大型地下商店建筑消防配電設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)探析

邱集鋒

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350108)

0 引言

近年來(lái)，地下大型商店建筑呈現(xiàn)不斷向上發(fā)展的趨勢(shì)，而該建筑大規(guī)模商店連成一片，人員密集，商品種類(lèi)繁多，很大部分為可燃易燃物品，一旦發(fā)生火災(zāi)，具有火勢(shì)迅速蔓延、燃燒時(shí)產(chǎn)生有害氣體、火災(zāi)危險(xiǎn)性大、火災(zāi)損失大等特點(diǎn)，消防配電系統(tǒng)在保障消防安全顯得特別重要。因此，根據(jù)國(guó)家規(guī)范，對(duì)大型商店建筑消防配電設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)探析，有其重要的意義。

本文擬以某大型地下商店建筑為例，對(duì)大型地下商店建筑消防配電設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)作具體的探析。

1 項(xiàng)目概況

該地下商店建筑共3層，其中地下一層及地下二層為商業(yè)，地下三層為機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)及設(shè)備用房?？偨ㄖ娣e189 813m2,其中商業(yè)面積126 734m2，地下三層63 079m2，停放機(jī)動(dòng)車(chē)887輛，屬于I類(lèi)車(chē)庫(kù)。該工程為大型平戰(zhàn)結(jié)合人防工程綜合體試點(diǎn)工程，平時(shí)為商業(yè)、車(chē)庫(kù)、市政道路、軌道交通于一體，戰(zhàn)時(shí)為人員及車(chē)輛掩蔽部、人防物質(zhì)及人防交通干道，抗力級(jí)別為防核6級(jí)常6級(jí)，人防面積64 847m2。室外消火栓系統(tǒng)用水量30L/S，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)用水量為40L/S，設(shè)計(jì)耐火等級(jí)為一級(jí)，目前該工程已經(jīng)竣工并投入使用。

2 大型地下商店建筑消防負(fù)荷等級(jí)劃分

大型商店建筑的消防負(fù)荷等級(jí)應(yīng)根據(jù)建筑規(guī)模、建筑使用性質(zhì)和供電可靠性的要求及中斷供電在對(duì)人身安全、經(jīng)濟(jì)損失上所造成的影響程度進(jìn)行分級(jí)，并應(yīng)符合表1規(guī)定。

表1 消防用電負(fù)荷分級(jí)

依照表1，該大型地下商店建筑，其消防負(fù)荷等級(jí)應(yīng)為一級(jí)。該大型地下商店建筑采用10kV雙重市電至負(fù)荷中心開(kāi)閉所供電，為了保證正常市電停電時(shí)消防供電的連續(xù)性及可靠性，增設(shè)了消防應(yīng)急電源。

3 大型地下商店建筑消防電源設(shè)置

大型地下商店建筑消防電源設(shè)置，主要考慮以下3點(diǎn)：消防應(yīng)急電源的選擇，消防應(yīng)急電源的設(shè)置，消防應(yīng)急電源保障范圍及容量計(jì)算。

3.1 消防應(yīng)急電源的選擇、消防應(yīng)急電源的設(shè)置

工程設(shè)計(jì)中，消防應(yīng)急電源的選擇應(yīng)根據(jù)消防應(yīng)急電源的種類(lèi)及適用范圍、保證消防供電的連續(xù)性及可靠性來(lái)確定，如表2所示。

該大型地下商店建筑主要消防用電為：應(yīng)急照明(含疏散照明、備用照明)、消防電梯、消防水泵(含室外消火栓泵、室內(nèi)消火栓泵、噴淋兼噴霧泵)及防排煙風(fēng)機(jī)；消防應(yīng)急電源的選擇，應(yīng)根據(jù)消防用電設(shè)備在火災(zāi)期間的最少持續(xù)供電時(shí)間及在正常電源停止供電后應(yīng)急電源供電轉(zhuǎn)換時(shí)間來(lái)確定，如表3～表4所示。

表2 消防應(yīng)急電源的主要種類(lèi)及適用范圍[4]

表3 消防用電設(shè)備在火災(zāi)期間的最少持續(xù)供電時(shí)間[5]

表4 在正常電源停止供電后應(yīng)急電源供電轉(zhuǎn)換時(shí)間[5-6]

