室内商业步行街火灾探测器响应时间试验研究

郭芷含 于帆 李松翰

0 引言

火灾自动探测报警系统是建筑防火设施的重要组成部分，更是主动防火系统的前提基础，能否准确地判断初期火灾直接影响后期的建筑灭火与控火，不同排烟模式下临近分区火灾探测器的选型对临近分区自动灭火系统的性能产生影响，对于建筑内有不同类型排烟设施的场所灭火与控火效率具有影响意义。本文对室内商业步行街不同排烟模式下火灾探测器响应时间进行试验研究，分别针对中庭、走道等在不同排烟模式下各类型火灾探测器的响应时间进行对比，通过数据分析结果对在不同类型场所不同排烟模式下如何选择合适的火灾探测器给出合理性建议。

1 试验方案

1.1 试验空间概述

本试验选取的地点是建筑内的一条类似于商业步行街的直线型医疗街及相邻环廊部分，如图1所示。医疗街长154m，宽17m，环廊宽度为4m、吊顶下高度为 2.8m，环廊相邻房间吊顶下高度同样为 2.8m。医疗街内有 3 个长方形中庭，中庭高度为19.8m，医疗街共4层，层高为4.2m（含吊顶）。

图1 试验区域位置与现场情况（图中红色阴影区域）

试验时火源设置点分别在医疗街1层2#中庭位置、3#中庭东侧相邻候诊区域A内。

1.2 试验方法

本试验采用酒精火方法，酒精火方法所用设备材料包括隔热垫、承水盘、燃烧盘、燃料、示踪烟气等。参照《防排烟系统性能现场验证方法——热烟试验法》（GA/T 999-2012）[1]，试验时1.5MW火源采用4×A1（A1内部长宽高为841×595×130mm）的燃烧盘，燃料采用95%乙醇，燃料注入量为4×16L，燃料稳定燃烧时间不低于10min，稳定燃烧功率为1500kW，单位面积热释放速率为751kW/m2；承水盘中应注入尽可能多的冷却水。在保证空燃烧盘不会漂浮的情况下，最大注水水位可达到距离承水盘侧壁顶端10mm的位置。试验之前承水盘中的水温应接近环境温度，控制在15℃-30℃范围内，发烟源选择单个发烟时长不低于燃料持续燃烧时间或可持续发烟的烟源，以确保在燃料整个燃烧的过程中均有烟气伴随示踪；示踪烟气的pH值接近中性且无毒，颜色为白色，且残留物少。示踪烟气的生成不受试验火源的影响，酒精火方法如图2所示。

图2 酒精火方法

1.3 传感器类型与布置

根据火源位置、现场条件，选用以下探测设备。

1.3.1 吸气式感烟火灾探测器

采用Xtralis VESDA VLF探测器(VLF-250)，由吸气泵、过滤器、探测腔、主电路板、多级报警显示灯、编程显示模块等部分组成。探测主机通过抽气扇的工作，把防护区域内的空气样本从采样点吸入采样管网中，当空气样本到达探测主机后，探测主机把空气样本传输到探测腔进行分析，通过主控电路板把探测结果传输到报警显示模块或编程显示模块上。

1.3.2 点型感烟火灾探测器

能够实时监视探测烟雾的存在，一旦检测到烟雾和火灾危险，报警器红色LED指示灯立即快速闪烁，并发出报警声，同时报警信号通过有线通信传到报警控制器，实现现场与后台实时监测。

1.3.3 VFD/F-ZX518 高清图像型火灾探测器

利用彩色、近红外模拟摄像机连续拍摄的双通道动态图像，通过高速图像处理电路实时分析图像中烟火的频谱、结构、纹理等多模态特征，结合自适应背景学习算法，通过图形界面和其他输出方式发出报警信号，适应于大空间场所火灾的早期探测。

1.3.4 红外对射感烟火灾探测器

采用非编码型反射式线型红外光束感烟探测器，探测器可与不同厂商的火灾报警控制器连接，通过继电器输出故障或火警信号。

1.3.5 OSID双鉴式成像感烟探测器

使用新型的IR&UV双鉴式烟雾探测技术，可有效辨别真正的烟雾和其他干扰物，如昆虫，蒸汽和灰尘，从而大大降低了干扰性报警。一旦接收的光源由于现场真正的烟雾颗粒发生改变，成像器就会发出报警。

探测器设计安装应严格遵守国标要求[2-3]，各探测器的数量及布置情况如下：吸气式感烟火灾探测器布置在3层，图像型火灾探测器布置在2层，红外对射感烟火灾探测器布置在4层，OSID双鉴式成像感烟探测器布置在4层，点型感烟探测器每层皆有布置。相机机位放置在一层，热电偶测点布置在2层，双温自记仪测点布置在3层，数据采集设备布置在4层，探测器布置情况如图3所示。

图3 各类型火灾探测器

2 中庭工况设置及试验结果分析

2.1 工况设置

火源位于1层候诊区域A中，根据排烟模式的不同，在全联动工况(启动防排烟系统)、自然排烟(自然通风)、自然填充(无排烟措施)模式下分别进行了试验，分出3种工况如下：

