极早期报警吸气式火灾探测器系统在工程中的应用
作者:谊信(AVA)    发布于:2011-08-24 08:58:16    浏览 (2504)
摘要:某国家级博物馆中央大厅最大净空高度达到40.10m、部分展厅及演播厅达到20m。同时还具有人员密集、性质重要、功能多样等特点。这些场所一旦发生火灾,往往会造成较大的经济损失和社会影响。
    根据现行的《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-98),点型感温探测器的安装高度不宜大于8m;点型感烟探测器的安装高度不宜大于12m;房间高度大于12m的场所可选择火焰探测器和线型的红外光束感烟探测器;但是,火焰探测器和红外光束感烟探测器都不适合于有遮挡的大空间,且红外光束感烟探测器设置的高度不宜超过20m。

    高灵敏度极早期报警吸气式火灾探测器(AirSampling-typeSmokeDetector,简称ASD)作为解决高大空间火灾报警的设备在大空间场所(如故宫、国家游泳馆、国家体育场)已得到了比较广泛的应用。

    在本博物馆的实施过程中,部分区域使用了ASD系统,成功的解决了高大空间传统报警系统无法解决的问题:包括烟雾分层问题、烟雾被稀释的影响问题、高大空间对烟雾探测系统进行维护的问题、误报问题、保持建筑外观完整问题、对火灾进行有序响应的问题。

    实际运行证明空气采样式烟雾探测系统有效弥补了博物馆高大空间及特殊部位传统报警方式的不足,使博物馆报警系统更加完整、更加可靠。

    一、高灵敏度吸气式探测器(以下简称ASD)系统组成

    由空气采样探测器主机、采样管道、24VDC电源及相关远程显示设备(LED显示面板或CRT)组成。空气采样探测起主机通常需要通过继电器与传统报警控制系统的输入模块进行连接,从而实现报警联动功能。”

    二、高灵敏度吸气式探测器工作原理简介

    高灵敏度吸气式感烟探测器,即极早期火灾探测系统是通过极高灵敏度的空气污染探测器对从被监控设备或区域内吸取空气样品进行连续地分析,以确定其中是否有烟雾成份。该类型探测器是浊度计的一种,比传统的烟雾探测器的灵敏度高数百倍。

    ASD系统管道通常安装在天花板下或上部,在每根管道的合适间隔上钻有取样孔。空气泵或吸气机通过管道及其取样孔连续地将空气吸取到探测器中。空气样品中的烟雾浓度与一组预先标定的烟雾临界值比较。如果空气样品中的烟雾浓度超过预先标定的烟雾临界值,则探测器启动报警。ASD系统可以将烟雾的报警值设定在0.005%Obs/m到20%Obs/m之间。ASD系统可以在0.005%Obs/m左右启动报警,比传统的报警系统的灵敏度高数百倍。分级(分阶段)报警和相关的时间延迟功能,可确保此类系统避免误报警。分级报警一般分为:

    第一级报警——Alert(告警提示),可以用来招集防火专职人员对不正常情况进行调查。

    第二级报警——Action(行动),可以启动报警功能,并通告其它人员。

第三级报警——Fire1(火灾报警1),表示已非常接近或火灾已经发生。

    第四级报警——Fire2(火灾报警2),启动消防系统。

    三、大空间火灾探测器的选择原则、适用场所、设置要求、具体位置解决方法

    1.一般选择原则

    (1)对火灾初期有阴燃阶段,产生大量的烟和少量的热。在很少或没有火焰辐射的场所,应选择感烟探测器。

    (2)对火灾发展迅速,可产生大量热、烟和火焰辐射的场所,可选择感烟探测器、火焰探测器、图像型探测器或其组合。

    (3)对火灾发展迅速,有强烈的火焰辐射和少量的烟、热的场所,应选择火焰探测器或图像型探测。

    (4)对于需要早期发现火灾的特殊场所,应选择高灵敏度的吸气式感烟火灾探测器,且应将该探测器的灵敏度设置为高灵敏度状态;也可根据现场实际分析早期可探测的火灾参数而选择相应的探测器。

    (5)对火灾形成特征不可预料的场所,可根据实际情况选择多种组合探测器。

    2.吸气式感烟探测器适用场所

    除了普通感烟探测器适用的范围,吸气式感烟探测器还特别适用于以下的场所:

    (1)具有高速空气流的场所。

    (2)重要的或有特殊要求的场所。

    (3)低温场所。

    (4)需要进行隐蔽探测的场所。

    (5)需要进行火灾早期探测的关键场所。

    (6)人员不宜进入的场所。

    (7)具有较强的电磁辐射容易引起其他探测器吴报的场所。

    3.吸气式感烟探测器设置要求

    (1)非高灵敏度型吸气式感烟火灾探测器的采样管网安装高度不应超过16m,高灵敏度吸气式感烟火灾探测器的采样管网安装高度可以超过16m。

    (2)对于可能存在烟雾分层的高大空间或安装高度超过27m时,应在多个高度进行采样。可采取在多个水平高度布置采样管网,或在顶部布置一层水平采样管网的同时,再向下垂直布置纵向采样管网。

