浅谈消防应急照明设计理念

黄文东 周 勤 中国成达工程有限公司 成都 610041

近年来，随着民用建筑和工业生产规模的大型化，火灾对现场工作人员和消防员的安全威胁越来越大。消防应急照明系统对火灾现场人员的安全疏散和消防员安全有着十分重要的作用。因此，电气设计人员必须合理设计消防应急照明系统。本文将阐述民用建筑及工业厂房的消防应急照明系统的设计体会。

民用建筑和工业建构筑物的照明设计涉及以下照明系统：

(1)正常照明：在正常情况下使用的照明。

(2)备用照明：正常照明电源发生故障时，为确保正常活动继续进行而设的照明。

(3)消防应急照明(包含疏散指示系统)：为人员疏散和发生火灾时仍需工作的场所提供照明和疏散指示。

上述各照明系统的设计各有其特殊性，消防应急照明与其他照明的区别在于，使用环境、工况不一样，消防应急照明对电源的可靠性要求更高。

1 消防应急照明设计理念和原则

消防应急照明系统包括消防应急电源、消防应急照明配电箱、消防应急照明灯具和消防应急照明控制器等。由于消防应急照明系统对人的生命安全保障有着十分重要的作用，因此确保消防应急照明设计的先进性、安全性、可靠性、合规性及经济适用性是电气设计人员应遵循的设计理念和原则。

消防应急照明(包含疏散指示系统)的设计首先要遵循安全性及合规性设计理念和原则。《建筑设计防火规范》GB50016-2018对建筑物消防应急照明设置及照度要求明确规定：

(1)10.3.1条规定，除建筑高度小于27m的住宅外，民用建筑、厂房和丙类仓库的下列部位应设置疏散照明：① 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、避难走道、避难层(间)；② 观众厅、展览厅、多功能厅和建筑面积大于200 m2的营业厅、餐厅、演播厅等人员密集场所；③ 建筑面积大于100 m2的地下或半地下公共活动场所；④ 公共建筑物内的疏散走道；⑤ 人员密集的厂房内的生产场所及疏散走道。

(2)10.3.2建筑物内疏散照明的地面最低水平照度应符合下列规定：① 对于疏散走道，不应低于1.0 lx；② 对于人员密集场所、避难层(间)，不应低于3.0 lx；对于老年人照料设施、病房楼或手术部的避难间，不应低于10.0 lx；③ 对于楼梯间、前室或合用前室、避难走道，不应低于5.0 lx；对于人员密集场所、老年人照料设施、病房楼或手术部内的楼梯间、前室或合用前室、避难走道，不应低于10.0 lx。

因此在消防应急照明的设计中，应严格按照国家和行业相关规范要求，合理设计照明系统，选用合适的灯具和照明方式，并验证是否满足规范要求的标准照度值。

2 消防应急照明灯具的设计选型优化比较

在确保消防应急照明设计的安全性和合规性的前提下，还应满足消防应急照明设计的先进性、可靠性及经济适用性。

现阶段常用的消防应急照明灯具主要分为两种，一种是自带应急电源型，一种是集中电源供电型。

在《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》GB51309-2018中，对灯具的选型有明确规定：

(1)3.2.1第4点指出，设置在距地面8 m及以下的灯具的电压等级及供电方式应符合下列规定：① 应选择A型灯具；② 地面上设置的标志灯应选择集中电源A型灯具；③ 未设置消防控制室的住宅建筑，疏散走道、楼梯间等场所可选择自带电源B型灯具。

(2)2.0.3规定，A型消防应急灯具：主电源和蓄电池电源额定工作电压均不大于DC36V的消防应急灯具。

根据以上规定，自带电源型消防应急照明灯具在正常电源失电后，灯具由自带的蓄电池自动供电，灯具包含变压、稳压、充电、逆变、蓄电池等大量电子元件，应急灯具在使用、检修时均需充放电。此种灯具的优点是供电可靠性高、转换迅速、电池故障影响面小。缺点是投资相对较大、持续照明时间受电池容量限制较大、运行管理及维护费用要求极高。此种灯具类型多用于规模较小，应急照明灯具较少的建筑内。

集中电源供电型消防应急照明灯具内无独立电源，正常电源失电后，由集中电源系统内蓄电池供电，灯具内部电子电路减少，集中电源设置在消防控制室或配电室内，当发生故障时，集中电源系统自动投切。此种灯具的优点是便于集中管理、系统可靠性好、灯具使用寿命长、维护管理方便；缺点是一旦集中电源或线路发生故障，影响范围较大。在大型工程项目中，消防应急照明灯具数量较大，选用集中电源供电型消防应急照明灯具更优。

在工程设计中，还应根据环境特征选用相应的灯具。在一般民用建筑中，选用普通消防应急照明灯具；在有爆炸或火灾危险场所中，选用防爆型消防应急照明灯具；在腐蚀性气体或蒸汽的场所中，选用防腐型消防应急照明灯具等。

