医院建筑消防电气设计探讨_中国卫生工程网中国医院协会医院建筑系统研究分会

医院建筑消防电气设计探讨: 日期：2010-03-22 09:51来源：未知:徐李平:

医院建筑功能复杂，电气、给排水、暖通空调及医用设备众多，防火要求高。现代医院建筑多为高层，根椐《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95之规定医院为一类建筑，消防电气设计

医院建筑消防电气设计探讨

上海市卫生建筑设计研究院(200003) 徐李平

摘要:医院建筑功能复杂，电气、给排水、暖通空调及医用设备众多，防火要求高。现代医院建筑多为高层，根椐《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95之规定医院为一类建筑，消防电气设计归纳起来可分为两大部分，即消防电源及其配电和电气火灾报警与联动控制。

关键词:医院建筑，消防电源，火灾报警，应急照明

一前言

医院建筑功能复杂，电气、给排水、暖通空调及医用气体设备众多，防火要求高。现代医院建筑多为高层，根椐《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95之规定医院为一类建筑，随着现代医院建筑智能化水平不断提高，CA、OA、BA智能化相关设备的应用与发展，给医院建筑电源的可靠性和质量等方面提出了更高的要求。建筑电气设计必须为消防设备、智能化设备、医疗设备提供可靠电源。在电源供给方面应具有工作电源、备用电源，还应配备集中式或分散式不间断电源设备，必要时配置自备发电机组。配电电源质量是保证以上设备正常工作的重要电气参数，电源电压的波动，波形的畸变，谐波的干扰，都会影响上述设备的正常工作，因此配电设计提供安全、可靠、稳定、干净的电源非常重要。

二消防电源及其配电系统

1.组成

高层医院建筑消防电源及其配电系统由电源、配电部分和用电设备三部分组成。消防电源往往有几个不同用途的独立电源以一定的方式互相联接起来，构成一个电力网络进行供电，这样可提高供电的可靠性和经济性。为了分析方便，一般可按照其供电范围和时间的不同把消防电源分为主电源和应急电源两类。主电源指电力系统电源，应急电源可由柴油发电机组或蓄电池担任。对停电时间要求特别严格的用电设备还可采用不停电电源（UPS）进行连续供电。配电部分是从电源到用电设备的中间环节，其作用是对电源进行保护监视、分配转换、控制和向消防设备输配电能。配电装置有：变电所内低压开关柜、发电机配电屏、动力配电箱、照明配电箱、应急电源切换开关箱和配电干线及支线线路。配电装置应设在不燃区域内，设在防火分区内要有耐火结构，从电源到消防设备的配电线路，可采用普通绝缘电线穿金属管或阻燃塑料管暗敷设在不燃烧体结构层内，穿管暗敷保护层厚度不宜小于3cm。这种方法既经济又安全可靠，获得广泛使用。实际工程中有的地方不能暗敷只能用明敷方法，为提高电线的耐燃性能，对穿电线的金属管或金属线槽上涂防火涂料给于保护，以利安全。当采用绝缘和护套为不延燃的电缆敷设在竖井中，电缆本身已具有耐火耐热性能，可不再用金属管保护。竖井烟囱效应，容易使火势扩大，蔓延成灾，因此每层楼板都应隔开，穿行管线或电缆孔洞必须用防火材料封堵。封堵孔洞常用防火堵料（有机或物机）、防火包和防火网三种。

在低压配电系统中，消防设备的配电均应采用放射式配电结线方式，该配电方式可靠性高，它的特点是由低压配电的电源的母线上用一条专用的配电线路送至消防用电设备或动力配电箱，配电线路的投入切除及其故障不影响其它线路的正常工作，而其它线路故障也不影响专用线路正常工作。对消防设备重要的智能化设备还须设置两路电源自动切换箱。值的注意的是，正常供电时切换开关一般长期闲置不用，为防止切换开关的锈蚀，平时应定期对其维护保养，以确保火灾时能正常工作。

