非常灯はどのように機能するのか: 完全な内訳
非常灯は、継続的に充電された内蔵バッテリーから電力を供給することで動作し、主電源が停電すると自動的に作動します。グリッド電力が遮断されると、リレーまたはソリッドステートスイッチング回路がミリ秒以内に電圧降下を検出し、バッテリーパックから直接ランプに電流を経路変更し、人間の介入なしに照明器具の点灯を維持します。 最新のユニットのほとんどは 0.5 秒以内に切り替わります 、建物の居住者が照明がすでに点灯する前に変化に気づくことはほとんどないほど十分な速度です。
この自己完結型のアーキテクチャにより、非常用照明が通常の器具から分離されます。屋内に設置する場合でも、施設の一部として設置する場合でも、 屋外LED照明 建物の出口や駐車場に沿ったシステムでも、エネルギーの蓄積、自動検出、瞬時の出力という基本的なメカニズムは変わりません。
すべての非常灯の内部のコアコンポーネント
非常灯が何でできているかを理解すると、なぜそのように動作するのかが明確になります。各ユニットには通常、自立型安全装置として連携して動作する 4 つの主要なサブシステムが含まれています。
01
充電式バッテリー
バッテリーはシステムの心臓部です。古いユニットでは密閉型鉛酸 (SLA) バッテリーが使用されていました。重くてかさばり、フル充電サイクルの定格は約 200 ～ 300 回でした。現代の非常設備は主に次のような場所に移行しています。 ニッケルカドミウム (NiCd) またはリチウムイオン (Li-ion) 電池 は軽量で、長期にわたってより確実に充電を保持し、通常の条件下では 4 ～ 7 年間持続します。リチウムイオンバリアントは、大幅な容量損失なしに、より広い温度範囲 (多くの場合 -20°C ～ 60°C) に耐えられるため、高仕様の屋外 LED 照明緊急システムでますます一般的になっています。
02
充電回路
充電回路は、通常の動作中にバッテリーを最大容量に保ちます。主電源から常に少量の電流 (通常、バッテリーのサイズに応じて 10mA ～ 100mA) が流れます。適切に設計された充電回路により過充電も防止され、バッテリーの寿命が大幅に延長されます。 IEC 60598-2-22 は、非常用照明器具を管理する国際規格で、バッテリーはメーカーが定めた再充電時間内 (通常は完全放電後 24 時間) 内に少なくとも 80% の容量に達する必要があると規定しています。
03
インバーターまたはドライバー回路
バッテリーセルは DC 電圧 (通常、リチウムイオンセルあたり 3.7V) を出力しますが、ランプや LED アレイが正しく動作するには、特定の安定した電圧と電流が必要です。この電力をインバータ（蛍光灯用）や定電流LEDドライバが変換・安定化します。 LEDベースの緊急ユニットでは、 ドライバー回路は重要です : 緊急事態が続いている間にバッテリー電圧が低下しても、安定した光出力を維持する必要があります。高品質のドライバーは、バッテリーが安全な放電しきい値に達するまで、ルーメン出力をほぼ一定に保ちます。
04
監視およびスイッチング回路
これはシステムの検出頭脳です。入力される主電源電圧を継続的に監視します。電圧が設定されたしきい値を下回ると、通常は約 公称主電源電圧の 80% — 回路はリレーを開くか、バッテリーをランプに接続するソリッドステート スイッチをトリガーします。同じ回路が最新のユニットにあるテスト機能を処理します。テスト ボタンを手動で押すと、主電源シミュレーションが中断され、ユニットが強制的に緊急モードになり、技術者が建物の電源を切ることなく動作を確認できます。
保守ありと非保守: 根本的に異なる 2 つのモード
非常用照明において最もよく誤解されている違いの 1 つは、維持された動作と維持されていない動作の違いです。どちらを選択するかは、設置、コスト、フィッティングの日常的な動作に影響します。
メンテナンスされていない
