摘要：针对当前普遍应用的采用可充电电池（二次电池）的应急照明和疏散指示系统存在的一系列问题和局限性，探索一种全新的应急系统备用电源供电方案，即采用一次电池（不可充电电池）的应急照明和疏散指示系统的备用电源供电方案。
关键词：一次电池；充电电池；应急照明和疏散指示系统
相比于充电电池，一次电池通常并不被认为是一类节能环保的电池，事实上，目前可充电电池在实际应用中比一次电池广泛的多，然而，适合与不适合并非是绝对的，一次电池的特性，在某些环境下可能更适合应急照明和疏散指示系统的应用。
众所周知，应急照明和疏散指示系统是在正常照明电源发生中断时，能有效地照明和显示疏散通道，或能持续照明而不间断工作的一类灯具。而正常照明中断的原因通常为两种，其一，是市电停电；其二，是事故停电，主要为火灾状态下正常照明被中断。当前，随着供电可靠率的不断提高，应急照明和疏散指示系统作为停电应急照明和疏散指示的功能已经逐步被淡化，应急照明和疏散指示系统如今一般被认为是一类消防应急系统。然而消防事故的发生，对于绝大多数应用领域，都是绝对偶然的，事实上，多数消防应急灯具整个使用寿命周期内都不会被实质性使用一次；而应急灯具不管是集中电源型灯具系统，还是自带电源型灯具系统，所使用的充电电池包括铅酸电池、锂离子电池和镍氢电池等，正常工作状态下时都持续处于浮充状态的，这会带来一系列问题，如能源的浪费，电池的损耗带来的环境问题及灯具本身原因带来的消防隐患等。
1.一次电池为备用电源的应急照明和疏散指示系统概述
一次电池作为备用电源的应急照明和疏散指示系统除了不设置电池充电电路，电池采用一次电池外，与传统应急系统没有本质区别，也可以设计为集中控制系统和非集中控制系统，灯具备用电源供电也可分为自带电源方式与集中电源供电方式。但是需要注意的是，系统设计应尽量避免系统误转换为应急模式，因为应急模式下会消耗不可充电的一次电池电量，所以自带电源系统转换装置宜设置独立的应急模式转换触发回路，不宜用正常照明供电回路作为应急电源的转换触发回路。
一次电池系统若设计为自带电源非持续性灯具，就可以完全摒弃应急灯具供电回路，只需要设置弱电控制信号以控制应急灯具应急模式的转换，这方面，对建筑消防安全也是极为有益的。与充电电池为备用电源的传统应急系统相比，在满足特定的应用条件的前提下，采用另辟蹊径的方式探索采用一次电池作为应急照明和疏散指示灯具的备用电源，应该会带来显著的效益：
（1）更节能降耗，传统应急灯具使用蓄电池作为备用电源，以市面上某款常见的壁挂式自带电源应急照明灯具为例，其在正常模式下，仅浮充功耗就可达到3瓦，由于现代建筑使用应急灯具数量众多，且是持续供电，这样带来的能源消耗无疑是巨大的；同时这样的灯具由于充电电池使用寿命的原因，即便从没有被使用，其使用寿命往往也只有几年；在供电可靠率高的场合，如果应急照明和疏散指示系统不使用充电电池，由于没有充电电路的存在，可实现正常工作模式下灯具零功耗，持续性灯具仅照明功耗，同时一次电池比充电电池寿命更长，更廉价，更换也更容易。
（2）更具安全性，传统应急系统，其本身是有一定消防隐患的，由于充电电路持续工作，电池一直处于浮充状态，可能的维护不善及系统本身质量问题等原因，使得灯具或集中电源存在一定自燃的风险。事实上，充电电池的错误应用和维护不善引发的消防事故屡见不鲜，其中也包含消防应急电源或应急灯具引发的事故，随着应急系统的不断普及，应急系统本身的消防安全问题不容忽视。
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2. 一次电源应急照明和疏散指示系统设计与应用的相关问题：
