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1、,.,)、(),、,第 23 卷第 4 期2001 年 8 月,重庆建筑大学学报Jou rnal of Chongqing J ianzhu U n iversity,V o l 23N o.4A ug.2001,文章编号:1006-7329(2001)04-0026-05对中庭设置火灾自动探测报警系统的探讨廖曙江,付祥钊,刘方(重庆大学 B 区城市建设与环境工程学院,重庆400045)摘要:目前建筑消防规范对中庭火灾自动探测报警系统的要求不完善,还不能满足实际工程的需要,针对目前存在的问题进行了讨论,根据中庭建筑形式和中庭烟气流动特点,论述了在中庭内设置火灾自动探测报警系统的必要性,并提出了
2、几项具体措施以供探讨。关键词:中庭;火灾;自动探测报警中图分类号:T K 121 文献标识码:A中庭是以建筑物内部空间为核心,综合多种功能的空间而形成的体积很大的空间,它通常贯穿多个楼层,并与各楼层相通。目前,中庭已广泛应用于写字楼、饭店、购物中心、展览馆、医院、娱乐中心、图书馆等公共场所。使用中庭的高层建筑都是大型公用建筑,其火灾特性与普通建筑火灾存在较大的差异,它具有内部空间大、使用功能复杂、火灾荷载大、人员密集、内部难以实现防火防烟分隔、火灾烟热不易排出等特点,火灾烟气一旦进入,有毒的烟气将迅速扩散,充满整个空间,并很快蔓延到与中庭相通的各楼层,加快火灾的扩展。有毒烟气的扩散,将极大影响
3、人员的安全疏散,因此中庭容易形成巨大的火灾隐患。由于中庭建筑结构的多样性和使用功能的复杂性,在防火防烟分区、火灾探测报警、自动灭火、烟气控制以及人员疏散等方面都与普通建筑有很大差别。传统的水平分区、垂直分隔的防火措施已不适合中庭火灾的特点,对中庭火灾的防治也因此具有很多特殊性。目前,对中庭火灾的发展规律、烟气流动特性、防火防烟安全设计等方面都有学者和机构进行了积极地探索,并取得了大量有价值的成果,但还没有应用于中庭的火灾自动探测报警,也没有得到足够的重视。在实际工作中如果处理不当,将直接影响火灾的早期探测和报警信号的及时发出,导致烟气扩散,延误人员的安全疏散和灭火工作的进行。如何结合中庭建筑的
4、火灾特点来选择布置探测报警系统,在建筑设计防火规范以下简称建规高层民用建筑设计防火规范以下简称高规和各种消防设计手册中都没有明确提及。在实际的设计和审核工作中,都是按照普通建筑物的火灾自动探测报警系统的规定来执行的,有的甚至没有在中庭内设置火灾自动探测报警系统,因此有必要对适合中庭建筑的火灾自动探测报警系统予以研究,为设计和审核工作提供更完善和科学的方法。1目前存在的问题1.1建规高规和消防设计中的空白点建规中没有提及中庭这种建筑形式高规中对中庭的定义不明确,对中庭形式的多样性没有体现,要求过于单一,在实际的建筑防火设计中不能给出有针对性的指导。对中庭的火灾自动探测报警系统也没有说明,只是要求
5、高度超过 100 m 的高层建筑,均应设火灾自动报警系统,但具体的设计方法却没有说明。且各种消防设计手册中只是对普通建筑物的火灾自动探测报警系统有阐收稿日期:2001-03-13基金项目:国家重点攻关项目(98-04-03)作者简介:廖曙江(1970-),男,重庆人,博士生,主要从事建筑火灾防治研究。1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.,27,第 4 期廖曙江等:对中庭设置火灾自动探测报警系统的探讨述,没有针对中庭的火灾自动探测报警系统的设计要求。根据国外对中庭火灾的调查发现,即使中庭里面没有
