防煙排煙風機的配電與控制探討

黃園梅

(福建省建筑設計研究院有限公司,福州 350001)

0 引言

科學技術不斷地創新和發展,建筑材料、建筑設計和建造水平也在不斷的提高。 建筑樓層越來越高、地下室越來越龐大、功能越來越復雜,一旦發生火災,人們疏散到地面的時間以及救援滅火難度也會相應增加,這就有可能造成巨大的經濟損失和人員傷亡。 濃煙不僅遮擋了視線,使人們逃生困難,而且其中有毒有害氣體還會使人中毒甚至窒息死亡。 因此,在發生火災時,應盡量阻止煙氣進入前室,特別是垂直疏散通道的樓梯間,降低建筑物內著火區的煙氣濃度對于人員疏散是十分重要的。排煙風機和消防補風機的作用即是把煙氣排出室外;加壓送風機保證前室、樓梯間的大氣壓力比走道等周圍區域壓力大,從而阻止煙氣進入前室和樓梯間,其配電和控制非常重要。

1 防煙、排煙風機的分類

建筑防煙排煙系統可分為防煙系統及排煙系統。 排煙風機、消防補風機屬于排煙系統風機;加壓送風機屬于防煙系統風機。

防煙、排煙系統風機可細分為以下幾種類型:(1)平時作為排風,火災時作為排煙的排風排煙合用風機;(2)平時不用,僅在火災時起排煙作用的專用排煙機;(3)平時作為送風機,火災排煙時起補風作用的平時、消防兩用送風機;(4)平時不用,僅在火災排煙時起補風作用的專用消防補風機;(5)僅在火災時候給防煙樓梯間、獨立前室、共用前室、合用前室、消防電梯前室送風,防止煙氣進入樓梯間、各類前室的加壓送風機(通常也稱正壓送風機)。

2 防煙、排煙風機的供電電纜的選擇

根據GB 51348-2019《民用建筑電氣設計標準》(以下簡稱《民標》)第13.7.16 條規定,防煙排煙風機在火災發生期間最少持續供電時間應大于等于疏散照明時間。 然而實際上防排煙風機在火災發生時,由于工藝控制要求不同,其作用時間也是不同的。 根據GB 51251-2017《建筑防煙排煙系統技術標準》(以下簡稱《防排煙標準》)第5.2.2 條第5 款規定,排煙防火閥在280℃時應自行關閉,并應連鎖關閉排煙風機和相應的補風機。 雖然發生火災時,煙氣溫度達到280℃所需的時間因場所不同而不同,但只要煙氣溫度達到280℃,排煙防火閥動作,隨即排煙機和補風機停止工作。 而耐火電纜的耐火溫度一般為750℃或950℃,在280℃以下工作是沒有問題的。 因此,排煙風機供電電纜采用耐火溫度≥750℃,耐火時間為90min 的阻燃耐火電纜是可行的。 采用此類型的耐火電纜可適當降低工程造價,節約成本。 但值得注意的是,對于加壓送風機而言,加壓送風機的作用就是阻止煙氣進入樓梯間、各類前室(消防電梯前室)。 在火災期間,風機的最少工作時間應與消防電梯一致,不少于180min 或120min。 因此其供電干線必須采用耐火溫度為950℃,持續供電時間≥180min 的耐火電纜。

3 防煙、排煙風機的供電方式

防煙排煙風機根據安裝環境的不同,供電電源的要求也是不一樣的。 根據GB 50016-2014《建筑設計防火規范》(2018 年版)(以下簡稱《建規》)第10.1.8 條規定,設置在機房內的防煙排煙風機的供電應在其配電線路的最末一級配電箱處設置自動切換裝置。 可理解為設置在機房內的防煙和排煙風機應由所在機房內的消防雙電源末端互投供電。而對于屋面采用百葉圍護的防煙、排煙風機,由于建筑和空調專業定性百葉圍護結構不屬于機房。因此百葉維護結構內可以不設置末端雙電源切換裝置。 根據《民標》第13.7.12 條規定,公共建筑物頂層,除消防電梯外的其他消防設備,可采用一組消防雙電源供電。 故可采用在就近配電箱設置雙電源切換裝置,放射式供電到設備控制箱。 特別值得注意的是,由于防煙和排煙風機被百葉結構所圍護,因此現場應設置解除遠方控制的措施,以防止檢修等情況時,風機突然啟動危及現場工作人員,同時也便于工作人員調試及維護,如圖1～3 所示。

圖1 屋面消防風機(百葉維護結構)配電平面示意圖

《民標》中13.7.4 條中第六款闡述到各防火分區內的防排煙風機可由配電小間內的雙電源切換箱放射式或樹干式配電。 《民標》條文說明中解釋了本措施減少了雙電源開關的切換環節,規避了元器件故障導致的風險,但由于同一防火分區不僅只有一臺防排煙風機,一旦配電小間的雙電源互投箱出現故障將導致所在防火分區的消防設備無法運行,造成嚴重后果,因此降低了消防設備供電的可靠性。

