大型車間應急疏散照明設計探討

朱 昌 凱

[上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

根據GB 50016—2014《建筑設計防火規范》(2018版)[1](簡稱“防火規范”)第10.3.1條第5款規定,人員密集廠房內的生產場所及疏散走道應設置疏散照明。現今車間內設備數量繁多,高度普遍偏高,人員密集性較以往項目增加,利用應急疏散照明將人員疏散至安全區域顯得尤為重要。隨著GB 51309—2018《消防應急照明和疏散指示系統技術標準》[2](簡稱“技術標準”)的發布及實施,應急疏散照明的標準得到了統一、完善。

本文從車間疏散單元劃分、車間燈具選擇、系統配電方式、系統控制方式等方面探討了大型車間應急疏散照明的設計原則和方法。

1 應急照明系統及車間概況

應急照明疏散系統主要由應急照明控制器、應急照明集中電源、應急照明配電箱、應急照明燈具等組成。根據功能上的劃分,應急照明和疏散指示系統可分為疏散照明和備用照明。疏散照明主要為人員的安全疏散和滅火救援提供正確的指示,而備用照明則為發生火災時仍需工作和值守的場所設置,在火災時保持正常的照度。

國內某建筑垃圾項目一體化車間(簡稱“一體化車間”)為地上建筑,包括暫存區、卸料大廳、預處理車間及制磚車間,輔助用房區域包含變配電間、中控室、參觀廊道及辦公區域。該項目主要功能均集中于一體化車間,車間長度為405 m,寬度為100 m,總建筑面積為40 879.08 m2。考慮到車間面積較大,疏散難度及時間較以往要高,故需和建筑專業配合,設置相應疏散通道及疏散照明。建筑垃圾項目效果圖如圖1所示。

圖1 建筑垃圾項目效果圖

2 車間疏散單元劃分

根據人員在建筑物中疏散方式的不同,建筑物中的疏散單元可分為豎向疏散單元和水平疏散單元。

根據《消防應急照明和疏散指示系統》[3](簡稱指示系統),豎向疏散單元主要為封閉樓梯間、敞開樓梯間、室外樓梯及避難層。在一體化車間中,將每個封閉樓梯間或敞開樓梯間劃分為一個獨立的疏散單元,根據該豎向疏散單元上下的水平疏散單元的性質及疏散方向,設置方向標志燈、疏散出口燈及樓層指示燈。豎向疏散單元如圖2所示,敞開樓梯間可定義為一個獨立的豎向疏散單元,在每個獨立的豎向疏散單元中疏散照明供電回路應采用獨立回路,不與其他供電回路共用。

圖2 豎向疏散單元

根據指示系統,同一平面層多個防火分區中的每個防火分區、多樓層防火分區中的每個樓層都應劃分為一個水平疏散單元。將兩側和頂棚設有圍護結構且滿足對應建筑耐火等級標準的疏散通道稱為“疏散走道”,將兩側或頂棚未設置完全圍護結構或達不到對應建筑耐火等級標準的疏散通道稱為“疏散通道”[3]。整個車間為一個防火分區,故將一體化車間內由物理隔墻劃分的預處理車間定義為一個水平疏散單元。根據工藝設備位置,劃分出未設置圍護結構的“疏散通道”。在“疏散通道”針對安全出口的位置確定人員疏散方向,布置相應的方向標志燈。將車間輔房內的參觀廊道定義為一個水平疏散單元,其基本為設置圍護結構的“疏散走道”。根據“疏散走道”內人員疏散方向,布置相應的方向標志燈。

“疏散出口”為通向樓梯間、避難層、避難走道等室內安全區域的出口,“安全出口”為通向室外樓梯、地面,符合疏散要求并具有直接到達地面設施的上人屋面等室外安全區域的出口。一體化車間內的“疏散出口”與”安全出口”如圖3所示。在一體化車間中,通向疏散走道的出口設置“疏散出口”標志燈,見圖3中A區;對于直接通向室外地面的出口設置“安全出口”標志燈,見圖3中B區。

圖3 一體化車間內的“疏散出口”與”安全出口”

3 車間應急燈具選擇

根據技術標準[2],按電源電壓等級分類,消防應急燈具可分為A型消防應急燈具和B型消防應急燈具:額定工作電壓不大于DC 36 V的A型消防應急燈具,額定工作電壓大于DC 36 V或AC 36 V的B型消防應急燈具。為了保證火災情況下疏散走道的照度,一體化車間應急疏散標志燈具、應急照明燈具安裝高度均為8 m以下。考慮到該車間內設置消火栓水滅火系統,在火災情況下水滅火介質容易導致燈具外殼發生導電現象,疏散人員容易觸及燈具外殼而發生電擊事故,應急照明燈具采用A型燈具。