非メンテナンスモードでは、ランプは点灯します。 停電時のみ点灯 。通常の状態では、継手は暗く見えます。主電源は充電回路にのみ電力を供給し、ランプには電力を供給しません。停電した瞬間にランプが点灯します。これは、常時照明が必要ない階段、廊下、保管エリアで最も一般的な構成です。メンテナンスを必要としないフィッティングは、ランプドライバーが緊急事態でのみ動作するため、よりシンプルで一般的に安価であり、電球の寿命とバッテリーの寿命の両方が長くなります。
保守済み
保守済み fittings are 常に照らされている 、通常の状態では主電源からの標準ライトとして動作し、障害時にはバッテリーバックアップに切り替わります。非常口標識は最も一般的な例であり、非常時だけでなく常に見えるようにする必要があります。建物のファサードや天蓋に設置された最新の屋外 LED 照明緊急システムの多くは、一定の低レベル照明が美的目的と機能的目的の両方に役立つため、メンテナンスされた継手を使用しています。ランプは継続的に動作するため、保守ユニットには、許容可能な耐用年数を達成するために、高品質の LED とより堅牢なドライバー回路が必要です。
注記 3 番目のカテゴリ — 持続した — 両方の要素を組み合わせたものです。1 つの取り付け具に 2 つの別々のランプがあり、1 つは通常使用用、もう 1 つは緊急起動専用に予約されています。この構成は現在、新規設置ではほとんど廃止されており、ドライバーの切り替えを通じて両方の機能を果たす単一ランプ LED ユニットに置き換えられています。
LED テクノロジーが非常用照明を永久に変えた理由
LED 光源が主流になる前は、非常用照明はコンパクト蛍光灯 (CFL) または白熱灯に依存していましたが、どちらも緊急事態においては問題がありました。蛍光灯は最大の明るさに達するまでウォームアップ期間が必要で、低温では性能が大幅に低下します。白熱電球はエネルギーを大量に消費し、寿命が短いです。 LED は両方の問題を同時に解決しました。
| 属性 | 白熱灯 | コンパクト蛍光灯 | LED |
| ウォームアップ時間 | インスタント | 15～30秒 | インスタント |
| 標準的なランプ寿命 | 1,000時間 | 8,000時間 | 50,000時間 |
| 消費電力 (標準ユニット) | 25～40W | 11～18W | 3～8W |
| 寒冷地でのパフォーマンス | 良い | 貧しい | 素晴らしい |
| 同じバッテリーでの緊急持続時間 | 1時間 | 1～2時間 | 3～8時間 |
非常用照明システムに使用されるランプ技術の比較
LED の効率上の利点は、緊急事態の継続時間に直接的かつ測定可能な影響を与えます。 4Ah NiCd バッテリ パックを搭載した従来の白熱緊急ユニットは、わずか 60 分間の照明しか提供できません。同じバッテリーが同等の LED アレイに電力を供給し、同等以上のルーメン出力を実現します。 3時間以上照明を維持できる 。これが、多くの管轄区域における現代の建築基準法が現在、白熱灯や蛍光灯の技術が経済的に満たすのに苦労していた基準である、最低 3 時間の緊急時継続時間を義務付けている理由です。
特に屋外 LED 照明の緊急用途では、LED テクノロジーの熱サイクルに対する耐性が重要です。屋外設備は、周囲温度が 1 日を通して、また季節によって変化するため、冷暖房サイクルを繰り返します。 LED 接合部は、熱ストレス下で亀裂やはんだ接合部の破損が発生しやすいガラスベースの蛍光管よりも、この問題をはるかにうまく処理します。
自己完結型ユニットと中央バッテリー システムの比較
非常用照明は、2 つの根本的に異なるアーキテクチャ アプローチを通じて提供できます。正しい選択は、建物の規模、予算、メンテナンス インフラストラクチャ、および残りの電気システムの設計方法によって異なります。
内蔵型非常灯
