防烟排烟系统设计与验收中常见问题探讨
1 机械加压送风系统常见问题
1.1 建筑构件凸入土建竖井，增大风道阻力
在设计审查中发现，部分防烟系统的建筑风道竖井内，有梁、柱子等局部凸入土建竖井内，形成较大的局部阻力，设计人员未考虑此因素，所选加压送风机风压不足，造成加压送风系统风量不满足消防验收的要求。
例如某28层的办公楼，层高3.0 m，前室或合用前室加压送风量22 000 m3/h，竖井尺寸为800 mm×800 mm。图1为风井内无凸入物，图2为风井内有凸入125 mm的楼层梁，图3为图2的剖面图。以下分别计算3种情况下的风井阻力。为简化计算步骤，仅计算26层主风井阻力，不包括热压，加压送风机进风段、正压送风口及其接送风口后部分风井的阻力。计算公式及方法依据《实用供热空调设计手册》（以下简称《手册》）。
图1 风井内无凸入物示意图
图2 风井内有凸入物示意图
图3 图2竖井剖面
风道沿程阻力损失Δp1计算公式：
式中 K为绝对粗糙度修正系数；Δpm为单位管长沿程摩擦阻力，Pa/m；l为风管长度，m。
风道的局部阻力损失Δpj计算式：
式中 ζ为局部阻力系数；v为竖井内局部阻力发生处的空气流速，m/s；ρ为空气密度，kg/m3。
1.1.1 光滑竖井阻力计算
计算图1加压送风井26层竖井的沿程阻力损失Δp1。将已知数据代入式（1），得Δp1＝173.2 Pa。图1中加压送风竖井局部阻力为０，故26层竖井的总阻力损失Δpz1为173.2 Pa。
1.1.2 有建筑构件凸入竖井阻力计算
图2中加压送风竖井凸入梁宽125 mm，梁高600 mm，竖井尺寸为800 mm×800 mm，每层高度3 m。
1）计算竖井每层沿程阻力损失。按以上计算方法得出：管段1沿程阻力Δp11为5.55 Pa；管段2截面尺寸为675 mm×800 mm，每层高度0.6 m，沿程阻力Δp12为1.72 Pa。
2）计算加压送风竖井每层局部阻力损失。梁凸入竖井局部阻力系数《手册》中无完全对应的管件，按矩形风管变径查表，突变按渐变角为180°。
风管段1：面积比为0.84，按插入法查得ζ1＝0.08；局部阻力Δpj1为4.38 Pa。
风管段2：面积比为1.19，按插入法查得ζ2＝0.26；局部阻力Δpj2为19.99 Pa。
图2中加压送风竖井每层凸入梁，26层竖井的总阻力损失Δpz1为822.64 Pa。
1.1.3 缩小截面内壁光滑竖井阻力计算
图4中竖井截面积缩小，但竖井内壁平整光滑，局部阻力为0；加压送风竖井尺寸为800 mm×675 mm时，Δp14＝268.4 Pa。26层截面积缩小、内壁光滑风井的总阻力损失Δpz4为268.4 Pa。
图4 竖井截面积缩小示意图
经计算，得出图1，2，4加压送风竖井的总压力损失分别为173.2，822.6，268.4 Pa。
可以看出，竖井设计不同，阻力损失差别很大；障碍物凸入风井，局部阻力明显增大，若送风系统阻力未经详细计算，就会造成选用的送风机风压不够，运行时加压送风量不足，影响防烟效果。
设计时需与建筑、结构等专业密切配合，优先选择内壁平整、光滑的风井，可适当减小面积和提高风速，按图4示意的方式处理。还应注意建筑的转换梁、剪力墙上下段厚度的变化对风井阻力的影响。
1.2 多叶送风口凸入土建竖井，增大风道阻力
一些风井墙厚仅为100 mm，而多叶送风口长度均为275 mm，在薄墙上安装多叶送风口就会凸入风井内175 mm，因此形成较大的局部阻力。
如图5所示，多叶送风口凸入竖井175 mm，形成突缩和突扩两个局部阻力部件，参照上述条件及计算方法，计算竖井压力损失为580.3 Pa，比内表面光滑竖井增加阻力407.1 Pa。
图5 多叶送风口凸入竖井示意图
可采用以下方法处理：1）选用风机时加大风机风压400 Pa，克服该局部阻力；2）安装多叶送风口的墙加厚到250 mm；3）如图6，7所示，远控多叶送风口安装到吊顶内，风管连接，但该段风管宜采用2.0 mm厚钢板防火风管。
图6 远控多叶送风口安装示意图
图7 安装剖面
1.3 重视土建竖井的施工与验收
笔者验收中发现很多土建风井内表面没有抹灰，风井阻力会增加，甚至还有风井隔墙上的脚手架孔洞也未封堵，漏风、窜风现象严重，系统风量得不到保证。
