探析建筑电气设计中消防配电的设计要点

文／吴宗献 江西省建筑设计研究总院集团有限公司 江西南昌 330046

引言：

火灾是建筑物内部最危险的灾害之一，其对电力系统的要求更加严格和复杂，消防配电系统的设计要点不仅涉及电源可靠性，还包括各种法规标准、电气设备的选择、线路布置、安全控制等多个方面。消防配电的设计要点涉及多个方面，包括电气设备的选择、电路设计、系统的可靠性和备用电源的规划等，设计要点的合理应用，能够提高建筑物的消防安全性，降低火灾风险，并确保紧急情况下的电力供应。建筑电气设计要求设计人员具备全面的电气工程知识和深刻的消防安全意识，以便在设计中综合考虑各种因素，确保消防配电系统的有效性和可靠性。

1.建筑电气设计中消防配电设计的重要意义

随着现代社会建筑结构的不断发展和复杂化，建筑电气设计中的消防配电设计变得尤为重要，消防配电系统的设计与建筑物的安全性和可用性密切相关，对人员的生命安全和财产安全起着决定性的作用，其意义主要体现在以下几个方面：（1）人员生命安全的保障。在火灾等紧急情况下，消防系统的正常运行至关重要。消防配电系统为火灾报警系统、应急照明、火警喷淋系统、疏散通道灯光等提供电源，保障人员能够及时获得报警信息，疏散到安全区域，并获得所需的照明和通信设备。消防配电设计的合理性和可靠性直接关系到火灾时人员的生命安全。（2）财产安全的维护。除了人员的生命安全，消防配电系统还关系到建筑内部财产的安全。火灾可能对建筑内的财产造成严重损失，包括设备、资料、物品等。消防系统的及时响应和正常运行能够最大程度地减小火灾造成的财产损失。消防配电设计要确保消防设备能够按需供电，以保护建筑内部财产的安全[1]。（3）遵守法规与规范。消防配电设计必须符合国家和地方性法规以及相关标准和规范，不仅是法律义务，也是确保建筑物安全的重要保证，符合法规与规范的设计不仅保障人员的生命和财产安全，还降低建筑业主可能面临的法律责任和罚款，所以需要确保消防配电设计的合规性。（4）防止火灾蔓延。消防配电系统的正常运行能够有效阻止火灾蔓延。如果火灾得以迅速扑灭，那么将不会蔓延到整栋建筑物，从而减小火灾造成的损失。消防配电设计确保火灾报警系统、喷淋系统、疏散通道灯光等设备在火灾发生时能够及时响应，帮助扑灭火源，避免蔓延，从而减少火灾带来的破坏[2]。（5）建筑电气系统的可持续性。如果火灾造成了电气系统的严重损坏，那么建筑可能需要付出巨大成本来修复损坏的设备和电缆。合理设计的消防配电系统能够降低风险，确保电气系统的可持续性，减少维修和更换设备的频率，从而降低了运营成本。

2.建筑电气设计中消防配电的设计要点

下图1 为建筑电气设计中消防配电设计的基本流程。

图1 消防配电设计的基本流程

2.1 消防电力需求计算

在建筑电气设计中，消防电力需求计算具有重要作用，其准确性直接关系到消防设备在火灾发生时是否能够正常运行，如果电力供应不足，消防设备无法工作，将对人员的生命安全和财产安全造成严重威胁，所以消防电力需求计算是建筑电气设计的核心环节，必须慎之又慎。为了进行消防电力需求计算，需要了解消防电力需求的组成，火灾报警系统是在火灾发生时发出警报信号的关键部分，包括火灾报警器、火警控制面板、火警警铃等设备，设备需要电力供应以正常运行；火警喷淋系统用于扑灭火源，包括水幕喷淋系统、气体灭火系统等，需要电力来启动和控制，以确保火警时能够迅速响应；应急照明系统用于疏散通道和紧急出口的照明，以确保人员能够安全疏散，照明设备需要电力供应，以保证其正常运行；疏散通道灯光用于标识和照明疏散通道，帮助人员安全疏散，灯光设备需要电力支持；消防泵站用于供水和压力，以支持火灾扑灭工作，泵站通常需要大量电力来运行；消防电力需求还可能包括其他消防设备，如火灾报警电话系统、烟雾排烟系统、自动喷水灭火系统等[3]。

为了计算消防电力需求，可以采用分级计算方法，分级计算是将建筑内不同消防设备的电力需求按优先级划分，然后逐级计算电力需求，该方法可以确保关键设备得到优先供电；设备法计算是根据每种消防设备的电力需求来计算总电力需求，该方法更加详细，适用于需要精确计算的情况；面积法计算是基于建筑的面积和类型来确定消防电力需求，该方法适用于建筑结构简单，不涉及复杂设备的情况；规范法计算是参照相关标准和规范，按照规定的计算方法来确定消防电力需求，能够确保计算的合规性。

