术标准》中提出“排烟管道内壁为金属时，管道设计风速不应大于20m／s；当排烟管道内壁为非金属时，管道设计风速不应大于15m／s”。由此可见，排烟风管的设计风速范围较宽。而采用不同的风速，阻力的差异是非常大的。以局部阻力计算为例，当局部阻力系数ξ为1时，假设空气密度ρ为1.2kg/m³，风管风速为8m/s时的局部阻力为38.4Pa，而风管风速为15m/s时的局部阻力为135Pa。显而易见，风速对阻力的影响是非常大。在施工图设计中，对管路阻力进行估算是不可取的。当局部阻力配件越多时，局部阻力占总阻力的比值越大，估算结果的准确度越低。

当排烟系统已经初步绘制完成时，除了正确计算系统排烟量之外，合理选择阀门、配件的局部阻力系数是非常重要的。目前来看，风管配件、阀门的局部阻力系数可以从《实用供热空调设计手册》、图集等设计手册中查询。当设计者在没有更准确的局部阻力系数时，应严格按相应设计手册中的系数进行选取，避免计算结果出现粗大误差。在此，笔者希望相关部门能制定相应的产品标准，使得每个阀门、配件在出厂时，均能在其技术参数中获取局部阻力系数，以便于设计者在施工配合中进一步去复核通风系统的压力损失。

对于同时负担多个防烟分区的排烟系统，当防烟分区净高≤6米时，建议对相邻防烟分区的并联排烟管道进行水力平衡计算，确保并联管道阻力差额不大于15%。从规范的角度来说，仅对着火的防烟分区进行排烟，但是对于净高≤6米的相邻两个防烟分区来说，实际上是极有可能触发两个防烟分区同时排烟，而排烟风机也能负担。因此，笔者认为净高≤6米的相邻防烟分区并联管道压力损失均衡是有必要的。

另外，排烟系统的水力计算除了沿程阻力和局部阻力之外，还需要考虑排烟系统出口的动压损失。根据伯努利方程，假设系统末端排烟口处的空间烟气流动速度为0，且室内大气压与室外大气压相等，则可得出排烟系统风机所需的全压应为管道沿程阻力与局部阻力以及室外排烟口出口处的动压之和。实际设计中，设计师往往容易忽视室外排烟出口的动压损失，从而造成最终的水力计算结果偏小，进而导致排烟风机选型时全压值偏小。为了避免较大的动压损失，设计过程中应合理选用室外侧排烟口的流速。

3 运行工况点的校核

当排烟系统负担多个防烟分区时，火灾确认后，应仅打开着火防烟分区的排烟阀或排烟口，其他防烟分区的排烟阀或排烟口应呈关闭状态。这就意味着排烟风机的运行工况点与防烟分区的数量直接相关。若每个防烟分区的排烟量都不一样，则风机的运行工况点数量与防烟分区的数量相等。运行工况点为管路特性曲线和风机性能曲线的交点。为了达到设计意图，在根据最不利管路选定风机全压之后，需要复核所选型的风机是否能在所有设计工况点稳定运行，这是至关重要的。以图1为例，进行简要分析。

图1

足管段1~2~5的阻力损失，并使得管路的阻力损失的1.15倍与此工况下的全压值相近。当排烟风机的风量和全压均能满足防烟分区2时，接下来务必复核风机在此工况下的功率。以轴流风机为例，其功率大体是随着风量的增加而逐步减小的。风量相差较大的运行工况点，必然存在电机功率差异较大的可能性，故必须复核电机功率，避免长时间过载，甚至烧毁电机。其它防烟分区的管路以此类推去计算。

从上述举例可以看出，如果防烟分区之间的排烟量相差较大，那么排烟风机的运行工况点会偏离较远，对于轴流风机、混流风机来讲，选型变得更困难，甚至没有任何风机能够匹配设计工况点。针对此种情况，在设计过程中应该如何去应对呢？首先，在设计中应合理划分防烟分区，使合用排烟系统的各防烟分区排烟量尽量相近，进而使得风机运行工况点接近，此时能够轻易地选配风机。其次，当条件受限时，如防烟分区的排烟量相差较大且分区数量也比较多，此时可以结合项目实际情况考虑选择若干台规格相同的排烟风机一起承担系统的排烟工作，通过控制风机的运行台数去匹配防烟分区排烟量变化较大带来的工况点飘移。但此方法会使排烟系统的联动控制逻辑变得更复杂。最后，还可以人为的提高防烟分区的排烟量，使得各防烟分区的排烟量相近。但是人为提高排烟量的同时，需要同步加大风管以及增加末端排烟口，否则会使得风管或排烟口的风速超过规范限值，最终影响排烟效果。另外，加大排烟风管和增加排烟口不仅增加了初投资，也使得管道安装占用的空间更多，影响室内净高。故此种方法的适用性非常受限，一般情况下不推荐采用此种设计方法。

4 结语

排烟系统设计工作中，应合理选择风管阀门、配件的局部阻力系数，并严谨细致地进行最不利管路的水力计算。在最不利管路的水力计算完成后，风机的选型工作并未彻底结束，而是应该结合所选型的风机，对逐个防烟分区的设计工况点进行复核，判断风机的运行工况点能否与设计工况点吻合。否则，需要通过文中提出的几种解决方法重新设计排烟系统以及选型风机。

参考文献：

[1]中国建筑科学研究院. 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范：GB 50736-2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012：

[2]公安部四川消防研究所. 建筑防烟排烟系统技术标准：GB 51251-2017[S]. 北京：中国计划出版社，2017：

[3]陆耀庆. 实用供热空调设计手册. 北京：中国建筑工业出版社，2008：