关于正压送风量计算方法的分析研究

　　摘要：本文在高层民用建筑的防烟楼梯间及其前室、合用前室和消防电梯前室的正压送风量计算中引入最小余压慨念，并对几种状况的正压送风量进行了计算和讨论。论述了正压送风量受门、送风口的开启状况的影响外，还受前室电梯数量、门缝宽度、门洞的风速等诸因素影响，因此必须对正压送风量进行认真计算。
　　关键字：正压送风 消防电梯前室 防烟楼梯间
　　1、问题提出
　　1.1 《高规》[1]第8.3.2条“高层建筑的防烟楼梯间及前室、合用前室和消防电梯前室的机械加压送风量应由计算确定，或按表8.3.2-1至表8.3.2 -4的规定确定。当计算和本表不一致时，应按两者中较大值确定。”该条条文说明明确指出“采用机械加压送风时，由于建筑有各种不同条件，如开门数量、风速不同，满足机械加压送风条件亦不同，宜首先进行计算，但计算的加压送风量不能小于本规范表8.3.2-1～8.3.2-4的要求。”因是“宜”首先进行计算，现在大部分设计人员为避免繁杂的计算，在机械加压送风（以下简称正压送风）设计时不是首先进行计算，而是直接套用《高规》表8.3.2-1至表8.3.2 -4的规定值，结果使许多工程的正压送风量偏小。
　　1.2 选用不同送风量计算公式所引起的误差
　　1.2.1 《高规》在门缝漏风量计算时选用压差法计算公式：
　　L=0.827×A×ΔP1/2×1.25=1.03375×A×ΔP1/2 （1）
　　式中 L—正压漏风量，m3/s；0.827—漏风系数；A—总有效漏风面积，m2；ΔP—压力差，Pa；1.25—不严密处附加系数。
　　《高规》在通过门洞风量计算时选用流速法计算公式：
　　Q=F×W×m （2）
　　式中 Q—正压风量，m3/s；W—门洞断面风速，m/s；F—每档开启门的几何断面积，m2；m—同时开启门的数量。
　　1.2.2 文献[2]在门缝漏风量计算时选用计算公式：
　　L'=α'×A×（2×ΔP/ρ）1/2
　　=0.6×A×（2×ΔP/1.2）1/2=0.7746×A×ΔP1/2 （3）
　　式中 L'—文献[2]的正压漏风量；α'—流量系数，一般取α'=0.6～0.7；ρ—气体密度，1.2kg/m3；其它符号同前。
　　文献[2]在通过单个门洞风量计算时选用计算公式：
　　Q'=F'×W
　　式中 对双扇门，同时开门的楼层数或并列的门数≥2时F'=0.5×门宽×门高。
　　因此对文献[2]来讲，大多数状况下：
　　Q'=0.5×F×W×m （4）
　　式中 Q'—文献[2]的正压送风量，m3/s；其它符号同前。
　　以上二项和剩安全系数1.25得文献[2]总正压送风量。
　　1.2.3 文献[3]在正压送风量计算时选用计算公式：
　　Q''=Fj×W
　　式中 Q''—文献[3]的正压风量，m3/s；Fj—明显气流通路的总计算流通面积，m2；其它符号同前。
　　计算结果剩安全系数1.25得文献[3]的总正压送风量。
　　因此文献[3]的正压送风量Q''是总计算流通面积Fj和风速W的函数，计算时并未涉及到ΔP值。
　　1.2.4 选用不同送风量计算公式所引起的误差
　　从公式（1）、（3）可以得出，当计算门缝漏风量时：
　　L∶L'=1.03375∶0.7746=1∶0.75
　　从公式（2）、（4）、（5）可以得出，当计算通过同一门洞的正压风量时：
　　Q∶Q'∶QQ''=1∶0.5∶1
　　笔者采用文献[2][3]的计算公式对某一防烟楼梯间底层有直接对外开门的25层楼，按防烟楼梯间50Pa、合用前室25Pa分别正压送风、防火门为2m×1.6m（其门缝宽3mm）、电梯门为2m×1.8m（其门缝6mm）、同时开门的层数m=3、一部电梯、电梯井顶部有一0.1m2的排气孔、火灾时3层合用前室的送风口开启，依据文献[2][3]的计算公式分别计算其正压送风量，结果列在表一中。
　　可以看出：《高规》因没有考虑防烟楼梯间底层有直接对外开的门，防烟楼梯间和合用前室的正压送风量值偏小；当计算条件相近的情况下，按文献[2]计算的防烟楼梯间正压送风量比按文献[3]计算的结果约小40%，合用前室送风量约小30%.
