风管火灾探测报警技术原理与应用
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关键词 风管 火灾探测报警技术 工作原理
1 引言
建筑内 HVAC （暖通空调） 系统中的风管组成了 一个复杂的管道系统， 主要用于将空气按设计流量高 效率地输送和分配， 是 HVAC 工程中最重要的一个组 成部分。 然而在火灾发生的时候， 烟雾、 有毒气体和 火焰有可能沿着风管蔓延， 从而引发更大的火灾。 如 1987 年杭州仪表厂 “12·17” 特大火灾， 火势从起火 的大楼底层顺着风管很快蔓延到 2 楼、 3 楼、 4 楼， 造成直接经济损失 260 余万元； 1999 年台州黄岩阳光 大厦发生火灾后， 火焰通过风管蔓延至其它建筑， 造 成较大财产损失等等。 因此， 为了阻止火焰和烟气通 过风管蔓延和扩大， 除了按照我国 《建筑设计防火规 范》 （GB 50016 - 2006） 和 《高层民用建筑设计防火
16 Feb. 2010 Vol. 29 No. 2 72
国外风管火灾探测报警技术相关标准
Tab. The relevant foreign standards about the wind pipe fire detection and alarm technology
国家
标准名称
美国消防协会标准 《国家火灾报警规范》 （NFPA 72： 2002）
根据厂家的指导， 尽可能多地覆盖风管。
4 我国风管火灾探测器的技术现状与发展
目前我国 《建筑设计防火规范》、 《高层民用建 筑设计防火规范》、 《采暖通风与空气调节设计规范》 （GB 50019 - 2003）、 《通 风 与 空 调 工 程 施 工 质 量 验 收规范》 （GB 50243 - 2002） 等 规 定 了 机 械 排 烟 系 统中使用的防火阀的设计要求， 但是都还没有对风管 系统采用的火灾探测报警技术和产品提出要求。
感烟探测器安装在空气管路中， 被看作是提供区 域保护并作为火灾探测系统的一部分。 被洁净空气稀 释的烟会影响安装在管路内的普通火灾探测报警系统 中的探测器的效果； 如果空气处理装置关闭， 将影响 烟到达探测器的速度； 当空气从几个抽取的点组合进 入一个管路， 稀释或是分层的烟将更加影响组合管路 中的探测器。 为避免空气扰动的影响， 感烟探测器或 是探针应该安装在管路的直通段中， 距离弯曲段、 拐 角和接头处的距离至少是管路宽度的 3 倍（见图 2）。 3． 3 BS 5839 - 1： 2002 中的规定
15
风管火灾探测报警技术原理与应用 （陈广 董文辉 张曦 龚溥） 71
建筑电气 誖
BUILDING
2 0 1 0 年 第 2 期 ELECTRICITY
图 1 风管火灾探测原理 Fig. 1 Principle of wind pipe fire detection
风管中风速在 25 m / s 以下时， 流体可近似地假 设为不可压流。 这样， 总压管中所受的压力为风管中 流体的总压。 若将静压管中的流体压力近似地认为是 风管中流体的静压， 则探测器壳体内两采样管之间的 压力差 ΔP 与风管中流体的平均速度 V 可根据不可压 流体的伯努利方程来表达：
目前我国尚无自主知识产权的风管火灾探测器产 品， 也无相关标准和技术规范。 鉴于风管火灾探测作 为建筑物火灾自动报警系统的一个组成部分的目的和 意义， 公安部消防局 于 2009 年正式立项开展风管火 灾探测报警技术的研究， 由公安部沈阳消防研究所承 担 。 课 题 组 通 过 基 于 计 算 流 体 力 学 的 HVAC 系 统 烟 雾运动特性仿真与探测器结构优化设计、 采用插入式
姨 V = k × 2 ΔP ρ 式中： ρ — —— 流体密度， kg / m3；
k — —— 修正系数。 上式从理论上确定了压力差 ΔP 与风管中流体的 平均速度 V 之间的关系， 实际使用中要求探测器在风 管中一定范围的风速之内保持两采样管之间的压差也 维持在稳定的范围， 以保证感烟探测的可靠性。 感烟探测单元主要采用光电式探测， 其原理与普 通点型光电感烟火灾探测器相似。
美国消防协会标准 《通风和空调系统安装规范》 （NFPA 90A： 1999） 美国 美国消防协会标准 《烟气控制系统》 （NFPA 92A： 1999）
美国消防协会标准 《生命安全规范》 （NFPA 101： 2006）
美国保险商实验室标准 《风管火灾探测器》 （UL 268A： 2002）
英国
《建筑火灾探测报警系统 第 1 部分： 系统设计、 安装及使 用维护规范》 （BS 5839 - 1： 2002）
a . 风管火灾探测器或探针应安装在管路的直通 段， 离最近的弯曲段、 拐角或接头处至少 3 倍管路宽
图 2 探测器在通风管中的位置 Fig. 2 Position of the detector in the wind pipe
注： 1 — —— 气流方向； 2 — —— 探测器； 3 — —— 管路宽度； 4 — —— 探测器距弯曲段、 拐角和接头处的最小安装距离。
关键词 展览中心类建筑 防火分区 安全疏散 排烟 电气火灾监控系统
1 前言
近年来， 随着我国经济的快速发展， 为进一步 加强对外交流， 各经济发达城市、 地区纷纷兴建了
