淺談消防應(yīng)急照明設(shè)計理念

黃文東 周 勤 中國成達(dá)工程有限公司 成都 610041

近年來，隨著民用建筑和工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的大型化，火災(zāi)對現(xiàn)場工作人員和消防員的安全威脅越來越大。消防應(yīng)急照明系統(tǒng)對火災(zāi)現(xiàn)場人員的安全疏散和消防員安全有著十分重要的作用。因此，電氣設(shè)計人員必須合理設(shè)計消防應(yīng)急照明系統(tǒng)。本文將闡述民用建筑及工業(yè)廠房的消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)計體會。

民用建筑和工業(yè)建構(gòu)筑物的照明設(shè)計涉及以下照明系統(tǒng)：

(1)正常照明：在正常情況下使用的照明。

(2)備用照明：正常照明電源發(fā)生故障時，為確保正常活動繼續(xù)進(jìn)行而設(shè)的照明。

(3)消防應(yīng)急照明(包含疏散指示系統(tǒng))：為人員疏散和發(fā)生火災(zāi)時仍需工作的場所提供照明和疏散指示。

上述各照明系統(tǒng)的設(shè)計各有其特殊性，消防應(yīng)急照明與其他照明的區(qū)別在于，使用環(huán)境、工況不一樣，消防應(yīng)急照明對電源的可靠性要求更高。

1 消防應(yīng)急照明設(shè)計理念和原則

消防應(yīng)急照明系統(tǒng)包括消防應(yīng)急電源、消防應(yīng)急照明配電箱、消防應(yīng)急照明燈具和消防應(yīng)急照明控制器等。由于消防應(yīng)急照明系統(tǒng)對人的生命安全保障有著十分重要的作用，因此確保消防應(yīng)急照明設(shè)計的先進(jìn)性、安全性、可靠性、合規(guī)性及經(jīng)濟(jì)適用性是電氣設(shè)計人員應(yīng)遵循的設(shè)計理念和原則。

消防應(yīng)急照明(包含疏散指示系統(tǒng))的設(shè)計首先要遵循安全性及合規(guī)性設(shè)計理念和原則?！督ㄖO(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2018對建筑物消防應(yīng)急照明設(shè)置及照度要求明確規(guī)定：

(1)10.3.1條規(guī)定，除建筑高度小于27m的住宅外，民用建筑、廠房和丙類倉庫的下列部位應(yīng)設(shè)置疏散照明：① 封閉樓梯間、防煙樓梯間及其前室、消防電梯間的前室或合用前室、避難走道、避難層(間)；② 觀眾廳、展覽廳、多功能廳和建筑面積大于200 m2的營業(yè)廳、餐廳、演播廳等人員密集場所；③ 建筑面積大于100 m2的地下或半地下公共活動場所；④ 公共建筑物內(nèi)的疏散走道；⑤ 人員密集的廠房內(nèi)的生產(chǎn)場所及疏散走道。

(2)10.3.2建筑物內(nèi)疏散照明的地面最低水平照度應(yīng)符合下列規(guī)定：① 對于疏散走道，不應(yīng)低于1.0 lx；② 對于人員密集場所、避難層(間)，不應(yīng)低于3.0 lx；對于老年人照料設(shè)施、病房樓或手術(shù)部的避難間，不應(yīng)低于10.0 lx；③ 對于樓梯間、前室或合用前室、避難走道，不應(yīng)低于5.0 lx；對于人員密集場所、老年人照料設(shè)施、病房樓或手術(shù)部內(nèi)的樓梯間、前室或合用前室、避難走道，不應(yīng)低于10.0 lx。

因此在消防應(yīng)急照明的設(shè)計中，應(yīng)嚴(yán)格按照國家和行業(yè)相關(guān)規(guī)范要求，合理設(shè)計照明系統(tǒng)，選用合適的燈具和照明方式，并驗證是否滿足規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)照度值。

