医疗洁净手术室空调系统对火灾探测的影响分析

王慧娟，常 力

(石家庄市公安消防支队，河北 石家庄 050000)

洁净手术室空调系统的特点主要是风量风压大、温湿度控制精确度高、正负压控制严格、过滤系统要求高。洁净空调系统设置的主要目的是有效消除洁净室内的污染物，保障空气质量。初期火灾释放的烟雾颗粒及热量会被洁净空调系统消除，空调补充的新鲜空气会稀释烟雾浓度，影响烟气羽流、顶棚射流的状态。而火灾烟气及热量恰恰是火灾探测器捕捉的特征。洁净空调系统运行状态下会影响火灾探测器，从而导致火灾自动报警系统不能有效报警。同时，空调气流大小和气流流动状态不同、探测器安装的位置不同，空调对探测器的影响程度也就不同。本文利用数值模拟方法分析空调系统对烟气运动的影响，进而分析洁净空调环境对火灾探测的影响，以对洁净室火灾探测器进行合理选型。

1 模拟模型的建立

根据洁净手术室空调系统的组织形式，建立FDS模拟模型。洁净空调系统一般采用集中式的空调处理器，运行过程中有部分二次回风，同时补充部分新风。实际情况下火灾部分烟气通过回风管道进入空调机组与新风混合后重新进入室内，考虑到初期烟气量较少，经过高效过滤器的过滤多数烟气颗粒被滤掉，重新进入室内的量很少，另外空调系统二次回风状态由于烟气与新风混合造成送风温度上升，而采用全新风运行状态送风温度相对较低，更加不利于火灾探测，因此将空调模型简化成全新风运行状态。由于洁净室一般采用密闭空间，通风换气全部依靠空调系统完成，因此采用无门无窗的空间来模拟洁净室，房间尺寸为6.2 m×6.2 m×3 m，墙体为混凝土，在顶棚设置36个0.8 m×0.8 m的送风口，风速为0.4 m·s-1，在地面设置同样多的相同尺寸的回风口，风速为0.4 m·s-1，洁净室换气次数为每小时288次，手术室空调气流组织形式为垂直单向流。火源为t2快速火，面积1 m2，功率1.5 MW。环境温度25 ℃，空调出风口温度16 ℃。在顶棚特定的地方设定测点，用以测定该处的温度、能见度及其他必要的数据。如图1所示，蓝色为送风口、绿色为回风口、红色为火源。

2 模拟结果分析

2.1 气体流场分析

2.1.1 速度场分析

空气呈单向流形式向下运动，形成类似活塞运动的形式。为了避免因气流速度过大引起二次扬尘，造成室内洁净度下降，单向流的流速设定为0.4 m·s-1，烟气在新风向下的活塞运动影响下无法形成水平蔓延的运动形态，随新风活塞运动向下经回风口排出室外，同时火源附近的新风在烟气卷吸作用下受热上升，同时冷却烟气温度。

图1 模拟模型

2.1.2 空调运行与关闭状态的温度场分析

图2～图7为纵向切面温度场，从图中空调开启和关闭的图片对比可以看出，空调开启对空间的气体温度流场影响逐渐明显，随着火灾的发展，空调开启在很大程度上降低了房间内的温度，而且是对大部分区域都有较明显的影响。由于垂直单向流有大量的新鲜空气进入，火灾烟气与空调气流不断掺混，空调气流对热烟气不断进行冷却，可以明显的看出在该空调系统的影响下，大部分烟气可以得到排出和降温，同时对探测器的影响也就更明显。

2.2 火灾探测影响分析

风口的流场密布于整个顶棚，空调开启时形成均匀的截面以一定的速度向下运动，将污染物排出室外。图8为温度曲线(A为空调开启状态，C为空调关闭状态)，由于初期火灾产生的烟气及热量被大量排出，烟气顶棚射流形态受到较大扰动，在距离火源1.5 m以外的顶棚测点在180 s时间内温度基本未达到50 ℃。图9为能见度曲线，由于受到向下气流的挤压，虽然室内烟雾浓度已经很大，烟气很难运动至顶棚高度附近。感温及感烟探测器在这类场所无法工作，建议采用吸气式早期火灾探测装置，虽然吸气式探测器不能显示具体采样地点，但是大多数净化室在实际应用中因为费用及洁净工艺的要求都不会建的太大，因此能够满足火灾探测的要求。

图2 空调关闭20 s时温度云图

图3 空调开启状态20 s时温度云图

图4 空调关闭80 s时温度云图

图5 空调开启80 s时温度云图

图6 空调关闭120 s时温度云图

图7 空调开启120 s时温度云图

图8 测点温度对比曲线

图9 测点能见度变化曲线

3 洁净室火灾探测系统的优化设计及技术改进

空气采样系统借助高效抽气泵，连续不断地抽取被保护场所的空气样品，经过滤器进入高抛光的探测腔，在探测腔内特定的空间位置安装有激光器，激光发射装置发射出的平行激光照射进入探测腔的空气样本，含有烟粒子的光束发生散射，散射光线由高抛光探测腔反射到高灵敏度激光接收器，产生电信号，经计算处理，测量出空气样本的烟粒子量，处理后，与设定的报警阈值进行比较，如达到报警阈值，则给出报警信号。

空气采样探测系统采集来的空气样品的90%直接排掉，只有10%进入激光探测器进行检测。经过一级过滤器时，将待测样品中直径大于20 μm的灰尘滤掉，通过传感器将火灾烟雾与水分子团、灰尘等粒子区分开。剩余气样进入二级过滤器，形成洁净空气，冲洗激光腔内的光学元件，即清洗和探测同时进行，不会发生烟尘积累，激光探测腔在洁净环境下基本无需维护。

在医疗洁净室布置空气采样管，避开洁净气流流速较快区域。在烟气易于聚集的区域设置采样点。采取主动采样的手段，避免因气流屏障导致的报警延误，以此解决空调系统造成的报警延误问题。结合以上模拟结果，针对此类通过空气调节作用保持正压高速气流场所的医疗洁净手术室，宜选择高灵敏型吸气式感烟火灾探测器。

[1] 沈欣,陈东彪.空气采样感烟探侧系统原理及应用[C]//消防科技创新与社会安全发展,杭州:浙江科学技术出版社,2014:252-256.

[2] 郑燕宇,陆明浩.智能型极早期空气采样火灾探测技术探讨[J].智能建筑与城市信息,2004(7):44-47.