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浅谈高层建筑中消防配电设计

发表时间：2020/11/26 来源：《基层建设》2020年第22期作者：梁星基

[导读] 摘要：随着城市的不断发展进步，城市化进程加快，使城市的发展用地更为紧张、有限，高层建筑可以带来明显的社会经济效益，随之高层建筑拔地而起。

        中国轻工业广州工程有限公司 511447
        摘要：随着城市的不断发展进步，城市化进程加快，使城市的发展用地更为紧张、有限，高层建筑可以带来明显的社会经济效益，随之高层建筑拔地而起。当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时，建筑的消防设计的适用性、技术合理性和经济可行性都发生质的变化。高层建筑电气设计中，具有明显的特点，低压供配电系统也有较大的难度，消防配电设计极为关键，一旦电气设备消防设计质量不高，就会降低电气设备使用的安全性，造成人身财产损失。在安全可靠的前提下，做到经济合理、维护管理方便，成为高层建筑电气设计过程的重点、难点。以下结合本人设计的工程为例，结合当前的国家规范、相关政策要求，做一些消防配电设计方案探讨。
        关键词：高层建筑电气；消防配电；设计方案；
        1 工程的基本概况
        本工程建筑为一类高层建筑。地下4层；商业主楼地上为5层，商业主楼建筑高度30.22m；商业以上有2栋公寓及6栋住宅，公寓为23层（含架空层），住宅为23层（含架空层）、21层（含架空层）、20层（含架空层）；整个项目由停车场，商业裙楼及塔楼三大部分组成，总建筑面积为246680.21㎡，其中计容面积为187545.84㎡，容积率6.85。停车场包括地面停车场，地下二层、三层、四层的停车库。商业部分为地面以上五层及地面以下一层，商业部分包括地上二层的商场、顶层的餐饮娱乐区、地下一层及二层的商场。塔楼由公寓，住宅两部分组成，平衡布局于裙楼上方四隅。功能比较复杂，面积大，综合要求比较高。
        2建筑电气设计中的消防配电设计方案控制要点
        消防配电主要是为消防用电设备的提供电源。设计过程中应从以下几方面来考虑。
        （1）应明确消防的用电设备，做好消防负荷的统计。
        消防用电负荷及非消防用电负荷的分类影响着整个消防配电系统，包括消防电源容量的配置，消防回路专用的问题等，所有必须要先明确消防用电负荷有哪些。
        本工程中消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟设施、火灾自动报警、漏电火灾报警系统、自动灭火系统、应急照明、疏散指示标志和电动的防火门、窗、卷帘、阀门、消防电梯排水泵等为消防用电。
        其中比较争议之处，负四层的车库排水泵是否按消防电源配置，不同的规范有不同的要求，在《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013 第4.10.1的条文解析中认为不属于消防负荷，在《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50947-2014 第9.2.1中认为消防负荷。消防排水泵的作用除了其条文解析中减少结构荷载以外，还在维持电气设备正常运行起到保护作用。火灾过程中，喷淋，消火栓系统启动后，容易积水，更易引发电气故障，短路、漏电等问题，增加消防用电设备故障的概率，同时也为消防救援人员增加危险源。据此，排水泵应按消防用电设备来考虑。本工程负四层潜污泵总装机负荷672kw，这容量在一般工程中消防负荷计算影响比较大了，为经济合理，应由排水专业来明确，哪些排水泵中为消防排水作用，应其为消防负荷，其他的为非消防负荷，这减少部分的消防用电负荷统计。
