电动防火阀的配电和控制探讨

    消防问题直接关系着人民群众的生命和财产安全，一直是建筑设计工作的重中之重。在进行建筑电气消防系统设计时，不但要做好火灾自动报警系统和电气火灾监控系统设计，同时还要做好各消防设备（包括消防水泵、消防电梯、防烟排烟设施、电动的防火门、窗、卷帘、阀门等）的联动控制及火灾应急照明、疏散指示标志等设计，做到全面、合理、有效地预防火灾、防患于未然。
    在实际工程设计中，电动防火阀虽然设备容量小、设置分散，但对于消防排烟和加压送风系统的有效运行却起着至关重要的作用，其配电和控制应给予足够的重视。
    1 电动防火阀的接线    
    按照GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》（2005年版）和GB50016-2006《建筑设计防火规范》的相关条文要求，在管道穿越防火分区处及通风和空调机房等房间隔墙处应设置排烟防火阀，当烟气温度超过280°C时能自行关闭；排烟口或排烟阀应与排烟风机联锁，排烟口或排烟阀平时关闭，并应设置手动和自动开启装置。工程中经常采用的电动防火阀接线示意见图1。

图1 电动防火阀接线示意

    图1中，DC24V电源由端子1、2接入，继电器KA11常开触点闭合、常闭触点打开时，阀门动作关闭；继电器KA11常开触点打开、常闭触点闭合时，阀门复位开启。若防火阀尺寸较大，需要多个小尺寸防火阀拼接而成时，通过端子5、6为其他小尺寸防火阀提供电源。当电源容量允许时可同时开闭，当电源容量较小时可在第一个阀动作完毕后再接通下一个阀的电源。端子7、8用来输出防火阀的位置信号。
    2 电动防火阀的配电和控制
    近年来，随着建筑形式的多样化，消防排烟、机械加压送风防烟系统及其防火阀的设置已不再千篇一律，系统的配电和控制也随之灵活多样。
    2.1 电动防火阀控制较为复杂时的解决方法
    例如，某大型商场，由于受到建筑平面的限制，暖通空调专业无法设置单独的空调新风井和消防排烟风井，因此，在一个机房内设置一组空调机组和消防排烟风机，见图2。

图2 空调机房设备布置示意

    其中，空调机组与消防排烟风机共用静压箱以及出机房后的平面风管，并共用竖向风井，平时为空调输送新风、消防时则作为排烟通道。系统的控制要求是：空调运行时，关闭消防排烟风机前后的防火阀（3、4），打开其余的防火阀，开启空调机组（AHU）；消防排烟时，切断空调机组的电源，关闭空调机组前后的防火阀（1、2），打开消防排烟风机前后的防火阀，开启消防排烟风机。
    本例中，建筑物有地下1层、地上7层，共8层，空调机房层层对齐，即共有8个机房共用一个竖向风井。当某一个防火分区发生火灾启动消防排烟风机时，其余楼层机房内接入该竖向风井的防火阀1均应关闭，防止烟气窜入其它楼层，形成完整的排烟通道。电动防火阀1竖向联动控制原理示意见图3。

图3 电动防火阀I竖向联动控制原理示意

    在地下1层至7层共用风井的空调机房内设置1路防火阀竖向联动控制线，其电源来自处于中间位置的设于3层空调机房内的消防排烟风机控制箱。各层电动防火阀1的24V直流电源取自各自机房内消防排烟风机控制箱。在火灾确认后，首先由消防控制中心输出信号或就地控制按钮接通消防排烟风机控制箱内继电器KA1回路，KA1得电后其常开触点闭合，继电器KA11带电并接通防火阀1电源，本机房内的防火阀1关闭；同时，通过竖向联动控制线，各相关空调机房内防火阀1电源控制继电器KA11（-1~7）均得电，全部防火阀1接通电源后关闭。
    为了减轻防火阀动作时承受的压力，启动消防排烟风机前应先开启相关的防火阀，关停消防排烟风机时应先停消防排烟风机再关闭相关的防火阀。本例中的消防排烟风机控制原理见图4。

