消防设备供电可靠性分析
2012-08-08陈琪
陈 琪（中国建筑设计研究院， 北京 100044）
1 引言
随着社会的发展及人们生活水平的提高，火灾的危害也越来越大，特别是近年来火灾造成的人员伤亡及财产损失，更是触目惊心。消防工作包括预防及施救，预防要求电气设计人员，选择合适的供电系统、合理配置电气保护装置，预防电气线路过热引燃周围可燃物；施救要考虑消防用电设备供电的持续性，电线电缆的无毒性以及消防人员的防触电安全。科学合理的建筑电气防火设计，是体现“预防为主、防消结合”的工作方针，也是减少电气火灾危害的根本措施。建筑电气防火设计，应当有利于预防电气火灾的发生以及扑灭火灾，并保证紧急状态下的安全疏散。
《消防法》规定，建设工程的消防设计、施工必须符合国家工程建设消防技术标准。建设、设计、施工、工程监理等单位依法对建设工程的消防设计、施工质量负责。如何为消防设备供电，保证其供电可靠性，是建筑电气设计中重点考虑的问题。在执行相关防火规范时，必须严格执行。根据建筑物的特点，探索合理的电气设计方案，以协助其建筑防火设计符合规范、功能、安全、管理和施救的需求。
2 现有民用建筑防火规范
现有民用建筑防火规范包括《农村建筑防火规范》GB 50039-2010、《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》GB 50067-97、《人民防空工程设计防火规范》GB 50098-2009、《飞机库设计防火规范》GB 50284-2008；另外《建筑设计防火规范》正在进行高低规整合修订，现在正在制定的还有《建设工程防火规范》、《建设工程消防性能化设计规范》、《城市消防规划设计规范》，这些都是建筑全专业的防火规范。目前电气消防系统规范有《火灾自动报警系统施工及验收规范》GB 50166-2007，而《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116-98正在修订，《消防应急照明和疏散指示系统技术规范》已到报批稿阶段，另外正在制定《民用建筑电气设计防火规范》。随着标准规范的不断完善，相信建筑防火问题将得到公众的重视。
3 消防用电负荷等级各标准的差异
3.1 建筑设计防火规范（高低规整合修订送审稿）
根据建筑设计防火规范（高低规整合修订送审稿），下列建筑物、储罐（区）和堆场的消防用电应按一级负荷供电：
● 建筑高度大于50m的乙、丙类厂房和丙类仓库；
● 单罐容量大于1000m3或总储量大于5000m3的甲、乙类液体储罐区；单罐容量大于2000m3或总储量大于1万m3的丙类液体储罐区；总储量大于10万m3的甲、乙类气体储罐区；单罐容量大于200m3或总储量大于500m3的液化烃储罐区；
● 一类高层民用建筑（居住建筑：高度大于54m的住宅建筑；其他民用建筑：医疗建筑、重要公共建筑、建筑高度24m以上任意楼层建筑面积大于1500m2的商店、展览、电信、邮政、财贸金融建筑和综合建筑，省级及以上的广播电视和防灾指挥调度建筑、网局级和省级电力调度，藏书超过100万册的图书馆、书库，建筑高度大于50m的其他民用建筑）。
由此可见，除下列场所：火药、炸药及其制品厂房（仓库）、花炮厂房（仓库）；建筑高度超过250m的建筑；且人民防空工程、石油和天然气工程、石油化工工程和火力发电厂与变电站等有专项规定外，消防设备用电负荷的最高等级就是一级”。
3.2 《民用建筑电气设计规范》
《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008的3.2.3，特别针对消防用电负荷提出了分级规定。除了“特级体育场馆的应急照明为一级负荷中的特别重要负荷”外，“一类高层民用建筑、特、甲等剧场消防用电、甲级体育场馆的应急照明为一级负荷，二类高层民用建筑、乙、丙等剧场内的消防用电为二级负荷”。
3.3 《供配电系统设计规范》
《供配电系统设计规范》GB50052-2009（以下简称《供规》），未直接对消防用电设备提出供电要求，只在3.0.1条中描述到，“在一级负荷中，当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为一级负荷中特别重要的负荷。”
3.4 几种规范的探讨
正常情况下“中断供电将发生火灾的情况”在一般民用建筑内不会出现，但中断供电，而使火灾现场防排烟风机或消防泵无法运行，是否属于“中断供电将造成人员伤亡”？显然理解并不完全一致，这就造成了设计标准的不同。
