建筑舞臺區(qū)火災(zāi)探測器選擇探討

馬亞雄, 高 磊

(中國海誠工程科技股份有限公司, 上海 200031)

0 引 言

建筑舞臺區(qū)具有空間高大、人員密集、可燃物較多、表演環(huán)境復(fù)雜等特點?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)是建筑消防設(shè)計的重要組成部分,在火災(zāi)初期可以及時發(fā)現(xiàn)火情,對保障人們生命安全及財產(chǎn)安全至關(guān)重要[1-4]。

本文將以“舞臺區(qū)如何選擇火災(zāi)探測器”作為主線,通過查閱國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及文獻資料,分析各類火災(zāi)探測器基本原理,遵循消防設(shè)計中火災(zāi)報警及時可靠的基本原則,綜合考慮設(shè)計的合理合規(guī)性及可行性,并給出解決方案。

1 消防設(shè)計背景

某舞臺區(qū)長為36 m,寬為16 m,高為25 m,23 m標(biāo)高處為舞臺設(shè)備格柵層。通常舞臺區(qū)按照以下原則進行消防設(shè)計:建筑專業(yè),舞臺區(qū)屬于同一防火分區(qū);暖通專業(yè),舞臺區(qū)為獨立防煙分區(qū);電氣專業(yè),舞臺區(qū)為獨立火災(zāi)探測區(qū)域和報警區(qū)域;給排水專業(yè),舞臺區(qū)格柵層下火災(zāi)危險等級為嚴(yán)重危險Ⅱ級,分三個區(qū)設(shè)置雨淋系統(tǒng),每個區(qū)設(shè)置一組雨淋閥控制,每組雨淋閥由各區(qū)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動開啟。

2 火災(zāi)探測器設(shè)置要求

根據(jù)GB 50116—2013《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱《火規(guī)》)第12.4.1條“高度大于12 m的空間場所宜同時選擇兩種及以上火災(zāi)參數(shù)的火災(zāi)探測器”,關(guān)鍵點在于:“火災(zāi)參數(shù)”具體指什么?如何合理選擇火災(zāi)參數(shù)?

根據(jù)《火規(guī)》第4.2.3條“雨淋系統(tǒng)聯(lián)動控制方式,應(yīng)由同一報警區(qū)域內(nèi)兩只及以上獨立的感溫火災(zāi)探測器或一只感溫火災(zāi)探測器與一只手動火災(zāi)報警按鈕的報警信號,作為雨淋閥組開啟的聯(lián)動觸發(fā)信號。應(yīng)由消防聯(lián)動控制器控制雨淋閥組的開啟”,關(guān)鍵點在于:舞臺區(qū)選擇何種感溫火災(zāi)探測器聯(lián)動開啟雨淋系統(tǒng)?

筆者查閱給排水專業(yè)相關(guān)規(guī)范和圖集,發(fā)現(xiàn)雨淋閥可以采用火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動開啟,也可以采用傳動管方式開啟?！痘鹨?guī)》第4.2.3條也明確“本條規(guī)定的雨淋系統(tǒng)是指通過火災(zāi)自動報警系統(tǒng)實現(xiàn)管網(wǎng)控制的系統(tǒng)”。因此,如果舞臺區(qū)采用傳動管方式開啟雨淋閥可行,就無需火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動電動開啟,也就不存在以上感溫火災(zāi)探測器的選擇問題。與給排水同事討論,發(fā)現(xiàn)舞臺區(qū)高大空間場景中,傳動管方式開啟雨淋閥并不適用,原因為:傳動管方式開啟雨淋閥需要設(shè)置閉式感溫噴頭,其設(shè)置高度有規(guī)范限制,不適用于此類高大空間[5-7]。

3 分 析

3.1 火災(zāi)參數(shù)

GB/T 5907.1—2014《消防詞匯 第1部分:通用術(shù)語》(以下簡稱《通用術(shù)語》)中第2.5條“火災(zāi)參數(shù):表示火災(zāi)特征的物理量”;第2.3條“火災(zāi)是指在時間或空間上失去控制的燃燒”;第2.21條“燃燒是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng),通常伴有火焰、發(fā)光、和(或)煙氣的現(xiàn)象”。結(jié)合現(xiàn)實生活中對火災(zāi)的認(rèn)知,基礎(chǔ)火災(zāi)參數(shù)應(yīng)理解為:燃燒產(chǎn)生的煙氣,放熱反應(yīng)產(chǎn)生的溫度變化,以及燃燒產(chǎn)生的火焰。其中,火焰會隨著溫度的繼續(xù)升高,先后放出不可見紅外光、可見光、不可見紫外光。

