事故、灾后及平时兼用排风机控制设计

０.引言
数据中心作为新一轮技术与产业革命的重要基础设施，方兴未艾。根据建筑的生产使用需求、规模和类型建设不同等级的数据中心，已成为科研、办公等公共建筑设计的基本趋势。中大型数据中心建筑主要的物理空间包括模块机房、高低压变配电室、电池室等，上述空间需采用气体灭火系统。除数据中心外，变配电房、大中型博物馆内的珍品库房也是设计中常见的应用气体灭火系统的场所。气体灭火剂不导电、一般不造成二次污染，是扑救电子设备、精密仪器设备、贵重仪器和档案图书等纸质、绢质或磁介质材料信息载体的良好灭火剂。气体灭火系统起动后，由于防护区内充满灭火剂，人员无法进入，因此须进行灾后排风。同时，冷冻机房、电池室等突然发散大量有害气体或有爆炸危险气体的场所还须设置事故通风。通常，应用灾后排风或事故排风的场所兼有平时通风的需求，多种需求需集成于一台排风机实现。事故、灾后及平时兼用排风机控制与配电与普通排风机有较大差异。现行行业规范与图集鲜有针对此排风机及其电动阀的控制分析。如变配电室、ＭＲＩ机房、厨房、数据中心机房等提出了具有显著借鉴意义的风机配电及控制方案。由于风机运行工况多变，排风机管道电动阀数量较多，控制系统也较为复杂。电气设计往往对各电动阀的功能及运行逻辑不明确，导致设计中将不同功能电动阀混淆，无法实现设计功能。同时，电动阀与排风机并非简单地同时联动起停，实际设计中难以实现复杂的控制要求。

气体灭火系统排风机房平面布置图

电动阀联动连锁运行状态表

１.控制设计要求
灾后排风系统特点是火灾时关闭，灾后快速起动，以便运维人员恢复设备运行。火灾时须保证穿越防火墙的７０℃防火阀关闭，使得防护区内成为一个密闭空间。
尽管灾后排风机应用场景多样，电动阀设置部位及功能多有不同，对于电气设计而言，最重要的是风机及电动阀的起停时机以及起停方式，即何时起停，采用联动还是手动起停。因此，平时（即火灾发生前），气体灭火起动时，火灾结束后这３个时间节点尤为关键。
１.１　两种工况下风机控制要求排风机平面布置图如图１所示。涵盖了多种设置于不同部位、不同功能的电动阀。本节仅以图１为例概述排风机运行要求。
图１左侧为气体灭火防护区１，此区域应用了灾后及平时兼用排风机，该排风机平时手动起停，发生火灾时由气体灭火控制器联动关闭，灾后手动开启，排出气体灭火尾气。图１右侧为气体灭火防护区２，此区域应用了事故、灾后及平时兼用排风机，该排风机平时手动起停；发生火灾时由气体灭火控制器联动关闭，灾后手动开启，排出气体灭火尾气；发生可燃气泄漏事故时，由可燃气报警系统或楼宇自动化（ＢＡ）系统起停。风机控制箱须设置于排风机房内部，与左侧防护区风机共用控制箱。
１.２　按钮箱设置要求
由于风机控制箱设置于设备机房内，控制按钮箱则设置于气体灭火防护区１外，以便灾后人员操作。实际设计中，单个防护区排风机有时也设置于防护区内，此时控制箱可于防护区内方便操作处设置，而按钮箱仍设置于防护区外。根据ＧＢ５００１９-２０１５《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》第６.４.７条，事故通风的通风机应分别在室内及靠近外门的外墙上设置电气开关，以便一旦发生紧急事故时可立即投入使用。因此，气体灭火防护区２兼事故通风防护区在区内、区外分别设置控制按钮箱，且防护区内按钮箱为防爆按钮箱。
１.３　电动阀功能及分类
图１中，两风机涵盖多种功能电动阀／电动排风口（下文统称电动阀），采用ＡＣ２４Ｖ供电：
①电动阀１用于平时排风，要求仅平时开启。
②电动阀２、６设置于防护区下部，用于灾后排风，要求仅灾后开启排出灭火剂，气体灭火时保持关闭使防护区与外界隔绝。
③电动阀３、８为７０℃常开电动防火阀。风管穿越防火墙需设置７０℃防火阀，气体灭火时保持关闭使防护区与外界隔绝。普通的７０℃防火阀需手动复位，操作不便，故应用７０℃电动防火阀，可采用按钮控制。此电动阀要求平时常开，火灾时关闭，灾后开启。
④由于风机１、２共用风管，电动阀４、７用于分离支管，要求与相应风机连锁起停。
⑤电动阀５用于平时及事故通风，要求仅平时与事故通风时开启。
⑥电动阀９设置于防护区补风口，用于灾后补风，要求仅灾后开启。电动阀运行状态如表１所示。

