大型地下商店建筑消防配电设计关键技术探析

邱集锋

(福州市规划设计研究院 福建福州 350108)

0 引言

近年来，地下大型商店建筑呈现不断向上发展的趋势，而该建筑大规模商店连成一片，人员密集，商品种类繁多，很大部分为可燃易燃物品，一旦发生火灾，具有火势迅速蔓延、燃烧时产生有害气体、火灾危险性大、火灾损失大等特点，消防配电系统在保障消防安全显得特别重要。因此，根据国家规范，对大型商店建筑消防配电设计关键技术探析，有其重要的意义。

本文拟以某大型地下商店建筑为例，对大型地下商店建筑消防配电设计的几个关键技术要点作具体的探析。

1 项目概况

该地下商店建筑共3层，其中地下一层及地下二层为商业，地下三层为机动车停车及设备用房。总建筑面积189 813m2,其中商业面积126 734m2，地下三层63 079m2，停放机动车887辆，属于I类车库。该工程为大型平战结合人防工程综合体试点工程，平时为商业、车库、市政道路、轨道交通于一体，战时为人员及车辆掩蔽部、人防物质及人防交通干道，抗力级别为防核6级常6级，人防面积64 847m2。室外消火栓系统用水量30L/S，室内消火栓系统用水量为40L/S，设计耐火等级为一级，目前该工程已经竣工并投入使用。

2 大型地下商店建筑消防负荷等级划分

大型商店建筑的消防负荷等级应根据建筑规模、建筑使用性质和供电可靠性的要求及中断供电在对人身安全、经济损失上所造成的影响程度进行分级，并应符合表1规定。

表1 消防用电负荷分级

依照表1，该大型地下商店建筑，其消防负荷等级应为一级。该大型地下商店建筑采用10kV双重市电至负荷中心开闭所供电，为了保证正常市电停电时消防供电的连续性及可靠性，增设了消防应急电源。

3 大型地下商店建筑消防电源设置

大型地下商店建筑消防电源设置，主要考虑以下3点：消防应急电源的选择，消防应急电源的设置，消防应急电源保障范围及容量计算。

3.1 消防应急电源的选择、消防应急电源的设置

工程设计中，消防应急电源的选择应根据消防应急电源的种类及适用范围、保证消防供电的连续性及可靠性来确定，如表2所示。

该大型地下商店建筑主要消防用电为：应急照明(含疏散照明、备用照明)、消防电梯、消防水泵(含室外消火栓泵、室内消火栓泵、喷淋兼喷雾泵)及防排烟风机；消防应急电源的选择，应根据消防用电设备在火灾期间的最少持续供电时间及在正常电源停止供电后应急电源供电转换时间来确定，如表3～表4所示。

表2 消防应急电源的主要种类及适用范围[4]

表3 消防用电设备在火灾期间的最少持续供电时间[5]

表4 在正常电源停止供电后应急电源供电转换时间[5-6]

建筑面积大于40 000m2的地下或半地下商店，其消防用电除应按一级负荷供电外，还应设置自备发电机组或第三重市电作为消防用电设备的应急电源[3]。

作为消防负荷的应急电源的自备柴油发电机组除遵守上述规定外，尚应遵循当地消防部门的意见。该工程地点为福建福州，据《福建省高层建筑防火设计指导意见》中要求，消防设备供电设计除满足《供配电系统设计规范》GB50052-2009的相关规定外，尚应符合福建省地方标准《10kV及以下电力用户业扩工程技术规定》DB35/T1036规定，即一级负荷应设自备电源。

大型企业及重要的民用建筑中，往往同时使用几种应急电源，使各种应急电源设备密切配合，充分发挥作用[4]。结合以上几点，为了满足规范对商店建筑火灾持续供电及电源转换时间的要求，保证供电的连续性及可靠性。该大型地下商业建筑应急电源的方案为：双重市电电源+柴油发电机组+EPS(UPS)电池组作为消防应急电源，如图1所示。

