某环卫电动车库通风排烟设计

齐好 于文俊 杨宁 王凯楠

北京市市政工程设计研究总院有限公司

0 引言

该项目位于保定，总建筑面积14602.08 m2，其中地上建筑面积：10149.70 m2（含半地下4814.40 m2）。地下建筑面积：4452.38 m2。根据现行规范，其中环卫电动车汽车库属于室内地坪面低于室外地坪高度超过该层车库净高1/3 且不超过净高1/2 的汽车库，属于半地下汽车库，建筑面积为4814.40 m2。车库停车位为55个，属于Ⅲ类汽车库，耐火等级为一级。

根据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB50067-2014[1]规定半地下汽车库的防火分区最大允许建筑面积不应超过2500 m2，设置自动灭火系统的汽车库，防火分区建筑面积可扩大至最大5000 m2，故本汽车库为1 个防火分区。

根据《电动汽车分散充电设施工程技术标准》GB/T51313-2018[2]规定，分散充电设施在同一防火分区内应设置独立的防火单元，每个防火单元的最大允许建筑面积如表1 所示。

表1 集中布置的充电设施区防火单元最大允许建筑面积

本汽车库按地下汽车库划分防火单元，分为6 个防火单元分隔，单个防火单元建筑面积＜1000 m2，每个防火单元之间设置了防火卷帘或防火墙。

1 通风和排烟设计

1.1 防烟分区划分

汽车库防烟分区建筑面积不宜超过2000 m2，因电动车库设置了防火单元，每个防火单元之间设置防火卷帘进行了防火隔断，所以车库防烟分区按防火单元划分。共设置6 个防烟分区，每个防火单元之间的防火卷帘可作为活动挡烟垂壁使用。

1.2 通风及排烟量

1.2.1 通风量

根据JGJ10-2015《车库建筑设计规范》[3]规定，车库机械通风量应按照换气次数或者单台机动车排风量方法计算，目的是排除汽车排放的废气，但本车库为电动车库，不产生废气，根据电动车充电设施散热的特点，考虑到电动车库的通风降温，故通风量按照消除余热计算。

电动车库共配置10 台300 kW 总控箱，根据厂家提资，单台总控箱散热量约为25 kW，总散热量为250 kW。消除余热通风量按式（1）计算：

式中：G 为消除余热所需的换气量，m3/h；Q 为余热量，kW；tp为排出空气的温度，取35 ℃；ti为进入空气的温度，取保定地区夏季通风室外计算温度30.4 ℃；c 为空气的比热，取1.03 kJ/(kg·K)；ρ 为空气密度，取1.146 kg/m3。

计算得出排风量为165753.5 m3/h，折合车库换气次数约5.9 次/h。送风量取排风量的80%，送风量为132602.8 m3/h。

1.2.2 排烟量

因条件限制，本电动车库无法采用自然排烟，故采用机械排烟方式，由于电动车库排烟风量无规范要求，本设计参考《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB50067-2014 及《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017[4]中的两种不同排烟量的计算方法进行计算。

GB50067-2014 中汽车库的每个防烟分区的排烟量相关规定详见表2，本工程汽车库净高为5.85 m，不设置吊顶，参考表2 本车库每个防烟分区排烟量取34500 m3/h。

表2 车库每个防烟分区的排烟量

GB51251-2017 中规定了汽车库火灾达到稳态时的热释放速率，见表3，可根据热释放速率，并按照轴对称型烟羽流模型对各防烟分区排烟风量及相关参数进行计算。

表3 火灾达到稳态时的热释放速率

本工程设置了自动喷淋系统，故热释放速率按照1.5 MW 计算，按GB51251-2017 要求设置相关参数并计算得到的结果见表4。

表4 排烟系统相关参数及计算结果

计算得到每个防烟分区的排烟风量为27640m3/h，排烟系统剖面示意图见图1。

图1 排烟系统剖面示意图

由GB51251-2017 计算可知按火灾热释放速率所得到的排烟量小于GB50067-2014 中规定的排烟量，因此本工程设计排烟量则按照GB50067-2014 选取较大值。

总排烟量按按同一防火分区中任意两个相邻防烟分区的排烟量之和的最大值计算。排烟系统的设计风量不应小于该系统计算风量的1.2 倍，排烟设计风量=34500×2×1.2=82800 m3/h。排烟补风量=80%×82800=66240 m3/h。

