摘要：介紹了民用建筑電氣火災(zāi)的起因和特點,結(jié)合新版《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50016-2014)討論了開閉所、變電房和配電房,柴油發(fā)電機房,消防及安防控制中心,設(shè)備機房的控制室,各類弱電機房,強弱電豎井等民用建筑電氣用房的自動滅火系統(tǒng)設(shè)計。

    關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)、自動滅火系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)

    1 民用建筑電氣火災(zāi)簡述

    電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電的設(shè)備及相應(yīng)的輔助系統(tǒng)組成的電能生產(chǎn)、輸送、分配、使用的統(tǒng)一整體。現(xiàn)代民用建筑電氣工程包括供配電系統(tǒng)(以下簡稱強電)和電子信息系統(tǒng)(以下簡稱弱電)。強電工程的處理對象是能源(電力),其特點是電壓高、電流大、功率大、頻率低,一般電壓等級1KV及以上的電壓即為高壓,常用低壓分為:單相電,俗稱照明電,220V;三相電:俗稱動力電,380V。弱電工程的處理對象主要是信息,即信息的傳送和控制,其特點是電壓低、電流小、功率小、頻率高,弱電的電壓等級一般在36V以下。一般來說,弱電工程包括電視工程、通信工程、消防工程、保安工程、影像工程等和為上述工程服務(wù)的綜合布線工程。

    電能使用過程中可能產(chǎn)生的各類故障,容易引起火災(zāi),據(jù)我國消防部門的統(tǒng)計,因電氣事故引起的火災(zāi)約占火災(zāi)總數(shù)的一半。按火災(zāi)分類,物體帶電燃燒的火災(zāi)屬于E類火災(zāi),《建筑滅火器配置規(guī)范》(GB50140-2005)3.1.2條條文解釋:“E類(帶電)火災(zāi):指帶電物體的火災(zāi)。如發(fā)電機房、變壓器室、配電間、儀器儀表間和電子計算機房等在燃燒時仍舊帶電的火災(zāi),必須用能達到電絕緣性能要求的滅火器撲滅。對于那些僅有常規(guī)照明線路和普通照明燈具而且并無上述電氣設(shè)備的普通建筑場所,可不按E類火災(zāi)的規(guī)定配置滅火器。”

    民用建筑電氣設(shè)備如發(fā)電機、變壓器、配電箱、柜和控制箱、控制臺等,主體結(jié)構(gòu)一般都是金屬構(gòu)架及金屬外殼,電線電纜是強、弱電電氣用房內(nèi)引起火災(zāi)的主要物質(zhì)。塑料開關(guān)及配件、電路板等,主體多為塑料制品,這些也是電氣房間內(nèi)可燃的物質(zhì)。

    產(chǎn)生電氣火災(zāi)主要原因有如下幾種:

    (1)電氣線路或設(shè)備過熱。引起電氣線路和設(shè)備過熱主要原因有:短路、過載、接觸不良、鐵芯發(fā)熱、散熱不良。

    (2)電火花和電弧。電火花大體包括工作火花和事故火花兩類,電弧則是一種氣體放電現(xiàn)象,是電流通過某些絕緣介質(zhì)(例如空氣)所產(chǎn)生的瞬間火花。一般電火花和電弧的溫度都很高,特別是電弧,溫度可高達3000~6000℃,電火花和電弧不僅能引起可燃物燃燒,還能使金屬熔化、飛濺,構(gòu)成危險的火源。

    (3)感應(yīng)電、雷電。雷擊等過電壓的作用,電氣設(shè)備的絕緣可能遭到擊穿。由于雷電流變化梯度很大,會產(chǎn)生強大的交變磁場,使得周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流,這種電流可能向周圍物體放電,如附近有可燃物就會引發(fā)火災(zāi)和爆炸。