2 消防應(yīng)急照明燈具的設(shè)計選型優(yōu)化比較

在確保消防應(yīng)急照明設(shè)計的安全性和合規(guī)性的前提下，還應(yīng)滿足消防應(yīng)急照明設(shè)計的先進(jìn)性、可靠性及經(jīng)濟(jì)適用性。

現(xiàn)階段常用的消防應(yīng)急照明燈具主要分為兩種，一種是自帶應(yīng)急電源型，一種是集中電源供電型。

在《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51309-2018中，對燈具的選型有明確規(guī)定：

(1)3.2.1第4點指出，設(shè)置在距地面8 m及以下的燈具的電壓等級及供電方式應(yīng)符合下列規(guī)定：① 應(yīng)選擇A型燈具；② 地面上設(shè)置的標(biāo)志燈應(yīng)選擇集中電源A型燈具；③ 未設(shè)置消防控制室的住宅建筑，疏散走道、樓梯間等場所可選擇自帶電源B型燈具。

(2)2.0.3規(guī)定，A型消防應(yīng)急燈具：主電源和蓄電池電源額定工作電壓均不大于DC36V的消防應(yīng)急燈具。

根據(jù)以上規(guī)定，自帶電源型消防應(yīng)急照明燈具在正常電源失電后，燈具由自帶的蓄電池自動供電，燈具包含變壓、穩(wěn)壓、充電、逆變、蓄電池等大量電子元件，應(yīng)急燈具在使用、檢修時均需充放電。此種燈具的優(yōu)點是供電可靠性高、轉(zhuǎn)換迅速、電池故障影響面小。缺點是投資相對較大、持續(xù)照明時間受電池容量限制較大、運行管理及維護(hù)費用要求極高。此種燈具類型多用于規(guī)模較小，應(yīng)急照明燈具較少的建筑內(nèi)。

集中電源供電型消防應(yīng)急照明燈具內(nèi)無獨立電源，正常電源失電后，由集中電源系統(tǒng)內(nèi)蓄電池供電，燈具內(nèi)部電子電路減少，集中電源設(shè)置在消防控制室或配電室內(nèi)，當(dāng)發(fā)生故障時，集中電源系統(tǒng)自動投切。此種燈具的優(yōu)點是便于集中管理、系統(tǒng)可靠性好、燈具使用壽命長、維護(hù)管理方便；缺點是一旦集中電源或線路發(fā)生故障，影響范圍較大。在大型工程項目中，消防應(yīng)急照明燈具數(shù)量較大，選用集中電源供電型消防應(yīng)急照明燈具更優(yōu)。

在工程設(shè)計中，還應(yīng)根據(jù)環(huán)境特征選用相應(yīng)的燈具。在一般民用建筑中，選用普通消防應(yīng)急照明燈具；在有爆炸或火災(zāi)危險場所中，選用防爆型消防應(yīng)急照明燈具；在腐蝕性氣體或蒸汽的場所中，選用防腐型消防應(yīng)急照明燈具等。

3 消防應(yīng)急照明電源的設(shè)計選型優(yōu)化比較

在工程設(shè)計中，要選擇合理的消防應(yīng)急照明供電方式，綜合考慮建筑或工廠的種類、用途、負(fù)荷等級、電源轉(zhuǎn)換時間、應(yīng)急照明燈具持續(xù)供電時間、消防應(yīng)急電源的特點等因素。在《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51309-2018中規(guī)定，消防應(yīng)急照明電源應(yīng)由主電源和蓄電池電源組成，且蓄電池電源的供電方式分為集中電源供電方式和燈具自帶蓄電池供電方式。

對于自帶蓄電池電源型消防應(yīng)急照明燈具，其主電源應(yīng)通過應(yīng)急照明配電箱為燈具供電，當(dāng)主電源斷開后，燈具應(yīng)自動轉(zhuǎn)入自帶蓄電池供電。在工程設(shè)計中，嚴(yán)禁將該類消防應(yīng)急照明回路直接連接在普通照明回路上，否則當(dāng)普通照明回路檢修或故障斷電后，會造成應(yīng)急燈具不能及時充電，一旦發(fā)生火災(zāi)事故斷電，將因應(yīng)急燈具不能及時點亮造成嚴(yán)重后果。