度的距离。 b . 风管火灾探测器对 a 中提到的安装形式的应
用的适应性应由厂家决定。 c . 采样管伸入风管的长度以及采样孔的布置应
欧洲
Βιβλιοθήκη Baidu
《火 灾 探 测 报 警 系 统 第 14 部 分 ： 系 统 设 计 、 安 装 及 使 用 维护指南》 （DD CEN / TS 54 - 14： 2004）
d . 风管火灾探测器允许采用以下 4 种方式安装： ① 固定安装在风管内； ② 固定安装在风管壁上， 传 感元件伸入风管内； ③ 安装在风管外边， 安装牢固的 采样管伸入到风管内； ④安装在带有投射光束的风管内。 3 ． 2 DD CEN / TS 54 - 14： 2004 中风管火灾探测 器安装时距离弯曲段、 拐角和接头处的距离
Key words Exhibition center-style building Fire compartment Safety evacuation Smoke evacuation Electrical fire monitoring system
摘 要 大型展览中心类建筑的防火问题是当前 建筑防火设计的难点之一， 无现成的规范可依据。 以 调查研究为基础， 分析此类建筑的特点和火灾危险 性， 给出此类建筑消防安全的一些思考。
3 国外风管火灾探测器的相关标准
本文参考国外相关标准， 总结风管火灾探测报警 技术的工程应用方法， 下表列出了国外的相关标准， 其中美国的 UL （保险商实验室） 制定有风管火灾探 测器的产品标准。 3 ． 1 NFPA 72： 2002 中 风 管 火 灾 探 测 器 的 设 置 位 置和安装方式
Dong Wenhui Zhang Xi Gong Pu （Shenyang Fire Research Institute, Ministry of Public Security， Shenyang 110034， China）
Abstract The purpose, significances and the basic operating principle of the wind pipe fire detection is introduced. The relevant foreign stipulations about the application of wind pipe fire detection and alarm technology are summed up. Finally, the status quo and development of wind pipe fire detection and alarm technology in China are described.
2 风管火灾探测的工作原理
风管火灾探测主要有 4 种方法： ① 采用悬吊式安 装在风管内部的点型感烟火灾探测器； ② 在大型风管 中采用的线型光束感烟火灾探测器； ③ 采用高灵敏度 的吸气式感烟火灾探测器； ④ 安装在风管外部， 采用 采样管方式的感烟火灾探测器。 第 ④ 种是目前常用的 一种风管火灾探测方法， 其基本工作原理如图 1 所示。
规范 》 （GB 50045 - 95， 2005 年版 ） 中规定的采用 动作温度为 70 ℃ 的防火阀隔烟阻火以外， 参考国外 相关技术发展现状， 实现风管的火灾探测和报警具有 重 要 的 意 义［1］。
风管火灾探测是目前国外应用比较成熟的一种技 术。 探测器可以设置在主送风管内部用来探测空调系 统本身发生的故障 （例如风机过热）； 也可以设置在 房间回风管道内用来探测该房间是否发生火灾； 还可 以设置在风管系统内各类风阀附近， 控制风阀的动 作， 防止火灾通过风管系统传播。 此外， 可以用来保 护重要的设备 （例如大型计算机主机房的通风和排气 风管） 等等。 通过地址编码与信号传输， 成为建筑物 火灾自动报警系统的一个组成部分， 实现整个建筑的 火灾早期探测与报警。
a . 为了防止危险浓度的烟回流， 应在空调系统 的供气侧安装风管火灾探测器。
b . 要求探测供气系统中的烟时， 应在风机和过 滤器的供气导管的下游安装风管火灾探测器。
c . 要求探测回流空气系统中的烟时， 应在空气 离开每个隔烟室的地方， 或在空气进入二个以上隔烟 室共用的回流空气系统前的风管系统里， 设置探测器。
Abstract The fireproofing problem for large scale exhibition center - style buildings is currently one of the difficulties of buildings fireproofing design , and no ready - made standards could be based . Based on the research and investigation , the characteristics of such buildings and fire risk are analyzed , and some reflections of fire safety for such buildings are given .