    2 民用建筑電氣的火災(zāi)特點

    民用建筑強、弱電系統(tǒng)一般為長期連續(xù)不間斷運行,電氣火災(zāi)呈如下的特點。

    (1)火災(zāi)隱患隱蔽性強。民用建筑電中的各類強、弱電系統(tǒng)的電線電纜,通常在電纜溝、吊頂、設(shè)備柜體、橋架內(nèi)和線管內(nèi)等處隱蔽敷設(shè),且長期持續(xù)運行,電線電纜火災(zāi)隱患的隱蔽性強,火災(zāi)初期往往不易發(fā)現(xiàn),等到報警系統(tǒng)動作時,已經(jīng)形成明火并快速蔓延。

    (2)火災(zāi)傳播速度快、危害大。電氣用房內(nèi)電線電纜集中,一旦著火,可迅速點燃周圍的可燃物,傳播速度快,影響面大。塑料材質(zhì)起火時除產(chǎn)生熱和煙外,也釋放出腐蝕性氣體和有毒氣體,而煙塵導(dǎo)電的隨機性可能引起電路故障,導(dǎo)致運動部件的磨損,若沉積在儲存介質(zhì)如磁盤、磁帶上時,可能會產(chǎn)生錯誤信息。

    (3)帶電火災(zāi)撲救困難。電氣設(shè)備發(fā)生火災(zāi)時,為了防止觸電事故,一般都在切斷電源后才進行撲救。電源切斷后,撲救方法與一般火災(zāi)撲救相同。有時在危急的情況下,如等待切斷電源后再進行撲救,就會有使火勢蔓延擴大的危險,或者斷電后會嚴(yán)重影響生產(chǎn),這時為了取得撲救的主動權(quán),撲救就需要在帶電的情況下進行。若沒有采用合適的滅火劑和正確的撲救方式,會使撲救人員觸電和損壞設(shè)備。另外發(fā)電機、油開關(guān)等電氣設(shè)備充有可燃油品,滅火的同時要注意防止油沿地面流動而引起的火災(zāi)蔓延。

    3 撲救民用建筑電氣火災(zāi)滅火劑的選擇

    考慮到電氣火災(zāi)時電氣設(shè)備帶電的不確定性,如果使用能導(dǎo)電的滅火劑撲滅電氣火災(zāi),有可能造成電氣設(shè)備更大的損傷,甚至火災(zāi)蔓延等更嚴(yán)重的事故,更有甚者,有可能造成滅火者的人身傷害。選擇電氣用房適用的滅火劑時,應(yīng)根據(jù)該場所的特點和條件、系統(tǒng)的特性以及國家的相關(guān)政策確定,首先需要考慮滅火劑絕緣性能,同時也要減少滅火劑對電子設(shè)備、精密儀器設(shè)備、貴重儀器和磁介質(zhì)材料信息載體的二次傷害,避免因滅火劑或自動滅火系統(tǒng)選擇不當(dāng),而衍生更大的事故和人員及財產(chǎn)損失。在一座建筑內(nèi)盡量采用同一種或同一類型的滅火系統(tǒng),以便維護管理,簡化系統(tǒng)的設(shè)計。

    電線電纜絕緣或護套材料等塑料制品引起的電氣火災(zāi),除具備E類帶電火災(zāi)的特點外,還具有A類可燃固體火災(zāi)的特點。發(fā)電機房、變壓器或油開關(guān)的火災(zāi),除了有E類電氣火災(zāi)的特點外,還兼有B類液體火災(zāi)的特性,在選擇滅火劑時,除了要考慮滅火,還要防止因油類地面流淌造成的火災(zāi)蔓延。

    《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50016-2014,以下簡稱“新建規(guī)”)除第8章“消防設(shè)施的設(shè)置”對電氣用房的滅火方式進行了規(guī)定外,在5.4節(jié)“平面布置”中也有多個條款規(guī)定了電氣用房的滅火方式。“新建規(guī)”5.4.12條:“8應(yīng)設(shè)置與鍋爐、變壓器、電容器和多油開關(guān)等的容量及建筑規(guī)模相適應(yīng)的滅火設(shè)施,當(dāng)建筑內(nèi)其他部位設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)時,應(yīng)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)。”