图4 消防排烟风机控制原理

    图4中，本机房内防火阀1完全关闭后由其行程开关输出位置信号KH1关闭防火阀2；防火阀2完全关闭后其行程开关输出位置信号KH2开启防火阀3和4；防火阀3和4完全开启后其行程开关输出位置信号KH3和KH4，启动消防排烟风机。KH1~KH4同时作为防火阀状态信号送至消防控制中心，说明全部阀体已动作就绪，可以启动消防排烟风机。当关停消防排烟风机时，继电器KA1失电，防火阀1复位开启，联动防火阀2复位开启、防火阀3和4复位关闭。当烟气温度达到280℃时，防火阀5熔丝熔断，阀体自动关闭，同时输出信号关停消防排烟风机。在继电器KA2前串联KA1的常开触点，在继电器KA3前串联KA2的常开触点，都是为关闭空调机组、防火阀1，且又无消防信号开启消防排烟风机时，确保防火阀2~4均不会动作，消防排烟风机也不会启动。
    控制回路和防火阀电源引自消防排烟风机电源主回路保护断路器之后、接触器之前，当消防排烟风机停机、接触器失电主触点断开时，也不会切断控制回路和防火阀的电源，这样可以保证防火阀动作至完全复位。
    2.2 电动防火阀配电距离较远时的解决方法
    在许多消防电气设计图中，有一种做法是给每个防火阀设置输入和输出模块，由输入模块提供反馈信号、输出模块提供动作信号和防火阀动作电源。这种做法在建筑规模不大、配电距离不远且需要控制的设备数量不多时可行，但是近年来城市建筑中以高层建筑、大型建筑居多，建筑物内设备数量大量增加，继续沿用老办法已很难满足设备的控制要求。
    例如，某超高层酒店式公寓建筑，建筑高度160m，地上40层，地下4层。暖通空调专业设置了三段消防电梯前室加压送风系统，加压送风设备分别设置在屋面层、26层和12层，每个前室设置一个直流24V电动防火阀（其接线图与上例相同，区别是上例中排烟阀常开，动作时关闭；本例中加压阀常闭，动作时打开）用于火灾时加压送风。火灾时需要同时开启着火层及上、下各一层的（即三层）前室防火阀进行加压送风，给建筑物内的人员提供安全的疏散通道。
    当采用DC24V低电压较长距离配电给前室防火阀时，应根据以下公式计算线路电阻及电压损失：

    
    式中：Rθ——导线温度为θ℃时的直流电阻值，Ω；
    ρθ——导线温度为θ℃时的电阻率，Ω·μm；
    U——线路电压损失，V；
    Cj——绞入系数，多股导线为1.02；
    l——线路长度，m；
    A——导线截面，mm2；
    ρ20——导线温度为20℃时的电阻率，铜芯线取1.72×10-6，Ω·cm；
    α——电阻温度系数，铜取0.004；
    θ——导线实际工作温度，取θ=45℃；
    I——计算电流，A，每个防火阀的开启电流约0.7A，若需要开启防火阀的楼层在同一个加压段时，开启电流为0.7×3=2.1A。
    下面按两种工况进行计算，一种是与上述加压送风系统相似的分段，分段垂直配电，最大距离约60m；另一种是由消防控制中心的24V电源供电，不分段垂直配电，设置在39层的加压阀与消防控制中心之间的距离约为200m，计算结果见表1。

表1 两种工况下的线路电压损失

    经过计算对比发现，若由消防控制中心的24V电源通过控制模块供电，配电距离远、线路电压损失大，无法满足正常运行时用电设备端子处电压偏差允许值为5%的要求；即使增大导线截面可以减小电压损失，但在配电回路所带防火阀较多时，防火阀动作时产生的大电流对火灾自动报警系统的稳定运行影响较大。因此，这个工程实例中，设置的加压风机及防火阀配电系统如图5所示。

图5 前室加压风机及电动阀配电系统

    图5中，在消防加压风机的配电箱内设置3个电动阀电源回路，分段垂直配电给与该风机相关的电动阀，由消防控制中心提供模块的电源和控制信号，由此将外部设备的电源与模块的电源分开，既满足了电动阀配电线路的电压损失在允许范围内，又保证了模块的正常工作。
    当建筑平面面积较大时，电动防火阀的配电也可以参照此例的做法，其电源引自每个防火分区内消防排烟风机的配电控制箱，控制线路根据消防排烟风机控制要求设置。
    2.3 小结
    以上2个工程实例在现场系统测试时，各个电动防火阀均可以根据控制要求正常动作，给整个消防排烟、加压系统的有效运行奠定了良好的基础。
    3 结语
    随着社会经济的快速发展，超大面积或超高层建筑如雨后春笋般出现，建筑物内新增系统愈来愈多，设备数量越来越庞大，作为建筑电气专业设计人员，我们应根据建筑和其它设备专业的具体要求灵活处理，提高消防电气系统的设计水平，为社会经济发展、人民安居乐业创造良好的消防安全环境。