施工组织吸气式烟雾探测火灾报警系统在数据中心工程设计中的应用研究工程硕士论文整理初稿

1、分类号密 级 UDC硕士专业学位论文吸气式烟雾探测火灾报警系统在数据中心工程设计中的应用研究Application Research for Fire Alarm System of Smoke Detection based on Air Absorbability Applied to Data Center Engineering Design刘 洋 送审稿指 导 教 师 韩宁 教授 曹葆生 副教授 申请学位级别 工程硕士 研 究 方 向 电气工程 论文提交日期 2008 年10 月 论文答辩日期 2008 年12 月 学位授予日期 2009 年7 月 答辩委员会主席:评阅人:北 京 林

2、 业 大 学I摘要独 创 性 声 明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京林业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意签 名:日 期: 关于论文使用授权的说明本人完全了解北京林业大学有关保留使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印缩印或其它复制手段保存论文(保密的论文在解密后应遵守此规定)签

3、名: 导师签名: 日期: 摘要摘要随着计算机技术的日益完善应用广泛,信息数据在国民经济各个领域发挥着举足轻重的作用,作为这些信息数据的存储交换处理的场所,数据中心(数据机房)作为信息时代一种新型建筑应用形式在我国大量涌现,这一类业态具有价值高设施精密不允许间断服务的特点,对机房重地的安全性之一火灾探测系统提出更高级需求,并要求电气设计使用新技术新产品适应这种需求本课题在同类技术对比实验的基础上通过一种比现有火灾报警设备更加先进更加灵敏更加适合机房特殊环境的新一代火灾报警控制器吸气式烟雾探测火灾报警系统的设计方法讨论,解决数据中心火灾防范问题,保证数据中心设施业务的持续运转,并在火灾和烟雾破坏预

4、防中发挥重要作用,以期通过典型项目的成功实施与模拟测试推动这种新型高技术含量的消防自动化系统在我国民用建筑防火工程领域的应用关键词:数据中心 吸气式烟雾探测 遮光率 覆盖面积AbstractApplication Research for Fire Alarm System of Smoke Detection based on Air Absorbability Applied to Data Center Engineering DesignLiu YangDirected by Prof. Han Ning & Assoc. Prof. Cao BaoshengAlong with pe

5、rfection increasingly and extensive use of computer technology, information data plays an important role in all aspects of national economy. As the site for storaging, exchanging and processing of foresaid information data, data center (data room) large comes to the fore as a new kind of building ap

6、plication types, and this type of industry possesses the features of high value, precision facility, unallowable interrupt service, so higher requirements for fire hazard detecting system is put forward, and requests electrical design could adapt this kind of demand through using new technology and

7、new products.The purpose of the study is to research and solve the fire preventing, and guarantee continuous service for facilities and business of data center, and play an important role in fire preventing and smoke destruction preventing, through using air-breathing smoke detect fire hazard system

8、, that kind of system is more sophisticated, sensitive and better than the existing fire alarm equipment, and the new system could adapt better to special environment of data room. This paper expects that the successful accomplishment of typical project could promot the use of new hign technological

9、 system in fire protection scope of civil architecture.Key words: Data center; Air-breathing smoke detection; Shading ratio; Coverage area目录目录摘要IABSTRACT目录前言11课题的基础研究.2 1.1研究的必要性.21.1.1火灾的危害.21.1.2烟雾污染的危害.31.1.3吸气式烟雾探测火灾报警系统的国内外应用现状.41.2火灾形成的电气原因分析.41.3数据中心火灾防范特点.72传统的火灾烟雾探测系统.9 2.1传统火灾烟雾探测器工作原理.9 2

10、.2传统点式烟雾探测器应用的局限性.113吸气式烟雾探测火灾报警系统.143.1系统构成.143.2遮光率.163.3电线燃烧实验.173.4 VESDA烟雾探测器在数据中心的使用特点.173.5 VESDA组网(VESDAnet).214性能对比实验.234.1测试目的.234.2测试场所.234.3探测器及采样孔的布置.244.4依照标准.274.5测试方法.274.6测试过程.274.7测试结果.284.8测试结论.295吸气式烟雾探测火灾报警系统设计方法.305.1超越传统设计的技术.305.2覆盖面积.315.3灵敏度.336基于探测性能优化的典型设计及其性能评估.346.1 概述.

