極早期煙霧報警系統在博物館的應用

羅萬鑫

（山東博物館，山東濟南 250014）

0 引言

博物館與一般的公共建筑相比，具有人員密集、空間結構復雜、電氣線路多、人員疏散困難等問題。最主要的是一旦火災發生，采用常規滅火方式會損壞書畫類文物，造成巨大的經濟損失。基于這個原因，極早期煙霧報警系統（又名空氣采樣系統）開始進入視野，該系統最早應用于電信行業和工廠的數據計算機機房，由于性能安全可靠，穩定性強，探測靈敏度高逐漸得到了廣泛的應用。目前，國內使用最多的是：Xtralis（艾克利斯）公司的Vesda 系統，Airsense analytics（愛森思）生產的airsense，福莫斯特公司的fmst 系統（該公司已被xtralis 公司收購），Vagner（瓦格納）公司的TITANUS 系列極早期煙霧探測報警系統。

為確保消防安全，某博物館在重要的展廳、計算機數據中心以及文物庫房內部安裝了空氣采樣系統作為探測手段，結合空氣采樣系統的實際情況，以Vesda 系統為例介紹其基本原理、優點、安裝及維護保養注意事項以及在博物館的應用。

1 項目概況

某博物館共5 層，建筑面積8.29 萬m2。書法、繪畫展廳位于第2 層，層高8.4 m，計算機數據機房及文物藏品庫層高6.5 m。建筑結構為混凝土框架結構，耐火等級1 級。

2 空氣采樣系統

Vesda（Very early smoke detection apparatus，非常早期的煙霧探測設備）是一種快速反應的主動吸氣式報警系統，可在火災初始階段，即未出現可見煙和明火的時候就作出反應，是大空間中煙和其他污染物探測的比較有效的方法。

2.1 系統組成

Vesda 系統主要是由UPS 電源、探測器主機和空氣采樣管路3 部分組成。探測器由吸氣泵、過濾器、激光探測腔、控制電路、顯示電路等組成。

2.2 工作原理

利用高效率吸氣泵，配合管網式采樣管道，主動連續地從保護區域內抽取空氣樣品，樣品經過濾器濾掉灰塵后，進入探測器內部的激光探測腔，在里面受到高強度寬光譜光源的照射。入射光受到樣品中懸浮顆粒的散射，高靈敏度固態接收器接收到的直射光減少，根據接收到的照射光強弱變化，測量出空氣樣本中的煙粒子量，計算生成并輸出空氣樣品中煙粒子濃度的數值，以obs/m（每米遮光率）單位表示。該數值可實時顯示在顯示模塊或監控軟件中，當該數值達到預設的報警閾值時，現場探測器發出報警信號。該報警信號可在顯示模塊或監控軟件中顯示，并可通過輸入模塊傳輸給火災報警聯動控制器。

2.3 系統的優點

（1）高靈敏度。具有極高的靈敏度和寬度調節范圍（0.005%～20% obs/m），而傳統煙感的靈敏度僅為3%～5% obs/m。

（2）抗干擾能力強，防誤報能力強。

（3）探測范圍寬。采用激光散射和粒子統計技術，探測到的粒子直徑0.01～20 μm。

3 主要設計依據及原則

3.1 主要設計依據

GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》，GB 50016—2014《建筑設計防火規范》，GB 50166—2016《火災自動報警與施工規范》，DB37/T 386—2004 山東省《吸氣式感煙火災報警系統設計施工、驗收規范》，DG/TJ 082048—2008 上海市《民用建筑電氣防火設計規程》，DB 11/1026—2013 北京市《吸氣式感煙火災報警系統設計施工、驗收規范》。

3.2 空氣采樣系統選擇原則和設置要求

3.2.1 選擇原則

目前，國家沒有出臺統一的針對吸氣式感煙火災探測器的設計、施工、驗收國家標準，根據DB37/T 386—2004、DG/TJ 082048—2008 以及DB11/1026—2013 規范，說明空氣采樣早期探測報警系統的選擇原則。

