高層綜合體建筑消防電氣及智能化各子系統(tǒng)研究

盧洪亮

（江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司，江蘇 南京211112）

1 高層綜合體建筑消防電氣設(shè)計

1.1 消防設(shè)備的供配電系統(tǒng)設(shè)計

消防設(shè)備的供配電系統(tǒng)設(shè)計主要可以分為兩個部分——供配電系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備選型。

1.1.1 供配電系統(tǒng)設(shè)計

為確保高層綜合建筑體供電的安全性、可靠性、技術(shù)先進性和成本適度性，在遵循國家供配電系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟要求下，供配電系統(tǒng)設(shè)計的電源采用雙重電源供電，分別為主電源與備用電源。任意一電源發(fā)生異常運行或故障短路時，另一個電源仍能夠正常運行，以增強供配電系統(tǒng)的安全性能。主電源來源為城市高壓10kV輸電網(wǎng)，備用電源來源為電壓等級為380 V、220 V的柴油發(fā)電機。此外，出于人群逃離的照明考慮，將采用蓄電池作為火災(zāi)安全疏散通道的應(yīng)急電源[1]。

高層綜合體建筑是由功能各異的不同建筑空間組合而成的建筑群。在供電系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)該把控用電的關(guān)鍵節(jié)點，綜合考量，深入了解各節(jié)點的用電量，根據(jù)應(yīng)用需求、相關(guān)標準和法規(guī)進行設(shè)計。假設(shè)在高層綜合體建筑的地下1層處，建立1座開閉所、6座變配電房，并將1路10kV高壓電源作為消防電氣設(shè)備的日常消耗電源，由開閉所對該電路進行分配，使6座變配電房設(shè)備得到電能供應(yīng)。在6座變配電房中設(shè)置降壓變壓器，將電能降低至0.4 kV。備用電源方面，同樣在地下1層安置2臺柴油發(fā)電機，發(fā)電機電壓為0.4 kV的低壓電源，在主電路無法供應(yīng)或供應(yīng)不足時啟用，可確保供電不中斷。發(fā)電機的容量可通過式（1）計算[2]：

其中PΣ代表發(fā)電機總負荷功率；ηΣ代表負荷綜合效率；cosΦ代表發(fā)電機額定功率；SG1代表穩(wěn)定負荷發(fā)電機容量。假設(shè)ηΣ為0.85、cosΦ為0.9，最終結(jié)果為SG1=732.6 kVA。圖1是柴油發(fā)電機做備有電源的低壓配電系統(tǒng)。

圖1 柴油發(fā)電機做備有電源的低壓配電系統(tǒng)

1.1.2 設(shè)備選型

為保障電能供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性，除了需要確保電源的輸出，還要確保配電線路的傳輸能力。因此，在配電線路的選擇方面，主要考慮線路的防火能力。發(fā)生火災(zāi)時，配電線路可能會因為過高的熱量而損壞，進而出現(xiàn)短路等現(xiàn)象。如果火災(zāi)直接灼燒線路，火會直接沿著電氣線路燃燒，從而破壞配電線路的絕緣保護，導(dǎo)致配電線路出現(xiàn)漏電。此時，不但會造成電路供應(yīng)故障，還會影響電路人員對電氣設(shè)備的操作，易出現(xiàn)觸電傷亡等安全事故[3]。

為了避免此類事故的發(fā)生，依照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的規(guī)范，所有消防用電配電線路和線路鏈接設(shè)備均采用專用的供電線路，并在總配電房內(nèi)將主電源和備用電源與消防母線段連接。當(dāng)電源因故障而出現(xiàn)供電中斷時，電能會通過消防母線段繼續(xù)供應(yīng)，一方面確保電能的傳輸，另一方面可確保人員的安全，以此實現(xiàn)消防電氣系統(tǒng)的可靠應(yīng)用。同時，為了避免配電線路發(fā)生火災(zāi)時釋放的氯化氫、二惡英等有毒有害氣體危害人體健康、增加施救難度，應(yīng)依照《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ16-2008第7.4.1條第2款規(guī)定，“對一類高層建筑以及重要的公共場所等防火要求高的建筑物，應(yīng)采用阻燃低煙無鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜、電線或無煙無鹵電力電纜、電線”，且采用該類型電纜電線時不能使用PVC電線管或線槽作為穿線管材。

1.2 火災(zāi)應(yīng)急照明系統(tǒng)

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，容易導(dǎo)致照明電路無法正常工作。人群撤離時，可能因為照明不足出現(xiàn)類似摔倒、踩踏等現(xiàn)象，影響撤離的安全性和效率。因此，需對高層綜合體建筑火災(zāi)時的照明系統(tǒng)進行設(shè)計。理論上，火災(zāi)照明系統(tǒng)可被定義為應(yīng)急照明系統(tǒng)，主要有兩個含義——疏散照明和備用照明。實際設(shè)計方面，主要分析系統(tǒng)設(shè)計要求和系統(tǒng)設(shè)計兩部分。

1.2.1 系統(tǒng)設(shè)計要求

設(shè)計中，消防應(yīng)急照明燈的電源放電電壓不可低于額定電壓的85%，最小亮度不小于15 cd/m2。為了避免刺眼，最大亮度不大于300 cd/m2。疏散照明燈從交流電源轉(zhuǎn)到應(yīng)急電源供電時，光通量不低于光源在額定電壓時光通量的70%。消防應(yīng)急照明燈具設(shè)有短路保護和模擬交流電源供電故障的試驗無鎖按鈕，但不設(shè)其他開關(guān)。