建筑面積大于40 000m2的地下或半地下商店，其消防用電除應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷供電外，還應(yīng)設(shè)置自備發(fā)電機(jī)組或第三重市電作為消防用電設(shè)備的應(yīng)急電源[3]。

作為消防負(fù)荷的應(yīng)急電源的自備柴油發(fā)電機(jī)組除遵守上述規(guī)定外，尚應(yīng)遵循當(dāng)?shù)叵啦块T(mén)的意見(jiàn)。該工程地點(diǎn)為福建福州，據(jù)《福建省高層建筑防火設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見(jiàn)》中要求，消防設(shè)備供電設(shè)計(jì)除滿(mǎn)足《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052-2009的相關(guān)規(guī)定外，尚應(yīng)符合福建省地方標(biāo)準(zhǔn)《10kV及以下電力用戶(hù)業(yè)擴(kuò)工程技術(shù)規(guī)定》DB35/T1036規(guī)定，即一級(jí)負(fù)荷應(yīng)設(shè)自備電源。

大型企業(yè)及重要的民用建筑中，往往同時(shí)使用幾種應(yīng)急電源，使各種應(yīng)急電源設(shè)備密切配合，充分發(fā)揮作用[4]。結(jié)合以上幾點(diǎn)，為了滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)商店建筑火災(zāi)持續(xù)供電及電源轉(zhuǎn)換時(shí)間的要求，保證供電的連續(xù)性及可靠性。該大型地下商業(yè)建筑應(yīng)急電源的方案為：雙重市電電源+柴油發(fā)電機(jī)組+EPS(UPS)電池組作為消防應(yīng)急電源，如圖1所示。

圖1 雙重市電電源+柴油發(fā)電機(jī)組+EPS(UPS) 的供電系統(tǒng)示意圖

如圖1所示，消防水泵及防排煙風(fēng)機(jī)在正常市電停電時(shí)，快速自啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)組在規(guī)定時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組，能滿(mǎn)足應(yīng)急電源供電轉(zhuǎn)換時(shí)間要求；應(yīng)急照明在正常市電市電時(shí)，由EPS或UPS對(duì)應(yīng)急照明進(jìn)行過(guò)渡性供電，待柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)并切換投入使用后，由柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)急照明供電。

該大型地下商店建筑采用10kV雙重市電至負(fù)荷中心開(kāi)閉所供電，再由開(kāi)閉所對(duì)變電所1(西區(qū))、變電所2(中區(qū))及變電所3(東區(qū))進(jìn)行供電。為了保證正常市電停電時(shí)消防供電的連續(xù)性及可靠性，分別在西、中、東區(qū)變電所設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為自備應(yīng)急電源。

3.2 消防應(yīng)急電源的保障范圍

消防應(yīng)急供電系統(tǒng)的供電容量，應(yīng)保證火災(zāi)發(fā)生時(shí)建筑內(nèi)所有應(yīng)急照明、消防電梯、消防水泵、相鄰兩個(gè)最大的防火分區(qū)排煙風(fēng)機(jī)及正壓風(fēng)機(jī)的正常供電[3]。

該大型地下商店建筑，為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，最大限度地減少火災(zāi)的危害，應(yīng)急電源的容量應(yīng)能保障該大型地下商店建筑內(nèi)所有應(yīng)急照明、消防電梯、消防水泵、相鄰兩個(gè)最大的防火分區(qū)排煙風(fēng)機(jī)及正壓風(fēng)機(jī)的正常供電。

3.3 消防應(yīng)急電源的容量計(jì)算

本大型地下商店建筑，采用柴油發(fā)電機(jī)組作為消防用電設(shè)備的應(yīng)急電源，其(中區(qū)柴油發(fā)電機(jī)組)容量計(jì)算，參照《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版2.6.3.22)民用建筑[4]：

(1)按穩(wěn)定負(fù)荷計(jì)算發(fā)電機(jī)組的容量

SC1=α[P∑/(η∑×cosφ)=717.6(kW)

式中：

α-負(fù)荷率，取0.8；

P∑-總負(fù)荷，為610kW；

η∑-總負(fù)荷計(jì)算效率，取0.85；

cosφ-發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)，取0.8。

(2) 按最大單臺(tái)電動(dòng)機(jī)或成組電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的需要，計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