    自動噴水滅火系統(tǒng)主要包括如下幾種形式:普通閉式自動噴水滅火系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)、細水霧滅火系統(tǒng)。消防用水因含有自由移動離子和其他一些雜質(zhì),是可以導(dǎo)電的。考慮到火災(zāi)時,電氣設(shè)備可能斷電,也可能帶電,因此噴出大滴水珠的普通閉式自動噴水滅火系統(tǒng)不能用于電氣場所的火災(zāi)撲救。而水噴霧滅火系統(tǒng)是將高壓水通過特殊構(gòu)造的水霧噴頭,呈霧狀噴出,霧狀水滴的平均粒徑一般在100~700μm,水霧噴向燃燒物,通過冷卻、窒息、稀釋等作用撲滅火災(zāi)。水噴霧可以撲滅帶電火災(zāi),同時也可以撲滅可燃油類的火災(zāi)。因此“新建規(guī)”5.4.12條的“自動噴水滅火系統(tǒng)”準(zhǔn)確講應(yīng)為“水噴霧自動噴水滅火系統(tǒng)”。

    “新建規(guī)”8.3.9條:“下列場所應(yīng)設(shè)置自動滅火系統(tǒng),并宜采用氣體系統(tǒng)。8其他特殊重要設(shè)備室。”本條的條文說明“(2)特殊重要設(shè)備,主要指設(shè)置在重要部位和場所中,發(fā)生火災(zāi)后將嚴(yán)重影響生產(chǎn)和生活的關(guān)鍵設(shè)備。……高層民用建筑內(nèi)火災(zāi)危險性大,發(fā)生火災(zāi)后對生產(chǎn)、生活產(chǎn)生嚴(yán)重影響的配電室等,也屬于特殊重要設(shè)備室。”

    綜合上所述,“新建規(guī)”規(guī)定的常用于撲救電氣火災(zāi)的滅火劑有:水噴霧和氣體,另外ABC干粉、超細干粉也是撲救電氣火災(zāi)常用的滅火劑。撲滅電氣火災(zāi)的滅火劑具體應(yīng)根據(jù)電氣用房條件的差異選用。

    4 民用建筑電氣用房自動滅火方式的設(shè)計

    民用建筑強電主要用房有:10kV開閉所、變電房、配電房、柴油發(fā)電機房、設(shè)備機房控制間、強電豎井等。弱電(智能化系統(tǒng))主要機房包括:消防控制室(消防值班室、消防控制中心)、安防控制中心、數(shù)據(jù)交換機房、電信機房、衛(wèi)星接收及有線電視機房、有線廣播及(廳堂)擴聲機房、弱電豎井等。對于特定公共的建筑,如劇場建筑和體育建筑,電氣用房還有監(jiān)控室、聲控室、投影室、硅控室、功放室、音響控制室、視頻控制室等。

    民用電氣用房多且較為分散,大多數(shù)電氣用房的面積30~50m2,強弱電豎井才幾個平方米。以下按電氣用房建筑條件的差異、可燃物的不同以及是否有人長期駐守等因素,結(jié)合“新建規(guī)”的規(guī)定,給出各類電氣用房采用滅火劑和自動滅火方式的建議。

