建筑电气消防设施联动控制系统设计及其效果分析

洪 泉

（福建天成力达建设工程有限公司，福建 福州 350100）

0 引言

建筑发生火灾后会给建筑结构和内部人员带来严重的影响。在火灾高温和火焰的作用下，建筑材料可能会熔化、炭化或变形，导致结构的强度和稳定性下降甚至发生倒塌。同时，火灾导致的破坏和损毁会造成巨大的财产损失，建筑内的设备、家具、办公用品等可能被烧毁或受损，给企业、机构或个人的经济造成重大损失[1]。当火灾发生时，烟雾和有毒气体的散发可能导致人员中毒和窒息。为了减少火灾对建筑的影响，建筑施工单位应采取有效的防火措施和安全管理措施，避免火灾发生及其对建筑正常使用的影响[2]。建筑电气消防设施联动控制是指针对建筑物内部安装的电气设备和消防设施，通过联动控制系统实现设备之间的协同工作，提高灭火救援效果，保障人员安全。该技术的核心是通过联动控制手段，实现电气消防设施自动化、智能化的管理。为此，本文就建筑电气消防设施联动控制系统的设计及效果进行分析。

1 工程概况

选取某高层综合体建筑作为本文研究对象，对该建筑工程项目进行电气消防设施联动控制系统设计。该建筑物可供商业、办公、会议等活动，且日常人流量较大，若突发火灾，会造成严重的经济损失。为此，该建筑项目对火灾防护需求相对较高。本文为这一建筑项目设计电气消防设施联动控制施工方案，在联动控制下，可有效降低火灾的危害程度，保障建筑的使用安全和使用寿命。

2 建筑电气消防设施联动控制系统架构设计

建筑电气消防设施联动控制通常是指火灾自动报警与消防设备的统一控制，通过火灾报警控制器与消防联动控制器之间的通信，实现建筑电气消防设施联动控制施工，具体控制架构如图1所示。

图1 建筑电气消防设施联动控制架构

从图1可知，通过现场不同类型的火灾探测器探测火灾信号，并实时传送至相应模块中，由报警设备发出火灾警告，并将信号传输至联动控制器中，在联动控制器的控制下，向建筑电气消防设备发出动作指令，实现建筑电气消防设施联动控制。

3 建筑电气消防设施联动控制系统模块设计

3.1 火灾报警控制模块设计

火灾报警控制模块由探测器、报警设备以及控制器组成。控制器采用美国NOTIFIER公司制造的火灾报警控制系统，型号为NFS-3030，这一系统具备1～10个信号回路，可同时接收多个探测器的实时探测数据，同时该系统配备LCD屏幕，可实时向管理人员显示火情信息[3]。报警控制模块所使用的探测器包括烟感探测、可燃气体探测等，当利用探测器获取到火情信息后，经由报警设备将火灾状态传输至控制器中，实现火灾报警，该模块包含以下探测设备。

3.1.1 智能型光电感烟探测器

该工程建筑电气消防设施联动控制系统配备的这种探测器内部存在迷宫式暗室，当探测器的发射管发射光束时，若烟雾进入迷宫，则会被光束接收管接收，而接收管可对获取的信号进行处理，经模/数转换后，生成处理器可识别的数据，从而实现烟雾探测。

3.1.2 智能型感温探测器

感温探测器主要由外部温度传感器、温度补偿控制等部分构成。该探测器将采集到的外部温度经内置处理器进行比较与运算后，分析温度是否超出设定标准，当超出预设温度后，可将温度信号调整为数字信号，提供至火灾报警控制器，在控制器中发出火灾报警并进行相关建筑电气设置控制[4]。

3.1.3 红外火焰探测器

该探测器用于捕捉火焰燃烧时的热量，以此判断火灾发生状态。当火焰燃烧时，会持续散发大量的二氧化碳，并同时放射出波长为4.3µm的红外线，而该探测器可捕捉红外线反射波长，并在探测器内部进行光电转换后，传输给火灾报警控制器。

3.1.4 可燃气体探测器

该探测器通常安装在燃气管井附近，实时监测燃气变化，当该探测器监测到可燃气体波动变化时，可迅速传输至报警模块，并通过联动控制器立即关闭燃气管道阀门。

3.1.5 手动报警按钮

在建筑内同时配备手动报警按钮，当通过外力击碎按钮外侧的玻璃时，报警按钮的开关量信号可立即转化为数字信号，并经过报警模块传输至联动控制模块中，在联动控制模块的指令下，可迅速点亮火警确认灯。

根据探测器性能的不同，需将不同探测器装置在相应场所[5]，在探测器安装施工时，需严格按照《火灾自动报警系统设计规范》实行，通常情况下，被探测位置需按照公式（1）设置探测器数量：

式中：

N——探测器个数；

K——修正系数；

S——被探测区域面积；

A——探测器可探测面积。

根据公式（1）的计算，可有效获取每一探测区域应布置探测器的数量。

3.2 消防设施联动控制模块设计

通过消防设施联动控制模块，实现建筑电气消防设施的同步控制，该模块具体控制设计内容包括消防灭火栓泵的控制、专用排烟风机的控制、电梯迫降的控制、应急照明灯的控制和非消防电源的控制等。