如果加压送风口风量不能满足消防验收要求，又无其他故障原因时，宜检查密封性能，从土建竖井的密封方面进行整改。
土建风道施工空间狭小，给施工、验收及整改带来较大的困难，各管理部门必须重视。风井围护结构应密实，特别是在梁、板下填充应密实，抹灰应连续；内壁抹面宜随砌随抹光，最薄处不应小于10 mm；内壁应平整、光滑，密不漏风。
1.4 建议
1）在公共建筑中各种水井、风井较多，布置应考虑其相互影响，如送风竖井不宜与排烟竖井一墙之隔，以免窜风、漏风；水管井与送风竖井或排烟井相邻时，宜采用厚200 mm以上的实墙分隔。
2）高度超过100 m的公共建筑，应设置避难层（间），封闭避难层（间）的加压送风防烟系统一般设置在该避难层，加压送风取风口直接设置在避难层外墙上，若避难层上部的楼层失火，可认为不受影响；若避难层下部的楼层失火，随着烟气的蔓延，取风口受火、烟威胁较大。若取风口设在不同的方向，能适应不同方向火灾和室外风向的影响，但该方法较复杂，控制困难。设计中尽量将加压送风系统的取风口设在该系统服务区域的下部，以免室外取风口受火、烟威胁。
2 机械排烟系统常见问题
2.1 排烟系统风量不足
因排烟系统平时不使用，设计时为节约空间，排烟风管风速通常取值较大，在未进行详细计算的情况下，排烟风机风压会选得较低，造成排烟量不足。如图8所示的排烟系统1层为最不利环路，最远排烟口距竖井水平管道长度按60 m长、2个弯头、1个排烟防火阀等局部阻力考虑，排烟口风速取9 m/s，分A，B，C，D 4种工况计算排烟系统阻力（局部阻力系数按《手册》选取，计算过程略）。
图8 排烟系统原理图
1）A工况：排烟水平主管风速取17 m/s，竖井采用土建竖井，竖井风速13 m/s。计算得出：1层水平主管段阻力为802 Pa，局部阻力占80％，主要为排烟防火阀、排烟口三通、弯头及主风管进入竖井三通（按90°合流三通计算）的局部阻力；土建竖井段阻力为145 Pa，局部阻力占75％，主要为竖井引入风机风管段处的局部阻力；排烟风机段阻力为217 Pa，主要为排烟防火阀、风机入口及出口处的局部阻力。Ａ工况排烟系统总阻力为1 164 Pa。
2）B工况：竖井改为内衬镀锌钢板风管（主风管进入竖井内风管处按45°合流三通计算），主风管风速17 m/s，水平主管段、竖井段及风机段阻力分别为701，35，217 Pa。B工况排烟系统总阻力为953 Pa。
3）C工况：排烟水平主管风速12 m/s，土建竖井及风机段同A工况，水平主管段、竖井段及风机段阻力分别为449，145，217 Pa。C工况排烟系统总阻力为811 Pa。
4）D工况：排烟水平主管风速12 m/s，竖井内衬镀锌钢板风管，水平主管段、竖井段及风机段阻力分别为399，35，217 Pa。D工况排烟系统总阻力为651 Pa。
从以上计算可看出：
1）降低排烟管道风速是减小排烟系统阻力的有效措施。为节省建筑空间，一般缩小风管截面积，但风速增大。当排烟系统风速接近限定风速（金属风管20 m/s，非金属风管15 m/s）时，较大的排烟系统阻力已接近常用排烟风机达到的最大压头。主风管风速15 m/s左右时，阻力较高，各排烟系统差异较大，必须详细计算风管阻力，才能选择合适的排烟风机。
2）局部阻力约为风道阻力的80％，因此应尽量在排烟竖井进、出口处采用导流装置，尽量在防火阀、风机进出口设置较长的均流缓冲段等，选用局部阻力系数较小的管件。如有些工程项目层高空间有限，必须缩小风管截面时，可进行降低局部阻力的优化设计。如在Ａ工况下水平风管进入竖井处，占用吊顶局部空间，风管高度局部从400 mm变为630 mm，局部降低风速，通过渐扩管，风速由17 m/s降低到10.8 m/s；风井顶端接风机风管加弯头。两项优化设计后计算局部阻力可降低299 Pa。排烟系统减小局部阻力措施见图9，计算过程略。
图9 排烟系统减小局部阻力措施
3）对于排烟水平风管较长的大型排烟系统，排烟竖井负压较高，漏风量也较大，为减少竖井的漏风量及其阻力，可采用竖井内内衬钢板风管的做法。
2.2 排烟系统排烟阀（口）数量过多，常闭的排烟阀（口）漏风量大
