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集中控制型消防應急照明系統設計 應急照明燈具布置

0引言
隨著社會的進步,經濟、科技的迅猛發展,現代建筑呈現出大型化、復合化、智能化、人性化等特征。同時,人們安全意識也進一步加強,這就對建筑物的消防安全系統提出了更高的要求。因此,對火災發生時如何安全、準確、迅速疏散進行研究具有重要意義。無數次的火災實例總結分析表明,建筑內有無消防應急照明和疏散指示標志對火災所造成的傷亡程度有重要影響,故綜合考慮各種因素,規范對建筑內消防應急照明和疏散指示標志的設置條件及設置要求均作了明確的規定。傳統的消防應急照明燈及疏散指示標志燈不僅可靠性、安全性無法保證,而且由于各個產品都是獨立運行的,給檢查維護增加了困難,同時也不便于集中管理和控制。當前的消防應急照明和疏散指示系統按系統形式可分為自帶電源集中控制型、自帶電源非集中控制型、集中電源集中控制型、集中電源非集中控制型4類。由于集中控制型系統在系統可靠性、安全性、使用壽命、維護與管理、用電管理等方面均優于非集中控制型系統,下面對集中控制型消防應急照明系統進行探討。

1 集中控制型消防應急照明系統簡介
國家標準GB17945-2010《消防應急照明和疏散指示系統》規定了消防應急照明和疏散指示系統的術語和定義、分類、防護等級、一般要求、試驗、檢驗規則、標志等。集中控制型消防應急照明系統采用集中監控方式,通過信息技術、計算機技術和自動控制技術對樓宇內的消防應急照明和疏散指示標志進行實時監控,確保消防應急照明系統能在火災發生時及時投入使用。
集中控制型消防應急照明系統分為自帶電源型和集中電源型。兩種類型的組成如下圖所示。

系統中的各個組成部分的作用如下:
a.自帶電源型消防應急燈具:電池、光源及相關電路裝在燈具內部的消防應急燈具。
b.集中電源型消防應急燈具:燈具內無獨立的電池而由應急照明集中電源供電的消防應急燈具。
c.應急照明配電箱:為自帶電源型消防應急燈具供電的供配電裝置。
d.應急照明分配電裝置:為應急照明集中電源應急輸出進行分配電的供配電裝置。
e.應急照明集中電源:火災發生時,為集中電源型消防應急燈具供電、以蓄電池為能源的電源。
f.應急照明集中控制器:控制并顯示集中控制型消防應急燈具、應急照明集中電源、應急照明分配電裝置及應急照明配電箱及相關附件等工作狀態的控制與顯示裝置。
由于蓄電池是易耗品、使用過程中不斷老化,一般認為容量低于60%便應報廢。初裝容量為應急工作時間90min的蓄電池,到達報廢期時應急工作時間約為30min,約為初裝容量的應急時間1/3。若要求應急工作時間不小于1.0h或1.5h,則初裝容量應為3.0h或4.5h,這樣的要求對自帶電源型消防應急燈具來講是很難達到的。另外,自帶電源型的消防應急燈具的電源過于分散,后期管理和維護時對裝飾也會有一定影響,帶來諸多不便。因此,本文只探討具有更多優勢并在實際工程中應用更廣泛的集中電源集中控制型消防應急照明系統。

