消防应急照明及疏散指示设计与选型中若干要点浅析

朱 轶 聪

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

自GB 51309—2018《消防应急照明及疏散指示系统技术标准》[1](简称《技术标准》实施以来,对于按新规(同时还要结合其他现行规范)来设计应急照明及疏散指示,至今仍是设计及图审中重要且容易产生争议的一环。

1 二线制与四线制供电系统优劣以及选用

市面上做应急照明及疏散指示系统的厂家在配线上采用二线制与四线制的均有不少,其选择会影响到设计选型、图面标注等,因此要合理选用,先要了解两者的差别。

1.1 集中控制型应急照明系统二线制和四线制的区别

四线制系统架构是在通信二总线的基础上增加独立的直流电源线。由于受线路设备功率对线路压降的影响,大功率设备的启动需要满足其最低电压要求,而通信二总线的输出电流一般不大,因此需要独立的电源线给设备供电,以实现启动需求,如火灾自动报警系统的声光警报器、火灾显示盘、输出模块以及消防应急照明系统中的照明灯具。四线制模式如图1所示。

图1 四线制模式

二线制是将直流电流(DC 24/36 V)和通信信号合并在一组线缆上,同时进行电能传输和通信数据传输的一种两线通信方式,通过一组双绞线缆即可实现线路设备的正常运行及启动需求。二线制模式如图2所示。

图2 二线制模式

对于消防应急照明和疏散指示系统,其二线制模式也是在消防二总线基础上发展而来。但其负载灯具的功率比火灾自动报警系统各模块功率大很多,对于电源等设备的回路输出电流要求更高,通过上位机通信芯片将传输的信息调制后,以电流形式串行输出到二总线上,下位机(灯具)的通信芯片将信号解调,在获得功率的同时接收信号,实现大功率负载的启动和通信。

1.2 二总线相比四总线的优势

(1) 节省线缆管线成本。二线制集中控制型应急照明系统仅需敷设2根线(一般为双绞线),即可实现灯具的启动和通信,相比四线制系统节省一组线缆成本,并且管材可由φ20 mm金属管改为φ15 mm金属管(按四线制系统NH-BV-2×2.5 mm2+ NH-RVS-2×1.5 mm2参考)。

(2) 节省人工成本。二线制集中控制型应急照明系统比四线制集中控制型应急照明系统在接线环节少接2根线,并采用无极性接线模式,无论正接反接,均能正常工作。对施工人员要求也大大降低,可有效降低因线缆接错而引起的灯具无法正常通信及工作等不良影响。

1.3 二总线相比四总线的劣势

(1) 《技术标准》第3.6.3条规定“集中电源或应急照明配电箱与灯具的通信中断时,非持续型灯具的光源应应急点亮、持续型灯具的光源应由节电点亮模式转入应急点亮模式”。一旦两线制灯具的通信线断线,供电也难以提供,该功能无法实现。因而二线制可能无法完备地满足《技术标准》的要求。

(2) 目前行业内两线制是一种载波技术,由于应急照明末端电压较低,长距离电压降较为明显,又要复合通信载波功能,给通信稳定性带来一定隐患。同时载波技术从目前国内运行情况看,各厂家技术暂时依然良莠不齐,从消防产品稳定性角度出发,目前重要项目采用四线制相对更可靠一些。

二线制主要优势在于节省成本,而四线制主要优势在于技术上较为稳定,且经过市场充分验证了可靠性。因此,若能满足规范中相关要求,以及在技术面上优化二线制的稳定性之后,二线制或将成为未来行业主流应用。

注意的是,二线制及四线制的做法是仅对于A型灯具配电,对于B型灯具,其配电线型仅有一种型式(电源线×2+通信线×2+接地线×1,即五线制)。

2 应急照明蓄电池持续工作时间的确定

新规对于应急照明持续工作时间的相关条文表述较为繁杂。《技术标准》第3.2.4条规定:系统应急启动后,在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100 000 m2的公共建筑和总建筑面积大于20 000 m2的地下、半地下建筑,不应小于1.0 h。

(3) 其他建筑,不应少于0.5 h。

(4) 城市交通隧道应符合下列规定:

① 一、二类隧道不应小于1.5 h,隧道端口外接的站房不应小于2.0 h;

