[必看]：吸气式感烟探测报警系统高大空间应用

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吸气式感烟探测报警系统高大空间应用


    吸气式感烟探测报警系统是继点型火灾自动报警系统之后的一种新型火灾探测设备。20世纪90年代以采，该系统进入了实用阶段。吸气式感烟探测报警系统由于采用了激光同向散射技术以及主动式气体采样分析方法，加之人工智能技术的应用，使其灵敏度和自动化水平大为提高，是火灾探测技术的一次飞跃。

    该系统目前在我国的推广应用还非常有限，相关规范也还没有配套。通过本文，笔者旨在对该系统的设计应用，特别是在高大空间中的设计应用进行探讨，为日后该系统的推广使用起到参考作用。

2  系统的工作原理

    为了便于理解该系统的安装方式，首先对系统的工作原理作一介绍。

2．1  系统的组成

    该系统主要由气体采样管网和探测主机二部分组成，

    a．气体采样管网的作用是采集被保护区域内的空气样本。气体采样管上设置采样孔，由于探测主机内吸气泵的作用，管网内产生负压，形成一个稳定的气流，被保护区域内的空气样本被抽人采样孔，通过采样管网进入探测主体。

    b．探测主机对采集到的空气样本中的烟雾颗粒的浓度进行分析比较，当达到响应阀值时分级报警，同时发出联动控制信号。

2．2  激光同向散射技术的应用

    在探测主机内，采集到的空气样本通过过滤器进入测量室，在测量室内特定的空间位置安装有测量光源(激光器)及光接收器。测量光源发出的光束照射到空气样本上，如空气样本中有烟粒子存在，光束将产生散射，通过反光镜的折射，光接收器接收散射的光信号，根据光信号的强弱测量出空气样本中的烟雾粒子浓度，从而实现火灾监控的目的。激光同向散射技术目前是灵敏度最高的一项火灾探测实用技术。其灵敏度可达到0.004％obs／m，而点型探测器的灵敏度一般为4％～5％ obs／m。详见图一



2．3  人工智能技术的应用

    该系统智能技术的最大优点在于报警响应阈值的设置是以预先设定的最低误报率为基本参数自动完成的。系统24小时不间断监测被保护区域内空气环境的变化，并实时自动调整探测灵敏度，以达到最佳的探测效果。图二说明了在一个时段内烟雾浓度的正态分布曲线及报警响应阈值的分布情况。其中A图为多烟环境、B图为清洁环境，比较两图中报警响应阈值的位置，可看出即使使用了相同的报警参数，对于不同的监测环境其报警响应阈值的设定值仍是不同的，从而说明了人工智能技术在该系统中的工作特性。

3  设计原则和选用方法

3.1  设计原则

    在探讨这部分内容之前，首先引入一个概念“系统响应时间”。“系统响应时间”由‘样本采集时间’和‘样本传输时间’二部分组成，‘样本采集时间’即烟雾粒子由火源点产生直至被吸入采样孔的时间，‘样本传输时间’即采样管网中距主机最远处的采样孔通过管网将含烟雾粒子的空气样本输送至主机并产生响应所需的时间。采样网络的设计原则就是尽可能的缩短系统响应时间。

    由于现场情况的不同，样本采集时间的长短变化很大，但有一点可以肯定的是采样方式的有效与否对样本采集时间的长短起着关键作用。对样本传输时间起关键作用的则是采样网络的设计。样本传输时间应在10s～90s的范围内，从工程应用的实际效果看，将其上限界定在60s左右是比较理想的，可以此为核心进行采样网络的设计。

3．2  选用方法

    从应用情况看，在一般民用建筑的采样网络设计中，标准采样方式是最常见也是最有效的(参见图三)。此种采样方式可将各采样孔近似看作为烟感探头，采样孔的布置形式可借鉴烟感探头的一些做法。



    在标准采样网络的设计中，样本传输时间与采样管路的长度成正比关系。笔者通过对不同采样孔间距条件下管路长度与样本传输时间关系的对比归纳，给出在采样管内径为21mm、末端帽孔径为6mm、采样孔孔径为2mm的标准条件下，满足60s样本传输时间上限，不同网络布局中各管路的最大允许长度(表一)。具体设计可参见该表直接确定最大允许管长，简化了设计过程，有利于工程应用。

管路数
各单支管路的最大允许长度

3m采样

孔间距
4m采样

孔间距
6m采样

孔间距
8m采样

孔间距
9m采样

孔间距

单管
75
84
88
91
91

双管
75
80
84
87
87

三管
66
66
66
66
66

四管
50
50
55
50
50


  4  系统在大空间中的设计应用

    大空间部分的火灾探测，目前仍为国内外专业领域的一个主要研究内容，近年来消防工程业界的人士也在进行不同的尝试。至今国内较通用的做法是安装点型火灾自动报警系统或红外光束感烟探测设备。此两种设备由于灵敏度和安装方式的限制，在中央空调系统采用上送风下回风循环方式的高大空间中，空调系统运行期间，由于气流的作用，烟雾颗粒难以上升至探测器的安装高度，极易产生漏报或延迟现象，达不到火灾早期探测的效果，造成空调系统运行期间火灾监控的可靠性降低。还有一种做法是在大空间场所中安装火焰探测器，但其只能对明火加以识别，缩短了火灾扑救时间，效果也不理想。对于上送下回空调系统运行期间大空间火灾早期探测报警的解决方案，目前国内仍处于空白状态。

