淺析吸氣式感煙火災(zāi)探測報警系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的應(yīng)用

徐振生

（中鐵城建集團(tuán)北京工程有限公司，北京 100024）

傳統(tǒng)的煙感火災(zāi)報警系統(tǒng)，火災(zāi)燃燒點的煙霧濃度需達(dá)到3%～5%，煙霧還需擴(kuò)散，等到進(jìn)入煙霧探測傳感器內(nèi)，才會發(fā)出火災(zāi)報警。吸氣式感煙火災(zāi)探測報警系統(tǒng)，則通過探測、分析空氣中的煙塵顆粒的濃度，當(dāng)煙塵顆粒濃度達(dá)到設(shè)定值時，就能發(fā)出火災(zāi)報警，具有極高的靈敏度。吸氣式感煙火災(zāi)探測報警系統(tǒng)能探測到電氣設(shè)備中的電纜、電線以及其他可燃材料，因電氣裝置發(fā)熱而產(chǎn)生的煙塵顆粒，發(fā)出報警，提醒運維人員查找高溫點，找出火災(zāi)隱患。此時，過熱高溫點還未產(chǎn)生明顯的、肉眼還觀察不到的煙霧。因此，吸氣式感煙火災(zāi)探測報警系統(tǒng)也被稱為極早期火災(zāi)報警系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備集中的變、配電室、強電電纜井，設(shè)備數(shù)量多且昂貴、安全要求級別高的數(shù)據(jù)中心機(jī)房等重要場所。

1 工程實例概況

已竣工的中國證券期貨業(yè)南方信息技術(shù)中心位于東莞市鳳崗鎮(zhèn)鳳德嶺村，一期工程是改建一棟建筑面積約為2.7 萬m2的三層樓廠房。原建筑為家具廠房，改造為數(shù)據(jù)中心，改造后建筑物的火災(zāi)危險性等級仍為丙級，耐火等級為一級。建筑共三層，高度為17.4 m。其中一層為動力配電中心，共有2個動力制冷站，制冷站啟動控制室，1個柴油發(fā)電機(jī)并機(jī)控制室，8個變配電室，8個電池室，1個安防監(jiān)控室，1個動力監(jiān)控室，2個弱電機(jī)房等。二、三層為模塊機(jī)房，每層各有12個模塊化數(shù)據(jù)中心機(jī)房，2個中央配線間。屋面上安裝有冷卻塔、新風(fēng)機(jī)、衛(wèi)星天線等設(shè)備，有1個衛(wèi)星收發(fā)機(jī)房。

每個無人值守的配電室、電池室、運營商機(jī)房、中央配線間、模塊機(jī)房、衛(wèi)星通信機(jī)房以及強、弱電井等共安裝97臺吸氣式感煙火災(zāi)探測報警主機(jī)，取代傳統(tǒng)的煙感探測傳感器，并與溫感式探測傳感器一起，作為氣體滅火系統(tǒng)控制器的兩個聯(lián)動控制輸入信號。一層的安防/消防控制室設(shè)置單獨的極早期空氣采樣早期煙霧探測系統(tǒng)顯示控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)線與每個區(qū)域內(nèi)的極早期探測器聯(lián)網(wǎng)，顯示探測器工作狀態(tài)，接收報警、故障及其他信息。

2 系統(tǒng)概述

2.1 系統(tǒng)組成簡介

吸氣式感煙火災(zāi)探測報警系統(tǒng)由采樣管網(wǎng)、吸氣泵、云霧室、LED激光探測腔、分析處理及控制電路、顯示模塊、編程輸出模塊等組成。采樣管網(wǎng)和吸氣泵的作用是把被保護(hù)區(qū)域的空氣吸入到火災(zāi)探測報警器中，以進(jìn)行檢測分析。云霧室的作用是短暫存儲采集到的空氣樣本。LED激光探測腔有產(chǎn)生激光的LED裝置和反光鏡等，以對收集到的空氣樣本進(jìn)行激光照射。處理器及控制電路的作用是把激光散射量的變化，轉(zhuǎn)換成電信號，并與存儲的設(shè)置參數(shù)進(jìn)行分析比較。顯示模塊的作用是顯示、輸出煙塵顆粒濃度信息、報警信息等。編程模塊的作用是人工輸入有關(guān)參數(shù)和程序等。

