高层建筑消防供电照明防火设计及研究,消防工程论文

发布时间：2015-02-02 16:49

第一章 绪

1.1 课题研究的背景及现状
随着社会的进步与发展，电在人们的生产、生活中占有越来越重要的地位。随着现代建筑水平和人们对生活质量水平要求的提高，人们逐渐添置了大量的用电器具，然而对用电安全方面没有高度重视，最终导致电气火灾时常发生，而造成严重的损害。据统计，在很多地区，由于电气故障而发生的火灾占火灾原因的 30%以上，占重特大火灾事故的 60%以上，而且呈现逐年增长趋势，所以，目前电气故障引起的火灾越来越引起人们的重视[1]。
国外许多国家，如美国、英国、德国和日本等国家的电气火灾问题也非常突出。据美国国家火灾数据中心的统计数据显示，美国从 1989 年到 2002 年期间电气火灾在所有火灾案例中所占的比例大幅度增长[2-4]。
随着工业化、商业化、城市化的进程，我国城市人口增长迅速，造成城市土地严重紧缺和城市生产、生活用房紧张，使很多建筑物向高空发展，由多层发展为高层、超高层，并已经成为当前的主流。在中国，规定：高度超出 24 米（10 层及 10 层以上）的建筑为高层建筑；高度超出 100 米（住宅或公共建筑）的建筑为超高层建筑[5]。随着我国经济建设的发展，高层建筑如雨后春笋般拔地而起，且越盖越高，由此高层建筑的火灾问题便凸显出来。
1.1.1 高层建筑火灾案例
“11·15 上海静安区高层住宅大火”，2010 年 11 月 15 日 14 时 20 分左右，位于上海市静安区余姚路胶州路的一栋高 28 层，且建筑面积为 17965 平方米的高层住宅起火，大火最后致使 58 人遇难和 70 多人受伤，经济损失高达 5 亿元人民币，损失惨重。经调查，确定引起这场火灾的原因是因为 4 名无证电焊工在进行建筑外立面墙壁施工时违规操作，引燃周围易燃物，最终导致火灾的发生[6]。
在救助过程中，消防车云梯的高度无法到达着火大楼顶部，即便云梯加上高压水枪，也只能到达着火大楼三分之二的高度，由于火势太大使得直升飞机无法顺利靠近大楼，这些客观条件的存在都阻碍了救援工作的顺利进行。
1.1.2 高层建筑火灾的特点
高层建筑固然反映了城市的繁华、活力与发展，但高层建筑火灾危险广泛存在。在各类防火条件大都相同的前提下，与多层建筑、单层建筑相比，高层建筑的火灾危害性更大，并且火灾危害性会随着建筑高度的增加而相应增大，最终造成巨大的财产损失和严重的人员伤亡事故。高层建筑火灾的特点主要有[7]:
（1）火势凶猛，火灾快速蔓延。在高层建筑中，不管是是办公楼，还是商场、宾馆，都有许多装修、而且大都装饰华丽，于是室内含有许多各种各样的可燃易燃物质，例如地毯、窗帘、家具和吊顶装饰等，一旦失火，它们就会迅速猛烈地燃烧起来。高层建筑内管道很多，纵横交错，既有水平方向，又有垂直方向。如楼梯井、电梯井、电缆井、通风井、管道井、排气道、垃圾道等，发生火灾时这些管道都会产生“烟囱效应”，而成为烟气火势蔓延扩大分散的重要途径。因为这些竖井具有抽风作用，发生火灾时，火势蔓延扩大极快，而且楼层越多，抽风作用就越强，火势就越凶猛。据测定结果显示，在火灾初起阶段，由于空气对流作用，使水平方向的烟气扩大分散速度大约为 0.31m/s；在火灾猛烈燃烧阶段，因为高温环境下的热对流，造成水平方向的烟气扩大分散速度为0.5～3m/s 和楼梯间等竖向方向的烟气扩大分散速度达 3～4m/s[8]。例如，一座高度为 100米的高层建筑发生火灾时，若没有任何阻挡时，烟气火势在半分钟之内就能沿竖向管井扩散到顶层。助长火势蔓延的因素有很多，其中风对高层建筑火灾有较大的影响。由于风速是随着建筑物的高度增加而相应增大的。据测定，在建筑物 10 米高的风速为 5m/s，在 30 米高的风速为 8.7m/s，在 60 米高的风速为 12.3m/s，在 90 米高的风速为 15.0m/s[9]。因为风速加大，火势和烟雾的蔓延势必会加速扩大。而且在窗外风力的作用下，火势会沿外墙向上蔓延，造成层层蔓延，使高层建筑火灾形成立体火灾。
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1.2 工程概况
本工程为某高层住宅楼，地下二层，地上二十五层，地下二层均为小汽车库和设备用房及戊类库房，1~4 层为商业，5~25 层为住宅，总建筑面积为 35466.6 平方米，建筑高度为 79.8 米，属于一类高层建筑。

