倪守雨

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

集中控制型消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)主要造價(jià),在于應(yīng)急照明燈具及蓄電池設(shè)置的選擇。消防應(yīng)急燈具按照蓄電池供電方式分類，可分為集中電源應(yīng)急燈具和自帶電源應(yīng)急燈具，設(shè)計(jì)時(shí)需對比兩種供電方式的優(yōu)劣，根據(jù)工程實(shí)際情況合理選擇。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，集中電源或燈具自帶蓄電池系統(tǒng)的容量(額定輸出功率)選型，主要目的在于選出既能滿足《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51309-2018[1](以下簡稱“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”)的規(guī)范要求，又不造成蓄電池容量的冗余設(shè)置?；耍疚慕Y(jié)合《技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)一步分析。

1 兩種集中控制型消防應(yīng)急照明與疏散指示系統(tǒng)的比較

根據(jù)《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB51309-2018)[1]，當(dāng)采用集中控制型系統(tǒng)時(shí)，消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的組成分類如圖1所示。

圖1 集中控制型系統(tǒng)組成

根據(jù)對相關(guān)消防應(yīng)急照明廠家產(chǎn)品的調(diào)查匯總，集中電源與自帶電源集中控制型系統(tǒng)比較，如表1所示。

“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”[1]第3.2.4條中規(guī)定的應(yīng)急照明持續(xù)工作時(shí)間不小于1.0h或1.5h的民用建筑，其應(yīng)急照明蓄電池的持續(xù)工作時(shí)間較長，所需蓄電池容量較大。因此，當(dāng)采用燈具自帶電源供電方式時(shí)，每個(gè)燈具蓄電池容量欲滿足要求，則需相應(yīng)增大燈具體積，且應(yīng)通過安全質(zhì)量監(jiān)督部門的檢測。

綜上所述：通過表1供電方式、系統(tǒng)可靠性、使用壽命、安全性和后期維護(hù)等幾個(gè)方面的分析比較，集中電源集中控制型系統(tǒng)均優(yōu)于燈具自帶電源集中控制型系統(tǒng)；故當(dāng)消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)采用集中控制型系統(tǒng)時(shí)，在條件允許的情況下，建議優(yōu)先采用集中電源供電方式。

表1 集中控制型消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)比較

2 集中電源的設(shè)置要求

“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”[1]第3.3.8條第1條款規(guī)定：當(dāng)全樓集中電源設(shè)置在消防控制室等場所時(shí)，集中電源的額定輸出功率不大于5kW；當(dāng)設(shè)置在電纜豎井或各防火分區(qū)配電間時(shí)，集中電源的額定輸出功率不大于1kW。

當(dāng)采用集中控制型系統(tǒng)時(shí)，集中設(shè)置的集中電源應(yīng)由消防電源的專用應(yīng)急回路供電，分布設(shè)置的集中電源應(yīng)由所在防火分區(qū)的消防電源配電箱供電，消防電源配電箱采用末端雙電源自動(dòng)切換裝置。

根據(jù)系統(tǒng)的類型及規(guī)模，設(shè)計(jì)時(shí)一般在每個(gè)防火分區(qū)分布設(shè)置。并且，除考慮各回路燈具數(shù)量和功率外，還應(yīng)核對各回路燈具功率總和是否滿足集中電源額定輸出功率不大于1kW的要求，若超出則應(yīng)相應(yīng)增設(shè)集中電源。同一個(gè)配電間內(nèi)，原則上不設(shè)置2個(gè)以上的集中電源。設(shè)置多個(gè)集中電源時(shí)，應(yīng)考慮配電間的大小及集中電源的散熱等問題。

3 每回路燈具數(shù)量和燈具總功率

根據(jù)“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”[1]相關(guān)要求：A型應(yīng)急照明配電箱的輸出回路不應(yīng)超過8 路，每路容量不超過80%，電流不超過6A，即每路的額定電流不應(yīng)大于4.8A，且每路配接的燈具數(shù)量不宜超過60個(gè)。

當(dāng)采用DC24V供電時(shí)，每路的額定功率不應(yīng)大于115.2W(Pe=U×I=24V×4.8A=115.2W)；當(dāng)采用DC36V供電時(shí)，每路的額定功率不應(yīng)大于172.8W(Pe=U×I=36V×4.8A=172.8W)。