2 集中電源集中控制型消防應急照明系統設計要點
2.1集中電源集中控制型消防應急照明系統的通用要求

a.主電源應采用220V(應急照明集中電源可采用380V)50Hz交流電源,主電源降壓裝置不應采用阻容降壓方式;安裝在地面的燈具主電源應采用安全電壓。
b.系統應有自檢功能。
c.系統的應急轉換時間不應大于5s。
d.系統的應急工作時間不應小于90min,且不小于燈具本身標稱的應急工作時間。
e.消防應急照明燈具應急狀態光通量不應低于其標稱的光通量,且不小于50lm。
f.系統應能將故障狀態信息和工作狀態信息(每一個消防應急燈具)反饋至消防控制室。
集中電源集中控制型消防應急照明系統的通用要求詳見GB17945-2010。
2.2照度要求及計算
GB50016-2014《建筑設計防火規范》對建筑物內疏散照明要求為地面水平最低照度,而不是平均照度。集中控制型燈具通常采用LED光源,供電為DC24V或DC36V安全電壓。集中電源集中控制型消防應急照明系統燈具的選擇及照度要求主要在GB50016-2014、GB50034-2013《建筑照明設計標準》有詳細要求。GB50016-2014要求,建筑內疏散照明的地面最低水平照度應符合下列規定:
a.對于疏散走道,不應低于1.0lx。
b.對于人員密集場所、避難層(間),不應低于3.0lx;對于病房樓或手術部的避難間,不應低于10.0lx。
c.對于樓梯間、前室或合用前室、避難走道,不應低于5.0lx。
GB50034-2013規定:在通道內,疏散照明范圍的寬度不宜小于1.5m(或疏散通道照明區域的寬度應不小于通道寬度的1/2),在大面積場所內,應根據使用狀況設置方便的疏散路線并保證其連續不中斷的水平照度值。疏散通道中心線地面最低水平照度的最大值與最小值之比不應大于40∶1。
結合上述GB50016-2014和GB50034-2013,建筑內疏散照明的地面最低水平照度是指按疏散中心線或中心區50%范圍內必須要達到地面水平照度要求:
a.當走道為條形走道時,疏散走道照明區域的寬度應不小于通道寬度的1/2,如下圖所示。
b.對于人員密集區域,滿足50%范圍達到地面水平照度最低要求(柱周邊一般不作通道考慮)如圖3所示。
集中控制型燈具生產廠家很少能提供光源及燈具的光學參數,所以設計無法利用常用的照度計算軟件來進行疏散照明地面最低水平照度的計算,對于燈具的布置缺乏理論數據的依據。
下面參考某廠家提供的集中控制型消防應急照明燈具的實測數據,對其光學參數和照度分析如下。
根據廠家提供的不同功率應急照明燈在不同安裝高度時,垂直點地面水平照度表(見表1、表2)。單盞應急照明燈具的配光特點與地面最低照度關系如圖4(a)所示;兩盞應急照明燈在地面中心線交點產生的水平照度等于兩個燈在該點水平照度代數和,如圖4(c)所示;多盞應急照明燈在地面交點(最低點)產生的水平照度等于多盞燈在該點地面水平照度代數和,如圖4(b)所示。圖中地面水平照度最低點為4燈中心ABCD點。如4燈中心ABCD點地面水平最低照度滿足要求,則AB、BC、CD、DA點一定滿足照度要求。
2.3布線要求
集中電源集中控制型消防應急照明系統布線要求見圖5。系統內部的供電主干線纜(電池主站與控制器分機之間)采用WDZN-BYJ(F)-3×4,系統內部的通信(控制)主干線纜(監控主站與各管理設備之間)采用WDZN-RYS-2×1.5。
分配電裝置出線:
①安全電壓型分配電裝置出線,DC24V電源線與通信線共管敷設:WDZN-BYJ(F)-2×2.5+WDZN-RYS-2×1.5。
②交直流隔離型分配電裝置出線,AC220V電源線與通信線分管敷設:電源線WDZN-BYJ(F)-2×2.5(高壓燈往往安裝于高度大于2.4m的高大空間場所),通信線WDZN-RYS-2×1.5。
③混合型分配電裝置出線,根據其出線電壓分別參照上述要求進行選擇。
3 典型場所的燈具布置設計
3.1前室、避難走道、樓梯間(5.0lx)
3.1.1前室和避難走道

