论文部分内容阅读
摘要：高层建筑消防电气设计的优劣直接关系到消防用电设备的运行，人员的转移和对火势的控制，因此，消防电气设计的质量问题已成为社会普遍关注的话题。
关键词：高层建筑；消防电气设计
Abstract: the high building fire electrical design quality directly related to fire power the operation of equipment, personnel of the transfer of the fire control and, therefore, fire control the quality problem of the electrical design has become a topic of general interest.
Keywords: high building; Fire electrical design
中图分类号：TU998.1 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
高层建筑消防电气设计工作是一项复杂的工程。它关乎到建筑的使用功能，消防用电设备的可靠运行，以及人员安全。设计时应注意对消防用电设备特点的把握，设计出高质量的电气系统。本文针对高层建筑消防电气设计问题，分析了一些设计中应该注意的问题，以供大家借鉴、参考。
2.消防电气设计
高层建筑消防电气设计与现行消防法规联系紧密、政策性很强、技术性较复杂的电气设计工作。设计过程中应严格遵循《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-2008）、《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95，2005版）、《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008)。规范对高层建筑中一、二类建筑的划分以及对火灾报警与消防联动控制系统的设置与要求总体上是一致的，但各有侧重、有所区别。设计人员应清楚把握，国标是强制性的，必须严格遵守，行业标准和部门标准应服从国标。
防排烟装置是高层民用建筑中重要的防火设施，它包括送风机、排烟机、防火阀等。设备运行正常与否，直接关系着人员能否顺利疏散和火灾蔓延能否有效防止。客观上，防排烟装置的布置都较为分散，所以在电气线路防火设计时既要考虑供电主回路线路，也要兼顾联动控制线路的防火要求。目前高层建筑防排烟施工中普遍存在着一些薄弱环节，市场上有一些阻燃导线产品在遇到明火时，其电气绝缘性能会迅速降低，严重影响了防排烟设备的正常工作。某些电机、电动阀等的接线柱在设备外明露，造成供电和控制导线裸露，不符合耐火配线的要求。因此，各级人员应分工合作，做好每个环节的工作。施工技术人员直接关系到整个防排烟系统的质量，应熟悉耐火配线的规范要求和施工做法。采购人员应明确规范和制作要求，购买设有配套的接线盒的产品，杜绝裸露导线的情况。现场技术和监理人员要严格把关，对接线柱裸露的防排烟设备进行返场或现场补作接线盒。此外，设计人员应尽量缩短防排烟设备的配电线路和联动控制线路的长度，且避免穿越不同的防火分区，同时应采用耐火电缆或电线。
对于火灾报警系统，消防电气设计者必须搞清楚设计对象的建筑形式、规模、分类、建筑个体的分布等諸多因素，再根据这些因素来确定的形式。报警系统设备的设置不宜复杂过多，过多将造成投资增大、可靠性降低，也不宜过于简单而达不到报警联动要求。
设计线路时应注意线路敷设问题，目前有一些电气设计消防线路采用穿塑料管(PVC)保护，并从吊顶内走线。而《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。在布线上要求与《民规》、《报警规范》基本一致，只是根据《报警规范》线路在暗敷时可采用金属管或经阻燃的硬质塑料管保护。从实际情况可以看出，很多设计人员对这一条有所疏忽[2]。以长春市南关公路客运站发生火灾为例，火灾共烧毁1800㎡的建筑，以及候车室内和毗连商店的部分商品，并使两名消防战士牺牲。造成火灾的其中一个原因就是用电路敷设是没有穿阻燃管或铁管。因此在设计和施工时应严格按照规范执行。
