民用建筑電氣火災簡(jiǎn)述及電氣用房自動(dòng)滅火系統設計_(完整版)

摘要：介紹了民用建筑電氣火災的起因和特點(diǎn),結合新版《建筑設計防火規范》(GB50016-2014)討論了開(kāi)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,設備機房的控制室,各類(lèi)弱電機房,強弱電豎井等民用建筑電氣用房的自動(dòng)滅火系統設計。

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

    1 民用建筑電氣火災簡(jiǎn)述

    電力系統是由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電的設備及相應的輔助系統組成的電能生產(chǎn)、輸送、分配、使用的統一整體?，F代民用建筑電氣工程包括供配電系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)強電)和電子信息系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)弱電)。強電工程的處理對象是能源(電力),其特點(diǎn)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(chēng)照明電,220V;三相電:俗稱(chēng)動(dòng)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(diǎn)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(lái)說(shuō),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(xiàn)工程。

    電能使用過(guò)程中可能產(chǎn)生的各類(lèi)故障,容易引起火災,據我國消防部門(mén)的統計,因電氣事故引起的火災約占火災總數的一半。按火災分類(lèi),物體帶電燃燒的火災屬于E類(lèi)火災,《建筑滅火器配置規范》(GB50140-2005)3.1.2條條文解釋:“E類(lèi)(帶電)火災:指帶電物體的火災。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(shí)仍舊帶電的火災,必須用能達到電絕緣性能要求的滅火器撲滅。對于那些僅有常規照明線(xiàn)路和普通照明燈具而且并無(wú)上述電氣設備的普通建筑場(chǎng)所,可不按E類(lèi)火災的規定配置滅火器?！?/span>

    民用建筑電氣設備如發(fā)電機、變壓器、配電箱、柜和控制箱、控制臺等,主體結構一般都是金屬構架及金屬外殼,電線(xiàn)電纜是強、弱電電氣用房?jì)纫鸹馂牡闹饕镔|(zhì)。塑料開(kāi)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可燃的物質(zhì)。

    產(chǎn)生電氣火災主要原因有如下幾種:

    (1)電氣線(xiàn)路或設備過(guò)熱。引起電氣線(xiàn)路和設備過(guò)熱主要原因有:短路、過(guò)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(lèi),電弧則是一種氣體放電現象,是電流通過(guò)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,構成危險的火源。

    (3)感應電、雷電。雷擊等過(guò)電壓的作用,電氣設備的絕緣可能遭到擊穿。由于雷電流變化梯度很大,會(huì )產(chǎn)生強大的交變磁場(chǎng),使得周?chē)慕饘贅嫾a(chǎn)生感應電流,這種電流可能向周?chē)矬w放電,如附近有可燃物就會(huì )引發(fā)火災和爆炸。

    2 民用建筑電氣的火災特點(diǎn)

    民用建筑強、弱電系統一般為長(cháng)期連續不間斷運行,電氣火災呈如下的特點(diǎn)。

    (1)火災隱患隱蔽性強。民用建筑電中的各類(lèi)強、弱電系統的電線(xiàn)電纜,通常在電纜溝、吊頂、設備柜體、橋架內和線(xiàn)管內等處隱蔽敷設,且長(cháng)期持續運行,電線(xiàn)電纜火災隱患的隱蔽性強,火災初期往往不易發(fā)現,等到報警系統動(dòng)作時(shí),已經(jīng)形成明火并快速蔓延。

    (2)火災傳播速度快、危害大。電氣用房?jì)入娋€(xiàn)電纜集中,一旦著(zhù)火,可迅速點(diǎn)燃周?chē)目扇嘉?傳播速度快,影響面大。塑料材質(zhì)起火時(shí)除產(chǎn)生熱和煙外,也釋放出腐蝕性氣體和有毒氣體,而煙塵導電的隨機性可能引起電路故障,導致運動(dòng)部件的磨損,若沉積在儲存介質(zhì)如磁盤(pán)、磁帶上時(shí),可能會(huì )產(chǎn)生錯誤信息。