11、346.2 项目背景情况简介.346.3 探测系统选择及测试目的.356.4 系统设计.366.4.1几何结构图形及通风状况.366.4.2 VESDA系统在控制大厅的设计方案.366.4.3性能的模拟预测.396.4.4性能预测结论.44结论.45参考文献.46个人简介.47第一导师简介.48第二导师简介.49致谢.50III个人简介前言吸气式烟雾探测火灾报警系统最早由澳大利亚Xtralis Pty Ltd.公司提出,经过十几年的发展已经成为全世界空气采样烟雾探测领域的领导者,该公司生产的专利产品VESDA已在世界范围内安装了二十多万套它能够轻松超越各种烟雾探测难题,应用环境从洁净到肮脏从低

12、温到高温从小型区域到高大开放空间从航空运输到轨道交通从古代建筑到现代建筑为用户提供可靠的极早期烟雾探测报警,保护生命和财产安全,远离火灾困扰但是吸气式烟雾探测火灾报警系统在我国的应用发展速度较慢,到目前为止国内的火灾报警系统仍以传统的点式烟雾探测设备为主,还没有自主产权的相关产品及相关国家规范,对吸气式烟雾探测火灾报警系统的应用范围及相关设计要求还有待市场的认可与了解随着我国经济的高速发展,基础建设也呈现加速发展趋势,特别是以08年奥运会为契机,国内特殊建筑如数据中心(本课题所指的数据中心除大型的数据中心建筑外还包括数据机房资料室数据库等)体育场馆交通枢纽大型仓储及其他具有高大开放空间的建筑工

13、程大量开工,为吸气式烟雾探测火灾报警系统的应用提供了广阔空间日前上海市消防局针对物流仓储行业出台了新的消防规范,明确要求“仓库内应设置空气采样烟雾报警等早期火灾报警系统”,北京市规划委员会及北京市公安局也联合颁布了吸气式烟雾探测火灾报警系统设计施工及验收规范,尽管两个标准都为地方法规,但是已经说明该系统已经在特殊行业的防火领域得到了认可因此吸气式烟雾探测火灾报警系统在不同领域的应用方法及实例,对该系统的发展及工程设计人员有较高的借鉴价值1课题的基础研究1.1研究的必要性1.1.1火灾的危害随着社会的发展和进步,以及现代科技及信息产业的飞速发展,人们对书籍资料和数据(印刷版本电子版本电脑数据库等

14、)的兴趣和需求越来越强烈,已经成为我们日常工作和生活的重要组成部分,为我们提供了知识和乐趣资料和数据以及信息等服务,我们对其的依赖也变得日趋强烈与过去的情况相比,数据中心(资料库机房数据库)的设施越来越先进,功能越来越完备,造价也变得越来越昂贵,所以这些场所内部设施的一次很小的火灾都会造成非常严重的损失这就为该类建筑或设施的火灾防范提出了更高的要求,因为这些损失其中不但包括建筑物及设施本身的损失,而且由此引发的包括珍贵的文史图书资料和数据的损毁以及信息服务中断所带来的损失将是不可估量的我们试想,大到一个城市的通讯或银行的数据系统,小到公司学校的数据机房一旦发生火灾造成损毁,会给我们的工作生活造

15、成多大的不便及损失这些数据的重要性以及其在各个行业链当中的重要作用,就像美国的银行的次贷业务,一旦发生发问题,导致的不仅仅是几家金融巨头的相继倒闭,更是使美国金融业遭遇百年一遇的危机,并向全球蔓延,这些都是我们这个时代的人正在亲身经历的因此,数据中心(资料库机房数据库)的安全,特别是火灾防范,已经成为保障此类场所中有形无形资产安全,并确保服务正常进行的首要问题尤其象数据中心,这种对机构履行职能的能力起到至关重要作用的部门,是决定一个机构是否有能力达到其预期职能必不可少的关键性部分,这部分内的设施必须保证无论外部条件如何,都能持续运转例如,银行业的数据中心就是一个范例,它必须每天24小时每周7天

16、都保持运转,而一次短暂的服务中断或数据丢失就可能严重影响它的业务连续运行,并造成经济损失,尤其在业务营业高峰期损失更大国外的数据显示:72%的关键性设施每年都会经历9个小时的停工;(Steven R. Christensen 与Lawrence L. Schkade,1997)90%的企业在2年内因重大失误而破产;(Standish Group Research, 1998)金融行业的服务发生中断,1小时的平均成本估计为650万美元(Computer world, 1997)一些公司在遭受灾难之后没有制定并测评业务恢复计划,两年后这些公司中仅有10%仍在运营因此在重要行业的网络数据中心,必须设

17、置各种适用的安全防范报警设备当今的计算机技术使机房设备体积变得越来越小,所需空间更小,但数字化硬件的散热量不但没有降低,反而提高了如此高的热负荷需要通过机房的空调系统进行全面冷却,以消除机箱内产生的热量,冷却系统故障会使设备过热,产生火灾隐患但是,传统形式的火灾报警设备已经远远不能达到数据中心这一类物品价值高设施精密某些部门还不允许间断服务的场合的高等级防护需求本课题研究的目的在于通过采用一种比现有火灾报警设备更加先进更加灵敏,能够较好的适应机房特殊环境的新一代火灾报警控制器-吸气式烟雾探测火灾报警系统,研究解决数据中心火灾防范问题,保证数据中心设施业务的持续运转,并在火灾和烟雾破坏预防中发挥

