关于《民用建筑电气设计标准》
24V消防应急广播系统
在实际设计上的一些分析
文/赵芃
（中国航空规划设计研究总院有限公司,北京）
引言
《民用建筑电气设计标准》GB 51348—2019 已于2020年8月1日实施,该规范第 13.3.6 条第四款提出了消防应急广播馈线电压宜采用 24V 安全 电压的设计要求。由于现阶段市场上罕有支持以上电压等级的消防应急广播产品,故本文仅从假设有对应产品的情况下,从声压级以及线路衰减的角度分析实际设计时需要注意的一些问题。
从满足消防应急广播声压级角度出发
首先,从满足消防应急广播声压级角度出发,分析满足消防应急广播馈线电压采用 24V 安全电压的可行性。
2019 版《民用建筑电气设计标准》颁布前,广播系统(含应急广播系统)的主要设计标准是《公共广播系统工程技术标准》GB 50526(该标准最新版本为2021年版,已于2021年4月发布、并于2021年10月实施)。该规范中针对紧急广播系统提出了应备声压级的要求(不小于86dB)。根据该规范术语章节 2.0.23 条相关内容可知,应备声压级是指公共广播系统在广播服务区内应能达到的稳态有效值广播声压级的平均值,其计算方式可从该规范第5.5.2 条中查得,如式(1)所示:
同时,根据《民用建筑电气设计标准》GB 51348—2019 式 F.0. 3:
可以简单得出式(3):
式中, LP 为单独扬声器在其距离r的测量点可达到的最大声压级,dB; WE 为该扬声器的实际电功率,W; LS为该扬声器的特性灵敏度级,dB;r为测量点到扬声器的距离,m。
为模型简单化,下文的计算仅考察单个扬声器声压级的影响,不考虑多个扬声器声场的叠加;考虑到实际设计中的扬声器设置密度,将单个扬声器的覆盖半径定义为 15m(大空间无隔墙)或 10m(存 在走廊隔断)。另外,由于现阶段市场上罕有支持 以上电压等级的消防应急广播产品,故以下假定情景模式下的扬声器功率按照标准编制组关于 13.3.6 条 “消防应急广播馈线电压宜采用 24V 安全电压” 相关提问的回复“当功放输出 24V,采用 2.5mm2 铜芯导线时,经测算带 40 只 3W 扬声器传输 300m 是没有问题的(线路衰耗 1.5dB)”,所给定的单个扬声器功率(3W)进行数据代入。
(1)假设一个设有火警系统的多层民用建筑, 其某层防火分区面积为 2000m2 且无隔墙,内部均匀设置兼用于消防应急广播的吸顶扬声器,每个扬声器功率为 3W。设距离单独一个扬声器第一测量点为距离扬声器 1m 远位置、第二测量点为距离扬 声器 7m 远位置、第三测量点为距离扬声器 13m 远位置,扬声器特性灵敏度值为 90dB,将以上数值带入式(3),可以得到 LP1=94.8dB, LP2=77.9dB, LP3=72.5dB;将得到的 LP 数值带入式(1)中的 Li ,即可 得到该扬声器的 La=90.1dB,可见在该中情景下,一般情况下扬声器应备声压级均可满足规范要求。
(2)如果该区域隔墙存在玻璃隔断或轻质隔墙等分隔(隔断或隔墙的隔声能力取 15dB消防广播系统,办公室进深设定为 8m),在仅将扬声器均布于走廊时,设距 离单独扬声器第一测量点为距离扬声器 1m 远位置 (位于走廊)、第二测量点为距离扬声器 3m 远位置 (位于办公室内)、第三测量点为距离扬声器 9m 远位置 ( 位于办公室内)、 扬声器特性灵敏度值为 90dB,将以上数值带入式(3) ( LP2 、LP3 为考虑经玻璃隔断衰减之后的值),可以得到 LP1=94.8dB, LP2=70.2dB, LP3=60.7dB。将得到的 LP 数值带入式 (1) 中 的 Li ,则 可得到此时该扬声器的 La=90. 0dB消防广播系统,可见在该种情景下,应备声压级可满足规范要求。但是,考虑到实际使用工况下的背景噪声值一般都超过 50dB,故最远点的播放声压级可能无法高于背景噪声值 15dB,不满足《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116—2013 中第 6.6.1 条第 2 款的要求。因此,当一个建筑物内存在隔断或隔墙、且其进深超过一定距离时,需要于房间内单独增加扬声器,从而导致该广播回路的整体功率上升。