        消防负荷计算另一个难点之处：如何做准消防负荷计算。之前民用建筑工程设计的消防用电负荷计算存在模糊认识，部分设计保守做法：消防负荷都是要全部同时使用的，造成较大浪费，此矛盾就随着大型综合类建筑的兴建，尤为突出；部分设计算其中一个最大用电防火分区的电量（消防风机、应急照明）、共用的消防用电设备（消防控制室、消防水泵、消防电梯等用电）之和，此算法欠周全。由于综合体的防火分区多，考虑火灾蔓延的迅速性，发生火灾时关联的区域广，竖向以及水平的。比如塔楼放生火灾时，不单要考虑整个塔楼部分的消防用电，应要同时考虑该塔楼核心筒在裙楼部分人员疏散系统启动，包括核心筒内疏散楼梯间的加压送风系统，以及裙楼部分应急照明系统全部用电。关于以上的描述，最新的规范《民用建筑电气设计标准》GB 51348-2019的3.5章及其条文解析中，已有明确规定。但规范中与其关联防火分区消防用电设备还没明确算法，有待商榷、析疑。以项目中裙楼其中负二层防火分区五为例，该防火分区水平位置关联的防火分区有四个，即关联整个负二层，竖向位置关联的有两个防火分区。如果全部位置关联的防火分区用电量都算，其用电量也很多，也没必要。建筑物采用划分防火分区这一措施，可以在建筑物一旦发生火灾时，有效地把火势控制在一定的范围内，减少火灾损失，同时可以为人员安全疏散、消防扑救提供有利条件。火灾蔓延有一定跨防火分区可能性，在消防负荷计算中，可结合工程实际，适当考虑蔓延的范围，比如再加上其中消防用电最大的一个关联防火分区消防用电，不必算是全部关联防火分区的所有消防用电。在算最底层消防排水泵时（多个防火分区），也应适当考虑一下系数。
        （2）明确消防用电负荷等级，电源配置
        高层建筑，特别综合体，功能复杂，限制多，涉及的规范条文也多，设计中应综合相关规范，明确负荷等级。以负荷等级为前提，结合消防的设备的用电量，并以此作为后续的供配电系统考虑。以本工程为例，消防负荷为一级负荷。从市政高压电网两个不同的区域变电站分别引来1路10KV高压电源，两路电源互为同时供电，互为备用，即采用双重电源供电，满足消防要求。采用10kv双电源方案，是结合项目的一、二级负荷多情况，同时咨询当地供电部门供电情况。对应一、二级负荷小的情况下，比如高层住宅项目，消防用电规模不大，可采用1路10kv另配置应急柴油发电机组来确保消防用电。应急照明系统同时设置了集中电源。备用电源的设置需考虑备用电源持续时间以及电源转换时间。确保消防用电负荷的持续工作时间，满足人员的安全疏散，确保消防救援的需求。
        （3）消防配电系统设计要安全、可靠。
        （3.1）需做到消防配电的专用性。

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        专用性体现在：
        （1）消防配电系统与非消防配电系统分开配置，从低压配电室至消防设备或者消防设备室的最末端配电箱的配电线路均匀与非消防用电设备的配电线路严格分开，避免非消防负荷故障对消防负荷的干扰，同时为准确切断非消防回路电源基础，避免误切断重要的消防配电回路。
        （2）对重要的消防，比如消防控制室，消防水泵房，消防电梯等，更要做到专用回路供电，直接从变电所低压配电出线，不与其他用途的消防用电共用。
        （3）线路敷设的专用。为了减少非消防回路的电缆对消防回路的干扰、影响，需对消防回路的电缆敷设提出更高的要求。《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版）中明确提出：消防配电线路宜与其他配电线路分开敷设在不同的电缆井、沟内；确有困难需敷设在同一电缆井、沟内时，应分别布置在电缆井、沟的两侧，且消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆。高层建筑配电具有明显的竖向特点，竖井的消防负荷的配电线敷设一般有两种：第一种非消防负荷与消防负荷的配电线路共井敷设；第二种，消防负荷的配电线路采用专用竖井。第一种占用空间少，需要提高电缆的等级，第二种，相对占用空间大，无需提高消防配电线路电缆耐火等级或非消防配电线路线缆的阻燃性，设计时需综合考虑建筑空间和电缆成本，选择较优方案。本工程采用共井敷设方式，采用柔性矿物质绝缘电缆。除竖向的敷设，层内水平敷设的消防回路线路也要考虑专用性，采用专用的封闭桥架，做防火措施，确保消防用电负荷的持续工作时间。
        （3.2）消防配电可靠性，安全性措施
