分析建筑电气设计中的消防设计

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  【摘 要】随着我国经济的快速发展,城市建设工程越来越多,建筑工程的施工质量要求也越来越高,在建筑的设计阶段中,电气设计是设计的核心内容之一,而电气设计中的消防设计更是重中之重。本文对房屋建筑電气设计中的消防设计进行简单分析,希望可以在一定程度上帮助设计单位提升业务水平。
  【关键词】房屋建筑;建筑施工;电气设计;消防设计;建筑消防;设计
  一.引言。
  传统的建筑电气设计包括供电设计和照明设计,经过建筑建造的发展和业主对建筑功能的需求,传统电气设计无法满足时代需要,因而出现了强电设计和弱电设计,在增加的项目中,供电、防雷和照明被划分在强电类,其余部分如电视、电话、消防和建筑楼宇自控系统等项目被划分在弱电类。在建筑的电气设计中,消防设计的服务对象是业主,是为业主的使用功能需要而服务的,同时也是对建筑安全的保障措施。
  二.建筑电气设计内容。
  1.供电系统设计
  (1)电力负荷的计算。
  电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否,对合理选择设备、安全可靠与经济运行,均起着决定性的作用。
  (2)低压配电线路设计。
  首先确定进户线的方位,然后确定各区域总配电箱、分箱的位置,根据线路允许电压降等因素确定干线的走向,管材型号和规格,导线截面等,绘制平面图。
  (3)电气设备选择。
  电气设备的选择是涉及多种因素,首先要考虑的是产品性能质量。电气产品的选用必须符合国家有关规范。其次才是经济性,要根据业主功能要求、经济情况做出选择。随着人们环境保护意识的日益增加,选择环保产品、节能产品也是新的时尚,这就不仅仅是钱的问题了。
  (4)继电控制与保护。
  没有十全十美的系统,没有100%可靠的设备,对于各种突发的意外情况,对关键点进行保护,是电力系统工程师的职责之一。
  2.照明设计。
  电气照明设计包括设计说明、光源选择、照度计算、灯具造型、灯具布置、安装方式、眩光控制、调光控制、线路截面、敷设方法和设备材料表等。照明设计和建筑装修有着非常密切的关系,应与建筑师密切配合,以期达到使用功能和建筑效果的统一。绿色照明是指在设计中广泛采用新的材料、技术、方法,达到节能、高效及环保的要求。
  3.防雷、消防设计。
  (1)安全用电 。
  防雷、消防都是为安全而设计的,人的生命安全是我们在运行电力系统中所必须首先考虑的问题。电是双刃剑,安全使用才能带来方便和效益,我们应该牢记:安全第一。
  (2)防雷
  雷击是一个概率事件,设置接闪器等防雷装置增大了落雷的概率,但可以有效地控制雷击灾害。传统的防雷方法是采用避雷针、避雷带等,近年来用过的有消雷器和放射式避雷针,但在国内理论界基本是否定的,而提前放电和抗雷器等避雷方法理论界还在争论之中。
  (3)防火
  随着建筑物的日趋复杂化,功能的多样化,防火问题变得越来越重要。由于电气原因引起的火灾也在不断上升之中。建筑防火设计包括所有的设备专业,水要有喷淋、消防泵,暖通要有防排烟,电气的火灾探测器、通信和联动控制系统更是必不可少的。建筑电气的消防包含消防供电(包括:消防电源、消防配电、消防线路和电器装置等)、火灾应急照明和疏散指示标志、火灾自动报警系统、漏电火灾报警系统。
  4.信息系统设计。
  (1)电视。
  为了使用户收看优质的电视节目,公共建筑一般都设置共用天线电视接收系统CATV和有线电视系统CCTV。它们都是有线分配网络,除收看电视节目外,还可以在前端配合一定的设备。进行分配系统设计时,应合理确定电视机输入端的电平范围。
  (2)电话。
