浅谈排烟风机的控制

在实际工程中，关于硬线控制的要求，也出现了一些讨论。即硬线控制应该覆盖多大范围？是硬线控制越多越可靠吗？该文针对有关规范的要求，规范条文的说明，以及笔者的理解对上述问题进行了探讨。 
1 排烟系统的功能目标 
显然，作为一种火灾救援设备系统，排烟系统的唯一职责和唯一工作目标应该是实现火灾情况下的排烟，而不仅仅是排烟系统中一部分排烟装置的启动。 
2 一个简单排烟系统的装置组成及内部相互关系 
一个服务于某一区域的简单排烟系统往往由1台排烟风机、与该风机连接的排烟管、排烟管上的阀门、排烟口组成。举例如下。 
要素装置一：排烟风机―― 排烟系统的核心装置。在烟道开通的情况下，其成功的启动，是排出烟气的必要条件。 
要素装置二：280 ℃排烟防火阀―― 
常开阀，烟气温度高于280 ℃时会熔断关闭，封闭烟道。按照规范，此时排烟风机将被联锁关闭。 
要素装置三：电动阀门―― 一部分工程会在排烟道上设置电动阀门（图1所示电动阀门的设置做法为地铁排烟系统的一种做法。）该阀门是常闭阀门，需要排烟时，电动开启，开放烟道。 
要素装置四：电动排烟口―― 当排烟风机服务区域多于一个防烟分区时，火灾情况下，火灾发生区域对应防烟分区的电动排烟口应开启，而平时，所有排烟口均应关闭。 
也存在相对复杂一些的排烟系统，风管上会设置更多一些电动阀门。 
由图1可知：（1）阀门与风机属于串联关系。如阀门关闭，烟道（图1中为排烟管）被封闭，风机的启动是无效的（即无法实现排烟目标，以下同义）。（2）排烟口之间是并联关系。但把排烟口看做一个并联组时，该并联组与风机也是串联关系。即，当无一排烟口打开时，烟道亦是封闭状态，排烟风机的启动亦是无效。（3）若要成功实现排烟目标，需同时满足烟道开放、风机开启两个条件。即，目标排烟路径上的常闭阀门全部打开，排烟口至少有一个打开，同时风机成功启动。（4）同时，对于较图1复杂的系统中可能还设置有更多的烟道开关（阀、口、窗等）（下文对阀门、排烟口、电动防火排烟窗等在烟道上起开关作用的装置统称为烟道开关），其要实现开启烟道、排出烟气的目的，相应联动操作就更为复杂。 
                           

3 有关规范对排烟风机控制的要求及其执行情况说明和笔者的理解 
3.1 关于280 ℃排烟防火阀联锁关闭排烟风机 
3.1.1 要求 
《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）4.5.5排烟风机入口处的总管上设置的280 ℃排烟防火阀在关闭后应直接联动控制风机停止，排烟防火阀及风机的动作信号应反馈至消防联动控制器。 
3.1.2 执行情况 
该条已在工程实施中普遍良好执行，且包括国标图集在内的各类图集中排烟风机控制原理图里均将280 ℃排烟防火阀的常闭点串联进入的排烟风机控制接触器的二次回路内，其对排烟风机的关闭具有绝对控制作用。（见图2） 
图2中YF即为280 ℃排烟防火阀的常闭触点。KM为排烟风机的控制接触器线圈。当280 ℃排烟防火阀熔断关闭时，YF由常闭状态转换为断开状态，从而切断KM接触器线圈的电源，使得接触器线圈失电，主回路的接触器主触头转变为打开状态，继而切断排烟风机电源，使风机停止。 
3.1.3 笔者的理解 
烟气超过280 ℃时，排烟防火阀关闭后，烟道被封闭，显然已经不再进行排烟了，排烟风机没有再继续工作的必要。采用硬线常闭点串联在风机控制接触器线圈的电源回路上，是较为可靠的。且对于控制关闭的目的，该方式也是最为简单、有效的实现方式。该项措施的执行，未见其余讨论意见。 
3.2 关于电动风阀、排烟口、排烟风机的联动控制及硬线控制 
