醫(yī)療潔凈手術(shù)室空調(diào)系統(tǒng)對火災(zāi)探測的影響分析

王慧娟，常 力

(石家莊市公安消防支隊，河北 石家莊 050000)

潔凈手術(shù)室空調(diào)系統(tǒng)的特點主要是風(fēng)量風(fēng)壓大、溫濕度控制精確度高、正負(fù)壓控制嚴(yán)格、過濾系統(tǒng)要求高。潔凈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置的主要目的是有效消除潔凈室內(nèi)的污染物，保障空氣質(zhì)量。初期火災(zāi)釋放的煙霧顆粒及熱量會被潔凈空調(diào)系統(tǒng)消除，空調(diào)補(bǔ)充的新鮮空氣會稀釋煙霧濃度，影響煙氣羽流、頂棚射流的狀態(tài)。而火災(zāi)煙氣及熱量恰恰是火災(zāi)探測器捕捉的特征。潔凈空調(diào)系統(tǒng)運行狀態(tài)下會影響火災(zāi)探測器，從而導(dǎo)致火災(zāi)自動報警系統(tǒng)不能有效報警。同時，空調(diào)氣流大小和氣流流動狀態(tài)不同、探測器安裝的位置不同，空調(diào)對探測器的影響程度也就不同。本文利用數(shù)值模擬方法分析空調(diào)系統(tǒng)對煙氣運動的影響，進(jìn)而分析潔凈空調(diào)環(huán)境對火災(zāi)探測的影響，以對潔凈室火災(zāi)探測器進(jìn)行合理選型。

1 模擬模型的建立

根據(jù)潔凈手術(shù)室空調(diào)系統(tǒng)的組織形式，建立FDS模擬模型。潔凈空調(diào)系統(tǒng)一般采用集中式的空調(diào)處理器，運行過程中有部分二次回風(fēng)，同時補(bǔ)充部分新風(fēng)。實際情況下火災(zāi)部分煙氣通過回風(fēng)管道進(jìn)入空調(diào)機(jī)組與新風(fēng)混合后重新進(jìn)入室內(nèi)，考慮到初期煙氣量較少，經(jīng)過高效過濾器的過濾多數(shù)煙氣顆粒被濾掉，重新進(jìn)入室內(nèi)的量很少，另外空調(diào)系統(tǒng)二次回風(fēng)狀態(tài)由于煙氣與新風(fēng)混合造成送風(fēng)溫度上升，而采用全新風(fēng)運行狀態(tài)送風(fēng)溫度相對較低，更加不利于火災(zāi)探測，因此將空調(diào)模型簡化成全新風(fēng)運行狀態(tài)。由于潔凈室一般采用密閉空間，通風(fēng)換氣全部依靠空調(diào)系統(tǒng)完成，因此采用無門無窗的空間來模擬潔凈室，房間尺寸為6.2 m×6.2 m×3 m，墻體為混凝土，在頂棚設(shè)置36個0.8 m×0.8 m的送風(fēng)口，風(fēng)速為0.4 m·s-1，在地面設(shè)置同樣多的相同尺寸的回風(fēng)口，風(fēng)速為0.4 m·s-1，潔凈室換氣次數(shù)為每小時288次，手術(shù)室空調(diào)氣流組織形式為垂直單向流。火源為t2快速火，面積1 m2，功率1.5 MW。環(huán)境溫度25 ℃，空調(diào)出風(fēng)口溫度16 ℃。在頂棚特定的地方設(shè)定測點，用以測定該處的溫度、能見度及其他必要的數(shù)據(jù)。如圖1所示，藍(lán)色為送風(fēng)口、綠色為回風(fēng)口、紅色為火源。

2 模擬結(jié)果分析

2.1 氣體流場分析

2.1.1 速度場分析

空氣呈單向流形式向下運動，形成類似活塞運動的形式。為了避免因氣流速度過大引起二次揚塵，造成室內(nèi)潔凈度下降，單向流的流速設(shè)定為0.4 m·s-1，煙氣在新風(fēng)向下的活塞運動影響下無法形成水平蔓延的運動形態(tài)，隨新風(fēng)活塞運動向下經(jīng)回風(fēng)口排出室外，同時火源附近的新風(fēng)在煙氣卷吸作用下受熱上升，同時冷卻煙氣溫度。

