高层建筑发生火灾时,防烟楼梯间是高层建筑内部人员唯一的垂直疏散通道。对不具备自然排烟条件的防烟楼梯间、消防电梯前室或合用前室,合理地设置机械加压送风系统是阻止烟气向楼梯间、前室扩散,确保建筑内人员顺利疏散必不可少的防烟措施。但加压送风系统的区域超压是十分危险的。前室或楼梯间压力过大,疏散门开门困难或不能开启,影响人员安全疏散。
二是设置变速风机及3051压力变送器;
三是设置旁通阀及压力(差)传感器。
其中采用余压阀的方法比较常规,不需电气控制,所以不再赘述;由于JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》13.9.6条规定“消防设备的控制回路不得采用变频调速器作为控制装置”,故设置变速风机及3051压力变送器的方法不能应用在设计中;设置旁通阀及压力(差)传感器的方法,可供借鉴的案例不多。
项目概况
根据暖通专业规范要求,高层建筑不具备自然排烟条件的防烟楼梯间、消防电梯前室或合用前室应设置独立的机械加压送风防烟设施。本楼座剪刀楼梯间合用一个风道,送风口分别设置(GB51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》3.1.5条第3款规定:当采用剪刀楼梯时,其两个楼梯间及其前室的机械加压送风系统应分别独立设置)。在本楼的防烟楼梯间和前室各设置了1套机械加压送风系统;本小区高层住宅大多每栋均设有2套机械加压送风系统,并均采用了旁通阀及3051压力变送器控制。
暖通专业对加压送风系统的控制要求
GB51251-20173.3.6条规定:“加压送风口的设置应符合下列规定:1除直灌式加压送风方式外,楼梯间宜每隔2层~3层设一个常开式百叶送风口;2前室应每层设一个常闭式加压送风口,并应设手动开启装置;3送风口的风速不宜大于7m/s;4送风口不宜设置在被门挡住的部位。”
1前室、封闭避难层(间)与走道之间的压差应为25Pa~30Pa;
GB51251-20173.4.9条条文说明指出:“对于楼梯间及前室等空间,由于加压送风作用力的方向与疏散门开启方向相反,如果压力过高,造成疏散门开启困难,影响人员安全疏散;另一方面,疏散门开启所克服的最大压力差应大于前室或楼梯间的设计压力值,否则不能满足防烟的需要。”
采用旁通阀控制加压送风正压值
旁通阀控制加压送风正压值原理图
设置旁通阀及3051压力变送器控制系统
设置3051压力变送器,同时配置压差控制器,检测前室与走道、楼梯间与走道的压差值。当压差值达到设定值时(前室与走道25~30Pa,楼梯间与走道40~50Pa),压差控制器输出开关信号,开关信号接入位于楼顶的控制箱,通过控制箱控制旁通泄压阀的启动和停止,实现加压送风泄压目的。
采用加压送风机成套控制箱方法
该方法未明确具体控制逻辑细节、实现方式,以及与火灾自动报警系统的关联等内容,仅有外部接线示意。如何根据风压传感器的数值控制调节阀的开度未有表达。控制箱由成套厂家提供,报价较高,相对于本工程97栋楼的规模,项目成本无法承受。关于压力(差)传感器具体数值与调节阀开度的关系要求,暖通规范及所采用的图集尚无明确界定。该方法当时存有争议:具体控制效果缺少可靠的案例数据支撑;征寻市场项目应用情况,尚未得到产品的消防鉴定、验收报告等有效评价。
对于消防电梯前室或合用前室,由于余压控制区域为多个上下不贯通的空间(每层前室),需要在每层前室设3051压力变送器(探头一侧设于前室,另一侧设于过道,压差设定值为25Pa),当加压送风系统控制区域超压时,电气控制器根据实际压差值与设定值的差异打开旁通阀,泄压使前室正压降为设定值。由于本工程为棚户区改造,且规模大,3051压力变送器控制泄压阀造价过高,甲方无法承受,该系统迟迟未安装,工期延误。