由上文分析可见,采用标准编制组相关回复中所给出的“3W 功率扬声器”可以实现现行规范所要求的声压级。但由于越低功率的扬声器,其符合规范要求的应备声压级临界半径越小(尤其是存在隔墙等情况下),故复杂场景下,24V 安全电压系统下 的扬声器终端数量可能更多,较可以采用更高功率扬声器的 100V 电压系统。
从满足线路衰减要求角度出发
从满足线路衰减要求角度出发,分析满足消防应急广播馈线电压宜采用 24V 安全电压的可行性。《公共广播系统工程技术标准》 GB / T 50526—2021 的第 3.5.4 条对室内公共广播系统的传输线路衰减值做出了不宜大于 3dB 的要求,该条款的条文说明给出了关于传输距离、负载功率、线路衰减和传输线路截面的关系式,如式(4)所示:
然而,按照上文提到的编制组的回复,如果将 功放输出 24V、 负载扬声器总功率 120W、传输 0.3km、铜导体电阻率 18.4Ω·mm2/km、线路衰耗 1.5dB 的条件带入式 ( 4), 得到的线缆截面 S=12.2mm2 ,而不是 2.5mm2。从另一个角度出发,将功放输出 24V、负载扬声器总功率 120W、传输线路 截面 2.5 mm2 、铜导体电阻率 18.4Ω·mm2/km、线路衰耗 1.5dB 的条件带入式(4)反算,可以得到传输距离 L=61m;将线路衰耗放宽至《公共广播系统工程技术规范》GB 50526—2021 第 3.5.4 条所要求的下限 3dB,得到的传输距离 L=135m。
经以上分析可以得出,编制组回复中,关于 24V 应急广播系统的传输距离与线缆截面关系的举例有一定存疑。如果想达成线路衰减不大于 3dB 的要求,在采用 2.5mm2 铜芯导线时,需要将功率、传输距离之乘积控制在 16142W·m 之下。
为解决以上矛盾,笔者认为,可以采取两种方式来满足以上规范所提出的要求。
(1)限制功率法
将公共广播系统及消防应急广播系统划分为更加细碎的广播分区以减少单条广播回路的总功率以尽量延长传输距离。
由于《 火灾自动报警系统设计规范》GB 50116—2013 中第 4.8.8 条要求消防紧急广播必须全楼同时播放,而《建筑设计防火规范 ( 2018年版)》GB 50016—2014 中 5.5.21 条对建筑疏散楼 梯宽度仅按照最大一层人数计算,故一般公共工程中基本都是将广播分区与建筑防火分区或自然楼 层绑定设计,以方便一般情况及紧急状况下分层播放不同指示音源的需求(非着火层的人员疏散实际会侵占楼梯间竖向疏散路径,实际上迟滞着火层本层的人员疏散工作,因此笔者认为,最好是将紧急 广播音源按照着火层、相邻层、其他层做分区处理, 以指导人员的有序疏散)。
既然需要控制功率、传输距离的乘积,在传输距离无法减小的情况下,减少单个回路的总功率就 成为一个必然的选择。按照前文计算,单回路带 20 个左右的 3W 扬声器可能是公共建筑中比较合适的一个回路配置,但是此种设置方式不太适用于工业建筑(因为工业建筑的背景噪声值一般较高,需要 使用更高功率、更高灵敏度的壁挂或号桶型设备, 且传输距离一般会长于公共建筑)。
(2)功放设备后移法
将消防应急广播功率放大器从消防监控室位置后移至弱电间以减少 24V 回路的实际长度。
此种方式比较适用于网络型广播系统,位于消防监控室的广播服务器将数字信号以网络方式传 送至弱电间内的数字功放设备(或采用网络化终端 +功放的设备组),再由该功放输出 24V 信号至广播 回路。功放后移的做法大大减少了实际传输距离, 因此可以单回路配置更多的扬声器单元,但是消防 应急广播功放设备本身安全性的保障又会带来新的问题。
《建筑设计防火规范》 GB 50016—2014 中 10.1.10 条对消防配电线路与其他配电线路共井敷设提出了分两侧分别布设的要求,以提高消防线路的安全性,而消防应急广播设备亦存在类似的问题。
实际设计中,可以考虑将消防应急广播功放设备与其他弱电设备按弱电间分层设置的方式,也可考虑将消防应急广播功放设备与其他弱电设备于同一弱电间内设置、但两者保持一定的间距以提高安全性。
作者简介
赵芃,高级工程师。
本文引用格式：
[1]赵芃.关于《民用建筑电气设计标准》24V消防应急广播系统在实际设计上的一些分析[J].智能建筑电气技术,2022,16(06):144-146.
本文刊登于《智能建筑电气技术》杂志
2022年12月刊
微信推文与论文略有不同
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