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空气采样系统大空间应用
空气采样系统大空间应用
空气采样系统大空间应用
[摘要]本文通过对空气采样系统的介绍，描述了ASD空气采样系统如何在大空间里进行设计和应用。
[关键词]空气采样系统，FIA规范，ASD535，FDS模拟
1. 概述
在一些特殊场所， 如剧场，机场，车站，展览中心等，由于净空较高，传统火灾探测器难以尽早发现并准确预报火灾，这就要求设计者在设计时必须选择更先进，更可靠的消防产品，从而大限度地防止和减少生命财产损失。
大空间场所火灾探测的难点包括：
1) 一旦发生火灾，可能会导致营业场所关闭，中断服务，因此需要在烟雾的早期阶段发现并处理
2) 热屏障层的存在，使得烟雾比较难到达顶部
3) 由于空间比较大，因此烟雾被稀释，难以探测
4) 离地面比较高，因此一般的消防探测系统维护比较困难
目前市场上，主要应用的探测器包括火焰探测器和光对射探测器，然而越来越多的项目选择了吸气式火灾探测器。ASD535早期烟雾探测报警系统采用主动采样的探测方式，利用光散射探测原理，能够在烟雾发展的早期发现潜在的隐患，做到防患于未然。
2. 系统工作原理
吸气式探测器内部有一个抽气泵，通过布置在现场的采样管道把空气抽进探测器内部，经过灰尘过滤，流量检测，火灾算法分析等环节，进行分析。如果烟雾浓度达到预设的报警值，则通过继电器或联网软件进行报警。
工作示意图如下：
3. 系统设计
根据美国规范NFPA 72和英国规范BS5839，在设计空气采样系统时，每个采样孔相当于一个点式探测器。即意味着采样孔的间距应该参照点式探测器的间距进行设计。
根据《火灾自动报警系统设计规范-GB50116》，感烟探测器的保护面积如下：
|
火灾探测器的种类 |
地面面积 S（m2） |
房间高度 h（m） |
一只探测器的保护面积A和保护半径R |
|||||
|
屋 顶 坡 度 θ |
||||||||
|
θ≤15° |
15°<θ≤ 30° |
θ> 30° |
||||||
|
A（m2） |
R（m） |
A（m2） |
R（m） |
A（m2） |
R（m） |
|||
|
感烟探测器 |
S ≤ 80 |
h ≤ 12 |
80 |
6.7 |
80 |
7.2 |
80 |
8.0 |
|
S ＞ 80 |
6<="">≤ 12 |
80 |
6.7 |
100 |
8.0 |
120 |
9.9 |
|
|
h ≤ 6 |
60 |
5.8 |
80 |
7.2 |
100 |
9.0 |
||
因此，在大空间设计管道时， 可以按照80平米的保护面积来进行。如果按照正方形进行布置，可以按照8.9米 x 8.9米的网格进行，保护半径在6.3米。也可以按照管道间距9米，孔间距8.8米进行布管，同样满足规范要求。
典型的平面布置图如下：
立体布置图如下：
特别注意，上述设计中并没有,考虑气流的影响，如果空气置换率大于8.6次/小时，每个孔的保护面积应该减小。
4. 高度限制
目前中国的规范还没有明确说，空气采样系统可以安装多高。然而在新的英国规范和FIA规范中，已经明确，如果使用了15孔以上的CLASS B空气采样系统，管道可以安装在40米的高度。
CLASS B是国际上对吸气式探测器灵敏度的一种划分，灵敏度被分成3个等级：
高灵敏型 Class A: 采样孔的灵敏度≤0.8% obs/m
灵敏型 Class B: 0.8%obs/m <采样孔的灵敏度≤2% obs/m
普通型 Class C: 采样孔的灵敏度>2%obs/m
我们使用FDS模拟软件，对烟雾进行模拟。为了简化，不考虑空间中的气流以及各种家具设施的影响，我们对10米高度空间， 20米高度空间，40米高度空间，分别使用100KW, 200KW, 500KW的火进行模拟，结果如下：
|
空间大小 |
火源功率(KW) |
第一个孔达到0.1%OBS/M所需时间 (秒) |
现场采样孔的烟雾峰值（OBS/M） |
烟雾峰值时间 |
|
36x50x10 |
100 |
10.4 |
3.07% |
13.1 |
|
36x50x10 |
200 |
8.2 |
4.72% |
10.7 |
|
36x50x10 |
500 |
6.3 |
9.2% |
9.4 |
|
36x50x20 |
100 |
18.9 |
1.6% |
20.7 |
|
36x50x20 |
200 |
14.8 |
2.61% |
17.9 |
|
36x50x20 |
500 |
10.8 |
5.23% |
18.6 |
|
36x50x40 |
100 |
32.0 |
1.06% |
52.2 |
|
36x50x40 |
200 |
24.5 |
1.61% |
35.5 |
|
36x50x40 |
500 |
19.9 |
2.83% |
99.4 |
由于篇幅所限，本文只贴出500KW的火源在36x50x10的空间中的火灾模拟截图，如下图所示。在6.2秒时，有1个孔已经探测到0.1%OBS/M的烟。
从上表可以看出,
对于同样功率的火源，随着高度的增加，烟雾到达第一个孔的时间变长；
同样随着高度的增加，烟雾的峰值浓度在下降，因为空间变大，烟雾被稀释。
如果安装高度超过40米，需要专门做性能化设计。
5. 与传统FAS系统的接口
早期探测系统通常只是整个大楼消防系统的一部份，因此ASD探测器通常需要接入整个大楼的FAS系统中。
ASD535探测器内置3个继电器，通过继电器输出给FAS系统，信号为1个火警信号，1个预警信号和1个故障信号。如果需要额外的继电器，可以增加继电器卡进行扩展。
参考文献
1. 《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98
2. Code of Practice for Design, Installation, Commissioning & Maintenance of Aspirating Smoke Detector (ASD) Systems