应急照明系统的安全性和节能的思考

鞠永健

(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，上海 200092)

引言

应急照明是火灾及其他灾害发生时人员疏散及逃生必备的重要环节，其电源选择、供电时间、线路敷设、灯具选型、控制形式包括智能型应急照明控制系统等已有不少的论述。但是笔者每次在校审设计文件中对现场应急灯具采用220V电源的安全性始终担忧，对目前应急照明电源系统的节能产生疑惑。下面笔者就其系统如何提高安全性和更好的节能作一些论述。

1 应急照明系统的要求[1-6]

高层建筑的楼梯间、防烟楼梯间前室、消防电梯间及其前室、合用前室和避难层(间)，观众厅、展览厅、多功能厅、餐厅和商业营业厅等人员密集的场所，公共建筑内的疏散走道和居住建筑内走道长度超过20m的内走道应设置应急照明；一类高层居住建筑的疏散走道和安全出口处应设灯光疏散指示标志。

多层建筑除住宅外的民用建筑、厂房和丙类仓库的封闭楼梯间、防烟楼梯间及其前室、消防电梯间的前室或合用前室，观众厅，建筑面积超过400m2的展览厅、营业厅、多功能厅、餐厅，建筑面积超过200m2的演播室，建筑面积超过300m2的地下、半地下建筑或地下室、半地下室中的公共活动房间，公共建筑中的疏散走道应设置消防应急照明灯具。

多层和高层的消防控制室、消防水泵房、自备发电机房、配电室、防烟与排烟机房以及发生火灾时仍需正常工作的其它房间的应急照明，仍应保证正常照明的照度。

除机械式立体汽车库外，汽车库内应设火灾应急照明和疏散指示标志。

人民工程消防疏散照明灯应设置在疏散走道、楼梯间、防烟前室、公共活动场所等部位。

2 应急照明电源系统常用的形式

图1系统中ATSE1、ATSE2由接触器组成，出线回路微断上并联接触器；图2系统中ATSE1、ATSE2均采用一体化自动转换开关(以下简称转换开关)。限于篇幅，图1系统中ATSE1采用转换开关，出线回路微断上并联接触器的系统不再赘述。图3中L1、L2电源分别引自图1或图2系统的正常和强切出线回路。图4中X1和X2电源分别引自图1或图2系统中ATSE1和ATSE2开关的下桩头，检测市电状况和提供切换电路的电源。按《民规》13. 9. 12条第4款 “备用照明和疏散照明，不应由同一分支回路供电”的要求，图中疏散照明与应急照明分设回路，并通过消防控制室的自动火灾报警系统及现场的控制模块实现电源切换。

注：中心线框内为EPS电源与控制部分

注：中心线框内为EPS电源与控制部分

灯1-走廊应急照明灯(平时可控应急时亮) 灯2-走廊应急照明灯(平时不亮应急时亮) 灯3-疏散指示标志灯(平时和应急时都亮)

注：K为控制模块中继电器触点

3 应急照明电源系统存在的安全问题

3.1 24V安全电压供电线路压降计算与使用条件

在火灾确认后，消防控制室的火灾自动报警系统将强制切断非消防设备的电源，但作为消防设备的应急照明系统仍将坚持工作，这时消火栓系统和自动喷淋系统或消防车的水可能四溅，尤其是安装在消火栓按钮附近的应急照明，若采用220V市电或集中电源型的应急照明系统可能直接造成消防或逃生人员的危险。因此，有文献[9]指出国外应急照明灯具无论是集中还是内附蓄电池均应采用IP54防护型；照明灯具应采用24V的安全电压。前者需要灯具满足使用或装饰的要求由制造商解决，后者其电压降必须满足GB 50052—2009《供配电系统设计规范》第5.0.4条的规定：±5%额定电压的要求。笔者通过交流24V电压损失下线路负荷矩的计算如表1所示。

表1 交流24V电压损失下线路负荷矩(单位：W·m)Table 1 Load moment of 24V AC line voltage under loss (Unit: W·m)

下面以一幢4万多平方25层的办公楼为例，作一些简单的计算。应急照明光源为LED, cosφ为0.95，疏散指示灯1W/盏，应急照明灯5W/盏，按规范每一供电回路灯数量应不多于≤25盏。

