消防應急照明及疏散指示設計與選型中若干要點淺析

朱 軼 聰

[同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

自GB 51309—2018《消防應急照明及疏散指示系統技術標準》[1](簡稱《技術標準》實施以來,對于按新規(同時還要結合其他現行規范)來設計應急照明及疏散指示,至今仍是設計及圖審中重要且容易產生爭議的一環。

1 二線制與四線制供電系統優劣以及選用

市面上做應急照明及疏散指示系統的廠家在配線上采用二線制與四線制的均有不少,其選擇會影響到設計選型、圖面標注等,因此要合理選用,先要了解兩者的差別。

1.1 集中控制型應急照明系統二線制和四線制的區別

四線制系統架構是在通信二總線的基礎上增加獨立的直流電源線。由于受線路設備功率對線路壓降的影響,大功率設備的啟動需要滿足其最低電壓要求,而通信二總線的輸出電流一般不大,因此需要獨立的電源線給設備供電,以實現啟動需求,如火災自動報警系統的聲光警報器、火災顯示盤、輸出模塊以及消防應急照明系統中的照明燈具。四線制模式如圖1所示。

圖1 四線制模式

二線制是將直流電流(DC 24/36 V)和通信信號合并在一組線纜上,同時進行電能傳輸和通信數據傳輸的一種兩線通信方式,通過一組雙絞線纜即可實現線路設備的正常運行及啟動需求。二線制模式如圖2所示。

圖2 二線制模式

對于消防應急照明和疏散指示系統,其二線制模式也是在消防二總線基礎上發展而來。但其負載燈具的功率比火災自動報警系統各模塊功率大很多,對于電源等設備的回路輸出電流要求更高,通過上位機通信芯片將傳輸的信息調制后,以電流形式串行輸出到二總線上,下位機(燈具)的通信芯片將信號解調,在獲得功率的同時接收信號,實現大功率負載的啟動和通信。

1.2 二總線相比四總線的優勢

(1) 節省線纜管線成本。二線制集中控制型應急照明系統僅需敷設2根線(一般為雙絞線),即可實現燈具的啟動和通信,相比四線制系統節省一組線纜成本,并且管材可由φ20 mm金屬管改為φ15 mm金屬管(按四線制系統NH-BV-2×2.5 mm2+ NH-RVS-2×1.5 mm2參考)。

(2) 節省人工成本。二線制集中控制型應急照明系統比四線制集中控制型應急照明系統在接線環節少接2根線,并采用無極性接線模式,無論正接反接,均能正常工作。對施工人員要求也大大降低,可有效降低因線纜接錯而引起的燈具無法正常通信及工作等不良影響。

1.3 二總線相比四總線的劣勢

(1) 《技術標準》第3.6.3條規定“集中電源或應急照明配電箱與燈具的通信中斷時,非持續型燈具的光源應應急點亮、持續型燈具的光源應由節電點亮模式轉入應急點亮模式”。一旦兩線制燈具的通信線斷線,供電也難以提供,該功能無法實現。因而二線制可能無法完備地滿足《技術標準》的要求。

(2) 目前行業內兩線制是一種載波技術,由于應急照明末端電壓較低,長距離電壓降較為明顯,又要復合通信載波功能,給通信穩定性帶來一定隱患。同時載波技術從目前國內運行情況看,各廠家技術暫時依然良莠不齊,從消防產品穩定性角度出發,目前重要項目采用四線制相對更可靠一些。

二線制主要優勢在于節省成本,而四線制主要優勢在于技術上較為穩定,且經過市場充分驗證了可靠性。因此,若能滿足規范中相關要求,以及在技術面上優化二線制的穩定性之后,二線制或將成為未來行業主流應用。

注意的是,二線制及四線制的做法是僅對于A型燈具配電,對于B型燈具,其配電線型僅有一種型式(電源線×2+通信線×2+接地線×1,即五線制)。

2 應急照明蓄電池持續工作時間的確定

新規對于應急照明持續工作時間的相關條文表述較為繁雜。《技術標準》第3.2.4條規定:系統應急啟動后,在蓄電池電源供電的持續工作時間應滿足下列要求。

(1) 建筑高度大于100 m的民用建筑,不應小于1.5 h。

(2) 醫療建筑、老年人照料設施、總建筑面積大于100 000 m2的公共建筑和總建筑面積大于20 000 m2的地下、半地下建筑,不應小于1.0 h。

(3) 其他建筑,不應少于0.5 h。

(4) 城市交通隧道應符合下列規定:

