对设计人防地下汽车库配电及照明系统平战结合的思考

李 元 春

(南京长江都市建筑设计股份有限公司, 江苏 南京 210000)

0 引 言

随着我国经济的发展和人防防护意识的提升,越来越多的人防工程建造在各类建筑的地下汽车库中。人防地下汽车库,平时功能为地下汽车库,战时为各类人员掩蔽、医疗救护及其他配套场所等(以下简称人防车库),它具有平战双重功能,是人防工程寓军于民的常见形式。人防车库的设计,既要保证战时防空的需要,还应兼顾平时功能的需要。因此,平战结合是当下人防工程设计的核心指导方针[1]。在人防车库的电气设计中,配电系统和照明系统的设计是平战结合系统中较为重要的两个方面。

1 配电系统设计中的平战结合

众所周知,安全可靠是电气设计的首要考虑因素。人防车库的平战功能截然不同,战时配电系统理论上需要做到自成系统,相互独立,才能保证战时功能的安全可靠和正常实施。但如果人防工程的设计将平时设置成和战时的配电系统完全独立,互不交叉,这样做虽然可以保证战时系统的独立可靠,但也脱离了人防建设围绕经济建设的原则,战备效益、经济效益、社会效益没有得到有效融合[1]。为此,在做人防车库设计时,应既保证战时配电系统相对独立、可靠,也应考虑与平时同等级的供电电源、配电箱等合理有效的结合,在能保证各自配电系统的独立性、可靠性的情况下,应减少浪费,降低工程造价。人防车库的配电系统设计应做到合理的平战结合。

1.1 供电电源

1.1.1 平时电力系统电源兼做人防需用的电力系统电源

通常的电气设计中,车库内平时配电系统按车库防火分区的分布状况划分成多个合理的配电区域,每个配电区域设置相互独立的区域总配电柜,区域总配电柜各路电源进线取自电力系统电源(引自变配电所,一般设置于防护区外)。配电区域内各个防火分区的用电设备,分别由区域总配电柜引接独立的供电回路。若人防配电箱采取独立设置,独立进线,则势必造成变配电所的配出回路增多,则相应断路器及配电线路也随之增加;若人防配电箱与平时某合适的二级配电箱合用,通过平战转换开关达到战时配电系统的独立,那么,平时某合适的二级配电箱已有电力系统电源的供电回路,此回路可兼做人防配电箱的电力系统电源,此时,人防配电省去了需要单独设置的电力系统电源及配电箱,同时变配电所内也减少了专供于人防配电箱的供电回路和元器件等。

电力系统电源主要用于平时,为降低人防车库的造价,变配电所常设置在人防车库的防护区外。但对于用电负荷较大的大型人防地下室而言,尤其当大型地下车库位于人防区域时,地下车库内需要设置专用的变配电所,该变配电所宜设置在防护区内,并靠近负荷中心,此时人防区域内的配电设备电源进线取自于户内变电所。因此,电力系统电源如何平战合用,需要设计人员因地制宜,合理应用。

1.1.2 人防内部电站柴油机组电源与平时建筑自备电源的互相利用

依据GB 50038—2005《人民防空地下室设计规范》第7.2条要求,人防工程在战时应依据功能、面积规模等因素设置战时内部电站柴油机组电源。但为人防纯战时功能而设置的柴油机组内部电站经常在平时处于闲置,如果建筑因平时需要使用而设置柴油机组作为平时应急电源或供电电源时,作为一个整体工程,在平战所需的柴油机组容量相差不大时,平时所需要的柴油机组电源和战时所需的内部电站柴油机组电源宜合用设置,设于防护区内,按战时内部电站相关要求配置。柴油机组电源在作为平时电源的同时,也作为战时内部电源,使得该设备本身平战都发挥出了作用。

当建筑依据其本身需求,设有自备电源,如作为平时应急电源而设置的柴油机组、移动式拖车电站等。这些自备电源虽然只是作为电力系统的备用电源,其设计不符合人防防护要求,无法作为人防内部电源使用,但作为人防工程,凡建筑使用这些电源,在有可利用条件时,人防工程就应尽量利用这些电源,作为战时人防辅助电源。这类电源距离人防工程近,战时被毁坏的概率相对低,对于人防工程来说,多一层保险,更是多一分安全。

