事故、災(zāi)后及平時(shí)兼用排風(fēng)機(jī)控制設(shè)計(jì)

摘 要：

列舉現(xiàn)有規(guī)范有關(guān)條文對(duì)災(zāi)后及事故通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。選取典型的事故、災(zāi)后及平時(shí)兼用排風(fēng)機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景，概述了不同工況下排風(fēng)機(jī)及其電動(dòng)閥運(yùn)行要求。探討控制箱配電設(shè)計(jì)、風(fēng)機(jī)及電動(dòng)閥功能實(shí)現(xiàn)流程，并提供一種通用的排風(fēng)機(jī)控制箱的一次系統(tǒng)圖及其二次控制原理做法。

關(guān)鍵詞：

數(shù)據(jù)中心; 事故通風(fēng); 災(zāi)后排風(fēng); 電動(dòng)閥; 自動(dòng)控制; 手動(dòng)控制

中圖分類號(hào)： TU89

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

文章編號(hào)： 1674-8417（2024）12-0033-07

DOI：

10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.12.007

0 引 言

數(shù)據(jù)中心作為新一輪技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的重要基礎(chǔ)設(shè)施，方興未艾。根據(jù)建筑的生產(chǎn)使用需求、規(guī)模和類型建設(shè)不同等級(jí)的數(shù)據(jù)中心，已成為科研、辦公等公共建筑設(shè)計(jì)的基本趨勢(shì)。中大型數(shù)據(jù)中心建筑主要的物理空間包括模塊機(jī)房、高低壓變配電室、電池室等［1］，上述空間需采用氣體滅火系統(tǒng)。除數(shù)據(jù)中心外，變配電房、大中型博物館內(nèi)的珍品庫房也是設(shè)計(jì)中常見的應(yīng)用氣體滅火系統(tǒng)的場(chǎng)所。氣體滅火劑不導(dǎo)電、一般不造成二次污染，是撲救電子設(shè)備、精密儀器設(shè)備、貴重儀器和檔案圖書等紙質(zhì)、絹質(zhì)或磁介質(zhì)材料信息載體的良好滅火劑［2-3］。氣體滅火系統(tǒng)起動(dòng)后，由于防護(hù)區(qū)內(nèi)充滿滅火劑，人員無法進(jìn)入，因此須進(jìn)行災(zāi)后排風(fēng)。同時(shí)，冷凍機(jī)房、電池室等突然發(fā)散大量有害氣體或有爆炸危險(xiǎn)氣體的場(chǎng)所還須設(shè)置事故通風(fēng)。通常，應(yīng)用災(zāi)后排風(fēng)或事故排風(fēng)的場(chǎng)所兼有平時(shí)通風(fēng)的需求，多種需求需集成于一臺(tái)排風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。

事故、災(zāi)后及平時(shí)兼用排風(fēng)機(jī)控制與配電與普通排風(fēng)機(jī)有較大差異?，F(xiàn)行行業(yè)規(guī)范與圖集鮮有針對(duì)此排風(fēng)機(jī)及其電動(dòng)閥的控制分析。文獻(xiàn)［4-8］針對(duì)特定場(chǎng)景，如變配電室、MRI機(jī)房、廚房、數(shù)據(jù)中心機(jī)房等提出了具有顯著借鑒意義的風(fēng)機(jī)配電及控制方案。由于風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況多變，排風(fēng)機(jī)管道電動(dòng)閥數(shù)量較多，控制系統(tǒng)也較為復(fù)雜。電氣設(shè)計(jì)往往對(duì)各電動(dòng)閥的功能及運(yùn)行邏輯不明確，導(dǎo)致設(shè)計(jì)中將不同功能電動(dòng)閥混淆，無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。同時(shí)，電動(dòng)閥與排風(fēng)機(jī)并非簡(jiǎn)單地同時(shí)聯(lián)動(dòng)起停，實(shí)際設(shè)計(jì)中難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制要求。