在进行消防电力需求计算时，需要考虑设备数量和功率，不同类型的消防设备具有不同的电力需求，需要准确考虑设备的数量和功率；在计算电力需求时，需要考虑多个消防设备是否会同时运行，因为同时运行时的总需求可能会更高；在设计中需要考虑备用电源，以确保消防系统在电力中断时仍然能够正常运行，且电缆容量需要足够大，以承载消防电力需求的传输。除此之外，消防电力需求的计算还需要考虑电源的可持续性和备用电源，为了确保系统在电力中断时能够继续运行，备用电源如发电机或UPS 系统应考虑纳入设计中，备用电源可以为消防设备提供持续电力供应，以保障系统的可靠性[4]。

2.2 消防电力系统功能设计

良好设计的消防电力系统不仅能防范火灾，还能帮助控制火势、提供疏散通道的照明、驱散烟雾等，在设计时需要确保系统具有如下几项功能：（1）消防发电机。在火灾发生时，电力供应可能会中断，因此需要备用电源以确保消防设备的正常运行，消防发电机是关键的组件，能够提供独立于主电源的电力供应，通常是柴油发电机，可以在停电时自动启动，为消防设备提供电力。（2）消防电力配电盘。消防电力配电盘是将电力从消防发电机传送到各个消防设备和电路的关键组成部分，必须具备高度可靠性和自动切换功能，以确保电力能够即刻传送到需要的地方，还必须满足电气安全要求，以防火灾引发电路故障。（3）消防设备电源。消防电力系统的主要任务是为消防设备提供稳定的电源，包括消防水泵、喷淋系统、烟雾排风系统、火警探测器等，设备必须始终处于正常工作状态，以确保火警时能够立刻响应。（4）照明和安全电源。消防电力系统还需要提供照明和安全电源，以确保人员可以安全疏散建筑，包括逃生通道的照明、紧急出口标志的照明、紧急通信系统和紧急呼叫按钮，设备必须在火灾时保持通电，以提供安全的疏散途径[5]。（5）烟雾排风系统。在火灾发生时，烟雾排风系统必须能够有效地排除烟雾，以确保人员能够安全地逃离建筑，需要可靠的电力供应，以确保系统可以持续运行。（6）灭火系统。消防电力系统需要为灭火系统提供电力，包括自动喷水灭火系统、气体灭火系统、泡沫灭火系统等，系统需要电力来启动和控制，以有效地扑灭火源。（7）火警探测器。消防电力系统需要支持火警探测器的正常运行，探测器在发现火源时会触发火警，然后通过声音和光信号来警示人员。

2.3 消防电力系统设计

在消防电力系统的设计中，冗余性是关键要点，为了确保系统的可靠性，应考虑使用多个独立的电源，如主电源和备用电源，以应对主电源故障的情况，备用电源通常包括发电机组，其自动启动功能可确保在主电源中断时系统能够继续供电。选择适当的电线和电缆，保证消防电力系统可靠性，必须选择具有耐火性能的电缆（如图2 所示），以确保线缆在火灾中不会受到损坏，从而保持电力供应，且电缆的绝缘和外壳材料应具备阻燃特性，以防止火势蔓延。电缆的走线和防护是设计中的重要考虑因素，电缆应穿越防火分隔墙或屏障时，需要采取措施确保其完整性，以阻止火势蔓延，且电缆应放置在防火电缆沟或护套中，以提供额外的保护。电力分配的设计要点包括明晰的回路分配和负载均衡，电力系统应具备足够的回路来支持火灾报警系统、灭火设备、照明和紧急通信系统等，同时各个回路应合理均衡负载，以确保不会因某一回路的超载而影响其他回路的正常运行。自动切换设备用于在主电源故障时将电源切换到备用电源，设备必须设计、安装和维护得当，以确保能够迅速、可靠地完成切换，且应具备监控和远程控制功能，以提高系统的可操作性。消防电力系统的设计要点还包括确保系统元件和设备具备足够的防火性能，例如电力配电盘、开关、插座等设备应具备耐火性，以确保在火灾中不会成为火源[6]。

图2 一种防火消防线缆

2.4 消防电力系统施工设计

在设计消防电力系统的施工方案时，需要合理确定主要的电源位置，通常位置应位于建筑的关键区域，以确保在火警或其他紧急情况下能够快速供电，且需要考虑备用电源，例如发电机组，以应对电力中断的情况；电缆和线路的布局对于消防电力系统的可靠性具有直接影响，需要选择合适的电缆类型，如阻燃耐火电缆，以确保系统在火灾情况下不会受到损坏，且电缆和线路的布局应考虑最短路径，以减少线损和维护难度。地面接地系统是消防电力系统的关键组成部分，用于确保电流能够安全地流向地下，以防止电击和火灾危险，在施工方案设计中需要合理规划地面接地系统，包括地线的敷设和接地电极的设置；确保施工方案的质量控制非常重要，监督施工过程，包括电缆敷设、设备安装和接线连接，以确保一切按照设计规范进行，同时进行系统的功能测试和性能验证，以确保系统在投入运行时能够正常工作[7]。