圖1 模擬模型

2.1.2 空調(diào)運行與關(guān)閉狀態(tài)的溫度場分析

圖2～圖7為縱向切面溫度場，從圖中空調(diào)開啟和關(guān)閉的圖片對比可以看出，空調(diào)開啟對空間的氣體溫度流場影響逐漸明顯，隨著火災(zāi)的發(fā)展，空調(diào)開啟在很大程度上降低了房間內(nèi)的溫度，而且是對大部分區(qū)域都有較明顯的影響。由于垂直單向流有大量的新鮮空氣進(jìn)入，火災(zāi)煙氣與空調(diào)氣流不斷摻混，空調(diào)氣流對熱煙氣不斷進(jìn)行冷卻，可以明顯的看出在該空調(diào)系統(tǒng)的影響下，大部分煙氣可以得到排出和降溫，同時對探測器的影響也就更明顯。

2.2 火災(zāi)探測影響分析

風(fēng)口的流場密布于整個頂棚，空調(diào)開啟時形成均勻的截面以一定的速度向下運動，將污染物排出室外。圖8為溫度曲線(A為空調(diào)開啟狀態(tài)，C為空調(diào)關(guān)閉狀態(tài))，由于初期火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣及熱量被大量排出，煙氣頂棚射流形態(tài)受到較大擾動，在距離火源1.5 m以外的頂棚測點在180 s時間內(nèi)溫度基本未達(dá)到50 ℃。圖9為能見度曲線，由于受到向下氣流的擠壓，雖然室內(nèi)煙霧濃度已經(jīng)很大，煙氣很難運動至頂棚高度附近。感溫及感煙探測器在這類場所無法工作，建議采用吸氣式早期火災(zāi)探測裝置，雖然吸氣式探測器不能顯示具體采樣地點，但是大多數(shù)凈化室在實際應(yīng)用中因為費用及潔凈工藝的要求都不會建的太大，因此能夠滿足火災(zāi)探測的要求。

圖2 空調(diào)關(guān)閉20 s時溫度云圖

圖3 空調(diào)開啟狀態(tài)20 s時溫度云圖

圖4 空調(diào)關(guān)閉80 s時溫度云圖

圖5 空調(diào)開啟80 s時溫度云圖

圖6 空調(diào)關(guān)閉120 s時溫度云圖

圖7 空調(diào)開啟120 s時溫度云圖

圖8 測點溫度對比曲線

圖9 測點能見度變化曲線

3 潔凈室火災(zāi)探測系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計及技術(shù)改進(jìn)

空氣采樣系統(tǒng)借助高效抽氣泵，連續(xù)不斷地抽取被保護(hù)場所的空氣樣品，經(jīng)過濾器進(jìn)入高拋光的探測腔，在探測腔內(nèi)特定的空間位置安裝有激光器，激光發(fā)射裝置發(fā)射出的平行激光照射進(jìn)入探測腔的空氣樣本，含有煙粒子的光束發(fā)生散射，散射光線由高拋光探測腔反射到高靈敏度激光接收器，產(chǎn)生電信號，經(jīng)計算處理，測量出空氣樣本的煙粒子量，處理后，與設(shè)定的報警閾值進(jìn)行比較，如達(dá)到報警閾值，則給出報警信號。

空氣采樣探測系統(tǒng)采集來的空氣樣品的90%直接排掉，只有10%進(jìn)入激光探測器進(jìn)行檢測。經(jīng)過一級過濾器時，將待測樣品中直徑大于20 μm的灰塵濾掉，通過傳感器將火災(zāi)煙霧與水分子團(tuán)、灰塵等粒子區(qū)分開。剩余氣樣進(jìn)入二級過濾器，形成潔凈空氣，沖洗激光腔內(nèi)的光學(xué)元件，即清洗和探測同時進(jìn)行，不會發(fā)生煙塵積累，激光探測腔在潔凈環(huán)境下基本無需維護(hù)。

在醫(yī)療潔凈室布置空氣采樣管，避開潔凈氣流流速較快區(qū)域。在煙氣易于聚集的區(qū)域設(shè)置采樣點。采取主動采樣的手段，避免因氣流屏障導(dǎo)致的報警延誤，以此解決空調(diào)系統(tǒng)造成的報警延誤問題。結(jié)合以上模擬結(jié)果，針對此類通過空氣調(diào)節(jié)作用保持正壓高速氣流場所的醫(yī)療潔凈手術(shù)室，宜選擇高靈敏型吸氣式感煙火災(zāi)探測器。

[1] 沈欣,陳東彪.空氣采樣感煙探側(cè)系統(tǒng)原理及應(yīng)用[C]//消防科技創(chuàng)新與社會安全發(fā)展,杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社,2014:252-256.

[2] 鄭燕宇,陸明浩.智能型極早期空氣采樣火災(zāi)探測技術(shù)探討[J].智能建筑與城市信息,2004(7):44-47.