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极早期空气采样系统
安朗杰
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空气采样式烟雾探测技术在高大开放式空间中的应用
常见的高大开放式空间包括体育馆、博物馆、会展中心、仓储设施、机场航站楼、火车站以及大型的酒店、购物中心、办公楼等。这些场所空间大、屋顶高、占地面积广,是火灾探测的难点地区。而且,此类场所人员密集,财产价值昂贵,若出现火情,则极易发生伤亡事故和财产损失。所以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,除非火势已非常猛烈,产生了大量的烟雾和热量,否则它无法在此类高大开放式空间中有效地探测烟雾。此外,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。空气采样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。

  一、对于高大开放式空间,烟雾探测系统的设计会遇到哪些问题?

  首先,需要解决烟雾分层问题。

  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。

  此类建筑和环境多安装有通风设备,于是空调系统的运行成为了另一个火灾探测的制约因素。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。

  其次,需要克服烟雾稀释的影响。

  因为空调系统的混合作用,高大开放式空间中的烟雾会在流动过程中被高度稀释。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是至关重要的。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,相对而言也不够灵敏。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。

  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。

  第三,在远离地面的高空对烟雾探测系统进行维护会非常困难。

  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。

  我们可以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,以便在少数需要维护的情况下便于接近设备。

  第四,如何避免误报。

  高大开放式空间经常使用红外对射式的烟雾探测器。不幸的是,宣传品、展品、货物等会阻挡射线,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。

  第五,如何保持建筑的外观。

  对于体育馆、博物馆等场所,传统点式烟雾探测器会损害建筑物的美观。我们可以采用隐蔽式的采样管网安装方式,这样,建筑物内的人们就无法察觉到烟雾探测系统的存在。

  第六,如何做到对火灾的有序响应。

  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,例如,“警告”(第一级报警)状态仅用于召集本地工作人员调查异常状况,一旦烟雾继续增加,就会达到“行动”(第二级报警)阈值,这会启动烟雾控制程序,通过疏散系统启动报警,并通过传呼机或手机短信向更多的工作人员发出报警信号。“火警 1 ” (第三级报警)说明火灾已迫近或已经起火,在此阶段,建筑内的人员已疏散,火灾报警控制器上的“区域”已激活,报警信号已传送到当地的消防监管部门。一旦烟雾浓度充分证明火灾已开始,就会激发“火警 2 ” 报警阈值,灭火系统也将启动。

  二、空气采样式烟雾探测系统在奥林匹克运动会体育场馆中的应用

  2000 年奥林匹克运动会的重要标志之一的封闭式多功能赛场——悉尼 SuperDome 超级体育馆。巨大的碗形赛场高度近 39 米 ,分为五层,其面积相当于 8 个橄榄球场,是南半球最大的室内娱乐中心和运动场,可容纳 21000 名观众。场馆的多功能性意味着 SuperDome 可举办摇滚音乐会、室内风帆运动及正式宴会等各类活动。

  其中还增设有大舞厅和体育厅等娱乐场所。这些形式各异的场所以及要求能在 8 分钟内疏散人员的新标准,就需要对敞露的楼梯间和有限的出口采取不同的火灾探测和防火措施。

  此外,由于被稀释的原因,探测高大露天场所中的烟雾是很困难的。随着烟雾从地面火源升起,会出现分层现象,使烟雾很难到达天花板。

  传统的防火和生命安全保障措施一直是以法规和标准为基础的。澳大利亚建筑规范于 1997 年做了修订,将性能化设计写进了导则中。它考虑了建筑技术方面的发展及对火灾特性和人类行为的深入了解。在此基础上,悉尼 Holmes 防火与安全公司的董事和专家 MarianneFoley 博士设计了一种特殊的系统解决方案,以满足一系列对消防系统性能的要求。

  这一场馆的比赛场地面积超过 4,300m 2 ,碗形赛场容积超过 350,000m 3 ,这些都远远超过了被认为满足法规所规定的面积和容积。现有规范规定,这种比赛场馆应配备喷淋装置。安装在屋顶高度的喷淋装置无法控制地面的火势。使用喷淋装置会使烟雾冷却,使其失去浮力而下降,这样就会给人员的疏散带来危险。

  在 SuperDome 超级体育馆中采用了性能化设计的防火方案,使用了澳大利亚 Xtralis Pty Ltd 公司生产的 ICAM 空气采样式烟雾探测系统。实现了:

  1 )更大的开放区域;

  2 )在计算燃料荷载和燃烧时间的基础上,降低了起火概率,提高了施工的成本效益;

  3 )更多的可用空间(减少了过道及出口的宽度);

  4 )去掉了赛场的喷淋系统;

  5 )改善了人员疏散及残疾人对突发事件的应对措施;

  6 )提高了环境的持续发展性。

  ICAM探测系统是世界一流的空气采样式烟雾探测系统,它能够探测火灾初期产生的微量烟雾颗粒,对 SuperDome 超级体育馆提供了有效的保护。

  目前,北京市为了在 2008 年举办一届成功的奥运会,正以多快好省的方针进行奥运设施的建设。其中,奥运比赛场馆的建设是重中之重。如何保障奥运场馆以及运动员和观众的安全,防止火灾的发生和发展,是奥运场馆建设中面临的挑战。经过市场调研,建设部门借鉴了 2000 年悉尼奥运会的成功经验,采用澳大利亚 Xtralis Pty Ltd 公司生产的 ICAM空气采样式极早期烟雾探测报警系统作为所有奥运场馆消防系统的主要组成部分。其中用于场馆大空间的有:国家体育馆和五棵松综合体育馆。其它奥运场馆主要用于控制室和变配电机房等关键性场所。

  结语:

  对于高大开放空间,空气采样式烟雾探测系统是理想的探测系统,它能够提供极早期报警,为人员的疏散及火灾处置提供了充足的时间,从而有效地避免由于恐慌所导致的人员伤亡,并保护高价值的财产不受损失。
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