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消防应急照明和疏散指示系统应注意问题探讨

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消防应急照明和疏散指示系统应注意问题探讨

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  • 发布时间:2021-12-16
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【概要描述】国家标准GB 51309 - 2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》(以下简称《技术标准》)对消防应急照明和疏散指示系统的实施,从理念上提出了新的要求,国家标准图集19D702 - 7《应急照明设计与安装》(以下简称《应急照明》)对《技术标准》作了解释和示范。但由于《技术标准》与传统做法有根本性的区别,仍然有人对一些问题存在困扰

消防应急照明和疏散指示系统应注意问题探讨

【概要描述】国家标准GB 51309 - 2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》(以下简称《技术标准》)对消防应急照明和疏散指示系统的实施,从理念上提出了新的要求,国家标准图集19D702 - 7《应急照明设计与安装》(以下简称《应急照明》)对《技术标准》作了解释和示范。但由于《技术标准》与传统做法有根本性的区别,仍然有人对一些问题存在困扰

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国家标准GB 51309 - 2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》(以下简称《技术标准》)对消防应急照明和疏散指示系统的实施,从理念上提出了新的要求,国家标准图集19D702 - 7《应急照明设计与安装》(以下简称《应急照明》)对《技术标准》作了解释和示范。但由于《技术标准》与传统做法有根本性的区别,仍然有人对一些问题存在困扰;国家标准GB 51348 - 2019《民用建筑电气设计标准》(以下简称《民标》)发布后,也有不少设计师对消防应急照明的相关条文存疑。为了厘清一些模糊做法,本文拟探讨消防应急照明和疏散指示系统实施的几个问题,供同行参考,不当之处,还望同仁批评指正。

 

消防应急照明和疏散指示系统的设计依据

 

消防应急照明和疏散指示系统是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的系统,此系统属于电气消防系统的一部分,由于其重要性,在建筑设计规范和相关专项电气设计规范中,均有应急照明的条文。有时规范之间甚至会出现不易执行的条文或相互矛盾的条文,在民用和一般工业建筑中,大家形成如下的共识:消防应急照明系统设置与否和设置范围应主要依据GB 50016 - 2014《建筑防火设计规范》(2018年版,以下简称《建规》),如何设置应主要依据专项消防标准《技术标准》;《民标》等相关建筑和电气标准中包含消防应急照明和疏散指示系统的内容与《技术标准》和《建规》不一致时,应以《技术标准》和《建规》为准。

 

消防应急照明的供配电与切换

 

由于传统的应急照明做法中没有强调蓄电池电源,在《建规》消防电源末端切换条文说明中,把应急照明也包含到末端切换范畴内,因此,传统做法应急照明配电箱是双电源切换箱,分支回路分相配电。有些项目在此双电源配电箱中配置蓄电池组,作为EPS电源箱,有些项目在疏散指示标志灯上带有电池,而疏散照明灯直接采用一般照明的一部分,做法不一,系统混乱,没有具体标准规定如何做,但也约定俗成,没有太大反响和意见。

 

《技术标准》对消防应急照明和疏散指示系统的供配电提出了明确要求,特别是消防应急灯具的电源应由主电源和蓄电池电源组成,主电源即为市政电源,此主电源根据消防应急照明系统型式是集中控制型系统还是非集中控制型系统,确定是消防电源还是普通电源;《技术标准》对灯具的供电与电源转换作出规定:

 

a. 当灯具采用集中电源供电时,灯具的主电源和蓄电池电源应由集中电源提供,灯具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。

 

b. 当灯具采用自带蓄电池供电时,灯具的主电源应通过应急照明配电箱一级分配电后为灯具供电,应急照明配电箱的主电源输出断开后,灯具应自动转入自带蓄电池供电。

 

c. 集中控制型系统中,集中设置的集中电源应由消防电源的专用应急回路供电,分散设置的集中电源应由所在防火分区、同一防火分区楼层的消防电源配电箱供电;应急照明配电箱应由消防电源的专用应急回路或所在防火分区、同一防火分区的楼层消防电源配电箱供电。

 

d. 非集中控制型系统中,集中设置的集中电源应由正常照明线路供电,分散设置的集中电源应由所在防火分区、同一防火分区楼层的正常照明配电箱供电;应急照明配电箱应由防火分区、同一防火分区楼层的正常照明配电箱供电。