前室吊頂高度3.5m,燈具安裝高度即為3.5m。
根據表1和圖4(a)可知,燈具選用10lx/5W消防疏散照明燈較合適,燈下垂直地面水平照度為10lx;以燈為中心,在地面半徑2.0m范圍地面最低照度不小于5lx。
其余情況和避難走道以此類推。前室燈具布置示意如圖6所示。
3.1.2樓梯間
選用10lx/5W消防疏散照明燈,安裝在本層及轉角平臺第一級臺階處,假設燈具安裝高度2.5m,根據表1和圖4(a)可知,燈下樓梯中心為16.6lx;平臺拐角中心為8lx;踏步中心為10lx,如圖7所示(注:壁裝燈具為平射型產品)。
3.2人員密集場所、避難層(間)、大空間人員密集場所(3.0lx)
3.2.1人員密集場所

方形布置(柱子在中心,因此可忽略柱區地面水平照度,核驗四邊中點的最低地面水平照度)選用10lx/5W消防疏散照明燈,假設燈具安裝高度4.5m,按9m間距布置,根據表1和圖4(a)可知,燈下垂直地面水平照度為6.3lx;四邊中點照度為3.1lx,如圖8(a)所示(其余情況以此類推)。
菱形布置(核驗中心區最低地面水平照度)選用10lx/5W消防疏散照明燈,假設燈具安裝高度6m,按12m間距布置,根據表1和圖4(a)可知,燈下垂直地面水平照度為3.5lx;中心點照度為3.5lx,如圖8(b)所示(其余情況以此類推)。
同時也可在中心增加一盞燈具(五燈菱形布置),假設燈具安裝高度8m,按9m間距布置,根據表1和圖4(a)可知,單個燈下垂直的照度為2lx,中心點處燈在四邊中點的照度為燈下垂直點照度的一半,即1lx。因此四邊中心點地面水平照度應為單個燈下垂直的照度2lx加上兩盞中心點處燈在四邊中心點形成的照度[2×(2×0.5)]lx,即(2+2×2×0.5)=4lx,同理,中心點燈下照度為6lx,如圖8(c)所示(其余情況以此類推)。
3.2.2大空間人員密集場所
大空間人員密集場所燈具布置示意如圖9所示。假設燈具安裝高度10m,按11m間距布置,選用15lx/9W消防疏散照明燈即可,采用五燈菱形布置,同理前文3.2.1最后一段的分析,四邊燈下垂直地面水平照度為3.8lx;中心點最低地面水平照度為5.7lx,如圖9(a)所示(其余情況以此類推)。
假設燈具安裝高度15m,按16m間距布置,則需要選擇更大功率的30lx/15W消防疏散照明燈,采用五燈菱形布置,此時四邊燈下垂直地面水平照度能達到3.4lx;中心點最低地面水平照度為5.1lx(其余情況以此類推)。
3.3疏散走道(1.0lx)
假設燈具安裝高度2.75m,選用5lx/3W消防疏散照明燈即可,按8m間距布置,根據表1和圖4(a)可知,燈下垂直地面水平均不小于1lx,故寬度不超過4m的走道,均可采用該方式,如圖10所示(其余情況以此類推)。

3.4病房樓或手術部的避難間(10lx)
5W消防疏散照明燈應用于病房樓或手術部的避難間布置示意如圖11所示。假設燈具安裝高度4.5m,按9m間距布置,選用10lx/5W消防疏散照明燈即可,采用五燈菱形布置,根據表1和圖4(a)和前文五燈菱形布置情況分析可知,四邊燈下垂直地面水平照度為11.1lx;中心點最低地面水平照度為12.6lx(其余情況以此類推)。
由以上各種空間(前室、避難走道、人員密集場所、大空間場所、疏散走道和手術部避難間)以及各種照度需求(1lx、3lx、5lx、10lx)的分析得到,此款燈具能很好地滿足各種消防應急照明情況的需求。然而并不是所有廠商的燈具都能提供如此詳細的照度參數數據,因此下面簡單介紹如何利用光通量參數計算需要的燈具個數。
4 實際工程案例分析
某辦公樓走道寬1.6m,長17.7m。燈具選擇10lx/5W消防疏散照明燈,燈具到地面(工作面)的高度h1為3m。合用前室寬2.7m,長5.55m,燈具選擇10lx/5W消防疏散照明燈,燈具到地面(工作面)的高度h2為2.8m,布置間距如圖12所示。根據前文3.3節描述的計算方法,結合表1的數據。圖12中燈1正下方的B點地面水平照度應為14.2lx,A點與燈1距離為5.2m,即與燈1水平距離1.73h1處,地面水平照度應為14.2/15≈1lx,燈1與燈2之間中點C點的照度應稍小于燈下照度的一半14.2/2=7.1lx。
燈3正下方的D點地面水平照度應為16.8lx,E點與燈3距離為2.8m即h2,因此E點地面水平照度應為16.8/4=4.2lx,F點與燈3距離為4.8m即1.73h2,因此E點地面水平照度應為16.8/15=1.1lx。
下面利用平均照度的公式(1),來驗算此種布置方式是否達到規范所需的照度。