  电话设计包括电话设备的容量、站址的选定、供电方式、线路敷设方式、分配方式、主要设备的选择、接地要求等。
  (3)网络
  网络设备的出现是随着信息工业的发展而出现在建筑物中的新事物。信息时代的到来,使我们的生存成了比特的组合。
  三.建筑电气设计中的消防设计。
  1.供电电源。
  建筑供电主要是解决建筑物内用电设备的电源问题。包括变配电所的设置,线路计算,设备选择等。
  (1).供电电源及电压的选择
  供电设计:包括供电电源的电压、来源、距离和可靠程度,目前供电系统和远景发展情况;用电负荷的性质、总设备容量和计算负荷;变配电所的数量、容量、位置和主接线;无功功率的补偿容量和补偿前后的功率因数;备用容量和备用电源供电的方式;继电保护的配置、整定和计量仪表的配置。
  为了保证供电可靠性,现代高层建筑至少应有两个独立电源。具体数量应视当地电网条件而定。两路独立电源运行方式,原则上是两路同时使用,互为备用。此外,还必须装设应急柴油发电机组,并要求在15s内走道恢复供电,保证应急照明、消防设备、电脑电源等用电。国内高层建筑大都采用10kV等级,对用电量大而且有条件的,建议采用35kV深入负荷中心供电。
  (2).选择供电系统中的断路器。
  断路器是指控制电流通断的设备,主要用于对线路及设备的保护,当电路中出现过载、短路、欠压等故障时,能迅速切断电源,保护线路、负载及相关设备的安全。
  断路器的一般在选用时要遵循以下原则:
  第一、根据用途选择断路器的型式及极数;
  根据最大工作电流选择断路器的额定电流;根据需要选择脱扣器的类型、附件的种类和规格。具体要求是:
  ①断路器的额定工作电压≥线路额定电压;
  ②断路器的额定短路通断能力≥线路计算负载电流;
  ③断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流(一般按有效值计算);   ④线路末端单相对地短路电流≥1.25倍断路器瞬时(或短延时)脱扣整定电流;
  ⑤断路器欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压;
  ⑥断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电源電压;
  ⑦电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压;
  ⑧断路器用于照明电路时,电磁脱扣器的瞬时整定电流一般取负载电流的6倍。
  第二、采用断路器作为配电变压器低压侧总开关时,其分断能力应大于变压器低压侧的短路电流值,脱扣器的额定电流不应小于变压器的额定电流,短路保护的整定电流一般为变压器额定电流的6-10倍;过载保护的的整定电流等于变压器的额定电流。
  第三、初步选定断路器的类型和等级后,还要与上、下级开关的保护特性进行配合,以免越级跳闸,扩大事故范围。
  2.配电线路。
  首先确定进户线的方位,然后确定各区域总配电箱、分箱的位置,根据线路允许电压降等因素确定干线的走向,管材型号和规格,导线截面等,绘制平面图。
  低压配电系统的各级开关,一般采用低压断路器。设计时注意选择性,保护等级不宜超过三级。重要负荷要求两路供电、末端切换,如消防电梯,要求在电梯机房设置切换装置、互为备用。配电设计包括配电系统的接线、主要设备选择、导线及敷设方式的选择、低压系统接地方式选择等。