按工作方式分類,消防應急燈具可分為持續型消防應急燈具和非持續型消防應急燈具。根據技術標準及GB 17945—2010《消防應急照明和疏散指示系統》[4],正常狀態下持續型燈具光源處于節能點亮模式,有利于工作人員在正常狀態下熟悉疏散路徑,且在非集中控制系統中燈具狀態無法統一顯示,持續型燈具可以直觀判斷光源是否完好,便于系統日常維護。

根據技術標準,選擇一體化車間內各區域應急照明燈具安裝高度、標志燈大小、安裝間距、防護等級。一體化車間應急照明燈具選擇如表1所示。預處理車間、卸料大廳等應急照明燈具布置如圖4所示。變電所、中控室、疏散走道等應急照明燈具布置如圖5所示。

表1 一體化車間應急照明燈具選擇

圖4 預處理車間、卸料大廳等應急照明燈具布置

圖5 變電所、中控室、疏散走道等應急照明燈具布置

根據防火規范表3.7.4,一級耐火等級丁類廠房疏散距離并無要求,在特殊情況下無需借助相鄰防火分區或相鄰房間疏散。而在我國工程實踐中可變換指示方向的疏散指示標志尚存在一定的問題,因此該車間不借助相鄰防火分區疏散,不采用可變換指示方向疏散指示標志。

4 應急疏散照明系統配電設計

應急照明燈具的電源由主電源和蓄電池組成。根據燈具內蓄電池電源供電方式的不同,可分為集中電源供電方式和燈具自帶蓄電池供電方式。兩者主要區別為:集中電源供電方式設置應急照明集中電源,內部架構為主電源和蓄電池電源互相轉換后通過同一個配電回路為燈具供電,應急照明集中電源應放置于消控室、低配間或電氣堅井內;燈具自帶蓄電池供電方式采用應急照明配電箱,通過該照明箱內一級分配電后為燈具供電,在火災情況下通過燈具自帶蓄電池進行供電,對應急照明配電箱放置位置沒有具體規定。

考慮到廠區由多個大、中型車間組成,一體化車間規模偏大、應急疏散照明燈具數量多、放置位置比較分散、安裝高度比較高,如采用燈具自帶蓄電池供電方式,對于燈具供電的統一管理及后期對燈具蓄電池維修十分不便,故采用集中電源供電方式。

根據技術標準,對于集中控制集中供電方式,應急照明集中電源需采用消防電源專用應急回路。根據防火規范第10.1.8條及條文解釋,消防用電設備的供電,應在其配電線路的最末一級配電箱處設置自動切換裝置,而疏散照明的最末一級配電箱為該所在防火分區的配電箱。故該車間設置消防雙切箱,兩路進線分別引自兩段獨立母排,雙切箱出線電源引至車間內各應急照明集中電源。應急疏散照明集中電源供電系統如圖6所示。應急照明集中電源內主電源和蓄電池內部轉換后為燈具供電,為了避免輸出回路過載或短路對其他輸出回路造成影響,每個供電回路均應設置過載、短路保護裝置。在集中電源內,主電源采用AC-DC變換后輸出,蓄電池保持直流輸出。

圖6 應急疏散照明集中電源供電系統

根據技術標準,預處理車間內地面水平最低照度要求不應低于3 lx,應急照明燈具的運行電壓波動范圍為其額定工作電壓的±20%。為了保證傳輸距離以及壓降的要求,應急照明電源采用DC 36 V供電,車間內應急照明燈具的功率選用9 W,方向標志燈功率選用3 W。根據圖集19D702-7《應急照明設計與安裝》[5],直流線路電壓損失計算公式:

(1)

式中: Δu——電纜壓降百分比;

ρθ——工作溫度θ時的導線電阻率;

P——線路功率,為燈具數量n×12 W;

L——線路長度;

U——標稱電壓,取36 V;

S——電纜截面。

根據式(1),可得出滿足電纜壓降的回路燈具數量及供電距離。

為了滿足最低照度的要求,根據文獻[6]中式(5-39),可得出滿足地面照度的燈具數量及照度。

(2)

式中:Eav——工作面上平均照度;

N——光源數量;

Φ——光源光通量;

U——利用系數,取0.5;

K——燈具的維護系數,取0.7;

A——工作面面積。

根據式(1)及式(2),應急照明壓降及照度計算如表2所示。

表2 應急照明壓降及照度計算

根據表2,可選用應急照明燈具安裝間距垂直疏散方向為24 m,平行疏散方向為12 m。一體化車間應急照明集中電源布置如圖7所示。圖7中1和2的位置分別設置應急照明集中電源,供電距離保持在150 m內,壓降滿足±20%的要求,在每個回路燈具數量為6的情況下,可保證每個應急照明集中電源的出線回路數不超過8。另外,為保證火災情況下線路的持續工作能力,供電出線回路應選擇耐火線纜。

