高層綜合體建筑消防電氣及智能化各子系統研究

盧洪亮

（江蘇中圣高科技產業有限公司，江蘇 南京211112）

1 高層綜合體建筑消防電氣設計

1.1 消防設備的供配電系統設計

消防設備的供配電系統設計主要可以分為兩個部分——供配電系統設計和設備選型。

1.1.1 供配電系統設計

為確保高層綜合建筑體供電的安全性、可靠性、技術先進性和成本適度性，在遵循國家供配電系統設計的技術經濟要求下，供配電系統設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，以增強供配電系統的安全性能。主電源來源為城市高壓10kV輸電網，備用電源來源為電壓等級為380 V、220 V的柴油發電機。此外，出于人群逃離的照明考慮，將采用蓄電池作為火災安全疏散通道的應急電源[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。在供電系統設計過程中，應該把控用電的關鍵節點，綜合考量，深入了解各節點的用電量，根據應用需求、相關標準和法規進行設計。假設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座變配電房設備得到電能供應。在6座變配電房中設置降壓變壓器，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臺柴油發電機，發電機電壓為0.4 kV的低壓電源，在主電路無法供應或供應不足時啟用，可確保供電不中斷。發電機的容量可通過式（1）計算[2]：

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

圖1 柴油發電機做備有電源的低壓配電系統

1.1.2 設備選型

為保障電能供應的穩定性和可靠性，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。發生火災時，配電線路可能會因為過高的熱量而損壞，進而出現短路等現象。如果火災直接灼燒線路，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，導致配電線路出現漏電。此時，不但會造成電路供應故障，還會影響電路人員對電氣設備的操作，易出現觸電傷亡等安全事故[3]。

為了避免此類事故的發生，依照《建筑設計防火規范》的規范，所有消防用電配電線路和線路鏈接設備均采用專用的供電線路，并在總配電房內將主電源和備用電源與消防母線段連接。當電源因故障而出現供電中斷時，電能會通過消防母線段繼續供應，一方面確保電能的傳輸，另一方面可確保人員的安全，以此實現消防電氣系統的可靠應用。同時，為了避免配電線路發生火災時釋放的氯化氫、二惡英等有毒有害氣體危害人體健康、增加施救難度，應依照《民用建筑電氣設計規范》JGJ16-2008第7.4.1條第2款規定，“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，應采用阻燃低煙無鹵交聯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 火災應急照明系統

當火災發生后，容易導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類似摔倒、踩踏等現象，影響撤離的安全性和效率。因此，需對高層綜合體建筑火災時的照明系統進行設計。理論上，火災照明系統可被定義為應急照明系統，主要有兩個含義——疏散照明和備用照明。實際設計方面，主要分析系統設計要求和系統設計兩部分。

1.2.1 系統設計要求

設計中，消防應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到應急電源供電時，光通量不低于光源在額定電壓時光通量的70%。消防應急照明燈具設有短路保護和模擬交流電源供電故障的試驗無鎖按鈕，但不設其他開關。

1.2.2 系統設計

應急照明系統的設計中，應該在車庫車道、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置火災應急疏散照明，并在建筑疏散通道、樓梯間、出入口頂部和墻面上設置明顯的火災疏散燈具標識。其中，應急照明供電模式、布設位置及電源的具體設計如下。

供電模式。根據應用要求，消防控制、監控、消防電梯、排煙、弱電、發電等機房均需要配置火災應急照明。可采用雙電源供電模式確保應急照度與正常照明的照度值的等同性，且備用照明應急電源供電轉換時間應控制在5 s以下，金融交易場所則應該在1.5 s以下。同時，應安裝相應數量的附帶蓄電池的獨立應急照明燈具，以便在應急電源供電轉換時間過長時支撐應急照明需求。

標識性照明燈具的布設位置。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，與地板相距0.5 m，且間距在15 m以內，與通道末端距離8 m以內，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，應將疏散標識燈具以明裝形式布設于頂棚紙張，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，供電轉換時間在5 s以內。疏散照明采用蓄電池組集中分區供電，其中住宅、商用及消防設備用房等不同部位將采用分散式蓄電池組、分區式集中蓄電池、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 火災智能報警系統設計

2.1 火災探測器設計

火災探測器的設計主要考慮不同條件下火災探測器的應用范圍，結合整體面積計算火災探測器的數量：

其中N代表探測器數量；S代表整體面積；K代表應用面積與整體面積相減差；A代表探測器的應用范圍。

2.2 防煙排煙系統的聯動控制設計

設計時主要以正壓送風機、防火閥、加壓送風口和送風井（送風管道）進行構建。運作原理上，將采用智能聯動控制方式，在火災區域放置兩只獨立的火災探測器，具體位置為加壓送風口。火災探測器會對周邊環境進行探測，當發生火災時，探測器會將信號發送至聯動控制器，以此觸發聯動控制器運作，之后聯動控制器會對信號的具體情況進行智能決策，并發出智能聯動控制指令，以此驅動相應的消防電氣設備如加壓送風機、電氣噴水泵等動作。

2.3 火災警報設計

設計時主要利用聲光報警器來構建火災警報的基礎。為實現智能自動化設計，將聲光報警器與聯動控制器連接。依照上述運作原理，當發生火災時，聯動智能終端通過信號即可使聲光報警器發出警報，此步驟與防火設備同時進行。出于對實際應用的考慮，針對高層綜合體建筑的規模，聲光報警器將設置在消防電梯前室、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，針對火災的具體位置等進行播報，避免人群誤入危險區域，且能提供相應的引路功能。

3 結 論

高層綜合體建筑是現代常見的一種建筑形式，具有規模大、結構復雜的特點，所以傳統的消防設計并不能滿足消防需求。為了突破傳統消防設計的局限性，設計了消防電氣及相應智能化各子系統，如設計高層綜合體建筑消防電氣、火災智能報警系統，最終實現了智能化聯動電氣控制消防應用。