各フィッティングには、独自のバッテリー、充電回路、監視電子機器が含まれています。これは、世界中で、特に中小規模の建物で最も広く使用されているアプローチです。利点は明らかです。 1 台のユニットに障害が発生しても、他のユニットには影響がありません 、設置は簡単で（有資格の電気技術者であれば、特別な訓練を受けずに内蔵型ユニットを取り付けることができます）、資本コストが低くなります。欠点は、大規模なメンテナンスの複雑さです。200 個の内蔵型緊急設備を備えた建物には 200 個の個別のバッテリーがあり、それぞれ定期的なテストと最終的な交換が必要です。施設管理者は、この継続的なコストを過小評価することがよくあります。
- 2,000㎡未満の建物に最適
- バッテリー寿命は通常 4 ～ 7 年
- 初期導入コストの削減
- ユニットあたりの長期保守コストが高くなる
- 単一障害点がない
セントラルバッテリーシステム (CBS)
中央バッテリー システムは、すべての個々のバッテリーを単一の大きなバッテリー バンク (多くの場合、専用の部屋に収容されます) に置き換え、専用の配線回路を介して建物全体の緊急設備に電力を供給します。すべての監視とテストを 1 つのポイントから実行できるため、大規模施設のメンテナンスの労力が大幅に軽減されます。 病院、空港、大型ショッピングセンター、高層オフィスビル ほぼ普遍的に CBS アーキテクチャが使用されます。トレードオフはコストと複雑さです。中央バッテリープラントは高価で、配線インフラストラクチャは大規模であり、冗長性が組み込まれていない場合、中央システムの障害により施設全体の非常照明が損なわれる可能性があります。
- 多くの規定では 5,000 平方メートルを超える建物に必須
- 一元的なテストと監視
- 初期費用は高く、照明器具ごとのメンテナンスは少なくて済みます
- 専用の配線回路が必要
- 冗長 CBS 構成により、単一点障害が排除されます
屋外非常用照明: 特別な考慮事項
非常用照明を屋外に移動すると、エンジニアリング上の課題が倍増します。雨、極端な温度、紫外線、ほこり、昆虫、物理的衝撃はすべて、信頼性の高い動作にとって大きな脅威となります。ここで、屋外 LED 照明システムの仕様には、屋内同等の照明システムを選択するよりもかなりの注意が必要になります。
IP 格付け: 交渉の余地のない出発点
侵入保護 (IP) 評価は、継手が固体および液体に対してどの程度耐性があるかを正確に示します。屋外の非常用照明としては、 IP65は実用上の最小値です : 「6」はエンクロージャが完全に防塵であることを意味し、「5」はあらゆる角度からの噴射水に耐えられることを意味します。露出した海岸環境、洗車場、または豪雨や高圧洗浄を受ける地域での用途には、IP66 または IP67 を指定する必要があります。 IP44 定格の継手を屋外に設置すると、たとえ一時的であっても、コンプライアンス違反となり、信頼性のリスクが生じます。水の浸入により、数か月以内にバッテリーと電子機器が劣化します。
温度範囲とバッテリーの化学的性質
バッテリーの性能は温度に大きく依存します。ニカド電池は非常用照明の標準として長い間使用されており、約 -10°C まで妥当な容量を維持します。これはほとんどの温帯気候で許容されます。最新の屋外 LED 照明緊急ユニットで使用されているリチウムイオン化学反応は、優れたエネルギー密度を提供しながら、この温度を -20°C 以下まで拡張します。ただし、専用の低温充電回路を使用せずに、リチウムイオン電池を 0°C 未満の温度で充電してはなりません。この仕様点は、安価な製品では見落とされがちです。 定格動作温度範囲と充電温度範囲を必ず確認してください。 寒冷気候地域の屋外設置用のバッテリーを指定する前に。
IK 評価: 物理的衝撃に対する保護
