住宅建筑消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊 皞，李宇飛

(中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都 610042)

0 引言

建筑發(fā)生火災(zāi)威脅著人們的生命安全，特別是住宅建筑，發(fā)生火災(zāi)的隱患較多，例如廚房用火操作不當(dāng)，廚房使用的食用油加熱時(shí)間過長，無人看管極易發(fā)生自燃現(xiàn)象；裝修使用大量的易燃材料，遇火即燃；家用電器過量使用，導(dǎo)致電器開關(guān)過負(fù)荷運(yùn)行，誘發(fā)火災(zāi)等。消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的設(shè)置在火災(zāi)時(shí)為人們的安全疏散提供保障。合理地選擇和布置消防應(yīng)急照明和疏散指示燈具有利于人員的疏散和及時(shí)逃生。目前消防應(yīng)急照明及疏散指示系統(tǒng)按照系統(tǒng)形式可分為4大類，分別是集中電源集中控制型、自帶電源集中控制型、集中電源非集中控制型和自帶電源非集中控制型。

本文通過梳理相關(guān)規(guī)范條文，對高層住宅中消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的類型、供電方式以及燈具種類進(jìn)行分析。給出集中電源集中控制A型應(yīng)急照明燈具系統(tǒng)的配電設(shè)計(jì)、燈具照度范圍及配電線路壓降計(jì)算，并以DC 24V應(yīng)急照明燈具為例，對典型住宅項(xiàng)目的消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行案例分析。

1 住宅建筑消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的方案確定

根據(jù)GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2018年版)、JGJ 242-2011《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》以及GB 50368-2005《住宅建筑規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范條文對不同高度的住宅建筑的消防應(yīng)急照明及疏散指示系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求可知，住宅建筑高度為27～54m的二類高層，需在疏散走道、樓梯間、前室或合用前室的公共區(qū)域設(shè)置應(yīng)急照明，并宜設(shè)置疏散指示標(biāo)志。住宅建筑高度大于54m的一類高層，應(yīng)在公共區(qū)域設(shè)置應(yīng)急照明和疏散指示標(biāo)志。

1.1 住宅建筑消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的控制方式及燈具種類的確定

根據(jù)GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2018年版)、GB 50067-2011《地車庫、修車庫、停車場設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、以及GB 50116-2013《火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》 等規(guī)范對消防聯(lián)動設(shè)施以及消控室設(shè)置的相關(guān)要求可得，住宅建筑高度大于33m時(shí)，需要設(shè)置消防電梯(屬于需要聯(lián)動控制的消防設(shè)施)，因此建筑高度為33～54m的二類高層及大于54m的一類高層均需要設(shè)置消防控制室。建筑高度為27～33m的二類高層住宅小區(qū)，即使可以不設(shè)置消防電梯，但由于配套建設(shè)的地下車庫停車位數(shù)量一般都不小于10輛，根據(jù)GB 50067-2014《地車庫、修車庫、停車場設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第7.2.1條規(guī)定，需要設(shè)置自動滅火系統(tǒng)。對于住宅建筑，該系統(tǒng)一般為自動噴水滅火系統(tǒng)，且消防水池一般設(shè)于地下室。為了保證消防系統(tǒng)供水的可靠性，通常會設(shè)置配套的消防水泵。因此，也需要設(shè)置消防控制室以滿足消防水泵的控制要求。

依據(jù)GB 51309-2018《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》可知，設(shè)置消防控制室的場所應(yīng)選擇集中控制型的消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)?？紤]到大部分住宅建筑場所高度小于8m，應(yīng)選擇A型燈具。

因此，本文建議建筑高度不小于27m的住宅建筑采用集中控制型消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，并應(yīng)采用A型燈具。

1.2 住宅建筑消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的供電方式的確定

消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)中燈具的電源由主電源和蓄電池電源組成。蓄電池電源可以采用兩種供電方式：集中電源供電方式和燈具自帶蓄電池供電方式。蓄電池的質(zhì)量及壽命周期是影響兩種供電方式的主要因素。