图1 双重市电电源+柴油发电机组+EPS(UPS) 的供电系统示意图

如图1所示，消防水泵及防排烟风机在正常市电停电时，快速自启动的发电机组在规定时间内启动发电机组，能满足应急电源供电转换时间要求；应急照明在正常市电市电时，由EPS或UPS对应急照明进行过渡性供电，待柴油发电机组启动并切换投入使用后，由柴油发电机组对应急照明供电。

该大型地下商店建筑采用10kV双重市电至负荷中心开闭所供电，再由开闭所对变电所1(西区)、变电所2(中区)及变电所3(东区)进行供电。为了保证正常市电停电时消防供电的连续性及可靠性，分别在西、中、东区变电所设置柴油发电机组作为自备应急电源。

3.2 消防应急电源的保障范围

消防应急供电系统的供电容量，应保证火灾发生时建筑内所有应急照明、消防电梯、消防水泵、相邻两个最大的防火分区排烟风机及正压风机的正常供电[3]。

该大型地下商店建筑，为了满足设计规范的要求，最大限度地减少火灾的危害，应急电源的容量应能保障该大型地下商店建筑内所有应急照明、消防电梯、消防水泵、相邻两个最大的防火分区排烟风机及正压风机的正常供电。

3.3 消防应急电源的容量计算

本大型地下商店建筑，采用柴油发电机组作为消防用电设备的应急电源，其(中区柴油发电机组)容量计算，参照《工业与民用供配电设计手册》第四版2.6.3.22)民用建筑[4]：

(1)按稳定负荷计算发电机组的容量

SC1=α[P∑/(η∑×cosφ)=717.6(kW)

式中：

α-负荷率，取0.8；

P∑-总负荷，为610kW；

η∑-总负荷计算效率，取0.85；

cosφ-发电机额定功率因数，取0.8。

(2) 按最大单台电动机或成组电动机启动的需要，计算发电机容量

SC2={[(P∑-Pm)/η∑]+Pm×K×Ccosφm}×(1/cosφ)=817.8(kW)；

式中：

Pm-启动容量最大的单台电动机或成组电动机容量，为110kW；

cosφm-电动机的启动功率因数，一般取0.4；

K-电动机启动倍数，一般取6；

C-按电动机启动方式确定的系数，本大型地下商店建筑消防泵选用自耦变压器启动，50%抽头，C=0.25。

(3)按启动电动机时母线容许电压降计算发电机容量

SC3=Pn×K×C×Xd″″{(1/ΔE)-1}=742.5(kW)

式中：

Pn-电动机总负荷，为49kW；

Xd″″-电动机的暂态电抗，一般取0.25；

ΔE-应急负荷中心母线允许的瞬时电压降，有电梯时取0.2。

统计结果如表5所示。

表5 消防负荷统计表

柴油发电机应能保证连续运行的功率(包括超负荷110%运行1h)，则应按90%的额定功率使用。

综上：选取额定功率为一台常用功率为1000kW的柴油发电机组。

4 大型地下商店建筑消防配电电缆的选型与线路敷设方式

4.1 消防配电电缆的选型

地下商业区、高层建筑和重要公共设施等人流较密集场所，应采用低烟、低卤或无卤的阻燃电缆；火灾时，仍需保持正常运行的线路，应选用耐火电缆[4]。在大型商业建筑消防配电设计中，可选用无卤低烟阻燃耐火电缆或矿物绝缘电缆。矿物绝缘电缆具有不燃、无烟、无毒和耐火的特性，同时满足耐高温、抗喷淋及抗机械撞击3项要求。而且，普通电缆及阻燃电缆敷设在耐火电缆槽盒内，并不一定能满足耐火的要求。该大型地下商业建筑采用矿物绝缘电缆作为消防配电线路配电电缆。