    (3)一台探测器的采样管总长不宜超过200m,单管长度不宜超过100m,单管上的采样孔数量不宜超过25个。

    (4)在烟雾最有可能经过的途径(如回风格栅口)布置取样点,是实现极早期烟雾报警最为有效的方法。

    4.吸气式烟雾探测技术具体位置解决方法

    (1)大型天花板横梁间留有梁口解决方法:

    大型天花板横梁间留有梁口,典型的天花板采样其采样管网通常安装在这个巨大区域的下方,不能采集横梁间的空气样品。

为弥补这一不足,需从主采样管上纵向伸出刚性采样管,向上进入横梁间的区域。在顶端,采样管的方向由垂直转向水平。水平采样管末端使用密封的末端帽,在末端帽的前面需要钻一个采样孔。

    (2)回风区域及地板下的保护

    ●天花板上

    在天花板上回风区域(通风管道)。要将采样管网设计为可监控通过回风区域的气流。

    ●回风格栅采样

    采样管安装在通风管道或空气处理设备(AHU)的回风格栅上,在回风格栅上方进行回风采样,以避免采样空气的稀释以及在采样管网内形成压力的情况。

    ●地板下

    地板下采样也用于监控安装在地板下的电缆和设备。

    (3)大空间采样

    天花板高的大厅,需要专门的采样管网设计方案。由于热空气靠近天花板,烟雾失去热量,停止上升并在某一高度保持水平,因此在不同高度上形成了分层,限制了烟雾的上升和到达采样采样管网。此外,温度、通风和屋顶高度等因素都影响着分层程度和烟雾上升的高度。上述因素的改变将导致场所不同的分层效果。容易发生分层时地方使用传统采样管网效果不佳。

    为了克服分层影响,除在天花板上设置采样管外,还应安装一根或一根以上的纵向采样管。它可以穿透不同高度的分层,实现多层次采集空气样品。

    (4)特定目标的保护

    ●机柜上方采样

    采样管直接安装在被保护机柜的上方,采样孔位于机柜排气格栅上方,朝向机柜气流方向。每台被监控的机柜上方应至少设置一个采样孔。

    四、设计及实施前准备工作

    1.取得场所布局图和测量结果

    开始设计前,须了解场所布局。平面图显示了被保护区的测量值,有助于规划防火分区和ASD地址(也称ASD区域)。场所平面图还显示了用于不同用途的区域及自由气流的受阻情况(隔板、气幕等)。需要特殊保护的区域,以及装置机器、设备、机柜所在的位置,货架在仓库中的位置等情况应在场所平面图中做出标记。

    2.明确管理要求

    设计人员决定场所适用的当地规范和标准。在创建防火分区、ASD探测器地址(也称ASD区域)和编制采样管网设计方案时须考虑上述要求。

    3.被保护区内的气流情况

    设计采样管网时应确定被保护区的自然气流,还应考虑现有或建议的机械通风系统、气幕、卷帘门或隔板这些可能影响自由气流的设施。如果可以进行烟雾测试以确定气流,气流的稳定性或波动情况需要包括在高效采样管网设计中。对气流的正确判断影响着采样管网在火灾初级阶段的探测性能。

  4.环境条件

    应对一个场所不同区域的现有环境条件进行鉴别,每个区域的环境条件可能各不相同。吸气式烟雾探测系统的效果取决于对监控区域环境条件的判断的准确性。

    5.场所的用途

    设计采样管网时应考虑场所和被保护区的用途,典型的场所包括办公区、仓库、工厂、机房和自助餐厅等,都需要在设计采样管网时进行特殊考虑。

    6.场所的结构(横梁、内梁和管道障碍物)的影响

    7.被保护区外部环境的可能影响

    五、博物馆设置吸气式烟雾探测技术的必要性

    博物馆、艺术馆、展览馆等场所的内部设计通常是或典雅、或富丽,给人美的享受。同时,这些场所空间大、屋顶高、占地面积广。

    这样的环境,对于火灾探测却是个难点区域。若出现火情,则极易发生重大伤亡事故和财产损失。因此非常需要性能卓越的、尖端的火灾探测方法。

    传统烟雾探测系统的灵敏度不够高,无法在此类高大开放式空间中有效地探测烟雾。而且,由于烟雾上升过程中气流会使之飘散,在高大开放式空间中,传统烟雾探测器的寻址功能已变得毫无意义。

    此外,博物馆的内部环境对外观要求很高,它不允许富丽堂皇的装饰被破坏。传统的点式探测器在这样的环境中会显得非常扎眼和不协调。

    吸气式烟雾探测技术的出现为这类场所的火灾探测带来了希望。

    六、吸气式烟雾探测系统在博物馆工程中解决的问题

    (1)烟雾分层问题的解决

    烟雾分层现象是指烟雾达到了一个平衡点,在天花板层面的下方形成了蘑菇团,而无法到达天花板安装烟雾探测器的位置。这在高大空间中是常见的现象。而我国的国家标准规定,点式探测器的安装高度不得超过12米,对射式探测器的安装高度不得超过20米。这样一来,这些传统探测器就无法在此类场所安装使用。而新修订的《火灾自动报警系统施工及验收规范》(GB50166-200X)中规定,高灵敏度的空气采样式烟雾探测器可以安装在16米以上的任何高度。因为空气采样式烟雾探测系统是通过管网进行主动采样,可以将采样点置于建筑物内最有效的烟雾探测位置,即烟雾的必经之路上,而不一定是天花板上,从而避免了烟雾分层对火灾探测的影响。

