建筑電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計及其效果分析

洪 泉

（福建天成力達(dá)建設(shè)工程有限公司，福建 福州 350100）

0 引言

建筑發(fā)生火災(zāi)后會給建筑結(jié)構(gòu)和內(nèi)部人員帶來嚴(yán)重的影響。在火災(zāi)高溫和火焰的作用下，建筑材料可能會熔化、炭化或變形，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性下降甚至發(fā)生倒塌。同時，火災(zāi)導(dǎo)致的破壞和損毀會造成巨大的財產(chǎn)損失，建筑內(nèi)的設(shè)備、家具、辦公用品等可能被燒毀或受損，給企業(yè)、機構(gòu)或個人的經(jīng)濟造成重大損失[1]。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，煙霧和有毒氣體的散發(fā)可能導(dǎo)致人員中毒和窒息。為了減少火災(zāi)對建筑的影響，建筑施工單位應(yīng)采取有效的防火措施和安全管理措施，避免火災(zāi)發(fā)生及其對建筑正常使用的影響[2]。建筑電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制是指針對建筑物內(nèi)部安裝的電氣設(shè)備和消防設(shè)施，通過聯(lián)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備之間的協(xié)同工作，提高滅火救援效果，保障人員安全。該技術(shù)的核心是通過聯(lián)動控制手段，實現(xiàn)電氣消防設(shè)施自動化、智能化的管理。為此，本文就建筑電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制系統(tǒng)的設(shè)計及效果進行分析。

1 工程概況

選取某高層綜合體建筑作為本文研究對象，對該建筑工程項目進行電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計。該建筑物可供商業(yè)、辦公、會議等活動，且日常人流量較大，若突發(fā)火災(zāi)，會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。為此，該建筑項目對火災(zāi)防護需求相對較高。本文為這一建筑項目設(shè)計電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制施工方案，在聯(lián)動控制下，可有效降低火災(zāi)的危害程度，保障建筑的使用安全和使用壽命。

2 建筑電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

建筑電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制通常是指火災(zāi)自動報警與消防設(shè)備的統(tǒng)一控制，通過火災(zāi)報警控制器與消防聯(lián)動控制器之間的通信，實現(xiàn)建筑電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制施工，具體控制架構(gòu)如圖1所示。

圖1 建筑電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制架構(gòu)

從圖1可知，通過現(xiàn)場不同類型的火災(zāi)探測器探測火災(zāi)信號，并實時傳送至相應(yīng)模塊中，由報警設(shè)備發(fā)出火災(zāi)警告，并將信號傳輸至聯(lián)動控制器中，在聯(lián)動控制器的控制下，向建筑電氣消防設(shè)備發(fā)出動作指令，實現(xiàn)建筑電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制。

3 建筑電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制系統(tǒng)模塊設(shè)計

3.1 火災(zāi)報警控制模塊設(shè)計

火災(zāi)報警控制模塊由探測器、報警設(shè)備以及控制器組成。控制器采用美國NOTIFIER公司制造的火災(zāi)報警控制系統(tǒng)，型號為NFS-3030，這一系統(tǒng)具備1～10個信號回路，可同時接收多個探測器的實時探測數(shù)據(jù)，同時該系統(tǒng)配備LCD屏幕，可實時向管理人員顯示火情信息[3]。報警控制模塊所使用的探測器包括煙感探測、可燃?xì)怏w探測等，當(dāng)利用探測器獲取到火情信息后，經(jīng)由報警設(shè)備將火災(zāi)狀態(tài)傳輸至控制器中，實現(xiàn)火災(zāi)報警，該模塊包含以下探測設(shè)備。

3.1.1 智能型光電感煙探測器

該工程建筑電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制系統(tǒng)配備的這種探測器內(nèi)部存在迷宮式暗室，當(dāng)探測器的發(fā)射管發(fā)射光束時，若煙霧進入迷宮，則會被光束接收管接收，而接收管可對獲取的信號進行處理，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，生成處理器可識別的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)煙霧探測。

3.1.2 智能型感溫探測器

感溫探測器主要由外部溫度傳感器、溫度補償控制等部分構(gòu)成。該探測器將采集到的外部溫度經(jīng)內(nèi)置處理器進行比較與運算后，分析溫度是否超出設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)超出預(yù)設(shè)溫度后，可將溫度信號調(diào)整為數(shù)字信號，提供至火災(zāi)報警控制器，在控制器中發(fā)出火災(zāi)報警并進行相關(guān)建筑電氣設(shè)置控制[4]。