② 三、四类隧道不应小于1.0 h,隧道端口外接的站房不应小于1.5 h。

(5) 本条第1款～第4款规定场所中,当按照本标准第3.6.6条的规定设计时,持续工作时间应分别增加设计文件规定的灯具持续应急点亮时间。

(6) 集中电源的蓄电池组和灯具自带蓄电池达到使用寿命周期后标称的剩余容量应保证放电时间满足本条第1款～第5款规定的持续工作时间。

本条第1款～第4款所规定的属于火灾发生时间条件下的持续工作时间,本文将其计为t1。本条第5款表述中,《技术标准》第3.6.6条为非火灾状态下的设计要求。其中第3.6.6.1规定了非灾状态下应急点亮时间不应超过0.5 h。本文将其记为t2。这样本条第6款,即可表述为t=t1+t2。

由此推导出图集19D702-7《应急照明设计与安装》[2]第82页“蓄电池电源供电持续工作时间t=t1+t2”。

另需注意,应急照明集中电源的额定配接功率和系统持续应急时间的关系。

应急照明集中电源蓄电池(组)的容量是一定的,配接不同额定功率的灯具时系统持续应急时间如表1所示。

表1 配接不同额定功率的灯具时系统持续应急时间

如配接功率为P1时,持续应急时间为30 min;配接功率为P4时,持续应急时间为120 min。该配接功率由厂家提供。电气设计人员在设计及选型时需要注意,如果应急电源后面接的灯具功率过多,可能会达不到规范要求[3-4]。

应急照明电源其蓄电池持续工作时间,根据建筑性质不同取不同的时长范围,其总时长应依据表1确定并进行设计。

3 集中控制型系统是否选用可智能调向的疏散指示标志

规范相关条目规定了哪些场合需要使用可以转换箭头方向的疏散指示标志。《技术标准》第3.1.4条第(2)中表述“具有两种及以上疏散指示方案的区域应符合下列规定:

(1) 需要借用相邻防火分区疏散的防火分区,应根据火灾时相邻防火分区可借用和不可借用的两种情况,分别按最短路径疏散原则和避险原则确定相应的疏散指示方案;

(2) 需要采用不同疏散预案的交通隧道、地铁隧道、地铁站台和站厅等场所,应分别按照最短路径疏散原则和避险疏散原则确定相应疏散指示方案;其中,按最短路径疏散原则确定的疏散指示方案应为该场所默认的疏散指示方案。”

依据条文可解读出“当出现防火分区借用的情况,需做调向预案”。

① 被借用防火分区未发生火灾,按照最短路径疏散原则执行。

② 被借用防火分区发生火灾时,启用调向功能,按照避险原则此时应重新为相关区域分配疏散出口,并根据疏散出口的调整情况,重新调整相关区域疏散路径的流向,该防火分区其他未重新分配安全出口或疏散出口的区域中疏散路径的流向应保持不变。

公安部于2018年印发的《建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求(试行)》要求中规定:“建筑内不应采用可变换方向的疏散指示标志”,与本标准基本一致。带调向功能双向标志灯任何时候均不允许双向同时亮。

因此,一般只有出现防火分区被借用的情况下才需做调向预案。当被借用防火分区发生火情,疏散方向灯反向,安全出口指示灯熄灭,标志灯上的“禁止入内”灯点亮。

4 备用照明相关要点

4.1 备用照明的设置区域

各审图机构和电气设计人员对于备用照明设置区域,以及设置备用照明所在区域是否同时设置应急照明与疏散指示等在说法和理解上均有不同。

《技术标准》第3.8.1条中仅笼统地规定了“避难间(层)及配电室、消防控制室、消防水泵房、自备发电机房等发生火灾时仍需工作、值守的区域应同时设置备用照明、疏散照明和疏散指示标志”,并没有对工作主体定义。因而标准编制组在2020年4月15日出具了一份《关于GB 51309中备用照明设计的说明》(简称《说明》),其中提到:“火灾时仍需工作、值守的区域“一般指设在建筑首层或有直通室外地面楼梯的地下一层,且火灾时必须有人工作或值守的场所”。

《说明》中重点关注的是“火灾时必须有人工作或值守的场所”。如强弱电间、消防风机房等类型的房间虽然火灾时仍继续工作,但并不需要人员在内工作或值守。因而并不需要同时设置备用照明、疏散照明及疏散指示标志。按目前通用做法,这些区域仅设置备用照明即可。

