室內(nèi)商業(yè)步行街火災(zāi)探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)研究

郭芷含 于帆 李松翰

0 引言

火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)是建筑防火設(shè)施的重要組成部分，更是主動(dòng)防火系統(tǒng)的前提基礎(chǔ)，能否準(zhǔn)確地判斷初期火災(zāi)直接影響后期的建筑滅火與控火，不同排煙模式下臨近分區(qū)火災(zāi)探測(cè)器的選型對(duì)臨近分區(qū)自動(dòng)滅火系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響，對(duì)于建筑內(nèi)有不同類型排煙設(shè)施的場(chǎng)所滅火與控火效率具有影響意義。本文對(duì)室內(nèi)商業(yè)步行街不同排煙模式下火災(zāi)探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)研究，分別針對(duì)中庭、走道等在不同排煙模式下各類型火災(zāi)探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)在不同類型場(chǎng)所不同排煙模式下如何選擇合適的火災(zāi)探測(cè)器給出合理性建議。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)空間概述

本試驗(yàn)選取的地點(diǎn)是建筑內(nèi)的一條類似于商業(yè)步行街的直線型醫(yī)療街及相鄰環(huán)廊部分，如圖1所示。醫(yī)療街長(zhǎng)154m，寬17m，環(huán)廊寬度為4m、吊頂下高度為 2.8m，環(huán)廊相鄰房間吊頂下高度同樣為 2.8m。醫(yī)療街內(nèi)有 3 個(gè)長(zhǎng)方形中庭，中庭高度為19.8m，醫(yī)療街共4層，層高為4.2m（含吊頂）。

圖1 試驗(yàn)區(qū)域位置與現(xiàn)場(chǎng)情況（圖中紅色陰影區(qū)域）

試驗(yàn)時(shí)火源設(shè)置點(diǎn)分別在醫(yī)療街1層2#中庭位置、3#中庭東側(cè)相鄰候診區(qū)域A內(nèi)。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用酒精火方法，酒精火方法所用設(shè)備材料包括隔熱墊、承水盤、燃燒盤、燃料、示蹤煙氣等。參照《防排煙系統(tǒng)性能現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證方法——熱煙試驗(yàn)法》（GA/T 999-2012）[1]，試驗(yàn)時(shí)1.5MW火源采用4×A1（A1內(nèi)部長(zhǎng)寬高為841×595×130mm）的燃燒盤，燃料采用95%乙醇，燃料注入量為4×16L，燃料穩(wěn)定燃燒時(shí)間不低于10min，穩(wěn)定燃燒功率為1500kW，單位面積熱釋放速率為751kW/m2；承水盤中應(yīng)注入盡可能多的冷卻水。在保證空燃燒盤不會(huì)漂浮的情況下，最大注水水位可達(dá)到距離承水盤側(cè)壁頂端10mm的位置。試驗(yàn)之前承水盤中的水溫應(yīng)接近環(huán)境溫度，控制在15℃-30℃范圍內(nèi)，發(fā)煙源選擇單個(gè)發(fā)煙時(shí)長(zhǎng)不低于燃料持續(xù)燃燒時(shí)間或可持續(xù)發(fā)煙的煙源，以確保在燃料整個(gè)燃燒的過程中均有煙氣伴隨示蹤；示蹤煙氣的pH值接近中性且無毒，顏色為白色，且殘留物少。示蹤煙氣的生成不受試驗(yàn)火源的影響，酒精火方法如圖2所示。

圖2 酒精火方法

1.3 傳感器類型與布置

根據(jù)火源位置、現(xiàn)場(chǎng)條件，選用以下探測(cè)設(shè)備。

1.3.1 吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器

采用Xtralis VESDA VLF探測(cè)器(VLF-250)，由吸氣泵、過濾器、探測(cè)腔、主電路板、多級(jí)報(bào)警顯示燈、編程顯示模塊等部分組成。探測(cè)主機(jī)通過抽氣扇的工作，把防護(hù)區(qū)域內(nèi)的空氣樣本從采樣點(diǎn)吸入采樣管網(wǎng)中，當(dāng)空氣樣本到達(dá)探測(cè)主機(jī)后，探測(cè)主機(jī)把空氣樣本傳輸?shù)教綔y(cè)腔進(jìn)行分析，通過主控電路板把探測(cè)結(jié)果傳輸?shù)綀?bào)警顯示模塊或編程顯示模塊上。