3 消防应急照明电源的设计选型优化比较

在工程设计中，要选择合理的消防应急照明供电方式，综合考虑建筑或工厂的种类、用途、负荷等级、电源转换时间、应急照明灯具持续供电时间、消防应急电源的特点等因素。在《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》GB51309-2018中规定，消防应急照明电源应由主电源和蓄电池电源组成，且蓄电池电源的供电方式分为集中电源供电方式和灯具自带蓄电池供电方式。

对于自带蓄电池电源型消防应急照明灯具，其主电源应通过应急照明配电箱为灯具供电，当主电源断开后，灯具应自动转入自带蓄电池供电。在工程设计中，严禁将该类消防应急照明回路直接连接在普通照明回路上，否则当普通照明回路检修或故障断电后，会造成应急灯具不能及时充电，一旦发生火灾事故断电，将因应急灯具不能及时点亮造成严重后果。

对于集中电源供电型消防应急照明灯具，灯具的主电源和蓄电池电源应由集中电源提供，且灯具的主电源和蓄电池电源在集中电源内部实现输出转换后应由同一配电回路为灯具供电。

消防应急照明电源的转换时间应满足下列要求：① 高危险场所灯具光源应急点亮响应时间不应大于0.25 s；② 其他场所灯具光源应急点亮响应时间不应大于5 s；③ 具有两种及以上疏散指示方案的场所，标志灯光源点亮、熄灭的响应时间不应大于5 s。

对于消防应急照明时间也有规定，系统应急启动后，蓄电池电源供电的持续工作时间应满足下列要求：① 建筑高度大于100 m的民用建筑，不应小于1.5 h；② 医疗建筑、老年人照料设施、总建筑面积大于100000 m2的公共建筑和总建筑面积大于20000 m2的地下、半地下建筑，不应少于1.0 h；③ 其他建筑，不应少于0.5 h。

以上规定与《建筑设计防火规范》GB50016-2018中一致。在《石油化工企业设计防火标准》GB50160-2018中规定，消防水泵房及其配电室应设消防应急照明，照明可采用蓄电池作备用电源，其连续供电时间不应少于3 h。

综上所述，在实际工程设计中应根据不同场所合理选择消防应急电源类型及持续供电时间。

4 消防应急照明控制的设计方案优化比较

消防应急照明灯具的控制方式分为集中控制和非集中控制两大类，不同的控制方式对应不同的接线方式。主要有以下几种典型接线及控制方式。

4.1 消防应急照明灯由非集中电源供电的控制接线方式

4.1.1 自带蓄电池不常亮灯具的控制接线

自带蓄电池不常亮灯具的控制接线见图1。

图1 自带蓄电池不常亮应急灯具接线方式

图1接线方式中，正常情况下，断路器闭合，充电线一端接市电，另一端接应急灯具自带蓄电池用作给应急灯具的自带蓄电池充电；电源线一端接市电，另一端接应急灯具，可以通过现场控制开关的合/分，控制灯具点亮/熄灭。在市电失电的情况下，充电线将市电的零压信号传送给自带电池，由自带电池给应急灯具供电，从而达到启动应急灯具的功能。这是自带蓄电池且不常亮灯具的控制方式，为保证给应急灯具的自带蓄电池充电，断路器始终保持闭合状态。

4.1.2 自带蓄电池常亮灯具的控制接线

自带蓄电池常亮灯具的控制接线见图2。

图2 自带蓄电池常亮应急灯具接线方式

图2接线方式中，电源线兼充电线一端接市电，另一端接应急灯具和蓄电池。在市电保持有电的状态下，此线既可用作应急灯具的电源线，同时可兼作蓄电池的充电线；在市电失电的情况下，可将市电的零压信号传送给蓄电池，由电池给应急灯具供电，从而达到启动应急灯具的功能。这是应急灯具在充电线失电后自带蓄电池的强启方式。开关保持闭合状态，电源线兼充电线一直处于带电状态，能保证应急灯具的自带蓄电池一直处于充电状态，同时灯具保持常亮。

4.1.3 自带蓄电池强启接线

以上两种接线方式在充电线失电后自带蓄电池的强启方式原理见图3。

图3 自带蓄电池强启原理

当市电带电时,即充电线处于带电状态，继电器线圈闭合，此时继电器常闭辅助触点处于断开状态，充电线为应急灯具自带蓄电池充电；当市电失电，即充电线处于失电状态，继电器线圈分开，此时继电器常闭辅助触点处于闭合状态，应急灯具由自带蓄电池供电点亮。