對于集中電源供電型消防應(yīng)急照明燈具，燈具的主電源和蓄電池電源應(yīng)由集中電源提供，且燈具的主電源和蓄電池電源在集中電源內(nèi)部實現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)換后應(yīng)由同一配電回路為燈具供電。

消防應(yīng)急照明電源的轉(zhuǎn)換時間應(yīng)滿足下列要求：① 高危險場所燈具光源應(yīng)急點亮響應(yīng)時間不應(yīng)大于0.25 s；② 其他場所燈具光源應(yīng)急點亮響應(yīng)時間不應(yīng)大于5 s；③ 具有兩種及以上疏散指示方案的場所，標(biāo)志燈光源點亮、熄滅的響應(yīng)時間不應(yīng)大于5 s。

對于消防應(yīng)急照明時間也有規(guī)定，系統(tǒng)應(yīng)急啟動后，蓄電池電源供電的持續(xù)工作時間應(yīng)滿足下列要求：① 建筑高度大于100 m的民用建筑，不應(yīng)小于1.5 h；② 醫(yī)療建筑、老年人照料設(shè)施、總建筑面積大于100000 m2的公共建筑和總建筑面積大于20000 m2的地下、半地下建筑，不應(yīng)少于1.0 h；③ 其他建筑，不應(yīng)少于0.5 h。

以上規(guī)定與《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2018中一致。在《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》GB50160-2018中規(guī)定，消防水泵房及其配電室應(yīng)設(shè)消防應(yīng)急照明，照明可采用蓄電池作備用電源，其連續(xù)供電時間不應(yīng)少于3 h。

綜上所述，在實際工程設(shè)計中應(yīng)根據(jù)不同場所合理選擇消防應(yīng)急電源類型及持續(xù)供電時間。

4 消防應(yīng)急照明控制的設(shè)計方案優(yōu)化比較

消防應(yīng)急照明燈具的控制方式分為集中控制和非集中控制兩大類，不同的控制方式對應(yīng)不同的接線方式。主要有以下幾種典型接線及控制方式。

4.1 消防應(yīng)急照明燈由非集中電源供電的控制接線方式

4.1.1 自帶蓄電池不常亮燈具的控制接線

自帶蓄電池不常亮燈具的控制接線見圖1。

圖1 自帶蓄電池不常亮應(yīng)急燈具接線方式

圖1接線方式中，正常情況下，斷路器閉合，充電線一端接市電，另一端接應(yīng)急燈具自帶蓄電池用作給應(yīng)急燈具的自帶蓄電池充電；電源線一端接市電，另一端接應(yīng)急燈具，可以通過現(xiàn)場控制開關(guān)的合/分，控制燈具點亮/熄滅。在市電失電的情況下，充電線將市電的零壓信號傳送給自帶電池，由自帶電池給應(yīng)急燈具供電，從而達(dá)到啟動應(yīng)急燈具的功能。這是自帶蓄電池且不常亮燈具的控制方式，為保證給應(yīng)急燈具的自帶蓄電池充電，斷路器始終保持閉合狀態(tài)。

4.1.2 自帶蓄電池常亮燈具的控制接線

自帶蓄電池常亮燈具的控制接線見圖2。

圖2 自帶蓄電池常亮應(yīng)急燈具接線方式

圖2接線方式中，電源線兼充電線一端接市電，另一端接應(yīng)急燈具和蓄電池。在市電保持有電的狀態(tài)下，此線既可用作應(yīng)急燈具的電源線，同時可兼作蓄電池的充電線；在市電失電的情況下，可將市電的零壓信號傳送給蓄電池，由電池給應(yīng)急燈具供電，從而達(dá)到啟動應(yīng)急燈具的功能。這是應(yīng)急燈具在充電線失電后自帶蓄電池的強(qiáng)啟方式。開關(guān)保持閉合狀態(tài)，電源線兼充電線一直處于帶電狀態(tài)，能保證應(yīng)急燈具的自帶蓄電池一直處于充電狀態(tài)，同時燈具保持常亮。