虽然上述电动阀用途各不相同，但是起停时机相同的电动阀可采用相同控制方式。根据电动阀不同起停时机，可将上述电动阀分为以下３类：①平时常开、火灾时关闭，灾后保持关闭的电动阀，如１、５号电动阀。②平时关闭、仅灾后开启的电动阀，如２、６、９号电动阀。③平时常开，火灾时关闭，灾后开启的电动阀如３、４、７、８号电动阀。
２.控制流程
根据上述风机运行要求，本节描述了防护区内各时段风机与上述３类电动阀的控制流程。
２.１　灾后及平时兼用排风机平时状态下，风机１用于平时通风，由防护区外按钮箱或控制箱手动起停。为解决电动阀１灾后不与风机联动，需手动关闭问题，电动阀１设置手自动转换开关，转换开关安装于防护区外控制按钮箱上。转换开关平时设置于自动状态，风机起动时打开电动阀，停止时关闭电动阀。电动阀２设置起停开关，开关安装于防护区外控制按钮箱上。起停开关平时设置于关闭状态；电动阀３和４则于风机连锁起停。火灾时，气体灭火控制器接到火灾发生信号，联动关闭风机１。此时电动阀１、３、４联动关闭，而电动阀２保持关闭。气体灭火完成后，由运维人员将电动阀１设置于手动状态，灾后通风前关闭该电动阀，通过起停按钮开启电动阀２，并手动开启风机１，此时电动阀３、４联动开启，进行灾后排风。灾后排风结束后，系统重新进入平时状态。气体灭火防护区１风机及电动阀控制流程如图２所示。

２.２　事故、灾后及平时兼用排风机
风机２相较于风机１增加了事故通风功能。发生事故时，风机２由可燃气报警系统或BA系统联动开启，事故发生时电动阀状态与平时通风相同。而平时与灾后时，风机与电动阀控制流程与防护区１对应描述相同。气体灭火防护区２风机及电动阀控制流程如图３所示。

３.配电设计
综合上述控制要求及流程，设计了一种事故、灾后及平时兼用排风机控制箱。
３.１　负荷等级业内对于事故和灾后排风系统是否属于消防负荷，以及如何确定其负荷等级还存在争议。部分设计师认为气体灭火系统与灾后排风属于一套完整体系，应与气体灭火系统同为消防用电设备，其配出电线电缆也应采用耐火电缆。目前普遍认为灾后排风系统不属于消防供电，但应与消防负荷同等级供电。根据国标规范对于“消防用电”的定义，可明确：事故、灾后排风系统均不属于消防设备用电。灾后排风系统无法启动并不会对人员造成人身伤害，因此可以不列入一、二级负荷。根据应用灾后排风场景的重要性，可以适当提升负荷等级。对于事故风机的负荷等级而言，当特定场所有规范规定时，应按规范规定执行；当无规范规定，但涉及工艺设计时，应由工艺设计确定；当既无规范规定，又无工艺设计时，其不应低于火灾自动报警系统的负荷等级。本文配电箱系统图提供了具有通用性的解决方案，若需采用多电源供电可在上级电源适当位置互投。
３.２　通用控制箱一次系统图通用风机控制箱一次接线图如图４所示。

