地下车库联络道火灾自动报警系统线路远距离传输压降分析

王 微 微

(上海城市空间建筑设计有限公司, 上海 200092)

0 引 言

随着地下空间的开发不断加快,其项目规模向大型化、深层化、复杂化发展,结合地下空间建设的地下车库联络道(环路)作为连接地面道路与地下空格地块的重要交通设施也得到空前的发展。地下环路在具备净化地面车流、疏导交通拥堵等优势的同时,也进一步增加了对防火防灾能力的挑战。环路具有车速慢、匝道多、设备用房多、排烟分区短等特点,其火灾具有火场温度高、烟气大、不易排出、人员疏散困难等地下构筑物火灾的通用特性,易造成人员伤亡和较大的财产损失。因此,火灾自动报警系统作为保障群众人身安全和财产安全的重要设施之一,在环路项目中显得尤为重要。一个可靠稳定的火灾自动报警系统可通过感烟探测器、感温光纤等火灾探测器尽早发现火灾并报警,并及时起动相关消防设施进行排烟,引导人员疏散,起动相关喷水或气体灭火设施,扑灭或有效防止火灾蔓延。

1 工程概述

某大型地下环路,共5个主环,总长度约13 km,设计速度为20 km/h。地下环路按隧道划分定义为一类隧道,耐火极限不应低于2 h。地下环路内的地下设备用房、风井和消防救援出入口应为一级,地面的重要设备用房及其他地面附属设备用房的耐火等级不应低于二级。

1.1 系统架构

环路部分采用两总线制式的火灾报警与消防联动一体化主机,火灾报警控制器(联动型)、图形显示装置、手动控制盘和分布式感温光纤报警主机均设置在消防控制室(兼管理中心)内。在各设备用房内设置区域火灾报警控制器,每主环选取一处设备用房区域火灾报警控制器接环路内火灾报警设备。

1.2 系统设备设置的基本情况

在设备用房公共区及各设备用房内均采用点式感烟探测器,在变电所及监控机房等气体灭火保护区内设置点式感烟探测器和感温探测器。环路车行区内火灾探测器采用分布式感温光纤报警系统和火焰探测器。在环路每个行车方向的三车道处设置2根感温光纤,两车道处设置1根感温光纤,通过安装支架沿环路顶部敷设;火焰探测器设置环路侧壁,间距约为50 m。

在环路车行区内设置防水防潮型手动报警按钮和声光报警器,设置间距约为50 m。在设备用房公共走廊设置手动报警按钮和声光报警器。在变电所及监控机房等气体灭火保护区内外均设置声光报警器,在保护区门上设置气体喷放指示灯。环路入口前方100～150 m内设置指示环路内发生火灾的声光报警装置。

在环路车行区内将I/O模块集中安装在模块箱内,便于管理及维修,设置间距约为50 m。

2 火灾自动报警系统线缆传输要求及压降计算

GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》(以下简称《火规》)第4.1.2条规定消防联动控制器的电压控制输出采用直流24 V,主要考虑的是设备和人员安全问题,24 V也是火灾自动报警系统中应用最普遍的电压。除容量满足受控消防设备同时起动所需的容量外,还要满足传输线径要求,当线路压降超过5%时,其直流24 V电源应由现场提供[1]。

根据《工业与民用供配电设计手册(第四版)》表9.4-3[2]中接相电压的单相负荷线路压降的计算方法,做适当变形,直流线路用负荷矩Pl(kW·km)表示,电压降为

P=UNI×10-3

式中: Δu%——线路电压损失百分数;

Unph——标称相电压;

γ——电导率(导线工作温度为50 ℃时取51.91);

S——线芯标称截面;

P——有功功率;

l——线路长度;

C——直流线路电压降的计算系数;

UN——直流线路电压;

I——同时起动的消防联动设备的起动电流。

电压24 V、工作温度为50 ℃时铜导体计算系数取0.15;电压110 V、工作温度为50 ℃,时铜导体计算系数取3.14。

3 环路火灾自动报警系统线缆传输校验

3.1 消防电话线传输校验

消防电话额定电压采用直流24 V,经比选多家常见消防电话生产厂参数,其工作电压允许范围约为18～28 V,通话时电流约为25 mA。环路消防电话设计在设备用房的消防机房及重要机房内,所在设备用房内均存在区域火灾报警控制器,环路内间隔150 m设置弱电综合箱,最不利点为75 m。本项目采用UTP-Cat3作为电话线,能够满足最远传输距离要求。