3.案例分析
本案例分析所采取的工程项目总面积8万平方米，地上十七层，地下二层，其中首层至三层为商业面积、会议室及多功能厅、餐厅。地下一层主要为商业面积、厨房、洗衣房及设备机房，地下二层为地下车库，战时为人防物资库，主楼六层至十七层为客房，附楼三层至七层为客房。该项目为酒店建筑结合部分商业用电指标105VA/m2，视在功率=105VA/m2×105000 m2／1000=11025KVA；由外部引来柴油发电机组电源，供给楼内重要负荷，采用电缆埋地引入方式，变配电室内予留电源切换柜位置。
变电所设在地下一层，由供电部门提供两路10KV电源，以电缆埋地方式引入。10KV系统为单母线分段运行，母联开关手动切换电气联锁，设6台干式变压器，容量2000KVA×4，1600KVA×2。低压侧为单母线分段运行。母联开关能自动切换、手动切换、电气联锁。采用上进上出线方式。功率因数补偿设在低压侧，进行自动补偿，补偿至0.95以上。10KV侧装设高压计量表，低压侧馈电回路装设计量表。10KV配电柜选用中置式手车柜，低压配电柜选用抽屉柜。10KV断路器采用直流操作，直流屏设于变配电室内。动力系统采用树干式、放射式供电方式；消防设备采用放射式供电、二路电源供电，末端自投。一般负荷电力电缆为阻燃型铜芯电缆，一级负荷电力电缆为耐火型铜芯电缆。干线电缆均应设置控温探头及探测器。先深入分析该建筑供配电系统电气设计存在着以下问题：
3.1负荷计算方法不合理
该设计所用负荷计算方法为单位面积功率法，计算公式为：
式(1)
式中 —有功计算负荷，KW； —建筑面积，m2； —负荷密度，W/m2或VA/m2。
在本工程中有四个消防风机供电回路，四个供电回路的建筑面积分别为：600 m2、400 m2、600 m2、300 m2，查表3.1， 取O.3， 取0.8，根据式(3.1)，四个回路的计算负荷 、 、 、 分别为：46kW、30.6kW、46kW和25.3kW。
因为： ，所以四个回路的无功计算负荷 、 、 和 分别42.3Kvar、28.7Kvar、42.3Kvar和21.9Kvar。又因为 ，可以求出四个回路的视在计算功率 、 、 、和 分别为：44.6kVA、32.8kVA、44.6kVA和23.6kVA。因为 ，消防风机用电属三相动力负荷， 取380，可以算得四个回路的计算电流 、 、 和 分别为：31A、24.4A、31At和17.5A。所以断路器整定电流值分别为：40A、32A、40A和25A。四个回路选择电缆分别为：vv22—3×10+2×6、vv22-3×6+2×4、vv22—3×10+2×6和vv22—3×4+2×2.5，表面上看起来是满足要求的。
现采用需用系数法对上面的问题进行一下计算。需用系数法计算公式为：
式(2)
式(3) 式(4)
式(5)
式中 —有功计算负荷，KW； —无功计算负荷，kvar； —视在计算负荷，kVA； —计算电流，A； —用电设备总容量，kW —需要系数，取0.9； —用电设备功率因数的正切值； —用电设备额定电压，V。
用需用系数法计算四个回路消防风机的额定功率分别为：20 kW、15 kW、20 kW和12 kW，分别带入需用系数法计计算公式可以求出四个回路的有功计算负荷 、 、 、 分别为：47.3kW、32.3kW、47.3kW和27.1kW；1kW；无功计算负荷 、 、 和 分别43.3Kvar、30.4Kvar、43.3Kvar和23.7Kvar；视在计算功率 、 、 、和 分别为：48.1kVA、34.5kVA、48.1kVA和25.7kVA；计算电流 、 、 和 分别为：61.1A、30.4A、61.3At和26.3A。。可见计算电流均比用单位面积功率法算出的数值大，因此断路器整定电流值应分别取为：80A、40A、80A和32A。查表3.3四个回路选用的电缆型号应分别为：vv22—3×16+2×10、vv22-3×10+2×6、vv22—3×16+2×10和vv22—3×6+2×4才满足要求。
