應(yīng)急照明系統(tǒng)的安全性和節(jié)能的思考

鞠永健

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

引言

應(yīng)急照明是火災(zāi)及其他災(zāi)害發(fā)生時(shí)人員疏散及逃生必備的重要環(huán)節(jié)，其電源選擇、供電時(shí)間、線路敷設(shè)、燈具選型、控制形式包括智能型應(yīng)急照明控制系統(tǒng)等已有不少的論述。但是筆者每次在校審設(shè)計(jì)文件中對(duì)現(xiàn)場應(yīng)急燈具采用220V電源的安全性始終擔(dān)憂，對(duì)目前應(yīng)急照明電源系統(tǒng)的節(jié)能產(chǎn)生疑惑。下面筆者就其系統(tǒng)如何提高安全性和更好的節(jié)能作一些論述。

1 應(yīng)急照明系統(tǒng)的要求[1-6]

高層建筑的樓梯間、防煙樓梯間前室、消防電梯間及其前室、合用前室和避難層(間)，觀眾廳、展覽廳、多功能廳、餐廳和商業(yè)營業(yè)廳等人員密集的場所，公共建筑內(nèi)的疏散走道和居住建筑內(nèi)走道長度超過20m的內(nèi)走道應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明；一類高層居住建筑的疏散走道和安全出口處應(yīng)設(shè)燈光疏散指示標(biāo)志。

多層建筑除住宅外的民用建筑、廠房和丙類倉庫的封閉樓梯間、防煙樓梯間及其前室、消防電梯間的前室或合用前室，觀眾廳，建筑面積超過400m2的展覽廳、營業(yè)廳、多功能廳、餐廳，建筑面積超過200m2的演播室，建筑面積超過300m2的地下、半地下建筑或地下室、半地下室中的公共活動(dòng)房間，公共建筑中的疏散走道應(yīng)設(shè)置消防應(yīng)急照明燈具。

多層和高層的消防控制室、消防水泵房、自備發(fā)電機(jī)房、配電室、防煙與排煙機(jī)房以及發(fā)生火災(zāi)時(shí)仍需正常工作的其它房間的應(yīng)急照明，仍應(yīng)保證正常照明的照度。

除機(jī)械式立體汽車庫外，汽車庫內(nèi)應(yīng)設(shè)火災(zāi)應(yīng)急照明和疏散指示標(biāo)志。

人民工程消防疏散照明燈應(yīng)設(shè)置在疏散走道、樓梯間、防煙前室、公共活動(dòng)場所等部位。

2 應(yīng)急照明電源系統(tǒng)常用的形式

圖1系統(tǒng)中ATSE1、ATSE2由接觸器組成，出線回路微斷上并聯(lián)接觸器；圖2系統(tǒng)中ATSE1、ATSE2均采用一體化自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)(以下簡稱轉(zhuǎn)換開關(guān))。限于篇幅，圖1系統(tǒng)中ATSE1采用轉(zhuǎn)換開關(guān)，出線回路微斷上并聯(lián)接觸器的系統(tǒng)不再贅述。圖3中L1、L2電源分別引自圖1或圖2系統(tǒng)的正常和強(qiáng)切出線回路。圖4中X1和X2電源分別引自圖1或圖2系統(tǒng)中ATSE1和ATSE2開關(guān)的下樁頭，檢測市電狀況和提供切換電路的電源。按《民規(guī)》13. 9. 12條第4款 “備用照明和疏散照明，不應(yīng)由同一分支回路供電”的要求，圖中疏散照明與應(yīng)急照明分設(shè)回路，并通過消防控制室的自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)及現(xiàn)場的控制模塊實(shí)現(xiàn)電源切換。

注：中心線框內(nèi)為EPS電源與控制部分

注：中心線框內(nèi)為EPS電源與控制部分

燈1-走廊應(yīng)急照明燈(平時(shí)可控應(yīng)急時(shí)亮) 燈2-走廊應(yīng)急照明燈(平時(shí)不亮應(yīng)急時(shí)亮) 燈3-疏散指示標(biāo)志燈(平時(shí)和應(yīng)急時(shí)都亮)

注：K為控制模塊中繼電器觸點(diǎn)

