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        民用建筑中“排煙窗”的電氣設(shè)計探析

        2021-09-10 09:06:32笪良飛謝正榮安徽省建筑設(shè)計研究總院股份有限公司安徽合肥230022
        安徽建筑 2021年9期
        關(guān)鍵詞:自動控制電動報警

        笪良飛,謝正榮 (安徽省建筑設(shè)計研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230022)

        0 前言

        “排煙窗”顧名思義是指火災(zāi)時排出煙氣的窗戶,除了應(yīng)滿足窗戶本身的氣密性、水密性、抗風(fēng)壓性外,還需要滿足阻燃耐火的要求,以確?;馂?zāi)時火場內(nèi)的熱煙氣流在浮力和外部風(fēng)壓的作用下順利通過排煙窗直接排至室外。排煙窗一般設(shè)置于需要自然排煙的場所,日常兼顧采光與通風(fēng)的功能。

        近年來隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加快,以及新版《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50016-2014)(2018年版)、《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB51251-2017)的實施,排煙窗在建筑項目中的應(yīng)用越來越普遍。由于設(shè)計總包項目的增多,在施工圖設(shè)計過程部分技術(shù)人員對排煙窗的了解不足造成設(shè)計深度不夠,導(dǎo)致施工過程中對排煙窗的調(diào)整與返工時常發(fā)生,因此給建設(shè)單位和設(shè)計單位均造成不同程度的影響。為避免上述情況的發(fā)生,本文就“排煙窗”的設(shè)計問題做詳細的分類與闡述,并結(jié)合具體案例說明在設(shè)計過程中電氣專業(yè)如何在滿足安全的前提下,從技術(shù)經(jīng)濟角度來引導(dǎo)建筑與暖通專業(yè)確定排煙窗的操作控制方式,以便于電氣專業(yè)對“排煙窗”進行配電與控制系統(tǒng)的設(shè)計。

        1 排煙窗的設(shè)置原則及其主要樣式

        根據(jù)《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB51251-2017)第2.1.2 條對“排煙系統(tǒng)”的定義即采用自然排煙或機械排煙的方式,將房間、走道等空間的火災(zāi)煙氣排至建筑物外的系統(tǒng),分為自然排煙系統(tǒng)和機械排煙系統(tǒng)。再由該規(guī)范中第

        2.1.4 條、2.1.5 條對“自然排煙”和“自然排煙窗(口)”的解釋可知設(shè)置排煙窗的場所其排煙方式屬于自然排煙,且排煙窗的啟閉方式有自動、手動、溫控釋放等幾種類型。由此可知設(shè)置排煙窗的場所,其排煙類型屬于自然排煙,而非機械排煙。

        結(jié)合該規(guī)范中第4.1.1 條和4.1.2 條的規(guī)定可知,在建筑排煙系統(tǒng)的設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)建筑的使用性質(zhì)、平面布局等因素,優(yōu)先采用自然排煙系統(tǒng),且同一個防煙分區(qū)應(yīng)采用同一種排煙方式。

        此外,由該規(guī)范4.3.3 條的內(nèi)容可知自然排煙窗應(yīng)設(shè)置在排煙區(qū)域的頂部或外墻,當(dāng)設(shè)置在外墻上時,自然排煙窗應(yīng)在儲煙倉以內(nèi),但走道、室內(nèi)空間凈高不大于3m的區(qū)域的自然排煙窗(口)可設(shè)置在室內(nèi)凈高度的1/2以上。本條考慮到火災(zāi)時熱煙氣往上流動的特點,將排煙窗設(shè)置于樓層上部區(qū)域,所以其安裝位置較高,導(dǎo)致普通人無法直接徒手操作排煙窗,必須借助專用的開啟裝置才可以對排煙窗進行操作。

        參考圖集《電動采光排煙天窗》(09J621-2)可知,常用的排煙窗主要有三角形天窗、一字形天窗和圓拱形天窗三種類型。具體的樣式參見圖1。在具體設(shè)計過程中,建筑專業(yè)可以根據(jù)建筑外立面或屋面的具體情況選擇對應(yīng)類型(或改進型產(chǎn)品)進行設(shè)計。

