浅析地铁出入口-地下通道通风排烟设计

浅析地铁出入口\地下通道通风排烟设计

摘要：

本文讨论了地铁车站出入口和地下通道的通风排烟系统的设计思路和方法。在现行设计规范前提下，从理论方面计算合并防烟分区或独立防烟分区的设置对系统设备容量的影响，另从实际工程验证了防烟分区过多将减少系统实际运行风量，影响系统排烟效果，得出地铁车站出入口和通道应宜设置独立防烟分区，并配置独立通风排烟设备，有利于减少通风系统支管及转换风阀数量，减少系统非正常漏风量，消除过多的防烟分区对车站公共区防烟分区的影响，有效简化地铁车站防排烟系统控制模式，提高系统稳定性，保证车站安全、经济运行。

关键词：

地铁出入口、地下通道、防烟分区、通风排烟系统、独立防烟分区

1 前言

地铁车站属于交通建筑，人员密度大，车站出入口和通道形式各异。对于地下式车站，其空间相对密闭，如发生火灾，烟气不能及时排除的话，将影响人员疏散，造成不可估量的人损失。地铁公共区、出入口及地下通道作为地铁车站用于人员疏散的重要区域，该部位通风排烟设计应做到稳定可靠。目前相关国家规范对于上述部分已有原则性要求和基本计算方法，实际工程设计因地方标准和习惯做法而不同。如何将此区域的通风排烟系统优化，有效排除烟气，最大程度保护人员安全成为该部分设计的重点。

笔者有幸参加了全国几个城市地铁的通风空调设计工作，发现地铁出入口和通道部分通风排烟系统在屏蔽门制式与开式系统这两种通风空调系统中差别不大。下面就以合肥2号线某车站为例，详细介绍本车站内出入口通道和地下通道与公共区防排烟设计思路和方法。

2. 设计思路

2.1 规范法规对地铁车站出入口和通道的要求

地铁车站的出入口及地下通道属于地下空间，应符合《建筑设计防火规范》GB50016中关于地下空间、地下通道的防排烟要求，如地下空间防烟分区面积不大于500m2。另一方面，根据地铁的相关设计规范，如《地铁设计规范》（GB 50157-2013）和《城市轨道交通技术规范》（GB 50490-2009）对地铁车站的公共区、出入口通道，地下通道的防烟分区大小、排烟量计算和排烟设备的计算选择做了详细规定，如下表：

防烟分区技术要求（表1）

通过上表，对于普通双层岛式车站，当其通道长度小于60米的时候，车站内部的防排烟系统仅包含公共区通风排烟系统和设备管理区通风排烟系统。从车站功能定义、车站FAS/BAS控制系统而言，两排烟系统设备相互独立，设计内容方面无重合部分。当车站内部设备管理用房过多、包含渡线或出入口受地面建筑影响而布置在远离车站主体位置时，车站出入口和地下通道通常将超过60米。面对此类车站，设计者应详细分析，并区别对待。

2.2 目前的科研成果

目前，国内科研院所对地铁通风排烟工况的模拟研究取得了很大进展。例如，文献“地铁防排烟系统性能的试验研究”（以下简称之为文献1）通过实际工程中详细检测发现“……站厅的通风排烟系统在向火灾模式的切换过程中，阀门、土建风道处的泄漏比较严重，且风机的排风量未达到设计要求……”即按照规范设计的排烟系统，而站厅层排烟量未达到规范要求。可知，通风排烟系统负担防烟分区过多的话，系统分支多，转换风阀多，系统漏风量大，影响系统排烟效果，甚至无法满足设计规范对该区域的要求。又如，文献“地下长通道补气口位置对火灾机械排烟效果的影响”（以下简称之为文献2）通过对车站实际检测得出“……在实际地下长通道中设置火灾机械排烟和补气系统或对火灾时机械排烟口和补气口进行启动控制时，总体上应遵循‘远端补气、近端排烟’的策略……”可以达到有效性和经济性的统一。以上研究均对地铁车站通风排烟系统设计提供了有力的理论依据。