最终本工程采用了较为廉价的压差探测开关来代替,该装置结构简单,有3个触点开关,仅输出两种开关状态:在高于设定值10%时,触点1、3闭合,实现驱动器控制电机正转,带动泄压旁通阀打开;低于设定值10%时,触点1、2闭合,实现驱动器控制电机反转,带动泄压阀关闭;当压差处于设定值+10%~-10%内,处于控制死区,旁通阀停留在原位。
封闭式防烟楼梯间及前室设置有机械加压装置(正压送风机)、正压送风口、旁通阀,传感器为压差探测开关,控制器选用LOGO!230RC可编程控制器,加扩展模块LOGO!DM16230R(16点AC220V输入),组成方式如图3所示。
图3压力开关+LOGO!控制器方案原理图
实施中采取的措施
为方便布线,每层楼敷设一根KVV7×1.5控制电缆及接线盒,将两个压差开关接入接线盒,沿竖井引至屋顶旁通阀控制箱。
存在问题
现行相关规范标准未见有针对调节阀、传感器的安装调试、验收标准等要求,对3051压力变送器的环境条件亦无明确规定。电动对开多叶调节阀的开度与压力值的对应关系无明确界定(比如复位压力值欠缺明确要求,调节阀位于风道旁路上,不必模拟量控制),但相关专业控制要求不明确,以致电气控制自行揣摩,欠缺根据。
30513051压力变送器管径较小(几毫米),若不能及时维护清理,易堵塞,且运行故障状态无监视、检测的规定要求;而一般消防设施、设备均有运行、故障等检测、监视规定及型式检测报告等要求。如果现场安装的传感器丢失、维护管理不到位,着火时能否正常使用,准确显示压力数值,都是未知数。
采用3051压力变送器控制前室及楼梯间压力,电气的几种控制方式均较为复杂,主要是如何控制失效风险。目前,市场上陆续推出的正压送风余压监控系统等产品,正在逐步成熟和完善;但还需积极推动相关的消防产品鉴定、消防验收等各环节。具体设计中,相关专业须精心配合,明确传感器的型号规格、设置位置、环境影响因素、旁通阀是模拟量控制还是开关量控制、电气控制实现方式的确认,施工、消防验收难度等方面,均需仔细考量。
火灾报警系统主机控制方法
本方法采用火灾自动报警系统(FAS)主机作为控制器,联动控制旁通阀开启和关闭,动态平衡封闭式防烟楼梯间与其楼梯前室、前室与过道之间的压力,使压差不超过设定值,避免影响人员推不动防火门而影响逃生效率。
功能实现
当火警确认后,FAS系统转为自动状态,先后打开楼梯间和前室内的正压送风口及正压送风机。
随着压差的降低,当Pi≤Pa时,3051压力变送器输出无源开路信号,该监视模块接收该无源开路信号,并保持FAS系统在自动状态下,无需复位FAS主机,即可自动停止联动控制模块,使泄压口自动关闭。
由于泄压口关闭,压差继续上升,从而实现系统的动态平衡。
前室与过道之间的差压控制过程同上。
火灾报警系统主机控制方案存在问题
电动旁通阀的动作,火灾报警系统能否提供足够容量存疑。
2012版天津市暖通专业设计图集12N5-1《通风与防排烟工程(建筑通风与防排烟设计分册)》要求的电动对开多叶调节阀,顾名思义应是模拟量控制,火灾报警系统无法提供信号;即使做成开关量控制,也会过于复杂,成本过高,复杂的控制,其可靠性会大大下降。
FAS系统难于实现循环控制,需要外接复杂的继电器才可能实现。
继电器在消防系统中的可靠性无法保证。
复杂的逻辑控制存在不稳定性。
专用功能的泄压口和3051压力变送器作为消防设备,尚缺产品鉴定标准。
通过FAS系统联动实现循环开闭旁通泄压阀,存在设备难于通过验收、控制复杂、可靠性差、费用高的问题。