  目前,许多建筑的消防配电线路采用穿塑料管(PVC)保护,并从吊顶内走线。高层建筑的消防用电设计,必须保证消防设备的有效运转,因此消防用电的配线,也必须保证当其受到火灾影响时,不至造成停电。解决这一问题比较有效的办法,是使用耐热性绝缘导线,并埋设于混凝土构件内。“民规”第24.8.5条规定:消防联动控制、自动灭火控制、通信、应急照明及紧急广播等线路,应穿金属管保护,并暗敷在非燃烧体结构内,其保护层厚度不应小于30mm。当必须明敷时,应在金属管上采取防火措施(一般采用涂防火涂料的办法,外涂三遍,或者防火涂料层厚度在0.5―2mm之间)。在布线上“民规” 与“报警规范”的 要求基本一致,只是“报警规范”在线路暗敷时可采用穿金属管或经阻燃的硬质塑料管保护,本条之所以没有包括火灾探测器线路,是因为探测器线路只是在火灾初起阶段起作用,而条文中规定的消防联动控制、自动灭火控制、通信、应急照明及紧急广播线路,在火灾发生后一段时间内还需起作用,在这段时间内,必须保证这些线路的安全使用。
  在配电线路设计中,要注重对电缆和电线进行合理选择。规范未规定选什么电缆,工程中一般采用铜芯线。常用的交联聚乙烯绝缘电缆(YJV、ZR-YJV、NH-YJV)等普通电缆,火灾中放出大量有毒烟气,故电缆的低烟无卤化是发展方向。普通电缆、阻燃电缆、阻燃隔氧层电缆及耐火电缆在明敷及穿钢管并施防火涂料保护时,其持续供电时间均未达到30min。这对于消防控制室、消防水泵、消防电梯、防排烟设施等供电时间较长的消防设备供电是不利的。因此,设计是对一些重要建筑或场所内的供电线路或某些重要供电线路宜采用矿物绝缘铜护套电缆。
  3.联动控制系统。
  主机在消防控制室接收现场各种设备如:感烟与感温探测器、手动火灾报警按钮、消火栓按 钮、水流指示器以及湿式报警阀压力开关等传来的报警(或动作)信号,经报警控制器处理后,去集中联动控制相应的现场被动型设备,如:启动消火栓泵、喷淋泵及停止有关部位的空调送风机,关闭电动防火阀,打开排烟送风阀并联动排烟风机及正压送风机,关闭有关部位的防火卷帘,控制电梯全部停于首层等,并接收这些设备动作后的回答信号,开起无需回答信号的现场被动型设备,如火灾应急广播、编址音响器并联锁关闭大楼空调机,切断有关部位的非消防电源,消防 控制室除能接收上述各报警(联动)信号外,还能接收消火栓泵、喷淋泵、稳压泵、正压送风机、排烟风机以及消防电梯等的运行信号及各水池和水箱的水位信号,并能手动直接控制消防水泵与防烟排烟风机等的开起及停止。
  4. 室内消火栓系统。
  对消火栓系统而言,根据“高规”的要求,在每个室内消火栓处应设置直接启动消防水泵的按钮。根据“报警规范”的要求,在消防控制室处也应能手动控制消火栓泵的启、停。这两部规范从各自不同角度提出要求。消防控制室与消火栓动作按钮启动关系与消火栓泵的启动形式有关。消火栓泵的启动方式一般分为两种:第一种启动方式是在总线制联控方式下,消火栓动作按钮的起动。可通过设在消火栓旁的联动接口模块将其要求的启动信号送至消防控制室控制台,再从此处输出使消火栓启动的开关量触点。第二种起动方式,是直接将消火栓动作按钮的开关量触点输出到消火栓泵启动箱。前一种方式接线省,但需在总线制下,对消火栓联动模块进行地址编码编来达到监控大量消火栓的目的。后一种启动方式简单可靠,但还需要把消火栓动作信号返回给消防控制室。此外,在消防泵房还有一个控制箱,直接控制消防泵的启停,这样消火栓泵的启动就有三处地方可控制。通常情况下,消防泵房电源控制柜上的手动、自动转换开关置于自动位置,在消防控制室和消火栓处均能控制消防泵的启停,就是一旦自动控制失灵,工作人员可在水泵房将转换开关打到手动位置,直接起动消防泵,且就地维修也很方便。但是,这样一来,将会带来负面影响。在水泵房设置转换开关,容易引起人为的操作失误,因为一般情况下泵房是无人值班的,万一工作人员或其他人员将转换开关置于手动位置,而消防中心未能及时发现,就会出现消防控制中心和消火栓按钮均无法启动消防泵的重大隐患。因此,在实际设计中,消防控制室的手动起停按钮可不经过泵房设置的转换开关,而直接启动消防泵,既能解决直接起动问题,又便于消防中心统一监控。
