潔凈廠房?jī)?nèi)送回風(fēng)系統(tǒng)對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警的影響分析

楊秘林

(北京順義區(qū)消防救援支隊(duì)，北京 101300)

0 引言

潔凈廠房在我國(guó)是一個(gè)行業(yè)應(yīng)用非常廣泛的基礎(chǔ)性配套產(chǎn)業(yè)，目前在諸多領(lǐng)域均有涉及，如微電子、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物工程、航天航空等領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，潔凈廠房的規(guī)模越來(lái)越大，設(shè)備越來(lái)越精細(xì)，對(duì)消防設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高，而且由于規(guī)范的滯后性[1]，當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不太適應(yīng)于實(shí)際工程中出現(xiàn)的問(wèn)題。盡管很多消防工作者對(duì)潔凈廠房的消防設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了研究，但仍然缺少全面、詳實(shí)的解決方案。潔凈廠房多為封閉式空間，要求具有較高的潔凈度，為此設(shè)置了多種空調(diào)送回風(fēng)方式，這導(dǎo)致了室內(nèi)氣流組織形式的多樣性，迫使氣流向特定的方向流動(dòng)，這將會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警探測(cè)系統(tǒng)不能及時(shí)探測(cè)，使消防聯(lián)動(dòng)裝置延遲動(dòng)作，不能起到早期報(bào)警的效果。

1 潔凈廠房送回風(fēng)系統(tǒng)氣流形式對(duì)煙氣的影響

1.1 潔凈廠房送回風(fēng)系統(tǒng)的氣流形式

潔凈廠房?jī)?nèi)一般采用三類(lèi)空調(diào)系統(tǒng)：一是集中式潔凈空調(diào)系統(tǒng)；二是分散式潔凈空調(diào)系統(tǒng)；三是半集中式潔凈空調(diào)系統(tǒng)。為了有效、快速地排除室內(nèi)污染，使速度、溫濕度、潔凈度等參數(shù)滿足使用要求，潔凈廠房均設(shè)置不同形式的送回風(fēng)系統(tǒng)，根據(jù)氣流流型將潔凈廠房送回風(fēng)系統(tǒng)分為兩大類(lèi)：?jiǎn)蜗蛄魉突仫L(fēng)系統(tǒng)和非單向流送回風(fēng)系統(tǒng)。

1.1.1 單向流送回風(fēng)方式

在單向流潔凈室內(nèi)，從送風(fēng)口到回風(fēng)口，氣流流經(jīng)途中的斷面基本沒(méi)有變化，全室斷面上的流速比較均勻，在工作區(qū)域內(nèi)氣流流線為單向且平行，沒(méi)有渦流。單向流潔凈室送回風(fēng)方式按照送風(fēng)口和回風(fēng)口位置的不同又可分為上送風(fēng)側(cè)墻回風(fēng)、上送風(fēng)地板回風(fēng)和水平送回風(fēng)，如圖1～圖3所示。

圖1 單向流潔凈室上送風(fēng)側(cè)墻回風(fēng)

圖2 單向流潔凈室上送風(fēng)地板回風(fēng)

圖3 單向流潔凈室水平送回風(fēng)

1.1.2 非單向流潔凈室送回風(fēng)方式

非單向流潔凈室的原理是靠潔凈送風(fēng)氣流擴(kuò)散、混合、不斷稀釋室內(nèi)空氣，把室內(nèi)污染逐漸排出，達(dá)到平衡，即稀釋作用。因此，非單向流潔凈室是氣流以不均勻的速度，呈不平行流動(dòng)，并伴有回流或渦流的潔凈室，非單向流送回風(fēng)方式可分為上送風(fēng)側(cè)墻回風(fēng)、上送風(fēng)屋頂回風(fēng)及上送風(fēng)側(cè)墻屋頂回風(fēng)，如圖4～圖6所示。

圖4 非單向流潔凈室上送風(fēng)側(cè)墻回風(fēng)

圖5 非單向流潔凈室上送風(fēng)屋頂回風(fēng)

圖6 非單向流潔凈室上送風(fēng)側(cè)墻屋頂回風(fēng)