表2為連接各相同功率大小的燈具各回路所能連接的最大燈具數(shù)量，實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用中每回路燈具的數(shù)量應(yīng)按該回路實(shí)際連接燈具組合的功率大小視情況確定。燈具總功率，為該防火分區(qū)中集中電源所接各回路上消防應(yīng)急照明燈具和消防疏散指示標(biāo)志的功率總和。

表2 不同功率燈具每回路燈具最大數(shù)量

4 供電時(shí)的蓄電池電源持續(xù)工作時(shí)間

(1)火災(zāi)狀態(tài)

火災(zāi)狀態(tài)下，系統(tǒng)應(yīng)急啟動(dòng)后，建筑物蓄電池電源供電所需的持續(xù)工作時(shí)間設(shè)為t1。

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014(2018年版)[3]第10.1.5條規(guī)定匯總，火災(zāi)狀態(tài)下，蓄電池電源供電持續(xù)工作時(shí)間t1，如表3所示。

(2)非火災(zāi)狀態(tài)

非火災(zāi)狀態(tài)下，主電源斷電時(shí)的燈具持續(xù)應(yīng)急點(diǎn)亮?xí)r間設(shè)為t2，“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”[1]規(guī)定t2≤0.5h。根據(jù)國標(biāo)圖集《應(yīng)急照明與設(shè)計(jì)安裝》19D702-7[2](第82頁)，非火災(zāi)狀態(tài)下，主電源斷電時(shí)，蓄電池電源供電時(shí)持續(xù)應(yīng)急時(shí)間t2，如表3所示。

(3)蓄電池電源供電時(shí)持續(xù)工作時(shí)間t1+t2分析

住宅建筑為非人員密集場所，因考慮住宅上部疏散人員基本為本樓住戶，對疏散走道較為熟悉，且非火災(zāi)狀態(tài)下，即使停電住戶一般不會(huì)離開住宅，所以時(shí)間t2可以適當(dāng)取小，建議t2=10min；結(jié)合表3，國標(biāo)圖集《應(yīng)急照明與設(shè)計(jì)安裝》[2]對一類高層住宅建筑的持續(xù)工作時(shí)間t2作了適當(dāng)?shù)奶嵘?，t2推薦值取15min。

而住宅地下室，同一防火分區(qū)內(nèi)汽車庫室任一點(diǎn)至最近人員安全出口的疏散距離不應(yīng)大于45m，當(dāng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)時(shí)距離不應(yīng)大于60m[3]。因?yàn)槠噹鞂俜侨藛T密集場所，若火災(zāi)時(shí)住戶在地下室，則可以在短時(shí)間內(nèi)疏散至安全出口位置。所以，時(shí)間t2可以適當(dāng)取小，建議t2=10min。

綜上，住宅建筑蓄電池電源供電時(shí)的持續(xù)工作時(shí)間t1+t2可歸納如表4所示。

表4 住宅建筑蓄電池電源供電時(shí)的持續(xù)工作時(shí)間

5 集中電源額定輸出功率計(jì)算

根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ16-2008)[4]第6.2.2條第3款和第6.3.3條第2款：消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)集中電源當(dāng)采用鉛酸蓄電池作為備用電源時(shí)，其額定輸出功率不應(yīng)小于所連接的消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)負(fù)荷總功率的1.3倍，即：

C=1.3Pe

(1)

式(1)中：

C——集中電源(UPS或EPS)的額定輸出功率(容量)，W；

Pe——集中電源各回路燈具的總功率之和，W；

集中電源的額定輸出功率除滿足以上要求外，還需綜合考慮集中電源蓄電池的連續(xù)供電時(shí)間要求。

集中電源蓄電池主要為鉛酸電池和鋰電池，因鋰電池的生產(chǎn)成本較高，產(chǎn)品價(jià)格貴，因此目前大多采用鉛酸蓄電池；影響蓄電池壽命的主要因素包括：蓄電池工作時(shí)的環(huán)境溫度、電池的衰減系數(shù)、蓄電池的定期強(qiáng)制性充放電循環(huán)，蓄電池組的標(biāo)稱容量和實(shí)際后備時(shí)間非線性關(guān)系。