空氣采樣系統主要用于火災初期產生煙霧，需要早期和極早期火災探測的場所，保護對象根據其使用性質、重要程度、火災危害性等分為以下類別：①具有高空氣流量的場所，如數據中心、電信機房、控制中心等；②大空間或有特殊要求的場所，如機場/火車站大廳、劇院、體育館等；③低溫場所，如冷庫等；④需要進行隱蔽探測的場所，如古建筑、博物館、藝術館等。

3.2.2 設置要求

（1）報警區域和探測區域的劃分：每臺探測器的保護區域不應跨越防火分區，一個獨立的報警區域不宜超過2000 m2，一個獨立的探測區域不宜超過500 m2；每個探測區域采樣孔數量不得小于2 個。

（2）普通靈敏度探測器采樣孔安裝高度不應超12 m，較高靈敏度探測器不宜超過16 m。

（3）一臺探測器的采樣管總長不宜超過200 m，單管長度不宜超過100 m。

4 展廳、機房以及文物庫房火災因素分析

書法、繪畫類展廳以及文物庫房內存放的主要為展柜及各類文物，計算機數據中心主要物品為電腦、路由器等，最易引發火災的因素是漏電、超負荷、短路等。

5 空氣采樣系統的應用

以書法展廳為例，展廳長32.8 m、寬32.8 m、高8.4 m，防火面積約1000 m2。按照GB 50116—2013《火災自動報警系統設計規范》的要求，該展廳在高6 m 的位置制作吊頂將展廳分為上下兩個探測區域，上層區域安裝感煙探測器，下層區域采用空氣采樣系統，作為極早期探測手段隱蔽安裝在吊頂內。用VesdaAspire2 管網設計軟件驗證設計計算。

管道類型：Asiacap，探測器類型：VLP-400-CH（VESDA VLP），氣泵轉速3600 r/min，溫度20 ℃，絕對壓力101.35 kPa，系統流量63.3 L/min，管道入口壓力201 Pa，管道總長188 m，采樣孔數量24，最大傳送時間83 s，最小采樣孔流量2.0 L/min，火警閾值0.015% obs/m。

Balace Date：缺省組總靈敏度0.015% obs/m，平衡性63%，最小吸引壓力159 Pa，端蓋靈敏度系數0。

管道P1：總長51 m，環境壓力0 Pa，管道壓力201 Pa，采樣孔數量6，管道流量15.6 L/min。段1：管道直徑21.0 mm，測算數據見表1。

同理，可計算出管道2、管道3 和管道4 的數據。

根據軟件計算驗證，用4 根內徑21 mm 的采樣管（管間距8.2 m），每根采樣管道安裝6 個采樣孔（孔間距6 m），在室溫20 ℃下，吸氣泵3600 r/min 的條件下，煙霧傳輸的最長時間（從最遠采樣孔吸入煙霧）為83 s，大大優于規范要求的120 s。系統整體靈敏度可以達到0.015% obs/m，為實際報警閾值的設定預留了很大的靈活空間（通常預警的報警閾值設定≥0.08% obs/m）。符合規范要求，滿足該展廳早期預警需求。

表1 管道1 計算數據

同樣方法計算驗證計算機數據中心及文物庫房。

6 維護保養注意事項

Vesda 激光探測裝置正常可以8 年免維護，相比普通煙感需定期清洗和校準，降低了維護成本，主要維護事項如下：

（1）每半年清理采樣管道。規范規定采用壓縮空氣進行吹掃，實際使用過程中，使用壓縮空氣吹掃后，灰塵依然存留在庫房內，改為真空泵清理，管道內的灰塵被真空泵吸走，減少庫房內灰塵。

（2）每3 年更換備用蓄電池，保證備電正常。

（3）每年檢查二級過濾器，根據實際情況更換。

7 結束語

極早期煙霧報警系統以其高靈敏度和高穩定性，為消防控制室人員提供早期預警，對預防火災具有積極意義。該博物館已將極早期煙霧報警系統信號與自動火災報警系統主機相連接，實現了多重火災監控。從實際使用效果看，極早期煙霧報警系統是一種行之有效的探測手段，值得各博物館借鑒應用。