广东省充电车库的通风和排烟系统设计的思考

张 进，邱贤亮

（广州珠江外资建筑设计院有限公司 广州 510060）

0 引言

随着《电动汽车充电基础设施建设技术规程：广东省标准DBJ/T 15-150—2018》［1］的颁布执行，广东省充电车库的通风及排烟系统设计相较传统非充电车库［2-4］有了巨大的变化。文献［1］不仅对防火分区、防火单元的划分做出了明确要求，同时对设置充电设施的区域的通风量和排烟量的计算都提出更高要求。

由于文献［1］中对于防火单元分隔的相关要求，在火灾排烟工况下，每个防火单元自然形成独立防烟分区，着火防火单元电动排烟防火阀开启，其余防火单元电动排烟防火阀关闭。但在平时排风工况，所有电动排烟防火阀全部开启［1］，这也就意味着火灾排烟工况和平时排风工况的风管水力特性曲线发生了巨大的变化，而目前的车库通风和排烟系统设计并没有考虑到这点［5］。

1 充电车库的排烟量和排风量计算和系统选择

本文以一个住宅地下充电车库（案例1）和一个商业地下充电车库（案例2）为对象进行计算分析，两个案例的充电车库相关参数一致（层高为3.6 m，防火分区面积为1 700 m2），且均为非机械停车库。

根据文献［1］4.8.3 条的要求，本案例排风量按照不小于现行国家标准《车库建筑设计规范：JGJ 100—2015》［6］中换气次数计算风量的1.2倍［1］。

根据文献［1］4.9.13条的要求，本案例排风量按照不小于现行国家标准《汽车库、修车库、停车场设计防火规范：GB 50067—2014》［7］表8.2.4 的每个防烟分区的排烟量的1.2倍。

综上，本案例1 和案例2 充电车库的排风量和排烟量计算如表1所示。

表1 充电车库排风量和排烟量计算Tab.1 Calculation of Exhaust Air Volume and Smoke Exhaust Volume of Charging Garage

住宅地下充电车库由于平时排风量与火灾排烟量相差较大，风机选型采用双速风机以满足不同工况的风量需求，商业地下充电车库由于两种工况风量相近，则采用单速风机系统［8］。

2 充电车库火灾排烟和平时排风工况的风管阻力计算

由于充电车库对于防火单元分隔的要求，在火灾排烟和平时排风两种工况下，随着电动排烟防火阀的开启或关闭，风管的阻力曲线发生了巨大的变化［9］。

管材是管道主体结构的主要材料，管材质量直接影响到管道的焊接质量以及使用寿命。PE管道系统设计通常以50年测试数据为依据，对于给水管道系统中的管材，在中国必须符合GB 13663.2—2005《给水用聚乙烯（PE）管道系统 第2部分：管件》，在澳大利亚、新西兰、南太岛国必须符合AS/NZS 4130—2009/Amdt 1—2009《聚乙烯（PE）管材压力应用》规定的要求。

本文所述案例1 为住宅建筑地下充电车库，采用双速风机系统，其排烟排风系统示意图如图1所示。

图1 案例1排烟排风系统示意图Fig.1 Schematic Diagram of Smoke and Air Exhaust System in Case 1

火灾排烟工况的风管最不利环路为a-b-c-d-ef-g-h-i-j-k，这时电动排烟防火阀1-2-3 号阀门均关闭，仅4 号阀门开启，主风管风速取值为14.63 m/s，风管水力计算结果如表2所示。

本文相关典型局部阻力系数参考《实用供热空调设计手册》［10］的内容取值，其中进风防雨百叶取3.0，矩形风管排烟防火阀全开取0.19，90°弯头取0.39，60°弯头取0.15，系统起始端合流三通取2.23，末端合流三通取0.10，止回阀取0.60，侧排风口取0.80。

平时排风工况的风管最不利环路为a-b-c-d-e-f-g-hi-j-k，这时电动排烟防火阀1-2-3-4号全部开启，主风管风速取 值 为9.66 m/s，经风管水力计算结果如表2所示。

表2 案例1风管水力计算Tab.2 Case 1 Air Duct Hydraulic Calculation

火灾排烟工况风管阻力为971.746 Pa，平时排风工况风管阻力为228.324 Pa。

本文所述案例2为商业建筑地下充电车库，采用单速风机系统，其排烟排风系统示意图如图2所示。

图2 案例2排烟排风系统示意图Fig.2 Schematic Diagram of Smoke and Air Exhaust System in Case 2

平时排风工况的风管最不利环路为a-b-c-d-e-f-g-hi-j-k，这时电动排烟防火阀1-2-3-4号全部开启，主风管风速取 值 为8.58 m/s，风管水力计算结果如表3所示。

火灾排烟工况的风管最不利环路为a-b-c-d-ef-g-h-i-j-k，这时电动排烟防火阀1-2-3 号均关闭，仅4 号阀门开启，主风管风速取值为8.58 m/s，风管水力计算结果如表3所示。

表3 案例2风管水力计算Tab.3 Case 2 Air Duct Hydraulic Calculation

火灾排烟工况风管阻力为775.172 Pa，平时排风工况风管阻力为315.324 Pa。

3 充电车库火灾排烟和平时排风工况的风机设备选型

根据第2 节的计算结果，本文两个案例的风机设备选型如表4 所示，其中案例2 为了满足火灾排烟工况的需求为前提［11］，按照火灾工况的阻力要求作为风机机外余压要求［12］：