  5.火灾自动报警系统。
  火灾自动报警系统由触发器件(探测器、手动报警按钮)、火灾报警控制器、火灾警报装置、各种联动控制、火灾应急广播、消防通讯等组成。火灾自动报警系统的作用是:能自动(手动)发现火情并及时报警,控制各种消防设施(消防泵、喷淋泵、防排烟风机、防火卷帘、消防电梯、火灾应急照明等),控制火情的发展,指挥人员安全疏散。火灾自动报警系统的系统形式由以下内容构成:   (1)区域报警系统。
  ①一个报警区域宜设置一台区域火灾报警控制器或一台火灾报警控制器,系统中区域火灾报警控制器或火灾报警控制器不应超过两台。
  ②区域火灾报警控制器或火灾报警控制器应设置在有人值班的房间或场所。
  ③系统中可设置消防联动控制设备。
  ④当用一台区域火灾报警控制器或一台火灾报警控制器警戒多个楼层时,应在每个楼层的楼梯口或消防电梯前室等明显部位,设置识别着火层的灯光显示装置。
  ⑤区域报警系统宜用于二级保护对象。
  (2)集中报警系统。
  ①系统中应设置一台集中火灾报警控制器和两台及以上区域火灾报警控制器,或设置一台集中火灾报警控制器和两台及以上区域显示器。
  ②系统中应设置消防联动控制设备。
  ③集中火灾报警控制器或火灾报警控制器,应能显示火灾报警部位信号和控制信号,亦可进行联动控制。
  ④集中火灾报警控制器或火灾报警控制器应设置在有专人值班的消防控制室或值班室内。
  ⑤集中报警系统宜用于一级和二级保护对象。
  (3)控制中心报警系统。
  ①系统中至少应设置一台集中火灾报警控制器、一台专用消防联动控制设备和两台及以上区域火灾报警控制器;或至少设置一台火灾报警控制器、一臺消防联动控制设备和两台及以上区域显示器。
  ②系统应能集中显示火灾报警部位信号和联动控制状态信号。
  ③控制中心报警系统宜用于特级和一级保护对象。
  四.超高层公共建筑消防电气设计存在的问题。
  在我国的超高层公共建筑消防电气设计中,还存在以下问题:
  1.手动报警按钮的设置存在问题。根据《火灾自动报警系统设计规范》(gb50116- 98)第8.3.1条规定:每个防火分区应至少设置一个手动火灾报警按钮。从一个防火分区内的任何位置到最邻近的一个手动火灾报警按钮的距离,不应大于30m。手动火灾报警按钮宜设置在公共活动场所的出入口处。在进行设计时,应首先满足报警按钮“应”设在公共活动场所的出入口处要求。其次才能遵循“30m”和“每个防火分区应至少一个”的原则。
  2.防火卷帘的控制问题。
  电动防火卷帘门主要起隔离作用,一般的电动防火卷帘门内外侧各设一对烟感器、温感器,除了控制箱(一个)可设在内侧或外侧外,内外侧还应各设一个手动启停按钮,距地1.4米左右明装,而位于自动扶梯周围的电动防火卷帘门,其烟感器、温感器只设在外侧。从电动防火卷帘门的工作方式来区分,可分为两种:一为隔离式,一般设在防火分区边界的出入口处,一旦探测器报警并确认火灾,防火卷帘门一步降到底,同时喷淋系统开始向起火区和卷帘门喷水。二为疏散式,一般疏散通道上,烟感器报警后经确认(人工确认或两个以上探测器报警)先降金属卷帘至距地1.8米处,如火势发展,温度升高,则温感器动作后防火卷帘门再降至地面。两次动作之间的时间用于门内人员逃离。无论哪种电动防火卷帘门,在超高层建筑中整个消防系统的一个组成部分,其动作不是独立的。因此,电动防火卷帘门两侧从属于卷帘门控制箱的烟感器、温感器,均应与火灾报警系统的探测器回路相接并在一个系统内工作。
  五.结束语
  建筑电气设计中的消防设计内容繁杂,在设计中要严格执行相关制度和设计规范,根据建筑实际情况,制定合理的电气消防设计方案。
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