大空间建筑机械排烟系统联动控制的可靠性设计

陈继斌/副教授 关键词/Keywords 大空间建筑 机械排烟系统 可靠性 设计 大空间建筑机械排烟系统联动控制的可靠性设计Engineering Design | 方案设计 www. eage. com. cn2013 年 9 月下建筑电气 39 大空间建筑机械排烟系统联动控制的 可靠性设计 通过对排烟风机、排烟口 ( 阀)控制的分析得出， 提高排烟口 ( 阀)控制的可靠性以及提高排烟口 ( 阀) 与排烟风机联动控制的可靠性，是保证机械排烟系统具有 高的可靠性的关键。结合工程实例，对大空间建筑机械排 烟系统联动控制进行了可靠性设计。 陈继斌曹祥红/郑州轻工业学院建筑电气与智能化系徐增彦/总参管理 保障部北极寺老干部服务管理局 大空间建筑如体育馆、展览馆、大 型商场、厂房及建筑内的大空间区域 等，一旦发生火灾，烟气漫延速度快， 危害性大。因此，必须尽快排除烟气。 为了保证建筑内人员的安全疏散和扑救 工作的顺利进行，建筑物内一般都设置 有机械排烟系统，它由排烟风机、排烟 口或排烟阀、排烟竖井及其控制装置等 组成。该系统能否安全可靠地工作，不 但与排烟风机、排烟口 ( 阀)能否可 靠控制有关，还与排烟风机与排烟口 ( 阀)的联动控制有关。火灾时起动排 烟风机，同时要开启着火区域及相邻区 域的排烟口 ( 阀)进行排烟;若打开 着火区的排烟口 ( 阀)时，同时要起 动相应区域的排烟风机。排烟口 ( 阀) 与排烟风机的联动控制尤其重要，二者 只有正确的配合才能使排烟系统正常工 作。然而，在实际建筑中，尤其在大空 间建筑中，往往存在着排烟口 ( 阀) 的控制及排烟口 ( 阀)与排烟风机的 联动控制可靠性差的现象，存在着严重 的故障隐患。 排烟风机的控制及其分析 排烟风机采用离心风机或排烟轴流 风机 1， 2 ，它是机械排烟系统中最主要 的设备，对它的控制必须安全可靠。 消防控制室应能对排烟风机进行手 动、自动控制 3 。排烟风机的控制设备当 采用总线编码模块控制时，还应在消防控 制室设置手动直接控制装置 3， 4 。排烟风 机的控制图如图 1 所示。 图 1排烟风机控制图 1. 排烟风机的控制 ( 1)自动控制 火灾报警控制器收到火灾现场报警信 号后，通过连接在回路总线上的控制模块 起动该区域的排烟风机，实现自动控制。 ( 2)排烟口 ( 阀)联动控制 机械排烟系统中，排烟口或排烟阀应 与排烟风机联锁，当任一排烟口或排烟阀 开启时，排烟风机应能自行起动1， 2 。 实现该项功能，一般都采用 “软” 联锁控制方式。开启排烟口，其动作信号 通过输入模块报警，火灾报警控制器通过 连接在回路总线上的控制模块起动相应区 域的排烟风机。 ( 3)排烟防火阀联动控制 设置在排烟风机入口处总管上及在排 烟支管上的排烟防火阀，应与排烟风机联 锁，在烟气温度超过 280 时自行关闭 后，应联动停止排烟风机2， 3。通过温度 方案设计 | Engineering Design 40建筑电气2013 年第 32 卷第 18 期 熔断器使排烟防火阀动作，排烟防火阀与排烟口 ( 阀)一样也是通过 “软”联锁控制方式联动停 止排烟风机。 ( 4)手动控制 规范中要求排烟风机除自动控制外，还应能 在消防控制室手动直接控制。通过消防控制室联 动控制器对排烟风机的控制设备进行手动多线 控制。 ( 5)现场手动控制 通过对现场排烟风机控制设备上的起动按钮、 停止按钮对排烟风机进行手动控制。排烟风机控 制设备上的起动、停止按钮主要是便于维护人员 定期对排烟风机进行检查所用。发生火灾时，只 有在排烟风机自动控制、消防控制室手动控制及 排烟口 ( 阀)联动控制都失效的情况下，才到现 场去直接起动。 2. 排烟风机控制的分析 排烟风机 5 种控制方式中，自动控制、排烟 口 ( 阀)联动控制及排烟防火阀联动控制这 3 种 控制方式环节多，一旦探测器、报警回路、输入 模块、控制模块、报警控制器、电源和控制程序 等任一环节出现故障，排烟风机都不能实现自动 控制，所以说这 3 种控制方式可靠性不高。 手动控制没有中间环节，实现了远程对排烟 风机的直接控制，确保了发生火灾后，一旦报警 回路总线自动控制失效，消防人员可以通过联动 控制柜快速对排烟风机进行控制，可靠性高。 对现场手动这一控制方式，考虑到火灾时烟 雾及高温的影响，消防人员由消防控制室进入机 房去手动起动排烟风机，可行性并不太大。