非集中控制型应急照明系统的设计与实施

2017-01-12张孟尧杨志超李永刚

现代建筑电气 2016年12期

关键词：双头集中控制灯具

张孟尧, 杨志超, 李永刚

(1.中联西北工程设计研究院有限公司, 陕西西安 710082;2.中建六局土木工程有限公司, 天津 300457)

非集中控制型应急照明系统的设计与实施

张孟尧1, 杨志超1, 李永刚2

(1.中联西北工程设计研究院有限公司, 陕西西安 710082;2.中建六局土木工程有限公司, 天津 300457)

应急照明是建筑电气照明系统的重要组成部分,其供电可靠性要求高。根据GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》等国家规范、行业标准对应急照明的要求,从设计和施工的角度对非集中控制型应急照明和疏散指示系统的实施和存在的问题进行了探讨,并提出解决方案。

应急照明; 消防联动; 强制启动; 智能疏散

0 引言

应急照明是因正常照明电源失效而启用的照明。国家标准GB 50034—2013《建筑照明设计标准》将应急照明分为确保正常工作或生活继续进行场所应设置的备用照明;确保处于潜在危险之中的人员安全场所应设置的安全照明;确保人员安全疏散的出口和通道应设置的疏散照明[1]。应急照明担负着停电和火灾等事故状态下的照明及人员的安全疏散等任务,故供电可靠性要求高,但应急灯具种类繁多、质量参差不齐、控制方式多样、联动关系复杂,是设计及施工中的一个难点。受项目成本等因素的影响,安全电压智能型消防应急照明和疏散指示系统还处于过渡推广期,所以当前民用建筑,尤其是住宅、小商业等非大型公共建筑,大多采用的仍是非集中控制型应急照明和疏散指示系统。

本文对非集中控制型应急照明系统的设计和实施中的常见问题进行了分析,给出可实施的解决方案。

1 应急照明及其联动控制要求

鉴于应急照明在建筑中的重要性,相关国家标准和行业规范均对其作出了相关的条文规定。GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》(简称新火规)要求消防联动控制器应具有切断火灾区域及相关区域的非消防电源的功能,当需要切断正常照明时,宜在自动喷淋系统、消火栓系统动作前切断[2]。值得注意的是,新火规对于正常照明的切断方式已明确为宜延时切断,而对于应急照明及其联动控制,第4.9.1条规定:① 集中控制型消防应急照明和疏散指示系统,应由火灾报警控制器或消防联动控制器启动应急照明控制器实现;② 集中电源非集中控制型消防应急照明和疏散指示系统,应由消防联动控制器联动应急照明集中电源和应急照明分配电装置实现;③ 自带电源非集中控制型消防应急照明和疏散指示系统,应由消防联动控制器联动消防应急照明配电箱实现。第4.9.2条规定:当确认火灾后,由发生火灾的报警区域开始,顺序启动全楼疏散通道的消防应急照明和疏散指示系统,系统全部投入应急状态的启动时间不应大于5 s[2-3]。

GB 17945—2010《消防应急照明和疏散指示系统》对消防应急照明和疏散指示系统的组成、消防应急灯具以及其他相关设备的各项技术要求作了规定,当系统控制到灯具时应能将每个消防应急灯具的工作状态反馈至消防控制室,当系统控制到回路时应能将每个回路的消防应急灯具工作状态反馈至消防控制室[4]。

另外,GB 50034—2013《建筑照明设计标准》第7.3.4条规定:住宅建筑共用部位的照明,应采用延时自动熄灭或自动降低照度等节能措施。当应急疏散照明采用节能自熄开关时,应采取消防时强制点亮的措施。

2 应急照明控制方式及存在的问题

应急照明供电设计需根据负荷等级确定,当负荷等级为一级、二级时,规范要求采用两路电源供电,常见的是一路市电+柴油发电机的供电方式或者两路市电的供电方式,而非集中控制型应急照明常采用应急照明配电箱+双电源自动转换开关电器(Automatic Transfer Switching Equipment,ATSE)的形式。

规范要求应急照明在正常供电电源停止供电后,应急电源供电转换时间应满足:① 备用照明不应大于5 s,金融商业交易场所不应大于1.5 s;② 疏散照明不应大于5 s。除在假日、夜间无人工作而仅由值班或警卫人员负责管理外,疏散照明平时宜处于点亮状态[3],所以设计上常采用自带蓄电池的应急照明灯具来保障主备电源切换间隔期内的照明。根据灯具的不同型式(持续型或非持续型,自带电源或不自带电源),应急照明系统常见的控制方式主要有以下几种。