可见正是由于计算方法的不同才会导致选取的断路器整定电流值偏小，造成选取偏小的截面，而电缆接面过小就会导致在实际的使用当中非正常发热，就会引起电缆绝缘层损坏，从而引起电缆短路，引发电气火灾。特别是敷设在电气竖井中的电缆，一旦发生火灾，在竖井烟道作用的影响下，火势会很快蔓延，很难扑救。这种由于计算方法不当而错误的选择了偏小截面电缆的情况是很普遍的，这应该引起电气设计人员的高度重视。
3.2错误的选择了比相线截面小的N线和PE线
图1消防风机配电电箱系统图
从图1可发现，该建筑供配电系统所选电缆的N线与PE线均比相线截面要小。而目这种现象还很普遍，这也是不合理的，根本原因在于忽视电气线路中的谐波电流。随着电气技术的发展，非线性负荷的电气设备日益增多，例如气体放电灯、电视机、计算机、微波炉等。这类设备的负荷电流含有多次谐波电流，能使电气线路，特别是中性线过载发热，加速绝缘老化而短路起火。北京几个电气消防安全檢查站都发现过中性线的绝缘层因过热变色而引起短路起火事故。这种电气火灾在国外电气防火文献中早有分析。中性线过载发热的原因是由于3次及其奇数倍谐波在中性线内不是互相抵消而是叠加的，叠加后的电流最大可接近相线电流的两倍，一些发达国家为此充分放大了中性线截面，甚至取为相线截面的两倍。而在我国—些建筑，包括许多新设计的建筑，中性线截面仍按习惯作法，只取相线的1/2，甚至1/3，这样做会为日后建筑的使用埋下电气起火隐患。为此，供配电系统的电气设计必须适应电气技术发展的新要求以减少我国的电气火灾。
4.结语
高层建筑电气设计的优劣关乎建筑的使用功能和室内人员的安全，从以上的设计实例分析可清晰表明在建筑电气设计阶段就应预见可能存在的问题，并进行有效的规避。
参考文献：
[1] 张九根．高层建筑电气设计基础[M]．中国建筑工业出版社.
[2] 张文革．对高层建筑消防电气设计中若干问题的探讨[J]，常州信息职业技术学院学报.
[3] 陈一才．高层建筑电气设计手册[M]．中国建筑工业出版社.
[4] GB50045-95，高层民用建筑设计防火规范[S].
[5] GB50116-98，火灾自动报警系统设计规范[S].
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：高层建筑；消防电气设计
Abstract: the high building fire electrical design quality directly related to fire power the operation of equipment, personnel of the transfer of the fire control and, therefore, fire control the quality problem of the electrical design has become a topic of general interest.
Keywords: high building; Fire electrical design
中图分类号：TU998.1 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
高层建筑消防电气设计工作是一项复杂的工程。它关乎到建筑的使用功能，消防用电设备的可靠运行，以及人员安全。设计时应注意对消防用电设备特点的把握，设计出高质量的电气系统。本文针对高层建筑消防电气设计问题，分析了一些设计中应该注意的问题，以供大家借鉴、参考。
2.消防电气设计
高层建筑消防电气设计与现行消防法规联系紧密、政策性很强、技术性较复杂的电气设计工作。设计过程中应严格遵循《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-2008）、《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95，2005版）、《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008)。规范对高层建筑中一、二类建筑的划分以及对火灾报警与消防联动控制系统的设置与要求总体上是一致的，但各有侧重、有所区别。设计人员应清楚把握，国标是强制性的，必须严格遵守，行业标准和部门标准应服从国标。