筆者對(duì)26棟建成潔凈廠房、30套潔凈廠房圖紙的空調(diào)送回風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，絕大多數(shù)潔凈廠房采用屋頂送風(fēng)側(cè)墻回風(fēng)方式，部分電子廠房企業(yè)采用屋頂送風(fēng)側(cè)墻和屋頂合用回風(fēng)的方式，只有極少部分有特殊要求的電子潔凈廠房中的部分潔凈室采用屋頂送風(fēng)地板回風(fēng)的方式，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

1.2 潔凈廠房送回風(fēng)方式對(duì)火災(zāi)煙氣的影響

1.2.1 單向流送回風(fēng)方式對(duì)火災(zāi)煙氣的影響

根據(jù)《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50073—2013)[2]中的規(guī)定，在潔凈度1～3級(jí)時(shí)平均風(fēng)速在0.3～0.5 m·s-1之間，潔凈度4～5級(jí)時(shí)平均風(fēng)速為0.2～0.4 m·s-1之間。一般情況下，室內(nèi)火災(zāi)煙氣垂直方向速度隨高度的升高而增大，在0.65～0.75 m·s-1之間，水平方向速度更加緩慢，約為0.15 m·s-1[3]。因此，單向流送回風(fēng)方式對(duì)火災(zāi)煙氣的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生較大影響，在水平方向布置時(shí)甚至可以改變煙氣的水平運(yùn)動(dòng)方向，如果探測(cè)器位置選擇不當(dāng)，會(huì)造成探測(cè)不及時(shí)甚至探測(cè)不到的嚴(yán)重后果。

對(duì)單向流送回風(fēng)方式而言，送風(fēng)口大都設(shè)置在屋頂或者墻壁側(cè)方向，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，熱煙氣會(huì)因?yàn)榭諝飧×Χ蛏下覽4]，此時(shí)頂棚向下的送風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)速的大小會(huì)一定程度上打亂煙氣的運(yùn)動(dòng)、抑制煙氣向上蔓延，同時(shí)頂棚不斷涌入的新鮮氣流最終將熱煙氣下壓至地面附近的回風(fēng)口才能排出，這對(duì)于車(chē)間內(nèi)工作人員安全疏散是非常不利的。即使送風(fēng)口設(shè)置在左側(cè)墻壁、回風(fēng)口在右側(cè)墻壁，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣會(huì)被左側(cè)墻壁送風(fēng)口不斷供給的新鮮風(fēng)流控制在右側(cè)回風(fēng)口區(qū)域，最終排至室外，但對(duì)于復(fù)雜的廠房，車(chē)間相鄰布置位置錯(cuò)綜復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)這種墻壁左側(cè)送風(fēng)、右側(cè)回風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)從經(jīng)濟(jì)和施工安裝角度考慮都不是最佳選擇。整體而言，這三種送回風(fēng)方式均會(huì)對(duì)火災(zāi)煙氣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律造成影響。

1.2.2 非單向流送回風(fēng)方式對(duì)火災(zāi)煙氣的影響

對(duì)非單項(xiàng)流送回風(fēng)系統(tǒng)而言，由于布置的送回風(fēng)口位置使車(chē)間內(nèi)形成循環(huán)風(fēng)流，風(fēng)向不像單項(xiàng)流送回風(fēng)系統(tǒng)那樣單一。這樣布置的好處是室內(nèi)空氣可以經(jīng)常性的循環(huán)流動(dòng)，局部的有害氣體可以被循環(huán)氣流迅速帶出室外，無(wú)需通過(guò)送風(fēng)口的供風(fēng)將室內(nèi)氣體全部壓至回風(fēng)口實(shí)現(xiàn)室內(nèi)更新空氣的目的。但是對(duì)于火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙氣，非單向流送回風(fēng)系統(tǒng)可以及時(shí)將熱煙氣排出室外，防止其在地面附近過(guò)多的積聚，但也一定程度上延緩了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)間或使報(bào)警器失效。

表1 潔凈廠房空調(diào)送回風(fēng)方式統(tǒng)計(jì)表

注：表中的合用指在屋頂和側(cè)墻同時(shí)設(shè)置回風(fēng)口。

根據(jù)《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中的規(guī)定，在潔凈度超過(guò)5級(jí)時(shí)，應(yīng)采用非單向流送回風(fēng)方式，送風(fēng)量以每小時(shí)換氣次數(shù)規(guī)定，從10次到60次不等。以規(guī)范中規(guī)定的4 m廠房為例，假設(shè)面積為100 m2，送風(fēng)口20 m2，則氣流平均速度約為0.3 m·s-1，依然會(huì)對(duì)火災(zāi)煙氣的運(yùn)動(dòng)造成明顯影響。

