地下室车库诱导通风系统防排烟风机选型方法探讨

张晓磊

上海复地产业发展集团有限公司

随着社会与经济的发展，新建商业，酒店，办公以及居民住宅等民用建筑建设需求不断增加以及老旧建筑的改造量也逐年上升。同时私家车保有量逐年快速增长，目前从国家规范到地方标准都对于新建及改建项目的车位数提出了具体要求，同时由于地上空间的较高商业价值和报规的计容指标，因此将车库建设在地下室已作为大中型城市民用建筑各项目设置车库主要场所[1]。由于地下室车库位置的原因，自然通风通常无法满足有害物浓度处于有害浓度之下，同时地下室车库火灾后烟雾风险较难自然排出的区域，根据消防相关规范需设置防排烟措施，因此地下室车库通风的机械通风与防排烟设计成为地下室车库暖通设计主要工作之一[2]。

1 地下室通风系统通风量与防排烟系统排烟量设计计算方法

1.1 地下室车库通风量与排烟量的计算依据

地下室车库的通风设计计算主要有两种方法确定换气次数法与稀释浓度法计算，根据 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[3]（以下简称民规）要求，全部或部分为双层或多层汽车库排风量应根据稀释浓度法，单层车库宜采用稀释浓度法，计算资料不足时可采用换气次数法。

地下室汽车库的排烟系统的防排烟计算理论上需按照 《GB51251-2017 建筑防烟排烟系统技术标准》[4]（以下简称建规）进行计算，由于其计算以及参数选取 较为复杂，在一般的工程设计项目中，一般采用表格选取，参照 《GB50067-2014 汽车库、修车库、停车场设计防火规范》[5]（以下简称汽规）表格中选取。

1.2 诱导通风系统的风机水力性能特性

诱导式通风系统利用射流的诱导作用，诱导风机喷嘴射出的气流可认为是等温自由圆射流，在惯性力作用下，射流保持流动放向向前流动，由于射流边界与周围介质间的紊流动量交换，周围空气持续被卷入，射流直径不断扩大，流量沿着射流方向不断增加，而射流面的速度场从射流中心开始逐渐向边界衰减，并沿着射程不断减小，理想条件下，理论上射流宽度和流量增至无限大，速度衰减值无限小，实际应用中因为阻挡物和环境因素条件下，为了保证射流一定的速度，需要另一只诱导风机进行接力，从而保证持续的一定速度持续流动的速度场，从而达到通风换气作用的通风换气系统，称之为诱导通风系统。

2 地下汽车库机械排风与机械排烟系统系统设置

由于地下车库因为地上建筑的功能、设计形体、设计规范、地下层数、经济性等原因形态、大小、布局各不相同，因此如何系统性的分析不同种类（单双层）、面积、层高、地下室车库的通风与防排烟特点对于科学合理的设计地下室车库的通风与防排烟系统以及控制措施至关重要。

2.1 单层汽车库机械排风与机械排烟系统系统设置讨论

为了简化分析单元，同时结合一般地下车库的常规做法，以便对于大部分典型的汽车库进行分析，常规单层车库的层高为 3～5 m 区间根据 《汽规》，为了简化模型选取4 m 作为典型层高，超过 1000 m2地下室车库需设置排烟措施，根据 《建规》 设置喷淋系统的地下室车库的防火分区不超过4000 m2，除去柱子以及必要的设备用房以及疏散通道，同时根据 《汽规》，单个防烟分区的建筑面积不大于2000 m2（本文重点讨论全国规范下的汽车库设计方案，因上海无此项要求，不在本文讨论范围内），根据以上设定，重点讨论防火分区建筑面积在 1600～4000 m2范围的集几种典型的地下室车库面积段的防排烟设计系统配置方式，根据规范计算车库排风量，排烟量。

由表 1 中数据，单层车库中，一般按照换气次数法计算的排风量大于稀释法计算风量，根据一般工程上的设计方法，取大值作为其排风量计算依据。

表1 单层汽车库典型地下室模型排风量与排烟量计算表

对于 2000 m2以及以下需要设置机械排烟的车库，因为一般可划分为一个防火分区，在工程设计上通常采用一台风机作为排风兼排烟风机作为汽车库的排烟排风系统。对于小于2000 m2的汽车库常规层高的车库，当排风量大于排烟量的时，取排风量的加上放大 10%风量作为排风兼排烟系统风机的选型风量。当排烟量大于排风量时，取排烟量加上放大 10%风量作为排风兼排烟系统风机的选型风量。

对于2000～4000 m2的汽车库，根据防烟分区的划分要求，必须划分两个防烟分区，每个防烟分区分布设置排烟系统。排风系统一般有两种方案，第一种是采用与排烟系统风机合用系统，并按防烟分区设置，第二种是排烟系统根据防烟分区设置，每个防烟分区一台排烟风机，排风风机单独设置或者跟其中一个防烟分区的排烟风机合并设置。风机风量选择按照排烟量与排风量的大值选取，压头根据典型防烟分区一般 80 m 的风管长度选型为600 Pa，综合以上分析对于典型模型的汽车库排烟与排风系统设置列表如表2：

表2 单层汽车库典型地下室模型系统设置表

2.2 双层机械汽车库的机械排风与机械排烟系统系统设置讨论

常规机械车库的层高为 3～5 m 区间根据 《汽规》，为了简化模型选取 5 m 作为典型层高，超过 1000 m2地下室车库需设置排烟措施，根据 《建规》 设置喷淋系统的地下室车库的防火分区不超过2600 m2，除去柱子以及必要的设备用房以及疏散通道，同时根据 《汽规》，单个防烟分区的建筑面积不大于2000 m2，根据以上设定，考虑到防火分区经济性考虑，重点讨论防火分区建筑面积在 1400～2600 m2范围的集几种典型的地下室车库面积段的防排烟设计系统配置方式，根据规范计算车库排风量，排烟量（表3、4）。