1 控制設(shè)計(jì)要求

災(zāi)后排風(fēng)系統(tǒng)特點(diǎn)是火災(zāi)時(shí)關(guān)閉，災(zāi)后快速起動(dòng)，以便運(yùn)維人員恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行?；馂?zāi)時(shí)須保證穿越防火墻的70 ℃防火閥關(guān)閉，使得防護(hù)區(qū)內(nèi)成為一個(gè)密閉空間。

盡管災(zāi)后排風(fēng)機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景多樣，電動(dòng)閥設(shè)置部位及功能多有不同，對(duì)于電氣設(shè)計(jì)而言，最重要的是風(fēng)機(jī)及電動(dòng)閥的起停時(shí)機(jī)以及起停方式，即何時(shí)起停，采用聯(lián)動(dòng)還是手動(dòng)起停。因此，平時(shí)（即火災(zāi)發(fā)生前），氣體滅火起動(dòng)時(shí)，火災(zāi)結(jié)束后這3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)尤為關(guān)鍵。

1.1 兩種工況下風(fēng)機(jī)控制要求

排風(fēng)機(jī)平面布置圖如圖1所示。涵蓋了多種設(shè)置于不同部位、不同功能的電動(dòng)閥。本節(jié)僅以圖1為例概述排風(fēng)機(jī)運(yùn)行要求。

圖1左側(cè)為氣體滅火防護(hù)區(qū)1，此區(qū)域應(yīng)用了災(zāi)后及平時(shí)兼用排風(fēng)機(jī)，該排風(fēng)機(jī)平時(shí)手動(dòng)起停，發(fā)生火災(zāi)時(shí)由氣體滅火控制器聯(lián)動(dòng)關(guān)閉，災(zāi)后手動(dòng)開啟，排出氣體滅火尾氣。

圖1右側(cè)為氣體滅火防護(hù)區(qū)2，此區(qū)域應(yīng)用了事故、災(zāi)后及平時(shí)兼用排風(fēng)機(jī)，該排風(fēng)機(jī)平時(shí)手動(dòng)起停;發(fā)生火災(zāi)時(shí)由氣體滅火控制器聯(lián)動(dòng)關(guān)閉，災(zāi)后手動(dòng)開啟，排出氣體滅火尾氣;發(fā)生可燃?xì)庑孤┦鹿蕰r(shí)，由可燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)或樓宇自動(dòng)化（BA）系統(tǒng)起停。風(fēng)機(jī)控制箱須設(shè)置于排風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)部，與左側(cè)防護(hù)區(qū)風(fēng)機(jī)共用控制箱。

1.2 按鈕箱設(shè)置要求

由于風(fēng)機(jī)控制箱設(shè)置于設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)，控制按鈕箱則設(shè)置于氣體滅火防護(hù)區(qū)1外，以便災(zāi)后人員操作。實(shí)際設(shè)計(jì)中，單個(gè)防護(hù)區(qū)排風(fēng)機(jī)有時(shí)也設(shè)置于防護(hù)區(qū)內(nèi)，此時(shí)控制箱可于防護(hù)區(qū)內(nèi)方便操作處設(shè)置，而按鈕箱仍設(shè)置于防護(hù)區(qū)外。

根據(jù)GB 50019—2015《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.4.7條，事故通風(fēng)的通風(fēng)機(jī)應(yīng)分別在室內(nèi)及靠近外門的外墻上設(shè)置電氣開關(guān)，以便一旦發(fā)生緊急事故時(shí)可立即投入使用。因此，氣體滅火防護(hù)區(qū)2兼事故通風(fēng)防護(hù)區(qū)在區(qū)內(nèi)、區(qū)外分別設(shè)置控制按鈕箱，且防護(hù)區(qū)內(nèi)按鈕箱為防爆按鈕箱。