以某個(gè)33層住宅小區(qū)(共計(jì)4棟同樣的住宅樓)為例，住宅塔樓共有消防應(yīng)急照明和疏散指示燈具3 300個(gè)(其中5W疏散照明燈660個(gè)，3W疏散照明燈792個(gè)，1W疏散標(biāo)志燈1 848個(gè))，分別采用集中電源供電和自帶蓄電池供電系統(tǒng)的對比如表1所示。

4棟住宅塔樓的消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的兩種供電方式的對比 表1

燈具采用集中電源時(shí)，當(dāng)蓄電池出現(xiàn)故障或達(dá)到使用壽命周期時(shí)，蓄電池集中設(shè)置有利于人員的檢修、維護(hù)與更換，但是蓄電池的集中設(shè)置會擴(kuò)大故障的影響范圍。燈具采用自帶蓄電池時(shí)，由于蓄電池隨燈具分散設(shè)置，不利于人員的檢修與更換，但是自帶蓄電池?zé)艟叩墓收蟽H影響該燈具的正常工作，影響范圍較小。綜上所述，結(jié)合表1，并從后期維護(hù)檢修方便、節(jié)約成本等多重因素考慮，建議高層住宅建筑采用集中電源集中控制型消防應(yīng)急照明及疏散指示系統(tǒng)。

1.3 住宅建筑消防A型應(yīng)急照明兼做普通照明的可行性分析

利用DIALux軟件對樓梯間普通照明照度進(jìn)行模擬仿真，結(jié)果如圖1所示。本次模擬仿真采用某主流品牌的20W吸頂LED熒光燈，光通量為1 800lm。 照度的計(jì)算區(qū)域?yàn)榘雽悠脚_處及樓梯中間踏步，半層平臺平均照度計(jì)算結(jié)果為51lx，樓梯中間踏步平均照度計(jì)算結(jié)果為35lx。

圖1 樓梯間平均照度圖

A型應(yīng)急照明燈具是主電源及蓄電池電源額定工作電壓均不大于DC 36V的消防應(yīng)急燈具。如采用此類燈具兼做普通照明，目前的主流做法是消防應(yīng)急照明燈配置聲或紅外、雷達(dá)人體動感傳感器，取代正常照明燈具；正常狀態(tài)下燈具不亮，當(dāng)收到感應(yīng)時(shí)，燈具維持30～60s的高功率點(diǎn)亮狀態(tài)后自動熄滅。在高功率點(diǎn)亮狀態(tài)下，燈具功率可達(dá)到12～18W，光通量一般可達(dá)到1 000～1 800lm，此時(shí)可以保證滿足地面平均照度的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

(1)基于開關(guān)電源特性分析A型應(yīng)急照明兼做普通照明的可行性

A型應(yīng)急照明系統(tǒng)兼做普通照明時(shí)，其配電箱接線圖如圖2所示。220V交流電需通過配電箱內(nèi)的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換成DC 24V/36V直流電，給消防應(yīng)急照明燈具供電。因此開關(guān)電源的特性將直接影響應(yīng)急照明供電可靠性。

圖2 A型應(yīng)急照明配電箱接線示意圖

開關(guān)電源工作時(shí)的發(fā)熱是影響其工作狀態(tài)的主要因素。當(dāng)開關(guān)電源處于高負(fù)荷工作狀態(tài)的同時(shí)又面臨高功率燈具啟動的浪涌電流，極易產(chǎn)生過負(fù)荷保護(hù)關(guān)斷現(xiàn)象。若開關(guān)電源關(guān)斷進(jìn)行自我保護(hù)，普通照明和應(yīng)急照明都不能正常工作，將造成巨大的安全隱患。同時(shí)開關(guān)電源的引入，導(dǎo)致配電箱成本較普通照明配電箱成倍(約10倍左右)增加。

當(dāng)消防應(yīng)急照明燈兼做正常照明時(shí)，燈具需要經(jīng)常處于高功率點(diǎn)亮狀態(tài)，此時(shí)整個(gè)照明系統(tǒng)的負(fù)荷會經(jīng)常處于較高狀態(tài)，風(fēng)扇需要間歇性運(yùn)行。對于電氣豎井或配電小室而言，也需要采取一定的外部散熱措施來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