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

    3 撲救民用建筑電氣火災滅火劑的選擇

    考慮到電氣火災時(shí)電氣設備帶電的不確定性,如果使用能導電的滅火劑撲滅電氣火災,有可能造成電氣設備更大的損傷,甚至火災蔓延等更嚴重的事故,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(shí),應根據該場(chǎng)所的特點(diǎn)和條件、系統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(shí)也要減少滅火劑對電子設備、精密儀器設備、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(dòng)滅火系統選擇不當,而衍生更大的事故和人員及財產(chǎn)損失。在一座建筑內盡量采用同一種或同一類(lèi)型的滅火系統,以便維護管理,簡(jiǎn)化系統的設計。

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

    《建筑設計防火規范》(GB50016-2014,以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新建規”)除第8章“消防設施的設置”對電氣用房的滅火方式進(jìn)行了規定外,在5.4節“平面布置”中也有多個(gè)條款規定了電氣用房的滅火方式?！靶陆ㄒ帯?.4.12條:“8應設置與鍋爐、變壓器、電容器和多油開(kāi)關(guān)等的容量及建筑規模相適應的滅火設施,當建筑內其他部位設置自動(dòng)噴水滅火系統時(shí),應設置自動(dòng)噴水滅火系統?！?/span>

    自動(dòng)噴水滅火系統主要包括如下幾種形式:普通閉式自動(dòng)噴水滅火系統、水噴霧滅火系統、細水霧滅火系統。消防用水因含有自由移動(dòng)離子和其他一些雜質(zhì),是可以導電的?？紤]到火災時(shí),電氣設備可能斷電,也可能帶電,因此噴出大滴水珠的普通閉式自動(dòng)噴水滅火系統不能用于電氣場(chǎng)所的火災撲救。而水噴霧滅火系統是將高壓水通過(guò)特殊構造的水霧噴頭,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(guò)冷卻、窒息、稀釋等作用撲滅火災。水噴霧可以撲滅帶電火災,同時(shí)也可以撲滅可燃油類(lèi)的火災。因此“新建規”5.4.12條的“自動(dòng)噴水滅火系統”準確講應為“水噴霧自動(dòng)噴水滅火系統”。

    “新建規”8.3.9條:“下列場(chǎng)所應設置自動(dòng)滅火系統,并宜采用氣體系統。8其他特殊重要設備室?！北緱l的條文說(shuō)明“(2)特殊重要設備,主要指設置在重要部位和場(chǎng)所中,發(fā)生火災后將嚴重影響生產(chǎn)和生活的關(guān)鍵設備?！邔用裼媒ㄖ然馂奈ｋU性大,發(fā)生火災后對生產(chǎn)、生活產(chǎn)生嚴重影響的配電室等,也屬于特殊重要設備室?！?/span>

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

    4 民用建筑電氣用房自動(dòng)滅火方式的設計

    民用建筑強電主要用房有:10kV開(kāi)閉所、變電房、配電房、柴油發(fā)電機房、設備機房控制間、強電豎井等。弱電(智能化系統)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、數據交換機房、電信機房、衛星接收及有線(xiàn)電視機房、有線(xiàn)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(chǎng)建筑和體育建筑,電氣用房還有監控室、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,大多數電氣用房的面積30~50m2,強弱電豎井才幾個(gè)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(cháng)期駐守等因素,結合“新建規”的規定,給出各類(lèi)電氣用房采用滅火劑和自動(dòng)滅火方式的建議。

4.1開(kāi)閉所、變電房和配電房

圖1 開(kāi)閉所和變、配電房照片

    開(kāi)閉所和變、配電房(見(jiàn)圖1),相當于給水系統中的水泵房,其作用是將市電引入到建筑內,并按所需電壓和用電區域供應電?！靶陆ㄒ帯?.4.12條提到的“變壓器”是變換電壓等級的設備,也就是把高壓變成動(dòng)力、照明及其他負荷使用的電壓。變壓器的種類(lèi)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能設備,一般放置在配電房?jì)??！靶陆ㄒ帯?.4.12條和8.3.8條提到對多油開(kāi)關(guān)的保護,“油開(kāi)關(guān)”又叫油斷路器,是用來(lái)切斷和接通電源的,油開(kāi)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(kāi)關(guān)主要用于高壓系統,民用建筑較少運用。由此可見(jiàn),“新建規”5.4.12條就是對于民用建筑開(kāi)閉所和變、配電房的自動(dòng)滅火方式提出的要求。