4.1.3 自帶蓄電池強(qiáng)啟接線

以上兩種接線方式在充電線失電后自帶蓄電池的強(qiáng)啟方式原理見圖3。

圖3 自帶蓄電池強(qiáng)啟原理

當(dāng)市電帶電時,即充電線處于帶電狀態(tài)，繼電器線圈閉合，此時繼電器常閉輔助觸點處于斷開狀態(tài)，充電線為應(yīng)急燈具自帶蓄電池充電；當(dāng)市電失電，即充電線處于失電狀態(tài)，繼電器線圈分開，此時繼電器常閉輔助觸點處于閉合狀態(tài)，應(yīng)急燈具由自帶蓄電池供電點亮。

4.2 消防應(yīng)急照明燈具由集中電源供電的控制接線方式

4.2.1 集中電源非集中控制接線

集中電源非集中控制接線見圖4。

圖4 一種集中電源非集中控制燈具接線方式

燈具電源引自帶蓄電池的集中電源，正常情況下，斷路器閉合。在非應(yīng)急狀態(tài)下，正常照明線處于帶電狀態(tài)，對于不常亮燈具，與雙控開關(guān)靜觸頭1連接的導(dǎo)線處于有電狀態(tài)，與雙控開關(guān)靜觸頭2連接的導(dǎo)線處于失電狀態(tài)。此雙控開關(guān)非應(yīng)急狀態(tài)下其實是一個單聯(lián)單控開關(guān)，可以實現(xiàn)此應(yīng)急燈具的點亮(打到靜觸頭1)和熄滅(打到靜觸頭2)。對于常亮燈具，正常照明線處于帶電狀態(tài)，常亮燈具一直點亮。在應(yīng)急狀態(tài)下，通過消防強(qiáng)啟信號閉合接觸器，此時靜觸頭1、2均處于有電狀態(tài)，實現(xiàn)燈具強(qiáng)啟。消防強(qiáng)啟的控制原理見圖5。

當(dāng)發(fā)生火警時，消防模塊輸出24V信號，通過繼電器XJ轉(zhuǎn)換為干接點信號，接通接觸器線圈，接觸器常開接點閉合(見圖4)，從而實現(xiàn)應(yīng)急燈具的消防強(qiáng)啟。

4.2.2 集中電源集中控制接線

集中電源集中控制的燈具接線方式見圖6。

圖6 集中電源集中控制燈具網(wǎng)絡(luò)圖

此系統(tǒng)圖為集中電源集中控制的一種網(wǎng)絡(luò)示意圖，整個系統(tǒng)設(shè)置一套消防專用應(yīng)急電源，供每個消防應(yīng)急照明集中電源箱用電，電壓等級為AC220V,如燈具采用A型，需要在照明配電箱中加整流變壓模塊,見圖7。

圖7 集中電源集中控制A型燈具照明系統(tǒng)圖

如燈具采用B型，可采用AC220V直接供電，見圖8。

圖8 集中電源集中控制B型燈具照明系統(tǒng)圖

在應(yīng)急照明集中電源箱中設(shè)置智能燈控模塊，該系統(tǒng)中所選用的燈具均有獨立的地址編碼，通過通訊總線可將每個燈具的地址編碼傳輸至消防控制室中的應(yīng)急照明控制器中，并具備集中控制功能。在非應(yīng)急狀態(tài)下，應(yīng)急照明控制器可以控制每盞燈點亮或熄滅，同時能顯示每盞燈的狀態(tài)；在應(yīng)急狀態(tài)下，應(yīng)急照明控制器可接收來自火警盤的聯(lián)動信號，強(qiáng)制啟動火災(zāi)(或全部)區(qū)域的消防應(yīng)急照明。

