地铁项目中高大空间区域双鉴式成像烟雾探测技术研究.pdf
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1、消防设备研究Fire Science and Technology,December 2023,Vol.42,No.12地铁项目中高大空间区域双鉴式成像烟雾探测技术研究葛婧雯1,余增2(1.宁波市消防救援支队,浙江 宁波 315000;2.霍尼韦尔智能建筑科技集团,广东 深圳 518066)摘要:分析了红外线型光束烟雾探测技术、极早期吸气式烟雾探测技术及双鉴式成像线型光束烟雾探测技术的各自特点,对其在应用中存在的优缺点进行对比分析。结合地铁项目中高大空间区域对火灾探测系统的特殊要求,对 3 种烟雾火灾探测系统进行深入论证,就其在该区域内应用的各自的适用性进行了对比分析、研究。以宁波地铁 5 号
2、线一期项目中某高大空间区域采用的双鉴式成像线型光束烟雾探测系统设计为例,结合现场实测的有关灵敏度、干扰源、遮挡源、外部光源抗干扰等技术数据进行分析,总结了双鉴式成像线型光束烟雾探测技术在地铁项目中高大空间区域应用所具有的优势。关键词:地铁;烟雾探测技术;火灾探测器;火灾报警中图分类号:U231.96;U270.389 文献标志码:A 文章编号:1009-0029(2023)12-1714-05近年来,随着我国城市公共设施、大型购物场所及娱乐场所的不断兴建,高大空间场所的消防安全逐渐被社会关注和重视。在高大空间场所(如机场、火车站、体育馆、大型购物中心等),传统的烟雾探测技术遇到了挑战。受建筑结
3、构位移、沉降和振动等影响,调试校准后的传统线型光束感烟火灾探测器1容易发生光路偏移,失去了对烟雾进行有效探测和报警的能力;灰尘、飞虫和雾气等干扰物容易引发误报警;传统线型光束感烟火灾探测器安装精度要求高,调试校准困难,费时费力;图像型火焰探测器对于火灾初期就出现大量烟雾的场所无法做到及时探测。各国科研人员一直在针对高大空间场所火灾探测领域进行深入研究,使该方面的技术不断创新和完善。近年来较大的突破是双鉴式成像线型光束烟雾探测技术的推出,该技术通过不同波长的特定强度红外光和紫外光信号与 COMS 感光芯片相结合,破解了单光束火灾探测系统由于各种外界干扰因素而引起的误报难题,解决了调试校准困难的问
4、题,实现了对被保护区域更全面、更可靠、一对多的立体式防护。1大型开放空间火灾探测技术选择根据 GB 50116-2013 火灾自动报警系统设计规范的相关条款,红外线型光束烟雾探测技术、极早期吸气式烟雾探测技术、双鉴式成像线型光束烟雾探测技术等均符合高大空间火灾探测系统的选型要求2。1.1红外线型光束烟雾探测系统红外线型光束烟雾探测系统由发射端和接收端(或反射板)组成,标准工作电压通常为 DC 24 V,该系统的探测技术是利用烟雾粒子对光的遮挡或散射导致红外光束强度产生变化的原理进行火灾探测3。通过硬接线的方式将探测器的故障、火警无源干接点信号连接至监视模块,最终将监视模块连接至火灾自动报警系统
5、4,从而形成一套功能齐全、有效的报警系统,见图 1。红外线型光束烟雾探测系统早期更多地被应用于国内轨道交通行业,尤其在地铁车辆段或停车场,红外线型光束烟雾探测系统得以广泛应用。1.2极早期吸气式烟雾探测系统极早期吸气式烟雾探测系统由空气采样管网、火灾报警装置及显示控制单元构成,见图 2。该系统的探测技术是通过其内部5的吸气单元进行主动式抽吸空气,使采集的空气样品流经采样管网,并流经过滤组件滤去大颗粒物后传送至探测单元进行光电转换分析,最后通过显示单元将实时的烟雾浓度、报警状态、故障状态呈现出来。通常情况下,极早期吸气式烟雾探测系统采样管网中的每个采样孔的探测范围参考传统点式感烟火灾探测器6的取