① 一、二類隧道不應小于1.5 h,隧道端口外接的站房不應小于2.0 h;

② 三、四類隧道不應小于1.0 h,隧道端口外接的站房不應小于1.5 h。

(5) 本條第1款～第4款規定場所中,當按照本標準第3.6.6條的規定設計時,持續工作時間應分別增加設計文件規定的燈具持續應急點亮時間。

(6) 集中電源的蓄電池組和燈具自帶蓄電池達到使用壽命周期后標稱的剩余容量應保證放電時間滿足本條第1款～第5款規定的持續工作時間。

本條第1款～第4款所規定的屬于火災發生時間條件下的持續工作時間,本文將其計為t1。本條第5款表述中,《技術標準》第3.6.6條為非火災狀態下的設計要求。其中第3.6.6.1規定了非災狀態下應急點亮時間不應超過0.5 h。本文將其記為t2。這樣本條第6款,即可表述為t=t1+t2。

由此推導出圖集19D702-7《應急照明設計與安裝》[2]第82頁“蓄電池電源供電持續工作時間t=t1+t2”。

另需注意,應急照明集中電源的額定配接功率和系統持續應急時間的關系。

應急照明集中電源蓄電池(組)的容量是一定的,配接不同額定功率的燈具時系統持續應急時間如表1所示。

表1 配接不同額定功率的燈具時系統持續應急時間

如配接功率為P1時,持續應急時間為30 min;配接功率為P4時,持續應急時間為120 min。該配接功率由廠家提供。電氣設計人員在設計及選型時需要注意,如果應急電源后面接的燈具功率過多,可能會達不到規范要求[3-4]。

應急照明電源其蓄電池持續工作時間,根據建筑性質不同取不同的時長范圍,其總時長應依據表1確定并進行設計。

3 集中控制型系統是否選用可智能調向的疏散指示標志

規范相關條目規定了哪些場合需要使用可以轉換箭頭方向的疏散指示標志。《技術標準》第3.1.4條第(2)中表述“具有兩種及以上疏散指示方案的區域應符合下列規定:

(1) 需要借用相鄰防火分區疏散的防火分區,應根據火災時相鄰防火分區可借用和不可借用的兩種情況,分別按最短路徑疏散原則和避險原則確定相應的疏散指示方案;

(2) 需要采用不同疏散預案的交通隧道、地鐵隧道、地鐵站臺和站廳等場所,應分別按照最短路徑疏散原則和避險疏散原則確定相應疏散指示方案;其中,按最短路徑疏散原則確定的疏散指示方案應為該場所默認的疏散指示方案。”

依據條文可解讀出“當出現防火分區借用的情況,需做調向預案”。

① 被借用防火分區未發生火災,按照最短路徑疏散原則執行。

② 被借用防火分區發生火災時,啟用調向功能,按照避險原則此時應重新為相關區域分配疏散出口,并根據疏散出口的調整情況,重新調整相關區域疏散路徑的流向,該防火分區其他未重新分配安全出口或疏散出口的區域中疏散路徑的流向應保持不變。

公安部于2018年印發的《建筑高度大于250米民用建筑防火設計加強性技術要求(試行)》要求中規定:“建筑內不應采用可變換方向的疏散指示標志”,與本標準基本一致。帶調向功能雙向標志燈任何時候均不允許雙向同時亮。

因此,一般只有出現防火分區被借用的情況下才需做調向預案。當被借用防火分區發生火情,疏散方向燈反向,安全出口指示燈熄滅,標志燈上的“禁止入內”燈點亮。

4 備用照明相關要點

4.1 備用照明的設置區域

各審圖機構和電氣設計人員對于備用照明設置區域,以及設置備用照明所在區域是否同時設置應急照明與疏散指示等在說法和理解上均有不同。

《技術標準》第3.8.1條中僅籠統地規定了“避難間(層)及配電室、消防控制室、消防水泵房、自備發電機房等發生火災時仍需工作、值守的區域應同時設置備用照明、疏散照明和疏散指示標志”,并沒有對工作主體定義。因而標準編制組在2020年4月15日出具了一份《關于GB 51309中備用照明設計的說明》(簡稱《說明》),其中提到:“火災時仍需工作、值守的區域“一般指設在建筑首層或有直通室外地面樓梯的地下一層,且火災時必須有人工作或值守的場所”。

