淺談線型感煙火災(zāi)探測(cè)器原理及應(yīng)用

呂泳彬

（江門市金盾供水消防工程有限公司，廣東 江門 529000）

淺談線型感煙火災(zāi)探測(cè)器原理及應(yīng)用

呂泳彬

（江門市金盾供水消防工程有限公司，廣東 江門 529000）

線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器，是一種智能型感煙火災(zāi)探測(cè)器，適用于大空間和其它特殊空間進(jìn)行感煙火災(zāi)探測(cè)。它可對(duì)被保護(hù)空間實(shí)施任意曲面式覆蓋，具有分辨發(fā)射光源與干擾光源的能力。文章針對(duì)大空間建筑火災(zāi)煙氣流動(dòng)性狀特點(diǎn)及線型光束感煙火災(zāi)探測(cè)器的原理進(jìn)行了探討。

火災(zāi)探測(cè)器；原理；布設(shè)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，一些在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中起著重要作用的大型空間建筑越來越多，此類建筑相對(duì)其他建筑具有的普遍特點(diǎn)是跨度大、內(nèi)部舉架高，根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50116－98）要求，對(duì)于被保護(hù)空間高度介于12～20 m之間時(shí)，由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的煙霧很難到達(dá)房間頂部，因而一般不適宜安裝點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，而圖像型火災(zāi)探測(cè)由于其本身工作原理和特點(diǎn)決定，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生的煙霧和早期火焰，就很容易被其探測(cè)到，從而達(dá)到保護(hù)此類建筑的作用。同時(shí)對(duì)于那些被保護(hù)空間長(zhǎng)度超過100 m以上和空氣氣流流過快、環(huán)境比較惡劣的大型空間建筑，特別適用于此類建筑火災(zāi)探測(cè)與預(yù)防。

1 大空間煙氣流動(dòng)性狀

火災(zāi)煙氣是燃燒產(chǎn)物與所卷吸的空氣的混合物，隨著流動(dòng)距離的增加，煙氣所含的空氣比率越來越大。在空氣的稀釋下，煙氣的溫度和濃度大大降低，導(dǎo)致煙氣的浮力越來越小。當(dāng)煙氣上升到一定高度后，煙氣的浮力與重力達(dá)到平衡，不再上升。當(dāng)空間頂棚較高時(shí)，相當(dāng)多的煙氣可能升不到頂棚便開始緩慢沉降。由于日光照射，大空間頂部溫度一般較高，致使大空間上部形成一定厚度的熱空氣層，從而阻止火災(zāi)煙氣上升到大空間的頂棚，即所謂熱障現(xiàn)象，出現(xiàn)煙霧分層。煙霧分層現(xiàn)象是指煙霧達(dá)到了一個(gè)平衡點(diǎn)，在頂棚的下方形成了蘑菇團(tuán)，無法到達(dá)頂棚上安裝的感煙探測(cè)器位置。

大空間要實(shí)現(xiàn)早期快速報(bào)警，必須在煙氣上升過程中實(shí)現(xiàn)探測(cè)報(bào)警，但這類場(chǎng)所頂棚高度高于12 m，點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器安裝于頂棚無法準(zhǔn)確快速報(bào)警。對(duì)于存在熱障層的場(chǎng)所，感煙類火災(zāi)探測(cè)器均不能安裝于熱障層可能影響的高度，更不能安裝于建筑物頂棚，因此，線型光束感煙探測(cè)器是較好的選擇。

2 線型光束感煙探測(cè)器原理

線型光束感煙探測(cè)器具有監(jiān)視范圍廣、保護(hù)面積大、使用環(huán)境條件要求低等特點(diǎn)，通常用于初始火災(zāi)有煙霧形成的大空間火災(zāi)探測(cè)。

線型光束感煙探測(cè)器是利用煙霧粒子對(duì)光線傳播發(fā)生遮擋的原理制成的。當(dāng)一束一定強(qiáng)度的單色平行光通過火災(zāi)煙霧粒子時(shí)，由于煙霧粒子的散射和吸收效應(yīng)，使入射光產(chǎn)生衰減，接收器接收到的光信號(hào)降低，轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)也降低，當(dāng)信號(hào)降低至閾值以下時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。平行光通過煙霧粒子的消光示意見圖1。

發(fā)射器根據(jù)發(fā)光原理，可以發(fā)出紅外光、紫外光或激光，發(fā)射光無遮擋地照射到接收器上，接收器將其接收后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。為了降低功耗，提高探測(cè)器抗干擾能力，發(fā)射器采用脈沖方式工作，脈沖周期為ms級(jí)，脈寬為100 μs，接收器同樣裝有抗干擾電路。

當(dāng)光束被動(dòng)物或人為遮擋時(shí)，報(bào)警器能發(fā)出故障信號(hào)；同樣，如因發(fā)射器損壞，或安裝位置變動(dòng)，而接收器不能接收到光束時(shí)，報(bào)警器同樣發(fā)出故障信號(hào)，而不發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

紅外光感煙探測(cè)器技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，靈敏度高，目前使用的線型光束感煙探測(cè)器通常為紅外光感煙探測(cè)器。常見的紅外光束感煙探測(cè)器，發(fā)射器的光源為近紅外波段，也有用可見紅光波段的激光光源作為探測(cè)光源。紅外光束感煙探測(cè)器按光束數(shù)量可分為單光束和多光束感煙探測(cè)器，按光路形式可分為對(duì)射式和反射式光束感煙探測(cè)器。