Key words Wind pipe Fire detection and alarm technology Operating principle
摘 要 介绍了风管火灾探测的目的、 意义， 以 及基本工作原理， 总结了国外相关规范中的有关风管 火灾探测报警技术应用方面的规定， 最后对我国目前 风管火灾探测报警技术的现状和发展进行了阐述。
电气防火
浅析展览中心类建筑的消防安全
王长泰 （沈阳市消防局， 沈阳市 110044）
Discussion on Fire Safety of Exhibition Center-style Buildings Wang Changtai （Shenyang Fire Bureau， Shenyang 110044， China）
电气防火
风管火灾探测报警技术原理与应用
陈 广 （沈阳市消防局， 沈阳市 110000） 董文辉 张 曦 龚 溥 （公安部沈阳消防研究所， 沈阳市 110034）
Principle and Application of Wind Pipe Fire Detection and Alarm Technology Chen Guang （Shenyang Fire Bureau, Shenyang 110000， China）
风管采样管式感烟探测器由壳体、 感烟探测单元 和两根中空采样管组成， 采样管伸入被测风管内部， 垂直于气流方向。 总压管在迎风面上开有一排采样 孔， 外形似笛， 气流通过采样孔被收集到总压管 后， 气流由于压差作用流入壳体内的感烟探测单元， 从静压管流出。 如果气流中有烟雾存在， 则感烟探 测器报警， 并按预设逻辑联动相关设备 （风机、 阀 等） 动作。
1 引言
建筑内 HVAC （暖通空调） 系统中的风管组成了 一个复杂的管道系统， 主要用于将空气按设计流量高 效率地输送和分配， 是 HVAC 工程中最重要的一个组 成部分。 然而在火灾发生的时候， 烟雾、 有毒气体和 火焰有可能沿着风管蔓延， 从而引发更大的火灾。 如 1987 年杭州仪表厂 “12·17” 特大火灾， 火势从起火 的大楼底层顺着风管很快蔓延到 2 楼、 3 楼、 4 楼， 造成直接经济损失 260 余万元； 1999 年台州黄岩阳光 大厦发生火灾后， 火焰通过风管蔓延至其它建筑， 造 成较大财产损失等等。 因此， 为了阻止火焰和烟气通 过风管蔓延和扩大， 除了按照我国 《建筑设计防火规 范》 （GB 50016 - 2006） 和 《高层民用建筑设计防火
16 Feb. 2010 Vol. 29 No. 2 72
国外风管火灾探测报警技术相关标准
Tab. The relevant foreign standards about the wind pipe fire detection and alarm technology
国家
标准名称
美国消防协会标准 《国家火灾报警规范》 （NFPA 72： 2002）
根据厂家的指导， 尽可能多地覆盖风管。
4 我国风管火灾探测器的技术现状与发展
目前我国 《建筑设计防火规范》、 《高层民用建 筑设计防火规范》、 《采暖通风与空气调节设计规范》 （GB 50019 - 2003）、 《通 风 与 空 调 工 程 施 工 质 量 验 收规范》 （GB 50243 - 2002） 等 规 定 了 机 械 排 烟 系 统中使用的防火阀的设计要求， 但是都还没有对风管 系统采用的火灾探测报警技术和产品提出要求。
感烟探测器安装在空气管路中， 被看作是提供区 域保护并作为火灾探测系统的一部分。 被洁净空气稀 释的烟会影响安装在管路内的普通火灾探测报警系统 中的探测器的效果； 如果空气处理装置关闭， 将影响 烟到达探测器的速度； 当空气从几个抽取的点组合进 入一个管路， 稀释或是分层的烟将更加影响组合管路 中的探测器。 为避免空气扰动的影响， 感烟探测器或 是探针应该安装在管路的直通段中， 距离弯曲段、 拐 角和接头处的距离至少是管路宽度的 3 倍（见图 2）。 3． 3 BS 5839 - 1： 2002 中的规定
15
风管火灾探测报警技术原理与应用 （陈广 董文辉 张曦 龚溥） 71
建筑电气 誖
BUILDING
2 0 1 0 年 第 2 期 ELECTRICITY
图 1 风管火灾探测原理 Fig. 1 Principle of wind pipe fire detection
风管中风速在 25 m / s 以下时， 流体可近似地假 设为不可压流。 这样， 总压管中所受的压力为风管中 流体的总压。 若将静压管中的流体压力近似地认为是 风管中流体的静压， 则探测器壳体内两采样管之间的 压力差 ΔP 与风管中流体的平均速度 V 可根据不可压 流体的伯努利方程来表达：