2 潔凈廠房火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

潔凈廠房?jī)?nèi)的火災(zāi)一般屬于普通火災(zāi)，火災(zāi)都有一個(gè)從輕到重的發(fā)展過(guò)程，一般來(lái)說(shuō)可以分為四個(gè)階段：火災(zāi)起始階段，存在人們?nèi)庋劭床灰?jiàn)的特別微弱的煙；第二階段，人們?nèi)庋劭梢钥匆?jiàn)有明顯的煙霧，這就是我們常見(jiàn)的離子、光電感煙探測(cè)器工作的階段；第三階段，陰燃燃燒聚集起來(lái)的熱量會(huì)引起可燃物進(jìn)一步燃燒并產(chǎn)生火焰，這是常見(jiàn)的火焰探測(cè)器的工作階段；第四階段，高溫和強(qiáng)熱會(huì)使燃燒環(huán)境溫度急劇上升，溫度升高數(shù)十?dāng)z氏度乃至上百攝氏度，這就是我們常見(jiàn)的感溫探測(cè)器、線性定溫探測(cè)器的工作范圍。綜上所述，采用感煙探測(cè)器監(jiān)測(cè)煙霧可以很好地實(shí)現(xiàn)早期報(bào)警，如果通過(guò)監(jiān)測(cè)可見(jiàn)光或者火焰，很可能不能及時(shí)監(jiān)測(cè)到火災(zāi)情況并錯(cuò)過(guò)最佳滅火和人員救援時(shí)間，因此對(duì)潔凈廠房來(lái)說(shuō)應(yīng)該安裝感煙探測(cè)器[5]。同時(shí)，通過(guò)實(shí)地調(diào)查北京順義地區(qū)的17家醫(yī)藥企業(yè)、9家電子生產(chǎn)企業(yè)潔凈廠房，發(fā)現(xiàn)有16家醫(yī)藥潔凈廠房、9家電子潔凈廠房設(shè)置了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，均采用了感煙探測(cè)器作為監(jiān)測(cè)火災(zāi)報(bào)警的手段。

通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)[5]及表1實(shí)際調(diào)查結(jié)果可知，國(guó)內(nèi)潔凈廠房目前主要采用感煙探測(cè)器進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警，其效率較低，對(duì)后續(xù)人員疏散和救援造成很大的影響。澳大利亞VESDA公司的lase-PLUS火災(zāi)探測(cè)技術(shù)和GODEX公司的LED火災(zāi)探測(cè)技術(shù)、英國(guó)KIDDE公司的Unilaser火災(zāi)探測(cè)技術(shù)作為早期火災(zāi)探測(cè)及報(bào)警技術(shù)的代表，可以在火災(zāi)初期第一時(shí)間探測(cè)到火災(zāi)，在其國(guó)內(nèi)得到了很好地推廣，并取得了很好效果，為后續(xù)撲滅火災(zāi)和人員疏散、救援贏得了充足時(shí)間。鑒于此，研究潔凈廠房送回風(fēng)方式對(duì)現(xiàn)有火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的影響，并對(duì)此作出改進(jìn)顯得尤為急迫。

3 潔凈廠房送回風(fēng)方式對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的影響

現(xiàn)有規(guī)范雖然對(duì)潔凈廠房火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)作出了明確要求，但是對(duì)其設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的具體形式、類(lèi)型和布置方式等未作出明確規(guī)定。由上文描述的實(shí)際調(diào)查結(jié)果可知，我國(guó)現(xiàn)在大部分潔凈廠房均采用點(diǎn)式煙霧火災(zāi)探測(cè)器作為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。