3.2.1 消防灭火栓泵控制

消防灭火栓泵控制是电气设施联动控制的重要组成部分，这种设施主要由蓄水池、水泵以及灭火栓构成，利用通信总线，将探测器探测到的火灾信号传输至控制器中，控制器利用编码型输入模块自动开启起火点周围的消防栓，并同步控制加压水量，经水量控制后，可实时显示水位变化并发出低水位预警，从而保证加压喷水时有足够用水。消防栓控制逻辑图见图2所示。

图2 消防栓控制逻辑图

消防栓压力水泵放置在建筑的负一层，且应靠近消防水池。按照图2中的控制方式，可精准、实时地实现建筑消防栓控制。

3.2.2 专用排烟风机控制

根据历史资料统计，大部分火灾受烟熏中毒死亡的概率明显较高，因此目前建筑在建设消防系统设计时均会配备大量的排烟设备。当火灾发生时，可利用排烟设备过滤建筑内的烟雾，从而提高人员逃生的概率，避免大规模烟雾对人员造成伤害。本文针对排烟风机进行控制，当探测器探测到过量烟雾时，立即发出报警指令，并传输给设备联动控制模块，由控制模块启动排烟阀门与风机，同时通过LonWorks总线对排烟效果进行实时监控。

3.2.3 电梯迫降控制

为保障火灾发生时电梯的安全性，可通过两种方式控制电梯迫降，一种是利用探测器联动电梯，该工程设计的控制模块可以精准控制电梯运行；另一种可在消防控制室内控制电梯运行，由控制室管理人员手动操控电梯运行装置。通过两种方式相结合应用，可有效保证电梯运行安全，避免电梯在火灾发生时出现失控现象。

3.2.4 应急照明灯控制

当火灾发生时，需立即点亮应急照明灯设备。因此，该工程通过联动控制模块，实时控制应急照明灯装置。当火灾探测器探测到火情信息后，通过联动控制模块，启动应急照明灯开关，并实时监控照明灯开启状态，等待火情结束后，即可关闭应急照明灯。

3.2.5 非消防电源控制

当发生火灾后，需要立即切断部分非消防设备电源，以防这些电源引发更大的火灾。因此，为了降低火灾带来的损失，本文通过联动控制模块，对非消防设备电源进行控制，控制过程主要利用电源脱扣器实现。当探测器探测到火灾问题后，控制模块驱动板向中间继电器线圈传输24V直流信号，当继电器线圈获取电信号后，即开启常开触点，此时在常开触点连同通后，电源脱口器线圈出现脱口，从而控制非消防电源断电。

4 建筑电气消防设施联动控制系统设计效果分析

为了评估该工程设计的建筑电气消防设施联动控制系统能否实时完成火灾报警与联动控制，本文采用模拟实验方式模拟建筑物内的火情信息，分析该设计的应用效果。在普通建筑中，当发生火灾后，火势的初期增长速率相对缓慢，随着时间的增长，火情会迅速蔓延，导致火势增长速率变快。此时，可通过公式（2）计算火灾释放速率变化情况：

式中：

Qf——火源热释放速率；

t、t0——燃烧时间与阻燃时间；

α——火情增长速率。

通过公式（2）的计算，即可获取建筑物内起火后的热释放速率。

4.1 预警及消防控制效果

模拟建筑物内不同位置发生火灾事故，分析在不同火灾增长系数与热释放速率下，该工程设计的系统能否及时发出预警并对相关设施进行有效控制，分析结果如表1所示。

表1 设计报警与控制能力分析

根据表1的分析结构可知，该工程设计的联动控制系统可在不同火灾场景下实现有效报警，保证建筑物内相关人员及时发现火情信息，且当火灾出现后，可有效控制电气消防设施进行防火操作。由此可以看出，该系统设计具有较强的可靠性，可有效实现设施联动控制，从而快速疏散建筑内人员。

4.2 系统响应时间分析

分析该工程设计的联动控制系统在建筑物不同热释放速率状态下执行控制任务时设施的响应时间，以此验证该系统对建筑电气消防设备联动控制能力，分析结果如图3所示。

图3 设施响应时间分析

根据图3可知，在任意热释放速率下，在该工程联动控制下的建筑电气消防设施均能够快速响应，响应时间始终保持在0.7s以下，说明在火势较大状态下，该系统仍然能够快速发出控制指令，且相关设施能够及时起到防火作用。因此，该系统具有较强的设备联动控制能力。

5 结束语

本文主要研究了建筑电气消防设施联动控制系统的设计，为所选建筑设计有效的火灾报警与设施联动控制方案。当火灾发生时，可经由探测器迅速采集相关火情信息，并进行火灾预警，同时与建筑内电气消防设施进行联动，在火灾出现后第一时间控制相关设施，避免火势进一步扩大，以此保障建筑物内人员与设施的安全。在未来研究过程中，可针对现有控制技术继续进行优化，从而实现更多设施的安全操控。