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13600443583結(jié)合某大型商業(yè)建筑的工程案例，剖析了以發(fā)電機(jī)作為消防備用電源的容量選擇，淺述了大功率消防水泵接入發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源系統(tǒng)需要注意的問(wèn)題，可為類(lèi)似大型商業(yè)建筑中發(fā)電機(jī)作為消防備載電源的應(yīng)用上提供參考。
目前，許多大型綜合體或大型商業(yè)建筑越來(lái)越多地在全國(guó)各級(jí)城市拔地而起，這些帶有地標(biāo)或是區(qū)域商業(yè)中心性質(zhì)的建筑物成為一個(gè)城市的消費(fèi)中心和活力象征。因此，對(duì)于此類(lèi)人流密集、火災(zāi)情形下容易造成人員傷亡或是重大經(jīng)濟(jì)損失的建筑，為保障其在火災(zāi)情形下的消防負(fù)載或是斷電情況下重要負(fù)載的供電可靠性，一般把發(fā)電機(jī)作為消防負(fù)載或重要負(fù)載的應(yīng)急電源，因其具有可持續(xù)供電時(shí)間較長(zhǎng)、選購(gòu)容量較大、獨(dú)立運(yùn)行不受外部大電影響以及可靠性高等亮點(diǎn)，故在大型工程中得到廣泛運(yùn)用[1-3]。
根據(jù)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范(包括各地方規(guī)范的要求)，應(yīng)急靜音發(fā)電機(jī)具體為一級(jí)負(fù)載中特別重要負(fù)載及消防負(fù)載供電。特別重要負(fù)載包括IT機(jī)房、電信機(jī)房、垂直電梯等;在很多大型商場(chǎng)中，珠寶商鋪和商場(chǎng)獨(dú)立設(shè)置的兒童活動(dòng)區(qū)內(nèi)照明等系統(tǒng)也屬于特別重要負(fù)載。消防負(fù)載包括消防風(fēng)機(jī)、防火卷簾、消防排氣窗、消防控制室電源、消防水泵、消防應(yīng)急照明和疏散照明、變電所用電、發(fā)電機(jī)房用電等。在明確應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的供電范圍后，需要根據(jù)火災(zāi)和非火災(zāi)情形下分別計(jì)算。
大部分情況下，購(gòu)買(mǎi)發(fā)電機(jī)具體先根據(jù)火災(zāi)狀況下使用的消防負(fù)載來(lái)確定應(yīng)急發(fā)電機(jī)組容量，再根據(jù)發(fā)電機(jī)容量確定非火災(zāi)情形下特別重要負(fù)荷用電是否滿足發(fā)電機(jī)組功率的要求驗(yàn)證。
計(jì)算應(yīng)急發(fā)電機(jī)在火災(zāi)狀況下的負(fù)載時(shí)，需要考慮到發(fā)生火災(zāi)的情形，民用建筑通常按火災(zāi)時(shí)最大防火分區(qū)(消防設(shè)備投入容量最大)進(jìn)行計(jì)算，低噪音發(fā)電機(jī)同時(shí)，還需要考慮相鄰防火分區(qū)受火災(zāi)影響的情形。此外，不僅考慮相對(duì)應(yīng)防火分區(qū)需供電的消防負(fù)載及非火災(zāi)情況下的主用消防負(fù)載，還需注意在應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電情況下，其他防火分區(qū)內(nèi)由此發(fā)電機(jī)供電的一、二級(jí)負(fù)荷在接到切除指令之后，需要延時(shí)切斷電源的負(fù)荷。
同樣，應(yīng)急發(fā)電機(jī)在非消防狀況下進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，除了要考慮特別重要負(fù)載外，還應(yīng)考慮在非火災(zāi)情形下的主用消防負(fù)荷;除特別重要負(fù)載外，基于業(yè)主額外要求，也可以適當(dāng)增加業(yè)主自需的重要負(fù)荷，并視負(fù)荷容量購(gòu)買(mǎi)發(fā)電機(jī)(發(fā)電機(jī)功率應(yīng)以消防或非消防狀態(tài)下的重要負(fù)載中大者為選取依據(jù))，且火災(zāi)時(shí)一旦切除非消防電源，此部分內(nèi)容應(yīng)無(wú)條件優(yōu)先切除。