SC2={[(P∑-Pm)/η∑]+Pm×K×Ccosφm}×(1/cosφ)=817.8(kW)；

式中：

Pm-啟動(dòng)容量最大的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)或成組電動(dòng)機(jī)容量，為110kW；

cosφm-電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)功率因數(shù)，一般取0.4；

K-電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)倍數(shù)，一般取6；

C-按電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式確定的系數(shù)，本大型地下商店建筑消防泵選用自耦變壓器啟動(dòng)，50%抽頭，C=0.25。

(3)按啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)母線(xiàn)容許電壓降計(jì)算發(fā)電機(jī)容量

SC3=Pn×K×C×Xd″″{(1/ΔE)-1}=742.5(kW)

式中：

Pn-電動(dòng)機(jī)總負(fù)荷，為49kW；

Xd″″-電動(dòng)機(jī)的暫態(tài)電抗，一般取0.25；

ΔE-應(yīng)急負(fù)荷中心母線(xiàn)允許的瞬時(shí)電壓降，有電梯時(shí)取0.2。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示。

表5 消防負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)能保證連續(xù)運(yùn)行的功率(包括超負(fù)荷110%運(yùn)行1h)，則應(yīng)按90%的額定功率使用。

綜上：選取額定功率為一臺(tái)常用功率為1000kW的柴油發(fā)電機(jī)組。

4 大型地下商店建筑消防配電電纜的選型與線(xiàn)路敷設(shè)方式

4.1 消防配電電纜的選型

地下商業(yè)區(qū)、高層建筑和重要公共設(shè)施等人流較密集場(chǎng)所，應(yīng)采用低煙、低鹵或無(wú)鹵的阻燃電纜；火災(zāi)時(shí)，仍需保持正常運(yùn)行的線(xiàn)路，應(yīng)選用耐火電纜[4]。在大型商業(yè)建筑消防配電設(shè)計(jì)中，可選用無(wú)鹵低煙阻燃耐火電纜或礦物絕緣電纜。礦物絕緣電纜具有不燃、無(wú)煙、無(wú)毒和耐火的特性，同時(shí)滿(mǎn)足耐高溫、抗噴淋及抗機(jī)械撞擊3項(xiàng)要求。而且，普通電纜及阻燃電纜敷設(shè)在耐火電纜槽盒內(nèi)，并不一定能滿(mǎn)足耐火的要求。該大型地下商業(yè)建筑采用礦物絕緣電纜作為消防配電線(xiàn)路配電電纜。

4.2 消防配電線(xiàn)路敷設(shè)方式

該大型地下商店建筑具有面積大、人員密集的特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)，人員疏散、保障在救援人員進(jìn)場(chǎng)時(shí)能正常使用消防用電設(shè)備至關(guān)重要，因此，消防配電設(shè)計(jì)應(yīng)考慮能保障消防配電線(xiàn)路供電可靠性。該大型地下商店建筑消防配電線(xiàn)路與其他配電線(xiàn)路分開(kāi)敷設(shè)，且消防配電線(xiàn)路采用礦物絕緣類(lèi)不燃性電纜；消防用電設(shè)備采用專(zhuān)用供電回路、消防配電干線(xiàn)按防火分區(qū)劃分及消防用電設(shè)備在其配電線(xiàn)路的最末一級(jí)配電箱處設(shè)置自動(dòng)切換裝置。據(jù)調(diào)查研究，在一些大型建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，往往出現(xiàn)消防用電設(shè)備無(wú)法啟動(dòng)問(wèn)題，消防用電設(shè)備未發(fā)生故障、消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)正常，究其原因，是消防供電線(xiàn)路問(wèn)題。地下大型商店不同于高層建筑設(shè)置豎向電井，為了保障大型地下空間消防系統(tǒng)供電線(xiàn)路的供電可靠性問(wèn)題，該大型地下商店建筑的解決方案，是在主要通道上設(shè)置類(lèi)似于高層建筑豎向電井功能的鋼筋混凝土電纜廊道，并在防火分區(qū)分隔處做好防火封堵，用來(lái)敷設(shè)消防配電線(xiàn)路，提高了該大型地下商店建筑的消防配電線(xiàn)路的供電可靠性，如圖2所示。

圖2 敷設(shè)消防配電線(xiàn)路的電纜廊道

5 大型地下商店建筑火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)