3.2 消防广播线传输校验

地下环路内消防广播系统采用定压120 V总线传输,扬声器选用30 W防水防尘阻燃型号角扬声器,音区长度按150 m计,布置间距为50 m。号角扬声器采用WDZBN-BYJ-2×1.5线,代入压降计算式中,线缆压降为

能够满足规范要求。

3.3 信号二总线

本项目地下环路火灾报警总线及电源线每条干线带14处模块箱,每处模块箱附近设置图像型火焰探测器、手动报警按钮、声光报警器、消火栓按钮,间距均约50 m。常见火灾报警设备厂家系统设备的起动电流如表1所示。

表1 常见火灾报警设备厂家系统设备起动电流 mA

取最不利点情况进行二总线电压校验,该干线回路共计带载短路隔离模块、图像型火焰探测器、手动报警按钮、声光报警器、消火栓按钮各14个,感烟探测器5个,感温探测器10个,I模块28个(用于图像型火焰探测器及手动报警按钮监视信号),O模块14个(用于声光报警器输出信号),I/O模块2个(无源输出用于防火卷帘控制),回路平均负载长度约900 m。考虑该总线处发生火灾后,总线携带所有设备均同时开启,产品选用以利达为例,代入表1计算总起动电流值为840.5 mA。

本项目信号二总线采用WDZBN-RYJSP-2×1.5。代入数据后,线缆压降为

不满足规范要求。

3.4 电源总线传输校验

本项目最大设备用房选取24 V电源回路,该回路共计带载火灾显示盘1个,声光报警器4个,I/O模块5个(无源输出用于风机控制),I/O模块2个(有源持续用于电动阀动作,每处电动阀按0.5 A计算),回路平均负载长度约50 m。考虑该总线处发生火灾后,总线携带所有设备均同时开启,产品选用以利达为例,代入表1计算得总起动电流值为1 282 mA。

本项目24 V电源线采用WDZBN-BYJ-2×1.5。代入数据后,线缆压降为

可以满足规范要求。

4 建 议

根据环路项目的特点,分开考虑环路部分及设备用房部分的各类线缆的情况。结合计算分析结果,可以得到如下结论。

(1) 环路的弱电综合箱按150 m间距设置,且设备用房内均设置弱电箱。环路和设备用房内的电话及广播系统因距离弱电综合箱较近,均能够满足传输要求,同时设备用房内的广播数量也较少(平均为十几只),可以不考虑此两种线路的传输及压降影响。

(2) 在设备用房内,风机和电动阀集中设置,供电距离近。在环路内,除声光报警器及无源I/O模块外,基本无其他设备,供电距离远。计算24 V电源线传输情况,结果能够满足规范要求。

(3) 环路内信号二总线所带设备较多且总线距离远,最不利点可能会产生不满足规范压降要求的情况。可以采用如下措施:① 对距离较远的回路增加导线截面,采用2.5 mm2导线可解决大部分问题;② 合理地规划火灾报警二总线的路由,适当增加回路数或报警回路与控制模块回路分开;③ 可考虑将四线制系统替换为二线制系统,因其省去电源线,增强了信号线的驱动能力,降低设备的功耗[3]。

根据《火规》要求,消防设备直启线均需直接接入消防控制室手动控制盘,本项目最远处消防设备距离消防控制室约2 km,利用上述加粗线缆及中继器的方案均难满足要求。根据以往工程经验,施工方提出利用风机配电箱面板直接起动按钮接线端子处,并接2根交流220 V电源线至消防控制室,此做法虽能够实现消防控制室手动起动要求,但并非利用火灾报警系统实现。合理的方式是利用光纤对消防水泵、防排烟风机等设备,一对一进行传输。光纤传输具有抗干扰能力强、传输距离远、结构简单可靠等优点。手动控制盘控制输出的信号经光电转换后,通过光纤将信号传输至消防水泵、防排烟风机等设备处,在控制箱内将光信号转换回电信号接入控制线二次联动控制回路。值得注意的是,如采用光纤方案,其光纤设备(如熔接盒、尾纤等)均应满足规范中耐火等级要求,以保障其在火灾工况下的可靠性和安全性。

5 结 语

本文结合实际项目,详细分析校验了地下环路火灾自动报警系统中各类线缆远距离传输最不利点产生的压降,并针对不满足规范要求的情况提出合理化建议,对今后环路火灾自动报警系统的线缆选择具有一定的参考意义。