關于建筑智能消防應急照明系統設計的研究

更新時間：2024-03-27 點擊次數：1301

0 引言

在民用建筑中，智能消防應急照明系統的功能是消防疏散，當建筑出現火災時，智能消防應急照明系統將與消防系統進行聯動控制，在限定時間內鎖定火勢蔓延區域，然后根據建筑結構與消防救援通道分布位置，在燈具屏幕上顯示安全疏散線路，指引受災人群逃離建筑、前往安全出口。此外，系統還將根據火勢實時蔓延情況，對逃生線路進行更改調整。智能消防應急照明系統對保證建筑工程的使用安全、加強消防應急反應與救援能力有重要作用。

1 建筑智能消防應急照明系統的組成和功能

1.1 系統組成

智能消防應急照明系統主要由控制器、電源、分配電裝置、應急燈具四部分組成。

（1）控制器。控制器負責持續感知建筑環境情況與配套裝置運行工況，基于運行準則來下達照明燈具啟閉等控制指令。如果感知到火災事故發生，控制器會立即切換到應急照明與安全疏散模式，通過控制燈具啟閉、切換電源來組織受災人員安全疏散。

（2）電源。電源負責持續向現場設備供電，由主電源和應急電源組成。正常情況下由主電源供電，火災發生期間切換至應急電源供電，應急供電時長保持在 1.5 ～ 2.0 h。

（3）分配電裝置。分配電裝置負責持續轉換應急電源的輸出電壓供電給現場應急燈具，以此來減少線損量、維持應急燈具穩定工況，分配電裝置也具備通信功能，可以實時掌握現場應急燈具的運行情況，再把信息上傳至應急照明控制器。

（4）應急燈具。應急燈具包括應急照明燈具、標志燈具兩種，應急照明燈具起到環境照明、調節環境照度的作用，標志燈具則起到指引正確安全逃生方向的作用。

1.2 系統功能

在現代建筑工程中，智能消防應急照明系統主要具備應急逃生、消防聯動兩項核心功能。

（1）應急逃生功能。當建筑出現火災事故后，室內各處區域安裝的應急標志燈具可以有序組織受災人員通過臨近安全疏散通道來撤離至安全區域，避免受災人員在恐慌情緒下盲目選擇逃生路線，或因人群擁擠而出現踩踏等二次事故。

（2）消防聯動功能。應急照明與緊急廣播、自動滅火等多套子系統共同構成智能消防系統，子系統間保持聯動狀態，在建筑火災事故出現后，系統會向各套子系統下達聯動控制指令。例如，應急照明系統可以從消防報警系統中獲取火場信息，如各處房間煙霧濃度、明火蔓延范圍、受災人員實時位置，針對性引導受災人員通過安全疏散通道撤離至安全區域，或引導受災人員進入防火分區等待消防人員救援。智能消防系統會根據探測器信號來實時掌握火場情況，自動制定安全逃生路線，通過變更標志燈具所顯示信息來指引逃生路線，幫助受災人員在疏散過程中躲避明火、有毒煙氣和密集人群。

2 建筑智能消防應急照明系統的設計

2.1 系統架構設計

為保障智能消防應急照明系統維持穩定工況、功能得到充分發揮，設計人員需要搭建一套層級數量少、功能明確、結構合理的系統架構。系統架構從上到下分為控制層、配電層、終端層三個層級，如圖 1 所示。

圖 1 智能應急照明系統架構圖

其中，控制層由應急照明控制器組成，布置在消防控制室內，負責對所采集現場監測信號進行分析處理，根據處理結果來下達電源切換、照明燈具集中調控、燈具個別調控等控制指令，以保障應急照明系統穩定運行為主要任務。配電層由主電源、備用電源和分配電裝置組成。終端層由室內房間、樓梯間、大廳等區域內安裝的應急照明燈具組成，起到指明安全逃生方向、維持室內人工照明狀態的作用。

2.2 主機設計

控制器是智能消防應急照明系統的主機，設計人員需要在控制器內嵌入操作系統，持續采集現場信號來掌握各樓層區域內的應急燈具工作狀態。正常情況下，控制器負責檢測燈具是否出現電源故障、燈源故障問題并發送報警信號；火災持續期間，控制器負責遠程改變疏散指示燈、地理指示燈等照明燈具的工作狀態，或把消防室值班人員下達的控制指令分解傳達給終端設備。設計人員應掌握功能開發、抗干擾兩方面的設計要點。

在功能開發方面，在控制器中需要設置記錄、報警、信息共享等多項使用功能。記錄功能是持續記錄燈具啟閉時間、分配電裝置故障時間等相關信息，并在后續進行溯源分析；報警功能是在控制器自身故障或檢測到現場應急照明裝置出現異常情況后，自動向值班人員發送報警信號，包括語音報警或閃爍指示燈的報警方式；信息共享功能是保持總控制器與現場分控制器、應急照明控制器與智能消防系統監控主機間的聯網狀態，實時接收火警信息、火場探測信號等信息，為應急照明方案、消防疏散指示路線的制定提供信息支持。

在抗干擾方面，控制器和通信線布置區域內分布多臺電氣設備與大量電氣線路，容易受到外部電磁干擾，出現通信中斷、信號延遲卡頓等問題。設計人員應采取 CAN 總線通信技術，在控制器上預留 CAN 總線接口作為對外接口，以此來強化控制器乃至智能應急照明系統的抗干擾能力。