2.2 吸氣式煙霧探測系統(tǒng)的工作原理

一般情況下，在火災(zāi)發(fā)生前，都會有煙塵產(chǎn)生，此煙塵若能更早的被發(fā)現(xiàn)，就能更快地進(jìn)行報警，從而能更早地進(jìn)行火災(zāi)控制與人員疏散。為了能更早地發(fā)現(xiàn)煙塵，吸氣式煙霧探測系統(tǒng)一改傳統(tǒng)點式探測系統(tǒng)被動探測的方式，轉(zhuǎn)換理念，主動對空氣進(jìn)行采樣探測，將保護(hù)區(qū)域內(nèi)的空氣通過吸氣泵吸進(jìn)探測系統(tǒng)的采樣管道，通過過濾器進(jìn)入云霧室和探測腔，測量LED光源發(fā)出的激光束照射到空氣樣本上。如果空氣樣本中有煙霧粒子存在，光束將產(chǎn)生散射，通過反光鏡的折射后，光接收器接收散射的光信號。光信號的強弱變化，通過光電傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，再通過處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以測出空氣樣本中的煙霧粒子濃度。當(dāng)煙霧粒子濃度達(dá)到設(shè)定值時，觸發(fā)輸出報警裝置，即發(fā)出警報。利用激光散射技術(shù)探測空氣中煙霧粒子的濃度，其靈敏度非常高，可以探測到物質(zhì)陰燃（明燃前）階段的微小煙霧粒子。

2.3 本工程中吸氣式探測系統(tǒng)

如圖1所示，東莞數(shù)據(jù)中心工程采用了以FMST為代表的第五代探測報警系統(tǒng)。

圖1 吸氣式探測系統(tǒng)示意圖

探測器由吸氣泵通過采樣管對防火分區(qū)內(nèi)的空氣進(jìn)行采樣。被吸進(jìn)采樣管的空氣被輸送到主機(jī)后，由主機(jī)里面的激光槍進(jìn)行分析，從而得出空氣中煙霧粒子的濃度。

如果空氣超過預(yù)定的煙霧粒子濃度，主機(jī)就會分警告、行動、火警1、火警2四個階段報警。高靈敏度煙霧探測器是儀表級的懸液計，它可以在360°的范圍內(nèi)接收激光照射到煙霧粒子上而產(chǎn)生的散射光。其實際靈敏度為0.001 %obs/m，是傳統(tǒng)探測器的2 000倍。

與其他常規(guī)吸氣式煙霧探測系統(tǒng)不同，工程中的FMST吸氣式感煙火災(zāi)探測器是利用激光探測技術(shù)和微處理器控制技術(shù)的煙霧檢測裝置，如圖2所示，其改善了以往煙霧探測設(shè)備的性能，簡化了操作并增加了探測的可靠性。通過采樣管網(wǎng)上的采樣孔，不斷地采集空氣樣品，然后對采樣空氣進(jìn)行過濾并傳送至激光探測腔，通過光散射技術(shù)，探測到微量的煙霧，然后根據(jù)煙霧濃度和預(yù)設(shè)的環(huán)境參數(shù)產(chǎn)生一個適宜的輸出信號，從而發(fā)出各級報警，報警信號發(fā)出后，探測器就會對所有采樣管進(jìn)行快速掃描，確定煙霧來自哪根采樣管，并將相關(guān)報警信息，如煙霧濃度、報警時間、哪根采樣管報警等具體信息顯示在自帶的液晶屏上。

圖2 FMST吸氣式感煙探測系統(tǒng)工作原理圖

東莞數(shù)據(jù)中心工程中，模塊機(jī)房內(nèi)采用了冷通道遏制系統(tǒng)，通過對數(shù)據(jù)中心模塊機(jī)房冷通道進(jìn)行密閉處理，大約有90%以上的冷風(fēng)可以直接送到冷通道內(nèi)而進(jìn)入服務(wù)器機(jī)柜，所有機(jī)柜排出的熱空氣被送回到空調(diào)機(jī)組回風(fēng)口處理，從而使熱風(fēng)不再進(jìn)入機(jī)柜的前面。在這種新型機(jī)房中，吸氣式探測系統(tǒng)通過以下方式，可以方便地應(yīng)用于整個系統(tǒng)中。