4.1開閉所、變電房和配電房

圖1 開閉所和變、配電房照片

    開閉所和變、配電房(見圖1),相當(dāng)于給水系統(tǒng)中的水泵房,其作用是將市電引入到建筑內(nèi),并按所需電壓和用電區(qū)域供應(yīng)電。“新建規(guī)”5.4.12條提到的“變壓器”是變換電壓等級的設(shè)備,也就是把高壓變成動力、照明及其他負荷使用的電壓。變壓器的種類主要有油浸變壓器、干式變壓器和箱式變壓器,一般民用建筑用干式和箱式變壓器比較多,“電容器”是一種補償功率因素的節(jié)能設(shè)備,一般放置在配電房內(nèi)。“新建規(guī)”5.4.12條和8.3.8條提到對多油開關(guān)的保護,“油開關(guān)”又叫油斷路器,是用來切斷和接通電源的,油開關(guān)油主要起滅弧的作用,分為少油型和多油型,一般用少油型斷路器,油開關(guān)主要用于高壓系統(tǒng),民用建筑較少運用。由此可見,“新建規(guī)”5.4.12條就是對于民用建筑開閉所和變、配電房的自動滅火方式提出的要求。

圖2 濕式系統(tǒng)串聯(lián)水噴霧示意

    “新建規(guī)”8.3.9條的條文說明具體指出了高層建筑配電房設(shè)置氣體滅火的要求,而5.4.12條提到了變壓器、油開關(guān)和電容器這3類放置在民用建筑的開閉所、變電房、配電房的具體設(shè)備采用自動噴水滅火系統(tǒng)保護,考慮到這3類電氣用房是電源環(huán)節(jié)的不同部分,其作用類似,機房內(nèi)設(shè)備可燃物性質(zhì)和存放條件類似,且水噴霧和氣體滅火2種方式均能保護上述場所。根據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計手冊》(以下簡稱“自噴設(shè)計手冊”)3.2.10條濕式系統(tǒng)可以串聯(lián)水噴霧滅火系統(tǒng)、細水霧滅火系統(tǒng)”。當(dāng)采用水霧系統(tǒng)保護上述場所時,可采用在濕式系統(tǒng)中串接雨淋閥,閥后接水噴霧管網(wǎng)的方式,這種方式造價低,且運行可靠。見圖2所示。

    當(dāng)開閉所、變電房、配電房采用水噴霧保護,并串聯(lián)到濕式系統(tǒng)時,這些房間應(yīng)采用耐火極限不小于2h的防火墻分隔開,其門應(yīng)采用耐火極限為1.2h的甲級防火門,采取這些措施是為了讓水噴霧系統(tǒng)和濕式系統(tǒng)不同時動作,按水噴霧保護區(qū)計算流量與濕式系統(tǒng)設(shè)計流量的大值確定合用系統(tǒng)的設(shè)計水量。

    按《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50219-2014,以下簡稱“霧規(guī)”)選擇水噴霧設(shè)計參數(shù):當(dāng)保護油浸變壓器和油開關(guān)時,設(shè)計噴霧強度為20L/(min·m2),持續(xù)噴霧時間0.4h;當(dāng)保護干式變壓器和配電房時,設(shè)計噴霧強度按保護電纜選項,即13L/(min·m2),持續(xù)噴霧時間0.4h。

    小結(jié):建議開閉所、變電房、配電房的自動滅火方式優(yōu)先采用串接到臨近的普通閉式自動噴水滅火系統(tǒng)的水噴霧自動噴水滅火系統(tǒng)保護,如造價和土建條件允許,也可采用氣體滅火方式保護。

    4.2柴油發(fā)電機房

    柴油發(fā)電機組主要由柴油發(fā)動機、交流發(fā)電機、油箱、控制屏、冷卻風(fēng)柜等組成,而日用油箱一般單獨設(shè)置在油箱間內(nèi)。“新建規(guī)”5.4.13條:“布置在民用建筑內(nèi)的柴油發(fā)電機房應(yīng)符合下列規(guī)定:4機房內(nèi)設(shè)儲油間時,其總儲存量不應(yīng)大于1m3,儲油間應(yīng)采用耐火極限不低于3h的防火墻與發(fā)電機間分隔,確需在防火墻上開門時,應(yīng)設(shè)置甲級防火門。”如圖3所示。