目前我国尚无自主知识产权的风管火灾探测器产 品， 也无相关标准和技术规范。 鉴于风管火灾探测作 为建筑物火灾自动报警系统的一个组成部分的目的和 意义， 公安部消防局 于 2009 年正式立项开展风管火 灾探测报警技术的研究， 由公安部沈阳消防研究所承 担 。 课 题 组 通 过 基 于 计 算 流 体 力 学 的 HVAC 系 统 烟 雾运动特性仿真与探测器结构优化设计、 采用插入式
姨 V = k × 2 ΔP ρ 式中： ρ — —— 流体密度， kg / m3；
k — —— 修正系数。 上式从理论上确定了压力差 ΔP 与风管中流体的 平均速度 V 之间的关系， 实际使用中要求探测器在风 管中一定范围的风速之内保持两采样管之间的压差也 维持在稳定的范围， 以保证感烟探测的可靠性。 感烟探测单元主要采用光电式探测， 其原理与普 通点型光电感烟火灾探测器相似。
美国消防协会标准 《通风和空调系统安装规范》 （NFPA 90A： 1999） 美国 美国消防协会标准 《烟气控制系统》 （NFPA 92A： 1999）
美国消防协会标准 《生命安全规范》 （NFPA 101： 2006）
美国保险商实验室标准 《风管火灾探测器》 （UL 268A： 2002）
英国
《建筑火灾探测报警系统 第 1 部分： 系统设计、 安装及使 用维护规范》 （BS 5839 - 1： 2002）
a . 风管火灾探测器或探针应安装在管路的直通 段， 离最近的弯曲段、 拐角或接头处至少 3 倍管路宽
图 2 探测器在通风管中的位置 Fig. 2 Position of the detector in the wind pipe
注： 1 — —— 气流方向； 2 — —— 探测器； 3 — —— 管路宽度； 4 — —— 探测器距弯曲段、 拐角和接头处的最小安装距离。
关键词 展览中心类建筑 防火分区 安全疏散 排烟 电气火灾监控系统
1 前言
近年来， 随着我国经济的快速发展， 为进一步 加强对外交流， 各经济发达城市、 地区纷纷兴建了
度的距离。 b . 风管火灾探测器对 a 中提到的安装形式的应
用的适应性应由厂家决定。 c . 采样管伸入风管的长度以及采样孔的布置应
欧洲
Βιβλιοθήκη Baidu
《火 灾 探 测 报 警 系 统 第 14 部 分 ： 系 统 设 计 、 安 装 及 使 用 维护指南》 （DD CEN / TS 54 - 14： 2004）
d . 风管火灾探测器允许采用以下 4 种方式安装： ① 固定安装在风管内； ② 固定安装在风管壁上， 传 感元件伸入风管内； ③ 安装在风管外边， 安装牢固的 采样管伸入到风管内； ④安装在带有投射光束的风管内。 3 ． 2 DD CEN / TS 54 - 14： 2004 中风管火灾探测 器安装时距离弯曲段、 拐角和接头处的距离
Key words Exhibition center-style building Fire compartment Safety evacuation Smoke evacuation Electrical fire monitoring system
摘 要 大型展览中心类建筑的防火问题是当前 建筑防火设计的难点之一， 无现成的规范可依据。 以 调查研究为基础， 分析此类建筑的特点和火灾危险 性， 给出此类建筑消防安全的一些思考。
3 国外风管火灾探测器的相关标准
本文参考国外相关标准， 总结风管火灾探测报警 技术的工程应用方法， 下表列出了国外的相关标准， 其中美国的 UL （保险商实验室） 制定有风管火灾探 测器的产品标准。 3 ． 1 NFPA 72： 2002 中 风 管 火 灾 探 测 器 的 设 置 位 置和安装方式
Dong Wenhui Zhang Xi Gong Pu （Shenyang Fire Research Institute, Ministry of Public Security， Shenyang 110034， China）
Abstract The purpose, significances and the basic operating principle of the wind pipe fire detection is introduced. The relevant foreign stipulations about the application of wind pipe fire detection and alarm technology are summed up. Finally, the status quo and development of wind pipe fire detection and alarm technology in China are described.
