徐建兵等：排烟防火阀联动控制消防风机的措施探讨
相关规范对排烟防火阀的联动控制要求
>>>> GB 51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》（以下简称《烟标》）
《烟标》对“风机”的控制有如下规定：
a. 第5.2.2条规定，系统中任一排烟阀或排烟口开启时，排烟风机、补风机自动启动；排烟防火阀在280℃应自行关闭，并应连锁关闭排烟风机和补风机。
b. 第4.4.6条规定，排烟风机应与风机入口处的排烟防火阀联锁，当该阀关闭时，排烟风机应能停止运转。
>>>> GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》（以下简称《火规》）
关于排烟风机的联动控制内容基本与《烟标》一致，但第4.5.5条只规定了排烟风机入口处的排烟防火阀关闭后需停止排烟风机，未明确是否停止补风机。
>>>> GB 55036-2022《消防设施通用规范》（以下简称《通规》）
《通规》关于排烟防火阀联锁关闭“风机”的规定，是对传统控制的重大改变。内容如下：
a. 第11.1.5条中，关于“风机”的启动控制与《烟标》第5.2.2条的规定类似，也有“当任一排烟阀或排烟口开启时，相应的排烟风机、补风机均应能联动启动”的规定。
b. 第11.3.5条规定“下列部位应设置排烟防火阀，排烟防火阀应具有在280℃时自行关闭和联锁关闭相应排烟风机、补风机的功能：
1 垂直主排烟管道与每层水平排烟管道连接处的水平管段上；
2 一个排烟系统负担多个防烟分区的排烟支管上；
3 排烟风机入口处；
4 排烟管道穿越防火分区处。”
上述排烟防火阀设置位置虽然与《烟标》第4.4.10条基本一致，但要求这些排烟防火阀“应具有……联锁关闭相应排烟风机、补风机的功能”的规定，是《通规》与《烟标》《火规》的主要区别，也是本文讨论研究的重点。
依据上述规定，排烟防火阀在排烟管上的位置可归纳为：排烟主管（见《通规》第11.3.5条第3款）；支干管（见第1款、第4款）；支管（见第2款）。根据《通规》第11.3.3条规定，公共建筑的竖向排烟系统每段服务高度应小于或等于50 m，如果建筑层高按照4 m计算，在50 m高度内，竖向至少有10个以上的防烟分区，排烟主管、支干管、支管上设置的排烟防火阀在10个以上，其主管上设置的排烟防火阀在280℃时的关闭信号，是优先级最高的停机信号，风机停止后将不再启动。那其余设于支干管、支管上的排烟防火阀，都是控制优先级最高的吗？其中任一动作停止“风机”后，风机就不能再启动了吗？若这样的话，《通规》第11.1.5条关于“当任一排烟阀或排烟口开启时，相应的排烟风机、补风机均应能联动启动”的规定，又该如何执行呢?
暖通专业的工艺要求
笔者通过与暖通专业的相关专家进行详细交流、沟通后了解到，在满足《通规》相关规定的情况下，当设计采用一组排烟风机、补风机服务于多个防火、防烟分区时，风机的控制需要考虑到火焰、烟气在不同防烟分区间蔓延的可能性，支干管、支管上排烟防火阀的关闭信号不应是最高控制优先级，对风机的控制需满足如下要求：
a. 当某防烟分区支管上的排烟防火阀在280℃关闭并联锁停止风机后：①本防烟分区的排烟阀（口）开启，风机不再启动；②非本防烟分区排烟阀（口）开启，该开启信号应能让风机再次启动。
b. 当带有2个及以上防烟分区的支干管上的排烟防火阀，在280℃关闭并联锁停机后：①在本支干管负担的所有防烟分区内，排烟阀（口）开启，风机不再启动；②非本支干管负担的防烟分区内的任一排烟阀（口）开启，该开启信号应能让风机再次启动。
c. 在第a点第②条及第b点第②条的场景中，当所述排烟防火阀280℃关闭信号和排烟阀（口）开启信号同时存在时，已经运行的风机应保持运行。
d. 主管上的排烟防火阀在280℃关闭并联锁停机后，风机不再开启。
联动控制优先级的确定
当一组“风机”服务于多个防火、防烟分区时，上述用于自动控制“风机”启、停的触发信号数量较多，且可能来自于不同的防火、防烟分区，要满足暖通工艺要求的“风机”控制，其首要任务是确定这些信号的控制优先级。根据暖通工艺要求梳理的控制优先级如下文所述。