1.3.2 點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器

能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視探測(cè)煙霧的存在，一旦檢測(cè)到煙霧和火災(zāi)危險(xiǎn)，報(bào)警器紅色LED指示燈立即快速閃爍，并發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)報(bào)警信號(hào)通過有線通信傳到報(bào)警控制器，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.3.3 VFD/F-ZX518 高清圖像型火災(zāi)探測(cè)器

利用彩色、近紅外模擬攝像機(jī)連續(xù)拍攝的雙通道動(dòng)態(tài)圖像，通過高速圖像處理電路實(shí)時(shí)分析圖像中煙火的頻譜、結(jié)構(gòu)、紋理等多模態(tài)特征，結(jié)合自適應(yīng)背景學(xué)習(xí)算法，通過圖形界面和其他輸出方式發(fā)出報(bào)警信號(hào)，適應(yīng)于大空間場(chǎng)所火災(zāi)的早期探測(cè)。

1.3.4 紅外對(duì)射感煙火災(zāi)探測(cè)器

采用非編碼型反射式線型紅外光束感煙探測(cè)器，探測(cè)器可與不同廠商的火災(zāi)報(bào)警控制器連接，通過繼電器輸出故障或火警信號(hào)。

1.3.5 OSID雙鑒式成像感煙探測(cè)器

使用新型的IR&UV雙鑒式煙霧探測(cè)技術(shù)，可有效辨別真正的煙霧和其他干擾物，如昆蟲，蒸汽和灰塵，從而大大降低了干擾性報(bào)警。一旦接收的光源由于現(xiàn)場(chǎng)真正的煙霧顆粒發(fā)生改變，成像器就會(huì)發(fā)出報(bào)警。

探測(cè)器設(shè)計(jì)安裝應(yīng)嚴(yán)格遵守國(guó)標(biāo)要求[2-3]，各探測(cè)器的數(shù)量及布置情況如下：吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器布置在3層，圖像型火災(zāi)探測(cè)器布置在2層，紅外對(duì)射感煙火災(zāi)探測(cè)器布置在4層，OSID雙鑒式成像感煙探測(cè)器布置在4層，點(diǎn)型感煙探測(cè)器每層皆有布置。相機(jī)機(jī)位放置在一層，熱電偶測(cè)點(diǎn)布置在2層，雙溫自記儀測(cè)點(diǎn)布置在3層，數(shù)據(jù)采集設(shè)備布置在4層，探測(cè)器布置情況如圖3所示。

圖3 各類型火災(zāi)探測(cè)器

2 中庭工況設(shè)置及試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 工況設(shè)置

火源位于1層候診區(qū)域A中，根據(jù)排煙模式的不同，在全聯(lián)動(dòng)工況(啟動(dòng)防排煙系統(tǒng))、自然排煙(自然通風(fēng))、自然填充(無排煙措施)模式下分別進(jìn)行了試驗(yàn)，分出3種工況如下：

工況1：排煙模式為全聯(lián)動(dòng)工況，火源功率為1.5MW。試驗(yàn)前保持主要出入口開啟狀態(tài)，頂部自然通風(fēng)窗保持關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)26′3″。

工況2：排煙模式為自然排煙，火源功率為1.5MW。試驗(yàn)前保持主要出入口開啟狀態(tài)，頂部自然通風(fēng)窗保持關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)22′3″。

工況3：排煙模式為房間自然填充，火源功率為1.5MW。試驗(yàn)前保持主要出入口開啟狀態(tài)，頂部自然通風(fēng)窗保持關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)25′3″。

在工況1-3下各類型火災(zāi)探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間如表1所示。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