3 應(yīng)急照明電源系統(tǒng)存在的安全問題

3.1 24V安全電壓供電線路壓降計(jì)算與使用條件

在火災(zāi)確認(rèn)后，消防控制室的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)將強(qiáng)制切斷非消防設(shè)備的電源，但作為消防設(shè)備的應(yīng)急照明系統(tǒng)仍將堅(jiān)持工作，這時(shí)消火栓系統(tǒng)和自動(dòng)噴淋系統(tǒng)或消防車的水可能四濺，尤其是安裝在消火栓按鈕附近的應(yīng)急照明，若采用220V市電或集中電源型的應(yīng)急照明系統(tǒng)可能直接造成消防或逃生人員的危險(xiǎn)。因此，有文獻(xiàn)[9]指出國外應(yīng)急照明燈具無論是集中還是內(nèi)附蓄電池均應(yīng)采用IP54防護(hù)型；照明燈具應(yīng)采用24V的安全電壓。前者需要燈具滿足使用或裝飾的要求由制造商解決，后者其電壓降必須滿足GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.0.4條的規(guī)定：±5%額定電壓的要求。筆者通過交流24V電壓損失下線路負(fù)荷矩的計(jì)算如表1所示。

表1 交流24V電壓損失下線路負(fù)荷矩(單位：W·m)Table 1 Load moment of 24V AC line voltage under loss (Unit: W·m)

下面以一幢4萬多平方25層的辦公樓為例，作一些簡單的計(jì)算。應(yīng)急照明光源為LED, cosφ為0.95，疏散指示燈1W/盞，應(yīng)急照明燈5W/盞，按規(guī)范每一供電回路燈數(shù)量應(yīng)不多于≤25盞。

(1) 一般地下車庫的建筑面積較大，防火分區(qū)也多。按《民規(guī)》第13.9.12條第1款規(guī)定，應(yīng)按防火分區(qū)設(shè)置末端雙電源自動(dòng)切換應(yīng)急照明配電箱，提供該分區(qū)內(nèi)的備用照明和疏散照明電源。現(xiàn)車庫內(nèi)某一防火分區(qū)應(yīng)急燈和疏散指示燈各為20盞，則

①應(yīng)急燈

P1=20(盞)×5(W)=100W，L1=20(盞)×12m=240m，P1L1=100×240=24000>4032，采用6 mm2導(dǎo)線都不能滿足線路壓降的要求。

②疏散指示燈

P2=20(盞)×1(W)=20W，L2=20(盞)×12m=240m，P2L2=20×240=4800>4032，但20盞疏散指示燈分兩路，P2L2=10×240=2400<2728，4 mm2導(dǎo)線就能滿足線路壓降的要求。

(2)標(biāo)準(zhǔn)層面積約1200m2，應(yīng)急燈和疏散指示燈各為12和18盞：

①應(yīng)急燈P1=12(盞)×5(W)=60W，L1=12(盞)×13m=156m，P1L1=60×156=9360>4032，采用6 mm2導(dǎo)線都不能滿足線路壓降的要求，則

②疏散指示燈

P2=18(盞)×1(W)=18W，L2=18(盞)×12m=216m，P2L2=18×216=3888<4032，采用6 mm2導(dǎo)線能滿足線路壓降的要求。

由以上分析可得出結(jié)論：無論是大面積的車庫還是狹小的走道，疏散指示燈是可以通過導(dǎo)線截面或燈具的數(shù)量(功率)的調(diào)整來滿足電壓降要求；應(yīng)急照明燈若采用6 mm2以上截面的導(dǎo)線在暗敷時(shí)可能會(huì)有困難，若要采用24V安全電壓，只能在燈具上附加24V的電池作為應(yīng)急電源。因此目前有些集中電源型應(yīng)急照明系統(tǒng)采用24V供電時(shí)，應(yīng)首先驗(yàn)算線路壓降是否滿足規(guī)范要求。