2负荷特性

高层医院建筑用电负荷主要有以下几类：（1）给排水动力负荷，包括消火栓泵、喷淋泵、排水泵，生活水泵等，占设备总容量约25%，年用电比率约为20%。专用消防水泵按一级负荷供电。（2）防排烟动力负荷，主要包括排烟风机、排烟兼排风机、正压风机、新风机和排风机。属于消防系统使用的防排烟风机用电按一级负荷供电。（3）冷冻机组动力负荷,现代高层医院建筑，冷冻机组占设备总容量的约45%,可按三级负荷供电。（4）电梯负荷，包括消防电梯、客梯、病床梯、货梯，消防电梯用电按一级负荷供电，其它电梯按二级负荷供电。（5）照明负荷，火灾疏散照明、重要的消防设备用房以及手术部、监护病房、急诊部用房、产房、婴儿室等重要的医疗用房照明按一级负荷供电。（6）弱电设备负荷，主要包括消防控制中心、安保中心、程控交换机房和计算机中心、卫星电视及共用天线电视系统，按一级负荷供电。（7）医用气体设备，主要包括吸引供氧机房，如有条件可考虑按二级负荷供电。（8）医技用房电力负荷，血透室、CT扫描室、中心血库、高压氧舱、加速器机房、配血室用电按一级负荷供电。

3.应急电源设计

消防用电设备除正常时由主电源供电外，火灾时应由应急电源供电。当主电源不论何因在火灾中停电时，应急电源应能自动投入以保证消防用电的可靠性。应急电源与主电源之间应有一定的电气联锁关系。当主电源运行时，应急电源不允许工作，一旦主电源失电，应急电源必须在规定的时间内投入运行。为了提高柴油发电机组的利用率和备用能力，设计时将部分非消防负荷接于应急母线上，这样，在非火灾停电时则可起动柴油发电机向其所联接的用电设备供电。但从消防用电的可靠性上考虑要注意下列问题：（1）柴油发电机的发电能力必须满足应急母线所有装接负荷连续运行的要求。（2）校验在带足非消防负荷的情况下，起动消防用电动机的能力。（3）为确保柴油发电机起动消防用电动机的能力，可采取应急母线所有供电回路分励脱扣的方法。当火灾确认后，将非消防负荷从应急母线上自动切除。

高层医院建筑一般都设有地下层，柴油发电机房通常设在地下一层，尽量避免设在地下二层。柴油发电机房必须有一面外墙，为热风管道和排烟管道导出室外创造必要的条件。其外墙应避开建筑物的正立面及主入口，以免排烟排风对建筑总体造成影响。柴油发电机房要靠近建筑物的变电所，以便于结线，减少金属和电能损耗也便于运行管理。

柴油发电机组容量的选择在初步设计阶段可按估算法，对医院建筑可按建筑面积的15W/m2，或按变压器容量的20%来估算；或者按柴油发电机组直接起动异步电动机的能力来选择，参数如下表。

发电机额定功率P（KW）	电动机功率（KW）
40及以下	＜28
50-75	30
90-120	55
150-200	75
250-320	100

还有一种方法即按火灾时投入的最大消防尖峰负荷选择。柴油发电机组是一个有限容量的供电电源，其容量必须满足在发生火灾时使消防用电设备工作的必要容量。如按直接起动异步电动机的起动容量来选择发电机，势必造成机组容量选的过大，很不经济。一般在消防负荷投入的情况下，应以保证发电机端电压瞬时压降不大于额定电压的15%-20%，把投入的电动机拖动起来，而又不影响其他装接负荷的正常工作为宜。因此对柴油发电机组容量的计算应注意以下几个问题：（1）柴油发电机组原则上设置在每个防火对象中，但当不同的防火对象中的消防用电设备共用一台柴油发电机向其供电时，应分别计算每一防火对象应急负荷总容量，柴油发电机容量只要能够提供最大防火对象的应急负荷总容量就可以了。（2）当一个防火对象设置两个以上消防用电设备时，柴油发电机容量原则上必须满足同时起动或使用该消防用电设备的要求。但是在两个以上消防设备同时起动的情况下，为减少突加负荷的电流冲击，当消防用电设备采用分时起动控制时，不得瞬时投入全部负荷的容量。（3）当消防设备由主电源供电过程中停电，自动切换到柴油发电机时，其消防设备负荷投入也要按（2）的原则处理。柴油发电机组容量计算应按下列三种方法进行，取其计算结果的最大值作为发电机容量。

（1）装接负荷的总计算容量。

Sf1=(∑Pe/ηPCOSφP)×K (KVA)