图４中，上述两种典型工况下排风机集中于一控制箱内控制。控制箱采用单回路进线，并配置少量出线。控制箱内配置单相五孔导轨插座，便于检修。电动阀起闭及按钮箱信号由二次回路控制，并预留至气体灭火系统、BA系统接口。实际设计可根据需要增设回路。
设计需详述二次回路控制要求。针对本文风机１，风机平时具备手动起停功能，火灾时由气体灭火系统自动联动停止，并返回信号。电动阀１设置手自动转换开关，转换开关安装于防护区外控制按钮箱上。转换开关平时设置于自动状态，风机起动时打开电动阀，停止时关闭电动阀；气体灭火后，设置于手动状态，灾后通风前关闭该电动阀。电动阀２设置起停开关，开关安装于防护区外控制按钮箱上。起停开关平时设置于关闭状态；灾后通风前该阀设置于打开状态。风机起动时打开电动阀３和电动阀４；停止时关闭电动阀３和电动阀４。针对本文风机２，风机正常工作时由BA自动起／停；事故时由BA自动控制或手动控制。风机火灾时由气体灭火系统自动联动停止，并返回信号。风机事故时由ＢＡ系统自动联动起／停，并返回信号。电动阀５设置手自动转换开关，转换开关安装于防护区外控制按钮箱上。转换开关平时设置于自动状态，风机起动时打开电动阀，停止时关闭电动阀；气体灭火后，设置于手动状态，灾后通风前关闭该电动阀。电动阀６、９设置起停开关，开关安装于防护区外控制按钮箱上。起停开关平时设置于关闭状态；灾后通风前该阀设置于打开状态。风机起动时打开电动阀７和电动阀８；停止时关闭电动阀７和电动阀８。上述所有风机均延时动作于电动阀。
３.３　通用风机控制箱二次控制图通用风机二次控制原理图
如图５所示。粗线框出部分为按钮箱起停按钮、指示灯及旋钮开关。
（１）风机手动起停：风机通过手动按钮１ＳＦ（或１ＳＦ‘），１ＳＳ（或１ＳＦ’）手动起停。手动按下按钮１ＳＦ（或１ＳＦ‘），继电器１ＫＡ自锁，风机得电运行。手动按下按钮１ＳＳ（或１ＳＦ’），回路失电，风机停止运行。
（２）电动阀３、４与风机联动：风机运行时，时间继电器１ＫＴ得电延时闭合，则指示灯亮，３ＫＡ线圈得电，触点闭合，电动阀３、４联动开启。同理，风机闭合时电动阀联动关闭，并通过继电器１ＫＭ与端子１５５、１５３返回关闭信号。
（３）电动阀１的控制：电动阀１设置手自动转换开关，转换开关安装于防护区外控制按钮箱上。转换开关平时设置于自动状态，控制逻辑与电动阀３、４相同，气体灭火后，设置于手动状态，灾后通风前关闭该电动阀。
（４）电动阀２的控制：电动阀２设置起停开关，开关安装于防护区外控制按钮箱上。起停开关平时设置于关闭状态；灾后通风前该阀设置于打开状态。
（５）与气体灭火系统联动：１４９、１５１端子至气体灭火系统，火灾时气体灭火系统发出信号，则继电器２Ｋ１得电断开，风机联动停止，并返回关闭信号。
３.４　箱体门面图
为了更直观体现设计，根据上述控制箱系统图及二次控制原理图，箱体门面图如图６所示。
图６（ａ）为控制箱门面图，图６（ｂ）为风机１的按钮箱门面图。
４.结语
事故、灾后通风及平时通风多功能兼用风机是数据中心机房等空间的重要安全保障设施，其配电及控制设计缺乏统一做法。设计实践中，排风机及其电动阀设置有所不同，电气设计可在上述一次、二次图基础上根据布局特点及设备功能进行深化设计。