由于半導(dǎo)體激光感煙探測(cè)器的激光器具有激發(fā)電壓低、脈沖功率大、效率高、體積小、壽命長(zhǎng)、方向性強(qiáng)、亮度高、單色性佳等優(yōu)越性能，盡管問世不久，已在各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。激光感煙探測(cè)器原理見圖2。

圖1 平行光通過煙霧粒子的消光示意圖

圖2 激光感煙探測(cè)器原理示意圖

但日光照射和建筑內(nèi)照明等因素的影響會(huì)引起線型光束感煙探測(cè)器的誤報(bào)。高架倉庫和高架生產(chǎn)廠房雖然也屬于高大空間，但是，貨架或設(shè)備上空到頂棚的距離并不大，由于建筑空間被物品或機(jī)械填滿。無法克服物品或機(jī)械對(duì)光束的遮擋，因此線型光束感煙探測(cè)器不宜用于高架倉庫和高架生產(chǎn)廠房。

3 線型光束感煙探測(cè)器布設(shè)方式

采用紅外對(duì)射光線探測(cè)器時(shí)，它們?cè)诖罂臻g的布設(shè)通常采取垂直布設(shè)和水平布設(shè)方式。關(guān)于探測(cè)器安裝距離的確定，有兩種方法：①按照《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》8.2.1、8.2.2條規(guī)定確定；②通過性能化防火設(shè)計(jì)分析，經(jīng)大空間火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)模擬計(jì)算確定。

紅外對(duì)射光線探測(cè)器水平布設(shè)時(shí)，必須克服煙氣的層化現(xiàn)象，如果大空間中煙氣不能上升到紅外線的探測(cè)高度，則該方法將無用。因此水平布設(shè)時(shí)探測(cè)器的安裝高度應(yīng)處于熱障層下方。

對(duì)于火災(zāi)發(fā)展迅速，火災(zāi)功率上升快的場(chǎng)所，光束間距應(yīng)適當(dāng)減小，因?yàn)檫@時(shí)的火災(zāi)煙霧上升速度快，煙氣羽流直徑小。對(duì)于高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于12 m的建筑空間，可在被保護(hù)空間采取多層布設(shè)的方式，加大探測(cè)紅外光線的密度。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)《購物商場(chǎng)、大廳和較大區(qū)域煙氣控制系統(tǒng)導(dǎo)則》NFPA 92B，1997年版，第3.4.3條的規(guī)定，以下探測(cè)方式可以加快火災(zāi)初始階段的探測(cè)：

（1）采用向上的光束。這種方式的目的是無論在什么樣的溫度條件下，都可以快速探測(cè)煙層的發(fā)展。不管煙氣層化發(fā)生在什么高度，都有一束或多束光束以一定的角度穿過煙氣層。該方式推薦采用多光束以便提供冗余能力。

（2）在不同高度設(shè)置水平光束。這種方式的目的是無論在什么樣的溫度條件下，快速探測(cè)煙層的發(fā)展。頂棚上設(shè)置單光束或者多光束，空間中的其他高度也設(shè)置了探測(cè)器。研究人員提出，大空間高度在8 m以下，可單層設(shè)置光束感煙探測(cè)器；高度在8～14 m，可雙層設(shè)置光束感煙探測(cè)器；高度在14～20 m，可分3層設(shè)置光束感煙探測(cè)器。

（3）在同一高度設(shè)置平行光束。這種方式的目的是探測(cè)上升的羽流，而不僅僅是煙氣層。對(duì)于本方式，光束之間應(yīng)該布置得很近，以確保與羽流的交叉部分低于可能發(fā)生層化現(xiàn)象的最低高度。

4 結(jié)束語

綜上所述，大空間中的火災(zāi)煙霧會(huì)在空間內(nèi)的流動(dòng)過程中被高度稀釋，如果上空存在熱空氣層，頂棚下方也會(huì)產(chǎn)生熱障現(xiàn)象，這時(shí)火災(zāi)煙霧將無法到達(dá)頂棚位置，因此，在這樣的環(huán)境中，點(diǎn)型探測(cè)器不適宜。高架倉庫和高架生產(chǎn)廠房雖然也屬于高大空間，但是，從貨架或設(shè)備上方到頂棚的距離并不大，由于建筑空間被物品或機(jī)械填滿，線型光束感煙探測(cè)器可能無法發(fā)揮作用。大型商場(chǎng)的中庭，應(yīng)注意季節(jié)性促銷所使用的廣告條幅及裝飾品會(huì)阻擋射線，導(dǎo)致誤報(bào)或故障。線型光束感煙探測(cè)器應(yīng)避免強(qiáng)烈的日光或紅外光輻射源作用，安裝的發(fā)射器和接收器必須安裝牢固，不得松動(dòng)，同時(shí)應(yīng)避免劇烈振動(dòng)，光束軸線應(yīng)避開固定遮擋物和流動(dòng)遮擋物。

Discussion on the Principle and Application of Linear Fire Detector

Lv Yongbin

The linear beam fire detector is an intelligent type of fire detector, suitable for fire detecting in large spaces and other special spaces. It can be covered by any protected space, and has the ability of resolving and interfering emission light source. In this paper, the author discusses the characteristics of smoke movement in large spaces and the principle of linear beam fire detector.

fire detector; principle; layout

TU892

A

1000－8136（2010）33－0028－02