4.2 消防配电线路敷设方式

该大型地下商店建筑具有面积大、人员密集的特点，一旦发生火灾，人员疏散、保障在救援人员进场时能正常使用消防用电设备至关重要，因此，消防配电设计应考虑能保障消防配电线路供电可靠性。该大型地下商店建筑消防配电线路与其他配电线路分开敷设，且消防配电线路采用矿物绝缘类不燃性电缆；消防用电设备采用专用供电回路、消防配电干线按防火分区划分及消防用电设备在其配电线路的最末一级配电箱处设置自动切换装置。据调查研究，在一些大型建筑发生火灾时，往往出现消防用电设备无法启动问题，消防用电设备未发生故障、消防联动系统正常，究其原因，是消防供电线路问题。地下大型商店不同于高层建筑设置竖向电井，为了保障大型地下空间消防系统供电线路的供电可靠性问题，该大型地下商店建筑的解决方案，是在主要通道上设置类似于高层建筑竖向电井功能的钢筋混凝土电缆廊道，并在防火分区分隔处做好防火封堵，用来敷设消防配电线路，提高了该大型地下商店建筑的消防配电线路的供电可靠性，如图2所示。

图2 敷设消防配电线路的电缆廊道

5 大型地下商店建筑火灾应急照明系统

火灾应急照明包括疏散照明、备用照明。

5.1 疏散照明

疏散照明的应急电源，宜采用蓄电池(或干电池)装置，或蓄电池(或干电池)，与供电系统中有效地独立于正常照明电源的专用馈电线路的组合，或采用蓄电池(或干电池)装置与自备发电机组组合的方式[7]。疏散照明灯具蓄电池可分为分散蓄电池(灯具自带)和集中蓄电池(EPS/UPS)，分散蓄电池(灯具自带)寿命短，供电持续时间短，对于大型商店，疏散照明灯具数量较多，蓄电池后期维护量大，故采用分区的集中蓄电池(EPS/UPS)方式。结合以上几点，为了满足规范对商店建筑火灾持续供电及电源转换时间的要求，保证供电的连续性及可靠性，以及疏散照明灯具数量较多的特点。该大型地下商业建筑疏散照明的应急电源的方案为：双重市电电源+柴油发电机组+EPS(UPS)电池组作为疏散照明的应急电源，如图1所示。

5.2 备用照明

大型地下商店建筑属于人员密集场所，照明停电造成营业场所(特别是金融商业交易场所)活动中止外，还可能造成人员恐慌引起混乱，合理设置备用照明及选择供电电源方案至关重要。大型商店建筑应设置备用照明，并应为其选择设计合理的备用电源，以保证供电的连续性、可靠性[8]。备用照明的应急电源宜采用供电系统中有效地独立于正常照明电源的专用馈电线路或自备发电机组[9]。备用照明作为正常照明的一部分同时使用其配电线路及控制开关应与正常照明分开设置，照明仅在故障情况下使用时，当正常照明因故障备用照明应自动投入工作[9]。结合电源的切换时间要求及特点，给出大型商店建筑备用照明电源的主接线系统示意图，如图3[9]所示及相应的配电平面示意图，如图4[9]所示。

图3 双重市电电源交叉供电系统示意图

图4 一般照明兼作备用照明，双重市电电源交叉供电平面布置示意图

该方案能保证100%一般照明兼作备用照明持续工作，简单、经济、可靠。在条件允许的情况下，优先考虑该方案。

6 结语

地下大型商店建筑消防配电，应确保供电的连续性及可靠性，同时也应确保人身安全。在对地下大型商店建筑进行消防配电设计时，应首先明确消防负荷等级，然后考虑应急电源的设置，同时使用几种应急电源，使各种应急电源设备密切配合，充分发挥作用。基此，需明确应急电源的保障范围，计算出应急电源的容量；再从消防配电电缆的选择与线路的敷设方式上去探析。消防配电线路采用矿物绝缘类不燃性电缆，可确保消防配电线路的供电可靠性。应结合大型商店建筑面积大的特点，减少应急照明灯具后期维护量，选用集中EPS/UPS作为疏散照明的应急电源，一般照明兼作备用照明，两路市电交叉供电的供电方式。电气消防配电设计，不仅能够保障建筑的质量，防范火灾，保障居民的人身财产安全，而且还可以促进建筑业的发展与其产业经济结构转型，所以，建筑企业应高度重视电气消防配电设计的重要性。