總之，當(dāng)消防應(yīng)急照明燈兼做正常照明時(shí)，風(fēng)扇壽命、豎井或配電小室散熱措施、開關(guān)電源高熱狀態(tài)、燈具感應(yīng)啟動沖擊及燈具經(jīng)常性高熱對蓄電池影響均是設(shè)計(jì)必須處理的因素。否則這種兼做模式很難保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(2)基于施工成本及運(yùn)行維護(hù)分析A型應(yīng)急照明兼做普通照明的可行性

從施工成本經(jīng)濟(jì)性的角度來看，A型應(yīng)急照明兼做普通照明時(shí)，雖然管線及安裝成本降低，但由于兼做普通照明需滿足普通照明的照度要求，燈具及相關(guān)設(shè)備的數(shù)量需求明顯增多，燈具及設(shè)備的成本顯著增加，從而導(dǎo)致A型應(yīng)急照明兼做普通照明方案的總成本并不會比兩種照明系統(tǒng)分開設(shè)計(jì)的方案低。

從運(yùn)行維護(hù)的角度來看，照明系統(tǒng)包含了開關(guān)電源、通信模塊等復(fù)雜元器件，需配套廠家的專業(yè)維修人員進(jìn)行維護(hù)和檢修。若A型應(yīng)急照明兼做普通照明，當(dāng)照明系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，普通照明和應(yīng)急照明將同時(shí)斷電，對住宅業(yè)主生活也造成了較大的困擾。當(dāng)普通照明系統(tǒng)(主要由斷路器及普通照明燈具構(gòu)成)獨(dú)立設(shè)計(jì)時(shí)，即使其出現(xiàn)故障，非專業(yè)維修人員(物業(yè)電工等)可及時(shí)處理，提高了普通照明系統(tǒng)的故障檢修效率。

綜上所述，一般情況下，不建議采用集中控制型A型消防應(yīng)急照明燈具兼做普通照明的形式。

2 A型應(yīng)急照明燈具系統(tǒng)的配電設(shè)計(jì)、燈具照度范圍及配電線路壓降計(jì)算

2.1 A型應(yīng)急照明燈具系統(tǒng)的配電設(shè)計(jì)

依據(jù)GB 51309-2018《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，配接燈具的額定功率總和不應(yīng)大于配電回路額定功率的80%；A型燈具配電回路的額定電流不應(yīng)大于6A；A型應(yīng)急照明配電箱或集中電源的輸出回路不應(yīng)超過8路。目前A型應(yīng)急照明燈具的電壓規(guī)格主要有DC 24V和DC 36V兩種。根據(jù)上述規(guī)范要求，實(shí)際每臺集中電源可配接的燈具最大容量如表2所示。

DC 24V和DC 36V 的A型應(yīng)急照明燈具特性 表2

2.2 A型應(yīng)急照明燈具的照度范圍計(jì)算

地面任意一點(diǎn)的水平照度范圍的計(jì)算公式如式(1)所示。

(1)

式中，Eθ為燈具正下方的地面水平照度，lx；Iθ為燈具至該點(diǎn)照射方向的光強(qiáng)，cd；R為燈具至計(jì)算點(diǎn)的距離，m；θ為地面通過光源的法線與入射光線的夾角，如圖3所示。

圖3 燈具照度示意圖

參照《消防應(yīng)急照明和疏散指示》附錄A，A型應(yīng)急照明燈具的等照度計(jì)算表如表3～4所示。

A型應(yīng)急照明燈具的等照度半徑表(3W燈具) 表3

A型應(yīng)急照明燈具的等照度半徑表(5W燈具) 表4

2.3 A型應(yīng)急照明燈具系統(tǒng)配電線路壓降計(jì)算

直流線路采用負(fù)荷矩來計(jì)算壓降，公式如式(2)所示。

(2)

式中，Δu%為線路電壓損失百分?jǐn)?shù)；P為有功負(fù)荷，kW；l為線路長度，km；S為線芯標(biāo)稱截面，mm2；C為功率因數(shù)為1時(shí)的計(jì)算系數(shù)。

以DC 24V的A型應(yīng)急照明燈具系統(tǒng)為例，配電線路一般采用銅芯導(dǎo)線，導(dǎo)線截面積為2.5mm2。由于配接燈具的額定功率總和不應(yīng)大于配電回路額定功率的80%，則每個(gè)回路的有功負(fù)荷為：

(3)