根據(jù)“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”[1]配套實(shí)施指南《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)》[5]第3.7.1.4條：現(xiàn)有采用鎳氫、鋰離子蓄電池的集中電源容量在壽命期內(nèi)的最大衰減系數(shù)d一般為50%～60%，采用鉛酸蓄電池的集中電源容量在壽命期內(nèi)最大衰減系數(shù)d一般為60%～70%，本文蓄電池衰減系數(shù)取鉛酸電池d=60%，鋰電池d=50%。

集中電源蓄電池采用鉛酸蓄電池時(shí)，鉛酸電池衰減系數(shù)d取值60%，根據(jù)“技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”[1]配套實(shí)施指南《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)》[5]第3.7.1.4條，集中電源容量是其配接額定功率燈具時(shí)的持續(xù)應(yīng)急時(shí)間；參照《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)》表3.7-2，可得：

P×T×(1-d)≈P2×(t1+t2)

(2)

根據(jù)《技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第3.3.6條可得：

(3)

將式(3)代入式(2)可得：

(4)

(5)

式中：P——集中電源初裝額定配接功率W；

T——集中電源初裝應(yīng)急時(shí)間1.5h；

P1——集中電源實(shí)際配接燈具總功率W；

P2——集中電源適配功率W；

t1+t2——集中電源蓄電池供電時(shí)的持續(xù)工作時(shí)間(h)。

通過以上公式計(jì)算可得：

t1+t2=0.667h(40min)時(shí)，P≈1.39P1；

t1+t2=0.75h(45min)時(shí)，P≈1.56P1；

t1+t2=1.167h(70min)時(shí)，P≈2.43P1；

集中電源的額定輸出功率C≥P；因市場上各消防應(yīng)急照明生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的集中電源額定輸出功率略有不同，設(shè)計(jì)時(shí)，集中電源的額定輸出功率(容量)需根據(jù)市場上相應(yīng)的消防應(yīng)急照明生產(chǎn)廠家產(chǎn)品規(guī)格選擇。

為了設(shè)計(jì)方便和實(shí)用性，根據(jù)上述公式推導(dǎo)，筆者繪制了一個(gè)EXCEL計(jì)算表(表5)。表中輸入集中電源所帶消防應(yīng)急燈具的總功率P1(實(shí)際工程設(shè)計(jì)獲得值)、蓄電池的衰減系數(shù)d、蓄電池供電時(shí)的持續(xù)工作時(shí)間t1+t2、蓄電池初裝應(yīng)急時(shí)間T等數(shù)值，可直接得出集中電源初裝額定配接功率P；在表格中選擇集中電源選型廠家,可查出相應(yīng)廠家相應(yīng)規(guī)格的集中電源的額定輸出功率(容量)。

表5 住宅建筑集中電源額定輸出功率C(W)Excel計(jì)算表

2.集中電源初裝應(yīng)急時(shí)間為1.5h；

3.鉛酸電池衰減系數(shù)d=60%，鋰電池d=50%；

4.集中電源的容量根據(jù)具體消防應(yīng)急照明生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的集中電源型號規(guī)格確定。

通過調(diào)查，目前市場上消防應(yīng)急照明生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的分散式集中電源最大規(guī)格為1.0kW，即P=C=1000W，因此，根據(jù)式(5)，可得：

當(dāng)t1+t2=0.667h(40min)時(shí)，集中電源所帶消防應(yīng)急燈具的最大額定功率為P1≈0.720P=720W；

當(dāng)t1+t2=0.75h(45min)時(shí)，集中電源所帶消防應(yīng)急燈具的最大額定功率為P1≈0.64P=640W；

當(dāng)t1+t2=1.167h(70min)時(shí)，集中電源所帶消防應(yīng)急燈具的最大額定功率為P1≈0.412P=412W；

同理，根據(jù)《應(yīng)急照明與設(shè)計(jì)安裝》(19D702-7)[2]第120～149頁相關(guān)技術(shù)資料，歸納匯總市場上部分品牌廠家集中電源的型號規(guī)格，對每組不同容量的集中電源所帶的消防應(yīng)急燈具的總功率數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，并將其作為設(shè)計(jì)參考值，如表6～表9所示。

表6 住宅建筑分布式集中電源所帶消防應(yīng)急燈具的最大功率P1(浙江臺誼) (W)

表7 住宅建筑分布式集中電源所帶消防應(yīng)急燈具的最大功率P1(北京市崇正華盛) (W)