3.2 火災(zāi)探測器

結(jié)合對火災(zāi)參數(shù)的理解,以GB/T 5907.5—2015《消防詞匯 第5部分:消防產(chǎn)品》中火災(zāi)探測器的分類為基礎(chǔ),查閱整理火災(zāi)探測器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。常見的火災(zāi)探測器及對應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和火災(zāi)參數(shù)如表1所示。

表1 常見的火災(zāi)探測器及對應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和火災(zāi)參數(shù)

b源自上海市DGJ 08-2048—2016《民用建筑電氣防火設(shè)計規(guī)程》附錄D。

c不包括可燃?xì)怏w探測器和一氧化碳火災(zāi)探測器。

d以上產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)均為消防產(chǎn)品市場準(zhǔn)入認(rèn)證(CCCF)的產(chǎn)品檢驗標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 舞臺區(qū)域火災(zāi)探測器選擇

民用建筑中,通常情況下火災(zāi)是由小到大、由發(fā)展到熄滅的過程?？梢姕囟?本文指異常高溫)從始至終伴隨火災(zāi)發(fā)展,相較于煙氣的可能誤報和火焰的滯后報警,是及時可靠的基礎(chǔ)火災(zāi)參數(shù)。《火規(guī)》第4.2.3條要求,不允許選用感煙火災(zāi)探測器是為了避免誤動作,不允許采用火焰探測器是為了避免動作滯后造成損失,僅允許選用感溫火災(zāi)探測器及時可靠的聯(lián)動開啟雨淋系統(tǒng)。

舞臺區(qū)應(yīng)選擇基礎(chǔ)火災(zāi)參數(shù)為煙氣和溫度的火災(zāi)探測器,既滿足兩種火災(zāi)參數(shù)的火災(zāi)探測器,又滿足舞臺區(qū)雨淋系統(tǒng)需感溫火災(zāi)探測器聯(lián)動的需求。

選用基礎(chǔ)火災(zāi)參數(shù)為煙氣的火災(zāi)探測器時,考慮舞臺幕布遮擋,表演會產(chǎn)生霧氣(表演用干冰),應(yīng)優(yōu)先選用管路吸氣式感煙火災(zāi)探測器。水平采樣管敷設(shè)于頂部舞臺格柵下,考慮煙氣熱障效應(yīng)影響,還應(yīng)布置垂直采樣管(可參考國標(biāo)圖集14X505-1第79頁)。

選用基礎(chǔ)火災(zāi)參數(shù)為溫度的火災(zāi)探測器時,常見的點型感溫火災(zāi)探測器因探測高度限制,線型感溫火災(zāi)探測器因需要直接接觸被保護物,都不適用于舞臺區(qū)高大空間場景。

雙波段/三波段紅外火焰探測器是普通紅外火焰探測器的升級版,拓寬了可探測紅外波長范圍,用于感知更廣范圍的火焰,其本質(zhì)還是紅外火焰探測器。雙波段圖像型火災(zāi)探測器是在紅外火焰探測器的基礎(chǔ)上增加可見光攝像機。當(dāng)紅外探測器檢測到火焰后,攝像機通過對火焰(可見光)及其閃爍的確認(rèn)發(fā)出火災(zāi)報警,提高火災(zāi)報警的可靠性。其基礎(chǔ)火災(zāi)參數(shù)為火焰,間接火災(zāi)參數(shù)為可見光視頻圖像,既屬于火焰探測器又屬于圖像型火災(zāi)探測器,其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB 15631—2008《特種火災(zāi)探測器》(簡稱《特種火災(zāi)探測器》)。

因此,將(雙波段/三波段)紅外/紫外火焰探測器或雙波段圖像型火災(zāi)探測器作為舞臺區(qū)第二種火災(zāi)探測器[1-2],會造成火災(zāi)報警滯后,不符合火災(zāi)報警及時基本原則,不合理;基礎(chǔ)火災(zāi)參數(shù)不是溫度,不屬于感溫火災(zāi)探測器,聯(lián)動開啟舞臺雨淋系統(tǒng),不符合《火規(guī)》第4.2.3條要求。