3.2.1《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）的要求 
（1）要求。 
4.5.2条排烟系统的联动控制方式应符合下列规定。 
①应由同一防烟分区内的两只独立的火灾探测器的报警信号作为排烟口、排烟窗或排烟阀的联动触发信号，并应由消防联动控制器联动控制排烟口、排烟窗、或排烟阀的开启，同时停止该防烟分区的空气调节系统。 
②应由排烟口、排烟窗、或排烟阀的动作信号，作为排烟风机启动的联动触发信号，并应由消防联动控制器控制排烟风机的启动。 
4.5.3条防烟系统、排烟系统的手动控制方式，应能在消防控制室内的消防联动控制器上手动控制送风口、电动挡烟垂壁、排烟口、排烟窗、排烟阀的开启或关闭及防烟风机、排烟风机等设备的启动或停止，防烟、排烟风机的启动、停止按钮应采用专用线路直接接至设置在消防控制室内的消防联动控制器的手动控制盘，并应直接手动控制防烟、排烟风机的启动、停止。 
（2）执行情况。 
针对4.5.2条的规定，目前多已由火灾自动报警系统实现了报警与烟道开关的联动和烟道开关与排烟风机的联动。  针对4.5.3条的规定，目前常用的国标图集中均有消防应急启动的硬线开关控制排烟风机直接启动；未见有消防应急启动的硬线开关关闭排烟风机的做法；烟道开关与排烟风机的联动一般为消防系统软件完成，也有排烟口微动开关与消防应急启动的硬线开关并联，可以独立直接启动排烟风机的做法。如99D303-2《常用风机控制电路图》中即给出了两类做法。 
自2013版新的《火灾自动报警系统设计规范》使用以来，另有图集14X505-1《火灾自动报警系统设计规范图示》对规范做了进一步的图示说明。其中对4.5节的释例图中有注“①消防控制室手动控制送风口、电动挡烟垂壁、排烟口、排烟窗、排烟阀的开启或关闭由总线控制盘上的一键式操作按钮通过总线实现。②消防控制室手动控制防烟、排烟风的启停由手动控制盘通过专用线路实现。” 
14X505-1图集明确了： 
①只对防烟、排烟风机进行专用线路的直接手动控制； 
②其他排烟装置，如送风口、电动挡烟垂壁、排烟口、排烟窗、排烟阀等不进行专用线路的直接手动控制，而是由总线控制盘上的一键式操作按钮通过总线实现，也即程序实现联动。 
（3）笔者的理解。 
①针对《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013） 
条文解释中： 
4.5.2条排烟系统在自动控制方式下，同一防烟分区内的两只独立的火灾探测器或报警信号或一只火灾探测器与一只手动报警按钮报警信号的“与”逻辑联动启动排烟口或排烟阀。通常排烟口或排烟阀的电源为直流24 V，此电源可由消防控制室的直流电源箱提供，也可由现场设置的消防设备直流电源提供为了降低线路传输损耗，建议尽量采用现场设置消防设备直流电源的方式供电。串接排烟口的反馈信号应并，作为启动排烟凯的联动触发信号。 
4.5.3本条规远了防排烟系统的手动控制方式的联动控制要求。 
笔者理解： 
4.5.2条所针对的联动控制方式是“自动控制方式”下所进行的。也即报警―烟道开关动作―打开烟道―启动排烟风机由火灾报警系统程序实现。 
4.5.3条未进行详细解释，但明确了本条对手动控制方式的要求。 
第一，送风口、电动挡烟垂壁、排烟口、排烟窗、排烟阀等烟道开关及防烟风机、排烟风机的控制，在消防联动控制器上手动控制实现联动。 
第二，防烟、排烟风机的启动、停止按钮应采用专用线路直接接至设置在消防控制室内的消防联动控制器的手动控制盘，并应直接手动控制防烟、排烟风机的启动、停止。 