>>>> 自动控制最高优先级
排烟风机入口处的排烟防火阀关闭、停止“风机”的控制，是自动控制中的最高优先级。其动作后，其他自动控制的启动信号无效。
>>>> 带有2个及以上防烟分区的支干管系统控制信号的优先级
a. 某支干管（M）上排烟防火阀停止“风机”的控制，优先于该支干管负担的所有防烟分区内排烟阀（口）启动“风机”的控制。前者动作控制“风机”停止后，后者的启动控制无效。
b. 其他支干管（N）负担的防烟分区内的任一排烟阀（口）启动“风机”的控制，优先于上述支干管（M）上排烟防火阀停止“风机”的控制，前者启动信号发出后，后者停止信号失效，风机应再次启动或保持运行状态。
>>>> 排烟支管上控制信号的优先级
a. 某支管（A）上排烟防火阀停止“风机”的控制，优先于该支管负担的防烟分区内排烟阀（口）启动“风机”的控制。前者动作控制“风机”停止后，后者的启动控制无效。
b. 其他支管（B）负担的防烟分区内的任一排烟阀（口）启动“风机”的控制，优先于上述支管（A）上排烟防火阀停止“风机”的控制，前者启动信号发出后，后者停止信号失效，风机应再次启动或保持运作状态。
电气控制方案比选
消防联动控制系统认证标准GB 16806-2006《消防联动控制系统》和《火规》已经执行多年，“风机”的控制逻辑要求相对比较简单，启、停控制仅需动作一次就能满足要求。但基于《通规》的新要求及对暖通专业的工艺分析，“风机”的启、停控制不是一次性的，有多次控制的可能，在信号采集、逻辑编程及控制实施方面较原标准复杂得多，对电气设计将带来较大变化。为此，笔者提出两个方案：方案1——采用传统控制思路，在不影响目前消防联动控制器既有功能的前提下，将上述复杂的逻辑控制放到“风机”控制箱的继电控制电路来完成；方案2——利用消防联动控制系统进行信号采集和逻辑编程，通过一组启动、停止联动控制模块，实现对“风机”的控制。
>>>> 方案1的控制特点和问题分析
>> 方案1的控制特点
方案1沿用了传统的继电逻辑控制思路，符合部分地区要求排烟防火阀采用“硬线”控制停止“风机”的习惯。以本文1.3节所述竖向10个防烟分区的应用场景为例，在国标图集16D303-2《常用风机控制电路图》P18“排烟（加压送风）风机电路图XKY（J）F-3”的基础上，对控制电路进行调整，见图1。需要说明的是：①图中仅表达了与本文继电控制逻辑相关的内容，其余内容参见原图；②为简化图示，图中仅表达了在主管和支管设置排烟防火阀的情况，未表达支干管上设置阀门的情况。
控制电路特点如下：
a. 当某一防烟分区着火时，其排烟阀（口）的动作信号作为“风机”的启动触发信号，由消防联动控制器通过相应的控制模块联动控制“风机”启动。10个防烟分区有10个控制模块，需10个中继器（KAq1~KAq10）接收该信号。
b. 排烟风机入口处排烟防火阀（KH）的动作信号，是优先级最高的停机控制信号。按传统做法采用“硬线”将其连接至排烟风机控制箱，控制停机流程如下：
KH闭合→中继器KA7得电→KA7常闭触点断开→CPS线圈失电→“风机”停机，之后不再启动。
c. 将各防烟分区排烟支管上排烟防火阀（KH1~KH10）的动作信号，采用“硬线”连接至“风机”控制箱，再通过中继器接入逻辑控制电路用于停止风机。10个支管排烟防火阀需要10个中继器（KAt1~KAt10）接收信号。
d. 将上述启、停信号按防烟分区进行分组（需要10个分组中继器，见KAf1~KAf10），所搭建的继电控制电路可实现本文第3章所述的控制逻辑。
>> 方案1存在的问题
方案1中，消防联动控制器通过简单的“与”逻辑驱动控制模块，这种传统的逻辑控制比较简单，但存在的问题也很突出：
a. 同一台“风机”用于启动的控制模块数量及其逻辑与传统设计不同。
传统设计中，一台“风机”无论为多少个防烟分区服务，火灾时只通过一个控制模块对“风机”进行自动启动控制。但根据图1所示继电控制电路的要求，控制模块需与防烟分区一一对应。上述案例中，一台“风机”需要10个模块，为此将导致火灾自动报警系统联动控制模块数量大量增加，系统及逻辑编程都变得很复杂。