 

由此可看出,消防应急灯具已经有市政电源和蓄电池电源的切换,不必再设市政电源的双电源切换箱,是满足《建规》末端切换要求的。另外,《技术标准》把应急照明配电箱作为了一个专有名词,专指对于自带电源型灯具配电的产品,与传统的应急照明配电箱含义完全不同。

 

消防应急照明切断市电启动的问题

 

《民标》强制性条文第13.4.6条规定:“疏散照明应在消防控制室集中手动、自动控制。不得利用切断消防电源的方式直接强启疏散照明灯。”有人理解为不得切断市电强启疏散照明灯,与《技术标准》有矛盾。此条对于A型灯具的集中控制型系统是合适的,但对于B型灯具和非集中控制型系统,就无法满足了。《技术标准》是以火灾情况下人身安全为出发点,在火灾情况下,尽量用蓄电池供电为原则。因此,对于集中控制型系统,如果是A型灯具,可以不切断消防市政电源;如果是B型灯具,火灾时应该切断电源。对于非集中控制型系统,市政电源是普通电源,火灾时应该切断市电启动应急灯。从字面意思理解,切断市政普通电源启动应急灯,与不得切断消防电源也不算直接矛盾。

 

按照《技术标准》要求,给传统的非集中控制自带电池的双头壁灯供电,是十分容易理解的,也是容易执行并与实际相符的,采用普通电源供电,火灾时切断电源强启点亮。如果按照传统做法,应急照明灯必须采用消防电源,火灾时又不能切断消防电源,采用双头壁灯时,其供电和点亮就会陷于悖论,不能自圆其说。因此目前处于报批阶段的全文强制性规范《建筑电气与智能化通用规范》中作了如下规定:

 

“4.5.5    疏散照明及疏散指示标志灯具的供配电设计应符合下列规定:

1 灯具应由主电源和蓄电池电源供电。蓄电池组正常情况下应保持充电状态,火灾情况下应保证蓄电池组的供电时间满足安全疏散要求。

2 集中控制型系统,其主电源应由消防电源供电。”

 

同时,在条文说明中进行了补充:“非集中控制型系统,其主电源应由正常电源供电,火灾时应切除正常电源,由蓄电池供电,可以保证疏散和消防救援人员的安全。”对集中和非集中控制型系统给出了清晰明确的做法,也有助于理解消防应急灯具可以采用正常电源供电和切断正常电源启动,《技术标准》已经给出了明确要求,彻底解决了传统双头壁灯自相矛盾的做法。

 

蓄电池供电持续工作时间

 

《技术标准》规定,系统应急启动后,在蓄电池电源供电时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,不应少于 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、四隧类道不应小于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(即在非火灾状态下,系统主电源断电后,集中电源或应急照明配电箱应连锁控制其配接的非持续型照明灯的光源应急点亮、持续型灯具的光源由节电点亮模式转入应急点亮模式;灯具持续应急点亮时间应符合设计文件的规定,且不应超过 0.5 h)。

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。”

 

其中第5款、第6款是比《建规》要求更细、更具体的条款,涉及到非火灾状态下主电源断电后疏散照明灯可以点亮,但点亮时间最长不能超过0.5 h。如果这段时间内主电源没有恢复供电,则系统需要把疏散照明灯熄灭,以保证一旦此时发生火灾,蓄电池供电的时间满足《建规》的要求,《技术标准》要求蓄电池供电时间要满足火灾和非火灾情况下的供电时间,但非火灾时间在0 ~ 0.5 h之间没有具体指定。《应急照明》推荐了非火灾状态下蓄电池供电持续工作时间,见表1。

表1在满足《建规》的基础上增加了非火灾状态主电源断电持续应急时间t2,在此还需明确:这是蓄电池应满足的系统设计要求,不是蓄电池初装容量的要求!GB 17945 - 2010《消防应急照明和疏散指示系统》规定的90 min初装容量,蓄电池达到使用寿命周期后标称的剩余容量基本上能满足45 min;大部分现有符合GB 17945 - 2010自带电池的消防应急灯具除高度大于100 m的民用建筑及人员密集场所外,尤其是住宅建筑都能满足标准要求;设计说明中,蓄电池持续供电时间满足设计要求即可,对于蓄电池初装容量,应根据电池充放电特点确定,产品应符合GB 17945的规定,新版国家标准GB 17945预计会很快批准实施。