2.1 消防强启触点开关非集中控制

消防强启触点开关非集中控制应急照明原理如图1所示。

图1 消防强启触点开关非集中控制应急照明原理

当项目设有火灾自动报警系统时,可以采用带消防强启触点的开关实现应急照明的控制。图1中a部分应急灯自带应急光源及正常光源,其中正常光源由现场开关S1控制其点亮熄灭,平时作正常照明光源使用,应急光源带蓄电池采用四线制在应急照明箱内控制,火灾事故状态时由消控室通过应急照明强启线强制点亮;图1中b部分应急灯自带蓄电池,仅含一个光源,平时与应急时共用,为持续型灯具,平时由现场开关S2控制,停电或火灾时由蓄电池控制其自动点亮;图1中c部分为疏散出口、方向指示灯及层号灯,均采用三线制,为常明灯;图1中d部分为只含应急光源且带消防强启端子的应急灯,平时不使用,火灾事故状态时由消控室通过灯具的消防强启端子在应急照明配电箱集中强制点亮;图1中e部分为自带蓄电池的应急灯,灯具自身不带消防强启端,由设置于现场的带消防强启端子的开关/声光控开关S3控制,平时和火灾事故状态均由S3控制。

图1中除c部分设计为常明灯外,b部分控制方式多用于火灾时仍需要工作的重要场所(如消防水泵房、生活水泵房、消防风机房、电梯机房等)的备用照明或者安全照明,灯具一般需要自带蓄电池,照度不低于该场所的正常照度。值得注意的是d部分控制方式中的灯具在很多设计图纸中为不带就地控制开关的常暗型应急灯或双头应急灯,为非持续型灯具,如常见的“猫耳灯”,平常充电不工作,停电时由蓄电池点亮,但有很多设计图纸并未对该双头应急灯的接线端子作出规定。施工单位和建设单位经常采购的是单相带三孔插头三线制双头应急灯,这种应急灯只有三个接线端子(L、N、PE),假设其前端应急照明配电箱有两路电源,且柴油发电机自动启动。对其停电、火灾两种事故状态分析如下(正常照明回路不从应急照明箱引接)。

(1) 停电事故状态:正常照明回路提供照明—第一路电源失电—双头灯监测到充电线失电—转入应急照明状态—蓄电池放电点亮双头灯—30 s内第二路电源供电—双头灯监测到充电线恢复供电—双头灯转入正常状态—双头灯熄灭、蓄电池继续充电—正常照明回路提供照明。

(2) 火灾事故状态:平时正常照明回路提供照明—消控室确认火灾状态—切除正常照明负荷(新规范已改为延时切除)—第一路电源失电—双头灯监测到充电线失电—转入应急照明状态—蓄电池放电点亮双头灯—30 s内第二路电源供电—双头灯监测到充电线恢复供电—双头灯转入正常状态—双头灯熄灭、蓄电池继续充电。

由此可见,当工程中应急照明具有双电源时,采用“常见”的三线制双头应急灯在停电事故状态下仅能维持30s以内的应急状态(人为投入备用电源时为从主电源失电至手动启动备用电源的这段时间),除非两路电源均失电,蓄电池才能一直点亮并维持应急状态,显然这已违背双电源的可靠设计初衷。在火灾事故状态下,如果第一路电源短时或长时间未失电,应急灯不点亮,又将一般照明切除,将造成短时或长时间无任何照明的危险状态。由于这种设计应急照明最多只能在转换期内处于应急工作状态,而且无法实现消防时的应急照明强制启动,所以是一种错误的设计。

实际工程中,这样实施的项目在消防验收时总不能实现应急强启,最后施工单位或者设计单位采用给应急照明箱进线断路器或某些出线回路断路器加分励脱扣功能,或者在某些出线回路上加常闭的接触器,再利用DC 24 V消防联动模块在火灾时强制切除断路器或断开接触器的方法来实现“应急照明强启”。这种做法由于切掉了所有的供电电源,应急照明仅靠蓄电池供电,虽然蓄电池的放电时间设计上能满足火灾时最大供电时间要求,但蓄电池的使用寿命短,更新困难,维护保养量大,以目前现状来看,其寿命期满后基本不会更新[5],极大地降低了火灾时应急照明供电的可靠性。