结合14X505-1图集对4.5.2、4.5.3条的解释，笔者认为2013版《火灾自动报警系统设计规范》明确了可以仅对防烟、排烟风机实施硬线，其余采用总线自动或手动总线模式操作的原则。 
同时，2013版《火灾自动报警系统设计规范》仅对烟道开关（规范中为280℃防火阀）关闭联锁排烟风机关闭做出明确规定，但未对烟道开关硬线联动排烟风机启动做出规定。可见该规范并不推荐硬线联动的大量使用。 
本条为手动控制方式的要求―― 对总线手动、硬线手动做了明确要求。但并未要求排烟口的启动作为排烟风机的启动硬线联动条件。 
3.2.2 《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）的要求 
（1）要求。 
5.3.2 条消防水泵、防烟和排烟风机的控制设备当采用总线编码模块控制时，还应在消防控制室设置手动直接控制装置。 
6.3.1 条消防控制室的控制设备应有下列控制及显示功能。 
6.3.1.1 条控制消防设备的启、停、并应显示其工作状态。 
6.3.1.2 条消防水泵、防烟和排烟风机的启、停、除自动控制外，还应能手动直接控制。 
（2）执行情况。 
针对5.3.2条和6.3.1.2条的规定，目前常用的国标图集中均有消防应急启动的硬线开关控制排烟风机直接启动；未见有消防应急启动的硬线开关关闭排烟风机的做法。 
（3）笔者的理解。 
98版《火灾自动报警系统设计规范》明确地针对排烟风机要求在消防控制室设置手动直接控制装置。其条文解释如下。 
5.3.2条消防水泵、防烟和排烟风机等属重要消防设备，它们的可靠性直接关系到消防灭火工作的成败。这些设备除接收火灾探测器发送来的报警信号可自动启动进行工作外，还应能独立控制其启、停，不应因其他非灭火设备故障因素而影响它们的启、停。也就是说，一旦火灾报警系统失灵也不应影响它们启动。故本条规定这类消防联动控制设备不能单一采用火灾报警系统传输总线编码模块控制方式（包括手动操作键盘发出的编码控制启动信号）去控制它们的启动，还应具有手动直接控制功能，建立通过硬件电路直接启动的控制操作线路。国内不少厂家生产的产品已满足这一要求。这条规定对保证系统设备可靠性是必要的。 
本条规定的解释可以分成3层含义。 
排烟风机等设备的可靠性直接关系到消防灭火工作的成败。即要可靠地保证这些设备的有效运转，从而实现灭火工作目标的实现。也即实现灭火（排烟风机属于灭火救人设备）是核心目标。 
因担心其他因素影响排烟风机等重要设备的启停，需要单独设置一套独立的控制线路。 
明确地说明了对“火灾报警系统”的“不充分信任”。即考虑“火灾报警系统”可能失效的状况。从而需要一套通过硬件电路直接启动的控制操作线路，不依赖传输总线编码模块控制方式。 
6.3.1本条规定消防控制室的消防控制设备除自动控制外，还应能手动直接控制消防水泵、防烟和排烟风机的启、停。 
本条规定的解释并未说明规定的原因。 
从98版《火灾自动报警系统设计规范》的条文及解释中看出。 
条文未对烟道开关做出消防控制室硬线直接控制的要求。  设置硬线控制的目的是避免包括火灾报警系统在内的“非灭火”设备失效、故障时，灭火设备无法远程操作。但是这里面存在一个问题，即要实现灭火、实现排烟，只有水泵、排烟风机显然是不够的。 
同时可以看出在20世纪90年代时火灾报警系统的可靠性，还不足以令人充分“信任”。 
                         

3.2.3《建筑设计防火规范》（GB 50016―2006）的要求 
（1）要求。 
9.4.6条机械排烟系统中的排烟口、排烟阀和排烟防火阀的设置应符合下列规定。 
①排烟口或排烟阀应按防烟分区设置。排烟口或排烟阀应与排烟风机连锁，当任一排烟口或排烟阀开启时，排烟风机应能自行启动； 