3.2 滅火時(shí)220V電源不能快速切斷的安全隱患

(1)220V應(yīng)急照明供電時(shí)間和滅火時(shí)切斷電源的必要性

允許疏散時(shí)間[7]是指建筑物發(fā)生火災(zāi)后，使處于危險(xiǎn)區(qū)域的人員安全撤離火場并抵達(dá)安全區(qū)域所需的時(shí)間，一般只有幾分鐘，因?yàn)闀r(shí)間過長人員的疏散難以得到可靠的保證。對(duì)高層民用建筑允許疏散時(shí)間通常只有5～7 min；對(duì)一、二級(jí)耐火等級(jí)的公共建筑，允許疏散時(shí)間6 min；對(duì)三、四級(jí)耐火等級(jí)的建筑，允許疏散時(shí)間2～4 min。影響人員疏散時(shí)間的主要因素是火災(zāi)的轟燃、高溫?zé)煔饧叭毖鯇?duì)人員的威脅、建筑構(gòu)件的倒塌破壞。根據(jù)高溫?zé)煔饧叭毖鯇?duì)人員的威脅火場傷亡的統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)條件下人員傷亡的原因多數(shù)是由于煙氣中毒、高溫或缺氧造成的。而火場上出現(xiàn)有毒的煙氣、高溫或嚴(yán)重缺氧的時(shí)間，由于種種條件的不同而有早、有晚，少則5～6 min，多則10～20 min，這是影響安全疏散、決定允許疏散時(shí)間的重要因素，即這段時(shí)間內(nèi)應(yīng)急照明是應(yīng)該保證供電的。

(2)《公安消防部隊(duì)執(zhí)勤戰(zhàn)斗條令》中切斷電源的規(guī)定

公安部2009年5月26日頒布的《公安消防部隊(duì)執(zhí)勤戰(zhàn)斗條令》第三章第三節(jié)第七十條規(guī)定：指揮員到達(dá)火場后，應(yīng)當(dāng)立即組織火情偵察，……應(yīng)當(dāng)查明下列情況：消防控制中心和內(nèi)部消防設(shè)施啟動(dòng)及運(yùn)行情況，現(xiàn)場有無帶電設(shè)備，是否需要切斷電源；第七十九條規(guī)定：火災(zāi)撲救中，應(yīng)當(dāng)按照下列基本要求，做好參戰(zhàn)人員的安全防護(hù)，嚴(yán)防人員傷亡：……對(duì)火場內(nèi)帶電線路和設(shè)備應(yīng)當(dāng)視情采取切斷電源或者預(yù)防觸電的措施。

由此可知：①火災(zāi)現(xiàn)場人員逃生是有時(shí)限的，最長的時(shí)間是20 min。這就是應(yīng)急照明中疏散照明最少持續(xù)供電時(shí)間30分鐘的緣故。②應(yīng)急照明采用220V電源對(duì)滅火救援人員的生命安全是有威脅的，水滅火前應(yīng)及時(shí)切斷。英國標(biāo)準(zhǔn)[9]《應(yīng)急照明》第1部分：應(yīng)急照明實(shí)施規(guī)范BS5266-l—2005、《照明應(yīng)用——應(yīng)急照明》BSEN 1838—1999中規(guī)定：如果應(yīng)急照明系統(tǒng)是由備用電源供電，除非采用安全電壓供電，不然其線路和保護(hù)裝置需要考慮漏電保護(hù)措施。筆者了解到，即使由市電轉(zhuǎn)換為集中型電池電源供電時(shí)，其電池的220V強(qiáng)電流仍有傷人的可能，目前已有維修時(shí)沒有切斷電池電源造成上臂傷殘的事例。因此，消防人員到達(dá)現(xiàn)場在用水槍進(jìn)行滅火之前會(huì)首先檢查是否有帶電設(shè)備。若有，將視情切斷電源。通常，若火情不允許在本層人工切除電源時(shí)，只能跑到變電所手動(dòng)切除。由于消防控制室和變電所不在一處(大多數(shù)不在一個(gè)層面)往往會(huì)延誤滅火時(shí)間。另外，應(yīng)急照明往往是樹干式配電，這樣在變電所切除電源可能會(huì)影響非火災(zāi)區(qū)域的應(yīng)急照明的正常點(diǎn)亮。

由圖1和圖2電路可知，火災(zāi)時(shí)消防控制室可根據(jù)現(xiàn)場的火情快速切除該區(qū)域的應(yīng)急照明電源，若需要還可再接通電源。其工作原理：火災(zāi)確認(rèn)后，消防控制室通過現(xiàn)場控制模塊的繼電器觸點(diǎn)控制ATSE2的控制器，使其主電路轉(zhuǎn)換至集中型電池電源供電，同時(shí)通過進(jìn)線斷路器的分勵(lì)脫扣器切斷市電。水滅火時(shí)，消防控制室通過同樣的操作，使主電路轉(zhuǎn)換至原市電電源端，由于市電已切斷，故整個(gè)系統(tǒng)無電源，以此消除滅火時(shí)220V電源不能快速切斷的安全隱患。反之，水滅火結(jié)束時(shí)仍可接通電池電源，使應(yīng)急照明燈點(diǎn)亮。