圖3 發(fā)電機房平面

    民用建筑內(nèi)的柴油發(fā)電機大多用0號柴油,“新建規(guī)”5.4.13條條文解釋“需設(shè)置在建筑內(nèi)的柴油設(shè)備或柴油儲罐,柴油的閃點不應(yīng)低于60℃”,查規(guī)范表3.1.1可知,柴油發(fā)電機房火災(zāi)危險性為丙類。

    柴油發(fā)電機房的火災(zāi),其中發(fā)電機部位主要是電氣類火災(zāi),柴油機部位和日用儲油間主要是液體火災(zāi),冷卻風(fēng)柜及接出排風(fēng)管處無可燃物且封閉,失火后需防護冷卻。發(fā)電機房的火災(zāi),除了有E類電氣火災(zāi)的特點外,還兼有B類液體火災(zāi)的特性,在選擇滅火劑時,除了要考慮滅火,還要防止因油類地面流淌造成的火災(zāi)蔓延。

    “新建規(guī)”5.4.13條:“布置在民用建筑內(nèi)的柴油發(fā)電機房應(yīng)符合下列規(guī)定:6應(yīng)設(shè)置與柴油發(fā)電機容量和建筑規(guī)模相適應(yīng)的滅火設(shè)施,當(dāng)建筑內(nèi)其他部位設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)時,機房內(nèi)應(yīng)設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)。”根據(jù)上一節(jié)的分析,本條提到的“自動噴水滅火系統(tǒng)”應(yīng)為水噴霧或細水霧滅火系統(tǒng)。

    應(yīng)該說水噴霧和氣體滅火系統(tǒng)都適合發(fā)電機房火災(zāi)類型的保護。柴油發(fā)電機因為燃燒的需要要大量補充新鮮空氣,發(fā)電機房一般都設(shè)置有大面積的新風(fēng)百葉墻,見圖3所示進風(fēng)百葉墻。考慮到發(fā)電機運行的需要,即使是在事故狀態(tài)下,也不宜完全關(guān)閉新風(fēng)百葉,從這個角度來看,發(fā)電機房如采用氣體滅火,不得設(shè)計成全淹沒系統(tǒng),而發(fā)電機一旦發(fā)生B類火災(zāi),燃燒熱值高,且燃燒猛烈,如采用局部保護系統(tǒng),效果難以保證。因此在民用建筑中,當(dāng)其他部位設(shè)噴淋系統(tǒng)保護時,柴油發(fā)電機房應(yīng)采用水噴霧滅火系統(tǒng)保護,按圖2所示系統(tǒng)串聯(lián)接至同層普通濕式系統(tǒng)。

    日用儲油間一般面積約5m2,并采用甲級防火門與發(fā)電機分開,對日用儲油間可采用超細干粉滅火球或預(yù)制式氣體等滅火方式保護。當(dāng)日用儲油間采用水噴霧保護時,宜同發(fā)電機房分設(shè)系統(tǒng),并按圖4所示系統(tǒng)串聯(lián)接至同層普通濕式系統(tǒng)。   

圖4 濕式系統(tǒng)串聯(lián)簡易水噴霧示意

    當(dāng)安放發(fā)電機的建筑沒有噴淋系統(tǒng)時,發(fā)電機房可采用氣體滅火,此時應(yīng)考慮新風(fēng)百葉墻在滅火時不關(guān)閉的因素,發(fā)電機部位采用局部保護系統(tǒng)保護,日用儲油間采用全淹沒系統(tǒng)保護,并設(shè)泄壓口。

    發(fā)電機房和日用儲油間設(shè)水噴霧系統(tǒng)主要是為了滅火,當(dāng)然也有冷卻作用。按“霧規(guī)”選擇水噴霧設(shè)計參數(shù):柴油發(fā)電機房用的燃料0號柴油的閃點不應(yīng)低于60℃,柴油發(fā)電機房和日用儲油間的水噴霧設(shè)計噴霧強度為20L/(min·m2),持續(xù)噴霧時間0.5h。