        圖1 三角形天窗、一字形天窗和圓拱形天窗樣式圖

        2排煙窗的控制方式

        電氣專業(yè)對于“排煙窗”主要關(guān)注的是其操作控制方式問題。參照現(xiàn)行的國家規(guī)范、圖集及當(dāng)下市場上主流的幾種排煙窗產(chǎn)品,通過不同的操作控制方式可將排煙窗分成以下幾類。

        ①手動控制型排煙窗:就地設(shè)置機械型開窗裝置,根據(jù)排煙窗布置情況,可幾組排煙窗共用一組機械操作機構(gòu),只能實現(xiàn)就地手動控制。因為手動控制型排煙窗為純機械傳動裝置,故無需電氣專業(yè)配合。

        ②電動控制型排煙窗:在手動控制型排煙窗的基礎(chǔ)上增加設(shè)置了專用的電動操作機構(gòu),在正常情況下可以一鍵開啟或關(guān)閉排煙窗。電動控制型排煙窗需要電氣專業(yè)對其進行供電及控制系統(tǒng)的設(shè)計。在設(shè)置了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的建筑內(nèi),還需要將電動控制型排煙窗控制箱接入火災(zāi)自動報警系統(tǒng),以實現(xiàn)消防聯(lián)動功能。下面以DC24V電動排煙窗為例給出電動控制型排煙窗的控制系統(tǒng)參考圖,具體見圖2(設(shè)計過程中以參照的產(chǎn)品樣本為準(zhǔn))。

        圖2 電動控制型排煙窗的控制系統(tǒng)參考圖

        ③自動控制型排煙窗:也稱為智能控制型排煙窗,此種類型的排煙窗是在電動控制型排煙窗的基礎(chǔ)上增加了自動控制或遠程控制(消防聯(lián)動)的功能。自動控制型排煙窗也需要電氣專業(yè)進行供電及控制系統(tǒng)的設(shè)計。自動控制型排煙窗的自動控制信號可以由其末端設(shè)置的各種類型的傳感器發(fā)出的,具體包括雨水傳感器、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器等。在設(shè)置了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的建筑內(nèi),還需要將自動控制型排煙窗控制箱接入火災(zāi)自動報警系統(tǒng),并將消防信號設(shè)置為最高優(yōu)先級,以實現(xiàn)消防聯(lián)動功能。下面以DC24V自動控制型排煙窗為例給出自動控制型排煙窗的控制系統(tǒng)參考圖,具體見圖3(設(shè)計過程中以參照的產(chǎn)品樣本為準(zhǔn))。

        圖3 自動控制型排煙窗的控制系統(tǒng)參考圖

        對于“電動控制型排煙窗”和“自動控制型排煙窗”為何必須還要設(shè)置就地的手動機械型開窗裝置,是源于《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB51251-2017)第4.3.6 條及其條文說明。第4.3.6 條的原文為:自然排煙窗(口)應(yīng)設(shè)置手動開啟裝置,設(shè)置在高位不便于直接開啟的自然排煙窗(口),應(yīng)設(shè)置距地面高度1.3m~1.5m的手動開啟裝置。凈空高度大于9m的中庭、建筑面積大于2000m的營業(yè)廳、展覽廳、多功能廳等場所,尚應(yīng)設(shè)置集中手動開啟裝置和自動開啟設(shè)施。

