关于地铁车站加压送风系统超压控制措施的探讨*

成都市建筑设计研究院有限公司 王培海 王 龙

0 引言

地铁空间人员相对密集，为避免火灾时人员伤亡及财产损失，需对地铁火灾烟气进行控制。地铁车站中的安全出入口、封闭楼梯间、消防专用通道等供站内人员疏散或消防人员通行，对保障人员安全有重要作用，此类区域常采用机械加压送风系统。设置机械加压送风系统的区域需设置超压控制系统，以防止楼梯间与前室之间、前室与室内走道之间的防火门两侧因压差过大而无法正常开启，阻碍人员疏散及消防员施救[1]。因对规范、技术文件有不同的认识及理解，设计人员在设置加压送风系统、选择超压控制系统控制措施时有不同的做法。本文根据GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》[1](以下简称《标准》)中关于加压送风量的计算要求，对地铁车站楼梯间/前室加压送风量计算进行分析，并举例说明，同时结合工程实践，对地铁车站超压控制措施设计等问题进行探讨。

1 加压送风量计算

根据《标准》第3.4.5条计算加压部位保持一定正压值所需的送风量：

Lj=L1+L2

(1)

Ls=L1+L3

(2)

式(1)、(2)中Lj为楼梯间的机械加压送风量，m3/s；L1为门开启时达到规定风速所需的送风量，m3/s；L2为门开启时规定风速下其他门缝漏风总量，m3/s；Ls为前室的机械加压送风量；L3为未开启的常闭送风阀的漏风总量，m3/s。

L1=AkvN1

(3)

式中Ak为1个楼层内开启门的截面面积，m2；v为门洞断面风速，m/s；N1为设计疏散门开启的楼层数量。

(4)

式中A为每个疏散门的有效漏风面积，m2；Δp1为计算漏风量的平均压差，Pa；n为指数,一般取2；1.25为不严密处附加系数；N2为漏风疏散门的数量。

L3=0.083AfN3

(5)

式中 0.083为阀门单位面积的漏风量，m3/(s·m2)；Af为单个送风阀门的面积，m2；N3为漏风阀门的数量。

常见的地铁车站上部空间市政管线较多，覆土较厚，地下1层埋深大于10 m，地铁安全出入口、消防专用通道多为防烟楼梯间，站厅与站台的联系楼梯间多为封闭楼梯间，按《标准》要求均需设加压送风系统。下面以地下1层防烟楼梯间加压送风的计算为例进行讨论，系统布置见图1。

图1 防烟楼梯间加压送风系统

本示例中防烟楼梯间在地下1层，拥有独立前室且只有一个门与内走道相通，根据《标准》第3.1.5条，仅需在楼梯间设加压送风系统。楼梯间至前室、前室至内走道的门型号均为FYM12×21，根据《标准》门洞断面风速取1 m/s，设计疏散门开启的楼层数量N1取1，计算漏风量的平均压差取12 Pa，漏风疏散门的数量取1，算得L1=2.520 m3/s，L2=0.114 m3/s，最终可得楼梯间机械加压送风量为2.634 m3/s，约合9 482 m3/h,加压送风机选型风量为11 820 m3/h。

2 超压控制措施

加压送风设计中，为避免楼梯间、前室超压，应采用超压控制措施。《标准》第3.4.4条要求机械加压送风量应满足走廊至前室至楼梯间的压力呈递增分布，余压值应符合下列规定：

1) 前室、封闭避难层(间)与走道之间的压差应为25～30 Pa;

2) 楼梯间与走道之间的压差应为40～50 Pa;

3) 当系统余压值超过最大允许压差时应采取泄压措施。

工程中常采用的超压控制设备或系统有余压阀、旁通阀式余压控制系统、变速风机及压力传感器控制系统等[2]。

2.1 余压阀

2.1.1余压阀设置位置

当独立前室不送风仅在防烟楼梯间设机械加压送风系统时，在楼梯间与前室相邻隔墙、前室与内走道相邻隔墙(如需要)设余压阀，如图1所示，内走道、前室、楼梯间压力呈递增分布[3]。当独立前室存在不止一个门与内走道相连时，或存在合用前室时，防烟楼梯间、前室分别设置加压送风系统，余压阀应分别设在楼梯间与内走道相邻隔墙和前室与内走道相邻隔墙上。由于受建筑布局限制，地铁车站很多情况下楼梯间与内走道不相邻，楼梯间超压风量只能泄入前室，余压阀只能设于楼梯间与前室相邻隔墙上。设计时需要注意以下几点：1) 合理确定余压阀开启压差及泄压风量等参数；2) 楼梯间、前室余压值的合理确定，保持一高一低，或都取中间值，而不要都取高值或都取低值[4]。

地铁车站中，防烟楼梯前室的余压阀需设于前室与站厅层内走道相邻隔墙上，若将余压阀设于隔墙上部，需避免管线、吊顶对余压阀阀板开启的遮挡；若将余压阀设于隔墙下部，需避免余压阀开启时对人员通行的干扰。若楼梯间通行至站台层且与区间相邻，建议将余压阀设于楼梯间/前室与区间相邻隔墙上，以减少外在因素对余压阀阀板开启的限制，同时可避免加压送风泄压风量对内走道排烟的干扰。