1.2.2 系統(tǒng)設(shè)計

應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)計中，應(yīng)該在車庫車道、疏散樓梯、前廳、展覽廳、餐廳、影視及歌舞放映廳、多功能廳等建筑面積在200 m2以上的人員密集部位設(shè)置火災(zāi)應(yīng)急疏散照明，并在建筑疏散通道、樓梯間、出入口頂部和墻面上設(shè)置明顯的火災(zāi)疏散燈具標識。其中，應(yīng)急照明供電模式、布設(shè)位置及電源的具體設(shè)計如下。

供電模式。根據(jù)應(yīng)用要求，消防控制、監(jiān)控、消防電梯、排煙、弱電、發(fā)電等機房均需要配置火災(zāi)應(yīng)急照明。可采用雙電源供電模式確保應(yīng)急照度與正常照明的照度值的等同性，且備用照明應(yīng)急電源供電轉(zhuǎn)換時間應(yīng)控制在5 s以下，金融交易場所則應(yīng)該在1.5 s以下。同時，應(yīng)安裝相應(yīng)數(shù)量的附帶蓄電池的獨立應(yīng)急照明燈具，以便在應(yīng)急電源供電轉(zhuǎn)換時間過長時支撐應(yīng)急照明需求。

標識性照明燈具的布設(shè)位置。通常，位于安全出口的照明燈具一般安置于門檻上方0.3 m處；疏散通道中的照明燈具，需要以暗裝的形式沿墻或柱子進行布設(shè)，與地板相距0.5 m，且間距在15 m以內(nèi)，與通道末端距離8 m以內(nèi)，與安全出口標識等距離7 m；而在車庫、門廳、影視歌舞放映廳等大面積場所，應(yīng)將疏散標識燈具以明裝形式布設(shè)于頂棚紙張，與地面間距2.5 m。

備用電源。在中斷正常供電電源后，啟動備用電源用于支撐疏散照明，供電轉(zhuǎn)換時間在5 s以內(nèi)。疏散照明采用蓄電池組集中分區(qū)供電，其中住宅、商用及消防設(shè)備用房等不同部位將采用分散式蓄電池組、分區(qū)式集中蓄電池、分散式蓄電池組等備用電源，以用來支撐疏散照明的短時用電需求。

2 火災(zāi)智能報警系統(tǒng)設(shè)計

2.1 火災(zāi)探測器設(shè)計

火災(zāi)探測器的設(shè)計主要考慮不同條件下火災(zāi)探測器的應(yīng)用范圍，結(jié)合整體面積計算火災(zāi)探測器的數(shù)量：

其中N代表探測器數(shù)量；S代表整體面積；K代表應(yīng)用面積與整體面積相減差；A代表探測器的應(yīng)用范圍。

2.2 防煙排煙系統(tǒng)的聯(lián)動控制設(shè)計

設(shè)計時主要以正壓送風(fēng)機、防火閥、加壓送風(fēng)口和送風(fēng)井（送風(fēng)管道）進行構(gòu)建。運作原理上，將采用智能聯(lián)動控制方式，在火災(zāi)區(qū)域放置兩只獨立的火災(zāi)探測器，具體位置為加壓送風(fēng)口。火災(zāi)探測器會對周邊環(huán)境進行探測，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，探測器會將信號發(fā)送至聯(lián)動控制器，以此觸發(fā)聯(lián)動控制器運作，之后聯(lián)動控制器會對信號的具體情況進行智能決策，并發(fā)出智能聯(lián)動控制指令，以此驅(qū)動相應(yīng)的消防電氣設(shè)備如加壓送風(fēng)機、電氣噴水泵等動作。

2.3 火災(zāi)警報設(shè)計

設(shè)計時主要利用聲光報警器來構(gòu)建火災(zāi)警報的基礎(chǔ)。為實現(xiàn)智能自動化設(shè)計，將聲光報警器與聯(lián)動控制器連接。依照上述運作原理，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，聯(lián)動智能終端通過信號即可使聲光報警器發(fā)出警報，此步驟與防火設(shè)備同時進行。出于對實際應(yīng)用的考慮，針對高層綜合體建筑的規(guī)模，聲光報警器將設(shè)置在消防電梯前室、公共走道、商場、超市、餐廳和車庫等場所。為了明確報警器功能，報警器的警報聲將具備智能語音功能，針對火災(zāi)的具體位置等進行播報，避免人群誤入危險區(qū)域，且能提供相應(yīng)的引路功能。

3 結(jié) 論

高層綜合體建筑是現(xiàn)代常見的一種建筑形式，具有規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，所以傳統(tǒng)的消防設(shè)計并不能滿足消防需求。為了突破傳統(tǒng)消防設(shè)計的局限性，設(shè)計了消防電氣及相應(yīng)智能化各子系統(tǒng)，如設(shè)計高層綜合體建筑消防電氣、火災(zāi)智能報警系統(tǒng)，最終實現(xiàn)了智能化聯(lián)動電氣控制消防應(yīng)用。