防排烟装置是高层民用建筑中重要的防火设施，它包括送风机、排烟机、防火阀等。设备运行正常与否，直接关系着人员能否顺利疏散和火灾蔓延能否有效防止。客观上，防排烟装置的布置都较为分散，所以在电气线路防火设计时既要考虑供电主回路线路，也要兼顾联动控制线路的防火要求。目前高层建筑防排烟施工中普遍存在着一些薄弱环节，市场上有一些阻燃导线产品在遇到明火时，其电气绝缘性能会迅速降低，严重影响了防排烟设备的正常工作。某些电机、电动阀等的接线柱在设备外明露，造成供电和控制导线裸露，不符合耐火配线的要求。因此，各级人员应分工合作，做好每个环节的工作。施工技术人员直接关系到整个防排烟系统的质量，应熟悉耐火配线的规范要求和施工做法。采购人员应明确规范和制作要求，购买设有配套的接线盒的产品，杜绝裸露导线的情况。现场技术和监理人员要严格把关，对接线柱裸露的防排烟设备进行返场或现场补作接线盒。此外，设计人员应尽量缩短防排烟设备的配电线路和联动控制线路的长度，且避免穿越不同的防火分区，同时应采用耐火电缆或电线。
对于火灾报警系统，消防电气设计者必须搞清楚设计对象的建筑形式、规模、分类、建筑个体的分布等諸多因素，再根据这些因素来确定的形式。报警系统设备的设置不宜复杂过多，过多将造成投资增大、可靠性降低，也不宜过于简单而达不到报警联动要求。
设计线路时应注意线路敷设问题，目前有一些电气设计消防线路采用穿塑料管(PVC)保护，并从吊顶内走线。而《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。在布线上要求与《民规》、《报警规范》基本一致，只是根据《报警规范》线路在暗敷时可采用金属管或经阻燃的硬质塑料管保护。从实际情况可以看出，很多设计人员对这一条有所疏忽[2]。以长春市南关公路客运站发生火灾为例，火灾共烧毁1800㎡的建筑，以及候车室内和毗连商店的部分商品，并使两名消防战士牺牲。造成火灾的其中一个原因就是用电路敷设是没有穿阻燃管或铁管。因此在设计和施工时应严格按照规范执行。
3.案例分析
本案例分析所采取的工程项目总面积8万平方米，地上十七层，地下二层，其中首层至三层为商业面积、会议室及多功能厅、餐厅。地下一层主要为商业面积、厨房、洗衣房及设备机房，地下二层为地下车库，战时为人防物资库，主楼六层至十七层为客房，附楼三层至七层为客房。该项目为酒店建筑结合部分商业用电指标105VA/m2，视在功率=105VA/m2×105000 m2／1000=11025KVA；由外部引来柴油发电机组电源，供给楼内重要负荷，采用电缆埋地引入方式，变配电室内予留电源切换柜位置。
变电所设在地下一层，由供电部门提供两路10KV电源，以电缆埋地方式引入。10KV系统为单母线分段运行，母联开关手动切换电气联锁，设6台干式变压器，容量2000KVA×4，1600KVA×2。低压侧为单母线分段运行。母联开关能自动切换、手动切换、电气联锁。采用上进上出线方式。功率因数补偿设在低压侧，进行自动补偿，补偿至0.95以上。10KV侧装设高压计量表，低压侧馈电回路装设计量表。10KV配电柜选用中置式手车柜，低压配电柜选用抽屉柜。10KV断路器采用直流操作，直流屏设于变配电室内。动力系统采用树干式、放射式供电方式；消防设备采用放射式供电、二路电源供电，末端自投。一般负荷电力电缆为阻燃型铜芯电缆，一级负荷电力电缆为耐火型铜芯电缆。干线电缆均应设置控温探头及探测器。先深入分析该建筑供配电系统电气设计存在着以下问题：
3.1负荷计算方法不合理
该设计所用负荷计算方法为单位面积功率法，计算公式为：
式(1)
式中 —有功计算负荷，KW； —建筑面积，m2； —负荷密度，W/m2或VA/m2。
在本工程中有四个消防风机供电回路，四个供电回路的建筑面积分别为：600 m2、400 m2、600 m2、300 m2，查表3.1， 取O.3， 取0.8，根据式(3.1)，四个回路的计算负荷 、 、 、 分别为：46kW、30.6kW、46kW和25.3kW。