6、明显的火焰传播,但也存在有毒的烟气扩散,并向整幢建筑物蔓延。虽然在中庭建筑中安装的水喷淋系统能够抑制火势的扩大或阻止火焰从起火空间向四周蔓延,却不能阻止烟气向公共空间的扩散,有案例说明,当中庭内充满烟气,在能见度低于 3 m 的情况下,人们无法找到疏散通道的方位,造成了人员的巨大伤亡(如 1973 年芝加哥 H ya t t R egency O H a re 饭店火灾)。因此有必要在中庭内布置火灾自动探测报警系统,及时启动中庭排烟系统,阻止烟气扩散到整个空间内,使疏散通道保持在安全状况下。1.2现行的火灾自动探测报警系统设计不适合中庭建筑这一点主要体现在设计高度和安装位置上的不同。在现行的火
7、灾自动探测报警系统设计中,如果以房间高度来选择探测器,在房间高度大于 20 m 后,感烟、感温探测器就不适用了 1。如果以层高 3.8 m 计算,20 m 的高限只有 5 层楼的高度,而很多的中庭贯穿整个楼层,在 30 m 以上,而中庭的顶棚还是烟气聚积的主要场所,如果按照现行的火灾自动探测报警系统设计中规定探测器必须安装在顶棚的位置,那么当烟气到达中庭顶棚的时候,火灾已经发展了一段时间,有可能着火层以上有的楼层已有烟气扩散,已不能起到及时报警的作用。1.3中庭建筑与普通大空间建筑物的烟气流动特性有不同点普通大空间建筑物内火灾烟气流动的路线,如图 1 所示,一般为着火区产生的烟气向上流动直到顶
8、棚,然后沿顶棚向周围蔓延。因为建筑物的上部是开敞空间,没有人员和物品,当顶棚烟气聚积到一定程度开始沿墙向下流动时,室内人员还有安全疏散的时间和空间。中庭内部的燃烧和烟气流动特性与中庭的空间形式、开口状况、使用功能、环境状况、可燃物类别及分布、火灾荷载等因素有关。在一般情况下,如果与中庭相连的空间内着火,烟气将于着火层的顶棚边沿溢出而进入中庭,再沿中庭的一侧边缘向上流动直到中庭的顶棚。在这个过程中,烟气将会,扩散到着火层以上的楼层,当烟气在中庭上部聚积并向下扩散填充时,还可能使烟气向中庭的另外一侧蔓延,这些都将直接威胁在着火层以上楼层的人员的安全,如图 2 所示。1.4烟气填充及分层问题中庭高度
9、较高或当机械排烟系统排烟量不足时,会造成烟气在中庭内扩散并积聚。且烟气在上升过程中受喷淋水幕的降温和因高度的变化而冷却,烟气会沿中庭的边沿下降到一定高度,中庭上部将会被烟气逐渐填充满。在较高的中庭中还可能出现上部热空气温度高于烟气温度而使烟气层在中庭内比预期高度低的某一点形成,而不能自动排出,造成的烟气分层问题将影响排烟量的确定和排烟口的设置,从而影响整个排烟系统的选择和布置。如果是在较低的中庭内,烟气的下降可能会影响到人群的疏散和灭火人员的进入。目前对冷烟气填充及分层问题已有学者进行了一些研究 2 3 4,但大都停留在试验研究和经验公式上,还没有在实际的防火设计中得到体现。如何利用火灾探测器
10、来确定烟气,图 1普通建筑空气烟气流动示意图图 2中庭烟气流动示意图,层的下限和分层烟气的位置,也是值得研究的问题。1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.,28,1,重 庆 建 筑 大 学 学 报第 23 卷2中庭内的火灾自动探测报警系统中庭建筑形式的多元化和功能的重叠组合,也给自动消防报警系统提出了更高的要求。对大体积、大高度中庭的火灾自动探测的可靠度问题传统的火灾自动报警系统很难解决,有必要对适合中庭建筑的火灾自动探测报警系统予以研究。2.1自动探测报警器的选择自动探测报警器要做到及时、准确
11、地报警,并且能长期稳定高效的运行,必须要考虑建筑空间的几何形状、可能发生的火灾类型和存在的火灾危险性等条件,最重要的是应考虑准备安装探测器的房屋结构和高度,因为着火部位和探测器之间的距离发生变化时,物质燃烧产生的烟、热和火焰,会影响各种探测器的应用。感烟式探测器,对燃烧速度缓慢的初期火灾最为适宜,因为它对火灾初期产生的大量烟雾能够在短时间内作出响应。对以烟气流动为主的中庭,应该选择感烟式探测器。目前国际上较通用的一种办法是在中庭内每隔 10 m 左右的间距布置一对自动红外对射型火灾探测器,但由于来自日光和人工光源的影响,这种方式在有采光功能的中庭内不适合,且在截面尺寸较大的空间内,其可靠性也受
