空气采样早期火灾探测系统应用在高大空间[1][1].1)

空气采样早期火灾探测系统应用在高大空间
1引言
当今世界，科学技术日新月异，社会经济飞速发展。

随着物质文明和精神文明的提高，人们对安全有了更高的要求。

广义的安全包括人身安全和财产安全。

火灾是我们的天敌，是人类所面对重大自然灾害之一。

它不仅直接威胁着人们的生命和健康，也会使成千上万的财产顷刻间化为灰烬。

随着社会文明程度提高和经济发展，人类所面临的风险也不断增大，灾害的影响程度之深更是前所未有。

在大型的剧院、会展中心、大会堂、博物馆等，这些建筑不仅体形大，高度高，装修标准较高，同时也是使用功能复杂、人员密集、火灾隐患大的大型空间建筑。

一旦发生火灾不能及早发现和有效扑救灭火,这不仅给消防救援带来巨大的压力和困难,同时也将造成巨大的经济损失和社会影响,甚至还会造成人员伤亡。

因此,完善高大空间建筑物的消防设施,合理设计这些高大空间的火灾自动报警系统是十分必要的,而且刻不容缓。

等等，小小的火灾就回带来不可估量的损失。

笔者结合某会展中心的设计案例，对高大空间民用建筑消防报警系统设计谈一点体会。

该工程建筑面积为60180m2,建筑高度29米。

地下一层，地上二层。

一层层高9米，二层层高随屋面变化，为几十米（从11米到20多米）不等，一层屋面为平屋面，二次装修考虑吊顶，二层屋面为网架结构。

一、二层共八个展厅，共1200个展位，每个展厅面积约3000m2。

根据展览中心火灾危险性、疏散和扑救难度，火灾自动报警系统保护对象等级为一级，为集中报警系统。

该会展中心属防火要求高，空间大、占地面积广，尤其是二层屋面层高从11米到20多米不等，此类场所人员密集，需要对火警初期作出快速反应，如何进行消防报警系统的设计是消防设计的重点问题。

2对于高大开放式空间，烟雾探测系统的设计会遇到那些问题?
在火灾自动报警系统设计中，火灾探测器的选用与布置是系统的一项重要内容。

火灾探测器种类很多，要根据探测区域内可能发生的初期火灾的形成和发展特征、房间高度、环境条件以及可能引起误报的原因等因素来决定。

在现行的《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98，以下简称《报警规范》）中对各类点型和线型火灾的选择作出了原则规定。

从整体来说，该规范对各种保护对象具有普遍的指导意义。

然而对于该会展中心的二层展厅，由于建筑的特殊性，消防报警系统的设计，尤其是烟雾探测系统的设计会遇到下面一些问题。

2.1烟雾分层问题
设计高大空间的烟雾探测系统时主要应考虑的问题是烟雾分层问题。

较低位置的火灾产生的烟雾和气溶胶会产生一定的热能将其提升到能够安装感烟或光束探测器的位置。

热的烟雾在上升过程中会与上部空气混合并消散、冷却。

烟雾会在某一点失去热能不再上升，并水平扩散，最终像较小的颗粒物质那样开始下降。

这就是通常所说的热对流或同温层现象。

这一现象发生的确切高度取决于许多因素。

例如在夏季很热的时候，该空间高处的温度很高，同温层就会较低。

夜间或冬季，同温层会较高或不存在。

通风气流，不论是固定的或是有压力的，都会有影响。

因此，烟雾及火灾探测系统的相关设计需要考虑多种因素。

2.2克服烟雾稀释问题
因为空调系统的混合作用，二层展厅区域的烟雾会在空间内的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。

即使是经常使用的红外对射探测器，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。

点式探测器在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。

烟雾
探测器通过管网上的采样点进行空气采样，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被探测到。

2.3在远离地面的高空维护烟雾探测系统
对于安装在高大空间天花板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。

红外对射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。

我们可以将早期烟雾探测器及其检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，结合持久稳定的精确校准，我们能够利用早期烟雾探测器可供选择的技术性能，确保用户能够获得极其可靠的探测并大幅度地节约费用。

2.4防止误报
大型开放式空间经常使用红外对射式的烟雾探测器。

不幸的是，季节性促销使用的广告条幅及装饰品会阻挡射线，导致误报或故障。

而早期烟雾探测系统则不易产生误报。

2.5保持建筑特色
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向暗装的早期烟雾探测器传送采样空气，这实际上意味着在建筑物内人们根本无法察觉到烟雾探测系统的存在。