 

集中电源或应急照明配电箱供电范围和容量

 

沿电气竖井垂直方向为不同楼层的灯具供电时, 应急照明配电箱的每个输出回路在公共建筑中的供电范围不宜超过8层,在住宅建筑的供电范围不宜超过18层。集中电源的每个输出回路在公共建筑中的供电范围不宜超过8层,在住宅建筑的供电范围不宜超过18层。每个集中电源箱或应急照明配电箱有8个回路,可供电的范围可以很大,住宅建筑甚至不止18层。但还需要注意,每个集中电源箱的容量不能超过1 kW,每个回路不能超过6 A,这就限制了供电的范围不能太大,需要综合考虑,不能只从一个限定条件考虑。根据《技术标准》对输出回路数和电流的限制条件,实际允许每台设备配接的最大灯具容量见表2。

在实际项目设计中,经常会遇到不少设计师每层竖井内均放置一个集中电源箱,LED应急灯功率较小,每层最多只用了集中电源8个回路中的2个回路;更有甚者,不做灯具功率统计,直接写成1 kW或0.5 kW,造成较大的浪费。通常情况下,一个集中电源箱沿竖井向上下层配电,既不要太多层共用,也不宜每层均放,3 ~ 4层配一个集中电源箱是合适的。应计算每个集中电源的实际容量,一般不会大于0.5 kW。

 

特低电压照明装置的保护

 

《技术标准》从防火救援时防人身电击出发,把消防应急灯具安装在距地8m及以下时,应采用“A型消防应急灯具”,即要求主电源和蓄电池电源额定工作电压均不大于DC 36 V的消防应急灯具;对于安装在距地8 m以上的消防应急灯具,可以采用“B型消防应急灯具”,“B型消防应急灯具”是灯具电源额定工作电压大于AC 36 V或DC 36 V的消防应急灯具。并且规定设有消防控制室的建筑均采用集中控制型系统。由此可见,大部分建筑场所均会采用低压直流供电,即是国际电工委员会标准定义的特低电压(SELV)供电。从电压等级上,防人身电击有了安全保障,但SELV系统的可靠、安全运行,才能使消防应急照明系统安全可靠。由于系统与消防息息相关,系统本身的可靠性应当引起格外重视。

 

根据国家标准GB / T 16895.30 - 2008 / IEC 60364 - 7 - 715:1999《建筑物电气装置 第7-715部分:特殊装置或场所的要求 特低电压照明装置》,特低电压线路在短路故障条件下,同样能引起火灾事故。为防止电气火灾,GB / T 16895.30 - 2008对特低电压照明回路采用“特殊保护电器”保护,并对此“特殊保护电器”提出了以下要求:

 

“—— 对灯具的负荷有连续的监视;

—— 发生短路故障或引起功率增加60 W以上的其他故障时,在0.3 s以内自动切断电源;

—— 供电回路正在降低功率情况下工作时(例如在进行导通角控制时或调整功率过程中或灯泡损坏时),如发生引起功率增加60 W以上的故障时,自动切断电源;

—— 供电回路的开关合闸时,如发生引起功率增加60 W以上的故障时,自动切断电源;

—— 特殊保护电器应是即使元件故障也不影响安全的电器。”

 

目前,国内外的低压电器生产商还没有生产此种“特殊保护电器”,A型应急照明配电箱或集中电源出线回路简单采用6 A以下熔断器或断路器作为过电流保护器件,是无法满足上述特殊保护电器要求的。为满足上述特殊保护电器要求,集中电源对LED灯具的开关电源采用“微短路保护”技术是最佳实现路线,即对开关电源每一路电源的输出线路进行实时监测,对每一路负载实现“跟随式”保护,无论哪一路负载的工作电流,集中供电电源都会跟随实际的负载电流自动设定有效的保护值,从而实现在发生单路负载异常或短路时,可快速有效地切断电源并发出提示警告,输出端的熔断器或断路器仅作为后备保护,基本满足了“特殊保护电器”的要求。此种保护应引起生产和检测单位的重视。

 

本文有删减,全文载于《建筑电气》2021年第8期,详文请见杂志。

版权归《建筑电气》所有。

 

作者:

徐 华,男,清华大学建筑设计研究院有限公司,教授级高级工程师,电气总工程师。

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