2.3 終端照明設計

在終端照明設計環節，應掌握燈具選型、光源選擇、光源驅動三方面的設計要點。

（1）燈具選型。在建筑室內安裝標志燈具、照明燈具，或安裝照明標志復合型燈具。其中，標志燈具起到指引空間方向的作用，布置在各樓層安全出口部位，引導室內人員前往安全疏散通道，或布置在樓層走道等公共區域，引導室內人員迅速找到滅火器等消防設備，標志燈具的標志亮度要控制在 50 ～ 300 cd/m2 。照明燈具負責為室內人員疏散與消防救援活動提供照明條件，正常情況下處于熄滅狀態，確認火災發生后點亮。要求把應急照明燈具光通量控制在50 lm 及以上，根據室內空間區域來確定安裝位置與間隔距離，如在過道每隔 20 m 貼頂安裝 1 臺照明燈具。復合型燈具同時具備照明和指引功能，既可以點亮燈具來維持室內環境照度，又可以實時變更指示狀態來提示受災人員選擇正確疏散方向。

（2）光源選擇。為取得理想的節能效果、降低應急照明系統的能耗水平，設計人員可選用 LED 燈具作為照明光源，同規格 LED 燈具的耗電量不足白熾燈的 1/8，僅為熒光燈的 1/2，并具備反應速度快、重量輕、環境適應能力強、可頻繁操作的優勢。考慮到單顆 LED 燈具發光強度偏低，無法滿足照明需要，應選用 LED 陣列燈作為光源。

（3）光源驅動。光源驅動包括恒壓驅動、恒流驅動兩種方式。恒壓驅動是在電路中額外串聯限壓電阻，限定輸出電壓值，實際驅動效果并不理想，容易產生光強變化；恒流驅動是專門設計恒流電路，安裝恒流芯片或運算放大器，通過顯示輸出電流值來滿足 LED 燈具恒流工作特性，可以預防燈具閃爍等問題出現，應優先采取恒流輸出方式。

2.4 電路設計

智能消防應急照明系統通常采取 DC-DC 開關電源技術，系統電路由收 / 發碼電路、隔離電路、開關電源、MCU 主控單元、故障檢測電路和光源檢測電路等部分組成。同時，借助光耦隔離裝置，電路結構被拆分為總線部分、光源部分兩個部分，各個電源保持獨立運行狀態，如果單個電源出現故障，不會對其他電源的運行工況造成干擾。設計人員應掌握光源電路、驅動電路、通信電路、檢測電路、光源控制電路等電路的設計方法。例如，對于光源電路，在選用 LED 燈具作為照明光源的情況下，需要串聯多顆 LED 燈具來組成光源陣列，具體根據應急照明需要來確定串聯數量，正常情況下需要在電路中串聯 3 ～ 4 顆 LED 燈具。對于光源控制電路，需要在電路中接入單片機引腳，引腳在高電平時導通光耦、截止三接管，在低電平狀態下截止光耦、導通三接管，從而執行光源點亮和熄滅操作。

2.5 防護設計

在智能消防應急照明系統運行期間，受到設備自身老化、復雜外部環境、雷擊等因素影響，可能出現短路、斷路、浪涌等故障問題，嚴重時會造成應急照明系統癱瘓，進而在火災事故中產生更加嚴重的損失。因此，設計人員需要梳理各類故障問題的成因，在系統中采取相應防護措施，以此來增強應急照明系統抗干擾能力，維持穩定工況。例如，雷擊浪涌問題是指低壓供電系統直接遭受雷電流打擊，瞬間加載過大脈沖電流，破壞設備電路，或遭受間接雷擊，部分電流電壓傳入電路和應急照明設備的問題。對此，設計人員可應用放電間隙、氣體放電管或瞬態抑制二極管等來抑制浪涌。

（1）放電間隙。在絕緣子和接地裝置上分別接入單個電極，控制電極安全間隙距離，后續利用金屬電極來泄放浪涌能量、保護電路與照明燈具。

（2）氣體放電管。在電路首級或前幾級保護內加裝氣體放電管，憑借絕緣電阻值來泄放過大電流、抑制高電壓。此類裝置動作時間較長，容易出現續流問題。

（3）瞬態抑制二極管。瞬態抑制二極管與普通二極管較相似，如果二極管兩端遭受反向沖擊，會立即較快地把兩端高阻抗轉換為低阻抗，通過吸收浪涌功率起到鉗位抑制兩級間電壓、保護后續電路的作用。

3安科瑞消防應急照明和疏散指示系統選型方案

3.1系統概述

消防應急照明和疏散指示系統主要由應急照明控制器、消防應急照明集中電源或應急照明配電箱、消防應急燈具等幾部分組成。該套系統為安科瑞公司自主研發，符合國家現行的行業規范，可以滿足與AcrelEMS企業微電網管理云平臺或火災自動報警系統等進行數據交換和共享。

該系統配合火災報警控制器使用時，在平時對系統內的設備進行實時的監視和控制，便于日常的管理和維護，保障系統的穩定運行。基于此保證在火災發生時，能夠準確改變消防應急標志燈具的指示方向，點亮消防應急照明燈，幫助建筑內的人群選擇逃生疏散路線，指引安全的逃生方向，保障群眾的人身安全，為各類用戶擔心的安全問題解決了后顧之憂。

3.2應用場所

適用于住宅、酒店、辦公樓、商城綜合體、醫院、隧道管廊、軌道交通、地庫、倉庫、工廠等各行業的消防應急照明和疏散指示系統。

3.3系統結構