(1) 一般地下车库的建筑面积较大，防火分区也多。按《民规》第13.9.12条第1款规定，应按防火分区设置末端双电源自动切换应急照明配电箱，提供该分区内的备用照明和疏散照明电源。现车库内某一防火分区应急灯和疏散指示灯各为20盏，则

①应急灯

P1=20(盏)×5(W)=100W，L1=20(盏)×12m=240m，P1L1=100×240=24000>4032，采用6 mm2导线都不能满足线路压降的要求。

②疏散指示灯

P2=20(盏)×1(W)=20W，L2=20(盏)×12m=240m，P2L2=20×240=4800>4032，但20盏疏散指示灯分两路，P2L2=10×240=2400<2728，4 mm2导线就能满足线路压降的要求。

(2)标准层面积约1200m2，应急灯和疏散指示灯各为12和18盏：

①应急灯P1=12(盏)×5(W)=60W，L1=12(盏)×13m=156m，P1L1=60×156=9360>4032，采用6 mm2导线都不能满足线路压降的要求，则

②疏散指示灯

P2=18(盏)×1(W)=18W，L2=18(盏)×12m=216m，P2L2=18×216=3888<4032，采用6 mm2导线能满足线路压降的要求。

由以上分析可得出结论：无论是大面积的车库还是狭小的走道，疏散指示灯是可以通过导线截面或灯具的数量(功率)的调整来满足电压降要求；应急照明灯若采用6 mm2以上截面的导线在暗敷时可能会有困难，若要采用24V安全电压，只能在灯具上附加24V的电池作为应急电源。因此目前有些集中电源型应急照明系统采用24V供电时，应首先验算线路压降是否满足规范要求。

3.2 灭火时220V电源不能快速切断的安全隐患

(1)220V应急照明供电时间和灭火时切断电源的必要性

允许疏散时间[7]是指建筑物发生火灾后，使处于危险区域的人员安全撤离火场并抵达安全区域所需的时间，一般只有几分钟，因为时间过长人员的疏散难以得到可靠的保证。对高层民用建筑允许疏散时间通常只有5～7 min；对一、二级耐火等级的公共建筑，允许疏散时间6 min；对三、四级耐火等级的建筑，允许疏散时间2～4 min。影响人员疏散时间的主要因素是火灾的轰燃、高温烟气及缺氧对人员的威胁、建筑构件的倒塌破坏。根据高温烟气及缺氧对人员的威胁火场伤亡的统计，火灾条件下人员伤亡的原因多数是由于烟气中毒、高温或缺氧造成的。而火场上出现有毒的烟气、高温或严重缺氧的时间，由于种种条件的不同而有早、有晚，少则5～6 min，多则10～20 min，这是影响安全疏散、决定允许疏散时间的重要因素，即这段时间内应急照明是应该保证供电的。

(2)《公安消防部队执勤战斗条令》中切断电源的规定

公安部2009年5月26日颁布的《公安消防部队执勤战斗条令》第三章第三节第七十条规定：指挥员到达火场后，应当立即组织火情侦察，……应当查明下列情况：消防控制中心和内部消防设施启动及运行情况，现场有无带电设备，是否需要切断电源；第七十九条规定：火灾扑救中，应当按照下列基本要求，做好参战人员的安全防护，严防人员伤亡：……对火场内带电线路和设备应当视情采取切断电源或者预防触电的措施。

由此可知：①火灾现场人员逃生是有时限的，最长的时间是20 min。这就是应急照明中疏散照明最少持续供电时间30分钟的缘故。②应急照明采用220V电源对灭火救援人员的生命安全是有威胁的，水灭火前应及时切断。英国标准[9]《应急照明》第1部分：应急照明实施规范BS5266-l—2005、《照明应用——应急照明》BSEN 1838—1999中规定：如果应急照明系统是由备用电源供电，除非采用安全电压供电，不然其线路和保护装置需要考虑漏电保护措施。笔者了解到，即使由市电转换为集中型电池电源供电时，其电池的220V强电流仍有伤人的可能，目前已有维修时没有切断电池电源造成上臂伤残的事例。因此，消防人员到达现场在用水枪进行灭火之前会首先检查是否有带电设备。若有，将视情切断电源。通常，若火情不允许在本层人工切除电源时，只能跑到变电所手动切除。由于消防控制室和变电所不在一处(大多数不在一个层面)往往会延误灭火时间。另外，应急照明往往是树干式配电，这样在变电所切除电源可能会影响非火灾区域的应急照明的正常点亮。