假設(shè)實(shí)際工程項(xiàng)目為二類高層住宅建筑上部，根據(jù)前文分析，其蓄電池供電時(shí)的持續(xù)工作時(shí)間為40min，集中電源蓄電池采用鉛酸蓄電池，蓄電池初裝應(yīng)急時(shí)間為1.5h，求得上部某集中電源所帶的消防應(yīng)急燈具總功率為450W，那么，根據(jù)表8，當(dāng)參照沈陽宏宇選型時(shí)，集中電源額定輸出功率需選擇900W，即0.9kVA規(guī)格的集中電源。

6 實(shí)際工程應(yīng)用

住宅地下室各防火分區(qū)或住宅上部配電豎井的集中電源容量為各回路消防應(yīng)急照明燈具和消防疏散指示標(biāo)志燈具的額定功率總和。

以某住宅地下室防火分區(qū)為例(某廠家的24V集中電源規(guī)格為0.20kVA、0.45kVA、0.9kVA)進(jìn)行分析探討。

某住宅項(xiàng)目地下室局部集中控制型消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)圖如圖2所示，地下一層防火分區(qū)一為機(jī)動(dòng)車庫，梁下凈高不大于4.5m，采用A型燈具(電壓DC36V或DC24V)，D1FBALE為集中電源；P1(消防應(yīng)急燈具的總功率)=∑P(D1FBE1～6)=307W。

當(dāng)?shù)叵率铱偨ㄖ娣e不大于20 000m2時(shí)，蓄電池供電時(shí)持續(xù)工作時(shí)間t1+t2=40min，則將燈具總功率(P1=307W)輸入表5，可得如表10所示。

表10中，集中電源初裝額定配接功率為426W，集中電源的額定輸出功率為450W，可選擇集中電源的規(guī)格為0.45kVA。

圖2 地下室某車庫防火分區(qū)消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)圖

當(dāng)?shù)叵率铱偨ㄖ娣e大于20 000m2時(shí)，蓄電池供電時(shí)持續(xù)工作時(shí)間t1+t2=70min，則將燈具總功率(P1=307W)輸入表5，可得如表11所示。

表11中，集中電源初裝額定配接功率為746W，集中電源的額定輸出功率為900W，應(yīng)選擇集中電源的規(guī)格為0.9kVA。

以某一類高層住宅建筑為例，該住宅建筑上部電井，中間樓層集中控制型消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，6F、12F為集中電源設(shè)置區(qū)域，梁下凈高不大于4.5m，采用A型燈具(電壓DC36V或DC24V)，6FBAE、12FBAE為集中電源,采用某廠家的集中電源規(guī)格為0.2kVA、0.45kVA、0.9kVA，如圖3所示。

表10 集中電源(D1FBAE)額定輸出功率P(W)(1)

表11 集中電源(D1FBAE)額定輸出功率P(W)(2)

圖3 一類高層住宅建筑上部局部樓層消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)圖

那么，P16F(消防應(yīng)急燈具的總功率)=∑P(6FBE1～8)=394W；P112F(消防應(yīng)急燈具的總功率)=∑P(12FBE1～8)=264W。

一類高層住宅建筑蓄電池供電時(shí)的持續(xù)工作時(shí)間t1+t2=45min，將以上數(shù)據(jù)輸入表5，則可得表12～表13。

表12中，集中電源(6FBAE)初裝額定配接功率為615.6W，集中電源的額定輸出功率為900W，應(yīng)選擇集中電源的規(guī)格為0.9kVA。

表13中，集中電源(12FBAE)初裝額定配接功率為412.5W，集中電源的額定輸出功率為450W，應(yīng)選擇集中電源的規(guī)格為0.45kVA。

表12 集中電源(6FBAE)額定輸出功率P(W)

表13 集中電源(12FBAE)額定輸出功率P(W)

以上實(shí)例也可直接通過表6～表9相關(guān)數(shù)據(jù)選擇集中電源的額定輸出功率。

7 結(jié)論

綜上可見，集中控制型消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，按蓄電池的供電方式比較，集中電源明顯優(yōu)于燈具自帶電源的供電方式。

集中電源蓄電池組容量(額定輸出功率)的合理選擇，是保證項(xiàng)目有序進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)師在工程項(xiàng)目實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮工程造價(jià)，在遵守國家規(guī)范的前提下，合理選擇系統(tǒng)供電方式和蓄電池容量。