1.3 電動(dòng)閥功能及分類

圖1中，兩風(fēng)機(jī)涵蓋多種功能電動(dòng)閥/電動(dòng)排風(fēng)口（下文統(tǒng)稱電動(dòng)閥），采用AC 24 V供電：

① 電動(dòng)閥1用于平時(shí)排風(fēng)，要求僅平時(shí)開啟。

② 電動(dòng)閥2、6設(shè)置于防護(hù)區(qū)下部，用于災(zāi)后排風(fēng)，要求僅災(zāi)后開啟排出滅火劑，氣體滅火時(shí)保持關(guān)閉使防護(hù)區(qū)與外界隔絕。

③ 電動(dòng)閥3、8為70 ℃常開電動(dòng)防火閥。風(fēng)管穿越防火墻需設(shè)置70 ℃防火閥，氣體滅火時(shí)保持關(guān)閉使防護(hù)區(qū)與外界隔絕。普通的70 ℃防火閥需手動(dòng)復(fù)位，操作不便，故應(yīng)用70 ℃電動(dòng)防火閥，可采用按鈕控制。此電動(dòng)閥要求平時(shí)常開，火災(zāi)時(shí)關(guān)閉，災(zāi)后開啟。

④ 由于風(fēng)機(jī)1、2共用風(fēng)管，電動(dòng)閥4、7用于分離支管，要求與相應(yīng)風(fēng)機(jī)連鎖起停。

⑤ 電動(dòng)閥5用于平時(shí)及事故通風(fēng)，要求僅平時(shí)與事故通風(fēng)時(shí)開啟。

⑥ 電動(dòng)閥9設(shè)置于防護(hù)區(qū)補(bǔ)風(fēng)口，用于災(zāi)后補(bǔ)風(fēng)，要求僅災(zāi)后開啟。

電動(dòng)閥運(yùn)行狀態(tài)如表1所示。

雖然上述電動(dòng)閥用途各不相同，但是起停時(shí)機(jī)相同的電動(dòng)閥可采用相同控制方式。根據(jù)電動(dòng)閥不同起停時(shí)機(jī)，可將上述電動(dòng)閥分為以下3類：

① 平時(shí)常開、火災(zāi)時(shí)關(guān)閉，災(zāi)后保持關(guān)閉的電動(dòng)閥，如1、5號(hào)電動(dòng)閥。

② 平時(shí)關(guān)閉、僅災(zāi)后開啟的電動(dòng)閥，如2、6、9號(hào)電動(dòng)閥。

③ 平時(shí)常開，火災(zāi)時(shí)關(guān)閉，災(zāi)后開啟的電動(dòng)閥如3、4、7、8號(hào)電動(dòng)閥。

2 控制流程

根據(jù)上述風(fēng)機(jī)運(yùn)行要求，本節(jié)描述了防護(hù)區(qū)內(nèi)各時(shí)段風(fēng)機(jī)與上述3類電動(dòng)閥的控制流程。

2.1 災(zāi)后及平時(shí)兼用排風(fēng)機(jī)

平時(shí)狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)1用于平時(shí)通風(fēng)，由防護(hù)區(qū)外按鈕箱或控制箱手動(dòng)起停。為解決電動(dòng)閥1災(zāi)后不與風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)，需手動(dòng)關(guān)閉問題，電動(dòng)閥1設(shè)置手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)安裝于防護(hù)區(qū)外控制按鈕箱上。轉(zhuǎn)換開關(guān)平時(shí)設(shè)置于自動(dòng)狀態(tài)，風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)打開電動(dòng)閥，停止時(shí)關(guān)閉電動(dòng)閥。電動(dòng)閥2設(shè)置起停開關(guān)，開關(guān)安裝于防護(hù)區(qū)外控制按鈕箱上。起停開關(guān)平時(shí)設(shè)置于關(guān)閉狀態(tài);電動(dòng)閥3和4則于風(fēng)機(jī)連鎖起停。