IK 評価は、屋内の製品仕様には記載されていないことが多いですが、屋外では重要になります。 IK08 は 5 ジュールの衝撃エネルギー (300mm から落下する 1.7 kg の質量にほぼ相当) に対する耐性に相当しますが、IK10 (最高規格) は 20 ジュールに耐えます。駐車場、荷積み場、スポーツ施設の周囲は、破壊行為や偶発的な衝撃が現実的なリスクとなる環境です。指定する 屋外の脆弱な場所向けの IK08 以降 これは、耐用年数を延ばし、コンプライアンスを維持するための実用的な予防策です。
太陽光発電補助非常用照明
屋外 LED 照明緊急システムの成長セグメントには、バッテリー充電回路を補うために小型の太陽光発電 (ソーラー) パネルが組み込まれています。これはスタンドアロンのソーラー ライトと同じではありません。主電源と充電入力は主電源接続のままです。むしろ、PV パネルは、グリッド消費を部分的に相殺する補助エネルギーを提供し、太陽放射照度が高い地理的地域でのバッテリー バックアップ期間を延長できます。 ハイブリッドソーラー補助非常灯が大手メーカーから発売 IEC 60598-2-22 に完全に準拠していますが、純粋に系統充電される代替品よりも大幅な価格プレミアムがかかります。
テスト要件とメンテナンススケジュール
適切にメンテナンスされていない非常灯は、さまざまな意味で、非常灯がまったくない場合よりも危険です。誤った安心感が生まれます。ヨーロッパ、北米、アジア太平洋地域のすべての規制枠組みでは定期検査が義務付けられていますが、具体的な間隔や方法は管轄区域によって異なります。
毎月の機能テスト
簡単な機能テスト (通常は 30 秒から 1 分) で、フィッティングが緊急モードで作動することを確認します。これは通常、テスト ボタンを押すか、赤外線リモコンを使用して実行されます。目的は、主電源が存在しないようにシミュレートされたときにランプが点灯することを確認することだけです。 BS 5266-1 (英国規格) および同等の枠組みでは、この月次チェックが必須であり、結果は専用の記録簿または建物管理システムに記録される必要があります。
年次全期間テスト
1 年に 1 回、各フィッティングをバッテリー電源で定格期間いっぱい (通常は 1 時間または 3 時間) 実行し、バッテリーが十分な容量を保持していることを確認する必要があります。このテストはバッテリーを完全に放電し、テスト期間中に非常照明がカバーされない状態で建物を一時的に離れるため、月次検査よりも混乱が生じます。 最新の対応可能な緊急システムの多くは、このプロセスを自動化しています 、建物全体のカバレッジを常に維持するために、さまざまなゾーンにわたって全期間のテストを段階的に実施します。
電池交換
ほとんどのメーカーは、NiCd および SLA タイプのバッテリ交換間隔を 4 年、Li-ion タイプの場合は 5 ～ 7 年と指定しています。ただし、屋外設置のバッテリー、特に温度サイクルにさらされる屋外 LED 照明緊急システムのバッテリーは、多くの場合、より早く劣化します。年に一度の全期間テストに合格しなかったバッテリーは、使用年数に関係なく、直ちに交換する必要があります。人命安全システムのベストプラクティスは、テストの不合格を待つのではなく、メーカーが推奨する間隔で積極的に交換することです。
アドレス指定可能な自己テスト システム
最先端の非常用照明設備では、各取り付け具にマイクロコントローラーが組み込まれており、プログラムされたスケジュールに従って機能テストと継続時間テストを自動的に実行し、結果 (障害コードを含む) が中央監視パネルに報告される、アドレス指定可能なシステムが使用されています。 自動セルフテスト システムにより、メンテナンスの労力が 60% 以上削減可能 個々のフィッティングを手動でテストする必要がなくなるため、大規模な施設でも使用できます。また、追加の事務処理を行わずに規制検査要件を満たす継続的なタイムスタンプ付きコンプライアンス ログも提供します。
非常灯をどこに設置する必要があるか、またどのような光レベルを達成する必要があるか