（1）將管路敷設(shè)在地板下，對地板下的設(shè)備、強弱電線路和儀器進(jìn)行監(jiān)控；

（2）根據(jù)機(jī)房空調(diào)送回風(fēng)的氣流組織，將管路敷設(shè)在空調(diào)、通風(fēng)設(shè)備的回風(fēng)口處，就可以及時探測到整個機(jī)房環(huán)境內(nèi)的煙霧變化。

2.4 吸氣式探測系統(tǒng)的誤報率

一般情況下，靈敏度和誤報率是一對矛盾體，靈敏度越高，誤報率也會越高。如何來解決這個問題，力爭達(dá)到零誤報的目的，吸氣式感煙火災(zāi)探測系統(tǒng)對此問題進(jìn)行了深入研究，徹底解決這一矛盾，這主要基于本系統(tǒng)涵蓋了大量火災(zāi)或干擾信號以及火災(zāi)發(fā)展的一般特點，專業(yè)的智能信號處理軟件能夠利用煙霧發(fā)展模型來區(qū)分真火和干擾信號，有效防止誤報，但不降低靈敏度。

3 系統(tǒng)安裝要求

3.1 探測報警主機(jī)安裝

吸式感煙火災(zāi)探測報警主機(jī)沒有特別要求，一般安裝在被防護(hù)區(qū)內(nèi)，要求安裝牢固，不歪斜。位置選擇于方便操作、拆卸維護(hù)，利于采樣管網(wǎng)安裝等。安裝高度以方便目測顯示屏為宜，壁掛安裝高度一般為1.5 m。

探測器的電纜、引線要求：配線整齊，固定牢固，沒有交叉；每個接線端子上連接的導(dǎo)線不超過2根；探測器電源接入消防電源，禁止使用電源插頭；電纜芯線、導(dǎo)線留有20 cm余量；導(dǎo)線端有清晰的編號。

3.2 采樣管選擇

吸氣式感煙火災(zāi)探測報警系統(tǒng)采樣管及管件，如采樣頭、彎管、直通、三通、末端帽、支管等材料，可選用鍍鋅鋼管、銅管、PVC/ABS塑料管等，選用PVC/ABS塑料管時應(yīng)選用難燃管。采樣管的外徑一般為25 mm，內(nèi)徑一般為21 mm。

3.3 采樣管長度要求

1臺高靈敏度探測器的靈敏度為0.005 %obs/m，如果采樣管上一共100個孔，則采樣孔的靈敏度就變?yōu)?.5 %obs/m。為了保證足夠的靈敏度，必須按照設(shè)計，合適開孔。一般吸氣式感煙火災(zāi)探測主機(jī)的采樣管的總長度不宜超過200 m，采樣孔不超過100個；單管長度不超過100 m，采樣孔不超過25個。采用毛細(xì)管方式布置，毛細(xì)管長度不超過4 m。

3.4 采樣管管件選擇要求

采樣管網(wǎng)中不能用彎管器彎管，也不可選用直角彎頭，必須選用彎半徑為70 mm的彎頭。

3.5 采樣管網(wǎng)安裝

（1）采樣管在地板下、天花板上安裝時，應(yīng)采用獨立的懸掛固定裝置。避免和其他管線搭接，使采樣管受力而斷裂。采樣管的直線段，每隔1.5～2 m設(shè)一個吊掛或支撐點，吊桿直徑不低于10 mm。（2）超過20 m以上的采樣管安裝，要加裝水平橫梁，用于固定采樣管。（3）采樣管內(nèi)的雜物必須清理干凈?？上却蚝貌蓸涌?，用高壓空氣吹掃，清理干凈管內(nèi)的雜物后，再進(jìn)行粘接。（4）相對密閉的配電柜、機(jī)柜等，可安裝毛細(xì)管取樣。（5）對于內(nèi)梁高度超過600 mm的探測區(qū)域，可采用手杖式采樣方式，在梁窩內(nèi)的最高點設(shè)置探測孔，而且每個梁窩區(qū)域內(nèi)至少設(shè)一個采樣孔。（6）采樣管距墻邊、梁邊的水平距離不小于0.5 m；采樣孔周圍0.5 m范圍內(nèi)，不應(yīng)有遮擋物；采樣孔距空調(diào)送風(fēng)口邊的水平距離不小于1 m；至多口送風(fēng)頂棚的孔口的水平距離不小于0.3 m。（7）非高靈敏度吸氣式感煙火災(zāi)探測系統(tǒng)的采樣管網(wǎng)安裝高度不宜超過16 m；高靈敏度吸氣式感煙火災(zāi)探測系統(tǒng)的采樣管網(wǎng)安裝高度超過16 m，必須保證有2個以上的采樣孔被布置在16 m以下的區(qū)域。