火災(zāi)時(shí)，氣體滅火控制器接到火災(zāi)發(fā)生信號(hào)，聯(lián)動(dòng)關(guān)閉風(fēng)機(jī)1。此時(shí)電動(dòng)閥1、3、4聯(lián)動(dòng)關(guān)閉，而電動(dòng)閥2保持關(guān)閉。

氣體滅火完成后，由運(yùn)維人員將電動(dòng)閥1設(shè)置于手動(dòng)狀態(tài)，災(zāi)后通風(fēng)前關(guān)閉該電動(dòng)閥，通過起停按鈕開啟電動(dòng)閥2，并手動(dòng)開啟風(fēng)機(jī)1，此時(shí)電動(dòng)閥3、4聯(lián)動(dòng)開啟，進(jìn)行災(zāi)后排風(fēng)。災(zāi)后排風(fēng)結(jié)束后，系統(tǒng)重新進(jìn)入平時(shí)狀態(tài)。

氣體滅火防護(hù)區(qū)1風(fēng)機(jī)及電動(dòng)閥控制流程如圖2所示。

2.2 事故、災(zāi)后及平時(shí)兼用排風(fēng)機(jī)

風(fēng)機(jī)2相較于風(fēng)機(jī)1增加了事故通風(fēng)功能。發(fā)生事故時(shí)，風(fēng)機(jī)2由可燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)或BA系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)開啟，事故發(fā)生時(shí)電動(dòng)閥狀態(tài)與平時(shí)通風(fēng)相同。而平時(shí)與災(zāi)后時(shí)，風(fēng)機(jī)與電動(dòng)閥控制流程與防護(hù)區(qū)1對(duì)應(yīng)描述相同。

氣體滅火防護(hù)區(qū)2風(fēng)機(jī)及電動(dòng)閥控制流程如圖3所示。

3 配電設(shè)計(jì)

綜合上述控制要求及流程，設(shè)計(jì)了一種事故、災(zāi)后及平時(shí)兼用排風(fēng)機(jī)控制箱。

3.1 負(fù)荷等級(jí)

業(yè)內(nèi)對(duì)于事故和災(zāi)后排風(fēng)系統(tǒng)是否屬于消防負(fù)荷，以及如何確定其負(fù)荷等級(jí)還存在爭(zhēng)議。部分設(shè)計(jì)師認(rèn)為氣體滅火系統(tǒng)與災(zāi)后排風(fēng)屬于一套完整體系，應(yīng)與氣體滅火系統(tǒng)同為消防用電設(shè)備，其配出電線電纜也應(yīng)采用耐火電纜。文獻(xiàn)［1-2］則認(rèn)為災(zāi)后排風(fēng)系統(tǒng)不屬于消防供電，但應(yīng)與消防負(fù)荷同等級(jí)供電。文獻(xiàn)［9-11］則針對(duì)事故風(fēng)機(jī)的負(fù)荷等級(jí)提出不同見解。

根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)范對(duì)于“消防用電”的定義，可明確：事故、災(zāi)后排風(fēng)系統(tǒng)均不屬于消防設(shè)備用電。災(zāi)后排風(fēng)系統(tǒng)無法啟動(dòng)并不會(huì)對(duì)人員造成人身傷害，因此可以不列入一、二級(jí)負(fù)荷。根據(jù)應(yīng)用

災(zāi)后排風(fēng)場(chǎng)景的重要性，可以適當(dāng)提升負(fù)荷等級(jí)［3］。對(duì)于事故風(fēng)機(jī)的負(fù)荷等級(jí)而言，當(dāng)特定場(chǎng)所有規(guī)范規(guī)定時(shí)，應(yīng)按規(guī)范規(guī)定執(zhí)行;當(dāng)無規(guī)范規(guī)定，但涉及工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)由工藝設(shè)計(jì)確定;當(dāng)既無規(guī)范規(guī)定，又無工藝設(shè)計(jì)時(shí)，其不應(yīng)低于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的負(fù)荷等級(jí)［11］。本文配電箱系統(tǒng)圖提供了具有通用性的解決方案，若需采用多電源供電可在上級(jí)電源適當(dāng)位置互投。

