城市地下污水处理厂照明设计要点

雷 鸣, 陈 鹏

(武汉市政工程设计研究院有限责任公司, 湖北 武汉 430023)

0 引 言

随着我国城镇化进程的逐步推进,人们对生活环境舒适度的要求越来越高。因此,在用地紧张的城市主城区,作为市政基础设施重要组成部分的污水处理厂采用地埋方式建设成为一种选择,这种建设方式让污水处理全过程在地下完成,地面空间建设成风景怡人的景观公园,极大消除噪声和异味,使居民生活与污水处理和谐共处。本文结合某地下污水处理厂项目,介绍了其照明设计要点,可为类似设计同类项目照明系统提供参考。

1 工程概况

某项目位于武汉长江新城谌家矶地区,工程范围内主要为地下式污水处理厂(总建(构)筑面积58 213.10 m2)、地面综合楼(建筑总面积:3 537.58 m2)及景观公园,根据总体规划,项目建成后,总服务面积22.2 km2,服务人口26.4万人。水厂近期规模为7.5×104m3/d,远期规模为15×104m3/d。污水处理采用AAO+MBR的处理工艺;污泥处理采用深度脱水工艺,含水率≤60%后外运进行进一步资源化处置。

根据工艺布局,水厂污水污泥处理构筑物均布置在地下箱体内,箱体共2层,地下1层层高7.0m,地下2层层高5.55 m,箱体地下最大埋深14.05 m。按照污水、污泥处理功能分为:预处理区、生物处理区、深度处理区、出水区、污泥处理区和辅助管理区等;地下箱体共设18个防火分区(用FH1～FH18表示),其中防火分区1内主要为中心配电室、1#配电室、柴油发电机房及消防泵房等设备用房。箱体地下一层和二层布局示意图分别如图1、图2所示。

根据相关专业提供资料进行负荷计算,本项目近期计算负荷2 889 kW/3 019 kVA,远期计算负荷为4 639 kW/4 760 kVA。

2 照明系统

2.1 系统组成

根据CJJ/T 120—2018《城镇排水系统电气与自动化工程技术标准》第4.10.1条,排水泵站和污水处理厂的工作场所和主要道路应设置工作照明,事故状态下需要继续工作或安全撤离人员的场所应设置应急照明。该项目照明系统由正常照明和应急照明组成。

污水处理厂连续工作运行,其各类工作场所如污泥脱水机房、膜池、MBR生化池操作间、消毒池及出水泵房内人员巡视均需要一定的照度,同时某些设备如厂区内视频监控摄像机正常工作也需一定照度,因此必要的正常照明是保障厂区内人员正常生产、设备正常工作的基本条件。

当正常照明失效时,对于需要继续工作的场所如变配电房应设置备用照明,对于需要保证人员安全撤离的场所如走道、出口等应设置疏散照明。

2.2 负荷分级

负荷等级的划分是电气设计的基础和关键,负荷分级的正确与否直接关系到配电系统设计是否合理,负荷计算及变压器选择是否准确。

根据现行国家标准,对于地下室污水处理厂照明系统负荷分级无明确依据,参照T/CECS 729—2020《城镇地下式污水处理厂技术规程》第9.6.1条1款,消防水泵、消防风机、疏散照明和指示、防火卷帘、消防控制系统等设备不低于二级负荷,该项目将应急照明负荷等级确定为二级。同时,考虑到该项目为全地下室建筑物,正常照明在厂区日常运行中的重要性及对厂区内人员的心理安全提示作用,将正常照明负荷等级也确定为二级。

厂区负荷情况如表1所示。

表1 厂区负荷情况

2.3 配电系统

该项目采用两回10kV电源供电,两路电源同时工作,以主供一二回方式运行。1#～3#配电室0.4 kV配电系统均采用单母线分段运行方式。根据GB 29328—2012-Z《重要电力用户供电电源及自备应急电源配置技术规范》的要求,厂内的应急照明、消防设施、中央监控站及PLC控制站属于保安负荷,设计采用柴油发电机和UPS来满足自备应急电源的要求。根据消防专业提供的资料,设计柴油发电机容量为500 kW,并分区设置UPS为应急照明、中央监控站和PLC控制站提供电源。

