高層綜合體建筑消防電氣設(shè)計(jì)及其配電設(shè)計(jì)分析

摘要： 為解決高層綜合體的消防設(shè)計(jì)難題，遵循安全、可靠、節(jié)能、綠色和穩(wěn)定的原則，針對(duì)火災(zāi)自動(dòng)滅火系統(tǒng)、消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，提出有效的設(shè)計(jì)策略，并對(duì)消防電氣線路防火、繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)展開研究，成果已應(yīng)用于山東省煙臺(tái)市某大型商務(wù)型城市綜合體項(xiàng)目中，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持和指導(dǎo)。研究成果對(duì)提高高層綜合體建筑的防災(zāi)減災(zāi)能力、保障人員生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義 。

關(guān)鍵詞：高層綜合體" 建筑工程" 供配電" 消防電氣" 繼電保護(hù)" 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

Analysis of Fire Protection Electrical Design and Distribution Design for High-Rise Complex Buildings

CHANG Kun

Yantai Zhongbo Enterprise Management Consulting Co.， Ltd.， Yantai， Shandong Province， 264000 China

Abstract： To solve the fire protection design problems of high-rise complexes， following the principles of safety， reliability， energy conservation， green and stability， effective design strategies are proposed for fire automatic extinguishing systems and fire linkage control systems， research is carried out on the design of fire protection electrical circuits and relay protection. The results have been applied to a large commercial city complex project in Yantai， Shandong Province， providing strong technical support and guidance for practical engineering applications. The research results are of great significance for improving the disaster prevention and mitigation capabilities of high-rise complex buildings and ensuring the safety of personnel and property.

Key Words： High-rise complex; Architectural engineering; Power supply and distribution; Fire electrical; Relay protection; Automatic fire alarm system

為了滿足大量的城市人口的居住辦公需求，以及節(jié)約中心地段越來越稀缺的土地資源，城市綜合體集多種功能于一體，形成具有商業(yè)零售、商務(wù)辦公、居住娛樂等核心功能的建筑群體。建筑各部分之間相互依存、相互促進(jìn)[1]。在含有高層建筑的城市綜合體，往往建筑群體規(guī)模龐大，人員密集。為了滿足使用者個(gè)性化、多樣化的需求，高層城市綜合體增加了許多電氣控制系統(tǒng)，超大空間尺度在高效利用和共享資源時(shí)，也給建筑工程的消防供配電設(shè)計(jì)火災(zāi)防控、滅火應(yīng)急救援與人員的疏散性帶來挑戰(zhàn)。一旦發(fā)生火災(zāi)事故，將造成不可估量的損失，消防電氣的設(shè)計(jì)復(fù)雜性和重要性不亞于建筑專業(yè)和結(jié)構(gòu)專業(yè)[2-3]。

1" 工程概況

山東省煙臺(tái)市某大型商務(wù)型城市綜合體項(xiàng)目總投資35億元，地處高新區(qū)核心板塊，項(xiàng)目為高新區(qū)重點(diǎn)打造的新地標(biāo)，建筑容積率為2.4，綠化率為40%，包括商業(yè)車位1 300個(gè)，住宅車位2 600個(gè)。項(xiàng)目總占地面積為266 666 m2" ，總建筑面積約51 700㎡，涵蓋總建筑面積約11萬㎡的購物廣場，以“體驗(yàn)式”商業(yè)為特色，引進(jìn)國內(nèi)外知名品牌，融合快時(shí)尚品牌、巨幕影城、主題餐飲、大型商超、創(chuàng)新科技體驗(yàn)等潮流業(yè)態(tài)。商業(yè)購物廣場兩側(cè)塔樓為高度150 m的商業(yè)住宅樓，屬于一類超高層公共建筑，按照一級(jí)負(fù)荷要求，供電、、防火等級(jí)為一級(jí)，建筑地下負(fù)一層設(shè)置變電所。電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則在滿足運(yùn)營和管理需求基礎(chǔ)上，需要安全、可靠、節(jié)能、綠色和穩(wěn)定地運(yùn)行。由于建筑整體用電負(fù)荷大，局部可能變化大，餐飲類用電負(fù)荷大，與非天然氣餐飲等的用電需求存在顯著差異，因此，引入市政電網(wǎng)電壓10 kV專線，設(shè)置5臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組作為消防設(shè)備的應(yīng)急電源。建筑內(nèi)消防電氣系統(tǒng)十分復(fù)雜，包括漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、消防電源監(jiān)控系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能疏散系統(tǒng)等，如圖1所示。

2" 高層綜合體的建筑消防電氣設(shè)計(jì)分析

2.1" 火災(zāi)自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

火災(zāi)自動(dòng)滅火系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用專用線路進(jìn)行消防栓泵的控制，且必須手動(dòng)控制，其線路設(shè)計(jì)如圖2所示。室內(nèi)消火栓系統(tǒng)應(yīng)具有控制消防水泵的開啟、停止的顯示功能，能夠顯示起泵按鈕啟動(dòng)的位置；自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)具有顯示報(bào)警閥、閘閥與水流指示器的工作狀態(tài)功能；有管網(wǎng)的二氧化碳等滅火系統(tǒng)應(yīng)具有控制系統(tǒng)緊急啟動(dòng)和切斷的顯示功能；火災(zāi)探測器聯(lián)動(dòng)的控制設(shè)備應(yīng)有30 s的可調(diào)時(shí)間[4-6]。