从原理上理解,备用照明与疏散照明是工作于不同时段的。备用照明工作时,人员仍可以继续工作/出入;当疏散照明点亮时,警示人员撤离。在设计人员遇到规范上并没有明确提及的房间或业态时,可按照该思路去考量哪些房间需要设置备用照明或疏散照明。

4.2 备用照明的灯具与电源要求

《说明》中对备用照明的补充说明:“备用照明可采用正常照明灯具并由正常照明电源和消防电源专用应急回路互投后供电,不需要采用A型消防应急灯具,也不能用蓄电池(组)供电。”

因此,按《技术标准》设计的备用照明与按旧规范设计应急照明共同点在于均由普通与消防电源双切后供电,即由应急照明配电箱供电。而不同点在于备用照明灯具不由EPS供电、不自带背包,也不是消防灯具(更不需要CCCF认证)。

GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》[5]中第13.6.4新增了对于备用照明蓄电池的表述:“在机房或消防控制中心等场所设置的备用照明,当电源满足负荷分级要求时,不应采用蓄电池组供电”。该条可与《技术标准》互为补充印证。

4.3 备用照明持续供电时间要求

规范已经明确备用照明不应由蓄电池供电,然而在GB 51348—2019《民标》表13.6.6中,规定了消防工作区域(消控室、变电所、消防风机房等)内,备用照明的持续工作时间要求(≥180 min,火灾延续时间2 h≥120 min)。如果备用照明已不能用蓄电池等应急电源供电,无法保证持续供电时间大于180 min2。

因此,备用照明设置于配电间,消防风机房、消控室等各消防工作区域内,然而只有火灾时必须有人工作或值守的场所需要在设置备用照明的基础上,另行设置应急照明及疏散指示。备用照明采用正常照明灯具,且不应由蓄电池供电。

5 疏散指示标志灯表面亮度要求

设计标志灯时,往往考虑的是标志灯设置位置、高度、种类、大小尺寸等,容易忽略对表面亮度的设计要求。GB 17945—2010《消防应急照明和疏散指示系统》[6]第6.3.1.3条对标志灯表面亮度有明确的规定:

(1) 仅用绿色或红色图形构成标志的标志灯具,光源处于节电点亮模式时,其标志表面最小亮度不应小于15 cd/m2;光源处于应急点亮模式时,其标志表面最小亮度不应小于50 cd/m2,最大亮度不应大于500 cd/m2。

(2) 用白色与绿色组合或白色与红色组合构成的图形作为标志的灯具,光源处于应急点亮模式时,其标志表面最小亮度不应小于15 cd/m2,最大亮度不应大于500 cd/m2。

(3) 标志灯具在光源处于节电点亮模式时,灯具的最小表面亮度和最大表面亮度应分别低于光源处于应急点亮模式时灯具的最小表面亮度和最大表面亮度。

标志灯在不同表面亮度下可见时间对比如表2所示。

表2 标志灯在不同表面亮度下可见时间对比

由表2可见,规范中对于标志灯应急点亮时不小于50 cd/m2的表面亮度要求,在保证人员有足够逃生时间方面是很有必要的。电气设计人员在应急照明设计中应当注意,并区分节电点亮与应急点亮。

另外,GB 17945—2010也对应急照明灯具的光通量要求作出了规定(不小于100 lm)。由于GB 50016—2014《建筑设计防火规范》已经对于建筑内应急照明的最低水平照度作出规定,一般情况下能满足GB 50016—2014《建筑设计防火规范》中条款的应急照明灯具布置,往往也可满足GB 17945—2010对于光通量的要求。

因此,在设计选型标志灯时不应忽略表面亮度的要求,在后期招标采购时也需关注,同时注意区分节电点亮与应急点亮。相关规范条文参见GB 17945—2010中第6.3.1.3条。

6 结 语

GB 51309—2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》虽然实施两年有余,但一些细节问题仍没有阐述明确,也未引起重视,同时在结合了最新实施的规范后又产生了一些新的问题,因而仍是设计中困惑与矛盾的焦点之一。消防应急照明是关乎人身安全的重要一环,电气设计人员在设计中应及时与各专业分工沟通并查询相关资料,以确保设计措施合理、合规。