可见， 尽管现场手动控制排烟风机的可靠性高，但综合 考虑火灾时的实际状况，该控制方式的可靠性就 不高了。 排烟口 ( 阀)的控制及其分析 排烟口或排烟阀按防烟分区设置，平时为关 闭状态，设置有手动和自动开启装置。排烟口通 常设在排烟系统支管的始端，安装在顶棚或靠近 顶棚的墙面上 1， 2 。排烟口把建筑物火灾区域内 的烟气吸收到支管里，然后汇集到排烟系统总管， 由排烟风机排到建筑物外。 1. 排烟口 ( 阀)的控制 发生火灾时，必须对排烟口进行可靠控制。 即使排烟风机已经起动运行，若烟雾区域的排烟 口不能有效打开，将不能排岀烟气，疏散人员仍 然要处于烟气之中。排烟口可以通过以下 3 种方 式进行控制，如图 2 所示。 图 2排烟口 ( 阀)控制图 ( 1)自动控制 火灾报警控制器接到感烟探测器报警信号后， 通过控制模块对探测器所在防烟分区内的排烟口 ( 阀)进行开启排烟，实现自动控制。 ( 2)手动控制 排烟阀应由消防联动控制器控制其工作状 态 3 ，规范中并没有要求对排烟口 ( 阀)的进行 手动多线控制。在实际工程中，大都是通过总线 控制模块的 “软”控制实现消防联动控制器对排 烟口 ( 阀)的一对一控制。 ( 3)现场手柄控制 通过现场排烟口 ( 阀)上的手柄打开排烟口 ( 阀) 。发生火灾时，一旦自动控制和手动控制失 效，消防人员或火灾疏散人员只有到现场手动才 能打开排烟阀，不然，排烟系统就会失去作用。 2. 排烟口 ( 阀)控制的分析 排烟口 ( 阀)3 种控制方式中，自动控制、 手动控制这两种控制方式环节多，所涉及到的探 测器、报警回路、控制模块、报警控制器、电源 和控制程序等任一环节出现故障，排烟口 ( 阀) 不能动作开启，所以说这两种控制方式可靠性不高。 对到现场去通过手柄打开排烟口 ( 阀) ，考 虑到大空间区域排烟口 ( 阀)所处位置高，必须 借助梯子等工具，并能熟练操作。火灾时，人们 都比较惊恐，烟雾之中去找到排烟口 ( 阀)并手 动打开，一般人员是办不到的。综合来说，现场 大空间建筑机械排烟系统联动控制的可靠性设计Engineering Design | 方案设计 www. eage. com. cn2013 年 9 月下建筑电气 41 手柄控制可靠性也不高。 机械排烟系统联动控制的可靠性设计 通过以上对排烟风机和排烟口 ( 阀)的控制 分析可以看出，由于对排烟风机的控制采用了多 重冗余，在火灾时能得到可靠的控制，控制的可 靠性高，而对排烟口 ( 阀)的控制可靠性不高。 排烟口 ( 阀)控制的低可靠性影响了机械排烟系 统正常运行。 在大空间建筑，要保证机械排烟系统具有高 可靠性，不但要求对排烟口 ( 阀)和排烟风机的 控制具有高可靠性，还要求排烟口 ( 阀)与排烟 风机的联动控制也必须具有高的可靠性。可见， 提高排烟口 ( 阀)控制的可靠性以及提高排烟口 ( 阀)与排烟风机联动控制的可靠性是保证大空 间建筑机械排烟系统具有高可靠性的关键。 1. 工程实例介绍 该工程为某商贸城，地上 5 层，地下 1 层， 总建筑高度 26 m，建筑面积为 12 万 m2。该商贸 城每层划分为 5 个防火分区，每个防火分区又划 分为若干个防烟分区。如第一层第一防火分区面 积有 3 700 m2，划分为 14 个防烟分区。在每个防 烟分区安装一个排烟口，在排烟管道上共安装有 4 台排烟防火阀。每层防火分区的排烟管道通过 排烟井与屋顶的排烟风机相连通。第一防火分区 屋顶排烟风机风量:40 000 m3/h;全压:690 Pa; 功率:11 kW;转速:1 450r/min。 该商贸城共使用消防高温排烟轴流风机 17 台，风量:12 000 40 000 m3/h;全压:512 690 Pa;功率:4 11 kW;转速:1 450 r/min。 双速消防高温排烟轴流风机 9 台，风量:12 518 ( 18 908) 36 845 ( 55 651)m3/h;全压:302 ( 690) 416 ( 740)Pa;功率:6. 5 ( 8) 13 ( 16)kW;转速:960 ( 1 450)r/min。 2. 排烟口 ( 阀)控制的可靠性设计 大空间建筑排烟口 ( 阀)控制的可靠性低， 在我国是一个普遍存在的问题，并没有引起足够 的重视，实际上潜藏着重大的安全隐患。为了提 高该商贸城排烟口 ( 阀)控制的可靠性，采取了 以下措施: 1)增加消防控制室对大空间区域的排烟口 ( 阀)手动多线控制。