2.6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0.004%-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，“预警”（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，火灾报警控制器上的“区域”已激活，在此阶段，启动了消防排烟、非消防电源、警报装置进行建筑内人员疏散。

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，消防灭火系统也将启动。

3早期火灾探测与传统探测器的对比
3.1早期火灾探测器在高大建筑保护的的优势
通过在火灾的初级阶段（第一阶段）对烟雾粒子进行探测，能够对潜在的火情能提供早期的预警。

火灾发展趋势曲线图见图1。

图1火灾发展趋势曲线图
随着时间的推移火势发展的过程。

在图示窗口中，火灾发展的初级阶段（第一阶段）提供了极宽的时间范围使人们可以及时进行排查，控制火灾的蔓延在火灾的初级阶段内，我们可以将烟雾探测器设置为多级报警，已达到极早期的报警。

3.2传统火灾探测器在高大建筑保护的劣势
点型探测器应根据所适用的规程，标准或规定安装。

这些规程可指导安装人员根据对火灾的必要的响应时间,确定建筑内需要安装的探测器的最小数量及其位置。

但在这种高大空间很难提供有效的保护系统。

系统一旦安装性能就固定了。

只有在具有复杂的专有协议的模拟量编码点型探测系统中才能进行小范围的调整。

有时需要设备的生产商才能做到。

探测器通常安装在较高位置，由于烟雾分层，任何烟雾都很难到达。

光束型烟雾探测系统相对不敏感，而且需要有稳定的安装点。

现代钢结构建筑在日照和风力作用下会有所移动，而导致光束不能对准。

通常在较高位置采用“黑体加热”散热器为这种建筑供热，这会使光束探测器误报警。

一旦安装完毕，没有任何法规要求在具有潜在的危险处或其周围采用模拟火灾烟雾测试烟雾探测系统。

系统可能符合某一标准或规程，但是否能实际工作？
对探测器进行日常维护和试验通常很难且需要昂贵的设备。

这项工作通常具有破坏性，而且在经常对公众开放的建筑内，需要在加班时间进行。

这项费用在评估不同的烟雾探测系统时经常被忽略。

早期火灾探测器与传统探测器的比较见表1。

表1早期火灾探测器与传统探测器的比较
极早期火灾预警系统传统点型烟感探测系统
探测原理主动抽取外界空气，只要空气中有烟尘，
就能及时报警，属主动探测；激光前向散
射技术和前馈神经网络人工智能技术。

烟雾扩散至探头里，并达到一定浓度才能
探测并报警，属于被动式探测；一般采用
光电管和放射源。

单项模拟量可寻址技术。

采样方式0.004%obs/m~4%obs/m
可设置三个可调的灵敏度等级。

当极早期探测器报警的时候，给值班人员
扑灭火灾的时间有100~200分钟。

灵敏度
由机器自动设定，误报率几乎为“零”。

20%obs/m
是早期探测系统的几分之一到几千分之
一。

当传统探测器报警的时候，给值班人
员扑灭火灾的时间只有几分种。

灵敏度由人工设定。

抗干扰能力采样由PVC管道、取样孔等组成，无需
走电线，所有电子元件都在极早期探测器
的机壳之内，不易受到外界电磁场的干
扰。

可用于防爆场所、超强电磁辐射场所，
在微波室、正负电子对撞机、油库和军火
库都可放心使用。

由于控制器和探测器由电源线和信号线相
连，电线比较长，长线易形成天线效应，
感应空间电磁波，尤其是在通信、计算机
房等强电磁干扰区域，轻则影响探测器和
控制器的信号传输，重则可能损坏控制器
和探测器的内部元件。