表3 双层机械汽车库典型地下室模型排风量与排烟量计算表

表4 双层机械汽车库典型地下室模型系统设置表

根据以上讨论结果，无论哪种方式合用，当排风与排烟合用风机合用时候，当风量相近时，取风量大值为选型风量，又因为平时风机需要考虑运行节能的要求，通常采用变频或双速风机。因此其排烟工况必须为高速档或50 Hz 运行时，系统设计选型风机的高档风速条件下根据风管的阻力计算来选取风机压头。排风工况根据二氧化碳或者固定工况节能运行。常规系统中，高风量对于高压头，低风量对于低压头，风机的性能曲线与风管阻力曲线是相对匹配的。由于诱导通风系统不同于常规系统，其系统特性排风工况系统阻力低，排烟工况阻力高，如果按照常规系统进行风机选型，风机参数为了保证需求以及规范要求，风机参数往往大于其实际需要，风机选型功率往往较大，相应的配电系统投资增加，风机不在最佳效率下运行，系统初投资以及运行均不经济。

3 地下室车库诱导通风系统与防排烟系统合用风机选型方法探讨

在诱导系统里，如采用排烟风机独立设置，可根据排烟风管计算排烟专用风机的风量与压头。平时排风风机根据系统时间长度进行选型。对于一个典型 4000 m2防火分区的单层地下室车库进行分析，其防排烟系统设计中对于风机的选型设计通常按防烟分区设置，50 m×80 m 地下室，有效面积3600 m2（去除机房、楼梯间、管井、柱子面积），根据换气次数计算总通风换气量为：64800 m3/h，分成两个防烟分区，那么机房可采用以下方案：

1）一台排烟风机，风机设备选型 33000 m3/h，风机全压 ：750～800 Pa。一台排风风机，设备选型 72000 m3/h，风机全压：300～350 Pa。

2）一台排烟风机，风机设备选型 33000 m3/h，风机全压 ：750～800 Pa。两台排风风机，设备选型 36000 m3/h，风机全压：300～350 Pa。

3）两台排风兼用排烟风机，排风工况：设备选型 36000 m3/h 风机全压：300～350 Pa。风机设备选型 33000 m3/h，风机全压：750～800 Pa。

4）一台排风兼用排烟风机，排风工况：设备选型 72000 m3/h 风机全压：300～350 Pa。风机设备选型 33000 m3/h，风机全压：750～800 Pa。

基于上一节分析，针对诱导通风系统的系统特点，对风机选型做进一步探讨，上述方案没有将排烟风机与排风风机合用，因此设备以及机房设置存在一定的浪费和不经济。在诱导通风的系统设计里，采用排烟风机与排风风机合用已经成为一种优选设计，那么在排烟与排风系统中合用风机的设计需要考虑上一节讨论的问题，即诱导通风系统中如何保证系统合用风机设备选型设计满足消防排烟要求（高压头低风量）又能满足平时排风的要求（低压头高风量）。下面针对方案3（两台风机方案）、方案4（一台风机方案）讨论排风兼用排烟风机的选型方法。

3.1 两台风机方案

排风设备选型 36000 m3/h，排风工况：风机全压 300～350 Pa，首先根据排风风机技术参数，利用亿利达风机选型工具软件进行风机选型，选型风机性能曲线如图1、2 所示。

图1 两台风机方案风机1 排风工况选型性能曲线

图2 两台风机方案风机2 排风工况选型性能曲线

风机选型具体结果详见表3：

表3 两台风机方案风机选型具体结果

在排风风机技术参数进行风机选型性能曲线上进行排烟工况校核，排烟工况技术参数为风机风量 33000 m3/h，风机全压750～800 Pa。两台风机排烟工况校核选型性能曲线如图3、4 所示。

图3 两台风机方案风机1 排烟工况校核选型性能曲线

图4 两台风机方案风机2 排烟工况校核选型性能曲线

校核风机选型具体结果详见表4：

表4 两台风机方案校核风机选型具体结果

两台风机的方案中，因为风量较为接近，选取两种风机叶轮尺寸进行对比选型，综合风机效率以及转速差异，风机1 更为合理，平时排风工况效率较高，采用双速设计，排风低转速运行，排烟高转速运行。

3.2 一台风机方案

排风设备选型 72000 m3/h，排风工况：风机全压 300～350 Pa，排烟工况风机全压750～800 Pa。

首先根据排风风机技术参数进行风机选型，选型风机性能曲线如图5、6 所示：

图5 一台风机方案风机排风选型性能曲线

图6 一台风机方案风机排烟工况校核选型性能曲线

一台风机方案风机排风工况与排风工况选型表如表5 所示：

表5 一台风机方案风机排风工况与排烟工况选型表

单台风机的方案中，风机数量减小，经济性最好的，单因风量较大，风机选择有限，且平时工况效率较低，一般选用最大叶轮尺寸选型校核，兼顾平时排风工况效率，采用双速设计，排风低转速运行，排烟高转速运行。

4 建议与结论

1）诱导通风在地下室车库的通风系统中，对于节约空间，增加品质具有明显优势。

2）近年来随着地下室车库诱导通风系统的普及，对于风机合用设备选型的问题一直被忽视，经常出现设备高压头，高风量运行，出现能源浪费情况，并且在设计领域没有专门的讨论分析，本文中基于诱导通风系统与常规系统，并基于规范以及，末端阻力特点对诱导通风系统中的风机合用进行了选型探讨并提供了选型方法的介绍。