1.3 课题研究的主要目的及内容
从高层建筑火灾案例及其火灾特点来看，高层建筑火灾的危害很大。一旦高层建筑发生火情，定会导致惨重的人员伤亡事故和巨大的经济的损失，使后果不堪设想。在我国，高层建筑越来越多，楼层也越来越高，建筑造型和结构形式也越来越复杂，建筑所使用的用电设备和用电装置也越来越多，因此，提高了高层建筑电气火灾的发生率，且根据高层建筑火灾原因调查结果，显示由电气事故引发的火灾居各类火灾之首。因此，对高层建筑电气防火设计有了更高的要求。在高层建筑电气工程中消防供电照明防火设计中，为有效避免因为电气事故引起的火灾应合理地对其进行设计。所以，进行高层建筑消防供电照明防火设计的探讨和研究，对于保障公民生命、财产安全有着深远的意义。
本课题研究内容主要包括以下几部分：（1）高层建筑消防电源的选择及供电方式；（2）本工程消防系统供电方案设计及系统图；（3）高层建筑防火电线电缆的应用；（4）常见的低压开关电气设备的选用；（5）火灾应急照明及照明灯具。
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第二章 高层建筑消防电源的选择及供电方式

2.1 高层建筑消防电源的选择和确定
2.1.1 消防用电设备
消防设备有两大类，一类是电力（强电）设备，为建筑提供照明、动力，如应急照明设备、消防水泵、消防电梯和防排烟风机等；另一类是电子（弱电）设备，具有传递信息和控制信号功能，如火灾自动报警系统设备等。
在火灾发生期间，各类消防用电设备的最少持续供电时间应不少于下列表 2.1 规定。

2.1.2 电力负荷分级及其供电要求
根据供电可靠性及中断供电对人身和设备安全所造成在政治、经济和公共秩序上的损失或影响的程度，将电力负荷分一、二、三级负荷。用电设备的负荷等级不同，对电源的要求也不同。各级负荷应符合下列规定[17-18]：
1、一级负荷
中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复，造成重大的经济损失，或重大的政治影响、或严重的公共秩序的混乱。
一级负荷应由两个独立的电源供电；确保当一个电源发生故障无法供电时，另一个电源应能提供正常供电，并能通过自动或手动切换装置实现另一个电源继续供电。
一级负荷中的特别重要负荷，因为其重要性，需要配置三个电源供电，，也就是说，除了配置两个电源外，还要配置一个应急电源。
2、二级负荷
中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱且需较长时间才能恢复，或大量产品报废、重要产品大量减产，造成较大的经济损失、或较大的政治影响、或公共秩序的混乱。
二级负荷宜由两回路供电。当负荷较小或当地取得第二回路有困难时，二级负荷可以由一回专用架空线路或电缆供电，且供电电压为 6kV 及以上。
3、三级负荷
除一级、二级负荷外的一般负荷为三级负荷。
三级负荷对供电可靠性要求不高，允许较长时间停电，可用单回线路供电。
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2.2 消防用电设备的配电方式
常用的配电方式有四种，分别为放射式、树干式、混合式和链式[26]。如图 2.1～图2.4 所示。