圖2 屋面消防風機(百葉維護結構)配電系統示意圖

圖3 屋面消防風機(百葉維護結構)就地設置解除遠方控制措施示意圖

4 防排煙風機的控制

4.1 排風排煙機的平時控制

平時作為排風機,火災時作為排煙機的排風排煙兩用風機,當設置在地下車庫時,由于地下車庫空氣流通不暢,燃油汽車產生的尾氣中包含有CO等有害氣體,長時間積累易濃度過大,從而對人體造成傷害。 若排風排煙機24h 全天候開啟運行,將造成電能的浪費,增加風機的運行維護成本,縮短排風排煙機的使用壽命。 因此,設置CO 監測裝置聯動控制,當分區內任一個CO 探測器報警時,均聯動相應分區內所有相關的送、排風機啟動;當分區內所有CO 濃度均低于報警值時,聯動相應分區內所有送、排風機停止。 設置CO 監測裝置就能根據需要合理地開啟和關閉排風排煙機和送風機,節約電能,降低運行費用,增加排風排煙機和送風機的使用壽命,如圖4～5 所示為建筑內無BA 系統時通過CO 傳感器及其部分二次控制元件來實現功能,當建筑有BA 系統時,CO 傳感器和風機均納入BA 系統,由BA 系統統一控制實現功能。

圖4 一氧化碳探測器控制箱配電系統圖

圖5 一氧化碳探測器聯動風機控制原理圖

4.2 排風排煙機、排煙機、消防補風機火災時的控制

根據《防排煙標準》第5.2.2 條規定,以及GB 50116-2013《火災自動報警系統設計規范》(以下簡稱《火規》)第4.5.2 條和4.5.3 條規定,排煙風機、補風機聯動控制方式應符合規定,如表1。

排煙風機、補風機聯動控制方式 表1

由于消防控制室和排煙機、補風機處于建筑內的不同位置,只有通過火災自動報警系統把排煙機、送風機的各種狀態反饋至消防控制室,值班人員才能了解。 具體的反饋信號有排煙風機、補風機控制箱上的手/自動轉換開關位置信號、排煙閥、排煙口、送風口等開啟和關閉的動作信號,排煙風機、補風機啟動/停止以及過負荷等信號。 根據《常用風機控制電路圖》第22 頁:消防兼平時兩用單速風機電路圖XKDF-1 可知,排煙風機控制箱與消防控制室、火災自動報警系統的關系為:(1)引至消防控制室手動控制盤啟動和停止風機共有3 根控制線;(2)引至消防模塊箱控制線有:手自動轉換開關監視線為4 根,風機啟動線為2 根,風機運行、停止、過負荷等監視線為6 根,共計12 根監控線。

消防補風機控制原理可參照國家建筑標準設計圖集16 D303-2《常用風機控制電路圖》。 由于該圖集是2016 年9 月1 日開始實施,而《防煙排煙標準》是2018 年8 月1 日開始發行,所以圖集中缺少了排煙閥280℃關閉時連鎖關閉相應補風機的控制要求。 因此使用圖集時還應在送風防火閥上并聯相應排煙防火閥的觸點。 只有這樣才能保證280℃排煙閥關閉時,相應的補風機也停止,如圖6 所示(本圖為平時不用,僅火災時作為消防補風的消防補風機二次控制原理圖,其一次配電線路采用斷路器、接觸器、熱繼電器方案)。 根據其二次控制原理圖可知,當本防火分區發生火災時,消防補風機上的防火閥動作或相應排煙風機280℃防火閥動作,則X1 ∶5、X1 ∶6觸點閉合,中間繼電器線圈KA7 得電,觸點KA7 斷開,QAC 接觸器線圈失電,消防補風機停止運行。

圖6 消防補風機控制原理圖

4.3 加壓送風機的控制

加壓送風機可分為樓梯間加壓送風機和前室加壓送風機。 機械加壓送風系統應與火災自動報警系統聯動,其聯動不僅應符合《火規》的相關規定。 而且還應符合《防排煙標準》第5.1.1 條規定,加壓送風機的啟動應符合下列規定,如表2。

加壓送風機的啟動方式和信號反饋 表2

此外,加壓送風機與消防控制室和火災自動報警系統的關系可參考消防排煙風機。 值得注意的是,前室與走道、前室與樓梯間之間若壓差過大,便會影響疏散通道上防火門的正常開啟,從而影響到人員的正常疏散。 根據《防排煙標準》第3.4.4 條,“前室、封閉避難層(間)與走道之間的壓差應為25～30Pa。 樓梯間與走道之間的壓差應為40 ～50Pa”。 為了滿足機械加壓送風量在走廊至前室至樓梯間的壓力呈遞增分布的要求,在加壓送風系統中設置測壓裝置及風壓調節裝置已經日漸被人們重視起來。 暖通專業通常在地下室或屋面設置合用前室或樓梯間的正壓送風機,并在每隔5 ～6 層的樓梯間及每層合用前室內適當位置設置余壓傳感器,即當系統余壓值超過最大允許壓力差時,將會造成合用前室、樓梯間疏散防火門由于壓力過大而導致開啟困難,影響疏散逃生,因此設置余壓傳感器將樓梯間、合用前室及前室內的壓力信號傳送至余壓控制器,并控制開啟安裝在加壓送風機旁通風管上的閥門進行泄壓,使得樓梯間、合用前室內的壓力值在允許范圍內,以便疏散人員能打開疏散通道上的防火門順利逃生。 在具體工程設計時,由于暖通專業已設置余壓監測裝置、控制器、泄壓閥等,電氣設計可根據其工藝控制要求做好供電和管線預埋,如圖7 所示。

圖7 余壓檢測系統圖

5 結束語

合理的防煙排煙系統是有效保障人員的生命安全和滅火救援工作順利開展的重要消防系統設施。 因此只有充分掌握和理解規范,正確進行消防風機的配電和控制,才能在火災時最大可能地保障人們生命財產的安全。 本文不足之處還請各位同行批評指正。