1.2 配电箱

人防车库平时用电设备主要包含防排烟风机、消防潜水泵、防火卷帘等消防设备[2]及普通送排风机、机械停车设备、照明、充电桩设施等非消防设备。

人防车库内战时用电负荷以最为常见的二等人员掩蔽所为例,主要包含战时进排风机、防化设备电源箱、通信设备电源箱、战时照明、战时应急照明、战时潜水泵负荷等[1]。

选择合适的平时用配电箱,通过一定的平战转换设计,使得该平时配电箱具备战时人防配电箱的功能,是考虑设置配电箱平战合用的首要条件。

在部分地区的人防车库电气设计图纸中,人防配电箱与平时照明箱合用,此类设计从平战配电系统的原理来说,并无不妥,但人防配电箱应优先选择防护分区内的可用于消防配电的动力双电源切换箱进行平战结合。该切换箱内平时负荷通常有消防潜水泵、防火卷帘等负荷(以下简称潜水泵双切箱)。

1.2.1 人防配电箱选择潜水泵双切箱平战结合的优势

人防配电箱选择潜水泵双切箱平战结合的优势如下。

(1) 潜水泵双切箱的平时容量相较于照明箱等其他配电箱,与人防防护单元的人防配电箱战时容量更为接近。以二等人员掩蔽所工程为例,设该工程中的1个防火分区,建筑面积为4 000 m2,该防火分区内有8组消防潜水泵负荷,每组消防潜水泵负荷均含两台消防潜水泵,每台容量为2.2 kW,控制方式为两台互相备用,高水位同时起动,则每组消防潜水泵的容量为4.4 kW;战时该防火分区划分为两个人防防护单元,每个人防防护单元的面积为2 000 m2,每个人防防护单元各设1台人防配电箱,每个人防配电箱容量在20～25 kW,而每个防护单元的范围内包含4组消防潜水泵负荷,其容量总和为17.6 kW,考虑到该防护单元内平时防火卷帘等消防设备常与消防潜水泵负荷合设在同一个双电源切换箱内,则该双电源切换箱的容量,无疑是与人防配电箱的容量最为接近的。照明箱的容量按1.9 W/m2计算,每个防护单元的照明功率约为1.9 W/m2×2 000 m2=3.8 kW,即便再考虑增加插座等其他负荷的容量,也远不及潜水泵双切箱的容量接近人防配电箱的容量。

(2) 人防配电箱选择潜水泵双切箱平战结合时,更有利于平战合用的潜水泵负荷的平战转换。根据人防给排水专业的通常设计,部分平时用的消防潜水泵在战时可作为战时潜水泵使用,比如战时出入口附近的潜水泵,战时干厕附近的潜水泵,战时水箱附近的潜水泵等,给排水专业对于潜水泵有平战合用设计的需求。人防配电箱内通过母线分段,使战时用负荷和纯平时用负荷由平战电源供电的不同的母线段供电,战时只要在人防箱前端的平战电源转换处切换电力系统电源和人防内部电源的平战转换开关,末端潜水泵就能引接到相应的平战电源。当潜水泵双切箱不兼做人防箱时,人防箱由其他配电箱兼做或独立设置时,平战合用的潜水泵则平时需要从平时双电源切换箱引接平时供电回路,战时又要从另外设置的人防配电箱引接战时供电回路,当电力系统电源和人防内部电源转换后,潜水泵控制箱处又要通过平战转换双投开关做一次双重转换,才能使平战电源分开供电,达到配电系统独立。

(3) 人防配电箱选择潜水泵双切箱平战结合时,更有利于应急照明负荷的平战转换。该配电箱可为平时应急照明供电,但战时应急照明和平时应急照明通常是平战合用,所以在战时,平战应急照明电力系统电源与人防内部电源转换时,不需要在末端应急照明控制箱处做双投开关双重转换。

(4) 人防配电箱选择潜水泵双切箱平战结合时,更有利于照明负荷的平战转换。当平时电力系统电源引自用户变时,普通照明作为非消防负荷,通常是从用户变单独引接电源至普通照明区域总配电柜,再供电至各个防火分区或防护单元的平战合用的普通照明箱。平战合用的照明箱,平时电源由区域普通照明总配电柜的回路引来,战时由其所处的人防防护单元的人防配电箱回路引来,战时通过平战转换双投开关实现平战配电系统的独立。

