高层综合体建筑消防电气及智能化各子系统研究

卢洪亮

（江苏中圣高科技产业有限公司，江苏 南京211112）

1 高层综合体建筑消防电气设计

1.1 消防设备的供配电系统设计

消防设备的供配电系统设计主要可以分为两个部分——供配电系统设计和设备选型。

1.1.1 供配电系统设计

为确保高层综合建筑体供电的安全性、可靠性、技术先进性和成本适度性，在遵循国家供配电系统设计的技术经济要求下，供配电系统设计的电源采用双重电源供电，分别为主电源与备用电源。任意一电源发生异常运行或故障短路时，另一个电源仍能够正常运行，以增强供配电系统的安全性能。主电源来源为城市高压10kV输电网，备用电源来源为电压等级为380 V、220 V的柴油发电机。此外，出于人群逃离的照明考虑，将采用蓄电池作为火灾安全疏散通道的应急电源[1]。

高层综合体建筑是由功能各异的不同建筑空间组合而成的建筑群。在供电系统设计过程中，应该把控用电的关键节点，综合考量，深入了解各节点的用电量，根据应用需求、相关标准和法规进行设计。假设在高层综合体建筑的地下1层处，建立1座开闭所、6座变配电房，并将1路10kV高压电源作为消防电气设备的日常消耗电源，由开闭所对该电路进行分配，使6座变配电房设备得到电能供应。在6座变配电房中设置降压变压器，将电能降低至0.4 kV。备用电源方面，同样在地下1层安置2台柴油发电机，发电机电压为0.4 kV的低压电源，在主电路无法供应或供应不足时启用，可确保供电不中断。发电机的容量可通过式（1）计算[2]：

其中PΣ代表发电机总负荷功率；ηΣ代表负荷综合效率；cosΦ代表发电机额定功率；SG1代表稳定负荷发电机容量。假设ηΣ为0.85、cosΦ为0.9，最终结果为SG1=732.6 kVA。图1是柴油发电机做备有电源的低压配电系统。

图1 柴油发电机做备有电源的低压配电系统

1.1.2 设备选型

为保障电能供应的稳定性和可靠性，除了需要确保电源的输出，还要确保配电线路的传输能力。因此，在配电线路的选择方面，主要考虑线路的防火能力。发生火灾时，配电线路可能会因为过高的热量而损坏，进而出现短路等现象。如果火灾直接灼烧线路，火会直接沿着电气线路燃烧，从而破坏配电线路的绝缘保护，导致配电线路出现漏电。此时，不但会造成电路供应故障，还会影响电路人员对电气设备的操作，易出现触电伤亡等安全事故[3]。

为了避免此类事故的发生，依照《建筑设计防火规范》的规范，所有消防用电配电线路和线路链接设备均采用专用的供电线路，并在总配电房内将主电源和备用电源与消防母线段连接。当电源因故障而出现供电中断时，电能会通过消防母线段继续供应，一方面确保电能的传输，另一方面可确保人员的安全，以此实现消防电气系统的可靠应用。同时，为了避免配电线路发生火灾时释放的氯化氢、二恶英等有毒有害气体危害人体健康、增加施救难度，应依照《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008第7.4.1条第2款规定，“对一类高层建筑以及重要的公共场所等防火要求高的建筑物，应采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆、电线或无烟无卤电力电缆、电线”，且采用该类型电缆电线时不能使用PVC电线管或线槽作为穿线管材。

1.2 火灾应急照明系统

当火灾发生后，容易导致照明电路无法正常工作。人群撤离时，可能因为照明不足出现类似摔倒、踩踏等现象，影响撤离的安全性和效率。因此，需对高层综合体建筑火灾时的照明系统进行设计。理论上，火灾照明系统可被定义为应急照明系统，主要有两个含义——疏散照明和备用照明。实际设计方面，主要分析系统设计要求和系统设计两部分。