6、值范围。近年来,极早期吸气式烟雾探测系统已被广泛地用于电力与通信机房、烟草库房、机场、轨道交通、会展中红外接收器红外发射器红外接收器内部结构图IN监视IN模块信号回路线火灾自动报警主机S+S-+24 V-24 VIN监视IN模块NCCOMNOCOMREST BUT+24 V-24 V图 1线型光束烟雾探测系统构成示意图Fig.1 Schematic diagram of the composition of the linear beam smoke detection system采样孔进气细节采样孔采样管空气样品探测器图 2极早期吸气式烟雾探测系统构成示意图Fig.2 Schematic
7、diagram of the composition of the very early aspirated smoke fire detection system心、文博馆、仓储物流、监狱、医疗养护中心等各类场所。尤其在轨道交通行业,极早期吸气式烟雾探测系统不仅被用于对列车车厢的探测保护,还被用于对地铁的车站站厅、站台、场段、变电主所的探测保护7。1.3双鉴式成像线型光束烟雾探测系统双鉴式成像线型光束烟雾探测系统由发射器和成像器(接收器)组成,一个成像器可以配对多个发射器,标准工作电压通常为 DC 24 V,该系统的工作原理与红外线型光束烟雾探测系统相似,均是利用光束强度的变化识别火灾8,不
8、同点则是双鉴式成像线型光束烟雾探测系统是通过测量被保护区域内的 2 种光波的衰减差值来探测烟雾。通过硬接线的方式将探测器的故障、火警无源干接点信号连接至监视模块,并将复位信号连接至控制模块,最后将监视模块与控制模块连接至火灾自动报警主机,组成探测报警系统。系统示意图见图 3。双鉴式成像线型光束烟雾探测系统如同红外线型光束烟雾探测系统,较适用于高大空间,如机场、火车站、地铁、体育场及购物中心等场所,而针对一些特殊环境以及对火灾探测技术提出严峻挑战的场所9,如灰尘较大、少量水汽、环境光干扰、建筑结构小幅振动或位移的场所,双鉴式成像线型光束感烟火灾探测器同样适用。2火灾探测技术比对分析针对红外线型光
9、束烟雾探测系统、极早期吸气式烟雾探测系统、双鉴式成像线型光束烟雾探测系统的火灾探测技术,以下结合 3 种探测系统的技术原理及应用特点,从 6个方面进行了深入的比对分析。2.1探测辨析烟雾的光源红外线型光束烟雾探测系统采用的是红外单光源火灾探测技术,极早期吸气式烟雾探测系统采用的是激光光源火灾探测技术,双鉴式成像线型光束烟雾探测系统采用的是红外、紫外双波段光源火灾探测技术。其中,红外单光源和激光光源均为单光源探测方式,无法识别其光束路径中是烟雾颗粒还是灰尘颗粒,红外与紫外双波段的光源探测方式则可识别出光束路径中的颗粒类型。2.2探测灵敏度与烟雾报警阈值红外线型光束烟雾探测系统、双鉴式成像线型光束
10、烟雾探测系统、极早期吸气式烟雾探测系统的探测灵敏度分别是低、中、高,它们的烟雾报警阈值分别是不可调、多级可调、四级报警输出连续可调。2.3覆盖范围红外线型光束烟雾探测系统通常采用的是 1 个接收器对应 1个发射器的单一空间探测方式,极早期吸气式烟雾探测系统通常情况下采用的是建筑顶部探测方式,双鉴式成像线型光束烟雾探测系统采用的则是 1 个成像器对应最多 7个发射器的一对多立体式覆盖空间探测方式。2.4抗干扰与抗误报能力红外线型光束烟雾探测系统易受外界光源、灰尘、水汽、雾霾、震动位移的干扰影响,从而易导致系统出现经常性的误报警;极早期吸气式烟雾探测系统通常情况无法对灰尘、雾霾、水汽进行有效识别,
