高层住宅建筑防火电气设计

摘要：本文介绍了目前高层住宅建筑防火电气设计的主要内容，分析了高层住宅防火设计中涉及的相关规范，为提高高层住宅建筑的火灾防范能力提供借鉴和参考。

关键词：高层火灾电气

中图分类号;P426.1+6文献标识码;A

1.工程概述

座落于河北省衡水市红旗大街和新华路交叉口的“汇中・家天下・北区”，该项目分为1#2#3#5#6#及北区地下室6个子项目。整个北区占地面积约20107.87m2；其中1#2#3#6#建筑分类为一类高层住宅楼；5#建筑分类为多层商业建筑；北区地下室建筑分类为Ⅰ类汽车库，其建筑功能，1#2#3#6#建筑地下一层及地下一层夹层为非可燃性库房、设备用房等，地下二层平时为非可燃性库房战时为核六级甲类二等人员掩蔽所，其他部分地下一层，地下二层为地下车库。各楼体之间位置关系如（附图1）所示。

本论文以1#建筑为例，讨论一类高层住宅建筑的防火电气设计。

1#建筑占地面积为1575.4 m2，地上建筑面积为28885.64 m2。此工程为新建建筑，2013年底施工图设计完成，并通过了审图单位审查。自2013年8月开始，对1#住宅楼进行建筑电气施工图设计。1#楼地下3层、地上32层，建筑物高度99.95m（室外地坪至女儿墙顶）；1#住宅楼为32层3单元式住宅，地下二层平时为非可燃性库房战时为核六级甲类二等人员掩蔽所，地下一层及地下一层夹层为非可燃性库房、设备用房等；地上一、二层为商业服务网点，三至三十二层为住宅，总户数为180户。

附图1

2.防火电气设计

2.1防火电气设计涉及的主要标准和规范

《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）以下简称《高规》；

《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98；

《低压配电设计规范》GB50054-2011；

《供配电系统设计规范》GB50052-2009；

《住宅设计规范》GB50096-2011；

《人民防空工程设计防火规范》GB50098-2009;

《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010;

《建筑物电气装置》第4-42部分：安全防护 热效应保护GB16895.2-2005/IEC 60364-4-42:2001;

《消防应急照明和疏散指示系统》GB17945-2010;

《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008以下简称《民规》；

2.2 消防设备的电源及其配电

2.2.1消防负荷等级的确定

合理的确定负荷等级，是保障消防设备用电的重要保障，也是高层住宅建筑电气设计的基础。根据《高规》表3.0.1中的“十九层及十九层以上的住宅为一类”可确定1#建筑为一类高层建筑，其消防用电设备的负荷等级为一级。对非消防用电设备，但为重要用电设备，可根据《民规》附录表A“民用建筑中各类建筑物的主要用电负荷分级”中的“一类高层住宅中的，走道照明，值班室照明、警卫照明、障碍照明用电，主要业务和计算机系统用电，安防系统用电，电子信息设备机房用电，客梯用电，排污泵及生活水泵用电均为一级负荷”，结合本工程实际可确定，本工程消防系统,安防系统,客梯,生活水泵,排污泵等设备的用电按一级负荷供电。根据《人民防空工程设计防火规范》GB50098-2009和《高规》结合本工程实际可确定，地下二层人防，平时按高层建筑防火建筑有关规范要求设计，其疏散照明、应急照明、消防排烟风机、正压风机等消防设备均按一级负荷供电。

2.2.2一级供电负荷的供电措施

根据《供配电系统设计规范》GB50052-2009第3.0.2“一级负荷应由双重电源供电，当一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏”，结合本工程实际可确定，本工程一级负荷电源均由箱变的二台变压器供电，且二台变压器10KV高压应由两路双重电源供电。

根据《高规》第9.1.2“高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防排烟风机等的供电，应在最末一级配电箱处设置双电源自动切换装置”。上文提到的《民规》附录表A中重要用电设备， 如本工程安防系统,客梯,生活水泵,排污泵等设备也用双电源互投箱供电。