②排烟口或排烟阀平时为关闭时，应设置手动和自动开启装置； 
9.4.8条排烟风机的设置应符合下列规定。 
1～3为针对排烟系统和排烟风机本身的要求，省略。 
③在排烟风机入口处的总管上应设置当烟气温度超过280℃时能自行关闭的排烟防火阀，该阀应与排烟风机连锁，当该阀关闭时，排烟风机应能停止运转。 
（2）执行情况。 
目前较普遍的有两种做法：一般排烟口、排烟阀与排烟风机的联动采用消防系统软件完成，也有排烟口微动开关与消防应急启动的硬线开关并联，可以独立直接启动排烟风机的做法。如99D303-2《常用风机控制电路图》中即给出了两类做法。 
实际执行中，在一些工程验收中，也有要求一定要做硬线联锁的情况。 
（3）笔者的理解 
针对《建筑设计防火规范》（GB 50016―2006）的条文解释。 
9.4.6本条对机械排烟系统中排烟口和排烟阀的设置作了具体规定。 
①本条规定……主要内容为排烟口设置等要求，无关于电气控制内容，略。 
②本条还要求排烟阀应与排烟风机联锁，当任一排烟阀开启时，排烟风机均应能自行启动。即一经报警，确认发生火灾后，由消防控制中心开启或手动开启排烟阀，则排烟风机应立即投入运行，同时关闭着火区的通风空调系统。 
针对本条解释： 
可以看出，确认火灾的情况下，排烟口、阀打开时应联动排烟风机启动。即一个前提一个要求――确认火灾是前提，实现排烟风机联动是要求。 
本条中并未排除采用程序联动措施的可行性。 
同时条文继续解释如下。 
执行本条文时应注意： 
①排烟阀要注意设置与感烟探测器联锁的自动开启装置，或由消防控制中心远距离控制的开启装置以及手动开启装置，除火灾时将其打开外，平时需一直保持闭锁状态。 
②～⑤……无关控制，略。 
针对本条解释的说明： 
可以看出，排烟口、阀应设置手动可开启功能；并要能够具备以下两种控制功能中的至少一种――烟感探测器联锁自开或消防控制中心可控开启。并无强调硬线控制排烟口、阀的开启。同时，要求排烟口、阀平时应处于闭锁状态，火灾时才打开。 
                 

事实上存在另外两种情况： 
排烟口本身为常开型，不需控制。从控制可靠性的角度来看这种最好。没有控制打开操作失败的风险，有利于保证烟道的开通状态。 
也有部分工程技术人员提出一种技术方案――排烟口、阀均处于常开状态，火灾时根据防烟分区关闭不需要的排烟口。提出该方案的原因是担心常闭阀门或风口的控制操作会失败，从而影响排烟目标的实现。而常开状态下如果操作失败，结果会是排烟效果下降，但“总胜过于无法排烟”。笔者认为这一方案也有可借鉴之处。 
9.4.8本条规定了排烟风机的选取和基本性能要求。 
①……无关控制，略。 
②本条规定在排烟风机入口总管上应设置当烟气温度超过280 ℃时能自行关闭的排烟防火阀，且应与排烟风机联锁，使排烟管道中烟气温度超过280 ℃时能自行关闭，防止烟火扩散到其他部位。否则，仅关闭排烟风机，不能阻止烟火通过管道的蔓延。 
针对本条解释的说明： 
可以看出，280 ℃排烟防火阀关闭的目的是防止烟火扩散，试一项直接和有效的防扩散措施。而关闭风机并不是目标。仅从此条中，也未体现关闭风机的功能必要性。 
4 排烟系统功能目标的实现 
经过以上对于规范及其条文解释的梳理和分析之后，思路回到原始――排烟系统功能目标的实现。 
仅针对图1所示简单系统。 
任一排烟口打开时，仅联动排烟风机是无法实现排烟的。因为排烟风机总管出口还有一个电动阀门处于闭合状态。 
只有考虑排烟口打开时，同时电动阀门打开才能打开烟道，继而控制排烟风机启动才能实现排烟。如此需要联动的设备就更多一些。如果系统再多复杂一些，需联动的烟道开关更多，则联动的设备就更多。若采用总线、程序控制，则管线少、实现容易。如采用硬线控制，则管线繁多，实施较难。 