因为： ，所以四个回路的无功计算负荷 、 、 和 分别42.3Kvar、28.7Kvar、42.3Kvar和21.9Kvar。又因为 ，可以求出四个回路的视在计算功率 、 、 、和 分别为：44.6kVA、32.8kVA、44.6kVA和23.6kVA。因为 ，消防风机用电属三相动力负荷， 取380，可以算得四个回路的计算电流 、 、 和 分别为：31A、24.4A、31At和17.5A。所以断路器整定电流值分别为：40A、32A、40A和25A。四个回路选择电缆分别为：vv22—3×10+2×6、vv22-3×6+2×4、vv22—3×10+2×6和vv22—3×4+2×2.5，表面上看起来是满足要求的。
现采用需用系数法对上面的问题进行一下计算。需用系数法计算公式为：
式(2)
式(3) 式(4)
式(5)
式中 —有功计算负荷，KW； —无功计算负荷，kvar； —视在计算负荷，kVA； —计算电流，A； —用电设备总容量，kW —需要系数，取0.9； —用电设备功率因数的正切值； —用电设备额定电压，V。
用需用系数法计算四个回路消防风机的额定功率分别为：20 kW、15 kW、20 kW和12 kW，分别带入需用系数法计计算公式可以求出四个回路的有功计算负荷 、 、 、 分别为：47.3kW、32.3kW、47.3kW和27.1kW；1kW；无功计算负荷 、 、 和 分别43.3Kvar、30.4Kvar、43.3Kvar和23.7Kvar；视在计算功率 、 、 、和 分别为：48.1kVA、34.5kVA、48.1kVA和25.7kVA；计算电流 、 、 和 分别为：61.1A、30.4A、61.3At和26.3A。。可见计算电流均比用单位面积功率法算出的数值大，因此断路器整定电流值应分别取为：80A、40A、80A和32A。查表3.3四个回路选用的电缆型号应分别为：vv22—3×16+2×10、vv22-3×10+2×6、vv22—3×16+2×10和vv22—3×6+2×4才满足要求。
可见正是由于计算方法的不同才会导致选取的断路器整定电流值偏小，造成选取偏小的截面，而电缆接面过小就会导致在实际的使用当中非正常发热，就会引起电缆绝缘层损坏，从而引起电缆短路，引发电气火灾。特别是敷设在电气竖井中的电缆，一旦发生火灾，在竖井烟道作用的影响下，火势会很快蔓延，很难扑救。这种由于计算方法不当而错误的选择了偏小截面电缆的情况是很普遍的，这应该引起电气设计人员的高度重视。
3.2错误的选择了比相线截面小的N线和PE线
图1消防风机配电电箱系统图
从图1可发现，该建筑供配电系统所选电缆的N线与PE线均比相线截面要小。而目这种现象还很普遍，这也是不合理的，根本原因在于忽视电气线路中的谐波电流。随着电气技术的发展，非线性负荷的电气设备日益增多，例如气体放电灯、电视机、计算机、微波炉等。这类设备的负荷电流含有多次谐波电流，能使电气线路，特别是中性线过载发热，加速绝缘老化而短路起火。北京几个电气消防安全檢查站都发现过中性线的绝缘层因过热变色而引起短路起火事故。这种电气火灾在国外电气防火文献中早有分析。中性线过载发热的原因是由于3次及其奇数倍谐波在中性线内不是互相抵消而是叠加的，叠加后的电流最大可接近相线电流的两倍，一些发达国家为此充分放大了中性线截面，甚至取为相线截面的两倍。而在我国—些建筑，包括许多新设计的建筑，中性线截面仍按习惯作法，只取相线的1/2，甚至1/3，这样做会为日后建筑的使用埋下电气起火隐患。为此，供配电系统的电气设计必须适应电气技术发展的新要求以减少我国的电气火灾。
4.结语
高层建筑电气设计的优劣关乎建筑的使用功能和室内人员的安全，从以上的设计实例分析可清晰表明在建筑电气设计阶段就应预见可能存在的问题，并进行有效的规避。
参考文献：
[1] 张九根．高层建筑电气设计基础[M]．中国建筑工业出版社.
[2] 张文革．对高层建筑消防电气设计中若干问题的探讨[J]，常州信息职业技术学院学报.
[3] 陈一才．高层建筑电气设计手册[M]．中国建筑工业出版社.
[4] GB50045-95，高层民用建筑设计防火规范[S].
[5] GB50116-98，火灾自动报警系统设计规范[S].
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。