3.4 熱成像圖像型火災(zāi)探測器

熱成像圖像型火災(zāi)探測器是一種接收物體發(fā)出的紅外輻射的圖像型火災(zāi)探測器,前端鏡頭一般采用非制冷型傳感器,內(nèi)置紅外探測器,根據(jù)物體間及物體與背景間的溫度差,形成體現(xiàn)物體溫度分布的熱像圖[5]。熱成像圖像型火災(zāi)探測器基本架構(gòu)如圖1所示。

圖1 熱成像圖像型火災(zāi)探測器基本架構(gòu)[5]

熱成像圖像型火災(zāi)探測器間接火災(zāi)參數(shù)為視頻圖像(熱圖像),基礎(chǔ)火災(zāi)參數(shù)為溫度,既屬于圖像型火災(zāi)探測器,又屬于感溫火災(zāi)探測器。作為舞臺區(qū)第二種火災(zāi)探測器聯(lián)動開啟雨淋系統(tǒng),合理合規(guī)。

特別說明一下,使用普通攝像機監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境形成實時視頻圖像的火災(zāi)探測器,其火災(zāi)參數(shù)為可見光,屬于圖像型火災(zāi)探測器。通常作為其他各類火災(zāi)探測器的附加和補充功能,用于提高火災(zāi)報警可靠性。

3.5 理論分析

自然界中所有物體的溫度在絕對零度以上,都會不停地發(fā)出熱紅外線,物體紅外輻射能量的強弱與其溫度直接正相關(guān)。根據(jù)普朗克公式,能量與熱量/溫度成正比,與頻率成正比,與波長成反比。根據(jù)韋恩定律,物體產(chǎn)生最大輻射量的波長和溫度乘積為常數(shù)。

典型紅外火焰探測器可探測波長為3～5 μm,其對應(yīng)報警溫度基本略高于常見可燃物被點燃后的火焰溫度。(雙波段/三波段)紅外火焰探測器將可探測波長范圍拓寬至3～11 μm,對應(yīng)可報警溫度范圍更廣,通常采用2個/3個不同波長的紅外傳感器,其中1個用于探測火焰紅外輻射,另外1個/2個用于監(jiān)視環(huán)境中其他物體的紅外輻射,結(jié)合火焰的閃爍特征,提高火災(zāi)報警的可靠性。紫外火焰探測器和可見光圖像型火災(zāi)探測器同理,主要用于可燃物產(chǎn)生火焰后及時可靠的火災(zāi)報警。

典型熱成像圖像型火災(zāi)探測器可探測波長為8～14 μm,其對應(yīng)預(yù)警溫度基本略低于常見易燃或可燃物燃點或閃點,主要用于易燃或可燃物達到燃點或閃點前的溫度異常進行及時可靠的火災(zāi)報警。

3.6 熱成像圖像型火災(zāi)探測器優(yōu)點

(1) 穿透能力強。紅外熱輻射比可見光具有更強的穿透能力,特別是位于8～14 μm的長波紅外熱輻射。舞臺表演期間可能會產(chǎn)生霧氣(表演用干冰)以及幕布的遮擋,都不影響其有效范圍內(nèi)的溫度探測形成熱圖像[7]。

(2) 全天候工作能力,抗強光干擾。紅外熱成像不借助照明光和環(huán)境光,是根據(jù)目標(biāo)與背景的輻射產(chǎn)生景物圖像,并且也不會受可見光強光干擾。普通的可見光圖像型火災(zāi)探測器夜間需要保證攝像機最低照度且易受強光干擾,無法提供穩(wěn)定可靠的火災(zāi)報警。舞臺表演期間的舞臺燈光、火焰表演等,不影響紅外熱成像,且夜間無需提供最低照度也能保證穩(wěn)定工作。

(3) 作用距離遠,功耗低壽命長。熱像儀對物體輻射的紅外線進行成像,不受環(huán)境光和照明光的限制,一般長焦熱成像儀能觀測3 km以上的人員和6 km以上的車輛。非制冷紅外熱成像儀的壽命可達45 000 h。