圖2 濕式系統串聯(lián)水噴霧示意

    “新建規”8.3.9條的條文說(shuō)明具體指出了高層建筑配電房設置氣體滅火的要求,而5.4.12條提到了變壓器、油開(kāi)關(guān)和電容器這3類(lèi)放置在民用建筑的開(kāi)閉所、變電房、配電房的具體設備采用自動(dòng)噴水滅火系統保護,考慮到這3類(lèi)電氣用房是電源環(huán)節的不同部分,其作用類(lèi)似,機房?jì)仍O備可燃物性質(zhì)和存放條件類(lèi)似,且水噴霧和氣體滅火2種方式均能保護上述場(chǎng)所。根據《自動(dòng)噴水滅火系統設計手冊》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“自噴設計手冊”)3.2.10條濕式系統可以串聯(lián)水噴霧滅火系統、細水霧滅火系統”。當采用水霧系統保護上述場(chǎng)所時(shí),可采用在濕式系統中串接雨淋閥,閥后接水噴霧管網(wǎng)的方式,這種方式造價(jià)低,且運行可靠。見(jiàn)圖2所示。

    當開(kāi)閉所、變電房、配電房采用水噴霧保護,并串聯(lián)到濕式系統時(shí),這些房間應采用耐火極限不小于2h的防火墻分隔開(kāi),其門(mén)應采用耐火極限為1.2h的甲級防火門(mén),采取這些措施是為了讓水噴霧系統和濕式系統不同時(shí)動(dòng)作,按水噴霧保護區計算流量與濕式系統設計流量的大值確定合用系統的設計水量。

    按《水噴霧滅火系統設計規范》(GB50219-2014,以下簡(jiǎn)稱(chēng)“霧規”)選擇水噴霧設計參數:當保護油浸變壓器和油開(kāi)關(guān)時(shí),設計噴霧強度為20L/(min·m2),持續噴霧時(shí)間0.4h;當保護干式變壓器和配電房時(shí),設計噴霧強度按保護電纜選項,即13L/(min·m2),持續噴霧時(shí)間0.4h。

    小結:建議開(kāi)閉所、變電房、配電房的自動(dòng)滅火方式優(yōu)先采用串接到臨近的普通閉式自動(dòng)噴水滅火系統的水噴霧自動(dòng)噴水滅火系統保護,如造價(jià)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(dòng)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置在油箱間內?！靶陆ㄒ帯?.4.13條:“布置在民用建筑內的柴油發(fā)電機房應符合下列規定:4機房?jì)仍O儲油間時(shí),其總儲存量不應大于1m3,儲油間應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(kāi)門(mén)時(shí),應設置甲級防火門(mén)?！比鐖D3所示。

圖3 發(fā)電機房平面

    民用建筑內的柴油發(fā)電機大多用0號柴油,“新建規”5.4.13條條文解釋“需設置在建筑內的柴油設備或柴油儲罐,柴油的閃點(diǎn)不應低于60℃”,查規范表3.1.1可知,柴油發(fā)電機房火災危險性為丙類(lèi)。

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

    “新建規”5.4.13條:“布置在民用建筑內的柴油發(fā)電機房應符合下列規定:6應設置與柴油發(fā)電機容量和建筑規模相適應的滅火設施,當建筑內其他部位設置自動(dòng)噴水滅火系統時(shí),機房?jì)葢O置自動(dòng)噴水滅火系統?！备鶕弦还澋姆治?本條提到的“自動(dòng)噴水滅火系統”應為水噴霧或細水霧滅火系統。

