概念與基本原理
防煙分區:指建筑物中依據防火分區與疏散要求劃分的空間集合,通常在火災時需要形成相對獨立的煙控環境,保證人員安全疏散和消防救援通道的相對清潔。
并列運行:在此語境下,指兩臺或多臺排煙風機通過共用排煙風道或并聯風道布局,在運行時可以同時或按需啟停,用以實現所需的排煙風量與壓頭,或提供冗余備用。
并列工作的空氣動力學:并列風機的總風量、總壓頭與單臺風機特性曲線相互作用,風道系統的阻力曲線決定了并列運行時的工作點。若風機并聯(并列),在相同系統壓損下,總流量為各風機流量之和(若風機相同且運行工況一致),而系統壓頭由風道特性決定。
采用多臺并列風機的技術優勢
提高可靠性與冗余
多臺風機并列可提供N+1或更多冗余配置,一臺故障時,其他風機仍可維持部分或全部排煙能力,避免單點故障導致整個防煙分區失效。
在火災情形下,風機因高溫或控制問題失效風險增加,冗余成為保障生命安全的關鍵手段。
靈活調節與分段控制
根據火災規模、煙氣擴散狀況及不同時間段的排煙需求,可啟用部分風機滿足較低需求,從而節能并減少風道系統的壓力波動。
在大型空間或多聯通區域,能對不同方向或不同支路進行分區排煙,優化煙道流向,降低煙氣回流風險。
便于運輸與安裝
多臺中小型風相比單臺超大功率風機在現場運輸、安裝空間與結構承載方面更具優勢,適用于樓層限制或屋面尺寸受限的建筑。
結構上可分散振動與沖擊載荷,減小對建筑構件的集中影響。
節能與匹配效應
使用多臺風機并配合變頻控制,可按需調節轉速,避免在低需求工況下大功率風機低效率運行,從而提高系統整體能效。
通過并列和分段啟停,降低電網啟動沖擊電流,并能實現優化的能耗管理。
維護檢修便利
可實現不停機檢修策略,檢修時仍保留足夠風量維持防煙功能,提升系統可用率與建筑運營連續性。
設計與工程實踐要點
風機選型與特性匹配
并列運行的風機應優先選擇具有相似性能曲線的機型,避免因性能差異導致某臺風機長時間工作在不合適工況,出現“拖拉”或“甩負荷”現象。
在設計流量與壓頭時,需校核并列運行下的實際工作點,確保每臺風機均不超出其允許工作范圍(轉速、軸承、溫度等)。
風道與阻力布局
風道設計必須兼顧并列風機的氣動特性,合理配置匯流箱、逆止閥、消聲與消能裝置,避免氣流擾動、回流或不均勻分配。
對匯流段的斷面形狀與長度進行優化,以減小局部阻力與渦流產生,保證并列風機能均衡分擔負荷。
逆止裝置與防回流策略
每臺并列風機出口應設置逆止閥或止回裝置,防止停機風機在其他風機運行時出現反吹,造成軸承或電機異常負荷。
對于熱煙氣工況,應選用高溫型逆止裝置與耐火閥門,確保在高溫下依然可靠工作。
控制系統與啟停邏輯
采用集中可編程控制(PLC)或消防聯動控制策略,根據煙感、溫感、消防中控、風機故障及風道壓差等信息確定啟停順序與風量分配。
啟停邏輯應包括自動、手動與聯網遠程控制,并能在失電或控制故障時通過應急電源或機械聯鎖保障最基本排煙能力。
電氣與消防聯動
風機的電源應滿足消防電源、應急電源的供電切換要求,關鍵風機應接入消防應急電源(EPS或柴油發電機)。
風機啟停需與消防中控室或自動報警系統聯動,實現火警信號觸發時的優先啟停,并記錄運行事件以便追溯與分析。
溫度與材料耐火性考慮
排煙系統在火災工況下可能面臨高溫腐蝕與熱膨脹,風機與風道材料、密封件、軸承等需按照規范選用耐高溫或采取隔熱保護措施。
風機布置位置宜在能獲得維護與散熱的場所,同時需考慮高溫煙氣對風機本體與電機的影響,必要時采用隔熱箱或延長風道將高溫煙氣與設備本體隔離。
控制與協調策略
分級啟停:設定最低運行臺數以保證基本排煙能力,火情嚴重時逐步增加風機臺數直至滿足最大排煙需求。分級啟停應考慮風機啟動順序、啟動間隔與電網承載能力。
變頻控制:配合風機群采用變頻器進行統一或分組控制,實現流量精細調節,減少啟停機械磨損。變頻系統需具備耐熱、耐煙感應異常的保護邏輯。
壓力/流量閉環控制:通過測壓或流量傳感器反饋,維持目標壓差或流量,避免某臺或某些風機承擔過載。閉環控制提高并列系統的穩定性與效率。
故障自診斷與旁路策略:控制系統應能識別單臺風機的異常并自動調整其余風機工況,同時記錄故障事件以便維護提醒。
風險與挑戰
氣動不平衡風險:若風機特性或風道布局不當,易導致流量分配不均,部分風機長期超負荷或頻繁啟停,影響壽命。
控制復雜性提升:并列系統對控制邏輯、檢測元件與通訊可靠性提出更高要求,增加設計與調試工作量。
高溫煙氣對設備影響:在火災工況下,風機可能承受高溫煙氣沖擊,若未采取有效隔熱措施,會加速設備損傷。
規范與驗收合規性:不同地區與項目的消防規范對排煙系統并列運行有具體要求或限制,設計需嚴格對照規范并通過消防驗收。
規范與標準參考(概要)
在中國及國際工程實踐中,相關規范通常對排煙系統提出以下要求(列出為概要,具體項目需查閱最新法規):
防煙分區的最小排煙量與換氣次數要求;
風機故障情況下的最低備用能力(如N+1配置要求);
排煙系統的耐火等級、耐溫性與材料性能要求;
消防聯動、應急電源和自動啟停邏輯的強制性條款;
現場調試、風速/風量測試與驗收程序。
在工程設計階段,應結合國家現行消防規范(如《建筑消防設計規范》)、通風與空調相關標準及地方消防驗收要求,確保并列風機方案在法規框架內實施。
工程實施建議
在方案階段開展風機并列運行的氣動仿真分析(CFD)與風機群動態特性分析,驗證流量分配與風道阻力匹配。
選用具備良好可控性與變頻適配性的風機產品,確保風機間能實現平衡啟動與負荷共享。
設計中預留檢修空間與模塊化連接件,便于單臺拆換與維護,減少對系統整體運行的影響。
制定詳細的控制策略、啟停程序與應急預案,結合消防演練檢驗系統在火警情況下的可靠性。
在竣工驗收階段,進行工況下的風量、壓差測量與報警聯動測試,確保并列系統滿足所有功能性與安全性指標。
同一防煙分區采用多臺排煙風機并列運行是一種符合現代建筑防煙需求的發展趨勢。它在提升系統可靠性、增強冗余能力、實現按需調節與節能、便于安裝維護等方面具有顯著優勢。然而,并列運行也帶來了風機匹配、風道設計、控制策略與高溫耐受等技術挑戰。工程設計應以氣動分析與規范合規為基礎,結合合理的控制與保護措施,確保在火災工況下多臺并列風機能夠穩定、高效與可靠地協同工作,從而真正發揮其在保障生命安全與消防救援中的關鍵作用。