絕大多數(shù)潔凈廠房為了達(dá)到潔凈度要求，均采用非單向流的上送風(fēng)側(cè)墻回風(fēng)、非單向流的上送風(fēng)側(cè)墻屋頂合用回風(fēng)的送回風(fēng)方式，該種送回風(fēng)方式對(duì)火災(zāi)熱煙氣的運(yùn)動(dòng)有很大影響，改變廠房?jī)?nèi)換氣次數(shù)，隨著送回風(fēng)口風(fēng)速的增加，必然會(huì)對(duì)房間內(nèi)的煙氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律產(chǎn)生影響，從而不能達(dá)到火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警的后果。圖7所示為其中一種非單向流送回風(fēng)方式對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的影響?；馂?zāi)產(chǎn)生的熱煙氣受到空氣浮力的作用向上蔓延，受到送風(fēng)口向下的風(fēng)速作用，熱煙氣不能第一時(shí)間到達(dá)頂棚探測(cè)器位置，因此一定程度上延緩了探測(cè)器的報(bào)警時(shí)間。

部分潔凈度要求比較高的潔凈室采用了單向流的上送風(fēng)側(cè)墻回風(fēng)、上送風(fēng)地板回風(fēng)的送回風(fēng)方式，這樣在火災(zāi)情況下，對(duì)煙氣的向上蔓延產(chǎn)生了一個(gè)反向作用或者橫向作用的力，必然會(huì)影響煙氣向屋頂?shù)穆?，從而?dǎo)致延遲報(bào)警或者無(wú)法報(bào)警。如圖8所示，頂棚送風(fēng)口供給的大量新鮮空氣將火災(zāi)過(guò)程中的熱煙氣下壓控制在火源位置附近，致使頂棚位置的火災(zāi)探測(cè)器不能很好地發(fā)揮作用。

圖7 非單向流送風(fēng)方式對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的影響

圖8 單向流送回風(fēng)方式對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的影響

4 潔凈廠房?jī)?nèi)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的有效設(shè)置方式分析

潔凈廠房的潔凈度標(biāo)準(zhǔn)是最重要的條件之一，為了達(dá)到要求需要設(shè)置具有凈化功能的空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)。但是在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，該設(shè)備就會(huì)對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置的動(dòng)作產(chǎn)生影響[6]。部分煙霧會(huì)被吸進(jìn)空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)中，甚至排出室外，從而導(dǎo)致煙氣濃度的稀釋，延誤報(bào)警。

空氣采樣報(bào)警系統(tǒng)，即吸氣式火災(zāi)煙霧探測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)抽氣機(jī)將空氣主動(dòng)的、高頻率的吸入采樣管中，過(guò)濾后，產(chǎn)生空氣樣本，用于分析和監(jiān)測(cè)煙霧的定量數(shù)據(jù)[7]，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警，可以很好地解決上述問(wèn)題。吸氣式火災(zāi)煙霧探測(cè)器最大的特點(diǎn)是靈敏度非常高，能在火災(zāi)極早期檢測(cè)到空氣中的微量煙氣顆粒，通常在大量可見(jiàn)煙氣生成之前就可以發(fā)出警報(bào)。此外，吸氣式探測(cè)器采樣管網(wǎng)安裝比較靈活，可以根據(jù)不同的環(huán)境做不同的采樣管網(wǎng)布置。在潔凈廠房中，既可以在空調(diào)回風(fēng)口做防護(hù)，也可沿著設(shè)備做局部防護(hù)，還可以把采樣點(diǎn)通過(guò)毛細(xì)采樣的方式伸入到防護(hù)柜體內(nèi)?？諝獠蓸訄?bào)警系統(tǒng)與傳統(tǒng)感煙火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的性能對(duì)比見(jiàn)表2[8]。

在沒(méi)有條件進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬時(shí)，如廠房設(shè)備復(fù)雜等情況下，可以將采樣管路布置在回風(fēng)口處。根據(jù)前述分析，吸氣式火災(zāi)探測(cè)器可以在火災(zāi)發(fā)生的極早期檢測(cè)到煙氣顆粒，而此時(shí)尚未有肉眼可見(jiàn)的煙氣產(chǎn)生，因此也不存在煙氣本身的速度，產(chǎn)生的少量煙顆粒會(huì)隨室內(nèi)氣流到達(dá)回風(fēng)口處。因此，可以先將吸氣式感煙探測(cè)器的采樣孔設(shè)置于回風(fēng)口處，而由于設(shè)備的布置方式會(huì)影響氣流的速度和方向，需要在系統(tǒng)安裝完成后進(jìn)行性能測(cè)試，調(diào)整采樣管位置。

表2 傳統(tǒng)感煙火災(zāi)探測(cè)器和空氣采樣報(bào)警系統(tǒng)的對(duì)比