12、到置疑,此类中庭最好选用点型(离子、光电)感烟式探测器,而在内置式中庭内,可在合适的情况下选用线型(激光、红外光束)感烟式探测器。当火势扩大,温度不断升高,感温式探测器才能发挥作用,因此此类探测器在中庭内主要布置在顶棚,当顶棚空间温度或温度上升速率达到达到一定值时,就发出报警信号,并同时启动喷淋保护。同时应考虑到日常运行中,建筑物内部用能设备和人群的散热及太阳辐射热都汇集到中庭的顶部,感温式探测器的温度设定值要综合考虑。由于 CO 是火灾烟气的主要产物,也是危害人员生命的主凶,当可见烟气被发现时,CO 可能早就扩散到人员所在区域,在火灾案例中,常有当人们发现浓烟时,有人已经因吸入 CO 而无力
13、逃生。因此,有必要在人员密集场所布置 CO 探测器。如果在中庭内放置有易燃可燃物品,为了预报早期火灾,可在中庭内布置火焰探测器,对夜间火灾探测非常有效。火灾探测器、火灾报警器宜选用同一厂家的配套产品。2.2自动火灾探测器的布置通常自动探测器都布置在房间的顶棚上,但由于中庭空间的特殊性,在火灾初期产生的大量烟气扩散到顶棚需要一定时间。如果感烟式探测器布置在中庭的顶棚上,那么就不可能对初期火灾作出及时反,应,同时考虑到中庭烟气的扩散路线,如图 3,所以沿中庭竖向布置感烟式探测器是有必要的,可以在中庭的周边布置对小颗粒烟雾敏感的离子感烟式探测器,顶棚布置对大颗粒烟雾敏感的光电感烟式探测器及感温式探测
14、器。考虑到类似贴附式中庭 3 只有一侧与建筑物相连,同时考虑到烟气的填充和分层特性,可在靠室外侧布置竖相移动式离子感烟式探测报警器,可以在火灾时明确烟气层下降到的位置,并通知其它消防报警设备。火灾探测器数量的确定,在中庭顶棚的感烟、感温探测器的数量可以按照下式确定:N S KA其中:N 探测区域内所需设置的探测器数量;S 探测区域的 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.,图 3中庭烟气扩散示意图图 4中庭探测器测点布置示意图,29,第 4 期廖曙江等:对中庭设置火灾自动探测报警系统的探讨面积;
15、A 探测器的保护面积;K 修正系数,重点保护的建筑取 0.7 0.9,非重点保护的建筑取 1.0。这是普通建筑物的火灾探测器数量选择式,由于中庭烟气填充主要在上部,因此可以参照执行。但 S 的确定要以中庭上部的截面积来取值。对于竖向布置的感烟探测器,由于各种中庭有其不同的结构形式,推荐以层高为间距逐层布置,数量和位置的确定应该根据中庭的截面形状和周边长度来综合考虑,可以根据顶棚感烟探测器的安装位置向四周辐射的方式来确定,如图 4。综合上述两点,将适合中庭的火灾探测器的选择和布置列表如下:,探测器类型,适用中庭类型,布置位置,感烟式,离子式光电式,所有中庭内置式,中庭四周中庭上部或顶棚,感温式点
16、型火焰探测器,所有中庭内置式、高度20 m内置式、高度20 m,中庭顶棚中庭顶棚中庭高度 1 2 墙上,2.3自动报警装置与其它消防设备的联控一套简单的火灾自动报警系统是由如图 5 所示的各部分组成:火灾自动报警装置与其它消防设备的联控涉及智能化控制方面的技术,火灾自动报警装置不仅能起到报警的作用,而且报警信号应该给出火势程度、烟气特性和途径、烟气层位置、火源位置及火焰蔓延途径等信息,并且能够控制消防报警设备的启动。在中庭内,主要是与中庭内的防排烟系统的联控功能,一旦有自动探测器探测到,火灾烟气信号,报警信号在消防控制中心的显示屏上就应该有此信,图 5火灾自动报警系统图,号在中庭内的确切位置,