    小結(jié):對于民用建筑的柴油發(fā)電機房和日用儲油間宜分設(shè)滅火系統(tǒng)。發(fā)電機房采用水噴霧滅火系統(tǒng)保護;日用儲油間可采用超細干粉滅火球或預(yù)制式氣體等相對獨立的滅火方式保護,并設(shè)泄壓口。

    4.3其他電氣用房

    “新建規(guī)”除了對開閉所、變電房、配電房、發(fā)電機房4類電氣用房的自動滅火方式有規(guī)定外,對水泵房和空調(diào)機房的控制室、消防控制中心、各種弱電機房、強弱電豎井等電氣用房沒有具體的規(guī)定,考慮到這些房間發(fā)生火災(zāi)后都是一定程度上“將嚴(yán)重影響生產(chǎn)和生活的關(guān)鍵設(shè)備”,從加強民用建筑的火災(zāi)防范和保護的角度考慮,這些電氣房間都宜設(shè)置自動滅火系統(tǒng)。因這些電氣用房使用功能和土建條件不同,具體采用何種形式的自動滅火的方式,需要具體情況具體分析。

    4.3.1消防及安防控制中心

    消防及安防控制室(見圖5)是特別的一類電氣用房,是一棟建筑或一個小區(qū)的消防和安全防范的中心。房間一般套內(nèi)面積50m2以上,安放有大量監(jiān)測控制的儀器儀表和顯示器,并且24h有人值守,可燃物除了電線電纜外,還有可能有其他固體可燃物,如木質(zhì)座椅等。雖然房間24h有人值守,且值守者多為進行過一定消防培訓(xùn)的人員,發(fā)生火災(zāi)時,可采用滅火器滅火,但考慮到滅火器的保護能力畢竟有限,宜設(shè)置自動滅火系統(tǒng)。

圖5 消防控制室和安防中心

    建議:消防及安防控制中心可采用在濕式系統(tǒng)中串接雨淋閥,閥后接水噴霧管網(wǎng)的方式,這種方式造價低,且運行可靠。見圖2。按“霧規(guī)”選擇水噴霧設(shè)計參數(shù):設(shè)計噴霧強度按保護電纜選項,即13L/(min·m2),持續(xù)噴霧時間0.4h。

    4.3.2設(shè)備機房的控制室、各類弱電機房

    生活及消防水泵房的控制室、空調(diào)機房的控制室,主要是安放電源柜和機械控制柜(見圖6),主要可燃物是電纜電線,面積都在20~30m2;各類弱電機房安放有各種信息處理主機,其面積10~30m2不等,這些機房有大量電線電纜,一般無人值守。

    建議:可采用在濕式系統(tǒng)中串接一組電動閥,閥后接水噴霧管網(wǎng)的方式,當(dāng)機房內(nèi)火災(zāi)報警系統(tǒng)動作,聯(lián)動打開電動閥,水霧噴頭動作噴霧。見圖4所示。

    按“霧規(guī)”選擇水噴霧設(shè)計參數(shù):設(shè)計噴霧強度按保護電纜選項,即13L/(min·m2),持續(xù)噴霧時間0.4h。  

圖6 設(shè)備機房控制室、各類弱電機房圖7 強弱電豎井

    4.3.3強弱電豎井

    強弱電豎井(見圖7)敷設(shè)大量電線電纜,一般敷設(shè)在線槽內(nèi),火災(zāi)隱患不易發(fā)現(xiàn)。

    建議:在豎井內(nèi)設(shè)超細干粉滅火球等自動滅火器,成本低,每個滅火球帶有獨立的火災(zāi)探測裝置,適合保護常年沒人值守、環(huán)境較為惡劣電氣豎井。