市场上已经有四线制的双头消防应急灯产品,即带PE端、N端、充电L端、强制启动端的产品,只是“常见”的双头应急灯里面的强制启动端是被悬空而未引出。这种灯平时在充电L端有电的情况下无法强制点亮,所以采用双头灯要实现消防应急强启,设计中必须明确灯具为四线制。即使采用了双电源+四线制的双头灯,在停电事故状态下最多也只能能维持30 s以内的应急状态(人为投入备用电源时为从主电源失电至手动启动备用电源的这段时间),当然也可以在停电事故状态下由消控室根据需要强启应急照明,也就是把停电事故状态当做火灾状态处理。由于停电状态下的危险性远小于火灾状态,所以可以在强启的基础上采用“切断”充电线的方法实现停电状态下的应急照明。四线制双头应急灯控制原理如图2所示。

图2中,停电事故状态下应急照明的启动由KM2接触器完成,电源来自J1结点,监测第一路主电(所选ATSE条件允许时也可从ATSE处取无源或有源信号),失电时主触头KM2断开,双头灯点亮,此时即使备用电源已经投切,KM2断开,双头灯仍维持点亮状态。KM1接触器为常规的消防强启接触器(电源需从ATSE后引接),该接法消防事故状态时供电可靠性高,能最大限度地利用第一路和第二路电源。

图2 四线制双头应急灯控制原理

2.2 本地普通开关非集中控制

上述双头应急灯为在双电源情况下的分析,若项目负荷等级较低,应急照明负荷等级为三级,且只有一路电源供电的情况下,则可以用三线制的双头应急灯+停电或消防时延时切断电源(有火灾自动报警系统)/失电自动点亮(无火灾自动报警系统)的方法实现应急照明的控制。本地普通开关非集中控制应急照明原理如图3所示。自带蓄电池应急荧光灯接线如图4所示。这是目前市场上大多数的应急荧光灯接线,S1为平时本地控制开关,灯具内蓄电池平时浮充电,停电时蓄电池自动点亮,消防应急时可用本地开关控制。这种应急灯若要实现消防时的强制启动,则需要采取类似三线制双头应急灯的方法。由于这种应急灯大多安装在一些重要的设备用房用作平常照明兼作应急备用照明,一般仅需要本地控制即可,因此设计中从配电箱至该类型应急灯只需L(兼作充电线)、N、PE三根线(图2中WEn回路)。

图3 本地普通开关非集中控制应急照明原理

图4 自带蓄电池应急荧光灯接线

实际工程中,有的安装人员将接至应急控制器的相线误从本地控制开关的出线端引接,当开关平断开时,蓄电池不能浮充电,埋下了安全隐患,应注意避免。

2.3 本地双控开关非集中控制

除了上述本地单控开关非集中控制外,还可以采用本地双控开关控制应急照明。本地双控开关非集中控制应急照明原理如图5所示。这种控制方法通过将强制启动线接在双控开关的平常关灯位来实现,平时把双控开关当作普通开关来使用,应急时由于强启线带电,均能将开关接通以实现强制启动。由于灯具平时和应急时均使用,所以应选用持续型应急灯具。

图5 本地双控开关非集中控制应急照明原理

自带消防强制启动触点的声光控开关,既能满足平时作为普通开关自动控制、节能的使用要求,又能在消防时通过专用端子强制接通应急照明,常用于住宅门厅、楼梯间、前室、公共建筑走廊等处。

声光控开关分为晶闸管输出和继电器输出两大类,前者电路简单、价格低,但设计图纸中大多未对其分类作技术要求,使实际工程中大量使用晶闸管输出类开关。晶闸管元件用来控制白炽灯等光源的应急灯尚且可行,用来控制节能灯、日光灯等感性负载的应急灯时,由于电压对电流的超前作用,常会出现开关失控或者损坏情况,这也是实际工程中安装的声光控开关在使用过程中大量损坏的重要原因。继电器输出的声光控开关则不存在这个问题,但需要引入中性线,这对于习惯认为开关至灯具之间是两线的设计和施工人员提出了新的要求。为了保证火灾时应急照明供电的可靠性,建议设计及施工中采用继电器类输出的声光控开关。

