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浅谈住宅消防负荷计算原则探讨
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摘 要：随着城市化进程建设的快速发展，住宅小区的建设日益增多，在工程设计应用中，通常把全区消防用电设备的共用一套应急电源（一般为应急发电机），如何确定总的计算负荷做为选择应急电源（发电机组容量）的参数之一，是电气设计尚待解决的问题。为此，本文根据相关规范和通常实际管理运行模式，对住宅小区消防用电负荷的计算原则提出探讨。
关键词：住宅小区 消防设备 负荷计算原则

1 引言
当今，为节约用地、节省投资，在满足供电半径要求的前提下，全小区消防用电设备的备用电源共用一套应急发电机组，如何确定全区消防用电设备的计算负荷做为选定发电机组容量的参数之一，是工程设计有待解决的实际问题。
2 消防用电设备分类
消防用电设备按其设计专业、主要用途和服务范围可做分类如表1。
表1* 常用消防用电设备典型分类

* 表中所列内容只为说明问题，不计其完整性。
3 问题的引出
从表1分类显而易见，第1栏服务于整个建筑小区的设备，必定要参与负荷计算。问题的症结在于第2栏、第3栏服务于多个和单个防火分区的消防用电设备的计算负荷，是简单的代数和（不同防火分区同时发生火灾）还是按实际的使用需要考虑（不同防火分区不计同时发生火灾），如果是后者，又如何计算，下面给予推理论证。
4 解决问题的方法
众所周知，按实际使用需求来计算负荷常采用需要系数法，但适用于火灾条件下的需要系数和同期系数在各类规范或设计手册中无从查询。因此，需要系数法行不通，只能采用分析法。
工程设计表明，服务于住宅小区多个防火分区、多栋建筑的一组消防水泵，需要多少消防用水量，同样存在着是否要考虑同时发生火灾的类似问题，前提不一，其消防用水量截然不同。还有，计算防排烟风量也一样有类同的情况。对此，现行的国家规范都有明确的条文可依照解决。
5 从火灾次数引证来类推负荷计算原则一
5.1 同一时间内25万人1次火灾
《建筑设计防火规范》GB50016-2006（以下简称《建规》）根据统计分析，在第8.2.1条中按城市人口数量规定了在同一时间内发生火灾的次数摘录表2。
表2 城市、居住区同一时间内的火灾次数
人数N（万人）
同一时间内的火灾次数（次）
N≤1
1＜N≤2.5
2.5*＜N≤5
5＜N≤10
10＜N≤20
20＜N≤30
30＜N≤40
1
1
2
2
2
2
2
* 规范原文为2，经笔者查证应为2.5。
由表2可见城市或居住区人口数不大于2.5万人，其火灾次数为1次，即：不同地区同时发生火灾的概率为“零”。这里的“1次火灾”《建规》第8.2.1条做了说明，其含义是，城市或居住区的甲地发生火灾，消防队出动去甲地灭火，在消防队的消防车还未归队时，在甲地以外不再发生火灾。事实上，我们关心的是住宅小区在同一发电机组供电系统范围内，一防火分区发生火灾，从为其灭火所需要的相关消防用电设备均启用直至火灾被扑灭，消防用电设备全部重新处于待命状态为止，另外任一防火分区没有因新火源再发生火灾的“1次火灾”。《建规》的“1次火灾”含义还不能完全支持我们所关心的“1次火灾”，因为2.5万人的“甲地”可能由多个防火分区和楼宇林立的建筑群组成，两个或多个防火分区由不同的火源引起的火灾也可理解为《建规》条文说明意义上的“1次火灾”，因此还得进一步推论。
5.2 “1次火灾”仅在一个防火分区内发生
《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001（2005年版）（以下简称《喷规》）第9.1.3条规定“系统的设计流量，应按最不利点处作用面积内喷头同时喷水的总流量确定”，所谓的作用面积是“一次火灾中系统按喷水强度保护的最大面积”，根据《喷规》第5章，其作用面积最大为300㎡，小于现行各类民用建筑设计防火规范规定的一个防火分区的最大保护建筑面积，由此可见“1次火灾”仅局限在一个防火分区内。
5.3 负荷计算原则一
从以上分析可见，由于“1次火灾”仅局限在一个防火分区内，因此，服务于多个防火分区、多栋建筑的自动喷水灭火系统其消防用水仅考虑一个防火分区“1次火灾”所需的供给量，而不考虑不同防火分区同时发生火灾的水量需求。室内消火栓用水量也有类似的结果，不再赘述。比照规范在确定上述消防用水量时的道理即可推出消防用电负荷计算的第一个原则，即：人口数量不大于2.5万人的住宅小区，仅考虑在一个防火分区发生“1次火灾”。