式中 Sf1——设备所需的发电机容量（KVA）；

∑Pe——设备的额定总容量（KW）；

K—设备的需要系数；

ηP——设备的平均效率；

COSφP——设备的平均功率因数；

当设备的特性不清楚时，可取ηP=0.85; COSφP=0.8;K=1.0,进行估算。

（2）满足母线电压降的发电机组容量。

Sf2=［Pem×β×C×X’d×(100-ΔV) /ΔV］

=K1× Pem (KVA)

式中 Sf2——发电机容量（KVA）；

Pem——负载电动机或电动机组中具有最大起动KVA的电动机额定总容量（KW）；

β—电动机1KW额定容量需要的起动KVA数值；

C——由电动机起动方式决定的系数；

X` d——发电机常数；

ΔV—投入Pem额定容量电动机时，发电机允许的电压降，一般ΔV=20%-25%。

K1=7.2

(3)负载中，最后起动值最大的电动机或电动机组的发电机容量

Sf3=[(∑Pe-Pn)/ηP+ Pn×β×C×COSφn] ×(1/ COSφp) (KVA)

式中 Pn—容量值最大的电动机或电动机组的额定容量（KW）；

COSφn——起动Pn容量电动机时的功率因数，一般取0.4；

三火灾报警及其联动系统

1 特点

高层医院在一层设置消防控制中心，一般都采用消防控制中心报警系统的型式。采用总体保护方式。根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）系统保护对象分级为一级，应在下列部位设置火灾探测器：病房、贵重医疗设备室、病历档案室、药品库、走道、门厅、可燃物品库房、空调机房、配电室、自备发电机房、净高超过2.6m且可燃物较多的技术夹层以及其他火灾危险性较大的房间。消防联动控制对象包括灭火系统、防排烟系统和空调系统、常开防火门、防火卷帘、电梯回降的控制、火灾应急广播的控制、火灾警报装置的控制。

2 由于火灾报警与消防联动控制系统关系到人的生命和国家财产安全，因此，在选用时应把设备的可靠性和安全性方在首位，在此基础上考虑技术上的先进性和经济上的合理性，以及安装简单、维护容易、使用方便。所选产品应是通过国家消防电子产品质量监督检测中心检验合格的产品，并得到国家消防产品质量认证委员会的质量认证。火灾报警与消防联动控制系统通长由各类火灾探测器及手动报警按钮、火灾报警控制器以及联动模块与控制装置等组成。火灾探测器是对火灾进行有效探测的基础与核心，火灾探测器的选用及其与火灾报警控制器的配合是火灾报警与消防联动控制系统设计的关键。火灾报警控制器是火灾信息处理、火灾识别和设备控制的核心，最众通过消防联动控制设备实施火灾控制与灭火操作。火灾报警与消防联动控制设备的生产厂家很多，不同厂家的产品的系统组成不尽相同，尤其是联动控制方式与手段多有不同，系统布线也有差别。设计时应按所选用厂家产品的系统组成，结合具体工程进行系统设计和施工图设计。

建筑物的消防设计是各专业密切配合的产物，应在总的防火规范的指导下各专业密切合作，合理布置火灾联动系统中的电气设备以及消防设备，达到消防要求。

暖通专业有许多防火防烟阀需要联动控制，包括防火阀、防烟防火阀、排烟阀、排烟防火阀、加压送风口、排烟口等。对于这些阀我们首先应弄清它们的原理，才能在系统设计时明白哪些阀要控制，哪些阀仅需反馈信号，哪些阀需要24V电源。下面就这些阀做一简单介绍：（1）防火阀，70C熔断关闭，用于通风空调系统支风管几总风管内，防止火势沿风管蔓延。（2）防烟防火阀，用电讯号通过电磁铁关闭，还可用70C温度熔断器自动关闭，用于通风空调系统风管内防止火势蔓延。（3）排烟阀，电讯号开启，也可手动开启，输出开启电讯号联动排烟机开启，用于排烟系统风管上。（4）排烟防火阀，电讯号开启，也可手动开启，280C靠温度熔断器重新关闭，输出动作电讯号，用于排烟风机吸入口处管道上。（5）加压送风口，电讯号开启，也可手动开启，可设280C靠温度熔断器重新关闭，输出动作电讯号，联动送风机开启，用于加压送风系统的风口，起赶烟防烟作用。（6）排烟口，电讯号开启，也可手动开启，输出开启电讯号联动排烟机开启，用于排烟房间的吊顶或墙壁上，可设280C时重新关闭装置。弄清了它们的原理，我们便可根据暖通专业所提条件，在系统设计时是选用输入模块还是输入输出模块不会出错。