2.2.3消防配电线缆的选择

消防设备的电气配电线路、配电系统应满足可靠性、耐火性、安全性、有效性、科学性的要求，以保证火灾时消防设备供电不会中断，保障人身安全，保证供电持续时间，确保供电质量并力求系统接线简单，投资省、运行费用低。

根据《民规》第7.4.1条第2款第3点“对一类高层建筑以及重要的公共场所等防火要求高的建筑，应采用阻燃低烟无卤交联聚乙烯绝缘电力电缆，电线或无烟无卤电力电缆、电线”。根据《民规》第13.10.4条第2款“火灾自动报警系统保护对象分级为一级的建筑，其消防设备供电干线及分支干线，宜采用矿物绝缘电缆；当线路的敷设保护措施符合防火要求时，可采用有机绝缘耐火类电缆”；第4款“消防设备的分支线路和控制线路，宜选用与消防供电干线或分支干线耐火等级降一类的电线或电缆”。

根据上述规范内容，矿物绝缘电缆为首选，其采用独特的制造方式，使氧化镁绝缘材料高度紧密地压实在电缆的无缝铜护套中，与铜芯、铜护套共同形成密实的一体，因而具有良好的耐火、耐高温、载流量大、防水、耐腐蚀、耐机械损伤、耐辐照及电磁相容性、美观大方等特点，同时该电缆在火灾条件下不会放出任何烟雾、卤素及有害有毒气体。矿物绝缘电缆的的铜护套可作为接地线使用，与其他类型电缆相比可减少一根芯线，明敷容易安装，并且使用寿命长。但由于造价等原因，目前在特级保护对象的建筑中应用较多，在一类高层住宅建筑中采用较少。综上所述，结合工程实际可确定，本工程的消防系统配线使用有机绝缘耐火电缆沿封闭式线槽（外涂防火涂料）敷设的方式。

2.2.4消防配电线路的敷设

根据《高规》第9.1.3“消防用电设备的配电应采用专用的供电回路，其配电设备应设有明显标志。其配电线路和控制回路宜按防火分区划分”；采用专用回路的原因在于，在火灾时，必须保障消防设备的正常运转，保证消防疏散和火灾扑救，所以不能与其他动力及照明共用回路；有明显标志的原因在于，为防止紧急情况下误操作。所谓的专用供电回路，是指从低压总配电室或分配电室至消防设备或消防设备室最末级配电箱的配电线路，即使用干线为其提供电源。

根据《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98第6.3.1.8“消防控制室在确认火灾后，应能切断有关部位的非消防电源，并接通警报装置及火灾应急照明灯和疏散指示灯”，其原因在于，建筑发生火灾后，可能会造成电气线路短路和其他设备事故，电气线路可能使火灾蔓延扩大，还可在在救火中因触及带电设备或线路等漏电，造成人员伤亡。

根据《民规》第13.10.5条第3款“当采用有机绝缘耐火电缆为消防设备供电的线路，采用明敷设、吊顶内敷设或架空地板内敷设时，应穿金属导管或封闭式金属线槽保护；所穿金属导管或封闭式金属线槽应采取涂防火涂料等防火保护措施；当线路暗敷设时，应穿金属导管或难燃型刚性塑料导管保护，并应敷设在不燃烧结构内，且保护厚度不应小于30mm”其原因在于，满足火灾时，消防系统连续供电的需要。

综上所述，结合本工程实际，消防双路电源沿同一电缆线槽敷设时，线槽内加装隔板分开敷设，出线槽后穿钢管，暗敷设在不燃烧结构内，且保护厚度不应小于30mm。在电缆井内孔洞施工完成后应采取防火封堵措施。