3.1.3 紅外火焰探測器

該探測器用于捕捉火焰燃燒時的熱量，以此判斷火災(zāi)發(fā)生狀態(tài)。當(dāng)火焰燃燒時，會持續(xù)散發(fā)大量的二氧化碳，并同時放射出波長為4.3μm的紅外線，而該探測器可捕捉紅外線反射波長，并在探測器內(nèi)部進行光電轉(zhuǎn)換后，傳輸給火災(zāi)報警控制器。

3.1.4 可燃?xì)怏w探測器

該探測器通常安裝在燃?xì)夤芫浇瑢崟r監(jiān)測燃?xì)庾兓?dāng)該探測器監(jiān)測到可燃?xì)怏w波動變化時，可迅速傳輸至報警模塊，并通過聯(lián)動控制器立即關(guān)閉燃?xì)夤艿篱y門。

3.1.5 手動報警按鈕

在建筑內(nèi)同時配備手動報警按鈕，當(dāng)通過外力擊碎按鈕外側(cè)的玻璃時，報警按鈕的開關(guān)量信號可立即轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并經(jīng)過報警模塊傳輸至聯(lián)動控制模塊中，在聯(lián)動控制模塊的指令下，可迅速點亮火警確認(rèn)燈。

根據(jù)探測器性能的不同，需將不同探測器裝置在相應(yīng)場所[5]，在探測器安裝施工時，需嚴(yán)格按照《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》實行，通常情況下，被探測位置需按照公式（1）設(shè)置探測器數(shù)量：

式中：

N——探測器個數(shù)；

K——修正系數(shù)；

S——被探測區(qū)域面積；

A——探測器可探測面積。

根據(jù)公式（1）的計算，可有效獲取每一探測區(qū)域應(yīng)布置探測器的數(shù)量。

3.2 消防設(shè)施聯(lián)動控制模塊設(shè)計

通過消防設(shè)施聯(lián)動控制模塊，實現(xiàn)建筑電氣消防設(shè)施的同步控制，該模塊具體控制設(shè)計內(nèi)容包括消防滅火栓泵的控制、專用排煙風(fēng)機的控制、電梯迫降的控制、應(yīng)急照明燈的控制和非消防電源的控制等。

3.2.1 消防滅火栓泵控制

消防滅火栓泵控制是電氣設(shè)施聯(lián)動控制的重要組成部分，這種設(shè)施主要由蓄水池、水泵以及滅火栓構(gòu)成，利用通信總線，將探測器探測到的火災(zāi)信號傳輸至控制器中，控制器利用編碼型輸入模塊自動開啟起火點周圍的消防栓，并同步控制加壓水量，經(jīng)水量控制后，可實時顯示水位變化并發(fā)出低水位預(yù)警，從而保證加壓噴水時有足夠用水。消防栓控制邏輯圖見圖2所示。

圖2 消防栓控制邏輯圖

消防栓壓力水泵放置在建筑的負(fù)一層，且應(yīng)靠近消防水池。按照圖2中的控制方式，可精準(zhǔn)、實時地實現(xiàn)建筑消防栓控制。

3.2.2 專用排煙風(fēng)機控制

根據(jù)歷史資料統(tǒng)計，大部分火災(zāi)受煙熏中毒死亡的概率明顯較高，因此目前建筑在建設(shè)消防系統(tǒng)設(shè)計時均會配備大量的排煙設(shè)備。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，可利用排煙設(shè)備過濾建筑內(nèi)的煙霧，從而提高人員逃生的概率，避免大規(guī)模煙霧對人員造成傷害。本文針對排煙風(fēng)機進行控制，當(dāng)探測器探測到過量煙霧時，立即發(fā)出報警指令，并傳輸給設(shè)備聯(lián)動控制模塊，由控制模塊啟動排煙閥門與風(fēng)機，同時通過LonWorks總線對排煙效果進行實時監(jiān)控。

3.2.3 電梯迫降控制

為保障火災(zāi)發(fā)生時電梯的安全性，可通過兩種方式控制電梯迫降，一種是利用探測器聯(lián)動電梯，該工程設(shè)計的控制模塊可以精準(zhǔn)控制電梯運行；另一種可在消防控制室內(nèi)控制電梯運行，由控制室管理人員手動操控電梯運行裝置。通過兩種方式相結(jié)合應(yīng)用，可有效保證電梯運行安全，避免電梯在火災(zāi)發(fā)生時出現(xiàn)失控現(xiàn)象。