        對應(yīng)的條文說明為:本條規(guī)定的目的是確?;馂?zāi)時,即使在斷電、聯(lián)動和自動功能失效的狀態(tài)仍然能夠通過手動裝置可靠開啟排煙窗以保證排煙效果。手動開啟一般是通過操作機械裝置實現(xiàn)排煙窗的開啟,為便于人員操作和保護裝置本條規(guī)定了開啟裝置的設(shè)置高度。當(dāng)手動開啟裝置集中設(shè)置于一處確實困難時,可分區(qū)、分組集中設(shè)置,但應(yīng)確保任意一個防煙分區(qū)內(nèi)的所有自然排煙窗均能統(tǒng)一集中開啟,且應(yīng)設(shè)置在人員疏散口附近。圖4給出了按照排煙窗按操作機構(gòu)及控制方式不同進行分類的框圖,以及電動排煙窗分別設(shè)置在有火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和沒有消防報警系統(tǒng)工程中的控制邏輯圖。

        圖4 排煙窗操作方式分類及其與消防聯(lián)動、手動控制邏輯圖

        此條要求過于嚴苛,對于復(fù)雜的項目在設(shè)計實施過程很難實現(xiàn),建議本規(guī)范在后期修訂時應(yīng)酌情予以調(diào)整。

        3 排煙窗與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的關(guān)系

        不同操作控制方式的排煙窗與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)有不同的關(guān)系,以下對排煙窗的三種不同的操作控制方式與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的關(guān)系進行逐一說明。

        ①對于僅設(shè)置“手動控制型排煙窗”的場所,無需電氣專業(yè)進行配合,故該類型的排煙窗與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)沒有關(guān)系。

        ②對于設(shè)置了“電動控制型排煙窗”的場所,由本文第1節(jié)內(nèi)容可知電動控制型排煙窗屬于自然排煙系統(tǒng),不屬于機械排煙,無需進行消防聯(lián)動控制。故參照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50016-2014)(2018年版)第8.4.1 條第13點內(nèi)容(即設(shè)置機械排煙、防煙系統(tǒng)、雨淋或預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng)、固定消防水炮滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)等需與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)鎖動作的場所或部位),當(dāng)建筑物本身不需要設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)時,也無需因為設(shè)置了電動控制型排煙窗而在建筑內(nèi)增設(shè)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

        ③對于設(shè)置了“自動控制型排煙窗”的場所,雖然自動控制型排煙窗屬于自然排煙系統(tǒng),但參照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50016-2014)(2018年 版)第8.4.1 條第13點內(nèi)容的條文說明(即建筑中有需要與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動的設(shè)施主要有:設(shè)置機械排煙系統(tǒng)、機械防煙系統(tǒng)、水幕系統(tǒng)、雨淋系統(tǒng)、預(yù)作用系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、防火卷簾、常開防火門、自動排煙窗等),自動排煙窗屬于需要與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)進行聯(lián)動控制的消防設(shè)備。故當(dāng)建筑物本身不需要設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng),而建筑或暖通專業(yè)設(shè)置了“自動控制型排煙窗”,則相應(yīng)的建筑物需增置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

        “電動控制型排煙窗”和“自動控制型排煙窗”都可以滿足建筑自然排煙的基本需求,對于最終采用“電動控制型排煙窗”或者“自動控制型排煙窗”完全取決于業(yè)主、建筑和暖通專業(yè)想要建筑達到的使用效果。作為電氣設(shè)計師可以從安全和技術(shù)經(jīng)濟角度來分析、引導(dǎo)其他各方選擇最優(yōu)、最符合工程需求的操作控制方式。

        對于本應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的建筑而言,則需將設(shè)置的“電動控制型排煙窗”或“自動控制型排煙窗”接入火災(zāi)自動報警系統(tǒng),在火災(zāi)狀態(tài)下實現(xiàn)聯(lián)動控制。

        4 排煙窗的電氣設(shè)計案例介紹

        下面以一棟多層辦公建筑為例對排煙窗的電氣設(shè)計過程進行簡要介紹。該辦公樓占地面積929 m,總建筑面積3732m,地上5層,建筑高度22.2m,一層為小商業(yè),二至五層為辦公,為多層公共建筑。室外消防用水量大于25L/s。根據(jù)《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51251-2017要求,暖通專業(yè)向建筑專業(yè)提資,要求每層設(shè)置排煙窗,以滿足消防排煙要求。建筑專業(yè)在建筑四周的外立面上設(shè)置了若干排煙窗,排煙窗的位置在外立面圖上標(biāo)注后提資給電氣專業(yè)。以某一側(cè)外立面為例,參見圖5。圖中三角形標(biāo)注的窗戶均為排煙窗。