根據廠家提供的參數選用的10lx/5W燈具的光通量參數為500lm,燈具維護系數的取值根據GB50034-2013表4.1.6,室內清潔環境K取0.80。另外,此燈具利用系數U的取值參照《照明設計手冊》
(第三版)表25-53,結合工程實際經驗及GB/T26189-2010/ISO8995:2002/CIES008/E:2001《室內工作場所照明》的要求,此處有效頂棚反射比取值70%,墻反射比取值30%,地面反射比取值20%,室空間比RCR由公式(2)計算得到:


結合以上分析,走道l=17.7m,b=1.6m,hr=3.0m,得RCR≈10,查《照明設計手冊》表25-53得到U=0.38。圖12走道處布置2盞燈即N=2,平均照度Eav=10.7lx。前室l=5.55m,b=2.7m,hr=2.8m,得RCR≈8,查《照明設計手冊》表25-53得到U=0.46處布置1盞燈即N=1,平均照度Eav=12.3lx。
平均照度均處于前文計算的最低照度與最大照度之間。
另外,我們對此項目中上文所分析走道實地地面水平照度進行了測量,實測數據與計算數據對比見表3。
表3中可以看出,此項目實測數據與計算數據雖數值不一樣,但是與燈具不同距離的地面水平照度與燈具垂直點地面水平照度比例是一樣的,即說明只要能已知燈具垂直點地面水平照度,文中所述的計算方式是有效可行的。這里導致實測數據成比例變大的原因經分析有以下3點:
a.文中表1和表2給出的數據是在實驗室中,墻面、地面、頂棚反射比均為0的最惡劣情況下測量的,而現場實測時墻面、地面、頂棚反射比均較良好,因此現場實測照度更高。
b.計算時只考慮了參與計算的燈具的影響,而實測時周圍燈具的影響不可避免。
c.文中表1和表2的數據為了給出最惡劣情況下的數據,實驗室中測量時用的是經使用一段時間后的燈具,已經有一定的光衰。而我們現場實測時,燈具還幾乎未經使用,還沒有光衰,所以照度較高。
文中表1和表2的數據給出最惡劣情況下的數據。因為設計時,設計環境還是未知的,按照最惡劣情況來設計,能保證最后一定能滿足照度要求。
5 結語
集中電源集中控制型消防應急照明系統采用安全電壓供電、對燈具狀態實時監控,解決了應急照明日常維護的難題,提高其可靠系數。本文中所提到的各種場所的照度要求及對應燈具布置,我們也在后期對建筑進行了照度實測,結果表明文中所提到的照度計算方法是有效可行的。因此,在集中電源集中控制型消防應急照明系統的工程應用中,應注意所選用的產品是否能滿足照度要求,設計人員應盡量找到能提供具體照度參數的產品用于設計,使我們的設計更加準確和精細化。另外,在工程實際施工過程中也有諸多值得注意的問題:如信號線與電源線用錯導致發熱或信號干擾;當用220V電源為應急照明燈供電時,信號線與電源線共管敷設;地埋燈防水處理不好導致接線盒進水;應急照明燈具非火災時兼做正常照明的控制不便等等。
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