17、确定不是误报警后(此时建筑物内的火源空间可能已报警并自动灭火装置和防排烟系统已启动),就启动中庭排烟系统,当自动探测报警器探测到中庭内的烟气层下降到一定规定位置,就加大风机转速,开大排烟风道风门,增大排烟量,当烟气被稀释后,又能自动降低转速,这对保证疏散通道的安全和节能有积极意义。对用钢结构顶棚的中庭内的感温探测器发出信号时,说明顶棚的安全受到威胁,则顶棚喷淋系统启动加以保护。3结束语从中庭火灾的实例分析及中庭火灾的危害性来看,在中庭内设置火灾自动报警系统是有必要的,根据中庭火灾烟气流动特性来指导火灾自动报警系统的设计是科学合理的。具体的设计方法还需在实践中加以完善。目前,我国的火灾探测技术一
18、直处于不断发展之中,出现了多元复合探测,光电感烟探测,以及因激光技术的应用而发展的新型火灾探测设备:如吸气式探测器、分布式光纤测温感温探测器等,新的探测技术的发展进一步拓展了火灾探测的应用领域,为一些传统探测器无法胜任的环境提供了有效的手段。随现代建筑形式的发展,在实际的应用中还将遇到新的课题,必须 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.,LI,U,AO Shu 2jiang,FU X iang 2zhao,L I Fang,ing to the fo rm s of a t rium and
19、the cha racters of ga s flow,an A u to-D etect ion and A la rm Sy stem,su itab le fo r the a t ria is invest iga ted.T he a i of th is p ap er is to d iscu ss the p erfect design m ethod,m,fo r the A u to-D etect ion and A la rm Sy stem s in A t ria.,Keywords:a t ria;fire;au to detect ion and a la r
20、m sy stem,1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.,30,S.,S.,.J.,.J.,S.,S.,重 庆 建 筑 大 学 学 报第 23 卷将建筑火灾特性和火灾探测技术相结合,不断追踪防灾领域的新技术,并应用于工程实践中,使人们的生产、生活环境更加安全。,参考文献:,1 建筑灭火设计手册 北京:中国建筑工业出版社,1997.,2 Gu ide fo r Sm oke M anagem en t System s in M a lls A tria,and L a rge A rea s,
21、N FPA 92B.1995,U SA.3 曾杰,韩巍 中庭建筑的分析与防火设计的对策 消防技术与产品信息,2000,(5):5-8.,4 李元洲,霍然,等 中庭火灾中烟气充填特点的研究 中国科学技术大学学报,1999,29(5):590-594.5 高层民用建筑设计防火规范(GB 50045-95)1995.6 建筑设计防火规范(GBJ 16-87)1997.,D iscussion on the Auto-D etection and A larm System s in A tr ia,(Facu lty of U rban Con struction,Chongqing U n iversity B,Chongqing 400045,Ch ina),Abstract:B ecau se the p resen t A rch itectu re F irep roofing T echn ique C riterion fo r A u to-D etect ion,and A la rm Sy stem s in A t ria is one w ith fau lt s,it cant sa t isfy the need s of p ract ica l u se.A cco rd2,
