防烟排烟风机的配电与控制探讨

黄园梅

(福建省建筑设计研究院有限公司,福州 350001)

0 引言

科学技术不断地创新和发展,建筑材料、建筑设计和建造水平也在不断的提高。 建筑楼层越来越高、地下室越来越庞大、功能越来越复杂,一旦发生火灾,人们疏散到地面的时间以及救援灭火难度也会相应增加,这就有可能造成巨大的经济损失和人员伤亡。 浓烟不仅遮挡了视线,使人们逃生困难,而且其中有毒有害气体还会使人中毒甚至窒息死亡。 因此,在发生火灾时,应尽量阻止烟气进入前室,特别是垂直疏散通道的楼梯间,降低建筑物内着火区的烟气浓度对于人员疏散是十分重要的。排烟风机和消防补风机的作用即是把烟气排出室外;加压送风机保证前室、楼梯间的大气压力比走道等周围区域压力大,从而阻止烟气进入前室和楼梯间,其配电和控制非常重要。

1 防烟、排烟风机的分类

建筑防烟排烟系统可分为防烟系统及排烟系统。 排烟风机、消防补风机属于排烟系统风机;加压送风机属于防烟系统风机。

防烟、排烟系统风机可细分为以下几种类型:(1)平时作为排风,火灾时作为排烟的排风排烟合用风机;(2)平时不用,仅在火灾时起排烟作用的专用排烟机;(3)平时作为送风机,火灾排烟时起补风作用的平时、消防两用送风机;(4)平时不用,仅在火灾排烟时起补风作用的专用消防补风机;(5)仅在火灾时候给防烟楼梯间、独立前室、共用前室、合用前室、消防电梯前室送风,防止烟气进入楼梯间、各类前室的加压送风机(通常也称正压送风机)。

2 防烟、排烟风机的供电电缆的选择

根据GB 51348-2019《民用建筑电气设计标准》(以下简称《民标》)第13.7.16 条规定,防烟排烟风机在火灾发生期间最少持续供电时间应大于等于疏散照明时间。 然而实际上防排烟风机在火灾发生时,由于工艺控制要求不同,其作用时间也是不同的。 根据GB 51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》(以下简称《防排烟标准》)第5.2.2 条第5 款规定,排烟防火阀在280℃时应自行关闭,并应连锁关闭排烟风机和相应的补风机。 虽然发生火灾时,烟气温度达到280℃所需的时间因场所不同而不同,但只要烟气温度达到280℃,排烟防火阀动作,随即排烟机和补风机停止工作。 而耐火电缆的耐火温度一般为750℃或950℃,在280℃以下工作是没有问题的。 因此,排烟风机供电电缆采用耐火温度≥750℃,耐火时间为90min 的阻燃耐火电缆是可行的。 采用此类型的耐火电缆可适当降低工程造价,节约成本。 但值得注意的是,对于加压送风机而言,加压送风机的作用就是阻止烟气进入楼梯间、各类前室(消防电梯前室)。 在火灾期间,风机的最少工作时间应与消防电梯一致,不少于180min 或120min。 因此其供电干线必须采用耐火温度为950℃,持续供电时间≥180min 的耐火电缆。

3 防烟、排烟风机的供电方式

防烟排烟风机根据安装环境的不同,供电电源的要求也是不一样的。 根据GB 50016-2014《建筑设计防火规范》(2018 年版)(以下简称《建规》)第10.1.8 条规定,设置在机房内的防烟排烟风机的供电应在其配电线路的最末一级配电箱处设置自动切换装置。 可理解为设置在机房内的防烟和排烟风机应由所在机房内的消防双电源末端互投供电。而对于屋面采用百叶围护的防烟、排烟风机,由于建筑和空调专业定性百叶围护结构不属于机房。因此百叶维护结构内可以不设置末端双电源切换装置。 根据《民标》第13.7.12 条规定,公共建筑物顶层,除消防电梯外的其他消防设备,可采用一组消防双电源供电。 故可采用在就近配电箱设置双电源切换装置,放射式供电到设备控制箱。 特别值得注意的是,由于防烟和排烟风机被百叶结构所围护,因此现场应设置解除远方控制的措施,以防止检修等情况时,风机突然启动危及现场工作人员,同时也便于工作人员调试及维护,如图1～3 所示。

图1 屋面消防风机(百叶维护结构)配电平面示意图

《民标》中13.7.4 条中第六款阐述到各防火分区内的防排烟风机可由配电小间内的双电源切换箱放射式或树干式配电。 《民标》条文说明中解释了本措施减少了双电源开关的切换环节,规避了元器件故障导致的风险,但由于同一防火分区不仅只有一台防排烟风机,一旦配电小间的双电源互投箱出现故障将导致所在防火分区的消防设备无法运行,造成严重后果,因此降低了消防设备供电的可靠性。