5 消防應(yīng)急照明在工業(yè)中的應(yīng)用

隨著工業(yè)化進(jìn)程的飛速發(fā)展，工業(yè)裝置潛在的安全風(fēng)險也在日益增加，特別是在一些易燃易爆的化工行業(yè)中，消防應(yīng)急照明的應(yīng)用就顯得尤為重要。因此依據(jù)國家最新相關(guān)規(guī)范要求，筆者結(jié)合在從事相關(guān)行業(yè)設(shè)計中的體會，在此介紹消防應(yīng)急照明在工業(yè)中的應(yīng)用。

對于一般的工業(yè)裝置，由于工序相對分散，為便于集中管理、控制，首選集中電源集中控制型系統(tǒng)，依據(jù)《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51309-2018，當(dāng)采用集中電源集中控制的消防應(yīng)急照明系統(tǒng)時需注意以下幾點：

(1)應(yīng)急照明配電箱或集中電源的輸入及輸出回路中不應(yīng)裝設(shè)剩余電流動作保護(hù)器,輸出回路嚴(yán)禁接入系統(tǒng)以外的開關(guān)裝置、插座及其他負(fù)載電箱。

(2)集中電源應(yīng)設(shè)置在消防控制室、低壓配電室、配電間或電氣豎井內(nèi)且輸出功率不應(yīng)大于5kW。

(3)A型應(yīng)急照明配電箱的輸出回路不應(yīng)超過8路，B型應(yīng)急照明配電箱的輸出回路不應(yīng)超過12路。

(4)A型燈具配電回路的額定電流不應(yīng)大于6A；B型燈具配電回路的額定電流不應(yīng)大于10A。

消防電源出線回路電壓為220V，由于A型燈具電壓不大于DC36V，應(yīng)選用A型消防應(yīng)急照明集中電源箱，以某化工工程為例，該工程共9個工序，均采用A型燈具，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)圖見圖9。

圖9 某化工工程A型燈具集中電源網(wǎng)絡(luò)控制圖

在圖9中，消防應(yīng)急照明系統(tǒng)由應(yīng)急照明控制器、消防應(yīng)急電源柜、A型消防應(yīng)急照明集中電源箱等組成。A型消防應(yīng)急照明集中電源箱的系統(tǒng)圖，參見圖7。

由于該工程中大多為工業(yè)類廠房、裝置，在布置上比民用建筑相對更復(fù)雜，所以在照明回路優(yōu)化設(shè)計時難度大。因線路長短不一，需考慮電壓降的影響，在設(shè)計每個照明回路時，需要根據(jù)每個回路中燈具的數(shù)量、容量、供電距離、燈具允許電壓降燈，合理配置。

不同類型的燈具，正常使用時允許的最低電壓不同，如本工程中，所選用的燈具要求壓降率不大于20%，壓降率計算公式為：

ΔU%=2ρPL/(U2S)

式中，ΔU%為壓降率;P為回路功率(例如某消防應(yīng)急照明回路功率P=75 W),W；L為線路長度，m；U為線路電壓，本工程為DC36V；S為導(dǎo)線截面，本工程為2.5 mm2；ρ為70℃銅線電阻率0.02064。

為保證末端燈具正常點亮，則該回路最末端的壓降率應(yīng)不大于20%，因此該回路最大允許供電線距離為：

L=ΔU%(U2S)/(2ρPL)=

0.2×(362×2.5)/(2×0.02064×75)=209 m

在工程設(shè)計中，應(yīng)考慮以上相關(guān)因素，合理設(shè)計照明回路。另外，針對工業(yè)廠房，目前市面上具備消防認(rèn)證的防爆類消防應(yīng)急照明電源設(shè)備有待繼續(xù)完善，期望可以通過設(shè)備技術(shù)水平的提升，使消防應(yīng)急照明設(shè)計及應(yīng)用更加安全可靠。

6 結(jié)語

本文結(jié)合國家相關(guān)最新規(guī)范，以及筆者在工程設(shè)計中的實踐，闡述消防應(yīng)急照明的設(shè)計理念，希望能對今后的相關(guān)工程設(shè)計具有一定的借鑒意義。