排烟口若采用多线联动控 制，固然可以提高其控制的可靠性，但是由于一 般建筑内排烟口 ( 阀)多，会使联动控制线过 多，消防联动控制器太过复杂。考虑到大空间区 域排烟口 ( 阀)的重要性，所处位置高，操作不 便，且数量并不太多，把手动多线控制只限在该 商贸城大空间区域内的排烟口 ( 阀)即可。 2)增加现场电气控制按钮实现手动控制。 在该商贸城大空间区域排烟口 ( 阀)附近的墙或 柱上，距地高为 1. 5 m 处增加排烟口 ( 阀)一对 一的电气控制按钮。这样就能很好地解决大空间 区域排烟口 ( 阀)位置高，不便操作这一难题。 3)采用远程起动机械控制装置。将该商贸 城大空间区域排烟口 ( 阀)远距离手动开启装置 设在附近的墙或柱上，人们通过操作机械装置实 现对排烟口 ( 阀)的手动控制。这样一旦电气控 制失效，人们能很方便地通过机械方式开启大空 间区域的排烟口 ( 阀) 。 4)规范中要求排烟阀可采用接力控制方式 开启，不宜多于 5 个，并应由最后动作的排烟阀 发送动作信号 3 。采用接力控制方式开启的缺点 是:一旦其中一个不能开启，信号就不能传递下 去，后面的排烟阀也就不能开启。所以，对该商 贸城大空间区域采用了一个控制模块对应一个排 烟口 ( 阀) 的控制方式，用以提高对排烟口 ( 阀)控制的可靠性。 改进后的该商贸城大空间区域排烟口 ( 阀) 采用了多重冗余控制，具有很高的可靠性，控制 图如图 3 所示。 图 3改进后排烟口 ( 阀)控制图 3. 联动控制可靠性设计 排烟风机与排烟口 ( 阀)联动控制大多都是 方案设计 | Engineering Design 42建筑电气2013 年第 32 卷第 18 期 采用 “软”联锁控制来实现排烟口 ( 阀)开启、 排烟风机起动这一规范要求。要提高大空间建筑 排烟口 ( 阀)与排烟风机联动控制的可靠性，仅 有 “软”联锁控制是不够的，必须增加 “硬”联 锁控制这一方式。 在该商贸城，增加了大 空 间 区 域 排 烟 口 ( 阀)及排烟防火阀对排烟风机的多线 “硬”联 锁控制。通过排烟口 ( 阀)上的动作触点，直接 对排烟风机的控制设备进行多线直接控制，实现 打开排烟口 ( 阀) ，直接联锁起动排烟风机;或 关闭排烟防火阀，直接连锁停止排烟风机，避免 了排烟口 ( 阀)及排烟防火阀对排烟风机 “软” 联锁控制的不足。图 4 所示为该商贸城的大空间 区域排烟风机联动控制图，具有很高的可靠性。 图 4改进后排烟风机联动控制图 结束语 在机械排烟系统中，人们把作为核心的排烟 风机的控制是否可靠放在首位，而对排烟口 ( 阀)的控制及排烟口 ( 阀)与排烟风机的联动 控制是否可靠重视不够，致使机械排烟系统的可 靠性不高，使建筑存在着重大的安全隐患。要使 大空间建筑机械排烟系统具有高的可靠性，对排 烟口 ( 阀)的控制除了传统的方式之外，还应增 加消防控制室对排烟口 ( 阀)的多线控制、现场 电气按钮控制和远动机械装置控制，以及采用控 制模块与排烟口 ( 阀)一对一的控制方式，并增 加排烟口 ( 阀)或排烟防火阀对排烟风机的多线 “硬”联锁控制。 参考文献 1 GB 500451995 ( 2005 年版)高层民 用建筑设计防火规范 S 2 GB 500162006建 筑 设 计 防 火 规 范 S 3 JGJ 162008、J 7782008民用建筑电 气设计规范 S 4 GB 501161998火灾自动报警系统设计 规范 S ( 收稿日期:2013- 01- 22) 櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒 EA ( 上接第 35 页) 参与调峰的最大幅度为 31% 39%，华东电网内 核电机组参与调峰的最大幅度为 34% 43%。 因此，通过研究电网日负荷特性变化特点， 得出核电机组参与调峰与电网日负荷曲线模型相 吻合程度，决定核电机组的调峰模式及幅度。在 保证安全运行的前提下，核电机组在一定程度上 参与调峰，能够有效缓解电网内其他机组的调峰 压力。 结束语 随着电网峰谷差的不断加大和核电装机比例 的提高，核电机组并网及调峰的迫切性越来越突 出，对核电机组调峰能力的要求也越来越高。现 代压水堆核电机组具备比较优秀的运行性能，将 极大地提升核电机组的安全稳定性及调峰能力。 针对核电发展趋势、系统并网