对于医院建筑消防电气设计上还有一个重要的问题关于火灾时切断非消防电源，由于医院建筑内负荷的分散，为减少线缆的使用量，其配电系统往往都采用垂直树干系统。如果要在低压配电室切断，牵涉面太大。因为一路干线关系到很多楼层的电力供应，如果火灾时在低压配电室切断电源会影响整幢楼的使用，这在医院

建筑中是不允许的。那么，火灾时将相关区域(火灾层及其相邻的上下层)的非消防电源切断。既满足《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92之24.6.5.1条有关要求，

也不会造成大楼的混乱，保证医院的正常运作。要达到上述控制要求，可在末端非消防电源配电箱内将电源总进线开关切断。可利用分励脱扣器。常用的CM1、DZ20系列塑壳断路器的分励脱扣器附件所需工作电压有AC380V、AC220V、DC220V、DC110V，电源可取自自动开关的进线侧；C65、E4CB系列等微断路器的分励脱扣器附件工作电压还有AC24V、AC48V、DC24V、DC48V等。若采用这些电压等级则需增加专用的联动电源。利用火灾报警系统的输出模块的输出信号做为各分励脱扣器的控制环节，还可利用火灾报警系统DC24V联动电源做为分励脱扣器的驱动电源。在设计中要注意考虑线圈的操作电压和模块触点的电流额定值之间的配合，否则将烧坏触点。如果触点容量不够，则需增加中间继电器控制, 模块触点控制中间继电器工作, 中间继电器控制断路器线圈工作。其基本控制原理见下图。

四应急照明系统设计

1应急照明的内容及设置场所

应急照明包括疏散照明、安全照明、备用照明。

(1) 疏散照明设置在下列场所:疏散楼梯间及其前室、消防电梯前室、地下室疏散走道、公共出口及人员密集的活动场所等;

(2) 安全照明设置在下列场所:医院的手术室、急救中心、急诊室所有用房、监护病房、产房、婴儿室等;

(3) 备用照明设置在下列场所:消防控制中心、变电所、发电机房、消防水泵房、防排烟机房、消房电梯机房、安保中心、计算机中心以及血液病房的净化室、CT扫描室、加速器机房、治疗室、配血室等。

2应急照明的供电时间

应急照明的供电时间因其功能不同略有差异。用于继续工作的备用照明其供电时间应保证连续性，如消防控制中心、变电所应至少满足消防要求的8小时以上。而用于暂时工作用的备用照明则应保证1小时以上。疏散照明和安全照明应保证不少于20分钟供电。

供电起动的时间安全照明应保证在0.5秒内起动，备用照明及疏散照明一般不应超过15秒，用于防盗使用的备用照明则应在1.5秒内。解决在较短时间内供电的最好措施是采用浮充电的蓄点池，柴油以上发电机供电时间一般为15秒。

3供电系统

应急照明的供电应按其负荷等级来确定，在一类防火建筑中为一级负荷，因此应急照明应由专用的双电源回路供电，并采用专用的应急照明配电箱(双电源自动切换箱)。由于医院建筑楼层面积大、层数多，需要设置多个应急照明配电箱,根据建筑面积可二-三层设置一个，可与正常照明配电箱一同设在强电竖井中，对于向变电所、消防控制中心等特别场所，应单独设置除保证照明供电外还可向各自控制器用电设备供电。此外还应考虑建筑防火分区的划分以满足消防联动控制的要求。

应急照明配电箱的供电方式主要有下列两种:

(1) 链式供电，可以将一层的多个配电箱链起来，也可以将多层的配电箱链起来。配电箱链接的数量不宜过大，否则可靠性降低，一般不宜超过5个。

(2) 放射式配电，主要对变电所、发电机房、消防控制中心等处的配电箱采用。这种配电方式过多采用，会增加低压配电柜馈出线回路数量,不宜过多采用。

五结束语

消防电气是建筑电气设计的一个重要内容，牵涉到建筑、结构、给排水、暖通等各专业，消防电气系统的设计直接关系到建筑的防火安全性,这就要求我们在设计工作中严格执行规范，与各专业密切配合，做好消防电气系统的设计工作。

参考书目：

1 《楼宇安全系统设计手册》，陈一材编著，中国计划出版社

2 《建筑供配电》，中国建筑工业出版社