表4 充电车库风机选型参数要求Tab.4 Parameter Requirements for Fan Selection in Charging Garage

由于风机工作在完全不同的两种风管阻力曲线下，风管阻力的风量和阻力之间并不满足经典的平方关系，经过对多个风机厂家的调研，风机无法同时满足两种工况的风量、风压的要求。为了满足火灾排烟工况的需求为前提，按照火灾工况的阻力要求作为风机机外余压要求进行案例1、案例2的风机选型，如图3、图4所示。

图3 案例1双速离心消防风机选型曲线Fig.3 Selection Curve of Two speed Centrifugal Fire Fan in Case 1

图4 案例2前倾式单速离心消防风机选型曲线Fig.4 Case 2 Model Selection Curve of Forward Tilt Single Speed Centrifugal Fire Fan

对于双速离心排烟排风风机，由于排烟工况机组机外余压要求高，常规风机选型采用后倾式离心排烟排风风机［13］，根据案例1 的双速离心消防风机的选型曲线，双速风机高速排烟工况工作点A（风量37 080 CMH，余 压971 Pa）和低速排风工 况 点 B（ 风 量24 489 CMH，余 压437 Pa），低速排风工况点虽然满足风量要求，单风机余压远超设计工况点C（风量24 480 CMH，余压228 Pa）。考虑到风机与风管的自适应性能，在平时排风工况时，风机低速工作曲线与管道阻力曲线将相交于工况点D（风量约28 150 CMH，余压约310 Pa），这必然造成风管风速过高（约11.1 m/s>设计工况9.66 m/s），风机轴功率增加（约4.50 kW>设计工况2.85 kW，增幅57.9%），对地下室车库运行噪音和风机运行能耗都产生了较大影响，但由于风机轴功率并未超出风机低速排风工况点B 的轴功率电机荷载范围，不会出现电机过载烧机状况。

对于案例2 的离心排烟排风风机，由于排烟工况机组机外余压要求并不高，常规风机选型采用前倾式离心排烟排风风机，根据案例2 的单速离心消防风机的选型曲线，单速风机高速排烟工况工作点A（风量37 080 CMH，余压793 Pa），单风机余压远超平时排风设计工况点B（风量37 080 CMH，余压315 Pa）。考虑到风机与风管的自适应性能，在平时排风工况时，风机低速工作曲线与管道阻力曲线将相交于工况点D（风量约50 000 CMH，余压约600 Pa），这必然造成风管风速过高（约13.2 m/s>设计工况8.58 m/s），风机轴功率达到22.50 kW，超出了设计工况点电机选型额定功率（18.5 kW），造成电机过载烧机的状况，对地下室车库运行噪音和风机设备安全运行产生巨大影响。

如按照后倾式离心风机进行选型，如图5所示，根据案例2的后倾式单速离心消防风机的选型曲线，由于后倾式离心风机曲线变化斜率较大，即使在排烟工况工作点A和排风设计工况点B的机外余压差距巨大的情况下，系统实际工作工况点C（风量约42 500 CMH），增量并不大（约14.62%），风管风速超标并不严重（约9.8 m/s），且风机实际工作轴功率无明显增加，对地下室车库运行噪音和设备安全运行影响较小。但由于其实际运行工况轴功率仍然达到14.50 kW，比设计工况轴功率增幅达到222%，运行能耗大幅增加。

图5 案例2后倾式单速离心消防风机选型曲线Fig.5 Case 2 Model Selection Curve of Backward Tilting Single Speed Centrifugal Fire Fan

4 充电车库单速双风机系统解决方案

根据上述分析结果，由于充电车库的火灾排烟和平时排风工况的风管阻力曲线存在较大的区别，传统的双速风机系统和单速风机系统无法同时满足两种工况的风压和风压要求，平时排风系统都处于高风速、高能耗的状态下，因此可考虑通过以下措施来调控设备：

方案1：风机入口主风管处设置电动对开多叶调节阀，可设定阀门在不同工况下对应不同的开启角度：排烟工况时完全开启，排风工况时仅打开所需的角度，以消耗多余的压力，使管道最不利环路的阻力符合设备平时排风工况的输出参数，末端风口的排风量也可满足设计值。但本方案最大的问题在于：

⑴通过阀门消耗风机多余风压，造成了大量的能耗浪费：案例1的双速风机低速排风工况，轴功率达到4.50 kW，比设计工况增幅达到57.9%；案例2 的单速风机排风工况，电机功率达到14.5 kW，比设计工况增幅达到222%。

⑵由于在消防排烟系统的主管道上设置了电动风量调节阀门，对火灾排烟状态的可靠性可能产生较大影响。

方案2：设置两台单速风机，分别负责火灾排烟和平时排风工况。此方案仅需要根据计算结果选择对应的设备参数，可满足不同工况下的设计参数要求，两种工况的设备均独立运行。此方案的风系统原理如图6所示。

图6 案例1单速双风机风系统原理Fig.6 Schematic of Single Speed Double Fan System in Case 1

5 小结

本文对常规单速单风机系统、双速单风机系统在充电车库火灾排烟工况、平时通风工况的风管设计阻力进行计算对比，同时结合风机设备选型，得出以下结论：

⑴在充电车库排烟排风系统设计中，传统单速风机系统、双速单风机系统如无法满足平时通风工况的设计要求，造成实际运行时风速过高，风机轴功率大幅增加，对车库运行噪音、风机运行能耗、风机设备运行安全都产生了不利影响。

⑵与前倾式离心式风机相比，后倾式离心风机由于性能曲线斜率较高，更符合商业建筑地下充电车库对压力变化范围大的需求。

⑶综合考虑能耗及可靠性问题，建议采用单速双风机系统解决上述问题，设置两台单速风机，分别负责火灾排烟和平时排风工况。