如图1所示系统的电动阀门改为止回阀，无需电动控开，即排烟道上除排烟口以外无其他电控打开的烟道开关，则排烟口直接联动排烟风机是有效的。这种情况下如使用硬线控制，较为可行。 
所以对于相对复杂系统的控制，要求任一排烟口硬线联动整个系统则偏于复杂，这种情况下，可能采用程序控制更优。 
             

5 对于控制可靠性的分析（优劣，风险和可靠性） 
5.1 控制与不控制的可靠性比较 
凡控制，需加入一定的干预手段，在电机控制原理图中，往往是在某一“块”电路中串联或并联一些开关触点，很难保证这些触点一定可靠动作或可靠保持。一般来说串联开关点对可靠性影响更大。多方式并行控制时，并接开关触点对可靠性影响相对小些。 
如不需要控制，烟道开关的日常状态即为工作状态，及排烟阀、排烟口等所有烟道开关都不存在控制失效问题。其可靠性自然是最高的。  所以排烟系统的控制可靠性，首先应从排烟系统本身的简化优化设计考虑。不控自然优于控制。 
5.2 硬线与总线程序控制的可靠性比较 
笔者认为这两项没有明显可比性。 
硬线控制的优点：没有程序控制也能实现功能，不存在主机down机、总线故障、网络故障等因素影响功能实现的问题。同时，对于简单控制功能的实现，很方便。 
硬线控制的不足如下。 
（1）硬线接点的安装质量。其牢固性、持久性对回路可靠性影响较大。这些接点会在初始装配、检修、维修等过程中进行操作。每次操作都保证其接线可靠、牢固的可能性也不是绝对高的。 
（2）开关触点的可靠性也有可能不够高。比如排烟口、阀门由于某种原因（如机械原因等）打不开或开不到位，那么相应的触点命令将无法通过电路下达；也有可能一些常闭触点的可靠性、稳定性不够好，导致硬线控制电路本身不稳定甚至控制失效。硬线控制的特点是所有控制功能均“悬挂”在一条二次回路电源线下。越多控制点接入，其可靠性将越要打折扣。 
（3）对于复杂控制功能，硬线接线太多，生产、施工、运营维修难度高，易出错；出现问题不易查找，修复时间较长。 
（4）施工稍显复杂，管线繁多，占用的管线空间偏大，对于管线综合有一定影响。 
硬线控制的不足，往往需要加强管理、测试、检查等人为手段，且需要经常性的管控措施来解决，而且解决的效果也很难评价和保证。 
总线程序控制的优点：对于复杂的控制系统，具有明显优势。可以使系统接线简化，控制逻辑丰富而准确，控制功能容易实现。 
           

总线程序控制的不足如下。 
（1）产品可能不成熟性――如果产品本身不成熟，其功能存在Bug，甚至错误，或者不适用某些具体工程，那么其对工程系统功能的持续可靠实现具有非常严重的影响。 
（2）产品可能耐候性不好――如果产品应用于高温、潮湿、粉尘等恶劣环境，而又没有选择相应防护类别的产品，其故障率将会很高，从而导致控制失灵或者错误。 
（3）产品可能稳定性不好――如果产品硬件质量不稳定，或是程序不稳定，容易出现死机、程序重启或重置等问题，也有可能导致控制失效或者错误。 
（4）系统功能的实现均系于主机和网络，如果主机和网络出现故障，功能将丧失。 
不过，火灾自动报警系统在国内经过20多年的发展，已经很成熟了，而且均有严格的消防检验和认证。产品的成熟度、稳定性已经大幅提高了。一部分国内产业尚不够完善的特殊产品，也有合资或进口产品支持。对系统可靠性能够形成必要的保障。 
同时火灾自动报警系统自身的设计也多采用了冗余设计，也有故障自诊断等功能，可靠性相对较高。整体瘫痪且恰遇火灾的概率并不算高。 
6 从总体、宏观的角度看待排烟风机的控制要求 