工况1：排烟模式为全联动工况，火源功率为1.5MW。试验前保持主要出入口开启状态，顶部自然通风窗保持关闭状态，整个试验持续26′3″。

工况2：排烟模式为自然排烟，火源功率为1.5MW。试验前保持主要出入口开启状态，顶部自然通风窗保持关闭状态，整个试验持续22′3″。

工况3：排烟模式为房间自然填充，火源功率为1.5MW。试验前保持主要出入口开启状态，顶部自然通风窗保持关闭状态，整个试验持续25′3″。

在工况1-3下各类型火灾探测器的响应时间如表1所示。

2.2 试验结果分析

本试验火源位于2#中庭中心，以排烟模式为变量，火源功率、通风模式，出入口状态为定量，进行试验。

各类型火灾探测器在不同排烟模式下响应时间的情况如图4，由于图像型探测器响应时间接近于0，不进行作图，每种工况进行了6次实验，6个点是试验的响应时间，工字型区域是数据范围。点型感烟探测器在自然填充状态下响应时间最短，自然排烟模式下响应时间最长；OSID火灾探测器在全联动情况下未参与，在自然填充状态下响应时间最短，自然排烟模式下响应时间最长；吸气式感烟探测器在全联动情况下未参与，在自然填充状态下响应时间最短，自然排烟模式下响应时间最长；红外对射火灾探测器在自然填充下未参与，在全联动下响应时间最短，自然排烟下最长。综合来看各类型探测器均在自然排烟情况下响应时间最长，参与自然填充试验的火灾探测器在自然填充模式下时间较短。

2.3 各类型探测器在不同排烟模式下响应时间对比分析

在全联动工况、自然排烟、自然填充模式下分别进行了试验，并记录下各类型探测器的响应时间，根据表1进行数据处理生成图5进行直观分析。

图5 各类型探测器在不同排烟模式下响应时间

表1 工况1-3下各类型火灾探测器的响应时间

由图5可知在全联动工况下红外对射火灾探测器响应时间＜点型感烟探测器；在自然排烟模式下图像型火灾探测器全程参与，OSID火灾探测器响应时间＜吸气式火灾探测器＜点型感烟探测器＜红外对射火灾探测器；在自然填充模式下图像型火灾探测器全程参与，OSID火灾探测器响应时间＜点型感烟探测器＜吸气式火灾探测器。

3 走道工况设置及试验结果分析

3.1 工况设置

火源位于1层候诊区域A中，根据排烟模式的不同，分为4个工况如下：

工况4：排烟模式为自然填充，火源功率为0.34MW。试验前保持主要出入口开启状态，顶部自然通风窗保持关闭状态，整个试验持续27′01″。

工况5:排烟模式为房间机械排烟，火源功率为0.34MW。试验前保持主要出入口开启状态，顶部自然通风窗保持关闭状态，整个试验持续26′23″。

工况6：排烟模式为房间、走道机械排烟，火源功率为0.34MW。试验前保持主要出入口开启状态，顶部自然通风窗保持关闭状态，整个试验持续26′05″。

工况7：排烟模式为房间、走道自然排烟，火源功率为0.34MW。试验前保持主要出入口开启状态，顶部自然通风窗保持关闭状态，整个试验持续24′98″。在工况（4-7）下各类型火灾探测器的响应时间如表2所示。

表2 工况（4-7）下各类型火灾探测器的响应时间

3.2 试验结果分析

本试验火源位于1层候诊区域A中，以排烟模式为变量，火源功率、通风模式，出入口状态为定量，进行试验。

各类型火灾探测器在不同排烟模式下响应时间的情况如图6，吸气式感烟探测器在自然填充状态下响应时间最短，房间、走道机械排烟模式下响应时间最长，房间机械排烟模式下响应时间长于房间、走道自然排烟；点型感烟探测器在自然填充状态下响应时间最短，房间、走道机械排烟模式下响应时间最长，房间机械排烟模式下响应时间长于房间、走道自然排烟；红外对射火灾探测器在自然填充，房间、走道机械排烟，房间、走道自然排烟下未参与，在房间机械排烟模式下响应时间在140s左右。综合来看各类型探测器均在房间、走道机械排烟模式下响应时间最长，在自然填充模式下时间最短，初步分析出各模式下火灾探测器的响应时间为房间、走道机械排烟模式＞房间机械排烟＞房间、走道自然排烟＞自然填充。由此可知各模式下火灾探测器的响应时间为机械排烟模式＞自然排烟模式＞自然填充模式。

图6 走道不同排烟模式下各类型火灾探测器响应时间

4 结论与建议

一是对于不同类型的火灾探测器间的比较，大部分情况下图像型火灾探测器响应时间＜OSID火灾探测器＜吸气式火灾探测器＜点型感烟探测器＜红外对射火灾探测器，由此对于不同场所下各类型火灾探测器的选择进行综合分析给出合理型建议：

对于无遮挡的大空间或有特殊要求的房间，宜选择图像型火灾探测器、OSID火灾探测器、红外对射火灾探测器，红外对射火灾探测器性价比高于图像型火灾探测器、OSID火灾探测器，但如不及时报警将产生重大损失的场所建议采用图像型火灾探测器、OSID火灾探测器，点型感烟探测器无法满足大空间火灾探测的要求。

对火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射的场所，应选择OSID火灾探测器、吸气式火灾探测器、点型感烟火灾探测器、红外对射火灾探测器，不宜选择图像型火灾探测器，图像型火灾探测器主要针对于火焰的探测。

二是对于不同排烟模式下各类型火灾探测器响应时间比较，在中庭等大空间场所各类型探测器均在自然排烟情况下响应时间最长，在自然填充模式下时间较短。在房间、走道等场所机械排烟模式＞自然排烟模式＞自然填充，由此对于不同排烟模式下各类型火灾探测器的选择进行综合分析给出合理型建议：

在采取机械排烟的情况下，排烟口附近宜选择适应高速气流的吸气式火灾探测器，如果选择点型感烟火灾探测器可能导致探测器口附近的烟气受排烟口处气流影响而延迟响应。如有特殊要求的重要场所宜采用图像型火灾探测器、OSID火灾探测器，图像型火灾探测器更针对于火焰探测，OSID火灾探测器更针对于烟气探测，根据着火源进行合理选择。

在自然排烟模式下非大空间场所或无特殊要求的场所宜采用点型感烟火灾探测器。