由图1和图2电路可知，火灾时消防控制室可根据现场的火情快速切除该区域的应急照明电源，若需要还可再接通电源。其工作原理：火灾确认后，消防控制室通过现场控制模块的继电器触点控制ATSE2的控制器，使其主电路转换至集中型电池电源供电，同时通过进线断路器的分励脱扣器切断市电。水灭火时，消防控制室通过同样的操作，使主电路转换至原市电电源端，由于市电已切断，故整个系统无电源，以此消除灭火时220V电源不能快速切断的安全隐患。反之，水灭火结束时仍可接通电池电源，使应急照明灯点亮。

4 应急照明系统存在的节能问题

4.1 接触器类和转换开关类ATSE配电系统比较

图1所示系统电源切换是采用接触器为执行元件，控制电路是用中间继电器或逻辑控制模块组成。这类非标产品的缺点是主电路两个接触器的其中一个长期通电，并需要控制电路始终工作，不节能。长期通电的主电路和控制电路容易出现温升发热、触点粘结、线圈烧毁等故障。其组成元器件较多，产品质量受元器件、制造工艺制约，故障率较高 ，是一种传统型的切换装置。

图2所示系统为转换开关，其触头系统采用“单刀双掷”设计。其优点：为统一设计制造，体积小，结构简单，无需增加机械联锁[10]。转换时间较小，开关采用电机或电磁机构可靠驱动，开关切换的瞬间有电流通过，稳态时无需提供工作电流，节能显著。产品无温升发热、触点粘结、线圈烧毁现象。开关带有机电联锁装置，可实现断相保护、位置置零、延时控制等多种功能，目前为电源切换的主流产品。

4.2 系统出线回路接触器的可靠性和节能问题

为防止继电器和接触器的机械故障，提高触点开闭的可靠性，控制电路常采用“得电常开触点”的方式，如文献[8]中图4《自带电源型消防应急照明灯具火灾时断电强制点亮接线二》。笔者认为应急照明等重要场合采用可靠的方式是完全必要的，这在笔者以往的自动化项目中(尤其在可编程控制器PLC问世以前)经常采纳。但是这种方式，其线圈始终处于通电状态，与节能要求相悖。

以25层高层办公楼为例，应急照明箱地下层为3台，地上层为25台，共28台。其中切换电路接触器A26,线圈功耗为3W，出线回路接触器ESB20为4路,线圈功耗为1.2W，其一年的用电量分别为：

Pe1=3W×28台×24小时×365天=735840 Wh≈736 kWh;

Pe2=1.2W×4路×28台×24小时×365天=1177344 Wh≈1177 kWh。

以上是一幢楼的年耗电量，若千百幢楼随着时间的日积月累耗电是巨大的，由此可知转换开关类的节能效果是显而易见的。

5 结语

通过24V安全电压线路压降的计算，若在5%之内，应首选使用24V电压供电。否则，可考虑灯具自带24V电池电源供电。在消防控制室设置远程控制切断/接通应急照明电源的功能，以便消防人员可按《公安消防部队执勤战斗条令》的规定，在进行水灭火前视情快速切断220V应急照明电源,消除安全隐患。另外，应采用转换开关替代耗电的接触器，更好的节能。

[1] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].第3版.北京：中国电力出版社，2005:543，554.

[2] 公安部沈阳消防研究所.GB17945—2010 消防应急照明和疏散指示系统[S].北京：中国计划出版社，2010.

[3] 公安部四川消防科学研究所.GB50045—95 高层民用建筑设计防火规范([S].北京：中国计划出版社，2005.

[4] 公安部天津消防研究所.GB50016—2006 建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

[5] 中国建筑东北设计研究院.JGJ16-2008 民用建筑电气设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.

[6] 公安部.公安消防部队执勤战斗条令,2009.

[7] 程远平,李增华.消防工程学[M].第1版.徐州：中国矿业大学出版社，2002：126，127.

[8] 邹越华.火灾应急照明设计探讨[J].建筑电气，2013，32(7)：34-40.

[9] 王素军.结合英美标准探讨应急照明设计[J].建筑电气，2008，27(12)：43.

[10] 任红,罗洁,韩全胜,林骥,洪元颐.双电源转换开关电器的选择及应用[J].电气应用，2005，24(8)：1-9,22.