1.3 通风排烟系统

1.3.1 通风与排烟系统的设置

通风与排烟系统尽量采用合用的方式，能够达到节省空间，降低造价的目的，本工程排烟采用机械排烟方式，车库为一个防火分区，可只设置一套排烟系统负担6 个防烟分区（防火单元）。

通风系统的一部分排风和排烟系统合用，合用原则为：排烟风机与排风风机合用，排烟主风管与排风主风管合用，排烟支风管和排风支风管分开设置，详见图2。

排烟系统设置补风系统，GB50067-2014 中仅规定汽车库内无直接通向室外的汽车疏散出口的防火分区，当设置机械排烟系统时，应同时设置补风系统，且补风量不宜小于排烟量的50%，虽然本车库设置了直接通向室外的汽车疏散出口，且为一个防火分区，但是本电动车库设置了防火单元，某个防火单元发生火灾时，防火卷帘会对其进行封闭，无法跨越防烟分区补风，导致烟气无法排出，故考虑补风系统分别补风至每个防烟分区，详见图2。

设置排烟补风系统时，通风系统的一部分送风与排烟补风系统合用，合用原则为送风风机与补风风机合用，送风主风管与排烟补风主风管合用，送风支风管和排烟补风支风管分开设置，详见图2。

图2 通风排烟系统图

1.3.2 风机配置

因排烟风量约为通风量的1/2，设置2 台等风量排风机，2 台等风量送风机，平时通风时2 台排风机、2台送风机同时运行，火灾时1 台排风机、1 台送风机运行，分别作为排烟风机和排烟补风机。排烟用风机需满足280 ℃时能连续工作30 min。

1.3.3 风阀设置

本工程各排烟支管采取常闭排烟阀与280 ℃防火阀组合设置的方式，不再使用大量的常闭排烟风口，降低了了控制系统复杂程度和造价。排烟风管穿越防火单元（防烟分区）时设置280 ℃防火阀。排烟风管防火阀与排烟阀设置详见图2。

每个防烟分区排烟补风管支管设置电动风阀DF03，排烟补风管穿越防火单元（防烟分区）处设置70 ℃防火阀。防火阀与电动阀设置详见图2。

风管穿越送、排风机房隔墙处，排烟风机入口处分别设置70 ℃或280 ℃防火阀，见图2。

排风与排烟，送风与排烟补风分界分别处设置电动风阀DF01 和DF02，见图2。

1.3.4 风管耐火极限

根据GB5251-2017 规定，设置在汽车库的排烟管道耐火极限不低于0.50 h，排烟补风管道耐火极限不应低于0.5 h，耐火极限包含承载能力、完整性和隔热性，本工程排烟及排烟补风管道采用镀锌钢板风管，但镀锌钢板满足不了耐火极限中的隔热性，在火灾状况下的承载性是否满足也没有相关的检测报告，故排烟及排烟补风管道需要做防火包覆以满足0.50 h 耐火极限要求。

同时《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018版）中规定，风管穿过防火隔墙、楼板和防火墙时，穿越处风管上的防火阀两侧各2.0 m 范围内的风管应采用耐火风管或风管外壁应采取防火保护措施，且耐火极限不应低于该防火分隔体的耐火极限。本车库防火单元之间的防火分隔耐火极限为2 h。排烟及排烟补风管穿越各个防火单元时分别设置了280 ℃和70 ℃防火阀，所以穿越防火单元的防火阀两侧2.0 m 范围内的排烟、排烟补风管、通风管耐火极限需要满足耐火极限不低于2.00 h。排烟及排烟补风风管耐火极限要求如图3 所示。

图3 排烟(排烟补风)管耐火极限示意图

为达到上述风管耐火极限的要求，本工程采用镀锌钢板+隔热玻璃棉+火克板的形式，并由专业厂家深化设计保证风管耐火极限。

1.4 通风排烟系统控制

由于车库划分了防火单元，且防烟分区按防火单元设置，每个防火单元之间设置了防火卷帘，火灾时着火防烟分区周围的防火卷帘下落，无法跨越防烟分区进行补风，故同一防烟分区的排烟补风口只能与排烟口设置在同一防烟分区，所以每个排烟分区需要设置排烟补风支管，且在排烟补风支管设置电动风阀DF03 与火灾报警系统联动。

排风与排烟主风管合用，排风支风管设置电动风阀DF01。送风与排烟补风主风管合用，送风支风管设置电动风阀DF02，每个防烟分区排烟支管设置常闭排烟阀和280 ℃防火阀。