根據防火規范,車間所屬的其他建筑在火災情況下應急疏散所需時間為0.5 h。而在非火災情況下,仍應保證在主電源斷電情況下應急照明燈具保持不超過0.5 h的持續時間。綜合火災情況和非火災情況,蓄電池需至少保證燈具1 h的持續工作時間。考慮蓄電池在使用過程中發生容量衰減,選擇蓄電池初裝容量P(初裝)時需考慮最大衰減系數d。鎳氫、鋰離子蓄電池的最大衰減系數d為50%～60%,鉛酸蓄電池的最大衰減系數d為60%～70%,P初裝=P實際/(1-d)。另外還需注意,應急照明集中電源的最大配接功率不應大于5 kVA[3]。

圖7 一體化車間應急照明集中電源布置

5 應急疏散照明系統控制方式

按照控制方式分類,應急照明疏散系統可分為集中控制型和非集中控制型。集中控制型系統設置應急照明控制器,應急照明集中電源或應急照明配電箱及應急燈具的工作狀態可由應急照明控制器集中控制并顯示。非集中控制型系統不設置應急照明控制器,其主電源和蓄電池電源的轉換以及應急燈具的工作狀態由應急照明集中電源或應急照明配電箱控制。

集中控制型系統適用于規模較大、設置火災自動報警系統并配備消防控制室的廠區,在消防控制室內可通過應急照明控制器對全廠應急照明燈具進行統一控制。當廠區未設置火災報警系統或消防控制室時,由于管理使用單位也未配置專業的消防安全管理人員,則不強制要求采用集中控制型系統。

在環保類項目中,是否設置火災自動報警系統可作為應急照明控制方式選擇的前提。防火規范第8.4.1條列出了火災自動報警系統設置的各種條件,大多數針對的是民用建筑,大型車間火災報警的設置可參考第8.4.1條第13款:對設置機械排煙、防煙系統、雨淋或預作用自動噴水滅火系統、固定消防水炮滅火系統等與火災自動報警系統聯鎖動作的場所應設置火災自動報警系統。電氣設計人員可以利用該條選擇是否設置火災報警系統,選擇是否采用集中控制型系統。根據防火規范第8.5.2條第2款:建筑面積大于5 000 m2的丁類生產車間應設置排煙設施,故一體化車間需設置火災報警系統來聯動防排煙設施,并設置消防控制室,選擇集中控制型應急疏散系統。

集中控制型系統應在消防控制室設置應急照明控制器,應急照明控制器可采用通信協議與消防聯動控制器通信。另外,考慮到車間規模較大,采用環形結構與應急照明集中電源之間通信符合高可靠性的要求。應急照明控制系統如圖8所示。在設計應急照明控制器時,應保證控制器的自帶蓄電池在主電源中斷后工作3 h。應急照明集中電源應具有能接收該區域正常照明電源狀態信號的接口。

圖8 應急照明控制系統

對于集中控制型系統,在非火災工況下,當系統主電源斷電后,集中電源應連鎖控制持續型燈具光源由節電點亮模式轉入應急點亮模式,應急照明集中電源自動轉入蓄電池電源輸出,將主電源斷電連鎖控制信號反饋至應急照明控制器,并明確該持續時間不應超過0.5 h。主電源恢復供電后,光源恢復原工作狀態,應急照明集中電源轉入主電源輸出。

對于集中控制型系統,在火災工況下,當應急照明控制器接收到火災報警輸出信號后,應控制系統內的光源應急點亮,不控制A型燈具轉入蓄電池電源供電,從而保持主電源供電不變,待其主電源斷電后自動轉入蓄電池電源供電。與GB 17945—2010《消防應急照明和疏散指示系統》要求不同的是,系統應急啟動時,對A型燈具并不要求馬上轉入蓄電池供電。這是為了能夠最大限度地延長A型燈具在緊急情況下的持續應急工作時間。

6 備用照明設計

一體化車間內在火災情況下仍需工作、值守的區域包括變配電間、消防控制室、消防水泵房等,在這些區域需同時設置備用照明、疏散照明及疏散標志。但備用照明的線路防火等級、供電可靠性要求均可低于應急疏散系統。

根據技術標準,備用照明在平時兼用正常照明,故備用照明燈具可采用正常照明燈具,在變配電間、消控室及消防水泵房采用直管LED燈兼作備用照明及正常照明。對于供電可靠性方面,備用照明燈具與應急照明不同的地方在于其可由正常照明電源和消防電源專用應急回路互投后供電。一體化車間備用照明可采用上述應急照明動力雙切箱引出電源至車間內備用照明燈具。

車間內燈具光源的應急點亮時間應在應急照明集中電源接收到應急照明控制器發出的系統自動、手動啟動信號后5 s內控制其配接燈具的光源應急點亮。

7 結 語

本文介紹了一種大型車間應急疏散照明系統的設置,從疏散單元劃分、燈具選擇、供電方式、控制方式等方面進行了闡述。對于大型車間,設計的重點是把握在大空間下人員能利用最短路徑及最短時間進行逃生。電氣設計人員應在充分理解規范及技術標準的前提下,本著以人為本的原則對車間疏散單元進行拆解分析,選擇最合適的燈具、供電方式及控制方式,提升人員的逃生成功率。