2.4 智能消防应急照明和疏散指示系统

传统的应急照明和疏散指示系统均是从单相220 V/三相380 V应急照明配电箱(含控制、联动等二次回路)直接接至灯具,各末端灯具基本都采用单相220 V电压供电。火灾事故状态时,由于应急照明灯具上带220 V危险电压,这给用水灭火的消防人员造成一定的危险因素。GB 17945—2010《消防应急照明和疏散指示系统》中将消防应急照明和疏散指示系统分为自带电源集中控制型、自带电源非集中控制型、集中电源集中控制型、集中电源非集中控制型4大类[5],同时14X505《火灾自动报警系统设计规范图示》介绍了其系统原理框图,而且新火规提倡使用智能型消防应急照明和疏散指示系统,更推荐使用应急照明灯具和其控制回路均采用安全电压的系统。该系统优势明显,如各灯具可独立编址,可根据系统分类和灯具类型控制到回路、控制到灯具;能对终端设备或灯具实时在线巡检,显示故障状态及位置,能自动执行月检、年检;火灾时也能根据火灾报警系统的联动信息,及时动态地调整正确的逃生方向。

某大型文化场馆工程中采用的智能型非集中控制应急照明和疏散指示系统,如图6所示。

图6 智能型自带电源非集中控制应急照明和

图6中,电源除接各防火分区的消防电源外,另从对应防火分区的非应急照明配电箱接入一路220 V市电检测线。当现场发生停电事故时,对应区域的应急照明灯具点亮,消防应急状态时,通过屏蔽通信线可实现对现场应急照明灯具的控制。

目前智能型消防应急照明和疏散指示系统尚处于应用推广期,相关产品和技术标准还在进一步完善,有的地方消防审图部门对此系统持谨慎和怀疑态度,认为该系统虽然智能化程度高,但没有经过大量实践应用的检验,所以可靠性有待观察。相信随着产品性能的完善和从业人员认识的提高,这种安全电压型智能应急照明和疏散指示系统会逐渐推广应用。

3 蓄电池灯具应急供电时间

规范对火灾时应急照明最少持续供电时间有要求,如消防控制室、配电室、柴油发电机房、水泵房、消防风机房等为180 min,一般平面疏散区域为30 min,航空疏散场所、避难层为60 min[3]。所以目前许多项目的设计中,当采用自带蓄电池的应急灯具时,均按上述火灾时的最少持续供电时间对灯具蓄电池作放电时间要求。但根据GB 50052—2009《供配电设计规范》第3.0.4条规定,独立于正常电源的专用馈电线路、蓄电池、干电池均可作为应急电源。因此,蓄电池与柴油发电机是两种并列的应急电源。当采用一路市电+柴油发电机组+ATSE为应急照明供电时,可以用灯具的蓄电池维持主备电源转换期间的照明。若将蓄电池的供电时间定为规范要求的最少持续供电时间,虽然可靠性增加,但增大投资,而且蓄电池的大量使用也不符合绿色环保的设计理念。所以应根据不同项目的情况,合理规定灯具蓄电池的供电时间。

4 结语

安全合理、供电可靠、控制方式灵活的应急照明和疏散指示系统对于火灾或停电等事故状态下建筑内人员的疏散和人身安全起着举足轻重的作用。同时它也是建筑电气设计及施工中的难点,应引起重视,而且在新火规颁布实施后,应急照明系统也存在很多待解决的问题,如延时切除正常照明、保证火灾时的顺序启动系统等。只有这些问题在设计上、施工上都有了明确且可实施的解决方法,应急照明系统才能更加可靠。

[1] 建筑照明设计标准:GB 50034—2013[S].

[2] 火灾自动报警系统设计规范:GB 50116—2013[S].

[3] 民用建筑电气设计规范:JGJ 16—2008[S].

[4] 《火灾自动报警系统设计规范》图示:14X505-1[G].

[5] 消防应急照明和疏散指示系统:GB 17945—2010[S].

Design and Implementation of Noncentralize Control Emergency Lighting System

ZHANG Mengyao1, YANG Zhichao1, LI Yonggang2

(1.China United Northwest Institute for Engineering Design & Research Co., Ltd., Xi’an 710082, China;2.China Construction Sixth Engineering Bureau Civil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300457, China)

The emergency lighting is an important part of building electric lighting system,which has the high requirements for power supply reliability.According to the demands for emergency lighting of national standard GB 50116—2013 and industry standards,the implementation and existing problems of noncentralize control emergency lighting system and evacuation system were analyzed and investigated from the perspectives of the design and construction.The corresponding solutions are put forward.

emergency lighting; fire linkage control; forced start; intelligent evacuation system

杨志超(1985—),男,工程师,从事建筑电气设计工作。

李永刚(1984—),男,工程师,从事建筑电气机电安装、施工管理方面的工作。