考虑到地下箱体面积较大,根据建筑布局将箱体按长轴划分为2个照明配电区域,各自设置照明配电系统,每个区域含有9个防火分区,每个防火分区均在靠近中间通道处设置正常照明配电箱(图中用●表示)和应急照明集中电源箱(图中用▲表示),方便人员巡视和检修。在1#配电室内设有总照明配电柜和应急照明双电源切换箱,以放射式供电方式分别向各防火分区正常照明配电箱和应急照明集中电源箱提供电源。总照明配电柜系统图如图3所示。

3 正常照明设计

近年来,照明设计的标准、规范不断修订,光源及灯具等照明设施快速发展。照明设计一直是电气系统设计的重要组成部分。

3.1 光源选择

根据CJJ/T 120—2018《城镇排水系统电气与自动化工程技术标准》及相关电气节能要求,该项目可选择光源主要为节能型荧光灯、高压钠灯及LED灯。上述3种光源性能各有优劣,光源性能对比如表2所示。

从表2可以得出,在同等照度水平的情况下,LED灯相比于传统的节能型荧光灯和高压钠灯,具有更高效、更节能、启动时间短、便于智能化控制、使用寿命长等优点,因此该项目采用LED灯作为照明光源。

表2 光源性能对比

3.2 照度取值

该项目主要生产场所照度按CJJ/T 120—2018《城镇排水系统电气与自动化工程技术标准》第4.10.5条及表4.10.5取值,典型工作场所最低照度如表3所示。

表3 典型工作场所最低照度

3.3 灯具选择与布置

针对地下箱体为高大空旷空间的特点,并结合以上分析,该项目正常照明灯具主要选择T5系列双管LED灯,单管功率32 W,色温4 000 K,光通量3 200 lm。同时考虑到项目属于生产场所,灯具布置需要充分考虑工艺布局、生产流程、生产设备及结构梁系的影响,如在膜池上方设有桁车,生产过程中桁车需来回移动,此区域灯具应考虑吸顶安装,以避开桁车,但吸顶布置时又需要考虑梁系位置,使照明灯具布置在井字梁中间。另外,还需要考虑灯具控制顺序应与膜池人员巡视通道平行,膜池灯具布置示意图如图4所示。

在MBR生化池操作间,无桁车影响,此时灯具布置不需考虑结构梁系位置,但需充分考虑照明均匀度,因此灯具采用金属线槽吊装方式,高度5 m,结合柱网尺寸通过均匀布置灯带,达到良好的照明效果。MBR生化池操作间灯具布置示意图如图5所示。7.2 m×7.0 m柱网照度分布曲线如图6所示。

3.4 照明控制

根据CJJ/T 120—2018《城镇排水系统电气与自动化工程技术标准》第4.10.13条,地下污水处理厂和地下排水泵站宜采用智能照明控制装置分组控制,该项目照明控制系统采用智能照明控制系统,在各防火分区照明配电箱内设置驱动器模块,用于控制灯光,模块均为标准型,采用DIN导轨安装,同时,在现场安装可编程智能触摸面板,总线和支线采用Pyxos总线电缆,二根支线分别通过一个总线耦合器连接至主线上构成一个系统,系统通过网络接口与管理主机连接,管理主机可监视和控制整个系统中的设备。智能控制系统框架图如图7所示。

4 应急照明设计

消防应急照明是辅助现场人员安全疏散的建筑消防系统,由应急照明灯具、应急标志灯具及其相关装置组成,其主要功能是在火灾等紧急情况下,为人员安全疏散和灭火救援行动提供充足必要的照明条件和准确可靠的疏散指示信息,特别是对于该项目这种全地下式建(构)筑物,发生紧急情况时,人员安全快速疏散更有赖于应急照明系统能发挥重要作用。