        提高配电回路的可靠性，减少故障的范围，主要采用放射式供电方式，减少配电级数，尽量不超过两级配电。消防配电回路采用双电源双回路供电，在其配电线路的最末一级配电箱处设置自动切换装置，采用PC级ATSE，其额定电流不应少于回路的计算电流1.25倍。确保供电回路持续，消防配电回路不应设置过负荷保护，采用过负荷报警不脱扣的开关。尽量减少配电主回路的复杂性，做到安全、可靠电气元器件，在消防水泵，消防风机中不得采用变频调速器等采用有源器件启动，控制。
        （3.3）设置智能化应急照明系统。
        发生火灾时，火灾现场环境恶劣，烟雾、火以及逃生者自身的恐慌心理等众多因素都可能再最后一刻使逃生者错失逃生的机会。如何在火灾发生时逃生更安全、更准确，更迅速，传统应急照明系统已经不能满足需求。本项目采用了智能消防应急照明系统。智能消防应急照明系统对比传统急照明系统优势主要体现在以下几方面：
        （1）安全性。通过智能应急照明系统，调节疏散方向，导向安全区域，从而避免进入危险区域，采用DC24V低电压供电，避免电气漏电引起的人身安全事故。
        （2）准确性。平时自身巡检系统保证应急照明安全可靠运行；火灾时，可通过智能应急照明系统，并借助灯光频闪和语音提醒，使人们在火灾中不致于而过度紧张，保障人群可得到有安全疏散。
        （3）快速性。智能消防应急照明系统可以对各类灯具进行统一调控，避免绕路较远，以最快的路径逃生。
        （3.4）加强配电系统本身检测，监控，防火措施
        根据引发建筑火灾的三个主要原因电气故障、违章作业和用火不慎来看，电气故障原因引发的火灾居于首位。引起室内低压配电火灾的原因主要有：
        （1）短路故障，其故障电流过大，导致导线温度过热，而且故障位置容易产生电火花或电弧，严重时出现喷溅燃烧现象，引起火灾事故。
        （2）漏电电流，电缆、电线的在各种原因下导致的绝缘能力下降，导致电线与电线之间，导线与大地之间有一部分电流通过，这种现象就是漏电。当泄漏电流达到300mA就可能会引起火灾的。
        （3）过负荷火灾，主要是电缆长时间过负荷运行，积热引起。
        （4）接触电阻过大，主要是电气元器件之前的安装问题，接触面积小，导致接触电阻大，发热严重引起火灾。针对引起火灾的各自原因，做出相应的保护措施。选用的开关带短路、过负荷保护，同时做好计算，校验。对于漏电，设置剩余电流式电气火灾监控探测器。可以长期不间断地实时监测线路剩余电流的变化，剩余电流过大时及时报警，便于查找故障点，从而减少因漏电引发的火灾。在非消防的配电回路中采用阻燃性型电缆电线，电缆在同时穿越楼板、防火分区等地方采取防火封堵措施，减少火灾蔓延范围。
        为减少消防电源的维护人工日常维护，配置了消防电源监控系统。消防电源监控设备能够实现电源形内消防设备运作状况的有效监测，通过监控设备，将消防电源的发生过载、欠压、缺相，过流，中断等故障进行报警，进而人工进行排查，检修，防患于未然。其及时性，智能化，为消防配电配电系统可靠运行增添一份保障。
        3结论
        消防配电系统设计对于高层建筑电气系统的安全应用具有较大影响。实践过程中，人们只有充分认识到建筑电气系统消防配电设计的必要性，并在当前设计问题分析的基础上，遵循系统设计原则，综合考虑相关规范要求，才能提升消防配电设计水平，从而保证消防用电电气系统运行的效率与安全，推动建筑电气工程的进一步发展。
        参考文献：
        [1]《民用建筑电气设计标准》GB 51348-2019 中国建筑工业出版社
        [2]《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013 中国计划出版社
        [3]《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版）中国计划出版社
        [4]《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50947-2014 中国计划出版社出版