3.2 通用控制箱一次系統(tǒng)圖

通用風(fēng)機(jī)控制箱一次接線圖如圖4所示。圖4中，上述兩種典型工況下排風(fēng)機(jī)集中于一控制箱內(nèi)控制?？刂葡洳捎脝位芈愤M(jìn)線，并配置少量出線。控制箱內(nèi)配置單相五孔導(dǎo)軌插座，便于檢修。電動(dòng)閥起閉及按鈕箱信號(hào)由二次回路控制，并預(yù)留至氣體滅火系統(tǒng)、BA系統(tǒng)接口。實(shí)際設(shè)計(jì)可根據(jù)需要增設(shè)回路。

設(shè)計(jì)需詳述二次回路控制要求。針對(duì)本文風(fēng)機(jī)1，風(fēng)機(jī)平時(shí)具備手動(dòng)起停功能，火災(zāi)時(shí)由氣體滅火系統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)停止，并返回信號(hào)。電動(dòng)閥1設(shè)置手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)安裝于防護(hù)區(qū)外控制按鈕箱上。轉(zhuǎn)換開關(guān)平時(shí)設(shè)置于自動(dòng)狀態(tài)，風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)打開電動(dòng)閥，停止時(shí)關(guān)閉電動(dòng)閥;氣體滅火后，設(shè)置于手動(dòng)狀態(tài)，災(zāi)后通風(fēng)前關(guān)閉該電動(dòng)閥。電動(dòng)閥2設(shè)置起停開關(guān)，開關(guān)安裝于防護(hù)區(qū)外控制按鈕箱上。起停開關(guān)平時(shí)設(shè)置于關(guān)閉狀態(tài);災(zāi)后通風(fēng)前該閥設(shè)置于打開狀態(tài)。風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)打開電動(dòng)閥3和電動(dòng)閥4;停止時(shí)關(guān)閉電動(dòng)閥3和電動(dòng)閥4。

針對(duì)本文風(fēng)機(jī)2，風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)由BA自動(dòng)起/停;事故時(shí)由BA自動(dòng)控制或手動(dòng)控制。風(fēng)機(jī)火災(zāi)時(shí)由氣體滅火系統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)停止，并返回信號(hào)。風(fēng)機(jī)事故時(shí)由BA系統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)起/停，并返回信號(hào)。電動(dòng)閥5設(shè)置手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)安裝于防護(hù)區(qū)外控制按鈕箱上。轉(zhuǎn)換開關(guān)平時(shí)設(shè)置于自動(dòng)狀態(tài)，風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)打開電動(dòng)閥，停止時(shí)關(guān)閉電動(dòng)閥;氣體滅火后，設(shè)置于手動(dòng)狀態(tài)，災(zāi)后通風(fēng)前關(guān)閉該電動(dòng)閥。電動(dòng)閥6、9設(shè)置起停開關(guān)，開關(guān)安裝于防護(hù)區(qū)外控制按鈕箱上。起停開關(guān)平時(shí)設(shè)置于關(guān)閉狀態(tài);災(zāi)后通風(fēng)前該閥設(shè)置于打開狀態(tài)。風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)打開電動(dòng)閥7和電動(dòng)閥8;停止時(shí)關(guān)閉電動(dòng)閥7和電動(dòng)閥8。上述所有風(fēng)機(jī)均延時(shí)動(dòng)作于電動(dòng)閥。