平时和或火灾工况下，各通风排烟设备的启闭状态见表5。

表5 通风排烟设备启闭状态

当火灾发生时，各通风排烟设备的开启和关闭控制方式见表6。

表6 火灾发生时通风排烟设备控制方式

2 关于电动车库排烟系统的探讨

对于内燃机车，NFPA502-2020 通过大量全尺寸试验中给出了不同车辆的热释放速率。如表7 所示。

表7 不同车辆火灾峰值热释放速率

在GB5251-2017 中给出了汽车库火灾达到稳态时的热释放率，如表3 所示，与表7 对比，国内规范在计算排烟量时用的数据即“达到稳态时热释放速率”远低于实验数据。笔者认为主要是考虑到如果按实验热释放速率数据计算的到排烟量无疑是巨大的。会影响到汽车库的使用功能并引起造价的巨大增长。

对于本工程的电动汽车库火灾热释放速率，国内现行规范中并没有给出明确的规定。

Sun 等[5]总结了电动车不同类型锂电池的峰值热释放速率（QP匀RR），不同类型锂电池的峰值热释放速率与其电池容量EB的0.6 次方呈线形关系，并能和实验数据相接近。关系式为式（2），

式中：QP匀RR为峰值热释放速率，kW；EB为电池容量，Wh。

电动车火灾时，除了动力电池的热释放速率，还应包括其他可燃物热释放速率[6]。二者综合得到电动车火灾的热释放速率关系式（3）：

式中：QP匀RR为峰值热释放速率，KW；EB为电池容量，Wh；η 为燃烧效率，取值为1；Af为燃烧面积，m2；q''为电动车其他可燃物单位面积的峰值燃烧速率，MW/m2，取值为0.5。

本工程最大电池容量车辆为重型可卸式垃圾车，电池容量为3.24×105Wh，车身尺寸为9890（长）×2500（宽）×3080（高）mm。

根据式（3）计算，取电动车其他可燃物燃烧面积为车长×车宽=24.8 m2，计算得此电动车的峰值热释放速率为16.45 MW。该计算所得峰值热释放速率比NFPA502-2020 所给出多辆轿车火灾的热释放速率15 MW 稍大，远小于公共汽车的30 MW。且车辆的常见可燃物为塑料（ABS 塑料、PVC 塑料）及皮革、无纺布等。但此垃圾运输车量此类物质含量较少。所以燃烧面积取值较为保守，实际情况的可燃物的热释放速率应略小于计算值。

由于考虑到使用功能和造价，目前汽车库排烟设计规范中不按照汽车火灾实际热释放速率设计。故电动车火灾也不应按实际热释放速率设计。由于无具体规范可依，本设计暂按现行规范进行设计，并对排烟系统风量进行校核。

NFPA502-2020 对轿车的峰值热释放速率数据相对于NFPA502-2017 进行了调整，由5 MW 调整为了8 MW，GB5251-2017 汽车库热释放速率未做相关调整，具体数值见表8。

表8 热释放速率对比

排烟总风量为82800 m3/h，根据1.3.1 章节计算得出可负担热释放速率为5.4 MW。且本工程设置了喷淋系统，由表8 按倍数类比可得排烟总风量82800 m3/h 可负担的实际热释放速率约为28.8 MW（按NFPA502-2020）和18MW（按NFPA502-2017），均大于本工程电动车的热释放速率估算值16.45 MW。本工程按GB5251-2017 要求排烟风量按两个防烟分区排烟风量之和取值。若总风量仅负担一个防烟分区的火灾，则能满足计算得到的电动车火灾热释放速率的要求，若严格按照GB5251-2017 要求负担两个防烟分区排烟量则排烟量翻倍，导致无空间布置排烟风管和造价巨大。所以笔者建议若电动车库按照电动车实际热释放速率计算排烟量时，总排烟风量按照负担一个防烟分区风量计算。

3 结语

1）电动车车库平时的污染主要为热污染，计算通风量时应以通风降温为目的，按电气设备散热量计算通风量。

2）电动车库因划分防火单元的特点，为节省空间，降低造价，通风与排烟系统尽量合用，并综合考虑风阀设置，风管耐火极限、系统控制等达到经济、安全、合理的效果。

3）电动车库的排烟设计，现行规范没有给出具体要求，后续应予以规范。笔者分析完全按照火灾实际热释放速率不太现实，建议若电动车库按照电动车实际热释放速率计算排烟量时，总排烟风量按照负担一个防烟分区风量计算。