自啟動(dòng)發(fā)電機(jī)是為保證消防負(fù)載或特別重要負(fù)載供電可靠的應(yīng)急電源，在電網(wǎng)電源中斷供電時(shí)，除在規(guī)定期間內(nèi)能自啟動(dòng)供電外，還應(yīng)滿足所有保安負(fù)荷或一級(jí)負(fù)載的供電容量要求，若容量選得小，則發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)電壓降過(guò)大，發(fā)電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，自啟動(dòng)發(fā)電機(jī)不能啟動(dòng)，失去備載電源的用途;若容量選得過(guò)大，初期投資大，運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益差[4-6]。所以，準(zhǔn)確計(jì)算保安負(fù)載或一級(jí)負(fù)載的容量，確定負(fù)荷投入順序和發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)允許的電壓降是選定發(fā)電機(jī)容量的重要前提。自起動(dòng)發(fā)電機(jī)的容量應(yīng)滿足如下因素:
(3) 在啟動(dòng)大容量發(fā)電機(jī)時(shí)，母線上的電壓降應(yīng)保證已經(jīng)正常工作的負(fù)荷所允許的電壓降，又能滿足發(fā)電機(jī)本身的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求。
某項(xiàng)目為大型商業(yè)建筑，總建筑面積約為10萬(wàn)m2;地下共2層，建筑面積約為3.2萬(wàn)m2，地上3層，建筑面積約為6.8萬(wàn)m2;-2F為車(chē)庫(kù)，-1F為局部車(chē)庫(kù)、進(jìn)口超市和輕餐飲;1F為家具超市和商鋪;2F為輕餐飲和重餐飲;3F為重餐飲。
該項(xiàng)目變壓器總裝機(jī)容量為11.4 MVA。由于場(chǎng)地限制，地下室考慮只設(shè)置一座移動(dòng)式靜音發(fā)電機(jī)房，內(nèi)設(shè)1臺(tái)1 600 kVA集裝箱發(fā)電機(jī)(待驗(yàn)證)。該項(xiàng)目特征是無(wú)消防電梯，中庭大，單個(gè)防火分區(qū)對(duì)應(yīng)疏散樓梯多。
(1) 所有消防負(fù)荷，包括排氣風(fēng)機(jī)、消防加壓風(fēng)機(jī)、防火卷簾、自動(dòng)排氣窗、消防噴淋泵、消火栓泵、冷卻防護(hù)噴淋泵、消防控制室電源、消防應(yīng)急照明和疏散照明等。
(1) 根據(jù)負(fù)荷功率選購(gòu)發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)供電范圍內(nèi)消防負(fù)載功率遠(yuǎn)大于非消防負(fù)荷功率，因此根據(jù)火災(zāi)時(shí)最大負(fù)荷(消防負(fù)載容量與火災(zāi)時(shí)需要繼續(xù)工作的非消防負(fù)載之和)選用發(fā)電機(jī)容量?；馂?zāi)初始負(fù)荷容量及火災(zāi)后期負(fù)載功率二者取其大值。
移動(dòng)式靜音發(fā)電機(jī)為整個(gè)項(xiàng)目供應(yīng)急備用電源。按照火災(zāi)時(shí)最大相鄰2個(gè)防火分區(qū)(消防設(shè)備投入容量最大)考慮。
火災(zāi)初始時(shí)發(fā)電應(yīng)急母排上最大同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)載包括:變電所用電、消防控制室用電;所有消防應(yīng)急照明、疏散照明、所有防火卷簾;變電所供電的所有垂直電梯迫降至一層時(shí)用電;相鄰防火分區(qū)所有防排煙風(fēng)機(jī)、樓梯正壓風(fēng)機(jī)(延時(shí)起動(dòng))用電;消防噴淋泵、消火栓泵、防護(hù)冷卻噴淋泵、消防水泵房?jī)?nèi)其他消防裝置;撬裝發(fā)電機(jī)房用電。
火災(zāi)后期發(fā)電應(yīng)急母排上最大同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)荷包括:變電所用電、消防控制室用電;所有消防應(yīng)急照明、疏散照明;相鄰防火分區(qū)所有防排煙風(fēng)機(jī)、樓梯正壓風(fēng)機(jī);消防噴淋泵、消火栓泵、防護(hù)冷卻噴淋泵、消防水泵房?jī)?nèi)其他消防裝備;低噪音柴油發(fā)電機(jī)房用電。
由式(1)計(jì)算得，發(fā)電機(jī)初始負(fù)荷容量穩(wěn)定后負(fù)載容量按火災(zāi)后期購(gòu)買(mǎi)容量選擇發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的負(fù)載率控制在80%左右，得出發(fā)電機(jī)功率采用1 600 kVA。
(2) 按照最大的單臺(tái)發(fā)電機(jī)或者成組發(fā)電機(jī)起動(dòng)的需要計(jì)算。為防范火災(zāi)時(shí)用電設(shè)備的發(fā)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)而造成發(fā)電機(jī)組熄火停機(jī)，用電裝置應(yīng)具有不一樣延時(shí)，錯(cuò)開(kāi)起動(dòng)時(shí)間，必要性相同時(shí)，宜先啟動(dòng)功率大的負(fù)載。該項(xiàng)目發(fā)電機(jī)容量的確定不考慮上述消防裝置同時(shí)投入。