b. 大量控制信号直接接入控制箱，继电器数量大，上述案例中需要30个中继器才能满足要求，控制电路复杂，可靠性低。
c. 将所有排烟防火阀的无源触点信号采用“硬线”连接到“风机”控制箱，布线成本高，线路的连接点太多，可靠性低。
d. 同一项目中，每组“风机”服务的防烟分区数量不同，控制电路也会不同，电路图无法做到标准化设计，这将给设计师增加很大的工作量，也给生产制造、现场调试带来极大的不便。
>>>> 方案2的控制特点和问题分析
>> 方案2的控制特点
充分利用消防联动控制系统的信号采集、逻辑编程和联动控制功能，将复杂的逻辑编程交由消防联动控制系统完成，这样控制电路相对简单，仅需对传统控制电路进行适当调整即可满足要求，见图2。
控制电路特点如下：
a. 将“风机”服务区域内的排烟阀（口）的动作信号及排烟支干管、支管上排烟防火阀的动作信号，分别作为“风机”的启、停触发信号，通过总线信号模块接入消防联动控制系统。火灾时由消防联动控制模块通过图2中的KA03、KA04信号中继器，对“风机”进行启、停控制。
b. 排烟风机入口处排烟防火阀（KH）的动作信号，是优先级最高的停机控制，做法同方案1。
c. 传统“风机”控制电路只需要一个自动启动控制中继，而本方案需要KA03、KA04两个控制中继，分别对风机进行启、停控制。
>>方案2对消防联动控制器的要求有别于传统的消防联动控制
传统“风机”的自动控制只需要一个消防联动启动控制模块（见16D303-2 P18电路图），而方案2需要两个不同的消防联动控制模块，一个负责启动（此处称模块C1，对应控制中继KA03）、一个负责停止（此处称模块C2，对应KA04）。控制流程举例如下：
a.当防烟分区A着火→C1动作→KA03得电→KA1得电并自保持→KA1常开触点闭合→CPS线圈得电→“风机”启动。
b.当防烟分区A支管上排烟防火阀关闭→C2动作→KA04得电→KA04常闭触点打开→CPS线圈失电→“风机”停机。
c.当另一防烟分区B着火时，C1是否动作已经不重要，因为之前KA1已经自保持，要联动“风机”重新启动，就需要控制C2复位，即：C2复位→KA04失电复位→KA04常闭触点闭合→CPS线圈得电→“风机”再次启动。同理，当防烟分区B支管上排烟防火阀关闭时，又将按照b点的流程进行停机控制。
d.若防烟分区A、B属于同一支干管（M）负担的区域时，在上述a、c的情况下，当该支干管上的排烟防火阀在280℃关闭并停止风机后，C2将保持动作状态，风机不再启动。
e.若防烟分区A属于支干管（M）负担的区域，而防烟分区B属于另一支干管（N）负担的区域时，即便支干管M上的排烟防火阀关闭并停止风机，当B分区着火，应按照第c点控制“风机”再次启动。
从上述分析可以看出，消防联动控制器对模块C2的正确控制是完成本文第3章所述控制逻辑的关键。根据逻辑编程控制模块C2的动作、复位，可实现“风机”的多次启、停控制；同时，控制模块采用电平信号输出也是必不可少的前提条件。
>> 推荐采用方案2
方案2优点很明显，它充分发挥了消防联动控制系统灵活的信号采集、逻辑编程、联动控制的功能优势，将重要的逻辑编程交由消防联动控制器来完成，系统接线简单、布线成本低、控制模块少，仅需对传统控制电路稍作修改即可满足要求，整个系统可靠性高。另外，该方案对消防联动控制系统提出了更高要求，要求通过联动控制器的逻辑编程，实现本文第3章所述的相对比较复杂的优先级控制。
采用总线控制更符合《通规》及工程实际需求
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本文有删减，全文载于《建筑电气》2023年第10期，详文请见杂志。
版权归《建筑电气》所有。
作者：
徐建兵，男，中国建筑西南设计研究院有限公司，教授级高级工程师，院副总工程师。
郭东，男，中国建筑西南设计研究院有限公司，高级工程师，深圳院电气总工程师。
