大型地下商店建筑消防配電設計關鍵技術探析

邱集鋒

(福州市規劃設計研究院 福建福州 350108)

0 引言

近年來，地下大型商店建筑呈現不斷向上發展的趨勢，而該建筑大規模商店連成一片，人員密集，商品種類繁多，很大部分為可燃易燃物品，一旦發生火災，具有火勢迅速蔓延、燃燒時產生有害氣體、火災危險性大、火災損失大等特點，消防配電系統在保障消防安全顯得特別重要。因此，根據國家規范，對大型商店建筑消防配電設計關鍵技術探析，有其重要的意義。

本文擬以某大型地下商店建筑為例，對大型地下商店建筑消防配電設計的幾個關鍵技術要點作具體的探析。

1 項目概況

該地下商店建筑共3層，其中地下一層及地下二層為商業，地下三層為機動車停車及設備用房?？偨ㄖ娣e189 813m2,其中商業面積126 734m2，地下三層63 079m2，停放機動車887輛，屬于I類車庫。該工程為大型平戰結合人防工程綜合體試點工程，平時為商業、車庫、市政道路、軌道交通于一體，戰時為人員及車輛掩蔽部、人防物質及人防交通干道，抗力級別為防核6級常6級，人防面積64 847m2。室外消火栓系統用水量30L/S，室內消火栓系統用水量為40L/S，設計耐火等級為一級，目前該工程已經竣工并投入使用。

2 大型地下商店建筑消防負荷等級劃分

大型商店建筑的消防負荷等級應根據建筑規模、建筑使用性質和供電可靠性的要求及中斷供電在對人身安全、經濟損失上所造成的影響程度進行分級，并應符合表1規定。

表1 消防用電負荷分級

依照表1，該大型地下商店建筑，其消防負荷等級應為一級。該大型地下商店建筑采用10kV雙重市電至負荷中心開閉所供電，為了保證正常市電停電時消防供電的連續性及可靠性，增設了消防應急電源。

3 大型地下商店建筑消防電源設置

大型地下商店建筑消防電源設置，主要考慮以下3點：消防應急電源的選擇，消防應急電源的設置，消防應急電源保障范圍及容量計算。

3.1 消防應急電源的選擇、消防應急電源的設置

工程設計中，消防應急電源的選擇應根據消防應急電源的種類及適用范圍、保證消防供電的連續性及可靠性來確定，如表2所示。

該大型地下商店建筑主要消防用電為：應急照明(含疏散照明、備用照明)、消防電梯、消防水泵(含室外消火栓泵、室內消火栓泵、噴淋兼噴霧泵)及防排煙風機；消防應急電源的選擇，應根據消防用電設備在火災期間的最少持續供電時間及在正常電源停止供電后應急電源供電轉換時間來確定，如表3～表4所示。

表2 消防應急電源的主要種類及適用范圍[4]

表3 消防用電設備在火災期間的最少持續供電時間[5]

表4 在正常電源停止供電后應急電源供電轉換時間[5-6]

建筑面積大于40 000m2的地下或半地下商店，其消防用電除應按一級負荷供電外，還應設置自備發電機組或第三重市電作為消防用電設備的應急電源[3]。

作為消防負荷的應急電源的自備柴油發電機組除遵守上述規定外，尚應遵循當地消防部門的意見。該工程地點為福建福州，據《福建省高層建筑防火設計指導意見》中要求，消防設備供電設計除滿足《供配電系統設計規范》GB50052-2009的相關規定外，尚應符合福建省地方標準《10kV及以下電力用戶業擴工程技術規定》DB35/T1036規定，即一級負荷應設自備電源。

大型企業及重要的民用建筑中，往往同時使用幾種應急電源，使各種應急電源設備密切配合，充分發揮作用[4]。結合以上幾點，為了滿足規范對商店建筑火災持續供電及電源轉換時間的要求，保證供電的連續性及可靠性。該大型地下商業建筑應急電源的方案為：雙重市電電源+柴油發電機組+EPS(UPS)電池組作為消防應急電源，如圖1所示。

圖1 雙重市電電源+柴油發電機組+EPS(UPS) 的供電系統示意圖

如圖1所示，消防水泵及防排煙風機在正常市電停電時，快速自啟動的發電機組在規定時間內啟動發電機組，能滿足應急電源供電轉換時間要求；應急照明在正常市電市電時，由EPS或UPS對應急照明進行過渡性供電，待柴油發電機組啟動并切換投入使用后，由柴油發電機組對應急照明供電。

該大型地下商店建筑采用10kV雙重市電至負荷中心開閉所供電，再由開閉所對變電所1(西區)、變電所2(中區)及變電所3(東區)進行供電。為了保證正常市電停電時消防供電的連續性及可靠性，分別在西、中、東區變電所設置柴油發電機組作為自備應急電源。

3.2 消防應急電源的保障范圍

消防應急供電系統的供電容量，應保證火災發生時建筑內所有應急照明、消防電梯、消防水泵、相鄰兩個最大的防火分區排煙風機及正壓風機的正常供電[3]。

該大型地下商店建筑，為了滿足設計規范的要求，最大限度地減少火災的危害，應急電源的容量應能保障該大型地下商店建筑內所有應急照明、消防電梯、消防水泵、相鄰兩個最大的防火分區排煙風機及正壓風機的正常供電。

3.3 消防應急電源的容量計算

本大型地下商店建筑，采用柴油發電機組作為消防用電設備的應急電源，其(中區柴油發電機組)容量計算，參照《工業與民用供配電設計手冊》第四版2.6.3.22)民用建筑[4]：

(1)按穩定負荷計算發電機組的容量

SC1=α[P∑/(η∑×cosφ)=717.6(kW)