2.5 消防电力系统检验与调试

在进行消防电力系统的检验与调试之前，需要确认电路的连通性，包括检查所有电缆、线路和接头是否正确连接，以避免断路或短路的问题，确保每个电路都能够按照设计要求传输电力；电源切换是消防电力系统的关键功能，以确保在主电源故障时能够切换到备用电源，在检验与调试中需要验证切换过程的正常运行，包括自动切换开关的工作以及备用电源的启动时间。所有与消防系统相关的电力设备，如喷淋系统、疏散通道照明、火警报警器等，都需要经过详细的检查，确保设备的连接正确，电源供应正常，且设备自检功能正常；漏电流测试是确保系统的安全性和人员安全的重要部分，通过使用漏电流测试仪器，检测电路中是否有漏电流存在，任何漏电流都需要立即修复，以防止电击危险。为了确保火灾报警系统的可靠性对，在检验与调试中需要触发火警报警器和探测器，确保能够及时报警，并确保信号传输正常，同时测试火灾报警系统的声音和光信号设备，以确保能够引起人员的注意；负载测试是验证消防电力系统的性能的重要环节，通过将负载接入系统，可以模拟实际使用情况，确保系统能够提供足够的电力支持，且需要测试系统的持续运行时间，以确定备用电源是否足够[8]。

2.6 消防电力系统维护

制定详细的定期检查和维护计划，计划应明确包括每个系统组件的检查频率和维护操作的步骤，定期的检查和维护将有助于提前发现潜在问题，防止系统故障；维护方案中应包括完整的设备清单，列出所有系统组件，包括电缆、控制面板、火警报警器、喷淋系统等，且维护方案还应明确备用部件和备件的储备情况，以确保在需要时可以迅速更换故障的设备。如果消防电力系统包括控制器或监控软件，维护方案需要考虑定期更新软件和固件，以确保系统保持最新的功能和安全性，更新操作应按制造商的建议和最佳实践来执行；如果系统依赖电池备份，维护方案需要包括电池的定期检查和维护步骤，包括检查电池的电压、容量和充电状态，以确保其正常运行并在需要时提供足够的电力。

3.建筑电气设计中消防配电设计的优化措施

3.1 充分考虑建筑结构布局

消防设备的位置应尽可能靠近潜在的火灾风险区域，包括灭火器、喷淋系统、火警报警器和应急照明等设备，通过合理布置设备，可以缩短响应时间，提高火灾初期的扑救和疏散效率；建筑物可以划分为不同的消防区域，以限制火灾的扩散，在电气设计中应考虑将消防电力系统划分为相应的区域，以确保在火灾发生时只需关闭受影响的区域，而不干扰整个建筑物的供电。电缆的交叉和并列会导致电磁干扰和热耦合效应，可能对电力系统产生负面影响，在建筑结构布局中，应尽量避免电缆的交叉和并列，或采取必要的隔离措施来减少互相干扰；建筑结构布局应确保电缆通道和管道具有足够的容量，以容纳所有电缆和线路，如果通道容量不足，可能会导致电缆过热、过载或过度弯曲，从而影响系统的性能和可靠性。

3.2 采用智能化控制技术

智能化火警探测器能够自动识别火警信号，同时减少误报率，智能火警探测器具备自学习能力，能够识别典型火警特征，从而提高火警检测的准确性和速度；智能化控制技术允许消防系统与建筑其他智能系统集成，如安全管理系统或建筑自动化系统，可以实现更灵活的报警方式，如通过手机应用程序、电子邮件或短信通知，提高响应速度和通信效率。采用智能化火警报警器可以提高警报的准确性和对火灾位置的精确识别，报警器能够根据火警信号的类型和强度来发出不同的声音或光信号，帮助人员更好地理解火警的紧急程度；智能化控制技术可以用于自动灭火系统，以快速检测火源并触发喷淋系统或其他灭火设备，减少人为干预的需求，提高灭火的速度和准确性。采用智能控制技术的消防配电系统可以远程监控和控制，操作人员可以通过互联网或移动应用程序实时监控系统的状态，迅速采取措施响应紧急情况，即使不在现场也能及时介入；智能化控制技术还可用于自动维护和诊断，系统能够监测电缆、设备和控制器的状态，并自动发出维护警报，指示何时需要维修或更换部件，可以减少系统故障和停机时间。

结语：

综上所述，消防配电设计在建筑电气设计中具有不可替代的重要性，能够保障人员的生命安全和财产安全，确保建筑物的合规性，防止火灾的蔓延，同时提高建筑电气系统的可持续性。设计人员在进行建筑电气设计时必须认识到消防配电设计的重要性，并充分考虑各种因素，以保障建筑物的整体安全，降低潜在风险，确保建筑的可持续性和安全性。