《說明》中重點關注的是“火災時必須有人工作或值守的場所”。如強弱電間、消防風機房等類型的房間雖然火災時仍繼續工作,但并不需要人員在內工作或值守。因而并不需要同時設置備用照明、疏散照明及疏散指示標志。按目前通用做法,這些區域僅設置備用照明即可。

從原理上理解,備用照明與疏散照明是工作于不同時段的。備用照明工作時,人員仍可以繼續工作/出入;當疏散照明點亮時,警示人員撤離。在設計人員遇到規范上并沒有明確提及的房間或業態時,可按照該思路去考量哪些房間需要設置備用照明或疏散照明。

4.2 備用照明的燈具與電源要求

《說明》中對備用照明的補充說明:“備用照明可采用正常照明燈具并由正常照明電源和消防電源專用應急回路互投后供電,不需要采用A型消防應急燈具,也不能用蓄電池(組)供電。”

因此,按《技術標準》設計的備用照明與按舊規范設計應急照明共同點在于均由普通與消防電源雙切后供電,即由應急照明配電箱供電。而不同點在于備用照明燈具不由EPS供電、不自帶背包,也不是消防燈具(更不需要CCCF認證)。

GB 51348—2019《民用建筑電氣設計標準》[5]中第13.6.4新增了對于備用照明蓄電池的表述:“在機房或消防控制中心等場所設置的備用照明,當電源滿足負荷分級要求時,不應采用蓄電池組供電”。該條可與《技術標準》互為補充印證。

4.3 備用照明持續供電時間要求

規范已經明確備用照明不應由蓄電池供電,然而在GB 51348—2019《民標》表13.6.6中,規定了消防工作區域(消控室、變電所、消防風機房等)內,備用照明的持續工作時間要求(≥180 min,火災延續時間2 h≥120 min)。如果備用照明已不能用蓄電池等應急電源供電,無法保證持續供電時間大于180 min2。

因此,備用照明設置于配電間,消防風機房、消控室等各消防工作區域內,然而只有火災時必須有人工作或值守的場所需要在設置備用照明的基礎上,另行設置應急照明及疏散指示。備用照明采用正常照明燈具,且不應由蓄電池供電。

5 疏散指示標志燈表面亮度要求

設計標志燈時,往往考慮的是標志燈設置位置、高度、種類、大小尺寸等,容易忽略對表面亮度的設計要求。GB 17945—2010《消防應急照明和疏散指示系統》[6]第6.3.1.3條對標志燈表面亮度有明確的規定:

(1) 僅用綠色或紅色圖形構成標志的標志燈具,光源處于節電點亮模式時,其標志表面最小亮度不應小于15 cd/m2;光源處于應急點亮模式時,其標志表面最小亮度不應小于50 cd/m2,最大亮度不應大于500 cd/m2。

(2) 用白色與綠色組合或白色與紅色組合構成的圖形作為標志的燈具,光源處于應急點亮模式時,其標志表面最小亮度不應小于15 cd/m2,最大亮度不應大于500 cd/m2。

(3) 標志燈具在光源處于節電點亮模式時,燈具的最小表面亮度和最大表面亮度應分別低于光源處于應急點亮模式時燈具的最小表面亮度和最大表面亮度。

標志燈在不同表面亮度下可見時間對比如表2所示。

表2 標志燈在不同表面亮度下可見時間對比

由表2可見,規范中對于標志燈應急點亮時不小于50 cd/m2的表面亮度要求,在保證人員有足夠逃生時間方面是很有必要的。電氣設計人員在應急照明設計中應當注意,并區分節電點亮與應急點亮。

另外,GB 17945—2010也對應急照明燈具的光通量要求作出了規定(不小于100 lm)。由于GB 50016—2014《建筑設計防火規范》已經對于建筑內應急照明的最低水平照度作出規定,一般情況下能滿足GB 50016—2014《建筑設計防火規范》中條款的應急照明燈具布置,往往也可滿足GB 17945—2010對于光通量的要求。

因此,在設計選型標志燈時不應忽略表面亮度的要求,在后期招標采購時也需關注,同時注意區分節電點亮與應急點亮。相關規范條文參見GB 17945—2010中第6.3.1.3條。

6 結 語

GB 51309—2018《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》雖然實施兩年有余,但一些細節問題仍沒有闡述明確,也未引起重視,同時在結合了最新實施的規范后又產生了一些新的問題,因而仍是設計中困惑與矛盾的焦點之一。消防應急照明是關乎人身安全的重要一環,電氣設計人員在設計中應及時與各專業分工溝通并查詢相關資料,以確保設計措施合理、合規。