11、但不受外界光源与震动位移的影响;双鉴式成像线型光束烟雾探测系统不受外界光源、灰尘、水汽、雾霾、震动位移的干扰影响。2.5系统接口红外线型光束烟雾探测系统接口通常是封闭的,需与指定品牌的火灾报警控制器相连;极早期吸气式烟雾探测系统接口对外开放,可通过继电器输出点实现与任意品牌的火灾报警控制器相连;双鉴式成像线型光束烟雾探测系统接口对外完全开放,可通过输出端子实现与任意品牌的火灾报警控制器相连。2.6安装与维护便捷度红外线型光束烟雾探测系统安装期间需要花费大量时间进行校准工作,后期也需经常对探测系统进行清洁与校准。极早期吸气式烟雾探测系统因需要安装大量采样管路,施工量大,根据不同的使用环境,需对采
12、样管路与过滤器进行定期的保养维护,采样管路也常因施工质量不佳的因素导致断裂,给后期维护带来不便。双鉴式成像线型光束烟雾探测系统安装方式较为灵活,无须精确校准,可轻松完成安装与调试工作,采用不沾灰纳米涂层技术,使探测器维护周期大大延长。3双鉴式成像线型光束烟雾探测技术优势每个双鉴式成像线型光束烟雾探测系统都由 1 个成像器和最多 7 个发射器(位于保护区域内)组成。发射器安装在成像器的视场内,每个发射器将包含一系列红外(IR)和紫外(UV)光脉冲的广角光束投射至成像器。每个发射器的光脉冲序列各不相同,从而避免了相互干涉,使成像器能够拒绝任何其他干扰光。不同波长的 IR 光和 UV 光与烟雾颗粒和
13、灰尘颗粒之间的相互作用不同。波长较短的 UV 光与烟雾颗粒和灰尘颗粒发生强烈作用,而波长较长的 IR 光则主要受到灰尘颗粒的影响。发射器成像器成像器内部结构图故障火警复位电源DIPAB+-NCCOMNONCCOMNO+-+-+-IN监视IN模块IN监视IN模块IN监视IN模块火灾自动报警主机S+S-信号回路线DC24 V光源+-图 3双鉴式成像线型光束烟雾探测系统构成示意图Fig.3 Schematic diagram of the composition of the dual discrimination imaging linear beam smoke detection system
14、1714消防科学与技术2023年 12 月第 42 卷第 12 期心、文博馆、仓储物流、监狱、医疗养护中心等各类场所。尤其在轨道交通行业,极早期吸气式烟雾探测系统不仅被用于对列车车厢的探测保护,还被用于对地铁的车站站厅、站台、场段、变电主所的探测保护7。1.3双鉴式成像线型光束烟雾探测系统双鉴式成像线型光束烟雾探测系统由发射器和成像器(接收器)组成,一个成像器可以配对多个发射器,标准工作电压通常为 DC 24 V,该系统的工作原理与红外线型光束烟雾探测系统相似,均是利用光束强度的变化识别火灾8,不同点则是双鉴式成像线型光束烟雾探测系统是通过测量被保护区域内的 2 种光波的衰减差值来探测烟雾。通
15、过硬接线的方式将探测器的故障、火警无源干接点信号连接至监视模块,并将复位信号连接至控制模块,最后将监视模块与控制模块连接至火灾自动报警主机,组成探测报警系统。系统示意图见图 3。双鉴式成像线型光束烟雾探测系统如同红外线型光束烟雾探测系统,较适用于高大空间,如机场、火车站、地铁、体育场及购物中心等场所,而针对一些特殊环境以及对火灾探测技术提出严峻挑战的场所9,如灰尘较大、少量水汽、环境光干扰、建筑结构小幅振动或位移的场所,双鉴式成像线型光束感烟火灾探测器同样适用。2火灾探测技术比对分析针对红外线型光束烟雾探测系统、极早期吸气式烟雾探测系统、双鉴式成像线型光束烟雾探测系统的火灾探测技术,以下结合