2.2.5配电线路的短路和过负荷保护

据统计，建筑电气火灾中，电气线路引发的火灾占电气火灾的60％以上。而其中最为常见电气线路火灾分为短路故障引发的火灾和线路长期过载引发的火灾。发生短路时，线路中的电流增加为正常时的几倍甚至几十倍，而产生的热量又与电流的平方成正比，使得温度急剧上升，大大超过允许范围。如果温度达到可燃物的引燃温度，即引起燃烧，从而导致火灾。所以，可靠的短路和过负荷保护是预防电气线路火灾的重要手段。

根据《低压配电设计规范》GB50054-2011第6.1.1“配电线路应装设短路保护和过负荷保护”；第6.2.1“配电线路的短路保护电器，应在短路电流对导体和连接处产生的热作用和机械作用造成危害之前切断电源”；第6.3.1“配电线路的过负荷保护，应在过负荷电流引起的导体温升对导体的绝缘、接头、端子或导体周围的物质造成损害之前切断电源”；第6.3.6“过负荷断电将引起严重后果的线路，其过负荷保护不应切断线路，可作用于信号”。

综上所述，结合本工程实际，本工程的配电线路保护采用，非消防用电回路均设置可靠的短路和过负荷保护，在发生短路和过负荷时能及时切断电源，防止火灾的发生；为了保证消防负荷在火灾时能持续运行，消防配电线路只设置短路保护，过负荷保护只作用于报警，不作用于跳闸。

2.3剩余电流保护开关及剩余电流火灾报警系统

根据《住宅设计规范》GB50096-1999要求，“每幢住宅的总电源进线断路器，应具有漏电保护功能”。由于电气火大部分由电弧性接地故障引起，在AC220V系统中，300mA的电流就产生电弧，因此使用剩余电流保护开关（以下简称RCD）及时有效地切断电源开关或发出信号，就可以尽早的发现问题、避免火灾的发生。同时，利用剩余电流保护开关还可以对接地故障隐患起到预防作用。

根据《低压配电设计规范》GB50054-2011第6.4.3“为减少接地故障引起的电气火灾危险而装设的剩余电流监测或保护电器，其动作电流不应大于300mA；当动作于切断电源时，应断开回路的所有带电导体“。

随着技术的发展，剩余电流火灾报警系统应运而生。由于剩余电流火灾报警系统能准确监控电气线路的故障和异常状态，能发现电气火灾的隐患，及时报警提醒人员去消除这些隐患，因此在《高规》第9.5.1“高层建筑内火灾危险性大、人员密集等场所宜设置漏电火灾报警系统”。目前有条件的高层住宅建筑都设置了剩余电流火灾报警系统，以提高火灾的防范水平。

考虑到1#建筑为3单元式住宅，所以未设置剩余电流火灾报警系统。

2.4应急照明

火灾应急照明是高层建筑中极其重要的一部分，在火灾发生时引导人员疏散和维持消防救火设备的运行起着关键作用。火灾应急照明包括备用照明、疏散照明。供消防作业及救援人员继续工作的场所应设置备用照明这些场所包括配电室、消防控制室、消防水泵房、防排烟机房、供消防用电的蓄电池室、自备发电机房、电话总机房以及发生火灾是仍需坚持工作的其他房间。供人员疏散，并为消防人员撤离火灾现场的场所，应设置疏散指示标志灯和疏散通道照明，这些场所包括楼梯间、防烟楼梯间前室、消防电梯及其前室、合用前室和避难层（间）以及走道长度超过20m的内走道。应急照明灯和灯光疏散指示标志，应设玻璃或其他不燃烧材料制作的保护罩。火灾应急照明应满足最少持续供电时间和最低照度要求。

综上所述，结合本工程实际，本工程的应急照明系统应符合上述规定。

2.5火灾自动报警及联动系统

根据《高规》第9.4.2“除住宅，商住楼的住宅部分、游泳池、溜冰场外，建筑高度不超过100m的一类高层建筑的“经常有人停留或可燃物较多的地下室”应设置火灾自动报警系统”。