火災(zāi)應(yīng)急照明包括疏散照明、備用照明。

5.1 疏散照明

疏散照明的應(yīng)急電源，宜采用蓄電池(或干電池)裝置，或蓄電池(或干電池)，與供電系統(tǒng)中有效地獨(dú)立于正常照明電源的專(zhuān)用饋電線(xiàn)路的組合，或采用蓄電池(或干電池)裝置與自備發(fā)電機(jī)組組合的方式[7]。疏散照明燈具蓄電池可分為分散蓄電池(燈具自帶)和集中蓄電池(EPS/UPS)，分散蓄電池(燈具自帶)壽命短，供電持續(xù)時(shí)間短，對(duì)于大型商店，疏散照明燈具數(shù)量較多，蓄電池后期維護(hù)量大，故采用分區(qū)的集中蓄電池(EPS/UPS)方式。結(jié)合以上幾點(diǎn)，為了滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)商店建筑火災(zāi)持續(xù)供電及電源轉(zhuǎn)換時(shí)間的要求，保證供電的連續(xù)性及可靠性，以及疏散照明燈具數(shù)量較多的特點(diǎn)。該大型地下商業(yè)建筑疏散照明的應(yīng)急電源的方案為：雙重市電電源+柴油發(fā)電機(jī)組+EPS(UPS)電池組作為疏散照明的應(yīng)急電源，如圖1所示。

5.2 備用照明

大型地下商店建筑屬于人員密集場(chǎng)所，照明停電造成營(yíng)業(yè)場(chǎng)所(特別是金融商業(yè)交易場(chǎng)所)活動(dòng)中止外，還可能造成人員恐慌引起混亂，合理設(shè)置備用照明及選擇供電電源方案至關(guān)重要。大型商店建筑應(yīng)設(shè)置備用照明，并應(yīng)為其選擇設(shè)計(jì)合理的備用電源，以保證供電的連續(xù)性、可靠性[8]。備用照明的應(yīng)急電源宜采用供電系統(tǒng)中有效地獨(dú)立于正常照明電源的專(zhuān)用饋電線(xiàn)路或自備發(fā)電機(jī)組[9]。備用照明作為正常照明的一部分同時(shí)使用其配電線(xiàn)路及控制開(kāi)關(guān)應(yīng)與正常照明分開(kāi)設(shè)置，照明僅在故障情況下使用時(shí)，當(dāng)正常照明因故障備用照明應(yīng)自動(dòng)投入工作[9]。結(jié)合電源的切換時(shí)間要求及特點(diǎn)，給出大型商店建筑備用照明電源的主接線(xiàn)系統(tǒng)示意圖，如圖3[9]所示及相應(yīng)的配電平面示意圖，如圖4[9]所示。

圖3 雙重市電電源交叉供電系統(tǒng)示意圖

圖4 一般照明兼作備用照明，雙重市電電源交叉供電平面布置示意圖

該方案能保證100%一般照明兼作備用照明持續(xù)工作，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠。在條件允許的情況下，優(yōu)先考慮該方案。

6 結(jié)語(yǔ)

地下大型商店建筑消防配電，應(yīng)確保供電的連續(xù)性及可靠性，同時(shí)也應(yīng)確保人身安全。在對(duì)地下大型商店建筑進(jìn)行消防配電設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先明確消防負(fù)荷等級(jí)，然后考慮應(yīng)急電源的設(shè)置，同時(shí)使用幾種應(yīng)急電源，使各種應(yīng)急電源設(shè)備密切配合，充分發(fā)揮作用。基此，需明確應(yīng)急電源的保障范圍，計(jì)算出應(yīng)急電源的容量；再?gòu)南琅潆婋娎|的選擇與線(xiàn)路的敷設(shè)方式上去探析。消防配電線(xiàn)路采用礦物絕緣類(lèi)不燃性電纜，可確保消防配電線(xiàn)路的供電可靠性。應(yīng)結(jié)合大型商店建筑面積大的特點(diǎn)，減少應(yīng)急照明燈具后期維護(hù)量，選用集中EPS/UPS作為疏散照明的應(yīng)急電源，一般照明兼作備用照明，兩路市電交叉供電的供電方式。電氣消防配電設(shè)計(jì)，不僅能夠保障建筑的質(zhì)量，防范火災(zāi)，保障居民的人身財(cái)產(chǎn)安全，而且還可以促進(jìn)建筑業(yè)的發(fā)展與其產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，所以，建筑企業(yè)應(yīng)高度重視電氣消防配電設(shè)計(jì)的重要性。