    在此，笔者将结合所做的北京航空航天大学体育馆这一典型工程探讨吸气式感烟探测报警系统对这一问题的解决方法。北京航空航天大学体育馆是2l届世界大学生运动会排球比赛馆，2008年奥运会将作为举重馆使用，建筑面积14000m2。该馆已于2001年8月中旬顺利通过北京市消防局验收。该系统完工后的实际运行情况是稳定有效的。大运会期间该馆承担了22场比赛，系统经受住了国际性体育赛事的考验。

随着申奥的成功，未来几年北京将新建、改建大批的体育场馆。对于比赛场地及看台上方大空间部分的火灾探测同样存在上述问题，通过下文希望能对日后同类型场馆消防监控的设计施工起到参考作用。这也正是笔者以此工程举例来探讨该系统在场馆大空间部分中工程应用的原因所在。

4．1  探测方法的确定

对体育场馆大空间部分的火灾监控，首先且必须考虑的是被保护区域内的气流运动方向。无论何种火灾探测设备，如安装位置背离了气流运动方向，其效果都是甚微的。对气流运动方向影响最大的是中央空调系统的循环方式。在不同循环方式的作用下，空间中气流运动的方向各有不同，但有一点是不变的即最终进入回风管道。通过对进入回风管道的空气中烟雾粒子浓度的监测，便可掌握被保护区域内的火情状况，是一种经济高效的火灾探测方法。基于此点考虑，加之吸气式感烟探测报警系统采样管路布置的灵活性，北航体育馆大空间部分的火灾监控采用了回风管道内采样的探测方法。由于北航体育馆中央空调系统为非24小时连续运转，在安装了该系统的同时还加装了红外光束感烟探测器，用于中央空调系统不工作时段内对被保护区域的火灾监控。从场馆的运行情况来看，两套系统的配合使用是经济合理的，达到了对场馆大空间部分24小时不间断火灾实时监测的要求。

4．2  北航体育馆回风采样方法的设计应用

    北航体育馆的回风管道位于看台下方，并排垂直安装(参见图四)。



从图四中可看出，采样管路安装在各回风支路管道内，而非安装在回风总管道内。由于回风总管道内的气流量很大，在高速流动时会形成不同的气流速率分布，导致管道内各采样孔处的气压存在较大差异，直接影响各采样孔样本采集量的平衡，最终导致灵敏度失调，产生误报或漏报的后果。如在回风总管道内采样，则应在各采样孔处做稳压处理，使得经其进入采样管路的各处样本采集量基本平衡。但稳压措施的设计安装较为复杂，由于施工难度大，如安装不到位将导致探测效果的下降。另外，与回风总管道采样相比，回风支路管道采样，其采样孔的安装位置更靠近回风口，被保护区域内的空气到达采样孔的流程相对要小，有利于缩短样本采集时间。综合上述二点，故在北航体育馆回风采样的方案比较中选择了回风支路管道采样的方法。

    通过北航体育馆回风采样的应用实践，对于回风支路管道采样的方法而言，因各回风支路管道内的风量较小，气流速率分布的影响可忽略，且各回风支路管道内的气流速度基本一致，可将其近似的看作为一个标准采样环境，在采样管路的布置方式上可借鉴标准采样网络的一些作法。但对于回风采样方式而言，由于回风管道内空气流量远高于被吸人回风管道内含烟雾粒子的空气样本流量，当烟雾粒子进入回风管道内，其浓度将被稀释，延长样本传输时间。因此，对于回风采样方式，其样本传输时间的范围可采用10s～90s。为了缩短样本传输时间，回风采样的管路布置应尽可能的采用多管路布置方式。采用多管路布置方式的另一优点在于考虑到各回风支路管道内的气压波动可能导致各管道内的样本采集量失衡，产生负面作用，其影响程度与管路长度成正比。当采用多管路布置方式时，由于各管路长度较短，对于空气样本的采集主要是通过主机内部吸气泵的工作所产生的负压抽吸作用完成的。此种情况下，气压波动对样本采集量的影响可忽略，从而简化了设计，更有利于施工。对于双管路布置方式，建议其各管路长度不大于30m，对于三管路或四管路布置方式，建议其各管路长度不大于20m，且各管路应尽可能等长。北航体育馆回风采样采用的是双管路等长布置，管路长度各为18m，从最不利点回风口加烟测式的结果看，样本传输时间在60s左右，说明上述的回风采样方法对大空间的火灾监测是切实有效的。

在回风采样方式的应用中，采样孔开设在回风管道内的吸气管路上，采样孔的朝向应面对气流方向，以获取最佳的采样效果。其孔径一般情况下为3mm，间距100mm。排气管的末端必须安装在回风管道内且排气口应背向气流方向，从而保证整个采样管路内气流的稳定性，这一点在工程应用中需加以重视。北航体育馆回风采样的具体设计安装可参见图五。



5  几点建议

上述内容是根据笔者对吸气式感烟探测报警系统的设计应用经验所作的一些心得。为了能更好的发挥其效用，以下几点内容望能在实际应用中加以重视。

    1．同一台主机连接的采样管路所监控的区域应为同类型环境，否则会由于空气清洁程度、气压等环境因素的不同导致报警响应阀值的不稳定，从而增大误报和漏报的可能性。这一点是必须要注意的。

    2．对于采样网络的设计，在条件允许的情况下，应采用多管路布置方式，因其可显著缩短样本传输时间。需要注意的是，采用多管路布置时，各支路管线的长度应尽可能相等，从而忽略因不等长产生的气压不平衡，免去气压校核的过程，简化设计。这一点在工程应用中是不难做到的。

    3．应用标准采样方式时，在中、轻危险级环境中，每台主机的最大监控范围为2000m2，但在严重危险级环境中，建议每台主机的最大监控范围为1000m2，缩短系统响应时间，提高防火安全性。