3.2.4 應(yīng)急照明燈控制

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，需立即點亮應(yīng)急照明燈設(shè)備。因此，該工程通過聯(lián)動控制模塊，實時控制應(yīng)急照明燈裝置。當(dāng)火災(zāi)探測器探測到火情信息后，通過聯(lián)動控制模塊，啟動應(yīng)急照明燈開關(guān)，并實時監(jiān)控照明燈開啟狀態(tài)，等待火情結(jié)束后，即可關(guān)閉應(yīng)急照明燈。

3.2.5 非消防電源控制

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)后，需要立即切斷部分非消防設(shè)備電源，以防這些電源引發(fā)更大的火災(zāi)。因此，為了降低火災(zāi)帶來的損失，本文通過聯(lián)動控制模塊，對非消防設(shè)備電源進行控制，控制過程主要利用電源脫扣器實現(xiàn)。當(dāng)探測器探測到火災(zāi)問題后，控制模塊驅(qū)動板向中間繼電器線圈傳輸24V直流信號，當(dāng)繼電器線圈獲取電信號后，即開啟常開觸點，此時在常開觸點連同通后，電源脫口器線圈出現(xiàn)脫口，從而控制非消防電源斷電。

4 建筑電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計效果分析

為了評估該工程設(shè)計的建筑電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制系統(tǒng)能否實時完成火災(zāi)報警與聯(lián)動控制，本文采用模擬實驗方式模擬建筑物內(nèi)的火情信息，分析該設(shè)計的應(yīng)用效果。在普通建筑中，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)后，火勢的初期增長速率相對緩慢，隨著時間的增長，火情會迅速蔓延，導(dǎo)致火勢增長速率變快。此時，可通過公式（2）計算火災(zāi)釋放速率變化情況：

式中：

Qf——火源熱釋放速率；

t、t0——燃燒時間與阻燃時間；

α——火情增長速率。

通過公式（2）的計算，即可獲取建筑物內(nèi)起火后的熱釋放速率。

4.1 預(yù)警及消防控制效果

模擬建筑物內(nèi)不同位置發(fā)生火災(zāi)事故，分析在不同火災(zāi)增長系數(shù)與熱釋放速率下，該工程設(shè)計的系統(tǒng)能否及時發(fā)出預(yù)警并對相關(guān)設(shè)施進行有效控制，分析結(jié)果如表1所示。

表1 設(shè)計報警與控制能力分析

根據(jù)表1的分析結(jié)構(gòu)可知，該工程設(shè)計的聯(lián)動控制系統(tǒng)可在不同火災(zāi)場景下實現(xiàn)有效報警，保證建筑物內(nèi)相關(guān)人員及時發(fā)現(xiàn)火情信息，且當(dāng)火災(zāi)出現(xiàn)后，可有效控制電氣消防設(shè)施進行防火操作。由此可以看出，該系統(tǒng)設(shè)計具有較強的可靠性，可有效實現(xiàn)設(shè)施聯(lián)動控制，從而快速疏散建筑內(nèi)人員。

4.2 系統(tǒng)響應(yīng)時間分析

分析該工程設(shè)計的聯(lián)動控制系統(tǒng)在建筑物不同熱釋放速率狀態(tài)下執(zhí)行控制任務(wù)時設(shè)施的響應(yīng)時間，以此驗證該系統(tǒng)對建筑電氣消防設(shè)備聯(lián)動控制能力，分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 設(shè)施響應(yīng)時間分析

根據(jù)圖3可知，在任意熱釋放速率下，在該工程聯(lián)動控制下的建筑電氣消防設(shè)施均能夠快速響應(yīng)，響應(yīng)時間始終保持在0.7s以下，說明在火勢較大狀態(tài)下，該系統(tǒng)仍然能夠快速發(fā)出控制指令，且相關(guān)設(shè)施能夠及時起到防火作用。因此，該系統(tǒng)具有較強的設(shè)備聯(lián)動控制能力。

5 結(jié)束語

本文主要研究了建筑電氣消防設(shè)施聯(lián)動控制系統(tǒng)的設(shè)計，為所選建筑設(shè)計有效的火災(zāi)報警與設(shè)施聯(lián)動控制方案。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，可經(jīng)由探測器迅速采集相關(guān)火情信息，并進行火災(zāi)預(yù)警，同時與建筑內(nèi)電氣消防設(shè)施進行聯(lián)動，在火災(zāi)出現(xiàn)后第一時間控制相關(guān)設(shè)施，避免火勢進一步擴大，以此保障建筑物內(nèi)人員與設(shè)施的安全。在未來研究過程中，可針對現(xiàn)有控制技術(shù)繼續(xù)進行優(yōu)化，從而實現(xiàn)更多設(shè)施的安全操控。