图2 屋面消防风机(百叶维护结构)配电系统示意图

图3 屋面消防风机(百叶维护结构)就地设置解除远方控制措施示意图

4 防排烟风机的控制

4.1 排风排烟机的平时控制

平时作为排风机,火灾时作为排烟机的排风排烟两用风机,当设置在地下车库时,由于地下车库空气流通不畅,燃油汽车产生的尾气中包含有CO等有害气体,长时间积累易浓度过大,从而对人体造成伤害。 若排风排烟机24h 全天候开启运行,将造成电能的浪费,增加风机的运行维护成本,缩短排风排烟机的使用寿命。 因此,设置CO 监测装置联动控制,当分区内任一个CO 探测器报警时,均联动相应分区内所有相关的送、排风机启动;当分区内所有CO 浓度均低于报警值时,联动相应分区内所有送、排风机停止。 设置CO 监测装置就能根据需要合理地开启和关闭排风排烟机和送风机,节约电能,降低运行费用,增加排风排烟机和送风机的使用寿命,如图4～5 所示为建筑内无BA 系统时通过CO 传感器及其部分二次控制元件来实现功能,当建筑有BA 系统时,CO 传感器和风机均纳入BA 系统,由BA 系统统一控制实现功能。

图4 一氧化碳探测器控制箱配电系统图

图5 一氧化碳探测器联动风机控制原理图

4.2 排风排烟机、排烟机、消防补风机火灾时的控制

根据《防排烟标准》第5.2.2 条规定,以及GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》(以下简称《火规》)第4.5.2 条和4.5.3 条规定,排烟风机、补风机联动控制方式应符合规定,如表1。

排烟风机、补风机联动控制方式 表1

由于消防控制室和排烟机、补风机处于建筑内的不同位置,只有通过火灾自动报警系统把排烟机、送风机的各种状态反馈至消防控制室,值班人员才能了解。 具体的反馈信号有排烟风机、补风机控制箱上的手/自动转换开关位置信号、排烟阀、排烟口、送风口等开启和关闭的动作信号,排烟风机、补风机启动/停止以及过负荷等信号。 根据《常用风机控制电路图》第22 页:消防兼平时两用单速风机电路图XKDF-1 可知,排烟风机控制箱与消防控制室、火灾自动报警系统的关系为:(1)引至消防控制室手动控制盘启动和停止风机共有3 根控制线;(2)引至消防模块箱控制线有:手自动转换开关监视线为4 根,风机启动线为2 根,风机运行、停止、过负荷等监视线为6 根,共计12 根监控线。

消防补风机控制原理可参照国家建筑标准设计图集16 D303-2《常用风机控制电路图》。 由于该图集是2016 年9 月1 日开始实施,而《防烟排烟标准》是2018 年8 月1 日开始发行,所以图集中缺少了排烟阀280℃关闭时连锁关闭相应补风机的控制要求。 因此使用图集时还应在送风防火阀上并联相应排烟防火阀的触点。 只有这样才能保证280℃排烟阀关闭时,相应的补风机也停止,如图6 所示(本图为平时不用,仅火灾时作为消防补风的消防补风机二次控制原理图,其一次配电线路采用断路器、接触器、热继电器方案)。 根据其二次控制原理图可知,当本防火分区发生火灾时,消防补风机上的防火阀动作或相应排烟风机280℃防火阀动作,则X1 ∶5、X1 ∶6触点闭合,中间继电器线圈KA7 得电,触点KA7 断开,QAC 接触器线圈失电,消防补风机停止运行。

图6 消防补风机控制原理图

4.3 加压送风机的控制

加压送风机可分为楼梯间加压送风机和前室加压送风机。 机械加压送风系统应与火灾自动报警系统联动,其联动不仅应符合《火规》的相关规定。 而且还应符合《防排烟标准》第5.1.1 条规定,加压送风机的启动应符合下列规定,如表2。

加压送风机的启动方式和信号反馈 表2

此外,加压送风机与消防控制室和火灾自动报警系统的关系可参考消防排烟风机。 值得注意的是,前室与走道、前室与楼梯间之间若压差过大,便会影响疏散通道上防火门的正常开启,从而影响到人员的正常疏散。 根据《防排烟标准》第3.4.4 条,“前室、封闭避难层(间)与走道之间的压差应为25～30Pa。 楼梯间与走道之间的压差应为40 ～50Pa”。 为了满足机械加压送风量在走廊至前室至楼梯间的压力呈递增分布的要求,在加压送风系统中设置测压装置及风压调节装置已经日渐被人们重视起来。 暖通专业通常在地下室或屋面设置合用前室或楼梯间的正压送风机,并在每隔5 ～6 层的楼梯间及每层合用前室内适当位置设置余压传感器,即当系统余压值超过最大允许压力差时,将会造成合用前室、楼梯间疏散防火门由于压力过大而导致开启困难,影响疏散逃生,因此设置余压传感器将楼梯间、合用前室及前室内的压力信号传送至余压控制器,并控制开启安装在加压送风机旁通风管上的阀门进行泄压,使得楼梯间、合用前室内的压力值在允许范围内,以便疏散人员能打开疏散通道上的防火门顺利逃生。 在具体工程设计时,由于暖通专业已设置余压监测装置、控制器、泄压阀等,电气设计可根据其工艺控制要求做好供电和管线预埋,如图7 所示。

图7 余压检测系统图

5 结束语

合理的防烟排烟系统是有效保障人员的生命安全和灭火救援工作顺利开展的重要消防系统设施。 因此只有充分掌握和理解规范,正确进行消防风机的配电和控制,才能在火灾时最大可能地保障人们生命财产的安全。 本文不足之处还请各位同行批评指正。