    (2)烟雾稀释的影响问题的解决

    因为空调系统的混合作用,空调系统的运行成为火灾探测的制约因素。高大开放式空间中的烟雾会在流动过程中被高度稀释,根据通风系统的控制要求以及对其安装高度(距地面高度)的设计要求,烟雾及火灾探测系统的相关设计需要考虑多种因素。即使是此类环境中经常使用的对射式探测器或视频探测器,灵敏度也相对不足。它必须等到火灾达到较严重的程度才能探测到火灾的存在。</p>

点式探测器是在区域中单一的点位进行烟雾探测,如果此处的烟雾浓度不够大,探测器就不会报警。而空气采样式烟雾探测系统是根据采样的积累提高灵敏度,进行火灾的探测。它通过管网上的采样点进行空气采样,即使采样管安装在天花板上,突破烟雾分层或稀释的微量烟雾粒子也可以被捕捉到,探测器对各个采样点提供的烟雾总量进行检测,从而提供极早期的火灾探测。

    在将采样点安置在场所内高空位置的同时,还可以将采样点安置在场所内冷热通风系统的回风格栅处,烟雾会随空气流动在回风口被探测到。因此,在这样的环境中,选择灵敏度高且能够多点采样的烟雾探测器有效的解决了烟雾稀释对报警的影响。

    (3)在远离地面的高空对烟雾探测系统进行维护会非常困难问题的解决

    对安装在高天花板处的传统烟雾探测器进行维护,需要集合专用的设备和人员,费用高且危险性大。对射式探测器因为在维护后需要重新进行定位调整,同样需要很高的费用。

    本次工程我们将空气采样式烟雾探测器及其采样探测点安置在容易接近的位置,在需要维护的情况下便于接近设备。

    (4)误报问题的解决

    高大开放式空间经常使用红外对射式的烟雾探测器。博物馆有大量特殊灯具、宣传品、展品等会阻挡射线,导致误报或故障。而空气采样式烟雾探测系统则不易产生误报。

    (5)保持了建筑的外观

    对于博物馆等场所,传统点式烟雾探测器会损害建筑物的美观。本工程采用了隐蔽式的采样管网安装方式,建筑物内的人们没有察觉到烟雾探测系统的存在。

    (6)对火灾进行有序响应

    空气采样式烟雾探测系统能够在0.005%-20%obs/m烟雾浓度范围内提供4级报警,可对应不同的响应级别。即:“警告”(第一级报警)、“行动”(第二级报警)、“火警1”(第三级报警)、“火警2”(第四级报警)。

    博物馆作为高雅、宁静的场所,任何行动应该是有序的,因此前瞻的火灾报警是必要的,空气采样式烟雾探测系统有效的解决了这个问题。

    七、设计及实施中应考虑的问题总结

    (1)采样管的安装及连接本身是普通的安装工程,但通过本次工程可以看出一些细节尤其必须关注。

    ●接头

    采样管接头必须密封,一旦确定了采样管网的最终形式就必须将采样管粘合在一起。过量使用黏合剂可能堵塞或部分堵塞通往探测器的气流,严重影响探测器的烟雾探测性能。采样管粘合后必须进行检验。

    ●弯管

    在使用弯管和弯头改变采样管方向时,大半径的弯管性能优于弯头。最佳的采样管网设计方案应最大限度地减少弯管和弯头的数量。使用多路采样管系统替代弯管和弯头在实际应用中效果较好。</p>

   ●管件

    T型、Y型和J型管件用于主采样管的分支。Y型和J型管件的分支方向不能朝向探测器,与自然气流方向相反的支路会干扰采样管中的气流,并可能导致不可预知的后果。

    ●安装采样管水平吊装应在同一高度。

    (2)应充分考虑监控区域的换气率。

    (3)应充分考虑天花板上方空间横梁和内梁的状况和使用情况,“剩余”结构的空间事先进行相应计算。

    (4)应充分考虑影响采样管网分布的障碍物或空气的自由流动。

    (5)应充分考虑需要特殊保护的设备的布置(用于特定目标探测)。

    (6)应事先了解机械通风系统、空气处理设备、回风管、送风和排风系统的安装位置。

    结语

    对于高大空间建筑,必须综合考虑,合理配置和选择感温探测器、感烟探测器、火焰探测器、红外光束感烟探测器及空气采样式烟雾探测系统,只有综合考虑才能达到经济合理的最佳效果。

CSD-100机柜型极早期烟雾探测主机是针对机柜火灾探测所设计。它具有迷你的机身及足够高的烟雾灵敏度(0.001%obs/m),能够对单一机柜进行空气取样探测,既能达到极早期火灾预警的效果又能够区别个别机柜。
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