以上有一点是一致的，就是一类高层民用建筑消防设备用电负荷是一级负荷。《供规》对一级负荷的供电要求为：“3.0.2一级负荷应由双重电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。3.0.3一级负荷中特别重要的负荷供电，应符合下列要求：1除应由双重电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。”
显然一级负荷需要双重电源供电，按照《供规》2.0.2双重电源是“由两个电路提供的，这两个电路就安全供电而言被认为是互相独立的。”《供规》3.0.2的条文说明为“双重电源可以是分别来自不同电网的电源，或者来自同一电网但在运行时电路互相之间联系很弱，或者来自同一个电网但其间的电气距离较远，一个电源系统任意一处出现异常运行时或发生短路故障时，另一个电源仍能不中断供电，这样的电源都可视为双重电源。”由此可见，双重电源的要求并不容易达到。
4 根据相关规范如何设计电气供电系统
众所周知，消防用电按一、二级负荷供电的建筑，其消防控制室、消防水泵房、防烟和排烟风机房的消防用电设备及消防电梯等的供电，应在其配电线路的最末一级配电箱（正在修订中的《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116规定：末端配电箱至消防设备的距离≤30m）处设置自动切换装置。
通常低压配电有以下几种方案可供大家探讨。
1）工程要求设有电力子表，设置柴油发电机作为第三路电源，柴油发电机仅为消防负荷供电，如图1所示。在低压侧设两段照明母线：一段电力母线，一段消防负荷专用母线。火灾发生初期，所有电梯降至首层，除消防电梯外，其他电梯断电；防排烟、应急照明等消防设备根据火灾情况自动启动；消防人员进场后，可根据需要，切断所有非消防电源。
2）图1供电方法中，在非火灾的停电时，柴油发电机仅为消防电梯及应急照明供电，似乎不太经济，衍生出在低压进线断路器后设一消防负荷专用母线段和重要负荷母线段的方案，如图2所示。当然，火灾时，要切除重要负荷母线段。
图4 方案4
图5 方案5
图6 方案6
3）现在有些审图单位，根据《供规》“3.0.9备用电源的负荷严禁接入应急供电系统。”要求按图3所示的方案设置低压系统，增加了几台低压配电柜，本人认为意义不大。因为重要负荷母线段，火灾时是需要切除的，不会影响消防负荷的运行。
4）如果工程项目不考虑设置电力子表，则按图4所示的方案，该方案更符合《供规》3.0.9的要求。
5）以上四种低压系统，都是在火灾时停外电源，由柴油发电机组供电的情况。如果不设置柴油发电机组，又要求消防负荷单独母线，还要设置电力子表，则需要消防电梯单独加表。其他消防设备平时不运行，可以不加计费表，按图5的方案设置，火灾时要切除非消防设备。
6）如果不设置柴油发电机组，又要求消防负荷单独母线，不设电力子表，则按图6方案设置。该方案比较简单，火灾时要切除非消防设备。
以上六种电压供电系统，均围绕消防供电问题，哪种既符合规范，又经济合理，希望大家探讨。
5 建筑物内消防设备低压供电线缆
消防设备供电的可靠性，同样依赖于供电线缆的安全性。
北京市规划委员会、北京市公安局消防局文件，消监字【2011】454号文，要求加强高层建筑消防用电配电线路设计工作，将非消防配电线路与消防配电线路分开敷设，从严执行《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95中9.1.4.4条“宜与其它配电线路分开敷设”改为“应与其它配电线路分开敷设”。这里没有明确何为“分开敷设”，是否为两个桥架？两个桥架间距有无要求？还是一个桥架内有隔板即可？
建筑物走道内或竖井内，可以敷设桥架的位置很小，要分开，使其着火时不受影响，很难。笔者认为，与其要求消防供电线路与其他配电线路分开敷设，不如对线缆提出耐火要求，效果会更好。耐火电缆在火灾时，需要通电工作，所以要注意耐火电缆在火灾时的性能。
建筑内的电缆井在每层楼板处要采用不低于楼板耐火极限的不燃烧体或防火封堵材料封堵，这点大家都已经注意到了，但电缆井与房间、走道等相连通的孔洞也应采用不低于此处墙面耐火极限的防火封堵材料进行封堵，却经常被忽略，提请设计人员注意。
总之，电气防火，责任重大，希望大家重视。
[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB50052-2009供配电系统设计规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2010.