4.1 系统设计

考虑到建设规模、建筑布局、使用性质、日常管理及维护难易程度等方面因素,本项目采用集中电源供电方式的集中控制型系统,系统由应急照明控制器、A型应急照明集中电源、消防应急照明灯具等组成,应急照明控制器设置在防火分区一消防控制室内,在各个防火分区内分别设置集中电源,以防火分区为基本单元确定各区域的疏散指示方案。由于各防火分区均具有各自独立的疏散楼梯和安全出口,因此系统采用一种疏散指示方案,即各区域均沿不可变方向型疏散指示标志灯,按最短路径疏散至安全区域,疏散方向在图1中用箭头表示。

该项目地下两层层高均小于8 m,应急照明灯具采用A型灯具,其中疏散照明灯为非持续型根据GB 51309—2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》相关要求,该项目疏散照明灯具采用多点、均匀布置方式,功率5 W/36 V,吸顶式安装,疏散照明照度满足规范规定的要求。箱体结构柱网多为7 m左右,疏散方向指示标志灯功率2 W/36 V,安装在结构柱或墙体上,其标志面与疏散方向平行,灯具间距正好满足规范中不大于10 m的要求,应急照明灯具布置图如图10所示。另外,由于箱体室内高度均大于4.5 m,疏散指示标志灯采用边长大于300 mm的特大型灯具。

灯具,疏散标志灯为持续型灯具,各类灯具均具有独立的地址编码,应急照明集中电源采集正常照明电源信号。应急照明集中电源为分散布置,各防火分区主要为生产类负荷,无专门消防电源配电箱,针对这种情况,该项目专门在1#配电室设置应急照明电源配电柜YJPD,以放射式方式为各防火分区内应急照明集中电源供电,为满足消防防火要求并确保其供电可靠性,供电电缆采用矿物绝缘电缆,采用专用封闭式金属槽盒敷设,应急照明电源配电柜YJPD和应急照明集中电源系统图如图8、图9所示。

该项目根据工艺及消防专业要求设置有配电室、消防控制室、消防水泵房、消防排烟机房、柴油发电机房等设备用房,对于此类房间,需同时设置备用照明、疏散照明和疏散指示标志灯具,由于备用照明需满足使设备用房在火灾时保持正常照度的条件,因此采用正常照明灯具作为备用照明,单独或分区域为上述房间设置双电源切换箱,备用照明灯具电源由房间内双电源切换箱提供,切换箱两路进线分别采用正常照明电源和消防专用电源。

4.2 直流线路电压损失

对于该项目这种平面尺寸较大的建(构)筑物,应急照明线路采用直流供电应复核其电压损失。以单回路配电距离较长的防火分区6为例,其长边尺寸为72 m,短边尺寸为51.8 m,柱距7 m,该区域内供电距离最长配电线路长度L约为130 m,疏散照明灯和疏散指示标志灯数量n均为19盏,单个疏散照明灯和疏散指示标志灯功率分别为5 W和2 W,应急照明集中电源出线处标称电压U为DC 36 V,线路采用截面S为2.5 mm2的铜导体(70 ℃)。

4.3 通信线路及控制设计

应急照明控制器是应急照明系统的核心控制设备,设置在有人值守的消防控制室内。集中电源按灯具配电回路设置灯具通信回路,且灯具配电回路和灯具通信回路配接相同的灯具。正常工作模式时,由主电源为灯具供电,当应急照明控制器与集中电源或集中电源与消防应急灯具通信中断时,吸顶安装的疏散照明灯具应急点亮,墙(柱)面安装的疏散指示标志灯具由节电模式转为应急点亮模式。灯具持续应急点亮时间本设计规定为10 min。需要注意的是,本项目建筑面积大于20 000 m2,因此要求系统应急启动后,系统持续工作时间不少于60 min+10 min,即70 min。集中电源的蓄电池组达到使用寿命周期后标称剩余容量应保证放电时间满足上述系统持续工作时间要求,否则应更换蓄电池组。

5 结 语

目前,地下污水处理厂已成为城市市政污水处理设施的新兴建设模式,地下空间缺乏自然照明条件,其照明系统在为生产人员提供良好照明条件以满足日常工作需要的同时,也为可能发生的紧急状态下人员快速安全疏散提供强有力的保障。本文结合工程实例分系统进行阐述,以期抛砖引玉,希望得到广大电气设计同行批评指正,通过共同的努力,不断提高设计水平。