1．放射式配电系统如图 2.1，各个用电负荷之间供电相互独立，任一线路发生故障时彼此互不影响，因此供电可靠性高。但是出线回路较多、管线用量较大、开关设备较多，因此投资运行费较高，适用于设备容量较大、供电可靠性要求较高的设备配电。
2．树干式配电系统如图 2.2，与放射式供电系统相比，树干式配线则管线用量较少，投资成本大大降低。但其供电可靠性较低，当干线发生故障或检修时，影响范围较大，接于干线的所有用电负荷都要停电。当设备配以备用干线并实现切换，供电可靠性要求高点。
3．混合式配电系统如图 2.3，混合式配电系统是放射式与树干式配线的组合，所以具有放射式与树干式的优点，具有方便灵活、供电可靠性较高及供电区域间相互影响小的特点。在目前高层建筑中也是应用较多的一种配电方式。
4．链式配电系统如图 2.4，链式配电系统是树干式配电系统的一种变形，其供电可靠性较树干式低，当中间一台设备故障时连在后面的设备将失去电源。适用于用电设备彼此相距很近而容量较小的次要用电设备。与链接相连的用电设备宜小于或等于 5 台，与链式相连的配电箱宜小于或等于 3 台，且用电设备总容量应在 10kW 及以下。
在普通配电系统中，一般都是采用以上几种接线形式相结合的方式，而在消防配电系统当中，主要是采用放射式供电，如高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟风机等的供电，宜采用放射式供电，且应在配电线路的最末一级配电箱处设置双电源自动切换装置。除此之外，如自动灭火系统，电动的防火门、窗、卷帘、阀门等设备可依据据工程现场情况，可按楼层或者防火分区为其设置一台总的双电源自动切换装置统一供电，并应满足下列要求：（1）该箱应安装于所在楼层或防火分区。（2）由末端配电箱引出引至各相应设备，宜采用放射式供电。对于作用相同、性质相同且容量较小的消防设备，可视为一组设备，可采用链式配电，采用一个分支回路供电。
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第三章 本工程消防系统供电方案设计及系统图......................................12
3.1 本工程消防负荷量统计 .....................................12
3.1.1 消防负荷量统计原则 ..........................................12
3.1.2 消防负荷统计 ...............................................12
3.2 本工程消防电源选择确定 ..................................13
3.2.1 消防电源确定原则 .....................................13
3.2.2 消防电源回路数确定 ................................13
3.2.3 消防电源类型确定 ....................................15
3.2.4 消防电源容量和柴油发电机容量的确定 ................................15
3.3 本工程消防系统供电方案 .................................17
第四章 高层建筑防火电线电缆的应用....................................23
4.1 电线电缆引发火灾的原因 .....................................23
4.2 电线电缆火灾危险性 ...................................26
4.3 防火电线电缆的选用 ....................................26
4.3.1 规范对高层建筑防火电线电缆使用的要求 ..................................27
4.3.2 防火电线电缆概述 ........................................27
4.3.3 防火电线电缆的选用原则 ............................................31
4.3.4 本工程防火电线电缆的选用 ..........................................32
4.4 电线电缆的分类、型号和选用原则 .......................................33
4.4.1 电线电缆的分类、型号与使用 .......................................33
4.4.2 电线电缆选择原则 ............................................36
4.4.3 本工程部分消防负荷配电箱的进线选择 .................................39
4.5 电线电缆的敷设方式及敷设方法 .........................................41
4.6 高层建筑缆线的电气防火封堵 ........................................46
第五章 常见的低压开关电器的选用.......................................49
5.1 低压开关电器的分类 ...................................................49
5.2 低压开关电器的选择原则 ...............................................49
5.3 本工程部分消防负荷配电箱电源进线处低压断路器的选择 .................................53