16、3 种探测系统的技术原理及应用特点,从 6个方面进行了深入的比对分析。2.1探测辨析烟雾的光源红外线型光束烟雾探测系统采用的是红外单光源火灾探测技术,极早期吸气式烟雾探测系统采用的是激光光源火灾探测技术,双鉴式成像线型光束烟雾探测系统采用的是红外、紫外双波段光源火灾探测技术。其中,红外单光源和激光光源均为单光源探测方式,无法识别其光束路径中是烟雾颗粒还是灰尘颗粒,红外与紫外双波段的光源探测方式则可识别出光束路径中的颗粒类型。2.2探测灵敏度与烟雾报警阈值红外线型光束烟雾探测系统、双鉴式成像线型光束烟雾探测系统、极早期吸气式烟雾探测系统的探测灵敏度分别是低、中、高,它们的烟雾报警阈值分别是不可调
17、、多级可调、四级报警输出连续可调。2.3覆盖范围红外线型光束烟雾探测系统通常采用的是 1 个接收器对应 1个发射器的单一空间探测方式,极早期吸气式烟雾探测系统通常情况下采用的是建筑顶部探测方式,双鉴式成像线型光束烟雾探测系统采用的则是 1 个成像器对应最多 7个发射器的一对多立体式覆盖空间探测方式。2.4抗干扰与抗误报能力红外线型光束烟雾探测系统易受外界光源、灰尘、水汽、雾霾、震动位移的干扰影响,从而易导致系统出现经常性的误报警;极早期吸气式烟雾探测系统通常情况无法对灰尘、雾霾、水汽进行有效识别,但不受外界光源与震动位移的影响;双鉴式成像线型光束烟雾探测系统不受外界光源、灰尘、水汽、雾霾、震动
18、位移的干扰影响。2.5系统接口红外线型光束烟雾探测系统接口通常是封闭的,需与指定品牌的火灾报警控制器相连;极早期吸气式烟雾探测系统接口对外开放,可通过继电器输出点实现与任意品牌的火灾报警控制器相连;双鉴式成像线型光束烟雾探测系统接口对外完全开放,可通过输出端子实现与任意品牌的火灾报警控制器相连。2.6安装与维护便捷度红外线型光束烟雾探测系统安装期间需要花费大量时间进行校准工作,后期也需经常对探测系统进行清洁与校准。极早期吸气式烟雾探测系统因需要安装大量采样管路,施工量大,根据不同的使用环境,需对采样管路与过滤器进行定期的保养维护,采样管路也常因施工质量不佳的因素导致断裂,给后期维护带来不便。双
19、鉴式成像线型光束烟雾探测系统安装方式较为灵活,无须精确校准,可轻松完成安装与调试工作,采用不沾灰纳米涂层技术,使探测器维护周期大大延长。3双鉴式成像线型光束烟雾探测技术优势每个双鉴式成像线型光束烟雾探测系统都由 1 个成像器和最多 7 个发射器(位于保护区域内)组成。发射器安装在成像器的视场内,每个发射器将包含一系列红外(IR)和紫外(UV)光脉冲的广角光束投射至成像器。每个发射器的光脉冲序列各不相同,从而避免了相互干涉,使成像器能够拒绝任何其他干扰光。不同波长的 IR 光和 UV 光与烟雾颗粒和灰尘颗粒之间的相互作用不同。波长较短的 UV 光与烟雾颗粒和灰尘颗粒发生强烈作用,而波长较长的 I
20、R 光则主要受到灰尘颗粒的影响。发射器成像器成像器内部结构图故障火警复位电源DIPAB+-NCCOMNONCCOMNO+-+-+-IN监视IN模块IN监视IN模块IN监视IN模块火灾自动报警主机S+S-信号回路线DC24 V光源+-图 3双鉴式成像线型光束烟雾探测系统构成示意图Fig.3 Schematic diagram of the composition of the dual discrimination imaging linear beam smoke detection system1715Fire Science and Technology,December 2023,Vol
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