非常用照明の正しい配置は判断の問題ではありません。各空間の機能に基づいて、最小照度レベル、間隔、設置基準を指定する基準によって管理されます。国際的な主要な規格は ISO 30061 であり、欧州の EN 1838 および北米の NFPA 101 生命安全規定と密接に連携しています。
避難経路の照明
指定された避難経路に沿って、廊下または歩道の床には最小限の耐衝撃性が必要です。 避難経路の中央で1ルクス 、ルート上に 0.5 ルクスを下回る地点はありません。非常用器具は、方向転換するたびに、すべての交差点、すべての階段の近く、すべての最終出口に、すべての火災警報通報所、救護所、および消火設備の場所に隣接して配置する必要があります。実際には、これは、ほとんどの廊下の配管で、少なくとも 12 ～ 15 メートルごとに緊急取り付けが必要であり、間隔に関係なく、指定された各位置に追加の取り付けが必要であることを意味します。
オープンエリア (パニック防止) 照明
ショッピング モールのコンコース、劇場の講堂、スポーツ ホールの床などの大きなオープン スペースでは、 パニック防止照明 床面積全体に少なくとも 0.5 ルクスを提供します。その目的は、読書や詳細な作業を可能にすることではなく、乗員が危険を特定し、出口を見つけ、パニックによる混雑や転倒を引き起こすことなく移動できるように十分な照明を提供することです。空間全体の最大照度と最小照度の比率は 40:1 を超えてはならず、目が空間を移動するときに暗闇に近い明るさのプールが生じて順応が損なわれるのを防ぎます。
高リスク作業エリアの照明
機械工場、実験室環境、制御室、手術室など、照明が突然故障した場合に作業中の危険が生じるエリアでは、 通常維持される照度の 10% を提供する高リスク作業エリアの照明 ただし、15ルクス以上。これは、これらのゾーンに設置される緊急金具の数と種類の両方に影響する、非常に要求の厳しい仕様です。
スマート非常用照明: DALI、IoT 統合、そして次に来るもの
非常用照明は歴史的に、建物の電気インフラストラクチャの中で最も「スマート」ではない部分の 1 つであり、静的で機能せず、何か問題が発生するまでほとんど目に見えません。ビル管理システム (BMS) がより洗練され、無線通信プロトコルが成熟するにつれて、この状況は急速に変化しています。
DALI-2 緊急制御
Digital Addressable Lighting Interface (DALI) プロトコル、特に非常照明用の DALI-2 拡張機能 (パート 202 および 203) は、中央コントローラーと個々の非常用器具間の双方向デジタル通信を可能にします。各フィッティングは個別にプログラムでき、現在のバッテリー充電状態とランプの状態を照会し、テストの実行を指示し、障害状態を監視できます。すべてシンプルな 2 線式バス上で実行できます。 DALI-2 は現在、ヨーロッパの新築建築における大型商業用および施設用非常用照明の事実上の標準となっています。 、その採用は北米とアジア太平洋市場で急速に増加しています。
ワイヤレス非常照明ネットワーク
新しい DALI 配線の設置が現実的でない、または法外に高価な改造用途では、Zigbee、Thread、または独自の RF プロトコルを使用したワイヤレス非常照明システムが代替手段となります。各フィッティングには、隣接するメッシュ ネットワークと通信し、最終的には BMS に接続されているゲートウェイ デバイスに報告するワイヤレス トランシーバーが含まれています。非常照明アプリケーションにおけるワイヤレス システムの信頼性は歴史的に疑問視されてきました。バッテリー駆動のトランシーバーは信頼性の高い通信を何年も維持する必要があります。しかし、ハードウェアの改良とより優れたメッシュ アーキテクチャにより、 ワイヤレス非常照明は、多くの管轄区域で実用的で規格に準拠したオプションです .