1.2.1 系统设计要求

设计中，消防应急照明灯的电源放电电压不可低于额定电压的85%，最小亮度不小于15 cd/m2。为了避免刺眼，最大亮度不大于300 cd/m2。疏散照明灯从交流电源转到应急电源供电时，光通量不低于光源在额定电压时光通量的70%。消防应急照明灯具设有短路保护和模拟交流电源供电故障的试验无锁按钮，但不设其他开关。

1.2.2 系统设计

应急照明系统的设计中，应该在车库车道、疏散楼梯、前厅、展览厅、餐厅、影视及歌舞放映厅、多功能厅等建筑面积在200 m2以上的人员密集部位设置火灾应急疏散照明，并在建筑疏散通道、楼梯间、出入口顶部和墙面上设置明显的火灾疏散灯具标识。其中，应急照明供电模式、布设位置及电源的具体设计如下。

供电模式。根据应用要求，消防控制、监控、消防电梯、排烟、弱电、发电等机房均需要配置火灾应急照明。可采用双电源供电模式确保应急照度与正常照明的照度值的等同性，且备用照明应急电源供电转换时间应控制在5 s以下，金融交易场所则应该在1.5 s以下。同时，应安装相应数量的附带蓄电池的独立应急照明灯具，以便在应急电源供电转换时间过长时支撑应急照明需求。

标识性照明灯具的布设位置。通常，位于安全出口的照明灯具一般安置于门槛上方0.3 m处；疏散通道中的照明灯具，需要以暗装的形式沿墙或柱子进行布设，与地板相距0.5 m，且间距在15 m以内，与通道末端距离8 m以内，与安全出口标识等距离7 m；而在车库、门厅、影视歌舞放映厅等大面积场所，应将疏散标识灯具以明装形式布设于顶棚纸张，与地面间距2.5 m。

备用电源。在中断正常供电电源后，启动备用电源用于支撑疏散照明，供电转换时间在5 s以内。疏散照明采用蓄电池组集中分区供电，其中住宅、商用及消防设备用房等不同部位将采用分散式蓄电池组、分区式集中蓄电池、分散式蓄电池组等备用电源，以用来支撑疏散照明的短时用电需求。

2 火灾智能报警系统设计

2.1 火灾探测器设计

火灾探测器的设计主要考虑不同条件下火灾探测器的应用范围，结合整体面积计算火灾探测器的数量：

其中N代表探测器数量；S代表整体面积；K代表应用面积与整体面积相减差；A代表探测器的应用范围。

2.2 防烟排烟系统的联动控制设计

设计时主要以正压送风机、防火阀、加压送风口和送风井（送风管道）进行构建。运作原理上，将采用智能联动控制方式，在火灾区域放置两只独立的火灾探测器，具体位置为加压送风口。火灾探测器会对周边环境进行探测，当发生火灾时，探测器会将信号发送至联动控制器，以此触发联动控制器运作，之后联动控制器会对信号的具体情况进行智能决策，并发出智能联动控制指令，以此驱动相应的消防电气设备如加压送风机、电气喷水泵等动作。

2.3 火灾警报设计

设计时主要利用声光报警器来构建火灾警报的基础。为实现智能自动化设计，将声光报警器与联动控制器连接。依照上述运作原理，当发生火灾时，联动智能终端通过信号即可使声光报警器发出警报，此步骤与防火设备同时进行。出于对实际应用的考虑，针对高层综合体建筑的规模，声光报警器将设置在消防电梯前室、公共走道、商场、超市、餐厅和车库等场所。为了明确报警器功能，报警器的警报声将具备智能语音功能，针对火灾的具体位置等进行播报，避免人群误入危险区域，且能提供相应的引路功能。

3 结 论

高层综合体建筑是现代常见的一种建筑形式，具有规模大、结构复杂的特点，所以传统的消防设计并不能满足消防需求。为了突破传统消防设计的局限性，设计了消防电气及相应智能化各子系统，如设计高层综合体建筑消防电气、火灾智能报警系统，最终实现了智能化联动电气控制消防应用。