　　还应该指出：文献[2]正压送风量的上下限是由于通过门洞最低风速取值为0.7～1.2m/s不同所致；文献[3]的正压送风量是防烟楼梯间和合用前室分别正压送风，当防烟楼梯间至前室的门（简称一道门）关闭、通过开启的前室至走道的门（简称二道门）的最低风速为0.5m/s，当一、二道门均开启、通过任一道门的最低风速为0.7m/s时计算所得结果；而《高规》正压送风量的上下限是按层数、风道材料、防火门漏风量等因素确定的。而且文献[2] 正压送风量的上限，采用了1.2m/s最低风速，这在实际的工程计算中很少用到。因此正确地选用正压送风量计算公式是非常必要的。
　　2、正压送风量计算的基础理论
　　文献[2][3]为高层民用建筑正压送风量计算计算机编程进行了很好的探讨和研究，借助计算机使大量繁杂的正压送风量计算变的简单。本文在正压送风量计算时引入最小余压[4]慨念，即当一道门或二道门开启时，为保证通过门洞最小风速，门前仍保持最小余压 Pmin.这样计算的结果更接近工程实际情况。
　　2.1 几个主要计算公式
　　a） 通过门缝漏风量的计算公式同（1）；
　　b） 通过开启门的风量计算公式同（2）；
　　c） 并联气流通路的面积A并
　　（6）
　　式中 A并—并联气流通路的总面积，m2；Ai—并联气流支路的面积，m2.
　　d） 串联气流通路的面积A串
　　（7）
　　式中 A串—串联气流通路的总面积，m2；Aj—串联气流支路的面积，m2.
　　e） 并联和串联混合漏风通路的综合流通面积Az
　　当气流通过并联和串联混合漏风通路时，应计算并联和串联空气通路的综合流通面积Az.
　　2.2 通过门洞的风速W
　　综合文献[2][3][5]通过门洞的风速W按如下取值：
　　a）对防烟楼梯间及其前室分别正压送风时：当一道门关、二道门开时，通过开门门洞风速为W1=0.5m/s；当一、二道门同时开启时，要求通过任一门洞处的风速为W2=0.7m/s；
　　b）当仅对防烟楼梯间或前室正压送风时，通过开门门洞的风速W3=0.75/s；
　　c）当对消防电梯前室正压送风时，通过开启门洞的风速W4=0.5/s.
　　2.3 最小余压Pmin
　　考虑到最小余压是个十分复杂的数值，本文在正压送风量计算时采用与最小风速0.7～1.2m/s相对应的中间值6Pa为最小余压Pmin=6Pa.
　　3、防烟楼梯间及其前室、合用前室分别加压送风的正压送风量计算方法
　　3.1 六种常见的防烟楼梯间及其前室、合用前室分别加压送风状况。
　　各种状况下：当一道门均关、m层二道门开时，合用前室的送风量最大；当m层的一道门和二道门均开时，防烟楼梯间的送风量最大。本文分别以合用前室、防烟楼梯间的最大送风量为它们的最不利开门条件下的正压送风量（简称最不利正压送风量）。
　　3.2 防烟楼梯间及其前室、合用前室分别加压送风的最不利正压送风量计算方法，如表四。
　　现以表四序号1中的图一（对应表三序号1的状况）为例，防烟楼梯间底层及其合用前室底层无直接对外开的门，防烟楼梯间及其合用前室的送风口均开启时，分别分析合用前室、防烟楼梯间的最不利正压送风量计算方法。
　　3.2.1 合用前室最不利正压送风量Q合前
　　合用前室最不利正压送风量，发生在一道门均关、m层的二道门开时。
　　a）通过电梯门缝的气流通路
　　式中 箭头为串联关系，方括号为并联关系；N—电梯数量；n—系统楼层数；m—同时开门的层数，当n<20时m=2，当n≥20时m=3；Ad—电梯门缝面积；Ap—电梯井顶通气孔面积；F2—二道门面积（门宽×门高）；kf—气流分配系数。
　　b）电梯井综合流通面积Az（1）
　　Kf=Ad/（A1+Ad）
　　式中 Aa（1）—串联支路综合流通面积，m2；Az（1）—状况1的电梯井综合流通面积，m2；A1—一道门门缝积，m2；其它符号同前。
　　c）每个关门合用前室送风量
　　Q关=L2+L3（1）-L1（1），m/s
　　L1（1）=α×A1×（P1-P2）1/2 L2=α×A2×P21/2
　　L3（1）=α×Az（1）×P21/2/（n-m）