消防是一个系统工程，包括探测、报警、确认、联动――启动灭火系统、防排烟系统、广播、应急照明系统、关闭空调系统、切除非消防电源、电梯“归首”等等。发生火灾后，以上功能均应实现，从而为人员疏散提供好的生命条件、环境条件，为控制火灾影响范围、防止次生灾害，提供灭火条件和灭火能力。各个环节均是不可或缺的。不可能在放弃其他系统的情况下，仅保证灭火和防、排烟系统的运行。 
以上诸多联动，都由火灾自动报警系统统筹实现。实际上对火灾自动报警系统的可靠性要求是非常高的。可以说对于火灾自动报警系统来说是不容有失的。不信任、不依靠程序联动也是不现实的。 
在初期疏散阶段，如若消防报警系统真的瘫痪了。恐怕不仅仅要在消防控制室远程按下两个远控按钮，还有必要到各个相关部位手动启动各个需要联动的系统。 
事实上所有的电气控制设计均有就地手动操作条件。只要电源存在，就地手动操作条件依然存在，系统设备即均为可控。这其实才是真正最后的控制操作保障。 
7 总结对规范的理解和分析 
（1）从98版《火灾自动报警系统设计规范》中可以看出，对采用以程序控制为主的“火灾报警系统”的可靠性是有保留的。时隔近15年后的2013版《火灾自动报警系统设计规范》中并不再提“火灾报警系统”的可靠性问题，但仍然在手动控制要求中，单独保留了对排烟风机进行专用线路手动控制的要求。从而也明确了其余排烟装置可以使用程序联动的原则。 
（2）从2013版《火灾自动报警系统设计规范》及其配套的14X505-1图集和2006版《建筑设计防火规范》中均有排烟口、阀对风机联动的要求。但均未强制要求硬线联动。 
（3）《火灾自动报警系统设计规范》的新老版本中专用线路直接控制的要求中均有提及对排烟风机进行“停”操作的表述。但常用的国标图集中未见有控制“停止”的做法。 
笔者认为：停止的控制功能，由于需要在风机控制接触器线圈的电源回路中串入一个常闭点，客观上降低了该二次回路连续供电的可靠性。显然风机控制接触器线圈的电源回路上串联点越少，可靠性越高。 
同样作为消防设备，消火栓泵是具有远程应急硬线启动、停止功能的。但是消火栓泵都是一用一备的。也即当启用备用泵时，确实有停止主用泵的需要。 
排烟风机一般没有备用风机，其启动后，只要烟道开放，即可排烟。而排烟风机开启后在280 ℃排烟防火阀熔断关闭烟道前，其远程紧急停止的控制需求并不“急切”――火灭了，多排一会儿烟一般也不会严重问题。故，在没有特殊需求的前提下，远程紧急硬线停止的控制被“忽略”似乎也有其合理性。 
（4）在简单系统中――只有排烟风机和排烟口、阀组成的系统（不存在某些在总管上串联的常闭的阀门可能绝对封锁烟道的情况）中，采用电气并接接法在排烟风机控制箱的二次回路增加一组并行硬线控制命令具有较好的可实施性。但是相对复杂的系统，采用程序联动更为适宜。 
（5）控制影响使用范围的优点佐证。 
消火栓系统的联动控制4.3.1条文解释中提到关于“消火栓按钮”经联动控制器启动消防泵的优点：“减少布线量和线缆使用量，提高整个消火栓系统的可靠性”。可见规范编制过程中，在采用硬线联动控制的同时，也在控制其使用范围，主要目的在于保证系统的可靠性。 
8 结语 
控制功能的可靠实现，首先有赖于主工艺的控制简化及可靠性设计。其次，控制方式及适用范围，应从可靠性角度出发，研究设备运行特点和工艺目标，本着简化、优化的原则做出选择。 
同时，不同控制方式之间尽量采用并行方式，避免相互影响；尽量避免局部交叉串联的设计。 
硬线控制的使用范围应适当控制。对于较为复杂的控制系统，应更为重视在自动控制系统设备、元件、网络的采购、施工、调试、维护等方面采取有效措施，保证自动控制系统可靠性。因为自动控制系统的可靠性是具有全局性影响的，甚至是不容有失的。