3.3 通用風(fēng)機(jī)控制箱二次控制圖

通用風(fēng)機(jī)二次控制原理圖如圖5所示。粗線框出部分為按鈕箱起停按鈕、指示燈及旋鈕開關(guān)。

（1） 風(fēng)機(jī)手動(dòng)起停：風(fēng)機(jī)通過手動(dòng)按鈕1SF（或1SF’），1SS（或1SF’）手動(dòng)起停。手動(dòng)按下按鈕1SF（或1SF’），繼電器1KA自鎖，風(fēng)機(jī)得電運(yùn)行。手動(dòng)按下按鈕1SS（或1SF’），回路失電，風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。

（2） 電動(dòng)閥3、4與風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)：風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，時(shí)間繼電器1KT得電延時(shí)閉合，則指示燈亮，3KA線圈得電，觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)閥3、4聯(lián)動(dòng)開啟。同理，風(fēng)機(jī)閉合時(shí)電動(dòng)閥聯(lián)動(dòng)關(guān)閉，并通過繼電器1KM與端子155、153返回關(guān)閉信號(hào)。

（3） 電動(dòng)閥1的控制：電動(dòng)閥1設(shè)置手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)安裝于防護(hù)區(qū)外控制按鈕箱上。轉(zhuǎn)換開關(guān)平時(shí)設(shè)置于自動(dòng)狀態(tài)，控制邏輯與電動(dòng)閥3、4相同，氣體滅火后，設(shè)置于手動(dòng)狀態(tài)，災(zāi)后通風(fēng)前關(guān)閉該電動(dòng)閥。

（4） 電動(dòng)閥2的控制：電動(dòng)閥2設(shè)置起停開關(guān)，開關(guān)安裝于防護(hù)區(qū)外控制按鈕箱上。起停開關(guān)平時(shí)設(shè)置于關(guān)閉狀態(tài);災(zāi)后通風(fēng)前該閥設(shè)置于打開狀態(tài)。

（5） 與氣體滅火系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)：149、151端子至氣體滅火系統(tǒng)，火災(zāi)時(shí)氣體滅火系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，則繼電器2K1得電斷開，風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)停止，并返回關(guān)閉信號(hào)。

3.4 箱體門面圖

為了更直觀體現(xiàn)設(shè)計(jì)，根據(jù)上述控制箱系統(tǒng)圖及二次控制原理圖，箱體門面圖如圖6所示。圖6（a）為控制箱門面圖，圖6（b）為風(fēng)機(jī)1的按鈕箱門面圖。

4 結(jié) 語

事故、災(zāi)后通風(fēng)及平時(shí)通風(fēng)多功能兼用風(fēng)機(jī)是數(shù)據(jù)中心機(jī)房等空間的重要安全保障設(shè)施，其配電及控制設(shè)計(jì)缺乏統(tǒng)一做法。設(shè)計(jì)實(shí)踐中，排風(fēng)機(jī)及其電動(dòng)閥設(shè)置有所不同，電氣設(shè)計(jì)可在上述一次、二次圖基礎(chǔ)上根據(jù)布局特點(diǎn)及設(shè)備功能進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

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收稿日期： 2024-10-09

Design of Exhaust Blower Control for Accidental，

Post-Disaster and Normal Use

WANG Songqing1， ZHENG Wenjun2， YUAN Songlin2

（1.Zhejiang Greentown Metropolitan Architectural amp; Urban Design Co.， Ltd.， Hangzhou 310000， China;

2.Architectural Design amp; Research Institute of Zhejiang University Co.， Ltd.， Hangzhou 310028， China）

Abstract：

The requirements of existing regulations are listed，typical accidental，post-disaster，and normal use exhaust blower application scenarios are selected.The operation requirements of exhaust blowers and their electric valves under different working conditions are summarized，leading to the design of control box power distribution，the implementation process of blower and electric valve functions.A universal primary system diagram and secondary control principle diagram of exhaust blower control box are provided.

Key words：

data center; accident ventilation; post-disaster ventilation; electric valve; automatic control; manual control