2.3 设计过程

合肥市某地铁车站，为地下二层岛式车站，车站公共区通风空调系统采用屏蔽门制式。车站内部包含了渡线，设备房间包含了整流变压器室，0.4KV开关轨室等大型设备用房，车站总长达280米左右，车站左端4、5号出入口与车站公共区之间由两段地下长通道连通。笔者将上述两项结果应用于合肥2号线某车站的通风空调设计中，划分独立防烟分区，为车站出入口和通道部分及车站公共区部分独立设置排烟系统，简化了车站通风排烟系统设计。

本车站防烟分区示意图如下

本车站的防烟分区及计算表如下：

车站公共区防烟分区计算表（附表2）

下面就出入口及通道与公共区和并与独立设置通风排烟系统两种设计思路对比。

2.3.1 如果将防烟分区1～4直接并入公共区防烟系统，为一个通风排烟系统，计算排烟风机设备，见下表。

通风排烟系统设备计算表（附表4）

通风排烟系统原理图如下：

通过表4计算结果，排烟风机“PY-I”选型风量L=1.2×97200=116640(m3/h)，排烟风机“PY-II”选型风量L=1.2×48600=58320(m3 /h)。该系统缺点是，排烟风机“PY-I”负担系统的风量过大，根据文献1结论，将导致系统漏风量将严重，致系统无法达到规范要求的排烟量，影响系统安全可靠性，设计中应避免该做法。

2.3.2 如果将防烟分区1～3和防烟分区4设置独排防烟系统，分别设计成两个通风排烟系统，见下表。

通风排烟系统设备计算表（附表5）

通风排烟系统原理图如下：

通过表5计算结果，公共区排烟风机“PY-I”和“PY-II”的选型风量均为L=1.2×48600=58320(m3 /h)；出入口和通道排烟风机分为两个防烟分区，其排烟风机“PY-1”的选型风量L=1.2×41280=48536(m3 /h)；排烟风机“PY-2” 的选型风量L=1.2×27720=33264(m3 /h)。

2.4 系统分析

下面着重讨论两种系统形式下，排烟风机“PY-1”的性能参数。

风机的风量、功率关系：-------------------公式1

风机电机功率为：-------------------公式2

（1）公式1中，L1表示负担公共区与出入口和通道的排烟风机“PY-1”的风量，L2表示仅负担公共区的排烟风机“PY-1’”的风量。N1、N2则分别表示对应风机的功率。L表示风机风量，P表示风机风压。由公式1，2可知，若两风机的风压不变，当L1 是L2的2倍，则风机功率N1为N2的4倍。

（2）另根据《通风与空调工程施工质量验收规范》矩形风管的允许漏风量根据下式计算。按排烟系统为中压系统，取P=1000Pa，则通风系统单位漏风量为：

-------------------公式3

根据经验估算公式，排烟系统漏风量约为总风量的3％～4％，可知：漏风量与风量为正比关系，即。若系统负担防烟分区多，支风管过多，站厅的通风排烟系统在向火灾模式的切换过程中，阀门、土建风道处的泄漏比较严重，且系统漏风量随风管面积增加，系统运行效果更为恶化，无法达到系统要求的风量。

（3）地下空间局限所致，风机负担防烟分区过多的话，将影响排烟风管布置，可能使排烟风口距离出入口部过近，影响排烟效果，无法满足“远端补气、近端排烟”的策略。若将出入口和通道部分与公共区分开布置通风排烟系统，可以灵活设计风管路位置，积极有效排烟，达到预定效果。

（4）根据附表5和附图2，出入口和通道由排烟风机“PY-1，2”两台风机负担，公共区由“PY- I，II”两台风机负担。这样划分系统，减少了风阀转换动作，简化了控制系统，避免了因风机故障导致该防烟分区无法排烟的状况。