        圖5 建筑A-D軸外立面圖

        由于本工程為多層辦公建筑,體量也較小,根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50016-2014)(2018年版)第8.4.1 條的要求,本工程不用設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。設(shè)計時結(jié)合工程實際情況,電氣專業(yè)返提排煙窗條件給建筑和暖通專業(yè),即規(guī)定圖中下口距地1.2m安裝的排煙窗為手動開啟的排煙窗,下口距地2.5m安裝的排煙窗為電動開啟的排煙窗,參見圖5中標(biāo)注。如此規(guī)定排煙窗后,便無需增設(shè)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。若將下口距地2.5m安裝的排煙窗規(guī)定為自動開啟的排煙窗,則本工程需增設(shè)火災(zāi)自動報警系統(tǒng),從技術(shù)經(jīng)濟角度考慮,則很不合理。對排煙窗的規(guī)定得到建筑和暖通專業(yè)的確認后電氣專業(yè)進行下一步設(shè)計。

        首先,明確電動排煙窗屬于消防負荷,需按照消防負荷供電要求進行設(shè)計。再根據(jù)工程概況結(jié)合《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50016-2014)(2018年 版)第10.1.2 條第5點內(nèi)容即本工程為室外消防用水量大于25L/s的多層辦公建筑,故本工程消防負荷級別為二級。設(shè)計時從園區(qū)變電所取來兩路電源,在進線間內(nèi)設(shè)主、備兩個總進線箱,在主、備總進線箱內(nèi)對消防與非消防回路進行防火分隔,消防負荷出線回路電纜經(jīng)消防專用橋架敷設(shè)至樓層消防設(shè)備專用雙電源切換箱,該雙電源切換箱專供樓層(或相應(yīng)防火分區(qū))內(nèi)小容量的消防負荷使用,包括電動排煙窗、擋煙垂壁、防火卷簾門和應(yīng)急照明系統(tǒng)的集中電源使用,此做法比較經(jīng)濟實用,也滿足規(guī)范要求。相關(guān)配電系統(tǒng)圖參見圖6。

        圖6 電動排煙窗配電系統(tǒng)圖

        本次設(shè)計中電動排煙窗均采用DC24V的電動操作機構(gòu),根據(jù)產(chǎn)品樣本中相關(guān)參數(shù)的說明,每個操作機構(gòu)功率為40W,每個電動排煙窗控制箱帶10個電動排煙窗,故每個電動排煙窗控制箱功率按400W計算。電動排煙窗的控制系統(tǒng)圖可參見圖2。此外,對于沒有條件取得兩路電源的場所,也可在電動排煙窗控制箱內(nèi)設(shè)置蓄電池組解決備用電源的問題。

        5 總結(jié)

        消防工作是一項集知識性、科學(xué)性和社會性于一體的工作,涉及全社會的各行各業(yè),與經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定和人民群眾安居樂業(yè)密切相關(guān)。做好消防設(shè)計工作是保證建筑竣工投入使用后安全運行的前提和可靠保證。本文通過對現(xiàn)行規(guī)范、圖集及產(chǎn)品的分析研究,對“排煙窗”做了全面細致的論述。在立足電氣專業(yè)本身的前提下,對建筑、電氣和暖通的規(guī)范進行融會貫通,然后積極地去引導(dǎo)建筑和暖通專業(yè)設(shè)計人員,選擇合理的排煙窗及其操作控制方式,以控制項目的建造標(biāo)準(zhǔn),從而控制項目的投資造價。力求在確保安全、可靠的前提下取得最大的經(jīng)濟技術(shù)效益,也是在設(shè)計過程中落實國家倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的政策,為實現(xiàn)碳達峰與碳中和目標(biāo)做出應(yīng)有的貢獻。

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