当平时电力系统电源引自供电局计量的临街变时,车库配电区域内的负荷,包括普通照明负荷,都是从临街变引接供电电源至区域总配电柜,再供电至各个防火分区或负荷端。作为人防工程常见的二等人员掩蔽所的电气设计,平时普通照明与战时普通照明本身是平战合用,在战时,平战合用的普通照明本身要从人防配电箱引接一路供电回路至平战合用的照明箱,而人防配电箱选择水泵双切箱时,该平战合用的普通照明箱的平时供电回路可直接与该人防配电箱供给平战普通照明箱的战时回路合并为一条回路。也就是说,从人防配电箱至平战普通照明箱的线路是作为平战合用线路来设计的,当电力系统电源与人防内部电源平战转换时,末端的平战普通照明箱无须再做双重转换来实现平战照明配电系统的相互独立,省去了双重转换的繁琐性,简化了配电系统。

(5) 人防配电箱选择潜水泵双切箱平战结合时,更有利于增加人防配电箱供电电源的可靠性。潜水泵双切箱平时由两路电源或两回路供电线路供电[3],当它兼做人防配电箱时,增加了人防配电箱供电电源的可靠性。战时,当两路电力系统电源中的一路损坏时,仍可以优先利用另一路电力系统电源供电,可以更有效地掩蔽人员和物资,保存我方战争潜力。

1.2.2 人防配电箱选择潜水泵双切箱平战结合的参考系统图

以设有战时内部电站的二等人员掩蔽所工程为例,人防配电箱选择潜水泵双切箱平战结合配电系统参考图如图1所示。

图1 人防配电箱选择潜水泵双切箱平战结合配电系统参考图

由图1可知:人防配电箱选择潜水泵双切箱平战结合时,该配电箱平时由两路电力系统电源供电,该电源为战时用负荷和平时用负荷供电,纯战时用负荷(平时不用的战时负荷)的回路断路器平时均处于断开状态,以保证平战供电系统的独立性。战时,除了平时这两路电力系统电源供电外,新增一路引自战时内部电站的内部电源,该内部电源与两路电力系统电源通过双投开关达到平战电源的转换。当两路电力系统电源被损坏后,战时由双投开关转换至战时内部电源供电,战时内部电源仅供给战时用负荷的母线段,因此,平时负荷无法由战时内部电源供电,平时负荷的回路断路器战时均处于断开状态,从而确保了战时电源供电与平时负荷互不交叉[4]。战时用负荷包由平时和战时都使用的平战合用的负荷和纯战时使用的战时负荷组成,其中,平战合用的负荷中,如果普通照明负荷和应急照明负荷平时由另外对应的区域总配电柜供电,则该人防配电箱中对应的平战合用的普通照明箱和应急照明箱内增设双投开关进行平战转换;如果普通照明箱和应急照明箱平时就由该人防配电箱供电,则战时无须转换,平战合用的潜水泵负荷供电原理和平战转换的方式与照明箱类同。

2 照明设计中的平战结合

2.1 照度标准

人防车库照明系统的设计在满足平时照度标准要求的同时,还应兼顾人防战时照度标准要求。由于平战照度的标准不同,人防车库的照明设计在满足平时和战时照度要求的基础上,还应考虑合理减少平战转换的工作量。

平时地下汽车库的照度标准要求车位照度不小于30 lx,车道照度不小于50 lx;战时作为二等人员掩蔽所时,战时照度不小于75 lx;战时作为专业队员掩蔽部或一等人员掩蔽所时,战时照度不小于100 lx;战时作为物资库时,战时照度不小于50 lx等。人防车库的照明设计常见的做法有以下两种:① 按照平时和战时照度较高标准要求设计。② 平时按平时照度要求设计,战时按战时照度要求设计。

以上两种照明设计的形式,从原理上来说都能达到平时和战时要求的照度标准,但如不论工程概况,一味地按一种形式设计,于设计而言,并不精细,作为专业的人防设计,应将以上两种常见的设计形式与实际工程的特点和需求融会贯通,灵活结合,才能做出更优化合理的设计。

举一工程实例:某人防地下车库,平时主要功能为小型汽车库,战时主要功能为二等人员掩蔽、物资库、专业队员掩蔽部。做法一,车库照明设计中照度应分别按要求较高的战时照度标准75 lx,50 lx,100 lx执行设计,但这种做法增加了工程造价;做法二,平时车道和车位照度设计为50 lx,30 lx,通过临战转换的方式,使战时照度达75 lx,50 lx,100 lx,但这样无疑增加了平战转换的工作量。