2 风管火灾探测的工作原理
风管火灾探测主要有 4 种方法： ① 采用悬吊式安 装在风管内部的点型感烟火灾探测器； ② 在大型风管 中采用的线型光束感烟火灾探测器； ③ 采用高灵敏度 的吸气式感烟火灾探测器； ④ 安装在风管外部， 采用 采样管方式的感烟火灾探测器。 第 ④ 种是目前常用的 一种风管火灾探测方法， 其基本工作原理如图 1 所示。
规范 》 （GB 50045 - 95， 2005 年版 ） 中规定的采用 动作温度为 70 ℃ 的防火阀隔烟阻火以外， 参考国外 相关技术发展现状， 实现风管的火灾探测和报警具有 重 要 的 意 义［1］。
风管火灾探测是目前国外应用比较成熟的一种技 术。 探测器可以设置在主送风管内部用来探测空调系 统本身发生的故障 （例如风机过热）； 也可以设置在 房间回风管道内用来探测该房间是否发生火灾； 还可 以设置在风管系统内各类风阀附近， 控制风阀的动 作， 防止火灾通过风管系统传播。 此外， 可以用来保 护重要的设备 （例如大型计算机主机房的通风和排气 风管） 等等。 通过地址编码与信号传输， 成为建筑物 火灾自动报警系统的一个组成部分， 实现整个建筑的 火灾早期探测与报警。
a . 为了防止危险浓度的烟回流， 应在空调系统 的供气侧安装风管火灾探测器。
b . 要求探测供气系统中的烟时， 应在风机和过 滤器的供气导管的下游安装风管火灾探测器。
c . 要求探测回流空气系统中的烟时， 应在空气 离开每个隔烟室的地方， 或在空气进入二个以上隔烟 室共用的回流空气系统前的风管系统里， 设置探测器。
Abstract The fireproofing problem for large scale exhibition center - style buildings is currently one of the difficulties of buildings fireproofing design , and no ready - made standards could be based . Based on the research and investigation , the characteristics of such buildings and fire risk are analyzed , and some reflections of fire safety for such buildings are given .
Key words Wind pipe Fire detection and alarm technology Operating principle
摘 要 介绍了风管火灾探测的目的、 意义， 以 及基本工作原理， 总结了国外相关规范中的有关风管 火灾探测报警技术应用方面的规定， 最后对我国目前 风管火灾探测报警技术的现状和发展进行了阐述。
电气防火
浅析展览中心类建筑的消防安全
王长泰 （沈阳市消防局， 沈阳市 110044）
Discussion on Fire Safety of Exhibition Center-style Buildings Wang Changtai （Shenyang Fire Bureau， Shenyang 110044， China）
电气防火
风管火灾探测报警技术原理与应用
陈 广 （沈阳市消防局， 沈阳市 110000） 董文辉 张 曦 龚 溥 （公安部沈阳消防研究所， 沈阳市 110034）
Principle and Application of Wind Pipe Fire Detection and Alarm Technology Chen Guang （Shenyang Fire Bureau, Shenyang 110000， China）
风管采样管式感烟探测器由壳体、 感烟探测单元 和两根中空采样管组成， 采样管伸入被测风管内部， 垂直于气流方向。 总压管在迎风面上开有一排采样 孔， 外形似笛， 气流通过采样孔被收集到总压管 后， 气流由于压差作用流入壳体内的感烟探测单元， 从静压管流出。 如果气流中有烟雾存在， 则感烟探 测器报警， 并按预设逻辑联动相关设备 （风机、 阀 等） 动作。