本試驗(yàn)火源位于2#中庭中心，以排煙模式為變量，火源功率、通風(fēng)模式，出入口狀態(tài)為定量，進(jìn)行試驗(yàn)。

各類型火災(zāi)探測(cè)器在不同排煙模式下響應(yīng)時(shí)間的情況如圖4，由于圖像型探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間接近于0，不進(jìn)行作圖，每種工況進(jìn)行了6次實(shí)驗(yàn)，6個(gè)點(diǎn)是試驗(yàn)的響應(yīng)時(shí)間，工字型區(qū)域是數(shù)據(jù)范圍。點(diǎn)型感煙探測(cè)器在自然填充狀態(tài)下響應(yīng)時(shí)間最短，自然排煙模式下響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)；OSID火災(zāi)探測(cè)器在全聯(lián)動(dòng)情況下未參與，在自然填充狀態(tài)下響應(yīng)時(shí)間最短，自然排煙模式下響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)；吸氣式感煙探測(cè)器在全聯(lián)動(dòng)情況下未參與，在自然填充狀態(tài)下響應(yīng)時(shí)間最短，自然排煙模式下響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)；紅外對(duì)射火災(zāi)探測(cè)器在自然填充下未參與，在全聯(lián)動(dòng)下響應(yīng)時(shí)間最短，自然排煙下最長(zhǎng)。綜合來看各類型探測(cè)器均在自然排煙情況下響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，參與自然填充試驗(yàn)的火災(zāi)探測(cè)器在自然填充模式下時(shí)間較短。

2.3 各類型探測(cè)器在不同排煙模式下響應(yīng)時(shí)間對(duì)比分析

在全聯(lián)動(dòng)工況、自然排煙、自然填充模式下分別進(jìn)行了試驗(yàn)，并記錄下各類型探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間，根據(jù)表1進(jìn)行數(shù)據(jù)處理生成圖5進(jìn)行直觀分析。

圖5 各類型探測(cè)器在不同排煙模式下響應(yīng)時(shí)間

表1 工況1-3下各類型火災(zāi)探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間

由圖5可知在全聯(lián)動(dòng)工況下紅外對(duì)射火災(zāi)探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間＜點(diǎn)型感煙探測(cè)器；在自然排煙模式下圖像型火災(zāi)探測(cè)器全程參與，OSID火災(zāi)探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間＜吸氣式火災(zāi)探測(cè)器＜點(diǎn)型感煙探測(cè)器＜紅外對(duì)射火災(zāi)探測(cè)器；在自然填充模式下圖像型火災(zāi)探測(cè)器全程參與，OSID火災(zāi)探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間＜點(diǎn)型感煙探測(cè)器＜吸氣式火災(zāi)探測(cè)器。

3 走道工況設(shè)置及試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 工況設(shè)置

火源位于1層候診區(qū)域A中，根據(jù)排煙模式的不同，分為4個(gè)工況如下：

工況4：排煙模式為自然填充，火源功率為0.34MW。試驗(yàn)前保持主要出入口開啟狀態(tài)，頂部自然通風(fēng)窗保持關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)27′01″。

工況5:排煙模式為房間機(jī)械排煙，火源功率為0.34MW。試驗(yàn)前保持主要出入口開啟狀態(tài)，頂部自然通風(fēng)窗保持關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)26′23″。

工況6：排煙模式為房間、走道機(jī)械排煙，火源功率為0.34MW。試驗(yàn)前保持主要出入口開啟狀態(tài)，頂部自然通風(fēng)窗保持關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)26′05″。

工況7：排煙模式為房間、走道自然排煙，火源功率為0.34MW。試驗(yàn)前保持主要出入口開啟狀態(tài)，頂部自然通風(fēng)窗保持關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)24′98″。在工況（4-7）下各類型火災(zāi)探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間如表2所示。