4 應(yīng)急照明系統(tǒng)存在的節(jié)能問題

4.1 接觸器類和轉(zhuǎn)換開關(guān)類ATSE配電系統(tǒng)比較

圖1所示系統(tǒng)電源切換是采用接觸器為執(zhí)行元件，控制電路是用中間繼電器或邏輯控制模塊組成。這類非標(biāo)產(chǎn)品的缺點(diǎn)是主電路兩個(gè)接觸器的其中一個(gè)長期通電，并需要控制電路始終工作，不節(jié)能。長期通電的主電路和控制電路容易出現(xiàn)溫升發(fā)熱、觸點(diǎn)粘結(jié)、線圈燒毀等故障。其組成元器件較多，產(chǎn)品質(zhì)量受元器件、制造工藝制約，故障率較高 ，是一種傳統(tǒng)型的切換裝置。

圖2所示系統(tǒng)為轉(zhuǎn)換開關(guān)，其觸頭系統(tǒng)采用“單刀雙擲”設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)：為統(tǒng)一設(shè)計(jì)制造，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，無需增加機(jī)械聯(lián)鎖[10]。轉(zhuǎn)換時(shí)間較小，開關(guān)采用電機(jī)或電磁機(jī)構(gòu)可靠驅(qū)動(dòng)，開關(guān)切換的瞬間有電流通過，穩(wěn)態(tài)時(shí)無需提供工作電流，節(jié)能顯著。產(chǎn)品無溫升發(fā)熱、觸點(diǎn)粘結(jié)、線圈燒毀現(xiàn)象。開關(guān)帶有機(jī)電聯(lián)鎖裝置，可實(shí)現(xiàn)斷相保護(hù)、位置置零、延時(shí)控制等多種功能，目前為電源切換的主流產(chǎn)品。

4.2 系統(tǒng)出線回路接觸器的可靠性和節(jié)能問題

為防止繼電器和接觸器的機(jī)械故障，提高觸點(diǎn)開閉的可靠性，控制電路常采用“得電常開觸點(diǎn)”的方式，如文獻(xiàn)[8]中圖4《自帶電源型消防應(yīng)急照明燈具火災(zāi)時(shí)斷電強(qiáng)制點(diǎn)亮接線二》。筆者認(rèn)為應(yīng)急照明等重要場合采用可靠的方式是完全必要的，這在筆者以往的自動(dòng)化項(xiàng)目中(尤其在可編程控制器PLC問世以前)經(jīng)常采納。但是這種方式，其線圈始終處于通電狀態(tài)，與節(jié)能要求相悖。

以25層高層辦公樓為例，應(yīng)急照明箱地下層為3臺(tái)，地上層為25臺(tái)，共28臺(tái)。其中切換電路接觸器A26,線圈功耗為3W，出線回路接觸器ESB20為4路,線圈功耗為1.2W，其一年的用電量分別為：

Pe1=3W×28臺(tái)×24小時(shí)×365天=735840 Wh≈736 kWh;

Pe2=1.2W×4路×28臺(tái)×24小時(shí)×365天=1177344 Wh≈1177 kWh。

以上是一幢樓的年耗電量，若千百幢樓隨著時(shí)間的日積月累耗電是巨大的，由此可知轉(zhuǎn)換開關(guān)類的節(jié)能效果是顯而易見的。

5 結(jié)語

通過24V安全電壓線路壓降的計(jì)算，若在5%之內(nèi)，應(yīng)首選使用24V電壓供電。否則，可考慮燈具自帶24V電池電源供電。在消防控制室設(shè)置遠(yuǎn)程控制切斷/接通應(yīng)急照明電源的功能，以便消防人員可按《公安消防部隊(duì)執(zhí)勤戰(zhàn)斗條令》的規(guī)定，在進(jìn)行水滅火前視情快速切斷220V應(yīng)急照明電源,消除安全隱患。另外，應(yīng)采用轉(zhuǎn)換開關(guān)替代耗電的接觸器，更好的節(jié)能。

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