（1）一次电源系统并不能替代现有的传统应急照明和疏散指示系统，一次电源应急照明和疏散指示系统的应用前提是必须保证供电可靠率，如果应用在经常停电的建筑，系统所使用的一次电池将会被频繁耗尽，系统的维护成本也将几何级数增加。
（2）一次电池优势在于容量稳定，放电时间长，但一次电池也内阻较大，功率密度低的特点，这方面限制了一次电池的应用，一次电池并不适合功率要求较大的应用场合。
（3）由于备用电池是一次电池，系统设计应做到在正常模式下电池零电能消耗，宜根据一次电池的电压—电量曲线设计电量检测电路，应设置方便更换电池的机构；重要场所在应急系统启动过一次后，应及时更换所有的一次电池，非重要场所可以根据电池实际使用情况更换电池；应该根据电池自放电特性定期更换电池。
3. 典型应用方案举例：
以一栋供电可靠率能得到保障的一、二级供电的高层建筑为例，采用一次电池应急系统与传统以充电电池为备用电源的应急系统相结合的方式，具体为：
（1）在对照度要求不高而对照明可靠性要求高的区域，如疏散走道，楼梯间，避难层等，其应急照明采用一次电池型照明灯具，这样的区域照度要求通常在1lx—5lx之间，采用一次电池为备用电源的应急灯具，完全可以满足其照度要求。
（2）对于照度要求更高的场合，如重要设备机房，控制室等场所的应急照明，由于这样的区域通常应急模式下需要不低于正常模式的照度，使用一次电池应急灯具照明难度较大，又因为这样的区域相对集中，且经常有人值守，维护相对简单，可采用传统蓄电池或集中电源的供电的应急照明灯具。
（3）应急疏散指示灯具由于其功率要求低，灯具数量多，维护难度大，可全部采用一次电池型照明灯具，能极大提高疏散指示系统的安全性、可靠性，降低维护成本。
案例中所使用一次电源的照明灯具，可以采用自带电源型灯具集中控制方案，具体为，灯具采用10枚AA型碱性电池串联电池组作为照明灯具的备用电源，电池组供电采用继电方式，以保证灯具常模式下备用电源电池组零功率输出，应急工作模式时，电池组采用400mA放电电流，能提供LED光源50㎡范围内最低10lx水平照度，有效放电时间约3h，超过有效放电时间后，光源亮度会逐渐降低，不会立即熄灭。
使用一次电池的应急疏散指示灯具，备用电池组为3枚AA型电池串联，能保证功率为1W的应急疏散指示灯具6h以上的正常工作时间。
4. 一次电池应急照明和疏散指示系统设计和使用面临的问题：
（1）相关规范的适用问题，因为应急照明和疏散指示系统与消防相关规范联系密切，使用一次电池的应急系统很多方面并不符合当前的相关规范，或没有相关的适用条款。在推广前应该对系统的可行性作充分论证和评估。
（2）系统最关键的一次电池，当前能够使用的，也只有比较成熟的碱性锌锰干电池；目前并没有成熟、可靠兼具性价比的大功率一次电池，碱性锌锰电池虽然比碳性电池性能强得多，但是其功率密度还无法与锂电池及镍氢电池相比，所以一次电池系统可能暂时只适用于中小功率自带电源型灯具系统。
5.结语
虽然可充电电池的应用，特别是在动力系统和大功率系统中得以得以广泛应用，但是，在消防应急照明和疏散指示系统这样的特殊领域，可充电电池的大规模应用可能是值得商榷的，由于消防系统极低的使用率和极高的重要性的特点，消防应急系统有条件使用一次电池，应该更具有现实意义。
参考文献：
[1]公安部.消防应急照明和疏散指示系统技术规范.GB50319-2018
[2]江荣松，彭捷，苏永华.碱性锌锰电池使用过程中的常见问题分析.电池工业，1008-7923（2017）02-0007-04
论文作者:纪忠
论文发表刊物:《防护工程》2019年15期
论文发表时间:2019/11/29
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