表2 工況（4-7）下各類型火災(zāi)探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

本試驗(yàn)火源位于1層候診區(qū)域A中，以排煙模式為變量，火源功率、通風(fēng)模式，出入口狀態(tài)為定量，進(jìn)行試驗(yàn)。

各類型火災(zāi)探測(cè)器在不同排煙模式下響應(yīng)時(shí)間的情況如圖6，吸氣式感煙探測(cè)器在自然填充狀態(tài)下響應(yīng)時(shí)間最短，房間、走道機(jī)械排煙模式下響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，房間機(jī)械排煙模式下響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)于房間、走道自然排煙；點(diǎn)型感煙探測(cè)器在自然填充狀態(tài)下響應(yīng)時(shí)間最短，房間、走道機(jī)械排煙模式下響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，房間機(jī)械排煙模式下響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)于房間、走道自然排煙；紅外對(duì)射火災(zāi)探測(cè)器在自然填充，房間、走道機(jī)械排煙，房間、走道自然排煙下未參與，在房間機(jī)械排煙模式下響應(yīng)時(shí)間在140s左右。綜合來看各類型探測(cè)器均在房間、走道機(jī)械排煙模式下響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，在自然填充模式下時(shí)間最短，初步分析出各模式下火災(zāi)探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間為房間、走道機(jī)械排煙模式＞房間機(jī)械排煙＞房間、走道自然排煙＞自然填充。由此可知各模式下火災(zāi)探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間為機(jī)械排煙模式＞自然排煙模式＞自然填充模式。

圖6 走道不同排煙模式下各類型火災(zāi)探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間

4 結(jié)論與建議

一是對(duì)于不同類型的火災(zāi)探測(cè)器間的比較，大部分情況下圖像型火災(zāi)探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間＜OSID火災(zāi)探測(cè)器＜吸氣式火災(zāi)探測(cè)器＜點(diǎn)型感煙探測(cè)器＜紅外對(duì)射火災(zāi)探測(cè)器，由此對(duì)于不同場(chǎng)所下各類型火災(zāi)探測(cè)器的選擇進(jìn)行綜合分析給出合理型建議：

對(duì)于無遮擋的大空間或有特殊要求的房間，宜選擇圖像型火災(zāi)探測(cè)器、OSID火災(zāi)探測(cè)器、紅外對(duì)射火災(zāi)探測(cè)器，紅外對(duì)射火災(zāi)探測(cè)器性價(jià)比高于圖像型火災(zāi)探測(cè)器、OSID火災(zāi)探測(cè)器，但如不及時(shí)報(bào)警將產(chǎn)生重大損失的場(chǎng)所建議采用圖像型火災(zāi)探測(cè)器、OSID火災(zāi)探測(cè)器，點(diǎn)型感煙探測(cè)器無法滿足大空間火災(zāi)探測(cè)的要求。

對(duì)火災(zāi)初期有陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱，很少或沒有火焰輻射的場(chǎng)所，應(yīng)選擇OSID火災(zāi)探測(cè)器、吸氣式火災(zāi)探測(cè)器、點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器、紅外對(duì)射火災(zāi)探測(cè)器，不宜選擇圖像型火災(zāi)探測(cè)器，圖像型火災(zāi)探測(cè)器主要針對(duì)于火焰的探測(cè)。

二是對(duì)于不同排煙模式下各類型火災(zāi)探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間比較，在中庭等大空間場(chǎng)所各類型探測(cè)器均在自然排煙情況下響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，在自然填充模式下時(shí)間較短。在房間、走道等場(chǎng)所機(jī)械排煙模式＞自然排煙模式＞自然填充，由此對(duì)于不同排煙模式下各類型火災(zāi)探測(cè)器的選擇進(jìn)行綜合分析給出合理型建議：

在采取機(jī)械排煙的情況下，排煙口附近宜選擇適應(yīng)高速氣流的吸氣式火災(zāi)探測(cè)器，如果選擇點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器可能導(dǎo)致探測(cè)器口附近的煙氣受排煙口處氣流影響而延遲響應(yīng)。如有特殊要求的重要場(chǎng)所宜采用圖像型火災(zāi)探測(cè)器、OSID火災(zāi)探測(cè)器，圖像型火災(zāi)探測(cè)器更針對(duì)于火焰探測(cè)，OSID火災(zāi)探測(cè)器更針對(duì)于煙氣探測(cè)，根據(jù)著火源進(jìn)行合理選擇。

在自然排煙模式下非大空間場(chǎng)所或無特殊要求的場(chǎng)所宜采用點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器。