4.2 消防应急照明灯具由集中电源供电的控制接线方式

4.2.1 集中电源非集中控制接线

集中电源非集中控制接线见图4。

图4 一种集中电源非集中控制灯具接线方式

灯具电源引自带蓄电池的集中电源，正常情况下，断路器闭合。在非应急状态下，正常照明线处于带电状态，对于不常亮灯具，与双控开关静触头1连接的导线处于有电状态，与双控开关静触头2连接的导线处于失电状态。此双控开关非应急状态下其实是一个单联单控开关，可以实现此应急灯具的点亮(打到静触头1)和熄灭(打到静触头2)。对于常亮灯具，正常照明线处于带电状态，常亮灯具一直点亮。在应急状态下，通过消防强启信号闭合接触器，此时静触头1、2均处于有电状态，实现灯具强启。消防强启的控制原理见图5。

当发生火警时，消防模块输出24V信号，通过继电器XJ转换为干接点信号，接通接触器线圈，接触器常开接点闭合(见图4)，从而实现应急灯具的消防强启。

4.2.2 集中电源集中控制接线

集中电源集中控制的灯具接线方式见图6。

图6 集中电源集中控制灯具网络图

此系统图为集中电源集中控制的一种网络示意图，整个系统设置一套消防专用应急电源，供每个消防应急照明集中电源箱用电，电压等级为AC220V,如灯具采用A型，需要在照明配电箱中加整流变压模块,见图7。

图7 集中电源集中控制A型灯具照明系统图

如灯具采用B型，可采用AC220V直接供电，见图8。

图8 集中电源集中控制B型灯具照明系统图

在应急照明集中电源箱中设置智能灯控模块，该系统中所选用的灯具均有独立的地址编码，通过通讯总线可将每个灯具的地址编码传输至消防控制室中的应急照明控制器中，并具备集中控制功能。在非应急状态下，应急照明控制器可以控制每盏灯点亮或熄灭，同时能显示每盏灯的状态；在应急状态下，应急照明控制器可接收来自火警盘的联动信号，强制启动火灾(或全部)区域的消防应急照明。

5 消防应急照明在工业中的应用

随着工业化进程的飞速发展，工业装置潜在的安全风险也在日益增加，特别是在一些易燃易爆的化工行业中，消防应急照明的应用就显得尤为重要。因此依据国家最新相关规范要求，笔者结合在从事相关行业设计中的体会，在此介绍消防应急照明在工业中的应用。

对于一般的工业装置，由于工序相对分散，为便于集中管理、控制，首选集中电源集中控制型系统，依据《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》GB51309-2018，当采用集中电源集中控制的消防应急照明系统时需注意以下几点：

(1)应急照明配电箱或集中电源的输入及输出回路中不应装设剩余电流动作保护器,输出回路严禁接入系统以外的开关装置、插座及其他负载电箱。

(2)集中电源应设置在消防控制室、低压配电室、配电间或电气竖井内且输出功率不应大于5kW。

(3)A型应急照明配电箱的输出回路不应超过8路，B型应急照明配电箱的输出回路不应超过12路。

(4)A型灯具配电回路的额定电流不应大于6A；B型灯具配电回路的额定电流不应大于10A。

消防电源出线回路电压为220V，由于A型灯具电压不大于DC36V，应选用A型消防应急照明集中电源箱，以某化工工程为例，该工程共9个工序，均采用A型灯具，网络控制系统图见图9。

图9 某化工工程A型灯具集中电源网络控制图

在图9中，消防应急照明系统由应急照明控制器、消防应急电源柜、A型消防应急照明集中电源箱等组成。A型消防应急照明集中电源箱的系统图，参见图7。

由于该工程中大多为工业类厂房、装置，在布置上比民用建筑相对更复杂，所以在照明回路优化设计时难度大。因线路长短不一，需考虑电压降的影响，在设计每个照明回路时，需要根据每个回路中灯具的数量、容量、供电距离、灯具允许电压降灯，合理配置。

不同类型的灯具，正常使用时允许的最低电压不同，如本工程中，所选用的灯具要求压降率不大于20%，压降率计算公式为：

ΔU%=2ρPL/(U2S)

式中，ΔU%为压降率;P为回路功率(例如某消防应急照明回路功率P=75 W),W；L为线路长度，m；U为线路电压，本工程为DC36V；S为导线截面，本工程为2.5 mm2；ρ为70℃铜线电阻率0.02064。

为保证末端灯具正常点亮，则该回路最末端的压降率应不大于20%，因此该回路最大允许供电线距离为：

L=ΔU%(U2S)/(2ρPL)=

0.2×(362×2.5)/(2×0.02064×75)=209 m

在工程设计中，应考虑以上相关因素，合理设计照明回路。另外，针对工业厂房，目前市面上具备消防认证的防爆类消防应急照明电源设备有待继续完善，期望可以通过设备技术水平的提升，使消防应急照明设计及应用更加安全可靠。

6 结语

本文结合国家相关最新规范，以及笔者在工程设计中的实践，阐述消防应急照明的设计理念，希望能对今后的相关工程设计具有一定的借鉴意义。