2.2" 消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，消防聯(lián)動(dòng)控制器不僅應(yīng)能夠按照預(yù)先設(shè)定的控制邏輯向各相關(guān)受控設(shè)備發(fā)出聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)，還應(yīng)能夠接收來自受控設(shè)備的聯(lián)動(dòng)反饋信號(hào)。消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)包括消火栓、自噴水滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)等，消防聯(lián)動(dòng)控制器電壓控制輸出應(yīng)采用直流24 V[7]。對(duì)于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制的消防設(shè)備，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，由于環(huán)境復(fù)雜多變，單個(gè)報(bào)警觸發(fā)裝置可能會(huì)因各種原因（如灰塵、誤觸等）而發(fā)出誤報(bào)信號(hào)。采用“與”邏輯組合，可以有效避免這種情況的發(fā)生，減少消防設(shè)備的誤動(dòng)作。在聯(lián)動(dòng)控制方式下，以自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)濕式報(bào)警閥壓力開關(guān)的動(dòng)作信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，直接控制啟動(dòng)噴淋消防泵，向消火栓持續(xù)供水；防火卷簾聯(lián)動(dòng)控制在感煙探測器、感溫探測器等啟動(dòng)時(shí)，防火卷簾下落至距離地面1.8 m的位置，甚至完全下落到底，徹底封閉通道。防火卷簾門的聯(lián)動(dòng)控制如圖3所示。

3" 高層綜合體的建筑消防電氣配電設(shè)計(jì)

3.1" 建筑消防電氣線路防火設(shè)計(jì)

為了確保消防設(shè)備在火災(zāi)中仍能正常運(yùn)行，防止消防設(shè)施中，消防配電設(shè)計(jì)必須充分考慮配電線路的防火處理，具體可以從耐火電纜、防火封堵和專項(xiàng)設(shè)計(jì)3個(gè)進(jìn)行分析。其中，耐火電纜應(yīng)選用具有優(yōu)異耐高溫、阻燃和耐火特性的電纜，如礦物絕緣電纜（MI電纜）或阻燃隔氧層電纜。圖4為陶瓷化礦物耐火硅橡膠電纜中不同剛性礦粉比例的熱失重曲線。從圖4中可以看出，陶瓷化礦物耐火硅橡膠電纜的重量殘留比例隨著溫度的升高呈現(xiàn)一致的變化規(guī)律，均呈明顯的反“S”形曲線變化；在溫度達(dá)到600 ℃以后，重量殘留比例基本一致，約為60%。但不加入礦粉的耐火電纜的重量殘留比例在較低的溫度下迅速下降，下降溫度約為326 ℃。隨著礦粉加入量的增加，耐火電纜重量殘留比例的下降拐點(diǎn)也越大：加入2%的礦粉，下降溫度約為364 ℃；加入4%的礦粉，下降溫度約為459 ℃。在實(shí)際工程應(yīng)用中，可以選擇礦粉含量較高的陶瓷化礦物耐火硅橡膠電纜[8]。

3.2" 建筑消防電氣繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

建筑火災(zāi)發(fā)生期間的消防配電線路運(yùn)行工況十分復(fù)雜，在高溫條件下，線路的故障率會(huì)顯著增加。過電流和過電壓是兩種常見的故障問題，不僅可能損壞電氣設(shè)備和線路，還可能影響到消防系統(tǒng)的整體運(yùn)行，進(jìn)而威脅到火災(zāi)撲救和人員疏散的效率與安全。

在消防配電線路上可以設(shè)置過電流保護(hù)裝置，如電流繼電器或斷路器，當(dāng)線路中電流超過設(shè)定值時(shí)，保護(hù)裝置會(huì)迅速動(dòng)作，切斷故障電路，防止過電流對(duì)設(shè)備和線路造成進(jìn)一步損害。如圖5所示，過渡電阻變化時(shí)間分別為60、30和1s時(shí)，繼電保護(hù)的電阻曲線呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。為了啟動(dòng)、報(bào)警電壓變化，將啟動(dòng)電阻設(shè)定為2 000Ω，繼電保護(hù)的啟動(dòng)時(shí)間分別對(duì)應(yīng)4.5、2.5和0.15 s，因此，繼電器可以提前確定消防配電線路所承載持續(xù)負(fù)載電流。在消防配電系統(tǒng)的主回路或分支回路的起始端安裝剩余電流保護(hù)器，可以確保對(duì)整個(gè)回路進(jìn)行漏電監(jiān)測和保護(hù)。

4" 結(jié)論

（1）高層綜合體建筑內(nèi)消防電氣系統(tǒng)可以獨(dú)立接入或聯(lián)動(dòng)控制，研究針對(duì)火災(zāi)自動(dòng)滅火系統(tǒng)和防火卷簾門的聯(lián)動(dòng)控制提出了設(shè)計(jì)方法。[wl15]

[r16] （2）陶瓷化礦物耐火硅橡膠電纜的重量殘留比例隨著溫度的升高呈明顯的反“S”形曲線變化；隨著礦粉加入量的增加，耐火電纜重量殘留比例的下降拐點(diǎn)不斷增加。

（3）過渡電阻變化時(shí)間分別為60、30和1 s時(shí)，繼電保護(hù)的電阻曲線呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。啟動(dòng)電阻設(shè)定為2 000Ω時(shí)，繼電保護(hù)的啟動(dòng)時(shí)間分別對(duì)應(yīng)4.5、2.5和0.15 s。

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