安装维护该系统采样管网为PVC管材，与主机无
电气连接，只需定期擦去过滤网上的灰
尘，维护工作量很小，费用较低。

传统感烟探测器使用一定的时间必须清洗
并重新标定，维护工作量大，费用较高。

适用范围极早期探测系统适用于通讯机房、计算机
房、洁净室等大面积、高气流、高洁净的
地方，电缆隧道、发电厂、银行、挡案馆
等。

点型感烟探测器适用于办公室、宾馆客房
等独立区域中。

在许多特殊场所无法使用，
只能作为摆设，以应付消防检查。

组网能力极早期探测系统可以独立组网，也可以通
过RS485计算机接口用计算机组网，或
者以继电器开关量接口与其它系统组网
只能独立组网。

4消防报警系统的设计
4.1系统选型及配置
4.1.1系统选型
根据高大空间等建筑场所消防火灾探测问题，系统配置了高速率的双抽气泵组合有效解决由于管路过长及管路折曲的弯度过多造成末端抽气时间反应过慢；更有效的解决了由于建筑内高度过高形成的烟雾分层现象，采样管路上采样孔的压力增大可解决产生在某个位置由于冷却停留的烟雾，主动被采样孔抽取到管路及时的靠强大的激光探测体分析并实现早期报警。

给后期的救援带来有利的充足时间。

系统还配置了灰尘过滤筛选装置解决当前大空间建筑等灰尘误报警问题，灰尘筛选装置配备了多级精密的滤网可以过滤不同大小的灰尘颗粒。

解决了精细的尘埃粒子带来的误报问题。

一般系统的维护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。

而空气采样系统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。

只要定期对设备的滤网清洗或更换灵活又方便，维护费用很低。

4.1.2系统配置
一层：展厅内的空气采样探测系统均挂在墙壁上距地面1.5米处.采样管从探测器内部引出2根垂直贴在墙上延伸到屋顶后在水平分开,间距为6米时,引向展厅的另一端,由于一层展厅内有吊顶，所以使用毛细管采样法。

毛细管采样法是将采样点放在远离主采样管道的位置。

这种方法特别适用于当由于技术或美观的原因，主采样管道不能铺设到保护区域的情况。

毛细管采样组件通常称作“远端采样点”或“延伸采样点”。

毛细管采样的典型应用是探测空气流通不好或密封的壁橱或吊顶的顶棚下的烟雾，或用于保护遗产、历史建筑，安装的基本要求是要隐蔽。

每个展厅配置5套空气采样探测器.4个展厅共配置20个空气采样探测器。

（如传统报警控制系统）。

还有黑匣子功
能，能记录所有信息。

抗
环境
气流
影响
能力不受环境气流的影响。

像计算中心、程控机房等都有大型空调机组，室内空气流动强烈，传统的感烟探测器很难达到报警域值，极早期火灾报警系统可以达到。

受环境气流的影响很大，在许多强气流的位置，根本无法报警。

光学器由于是主动抽气式的，所以机器会主动利
用抽进的空气对光学器件进行不断的清
洗，使光学器件始终保持在最佳工作状
态，不用人工清洗。

器件会布满灰尘，使传感器的灵敏度下降，甚至失效，必须由人工逐个检测并拆下清洗，工作量很大且易损坏器件。

二层：二层同一层一样配置大致相同，但是采样方式不同在于屋顶没有吊顶，属于常规一级采样方式。

直接在露在外面探测被保护区域。

每个展厅配置5套空气采样探测器.4个展厅共配置20个空气采样探测器。

二层空气采样探测器安装剖面图见图2。

图2二层空气采样探测器安装剖面图
4.1.3系统电源
每个防火分区配备一台独立24VUPS电源,这样可以在设备维护及维修的情况下，独立开展维护及维修工作，不影响其它的防火分区的设备探测业务。

展厅内的消防专用220V接入到UPS电源转成24V分别接到空气采样探测器内.每层配置4台UPS电源.两层一共8台UPS电源。

空气采样探测器平面布置图见图3。

4.2系统组网
4.2.1.FMST 系统具有超强的网络功能，可以通过FMST 主机内的RS485接口，把99台范围以内的FMST 主机连接到FMST 管理机PC-LINK 进行联网，实现集中监控。

4.2.2.FMST 探测器在现场向会展中心的传统消防控制盘输出二级报警（预警、火警）和故障的继电器为干接点信号，以便联动警铃、消防卷帘、消防广播、灭火设备等。

另外，FMST 主机可以和国内外任何厂家的消防控制器相配接。

4.2.3.FMST 探测器在现场可以单独完成自身的编程和显示，同时也可以在消防控制中心通过管理机PC-LINK 在PC 机上进行功能设置，或修改参数，功能设置参数达30项。

吸气式火灾报警探测器系统图见图4。

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图4吸气式火灾报警探测器系统图。