火災(zāi)時(shí)按最大單臺(tái)發(fā)電機(jī)或成組發(fā)電機(jī)啟動(dòng)計(jì)算發(fā)電機(jī)組的功率。按照最大單臺(tái)消防噴淋泵起動(dòng)的需要計(jì)算:
綜上可知，低噪聲柴油發(fā)電機(jī)容量可選定為1 600 kVA，但此計(jì)算結(jié)果是以消防噴淋泵為星三角啟動(dòng)為前提得出的。需要特別注意的是，GB 50974—2014《消防給水及消火栓裝置技術(shù)規(guī)范》[7]中第11.0.14條規(guī)定:當(dāng)消防水泵容量較大時(shí)，可以用星三角或自耦降壓起動(dòng)。但在該規(guī)范的第11.0.12條中又要求:消防水泵控制柜應(yīng)設(shè)置機(jī)械應(yīng)急啟泵作用，并應(yīng)保證在控制柜內(nèi)的控制線路產(chǎn)生損壞時(shí)由有管理權(quán)限的人員在緊急時(shí)起動(dòng)消防水泵。在條文解釋中也明確:弱電信號(hào)因損壞或繼電器等損壞不能自動(dòng)或手動(dòng)起動(dòng)消防泵時(shí)，若立即進(jìn)行線路故障的處置，會(huì)受到人員素質(zhì)、時(shí)間上的限制，于是在消防發(fā)生的緊急情形下是不可能進(jìn)行的。因此，只要在正常供電條件下，無(wú)論控制線路正?；驌p壞，都應(yīng)能強(qiáng)制啟動(dòng)(即全壓起動(dòng))，以保障火災(zāi)撲救的及時(shí)性。在這種最極端的情況下，需要重新按最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)來(lái)校驗(yàn)發(fā)電機(jī)的功率。
通過(guò)校驗(yàn)可以看出，當(dāng)單臺(tái)消防泵采用星三角啟動(dòng)時(shí)，低噪聲發(fā)電機(jī)功率只需1 600 kVA;當(dāng)必須考慮強(qiáng)制全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)必須達(dá)到2 000 kVA才能滿足要求，其中400 kVA是浪費(fèi)的。怎樣既滿足低噪音發(fā)電機(jī)功率相對(duì)較小，又可以使消防水泵在火災(zāi)狀況下兩種工況都滿足使用規(guī)范，給出如下方案:消防噴淋泵和消火栓泵皆從一用一備兩臺(tái)電泵調(diào)整為一臺(tái)電泵和一臺(tái)燃油泵，電泵接入變壓器并采用星三角啟動(dòng)，柴油泵可作為電泵故障或強(qiáng)制全壓起動(dòng)的后備泵。該方案可以更進(jìn)一步降低發(fā)電機(jī)的容量。
在案例中200 kW消防噴淋泵和75 kW消火栓泵皆調(diào)節(jié)為一臺(tái)電泵和一臺(tái)柴油泵，不計(jì)入發(fā)電機(jī)容量;得出發(fā)電機(jī)初始功率為708 kW，發(fā)電機(jī)穩(wěn)定后負(fù)載功率為746 kW。
按火災(zāi)后期選用容量選用發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)的負(fù)荷率控制在80%左右，得出發(fā)電機(jī)容量為1 250 kVA。
火災(zāi)時(shí)先啟動(dòng)一個(gè)防火分區(qū)排氣風(fēng)機(jī)(按照最不利條件，4臺(tái)同時(shí)啟動(dòng)功率為66 kW)。按照排氣風(fēng)機(jī)成組起動(dòng)的需要計(jì)算:
綜上所述，低噪音柴油發(fā)電機(jī)功率可選型為1 250 kVA，如此在無(wú)大容量消防泵計(jì)入發(fā)電機(jī)的狀況下，發(fā)電機(jī)的容量可以大大減少，相對(duì)節(jié)省成本。
估算后，消防水泵全壓起動(dòng)與發(fā)電機(jī)匹配如表4所示。當(dāng)消防水泵單臺(tái)容量大于200 kW以上時(shí)，建議采用電泵作為常用，燃油泵作為后備的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，以防范對(duì)低噪聲發(fā)電機(jī)、變壓器出現(xiàn)沖擊。
通過(guò)實(shí)際案例對(duì)某商業(yè)建筑中低噪聲發(fā)電機(jī)的功率進(jìn)行計(jì)算和校驗(yàn)，詳細(xì)淺析了低壓移動(dòng)式靜音發(fā)電機(jī)容量計(jì)算選取時(shí)需要注意的問(wèn)題，同時(shí)強(qiáng)調(diào)存在消防水泵在控制元件故障的情況下必須強(qiáng)制起動(dòng)的情形?？梢缘贸?消防水泵的功率會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)功率的選定有著直接影響，消防泵容量越大，越需要對(duì)發(fā)電機(jī)的功率進(jìn)行校驗(yàn)。
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