本文认为可以通过以下三个方面的综合考虑,选择合适的设计方案,可减少这两种照明设计做法带来的不足之处。① 该地库照明设计是否有高品质地下车库的设计需求。② 专业队员掩蔽部是否在平时的非机动车库区域。③ 物资库是否设在平时的非机动车库区域。

规范所要求的车库的平时照度是一种基础照度,高品质地库在满足功率密度限值的要求下,可以在规范照度的要求上做进一步提升。人防地下车库的照度设计,既要兼顾平战规范的不同标准,也要考虑到平战工况下的实际需求,更应考虑平战转换的可行性、繁琐性和时效性。一般来说,人防工程战时处于紧急状态,但凡平时设计能合理兼顾到战时要求,均应兼顾设计到位,而不是一味为了节省工程造价,停留于理论上的平战转换,因此,该例中的人防地下车库设计,应先做以下功能分类探析,再做出相应的设计选择更为合理。

(1) 平时汽车库或非机动车库、战时为二等人员掩蔽所的区域,其照度应设计为75 lx。因为不论平时50 lx照度要求的汽车库或75 lx照度要求的非机动车库,其照度与战时要求的75 lx相差不大。设计为75 lx,既提升车库品质,又能兼顾战时照度,车库内大量的灯具平时施工到位也减少平战转换的工作量[5]。车库内灯具选用LED灯具,其容量小,平时照明的功率密度限值也不会超标。

(2) 平时为汽车库、战时为专业队员掩蔽部或一等人员掩蔽所的区域,平时的照度要求为50 lx,战时为100 lx,平战照度要求相差一倍,且人防工程中,专业队员掩蔽所的建筑面积不超过1 000 m2,该类情况建议平时单管荧光灯,战时临战转换为双管荧光灯,平战要求都能兼顾,转换量较小,更为合理。

(3) 平时为非机动车库、战时为专业队员掩蔽部或一等人员掩蔽所的区域,平时照度要求为75 lx,战时照度要求为100 lx,平战照度相差不大,考虑到提升车库品质,节省平战转换工作量,设计照度统一设定为100 lx,平战要求皆能兼顾,照明功率密度限值不会超标,一举多用。

2.2 应急照明

人防车库平时的应急照明和战时的应急照明不同,主要体现在应急疏散指示标志灯的间距要求、照度要求、应急时间要求等几个方面。

根据GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》第13.6条,疏散指示灯具的间距垂直视觉时不大于20 m,侧向视觉时不大于10 m,疏散区域疏散照明照度根据建筑类型要求各不同,最小值要求不小于1 lx,应急时间不小于30 min,而GB 50098—2009《人民防空工程设计防火规范》第8.2.4.1要求,疏散标志灯间距不大于15 m,疏散通道的地面照度值不低于5 lx,时间不小于该防空地下室的防护隔绝时间,而人防工程中各类工程防护隔绝时间要求如下:二等人员掩蔽工程为3 h,物资库为2 h,防空专业队员掩蔽工程、救护站等为6 h,故而作为平战应急照明合用的人防地下汽车库应急疏散指示标志灯,宜按要求高的标准规范来设计,否则增加临战琐碎的平战转换工作量。其次应急疏散方向指示灯平战合用时,平时和战时的疏散口不完全一致,部分仅作为平时应急疏散方向指示灯,临战时其方向应调整指向战时疏散口。

2.3 灯具安装

普通非人防车库的灯具安装可采用吊杆吊链等方式,当灯具密集、成本允许时,部分项目会采用专用线槽灯的方式。但在人防地下车库,战时照明通常利用平时照明,不但能使灯具在平时长期的使用中,保持良好的工作、维护状态,还能达到设计平战结合,减少临战转换的工作量。人防地下车库在战时遭受袭击时,结构产生剧烈震动,容易造成灯具掉落伤人。链吊灯具抗震能力较强,故而各人防规范中均要求:灯具宜选择重量较轻的线吊或链吊灯具和卡口灯头。因此设计人防车库时,人防区域内的灯具应尽量链吊安装,当工程需要统一的安装方式时,也可以采用其他安装方式,但临战转换须采取相关的抗震、防掉落等措施。

3 结 语

一个工程,两种功能,是当下人防车库的常态。配电系统和照明系统是人防车库电气设计中平战结合的重点内容。平战结合是促进社会经济发展与人防建设互相融合的保障,是人防设计的指导灵魂。