安全工程師輔導：火災自動報警系統設計常見問題
發布時間：2014-02-25 共1頁
摘要: 通過在工程實踐中的一些問題，依據國家規范，提出了設計中應該注意的事項；對于因對設計規范理解不深或對產品特點不甚了解而產生的設計不足，提出了改進的方法。
關鍵詞: 防護區； 聯動； 供電半徑； 接觸電阻； 電平信號； 脈沖信號
火災自動報警系統是建筑工程消防設施的重要組成部分，其主要作用是對火災進行早期報警，同時具有對消防設備進行控制、引導人員疏散、傳遞滅火活動信息等功能。現就火災自動報警系統設計中常見的幾個問題探討如下。
1 氣體滅火設計
GB 5011621998《火災自動報警系統設計規范》第6.3.4條規定：“消防控制設備對管網氣體滅火系統應有下列控制、顯示功能:
(1) 顯示系統的手動、自動工作狀態；
(2) 在報警、噴射各階段，控制室應有相應的聲、光警報信號，并能手動切除聲響信號；
(3) 在延時階段，應自動關閉防火門、窗，停止通風空調系統，關閉有關部位防火閥；
(4) 顯示氣體滅火系統防護區的報警、噴放及防火門(簾) 、通風空調等設備的狀態。”
從該條中我們可以看出，對于氣體滅火系統的控制，主要是對設防區相關輔助設施的控制，而對于氣體滅火系統(或裝置) 的啟動控制，沒有明確規定。氣體滅火有兩個基本特點:其一，設置場所特別重要；其二，滅火成本很高，且部分滅火劑在滅火過程中對人體尚有一定的毒性。因此，對于氣體滅火的啟動，不主張遠距離手動或自動控制，而提倡現場手動操作。在GB5016321992《鹵代烷1301 滅火系統設計規范》和GBJ11021987《鹵代烷1211 滅火系統設計規范》中，第6.0.2條提出了“自動控制應在接到兩個系統的火災信號后才能啟動”的規定，在此規定的是“才能啟動”，而非必需啟動。也就是說，報警控制器接到兩個獨立系統的火災信號，只是啟動氣體滅火系統的必要條件，而非充分條件。在具體的工程實踐中，消防主管部門對于氣體滅火工程的設計審核意見書中，也有“氣體滅火系統各防護區滅火控制系統的動作信息，應傳至系統消防控制中心”的審核意見。因此，對于氣體滅火系統或裝置的控制，應引起設計人員的重視。
在工程設計中，常常出現兩種錯誤。其一、采用多線制遠距離啟動氣體滅火系統。在河南省某重點工程中，設計院從安裝于設防區內的氣體滅火控制盤中，用導線把啟動和停止按鈕引至控制室。這種做法既缺乏規范依據，又表明設計人員對所選用的產品性能不了解。氣體滅火控制盤的啟動按鈕，是最高級的啟動操作，其操作結果是無延時立即噴灑。更重要的是，這種做法存在重安全隱患，一旦控制線路出現短路故障，便會導致氣體噴灑，后果極其嚴重。導致產生這種錯誤設計思想的根本原因，就是對上述規范理解不深。從規范立意來看，對于氣體滅火系統的控制，安全是第一位的，提倡現場確認火災，根據現場火情判斷，現場操作控制。其二、滅火控制盤設于防護區內。這種做法比較常見，在GB 5016321992《鹵代烷1301 滅火系統設計規范》和GBJ 11021987《鹵代烷1211 滅火系統設計規范》中第6.0.2條同時規定:“手動控制裝置應設在防護區外便于操作的地方”。滅火控制盤是最重要的手動控制裝置，把它設于防護區內，違反了上述規范的規定。為了避免上述第一種錯誤的發生，設計人員應該在設計說明中對氣體聯動關系予以明確，這樣，施工單位在編程調試時就不會編入自動程序或設置遠距離操作手動鍵。
2 導線選型及線路敷設問題
2. 1 導線選型
2. 1. 1 導線型號
對火災自動報警系統的信號傳輸線路及聯動控制線路的導線，在許多設計中選用耐火導線或電纜，我們認為這種選型既缺乏規范依據，又增加了工程造價。GB 5011621998《火災自動報警系統設計規范》中，對火災自動報警系統的導線做出規定，歸納如下:
①導線應為銅芯電線或電纜；
②系統傳輸線路和50 V 以下供電控制線路的絕緣電壓不低于AC250 V ；采用220 V/ 380 V 供電的控制線路的絕緣電壓不低于AC500 V ；
③系統傳輸線路的“ + ”極應選用紅色導線，“ - ”極應選用藍色導線；同一工程中相同用途導線的顏色應一致。該規范是火災自動報警系統設計的基本規范，即最低要求規范，許多行業規范對此有一些更詳細、更嚴格的規定。J GJ / T 1621992《民用建筑電氣設計規范》在導線選擇及線路敷設一節中規定，超高層建筑內的電力、照明、自控線路應采用阻燃型電線和電纜；重要消防設備的供電回路，宜采用耐火型電纜。對于一類高層建筑，對應上述項目的導線選型的用詞，分別改為“宜”和“有條件時可采用耐火電纜”。而對于二類高層和低層建筑內的消防用電設備，宜采用阻燃型電線和電纜。
從上述規范的規定中我們清楚地看出，對于超高層建筑內的重要消防設備(消防水泵、消防電梯、防排煙風機等設備) 的供電回路，才做出了宜采用耐火型電纜的規定。因此，對于包括超高層建筑在內的火災自動報警系統的導線，只要選用阻燃型導線或電纜即可滿足規范規定。在規范規定范圍內，設計人員為了自身設計的安全性或者對規范把握不準而人為提高標準的做法，是以犧牲經濟指標為代價的一種行為，而設計文件的經濟指標，也是設計工程中應當遵循的一項準則。因此，這種人為提高配線標準的做法不應提倡。
2. 1. 2 導線規格
火災自動報警系統的信號傳輸導線，主要是信息傳遞的通道，能量傳輸的作用稍次，單就載流量而論，選用1.5 mm2 的銅芯導線足矣，因為國產報警系統回路的最工作電流不超過1 A (進口系統報警回路的工作電流更小) ，而回路設備的工作電壓范圍又很寬，通常在16～30 V 之間，在多數系統規定的回路導線最長度范圍內(通常為1 200～1 500 m) 1.5 mm2 及以下的銅線均能滿足要求，而且多數產品制造商在其設計手冊中也都有回路設備接線端子的最連接導線的截面積≤1.5 mm2 的規定。但是導線截面的下限，必須按GB 5011621998 的規定，滿足敷設時機械強度的要求。對于聯動控制的外控電源線，應根據負載情況進行必要的計算。聯動控制系統的電源電壓多數為DC24 V ，由于其工作電壓低，因此回路電壓降是供電的主要矛盾。通常情況下，聯動電源的負載主要是直流繼電器、電磁閥(如雨淋閥的驅動電磁閥、防排煙風閥的脫扣電磁閥、預作用系統的排氣電磁閥等) 、警報裝置及區域顯示器等器件。其中，電磁閥的工作電流較，通常1～115 A 左右，而其端電壓的要求多數為≥85 %Ue ，即最電壓降為15%，此時回路的最阻值為:
R = 24 ×0. 15/ 1. 5 = 2. 4 Ω ，
直流供電半徑r = RS/ (2ρ)
式中: r ———直流供電半徑，m；
R ———回路導線的總電阻，Ω；
S ———導線的截面積，mm2 ；
ρ———導線電阻率，mm2·Ω/ m。
如果電源線采用1.5mm2 的銅芯導線，在不計導線連接接觸電阻的條件下，最供電半徑為:rmax = 2.4 ×1.5P(2 ×0. 01724) ≈ 104 m
實際上，由于施工質量的原因，實際工程中的導線接觸電阻是不可以忽略不計的。因此，在建筑面積1.5萬m2 及以上的工程中， 聯動電源采用單回路1.5 mm2的銅芯導線供電時，系統最遠點的閥類設備的動作是不可靠的，這就是為什么在消防檢測或驗收過程中，經常出現防排煙閥動作不正常的重要原因。
根據上述分析，建議在設計較工程的聯動電源時，可采取下列措施:
①豎井內的干線選用2.5mm2 及以上截面的銅芯導線；
②層用電源線選用1. 5 mm2 截面的銅芯導線，但應環形布線或采用215 mm2 截面的銅芯導線(要符合產品設計手冊對連接導線截面的要求) ；
③特殊情況下，可以雙向供電，在系統的最遠處，增加一套直流供電裝置。
2. 2 導線的布線方式
目前，火災自動報警系統的布線方式體可分為兩種方式，一種為水平布線方式，另一種為垂直布線方式。
水平布線方式:所有回路干線、聯動電源干線等均在弱電井內垂直敷設，而在平層內所有線路均不穿越本層，且所有導線均匯接于本層的接線箱內。此種布線方式完全符合GB 5011621998《火災自動報警系統設計規范》和GB 506621995《火災自動報警系統施工及驗收規范》中的規定，同時也符合J GJ / T 1621992《民用建筑電氣設計規范》中的規定。這種布線方式具有布線清晰明了、運行維修方使的特點，應該廣泛被采用。
垂直布線方式:除了在弱電豎井有垂直敷設的導線外，在平層中也有穿越本層的導線，通常情況下，這種布線方式的設計者，把各層豎向安裝位置相同的聯動模塊的回路線和電源線垂直敷設，其理由是:
①提高系統的安全性從GB 5011621998《火災自動報警系統設計規范》中第10.2.1 條和第10.2.2 條可以看出，聯動控制的導線敷設比信號傳輸線路的敷設要求高，因此應該把模塊回路單獨布線。
②節省導線，可降低工程造價。
實際上，上述兩種理由都是不充分的，存在概念不清的問題。
首先，GB 5011621998《火災自動報警系統設計規范》是各種火災自動報警系統的統一規范，它不僅適用于控制中心報警系統、集中報警系統，也適用于區域報警系統。就火災自動報警系統的產品特點而言，有報警、聯動分離系統，又有報警、聯動一體化系統，因此對于區域報警系統和報警、聯動分離系統中的報警系統，其導線的敷設方式可以按GB 5011621998《火災自動報警系統設計規范》中的第10.2.2 條的規定，采用比聯動控制系統導線敷設標準較低的標準敷設導線。但對于報警、聯動一體化系統而言，回路總線中不僅傳輸報警信息，而且傳輸控制命令信息；就控制器的硬件而言，我們無法把報警功能和聯動功能分開，那種通過把聯動模塊與報警器件分回路、分卡布線，試圖提高系統可靠性的做法，也是一種誤解。按照公安部網站上公布的火災處理程序規定，值班人員在確認火災后，應將火災報警控制器置于自動狀態，使系統聯動。而聯動控制的條件就是報警信息，請問，報警系統工作不可靠，聯動控制的依據是什么? 由此可見，對于報警聯動一體化系統，所有的導線均應按照聯動控制的標準敷設。
其次，為了限制系統的故障范圍，每層或每個防火分區至少應設置一個短路隔離器。如果模塊采用垂直布線，隔離模塊如何設置? 如果每一個豎向布線回路均設置一個短路隔離器，其結果是一旦隔離器動作，將會使該工程的某項聯動功能全部失靈，后果更為嚴重。而在水平布線時，即使本層的短路隔離器動作，在火災確認后，需要聯動的相關部位設備，如切斷非消防電源、接通應急廣播、打開相鄰樓層的正壓送風閥等仍然可以聯動。
垂直布線確實可以節省一部分聯動電源線，但是增加了一趟垂直敷設的保護管，綜合計算，經濟效果不明顯，況且該種布線方式給維護帶來了較的不便。
由此可見，垂直布線對于提高系統的安全性無任何益處，同時經濟效果也不明顯，因此這種布線方式不宜提倡。
3 穩壓泵的控制
消防系統中的穩壓裝置，是維持自動噴水滅火系統及消火栓供水系統最不利點處最低工作壓力的裝置。通常情況下，電氣工程設計中已設計了低壓自動起泵、高壓自動停泵的功能，其控制與火災自動報警系統無關。與噴淋泵和消火栓泵不同的是，穩壓泵在非火災狀態下也會時常自動起泵和停止，因此，其運行狀態沒有監視的必要性。但是其發生故障的直接結果，火災自動報警系統則必須予以監視。水滅火管網常見的故障形式有以下兩種:
一種是系統管網超高壓。出現這種情況的直接原因就是穩壓泵的壓力控制電路出現問題。例如高位壓力開關或電接點壓力表失靈，控制回路的中間繼電器接點或主回路接觸器主觸頭粘接等故障。此時，穩壓泵會不停地運行，如不及時發現，將會導致設備損壞或管網超高壓漏水。
另一種是系統管網超低壓。出現這種情況的原因主要有:穩壓泵不工作或穩壓泵雖然工作，但管網漏水比較嚴重，致使穩壓泵連續運行仍不能使管網壓力達到設定值(漏水量還不足以使報警閥組動作) 。管網超低壓運行不符合規范要求，更應該予以關注。
由于穩壓裝置存在上述兩種故障形式，因此設計時應增加對噴淋系統和消火栓系統穩壓裝置的極限高壓和極限低壓的監視。具體實施時，可以在穩壓裝置上增加兩塊電接點壓力表，一塊壓力表用于檢測管網極限高壓，其整定值不應小于穩壓泵的起泵壓力值；一塊用于檢測管網極限低壓，其整定值應小于穩壓泵的起泵壓力值。但對于噴淋系統，極限低壓整定值不能低于0.05MPa ；對于消火栓系統，極限低壓整定值不能低于0.07 MPa。極限電接點壓力表的動作通過報警系統的輸入模塊，傳輸到消防控制室，發出報警信號，以便值班人員及時發現系統故障。
4 聯動控制命令的形式
通常情況下，聯動控制模塊的輸出形式有兩種，一種是持續電平輸出，即輸出命令信息由火災自動報警系統保持；另一種是脈沖輸出，即火災自動報警系統發出的命令，僅僅是一個具有一定寬度的脈沖信號。在工程設計中，對于這兩種輸出形式必須進行正確選擇。
在聯動控制的對象中，有些是以DC24V 做為控制手段的或者自身并沒有專用的控制設備。例如總線制應急廣播系統的控制，就是由廣播切換模塊執行的。因此在規范所規定的必須連續工作的時間內，廣播切換模塊必須一直保持輸出狀態。還有一些受控對象有專用的控制設備且控制電壓為AC220 V 或AC380 V。例如消防水泵、防排煙風機、應急照明裝置及非消防電源切換裝置等。對于這類受控對象，不能采用依靠火災自動報警系統聯動模塊電平輸出形式來保持控制狀態，只能采用脈沖輸出，而控制命令的保持由受控對象自身控制設備來完成。這是因為，對于應急照明的控制和非消防電源切換的控制，通常情況下脈沖信號已經可以實現控制功能，長時間的電平輸出擴了系統的帶電范圍，增加了故障的可能性。對于消防水泵和防排煙風機而言，在火災狀態下，規范規定它們都應有足夠的連續工作時間。例如，噴淋系統連續工作不應小于1h；消火栓系統不應小于2h；防排煙風機在排煙管道總出口處的氣流溫度未達到280℃前，應一直處于工作狀態。但是，規范對火災自動報警系統在火災狀態下的連續工作時間沒有提出如此高的要求。J GJ / T 1621992《民用建筑電氣設計規范》第241916條規定，消防用電設備在火災發生期間的最少連續供電時間為: 火災自動報警裝置≥10min；人工報警器≥10min；各種確認、通報手段≥10 min ； 火災廣播≥20 min。在這段時間內，系統應把所有的控制命令發出，做好人員疏散工作，聯系所有應該堅守崗位的工作人員。由于火災自動報警系統總有一部分在火災區域內，因此，20min后系統是否還能正常工作是一個無法確定的事，這種狀態與火災的事實是相符的。
至此我們可以看出，用火災自動報警系統的聯動模塊的輸出信號，來保持消防水泵、防排煙風機的控制狀態是很危險的，在設計中絕不可再采用。
以上所述，僅是個人在實際工程中遇到的一些問題，依照我們對國家規范的理解，提出的淺薄建議，定有不當之處，懇請賜教。