4 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試前應(yīng)按設(shè)計要求查驗設(shè)備的規(guī)格、型號和數(shù)量，對每一臺探測器通電，進(jìn)行檢查，確認(rèn)正常工作后，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。

系統(tǒng)通電后，對以下參數(shù)進(jìn)行設(shè)定：

（1）對探測器的煙霧報警閾值及延時參數(shù)進(jìn)行設(shè)定；（2）對探測器的氣流報警閾值進(jìn)行設(shè)定；（3）吸氣泵的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整；（4）報警區(qū)域、位置編號設(shè)定；（5）需自動記錄的事件設(shè)定；（6）聯(lián)動輸出測試；（7）設(shè)備說明書中所要求的參數(shù)設(shè)定；（8）煙霧傳輸時間測試：從最端采樣孔引入煙霧樣品，到進(jìn)入探測器內(nèi)的最長時間不超過120 s；（9）報警響應(yīng)時間測試：從煙霧樣品進(jìn)入探測器到發(fā)出報警的時間不大于60 s；（10）從每根采樣管的任意采樣孔輸入煙霧樣品，探測器就有相應(yīng)的報警；（11）系統(tǒng)故障、氣流故障、指示燈自檢、復(fù)位、消音及報警隔離等功能測試；（12）集中顯示和控制功能測試；（13）連接于吸氣式感煙火災(zāi)探測系統(tǒng)中的所有報警裝置，如警鈴、聲光報警裝置以及聯(lián)動功能等測試；（14）與氣體滅火主機(jī)聯(lián)動測試：吸氣式感煙火災(zāi)探測報警主機(jī)第三個報警信號能否輸出到氣體滅火主機(jī)，驅(qū)動氣體滅火主機(jī)發(fā)出預(yù)警測試。

5 結(jié)語

機(jī)房中的火災(zāi)風(fēng)險主要有以下幾種：電氣火災(zāi)、靜電產(chǎn)生火災(zāi)、雷擊等強電侵入導(dǎo)致火災(zāi)、來自機(jī)房外部。實踐證明當(dāng)普通感煙探測器報警時，電線、電纜已燒毀，無法再使用。同時，為了增加阻燃性，機(jī)房設(shè)備的電線、電纜的塑料絕緣層加入了鹵化物和磷酸鹽之類的添加劑，雖然減緩了火勢蔓延，但產(chǎn)生過量的煙霧、腐蝕性氣體和有毒氣體，使運行中的元件受損。因此，需要在煙霧形成之前，就能及時發(fā)現(xiàn)火情，將火災(zāi)撲滅在萌芽中，避免形成濃煙和不必要的滅火劑噴灑。而普通點型感煙探測器必須被動地等待煙霧聚集到足夠濃度才報警，這就限制了它在此環(huán)境中的使用。

而吸氣式感煙火災(zāi)探測系統(tǒng)具有靈敏度高、維護(hù)簡單、運行穩(wěn)定、誤報率低可靠安全等優(yōu)點，能較早探測出電氣設(shè)備、電纜、電線因故發(fā)熱，而未產(chǎn)生可見煙霧的隱患，從而避免電氣火災(zāi)的發(fā)生。但因設(shè)備較為昂貴，沒有在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。在較為重要的計算機(jī)機(jī)房、變配電室等場所，應(yīng)用較多。前些年，吸氣式感煙火災(zāi)探測系統(tǒng)只作為單獨的極早期火災(zāi)報警用。近年來，在很多場所包括大、中型數(shù)據(jù)中心、軌道交通等，都把吸氣式感煙火災(zāi)探測系統(tǒng)的輸出，作為氣體滅火系統(tǒng)的煙感預(yù)警輸入信號，取代或部分替代了傳統(tǒng)氣體滅火系統(tǒng)中的普通煙感探頭。