3.7 熱成像圖像型火災(zāi)探測器產(chǎn)品現(xiàn)狀

目前市面上僅有少數(shù)廠家生產(chǎn)熱成像圖像型火災(zāi)探測器,如盛賽爾的SSD-TD-MFL-2/3可視熱成像感溫火災(zāi)探測器,?？低暤腘P-FVW100安消智能攝像機,濱海安消防的AFD-SHF0304感溫感煙感火焰三目圖像型火災(zāi)探測器。以上產(chǎn)品僅有CCC認(rèn)證,認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)采用《特種火災(zāi)探測器》,但并未取得消防產(chǎn)品市場準(zhǔn)入CCCF認(rèn)證。猜測原因:工程設(shè)計中大多選用吸氣式感煙火災(zāi)探測器、光束感煙火災(zāi)探測器、紅外/紫外火焰探測器或雙波段圖像型火災(zāi)探測器[1-2],極少選用熱成像圖像型火災(zāi)探測器。導(dǎo)致其市場需求不高,產(chǎn)品成本偏高,廠家出于成本考慮,僅進行基本的CCC認(rèn)證。

《特種火災(zāi)探測器》對圖像型火災(zāi)探測器試驗中,其試驗源為“煤油和汽油混合液的燃燒火焰”。物體溫度達到燃點產(chǎn)生火焰后的溫度明顯高于被點燃前溫度。采用《特種火災(zāi)探測器》作為熱成像圖像型火災(zāi)探測器的產(chǎn)品檢測標(biāo)準(zhǔn)是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。制定真正適用于熱成像圖像型火災(zāi)探測器的產(chǎn)品檢測國家標(biāo)準(zhǔn),作為消防產(chǎn)品市場準(zhǔn)入的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),已迫在眉睫。已有企業(yè)制定相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),如海康威視企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HKD 012—2020《熱成像感溫火災(zāi)探測器》。

4 結(jié) 語

針對建筑舞臺區(qū)火災(zāi)探測器的選擇,在滿足規(guī)范要求的前提下,遵循消防設(shè)計火災(zāi)報警及時可靠的基本原則,舞臺區(qū)應(yīng)選用基礎(chǔ)火災(zāi)參數(shù)為煙氣和溫度的火災(zāi)探測器。

舞臺區(qū)第一種火災(zāi)探測器,考慮幕布遮擋以及表演時有霧氣產(chǎn)生,建議選擇管路吸氣式感煙火災(zāi)探測器,其布置應(yīng)滿足規(guī)范要求且應(yīng)布置垂直采樣管。第二種火災(zāi)探測器,考慮聯(lián)動雨淋系統(tǒng),需選用熱成像圖像型火災(zāi)探測器,應(yīng)確保其滿足現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),且取得CCCF認(rèn)證。一般其設(shè)置可根據(jù)項目情況,可選用以下兩種方案。方案1:選用既具有紅外熱成像功能又具有可見光攝像機功能的圖像型火災(zāi)探測器時,應(yīng)配備兩種前端鏡頭:用于探測范圍內(nèi)物體溫度,形成熱圖像的熱成像鏡頭;基于可見光,監(jiān)測范圍內(nèi)實時視頻圖像的攝像機鏡頭。當(dāng)熱圖像發(fā)出范圍內(nèi)溫度異?；馂?zāi)預(yù)警時,可通過攝像機實時視頻圖像,人工進一步判斷是否需要火災(zāi)預(yù)警聯(lián)動開啟相關(guān)消防設(shè)施,提高火災(zāi)探測的可靠性。方案2:選用僅具有紅外熱成像功能的圖像型火災(zāi)探測器時,考慮舞臺表演時可能出現(xiàn)正常情況下的高溫,應(yīng)在各雨淋系統(tǒng)分區(qū)內(nèi)設(shè)置手動報警按鈕。當(dāng)熱圖像發(fā)出范圍內(nèi)溫度異?；馂?zāi)預(yù)警時,需現(xiàn)場人員根據(jù)實際情況,確認(rèn)有火災(zāi)隱患后按下火災(zāi)報警按鈕,發(fā)出火災(zāi)預(yù)警聯(lián)動開啟相關(guān)消防設(shè)施。