第六章 火灾应急照明及照明灯具

6.1 火灾应急照明的作用
当发生火灾时，为防止通过电气设备和线路蔓延扩大火势，在消防控制室设置有切断起火部位和其所在防火分区的非消防电源，电源切断后，火灾应急照明等立即接通自动打开，指示出入位置和方向，引导室内人员迅速安全疏散，同时还能保证需要继续坚持工作的房间正常照明。
消防切除非消防电源和消防接通火灾应急照明电源原理图见图 6.1 和图 6.2。

6.2 火灾应急照明的分类
火灾应急照明可分为备用照明和疏散照明两大类。
火灾备用照明是指当正常照明断电失效时，为需要保证继续或暂时继续工作或活动而设置的照明。高层建筑的以下场所需要设置备用照明：楼梯间、防烟楼梯间前室、避难层（间）、消防电梯间前室或合用前室、消防控制室、配电室、防烟及排烟机房、消防水泵房、自备发电机房、供消防用电的蓄电池室、电话总机房等；需要暂时继续工作或活动的场所通常是人员很密集的地方，如观众厅、建筑面积超过 1500 平方米的展览厅、避难层、建筑面积超过 200 平方米的演播室、多功能厅、餐厅和商业营业厅等[25]。消防控制室、配电室、消防水泵房、防烟及排烟机房等的备用照明的照度不应低于正常照明的照度，但其他场所不应低于正常照明照度标准值的 10%。
火灾疏散照明是指为了室内人员在火灾情况下，能迅速从室内撤离至室外或某一安全场所而设置的照明。火灾疏散照明通常设置在疏散走道和长度超过 20 米的内走道、楼梯间和人员密集场所等处。
火灾疏散照明包括安全出口标志灯、疏散指示标志灯和疏散照明灯三类。
（1）安全出口标志灯
安全出口标志灯通常设置在疏散门口的正上方，并采用“安全出口”作为指示标志。工作人员设计时，应注意，位于首层的疏散楼梯门口的安全出口标志灯应安装于门口里侧上方，其安装高度不应低于 2 米。
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结论与展望

本论文分析了高层建筑电气火灾发生危害及其原因，以某高层住宅楼为研究对象，进行高层建筑消防供电照明防火设计的探讨与研究，以减少和防止电气火灾的发生。本论文主要论述高层建筑消防电源的选择及供电方式、本工程消防系统供电方案设计及系统图、高层建筑防火电线电缆的应用、常见的低压开关电器的选用和火灾应急照明及照明灯具。
在选择消防电源及其消防用电设备的配电方式时，应能保证消防用电设备在发生火灾时能够可靠运行并有效控制火势，保证人员有充足的时间疏散和财产安全。总之，消防负荷供电应严格根据规范、消防用电负荷等级、配电方式和环境特征等进行设计。
根据消防用电设备的负荷等级及其供电要求，并结合本工程消防用电设备的实际情况确定消防电源供电的回路数、类型和容量等，进而确定本工程消防系统供电方案设计及系统图。
为使建筑物内的电线电缆的设计和使用做到安全可靠、经济合理和有效防止因电线电缆所引起的火灾，减少电线电缆火灾带来的危害及人员、财产损失，保证消防设备电源线路在火灾中仍能维持线路完整性，电气设计人员和电气施工人员要加深对防火电线电缆的认识，且根据相关规范正确选用，除此之外，还应知道电线电缆的敷设方式及其防火封堵应用。
合理选用低压开关电器，当线路发生过负荷、短路、漏电等故障时，应使低压开关电器能立即切断线路，有效避免故障影响范围的扩大，甚至引起火灾的发生。
火灾应急照明分为备用照明和疏散照明两大类。在发生火灾时，火灾疏散照明能指示出入位置和方向，引导室内人员安全疏散，而备用照明能保证需要继续坚持工作的房间正常工作，由此可见，火灾应急照明的设计工作及其重要。除此之外，高层建筑灯具照明的选用与安装也相当重要。在灯具安装时应按规范安装，可有效避免因为灯具问题而引起的火灾。
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参考文献（略）

本文编号：11871