根据GB 15930―2007《建筑通风和排烟系统用防火阀门》第6.12.3条：在规定的耐火时间内，使防火阀或排烟阀叶片两侧保持（300±15） Pa的静压差，排烟口单位面积上的漏烟量（标准状态）应不大于700 m3/（m2・h）。
按上述漏风量标准计算图8所示单个排烟阀的漏风量及漏风率。
最大防烟分区按400 m2计算，防烟分区的计算排烟量为24 000 m3/h，排烟口的排烟风速取9 m/s，排烟口的计算面积为0.74 m2，一个排烟口的计算漏风量＝518 m3/h。排烟系统的计算排烟量为48 000 m3/h；排烟口漏风率为1.08％，约为1％。
为计算方便，简化了系统，每个防烟分区采用了相同尺寸的排烟口，最大防烟分区排烟口风速为9 m/s，常闭排烟口内外压差300 Pa，一个满足允许漏风量标准的常闭的排烟口，其漏风量约为排烟系统总排烟量的1％。
从以上计算方法和验算得知，排烟系统风量、排烟口排烟量及其尺寸与最大防烟分区面积成正比，但排烟口漏风率基本不变；排烟口排烟风速小，排烟口尺寸就会变大，漏风量也会增加；排烟系统服务半径越大，排烟系统内的负压也会增大，漏风量自然会增加。
大型商业建筑一般采用图8所示的复杂排烟系统，在防排烟验收时，开启末端排烟口，有时检测排烟口风速仅为3～4 m/s，排烟量明显不足。设计中应避免单个排烟系统排烟口数量过多。对于排烟口较多的排烟系统，应通过计算确定排烟口漏风量。
验收时也看到一层一个的简单排烟系统，排烟口的排烟量一般能够满足设计要求。
2.3 消防验收中排烟系统安装及施工不规范的问题
消防工程验收时，一些工程的防烟排烟风管采用了薄钢板法兰，07K133《薄钢板法兰风管制作与安装》图集中明确指出薄钢板法兰不适用于圆形风管和消防排烟风管，施工说明中宜明确，排烟风管采用角钢法兰连接。
验收检查发现，施工单位最不重视的是排烟系统软管材质，应按规范要求执行，排烟系统的软管应采用耐火温度280 ℃以上、持续工作超过30 min的不燃材料。
3 防排烟系统阀门的名称、功能、控制应在设计说明中明确
防排烟系统的阀门（风口）有防火阀、防烟防火阀、排烟阀、排烟防火阀、多叶送风口、多叶排烟口等多种。阀门功能有常开、常闭，手动、电动，风量调节，70 ℃，280 ℃熔断关闭，信号反馈，联锁控制等。在图纸审查中发现部分图纸阀门标注不规范，缺少对各种阀门（风口）具体的功能、控制说明。
GB 50016―2014《建筑设计防火规范》第9.3.13条第４款规定，防火阀、排烟阀应符合GB 15930―2007《建筑通风和排烟系统用防火阀门》要求，名称及功能应在GB 50016―2014《建筑设计防火规范》第9.3.11条条文说明表18的基础上细化分类，明确防排烟系统各种阀门（风口）的名称、功能、显示、控制及联锁要求，便于防排烟联动设计、安装施工、检测及验收。
防排烟系统的电气专业联动设计，缺少防排烟控制原理，特别是平时排风与排烟合用时，应明确控制原理，如图8中1层排烟末端设置了平时排风的排风口及防烟防火阀，应明确排烟时电信号关闭其防烟防火阀，方可转换为排烟系统。完善的防排烟系统联动控制是防排烟系统正常运行的基础，消防联动是消防验收的最重要部分之一。
4 结语
机械加压送风竖井内壁应平整光滑，井内不应有梁、多叶送风口阀体等凸入物，竖井有凸入物时，风道阻力明显增加，应进行风道阻力计算。各种管道井应合理布置，风道竖井围护结构应密实不漏风、内表面应平整光滑，洞口应严密防火封堵，以减少漏风量。加压送风取风口的位置应合理，不受火、烟威胁。
为节省空间，机械排烟系统风速取值较大时，系统阻力会增大，应采取减小局部阻力的措施，并进行阻力验算。系统服务半径较大、负担层数多，选取风速较高时，竖井内可采用内衬钢板风管等方法，以减少系统漏风及阻力。
对于排烟口较多的排烟系统，应通过计算确定排烟口漏风量。排烟风管应采用角钢法兰连接，不得采用薄钢板法兰风管。
在图纸说明中应明确防排烟系统控制原理及各种阀门（风口）的名称、功能、显示、控制及联锁要求，使排烟系统的联动控制正常运行。
本文来源《暖通空调》 作者：王其庆 范运泽
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