余压阀设置位置确定后，根据文献[5]相关要求确定余压阀尺寸，并调节重锤的位置。当楼梯间、前室的余压超过设定值时，打开余压阀泄压。安装余压阀的隔墙处应设防火阀，使隔墙满足耐火极限要求。

2.1.2余压阀面积的计算

根据文献[5]，余压阀阀板开启面积计算公式为

(6)

式中F为泄压阀板开启面积，m2；Lv为加压送风量，m3/s；Ly为当疏散通道门关闭时，加压部位保持一定的正压值所需的送风量[6]，m3/s。

(7)

式中S为门、窗缝隙的有效漏风总面积，m2；Δp2为门、窗两侧的压差值，根据加压方式和部位取25～50 Pa；b为指数，对于门缝及较大漏风面积取2，对于窗缝取1.6；0.827为计算常数；1.25为不严密处附加系数。

地铁工程中常见的楼梯间加压送风方式有独立前室不送风仅在防烟楼梯间设机械加压送风和封闭楼梯间加压送风。下面以图1所示地下1层防烟楼梯间加压送风系统的余压阀面积计算举例。

楼梯间与内走道间压差按50 Pa计算，根据式(6)、(7)，保持压差所需风量为Ly=695 m3/h，前文已求得Lv(Lj)=11 820 m3/h。经计算，F=0.482 2 m2。

设于楼梯间与前室相邻隔墙上的余压阀阀门面积F=0.482 2 m2，选用尺寸为800 mm×630 mm的余压阀；楼梯间往前室泄压风量为11 125 m3/h。

前室与内走道间压差按25 Pa计算，根据式(6)、(7)，保持压差所需风量为492 m3/h。

已求得楼梯间往前室泄压风量为11 125 m3/h，大于前室保持压差所需风量，前室与内走道相邻隔墙需设余压阀的面积为0.46 m2，选用尺寸为800 mm×630 mm的余压阀。

2.2 旁通阀式余压控制系统

旁通阀式余压控制系统是通过设置在楼梯间或前室的压力传感器控制旁通阀的开启，控制此区域的加压送风量，实现余压控制[7]。旁通阀式余压控制系统的主要构件包括旁通阀、压力传感器、旁通阀控制箱等。地铁车站较为多见的加压送风系统形式有防烟楼梯间加压送风、前室不送风和封闭楼梯间加压送风。图2为防烟楼梯间送风、前室不送风的旁通阀式余压控制系统示意图。当发生火灾时，加压送风机开启，楼梯间/前室的风压随着送风不断增大，当目标区域的压差达到压力传感器的动作阈值时，压力传感器向旁通阀控制箱发出开启信号，旁通阀控制箱接收信号后驱动旁通阀开启[7]，加压送风机的一部分送风量通过旁通阀泄至室外，送往楼梯间/前室的加压送风量开始减小，目标区域的风压开始下降。当目标区域正压差维持在40～50 Pa(楼梯间)、25～30 Pa(前室)时，旁通阀保持开启状态不变。当压力传感器所测正压差小于规定值时，压力传感器向旁通阀控制箱发出关闭信号，目标区域加压送风量开始增大，风压开始上升。

图2 旁通阀式余压控制系统示意图

2.3 变速风机及压力传感器控制系统

变速风机及压力传感器控制系统也是压力控制的一种方法，该方法通过改变风机风量以满足目标区域余压控制要求，其组成与旁通阀式余压控制系统类似，主要构件包括变风量风机、压力传感器、控制箱等。图3为防烟楼梯间送风、前室不送风的变速风机及压力传感器控制系统示意图。当发生火灾时，随着风机开启，楼梯间与前室、前室与内走道的防火门两侧压差持续增加，当目标区域的压差达到压力传感器的动作阈值时，压力传感器向风机控制箱发出信号，调整风机转速，进而减小送风量，降低目标区域风压。当目标区域正压差维持在40～50 Pa(楼梯间)、25～30 Pa(前室)时，保持风机转速不变。当压力传感器所测正压差小于规定值时，压力传感器向风机控制箱发出信号，加大风机转速，目标区域加压送风量开始增大，风压开始上升。

图3 变速风机及压力传感器控制系统

变速风机及压力传感器控制系统设备及系统控制更为复杂，工程造价比前述2种系统高，因此这种余压控制系统在地铁工程乃至其他工程项目中应用较少。另外，若加压送风机无备用机组时不得采用变频调速器作为控制装置[8]。

3 结语

本文对地铁加压送风系统设计进行了初步研究，从现行规范出发，以地下1层防烟楼梯间加压送风量计算为例，介绍了地铁车站加压送风系统加压送风量计算方法，并对几种加压送风系统超压控制措施进行了探讨分析。

在地铁工程中，因余压阀控制最为简单、可靠，在工程中应用较多。但由于地铁空间内管线多，余压阀设于隔墙上部时阀板开启常受内走道吊顶、管线限制，若将余压阀设于隔墙下部，其阀板开启后将会有阻挡疏散通道的隐患。当余压阀计算面积过大、不适合安装时，可选用旁通阀式余压控制系统[9]，该控制系统安全性好、可靠性高、成本低，在民用建筑和公共建筑中应用广泛，但在地铁工程中应用较少。地铁工程中有较为成熟、完善的综合监控系统，具备采用旁通阀式余压控制系统的优势，特别是前室、楼梯间分别独立设置加压送风系统的场合，可尝试应用旁通阀式余压控制系统进行楼梯间、前室超压控制。