式中，U為系統(tǒng)電壓，V；I為回路的額定電流，A；相關(guān)參數(shù)詳見表2。

根據(jù)GB 50034-2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第7.1.4條要求，照明燈具的端電壓壓降不得超過5%，即Δu%≤5%，由式(2)可得配電線路長度限值為：

(4)

依據(jù)上述分析可得，配電回路長度控制在160m范圍內(nèi)可滿足壓降要求，保證燈具的正常啟動。住宅建筑中，樓梯間應(yīng)急照明燈具一般采用5W燈具豎向配電，配電線路較長。由于一般住宅建筑高度小于100m，且每個(gè)回路最大可接容量為115.2W(以DC 24V為例)，每個(gè)回路最多可帶燈具數(shù)為115.2/5≈23盞。若每層一盞燈具，一個(gè)豎向配電回路最多可帶23層，考慮到住宅建筑層高一般為3m，則樓梯間內(nèi)一個(gè)豎向配電回路的供電長度最多為3×23=69m<162.7m，滿足規(guī)范的壓降要求。

3 集中電源集中控制型系統(tǒng)的典型住宅項(xiàng)目案例分析

以DC 24V集中電源集中控制型應(yīng)急照明燈具為例，對典型住宅項(xiàng)目的燈具布置、配電回路設(shè)置進(jìn)行分析。典型住宅項(xiàng)目的設(shè)置如下：住宅建筑每層高度為3m，前室、走道、電梯廳等區(qū)域(以下簡稱“公區(qū)”)燈具安裝高度為2.4m，樓梯間燈具安裝高度為3m。

DC 24V 集中電源集中控制型應(yīng)急照明和疏散指示燈具圖例 表5

由上文可知，A型應(yīng)急照明燈具配電回路的額定電流不大于6A，集中電源的輸出回路不超過8路。根據(jù)GB 51309-2018《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，住宅建筑樓梯間、前室地面水平最低照度不小于5.0lx，公區(qū)走道地面水平最低照度不小于1.0lx。結(jié)合安裝高度、照度要求以及表3～4，5.0lx照度區(qū)域采用5W應(yīng)急照明燈具，公區(qū)走道采用3W應(yīng)急照明燈具，疏散指示標(biāo)志燈具均為1W。圖例如表5所示，具體案例分析如下所述。

3.1 建筑高度為33m的二類高層住宅建筑(11層)的案例分析

該類住宅建筑一般為開敞樓梯間，每個(gè)單元樓梯間所需應(yīng)急照明燈具為21盞，總功率為21×5W=105W。由于每個(gè)回路最大可接容量為115.2W，故每個(gè)單元僅需1個(gè)供電回路，其應(yīng)急照明燈具布置如圖4所示。

圖4 集中電源集中控制A型應(yīng)急照明平面圖(建筑高度為33m的二類高層住宅)

3.2 建筑高度為48m的二類高層住宅建筑(16層)的案例分析

公區(qū)和樓梯間分開設(shè)置回路。綜合考慮供電范圍和每個(gè)回路功率限值，公區(qū)和樓梯間分別需要2個(gè)回路，總計(jì)4個(gè)配電回路，可設(shè)置1臺集中電源裝置。其應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖5和表6所示。

圖5 集中電源集中控制A型應(yīng)急照明及疏散指示平面圖(建筑高度為48m的二類高層住宅)

集中電源集中控制A型應(yīng)急照明及疏散指示燈具配電回路表 表6

3.3 建筑高度為99m的一類高層住宅建筑(33層)的案例分析

公區(qū)和樓梯間分開設(shè)置回路。每層公區(qū)燈具功率為33W，綜合考慮供電范圍和每個(gè)回路功率限值，公區(qū)每3層設(shè)置一個(gè)回路，共需要11個(gè)回路，對于樓梯間區(qū)域，每8～9層設(shè)置一個(gè)回路，共需要4個(gè)回路。總計(jì)15個(gè)配電回路，共計(jì)4臺集中電源裝置。其應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖6和表7所示。

圖6 集中電源集中控制A型應(yīng)急照明及疏散指示平面圖(建筑高度為99m的一類高層住宅)

集中電源集中控制A型應(yīng)急照明及疏散指示燈具配電回路表 表7

4 結(jié)束語