6 从火灾蔓延引证来类推负荷计算原则二
从设计手段上合理划分防火分区，在水平和垂直方向上采用各类防火分隔物给予隔离，可有效阻止火势的蔓延，但火灾蔓延的可能性是一个复杂的不定因素，因此必须分析火灾蔓延对消防负荷计算的影响。
6.1 水平方向火灾蔓延引证
当火灾发生在以常开防火门、窗和防火卷帘分隔的防火分区交界线处，火势可能迅速越过界面沿水平方向蔓延，甚至就是一个火源在两个分区共燃。但如果火灾发生在不是分隔交界线的其它地方，根据《建规》第7.1.3条和第7.1.4条以及《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）（以下简称《高规》）第5.2.1条和第5.2.2条的规定，紧靠防火墙两侧的门、窗洞口之间最近边缘的水平距离不应小于2m；设在转角附近的防火墙，内转角两侧墙上的门、窗洞口之间最近边缘水平距离不应小于4m，这些洞口的间距要求都是火灾实例的总结，实践证明对火势蔓延能起一定的控制作用。
当各单元楼高为错层时，满足《高规》第4.2.2条“两座高层建筑或高层建筑与不低于二级耐火等级的单层、多层民用建筑相邻，当较高一面外墙为防火墙或比相邻较低一座建筑屋面高15.00m及以下范围内的墙为不开设门、窗洞口的防火墙时，其防火间距可不限。”的规定，则相邻单元之间的火势蔓延将最大限度地受到阻止。因此，笔者认为就火灾蔓延而言，只要符合建筑设计防火规范，单元式住宅其每个单元可视为独立一栋建筑，可不考虑基于建筑单元而设置的消防负荷的叠加。
6.2 垂直方向火灾蔓延引证
《高规》第8.3.2条条文说明在引用高层建筑防烟楼梯间加压送风量计算公式l=f、v、n……时，对参数n（同时开启门的数量）做这样的确定，即20层以下取2；20层以上取3。大家知道，从防烟原理出发，为保证楼梯间风压相对正值，其防火门应当常闭，只当人通行时才开启，人过后又自动关闭。因此人员疏散的楼层每层只开一个门，n取2即为着火层和危险较大的上一层，n取3为着火层和邻近的二层。
6.3 负荷计算原则二
由6.1的分析可见，对于同层相邻的多个防火分区当以各类防火分隔物给予分隔时，其水平方向应当而且只需考虑最大两个相邻防火分区基于单个防火分区而设置的消防负荷值的叠加。这两个防火分区，视建筑平面布置，可能仅同层相邻，也可能不仅同层相邻还经它们的交叉重叠区与垂直方向的塔楼或建筑单元相关联。因此，为简化起见，可以把上述两个防火分区视为：一个是按上述原则一求得计算负荷的防火分区，另一个是其它基于单个防火分区设置的消防设备用电量最大的防火分区，而不计它们是否相邻。两个防火分区确定后，将分别求得的计算负荷相叠加即为考虑火灾蔓延影响后的消防用电设备计算负荷。因此，各段消防设备用电量尚应叠加计算。
7 负荷计算原则三
上述两原则仅涉及表1中的动力设备而未论及疏散照明应如何参与负荷计算。参照《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98第6.3.1.6条对火灾应急广播的控制程序，兼顾疏散照明供电系统的组织、消防联动的可控性和留有适当的裕量，本着复杂问题简单化的精神，笔者提出如下原则，即：无论单层有多少个防火分区，按地下各层、地上最大三层、与最大一个塔楼有关的水平、垂直通道，三者同时接通启亮的疏散照明用电负荷值来参与负荷计算。按此取值，当地下室发生火灾时，地下各层、首层为实用电量，地上另二层、塔楼为裕量；首层发生火灾时，本层、二层及地下各层为实用电量，地上另一层和塔楼为裕量；二层及以上楼层发生火灾时，着火层及相邻上、下层（共三层）为实用电量，地下室和塔楼为裕量；塔楼发生火灾时，与塔楼有关的水平、垂直通道为实用电量，其余为裕量。
8 总结
全小区的消防用电设备的计算负荷，将分布在住宅小区不同建筑、不同单元及不同防火分区的各类消防负荷，将上述各原则的计算负荷叠加后（考虑上述原则后不再乘任何系数）即可得，设计师们通常在扩初设计中可根据上述原则进行经验法系数取值。消防工程是一个相对负责的系统工程，涉及多个专业及一定的不确定因数，通常是边应用，边反馈交流，以此改进设计工作。但于作者水平有限，期待读者批评斧正，共同探讨。