根据《民规》第13.1.3“高层建筑有消防联动控制要求的一、二类高层住宅的公共场所应设置火灾自动报警系统”。

根据《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98表3.1.1 火灾自动报警系统保护对象分级中规定“居住建筑，十九层及以上的居住建筑，设置一级火灾自动报警系统”。

依据上述规范，结合本工程的实际情况，在本建筑内设置火灾自动报警装置，报警信号均上传至北区5#建筑首层消防控制室，控制室内设置火灾自动报警装置及消防联动控制台，控制方式分为自动控制（模块控制）和手动控制（硬线连接）两种。通过联动控制台，可以实现对消火栓、自动喷洒灭火系统、防排烟系统设备的自动/手动控制及监视。在确认火灾后，应切断有关部位非消防电源、并接通警报装置及火灾应急照明和疏散标志灯，并有信号显示。本工程火灾自动报警系统保护对象为一级，地下部分按要求在配电室、弱电间、水泵房、风机房、走道、前室等部位设置感温和感烟探测器。住宅部分仅在走道、前室等处设置感烟探测器、手动报警按钮和声光警报装置。

2.6防雷、接地及总等电位联接系统

当建筑物遭受直接雷击或雷击时空间电磁脉冲都可能对电气装置产生危害。建筑电气装置内的瞬态冲击过电压主要由大气中的雷电产生。当雷击发生时，强大的瞬变电磁场直接在电气装置内感应产生电涌电压，泄放时的能量和过电压幅值、波形陡度都很大，经常会造成设备绝缘损坏，供电中断，甚至引发火灾、电击等事故，对绝缘强度低的敏感信息技术设备危害和干扰更大。因此，在高层住宅建筑物内做好防雷及接地保护，是预防火灾发生的一个重要方面。为减小雷电流在金属导体之间产生的电位差发生打火引起火灾建筑物内应设总等电位联接系统。

综上所述，1#建筑的防雷等级为三类。建筑物的防雷装置应满足防直击雷、防雷电感应及雷电波的侵入，并设置总等电位联结。在屋顶采用∅10热镀锌圆钢作避雷带，屋顶避雷带连接线网格不大于20mx20m或或24mx16m。利用建筑物钢筋混凝土柱子或剪力墙内两根∅16以上主筋通长焊接作为引下线，引下线间距不大于18m。引下线上端与避雷带焊接,下端与建筑物基础底板上的上下两层钢筋内的两根主筋焊接。本建筑,其上部占高度20并超过60米的部位应防侧击雷，每三层设均压环，均压环均与该层外墙上的所有金属窗,构件,引下线连接。防雷接地、电气安全接地及其他电子设备可共用接地装置，接地电阻不大于1Ω。1#建筑内低压配电系统为TN-S系统，所有正常情况下不带电的外露导电部分均应接地，金属线槽或桥架在其去全长内不应少于2处接地。总等电位联接端子箱设置在各单元配电间内，并与基础接地装置可靠连接。各户内有淋浴设施的卫生间设局部等电位联结。电梯机房及地下二层人防值班室内做局部等电位联结。凡突出屋面的所有金属构件、金属通风管、金属屋面、金属屋架等均与避雷带可靠焊接。在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装设接闪器，并应和屋面防雷装置相连。电源进线柜及室外配电箱等处设浪涌保护器，屋顶天线、网络进线处及重要机房均加设浪涌保护器。

2.71#住宅建筑1单元配电系统图（附图2）

附图2

结束语

随着经济发展及人民生活水平的提高，高层建筑物也越来越多，同时火灾的危险也随之升级，因此完善的电气设计系统是预防火灾的前提和保障。要完成电气火灾防火设计，就应认真仔细推敲，确保各个环节的合理性，可靠性，并严格执行国家现行的规范，规定，不断提高防范火灾的设计能力。