　　式中 α=1.03375；L2—通过二道门门缝，从关门合用前室漏到走道的漏风量，m3/s；L3（1）—通过电梯门缝，从关门合用前室漏到电梯井的漏风量， m3/s；L1（1）—通过一道门门缝从防烟楼梯间漏到关门合用前室的漏风量，m3/s；A1—一道门的门缝面积，m2；A2—二道门的门缝面积，m2； P1—防烟楼梯间余压，50Pa；P2—合用前室余压，25Pa；n—正压送风系统负担楼层数；其它符号同前。
　　d） 每个开门合用前室送风量
　　Q开=Q21-L11-L31（1），m/s
　　Q21=W1×F2 W1=0.5m/s L11=α×A1×（P1-Pmin）1/2
　　式中 Q21—通过开启的二道门，从开门合用前室流入走道的风量，m3/s；L11—通过一道门门缝，从余压50Pa的防烟楼梯间漏到保持最小余压Pmin的开门合用前室漏风量，m3/s；L31（1）—通过电梯门缝、电梯井，从余压25Pa的关门合用前室漏到保持最小余压Pmin的开门合用前室漏风量， m3/s；Pmin—最小余压，6Pa；其它符号同前。
　　e）合用前室最不利正压送风量
　　Q合前=m×Q开+（n-m）×Q关，m/s
　　3.2.2 防烟楼梯间最不利正压送风量Q楼梯
　　防烟楼梯间最不利正压送风量，发生在m层一道门、二道门均开时。
　　Lt1（1）=α×A1×（P2-Pmin）1/2 Qt1=W2×F1 W2=0.7m/s
　　Q楼梯=m×Qt1-（n-m）×Lt1（1）
　　式中 Lt1（1）—通过一道门门缝，从余压25Pa的关门合用前室漏到保持最小余压Pmin的防烟楼梯间的漏风量，m3/s；Qt1—通过开门合用前室的一道门风量，m3/s；其它符号同前。
　　3.2.3 对应表三序号2～6的状况，因篇幅所限不多赘述，它们的计算方法对应地列在表四的序号2～6中。当没有电梯N=0时，即为前室。对应于表四序号1～6防烟楼梯间及其前室、合用前室的最不利正压送风量计算方法，笔者编计算机计算程序，其部分计算结果（剩安全系数1.25，流量单位转换为m3/h）对应地列在表八的序号1～6中。
　　4、防烟楼梯间自然排烟，前室、合用前室的最不利正压送风量计算方法
　　防烟楼梯间自然排烟，前室、合用前室的最不利正压送风量计算方法列在表五中。其部分计算结果列在表九中。
　　5、防烟楼梯间（前室不送风）最不利正压送风量计算方法
　　防烟楼梯间（前室不送风）最不利正压送风量计算方法列在表六中。其部分计算结果列在表十中。本文在防烟楼梯间最不利正压送风量计算时，将关门前室内余压取0Pa，这样正压送风量的计算值更安全。
　　6、消防电梯前室的最不利正压送风量计算方法
　　消防电梯前室的最不利正压送风量计算方法列在表七中。其部分计算结果列在表十一中。
　　7、结束语
　　综合表八～十一的正压送风量计算值，可以看出必须对高层建筑不同的开门状况、门的数量、风速、门和门缝的几何尺寸及电梯数量等困素进行认真工程计算。
　　a）认真地选用高层建筑正压送风量计算公式和计算是非常必要的。不能简单地套用一个公式，还应对影响正压送风量的诸因素进行综合分析比较，选用正确的计算方法。在计算门缝的漏风量、通过开启门洞的风量时宜选用《高规》推荐的公式（1）、（2），并要正确地分析气流通路，计算气流的综合流通面积。
　　b）高层建筑的防烟楼梯间及前室、合用前室和消防电梯前室的正压送风量，在防火门尺寸、前室电梯数量相同的条件下，受门洞的风速、门缝宽度影响极大。
　　c）高层建筑的防烟楼梯间及前室、合用前室和消防电梯前室的正压送风量达不到《高规》第8.3.2条要求，不仅应从施工质量上找原因，还应从正压送风量的理论计算进行分析。
　　d）在正压送风量计算时引入最小余压慨念，可以使计算结果更接近工程的实际情况。
　　参考文献
　　1 GB50045—95 高层民用建筑设计防火规范（2001年版）
　　2 陈通宝。 高层建筑防烟楼梯间和前室加压送风计算公式的推导和应用。 暖通空调。 1998，28（5）：9-12
　　3 杜红。 正压送风量的一种计算方法。 暖通空调。 1996，26（3）：30-34
　　4 王作贤。 高层民用建筑加压送风防烟设计中几个问题的探讨。 暖通空调。 1994，24（3）：32-35
　　5 柴慧娟，等。高层建筑空调设计：第八章第三节 防排烟设计和国外有关规程。北京：中国工业出版社1995