    應該說(shuō)水噴霧和氣體滅火系統都適合發(fā)電機房火災類(lèi)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)電機房一般都設置有大面積的新風(fēng)百葉墻,見(jiàn)圖3所示進(jìn)風(fēng)百葉墻?？紤]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(gè)角度來(lái)看,發(fā)電機房如采用氣體滅火,不得設計成全淹沒(méi)系統,而發(fā)電機一旦發(fā)生B類(lèi)火災,燃燒熱值高,且燃燒猛烈,如采用局部保護系統,效果難以保證。因此在民用建筑中,當其他部位設噴淋系統保護時(shí),柴油發(fā)電機房應采用水噴霧滅火系統保護,按圖2所示系統串聯(lián)接至同層普通濕式系統。

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

圖4 濕式系統串聯(lián)簡(jiǎn)易水噴霧示意

    當安放發(fā)電機的建筑沒(méi)有噴淋系統時(shí),發(fā)電機房可采用氣體滅火,此時(shí)應考慮新風(fēng)百葉墻在滅火時(shí)不關(guān)閉的因素,發(fā)電機部位采用局部保護系統保護,日用儲油間采用全淹沒(méi)系統保護,并設泄壓口。

    發(fā)電機房和日用儲油間設水噴霧系統主要是為了滅火,當然也有冷卻作用。按“霧規”選擇水噴霧設計參數:柴油發(fā)電機房用的燃料0號柴油的閃點(diǎn)不應低于60℃,柴油發(fā)電機房和日用儲油間的水噴霧設計噴霧強度為20L/(min·m2),持續噴霧時(shí)間0.5h。

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

    4.3其他電氣用房

    “新建規”除了對開(kāi)閉所、變電房、配電房、發(fā)電機房4類(lèi)電氣用房的自動(dòng)滅火方式有規定外,對水泵房和空調機房的控制室、消防控制中心、各種弱電機房、強弱電豎井等電氣用房沒(méi)有具體的規定,考慮到這些房間發(fā)生火災后都是一定程度上“將嚴重影響生產(chǎn)和生活的關(guān)鍵設備”,從加強民用建筑的火災防范和保護的角度考慮,這些電氣房間都宜設置自動(dòng)滅火系統。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(dòng)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(jiàn)圖5)是特別的一類(lèi)電氣用房,是一棟建筑或一個(gè)小區的消防和安全防范的中心。房間一般套內面積50m2以上,安放有大量監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(xiàn)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(jìn)行過(guò)一定消防培訓的人員,發(fā)生火災時(shí),可采用滅火器滅火,但考慮到滅火器的保護能力畢竟有限,宜設置自動(dòng)滅火系統。

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中串接雨淋閥,閥后接水噴霧管網(wǎng)的方式,這種方式造價(jià)低,且運行可靠。見(jiàn)圖2。按“霧規”選擇水噴霧設計參數:設計噴霧強度按保護電纜選項,即13L/(min·m2),持續噴霧時(shí)間0.4h。

    4.3.2設備機房的控制室、各類(lèi)弱電機房

    生活及消防水泵房的控制室、空調機房的控制室,主要是安放電源柜和機械控制柜(見(jiàn)圖6),主要可燃物是電纜電線(xiàn),面積都在20~30m2;各類(lèi)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(xiàn)電纜,一般無(wú)人值守。

    建議:可采用在濕式系統中串接一組電動(dòng)閥,閥后接水噴霧管網(wǎng)的方式,當機房?jì)然馂膱缶到y動(dòng)作,聯(lián)動(dòng)打開(kāi)電動(dòng)閥,水霧噴頭動(dòng)作噴霧。見(jiàn)圖4所示。

    按“霧規”選擇水噴霧設計參數:設計噴霧強度按保護電纜選項,即13L/(min·m2),持續噴霧時(shí)間0.4h。  

圖6 設備機房控制室、各類(lèi)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(jiàn)圖7)敷設大量電線(xiàn)電纜,一般敷設在線(xiàn)槽內,火災隱患不易發(fā)現。

    建議:在豎井內設超細干粉滅火球等自動(dòng)滅火器,成本低,每個(gè)滅火球帶有獨立的火災探測裝置,適合保護常年沒(méi)人值守、環(huán)境較為惡劣電氣豎井。