式中：

α-負荷率，取0.8；

P∑-總負荷，為610kW；

η∑-總負荷計算效率，取0.85；

cosφ-發電機額定功率因數，取0.8。

(2) 按最大單臺電動機或成組電動機啟動的需要，計算發電機容量

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

式中：

Pm-啟動容量最大的單臺電動機或成組電動機容量，為110kW；

cosφm-電動機的啟動功率因數，一般取0.4；

K-電動機啟動倍數，一般取6；

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

(3)按啟動電動機時母線容許電壓降計算發電機容量

SC3=Pn×K×C×Xd″″{(1/ΔE)-1}=742.5(kW)

式中：

Pn-電動機總負荷，為49kW；

Xd″″-電動機的暫態電抗，一般取0.25；

ΔE-應急負荷中心母線允許的瞬時電壓降，有電梯時取0.2。

統計結果如表5所示。

表5 消防負荷統計表

柴油發電機應能保證連續運行的功率(包括超負荷110%運行1h)，則應按90%的額定功率使用。

綜上：選取額定功率為一臺常用功率為1000kW的柴油發電機組。

4 大型地下商店建筑消防配電電纜的選型與線路敷設方式

4.1 消防配電電纜的選型

地下商業區、高層建筑和重要公共設施等人流較密集場所，應采用低煙、低鹵或無鹵的阻燃電纜；火災時，仍需保持正常運行的線路，應選用耐火電纜[4]。在大型商業建筑消防配電設計中，可選用無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、無煙、無毒和耐火的特性，同時滿足耐高溫、抗噴淋及抗機械撞擊3項要求。而且，普通電纜及阻燃電纜敷設在耐火電纜槽盒內，并不一定能滿足耐火的要求。該大型地下商業建筑采用礦物絕緣電纜作為消防配電線路配電電纜。

4.2 消防配電線路敷設方式

該大型地下商店建筑具有面積大、人員密集的特點，一旦發生火災，人員疏散、保障在救援人員進場時能正常使用消防用電設備至關重要，因此，消防配電設計應考慮能保障消防配電線路供電可靠性。該大型地下商店建筑消防配電線路與其他配電線路分開敷設，且消防配電線路采用礦物絕緣類不燃性電纜；消防用電設備采用專用供電回路、消防配電干線按防火分區劃分及消防用電設備在其配電線路的最末一級配電箱處設置自動切換裝置。據調查研究，在一些大型建筑發生火災時，往往出現消防用電設備無法啟動問題，消防用電設備未發生故障、消防聯動系統正常，究其原因，是消防供電線路問題。地下大型商店不同于高層建筑設置豎向電井，為了保障大型地下空間消防系統供電線路的供電可靠性問題，該大型地下商店建筑的解決方案，是在主要通道上設置類似于高層建筑豎向電井功能的鋼筋混凝土電纜廊道，并在防火分區分隔處做好防火封堵，用來敷設消防配電線路，提高了該大型地下商店建筑的消防配電線路的供電可靠性，如圖2所示。

圖2 敷設消防配電線路的電纜廊道

5 大型地下商店建筑火災應急照明系統

火災應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)，與供電系統中有效地獨立于正常照明電源的專用饋電線路的組合，或采用蓄電池(或干電池)裝置與自備發電機組組合的方式[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，供電持續時間短，對于大型商店，疏散照明燈具數量較多，蓄電池后期維護量大，故采用分區的集中蓄電池(EPS/UPS)方式。結合以上幾點，為了滿足規范對商店建筑火災持續供電及電源轉換時間的要求，保證供電的連續性及可靠性，以及疏散照明燈具數量較多的特點。該大型地下商業建筑疏散照明的應急電源的方案為：雙重市電電源+柴油發電機組+EPS(UPS)電池組作為疏散照明的應急電源，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所，照明停電造成營業場所(特別是金融商業交易場所)活動中止外，還可能造成人員恐慌引起混亂，合理設置備用照明及選擇供電電源方案至關重要。大型商店建筑應設置備用照明，并應為其選擇設計合理的備用電源，以保證供電的連續性、可靠性[8]。備用照明的應急電源宜采用供電系統中有效地獨立于正常照明電源的專用饋電線路或自備發電機組[9]。備用照明作為正常照明的一部分同時使用其配電線路及控制開關應與正常照明分開設置，照明僅在故障情況下使用時，當正常照明因故障備用照明應自動投入工作[9]。結合電源的切換時間要求及特點，給出大型商店建筑備用照明電源的主接線系統示意圖，如圖3[9]所示及相應的配電平面示意圖，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工作，簡單、經濟、可靠。在條件允許的情況下，優先考慮該方案。

6 結語

地下大型商店建筑消防配電，應確保供電的連續性及可靠性，同時也應確保人身安全。在對地下大型商店建筑進行消防配電設計時，應首先明確消防負荷等級，然后考慮應急電源的設置，同時使用幾種應急電源，使各種應急電源設備密切配合，充分發揮作用?；?，需明確應急電源的保障范圍，計算出應急電源的容量；再從消防配電電纜的選擇與線路的敷設方式上去探析。消防配電線路采用礦物絕緣類不燃性電纜，可確保消防配電線路的供電可靠性。應結合大型商店建筑面積大的特點，減少應急照明燈具后期維護量，選用集中EPS/UPS作為疏散照明的應急電源，一般照明兼作備用照明，兩路市電交叉供電的供電方式。電氣消防配電設計，不僅能夠保障建筑的質量，防范火災，保障居民的人身財產安全，而且還可以促進建筑業的發展與其產業經濟結構轉型，所以，建筑企業應高度重視電氣消防配電設計的重要性。