建物避難システムとの統合
現在の最も洗練された実装では、非常用照明が火災警報システムやビルオートメーションと直接統合されています。特定の火災警報ゾーンが作動すると、非常照明システムはインテリジェントに対応できます。影響を受けるゾーンから離れた避難経路をより明るく照らし、火災現場の周囲に居住者を誘導する動的な方向標識を作動させ、リアルタイムの居住者流動データを消防署に送信します。 これは従来のパッシブモデルをはるかに超えています 非常用照明の普及に向けた取り組みであり、生命安全システムが今後 10 年間に向かう方向性を表しています。
非常灯が故障する最も一般的な理由とその防止方法
建物の保守記録や火災調査報告書からの現場データは、非常照明故障の同じ根本原因を一貫して特定しています。ほとんどは、適切な仕様とメンテナンス規律によって防ぐことができます。
1
バッテリーの寿命終了については対処されていない
これは、実際の停電時の非常灯の故障の最も一般的な原因です。バッテリーは徐々に劣化します。月に一度の 30 秒間の機能テストに合格した継手でも、年に 1 回の 3 時間の持続時間テストには不合格になる可能性があります。これは、バッテリーが短期間の作動に十分な表面電荷を保持しているものの、長時間にわたって出力を維持できないためです。 IET 電気メンテナンス ガイドは、英国の内蔵型非常用継手の 30 ～ 40% が年次試験に合格しないと推定しています。 バッテリーの劣化だけが原因です。障害発生後の事後的な交換ではなく、スケジュールに従って事前に交換することが唯一の信頼できる解決策です。
2
不適切な設置により継続的な深放電が発生する
常時電源ではなく、スイッチ回路に配線された非常用継手は、照明スイッチがオフになるたびに充電回路が切断されます。数週間または数か月にわたって、この期間中にバッテリーはランプを通して放電しますが、充電期間が短すぎるため、スイッチがオンになっているときに充電回路はバッテリーを回復できません。これにより、設置後数か月以内にバッテリーが破損します。 非常用照明器具は、スイッチのない常時通電している回路に常に接続する必要があります。 これは、電気検査官が遭遇する最も一般的な設置エラーの 1 つです。
3
屋外設置における環境破壊
IP または IK 定格が不十分な屋外 LED 照明緊急継手は、定格を超える条件にさらされると故障します。水の浸入はバッテリー端子や回路基板を腐食させます。熱サイクルによりはんだ接合部が疲労します。 UV にさらされるとポリカーボネート ディフューザーが劣化し、光出力が低下します。書類監査に合格する最小限のものだけでなく、実際の設置場所に適切な環境評価を備えた継手を指定することが不可欠です。 沿岸および工業環境では IP66 以上が必要な場合があります 表向きは「保護された」取り付け位置であっても。
4
メンテナンスされていないフィッティングでのランプの故障
メンテナンスされていない非常用設備では、通常の建物の動作中にランプに電力が供給されません。メンテナンスされていないフィッティングでランプが故障した場合、または LED アレイが故障した場合は、異常を示す目に見える兆候はありません。フィッティングはいつものように暗く表示されます。毎月の機能テストは、まさにこの障害モードを検出するために存在します。毎月のテストを省略したり、実際にテストを実行せずにテストを「合格」として記録したりする施設では、通常、実際の停電によってランプの故障が明らかになって初めてランプの故障が発見されます。
非常用照明を指定する際に注意すべきこと
建築設計者、施設管理者、電気請負業者のいずれであっても、次の仕様チェックリストには長期的なパフォーマンスを実際に決定するパラメータが含まれています。
- 定格緊急持続時間: 1時間または3時間の定格を確認します。現在、ほとんどの建築基準法では新築に 3 時間を要します。
- バッテリーの化学的性質と定格寿命: リチウムイオン電池は、ほとんどの最新のアプリケーションにおいて NiCd よりも優れた性能を発揮します。完全な充電/放電サイクルの定格回数と予想されるカレンダー寿命を確認します。
- 緊急モードでのルーメン出力: 一部の継手はバッテリーモードで出力を大幅に低下させます。通常モードだけでなく、緊急モードでも記載されているルーメン出力を確認してください。
- 設置場所の IP および IK 評価: 屋内の乾燥した場所では最低 IP20 が必要です。屋外または湿気の多い場所では、少なくとも IP65 が必要です。露出した屋外非常用器具には IP66/IK08 を使用してください。
- 動作温度範囲: 寒冷地における屋外 LED 照明の緊急用途に不可欠です。動作温度範囲と充電温度範囲は両方とも設置環境と一致する必要があります。
- コンプライアンス認証: メーカーの自己宣言だけでなく、認定試験機関による IEC 60598-2-22 (または地域の同等) に対する第三者認証を探してください。
- 保守済み or non-maintained: 動作モードをアプリケーションに合わせます。非常口標識は維持する必要がある。他のほとんどの場所では、メンテナンスされていないものを使用します。
- セルフテスト機能: 予算が許す限り、自動セルフテスト機能を備えた継手を指定してください。特に手動テストに労力がかかる大規模な設置の場合にはそうしてください。
- DALI-2の互換性: 新しい商業施設または施設の建設の場合、DALI-2 互換継手により、将来もスマートなビルディング統合を実現できます。