18、重要作用,希望通过本课题的研究能够推广这种采用高技术含量的消防自动化系统在我国建筑防火领域的应用1.1.2 烟雾污染的危害与传统火灾探测器比较本课题发现,极早期烟雾探测能更早的预报火灾隐患,但对于数据中心的对计算机设施而言,他还具备保护设备的功能计算机设施连续运行威胁最大的是烟雾对电气设备的破坏,而非火灾的破坏事实上,根据美国联邦通讯委员会的统计,此类设施的损坏有95%都不属于热损坏产生于PVC材料和数字电路板的烟雾副产品有HCL等气体,它们会腐蚀IT设备下面的曲线图说明了计算机房内粒子的增多对设备造成的破坏,即使是只有16mg/cm2的粒子,也会给电子元件带来缓慢的和长期性的腐蚀,而30mg

19、/cm2的粒子所造成的腐蚀则是活跃且短期内就能产生作用的因此,设备受到损伤,这将影响设备的性能目前电气设计领域只有部分重要的数据中心项目在设计之初考虑到这个因素,但大多设备受烟雾侵袭后可能发生的故障烟雾可能造成的设备损坏 可能的故障烟雾粒子ug/cm2图1-1 烟雾破坏可能造成的设备故障Fig. 1-1 Device failure probability after smoke exposure数中小型数据中心或数据机房均忽略了此问题如图1-1所示为烟雾破坏可能造成的设备故障,此图是1999年布宜诺斯艾利斯第二届国际消防研讨会 电信设施中所作的统计1.1.3吸气式烟雾探测火灾报警系统的国内外

20、应用现状吸气式烟雾探测火灾报警系统最早由澳大利亚Xtralis Pty Ltd.公司提出,经过十几年的发展已经成为全世界空气采样烟雾探测领域的领导者,该公司生产的专利产品VESDA已在世界范围内安装了二十多万套它能够轻松超越各种烟雾探测难题,应用环境从洁净到肮脏从低温到高温从小型区域到高大开放空间从航空运输到轨道交通从古代建筑到现代建筑为用户提供可靠的极早期烟雾探测报警,保护生命和财产安全,远离火灾困扰但是吸气式烟雾探测火灾报警系统在我国的应用发展速度较慢,到目前为止国内的火灾报警系统仍以传统的点式烟雾探测设备为主,还没有自主产权的相关产品及相关国家规范,对吸气式烟雾探测火灾报警系统的应用范围

21、及相关设计要求还有待市场的认可与了解随着我国经济的高速发展,基础建设也呈现加速发展趋势,特别是以08年奥运会为契机,国内特殊建筑如数据中心体育场馆交通枢纽大型仓储及其他具有高大开放空间的建筑工程大量开工,为吸气式烟雾探测火灾报警系统的应用提供了广阔空间日前上海市消防局针对物流仓储行业出台了新的消防规范,明确要求“仓库内应设置空气采样烟雾报警等早期火灾报警系统”,北京市规划委员会及北京市公安局也联合颁布了吸气式烟雾探测火灾报警系统设计施工及验收规范,尽管两个标准都为地方法规,但是已经说明该系统已经在特殊行业的防火领域得到了认可因此吸气式烟雾探测火灾报警系统在不同领域的应用方法及实例,对该系统的发

22、展及工程设计人员有较高的借鉴价值截止到奥运会结束,在奥运会主体育场 -“鸟巢”,国家游泳中心 -“水立方”,国家体育馆,五棵松综合体育中心等项目中设置的吸气式烟雾探测火灾报警系统,均正常运行,保障了奥运场馆以及运动员和观众的安全,防止火灾的发生和发展截止到2008年中,VESDA已经在:中国银行北京结算中心德意志银行北京分行公安部一所计算机房国家互联网新闻宣传系统上海卫星地面站中国移动总公司指挥中心北京金融街B3B7B9F79等数据中心或机房中的应用1.2火灾形成的电气原因分析电能是衡量一个国家现代化程度的标志之一,也是决定其发展速度的一个重要因素随着我国经济建设的发展,生产和生活用电量大幅度

23、增加,电作为一种潜在的点火源,为生产和生活各个方面服务的同时,如果使用管理或维护不当,就会形成火灾,给国家财产和人民生命安全带来巨大损失据2002年中国火灾统计年鉴公布,1978,2001年,我国主要城市所发生的火灾当中,电气火灾已从占火灾总数的5.7%上升到27.9%2001年,全国火灾总损失94246.9万元,电气火灾造成的损失达37681.2万元,占总损失的39.98%;造成人员伤亡共6115人,其中电气火灾造成的伤亡1245人,占20.36%现代建筑中的数据中心电气设备多且集中多高,设备用电量大发热量大,电气线路负载繁多安装隐蔽,可燃物多,火灾隐患主要由电气火灾引起建筑电气火灾的形成从

24、根本上分析,主要有短路过载接触电阻过大泄漏电流等1.2.1短路电气线路发生短路主要有以下几种原因:(1)相间短路安装接线疏忽引起相间短路断路器进线接线端子的连接螺钉钮短成未达到国家标准规定值连接松弛(特别是有振动的场所),使接触电阻增大,时间过长便爆出火花,进而引起相间短路因为电流短路发生在断路器前面,不流过断路器,故断路器无法保护;而有些短路电流值又未达到上一级保护断路器的动作整定值,上一级断路器不动作(如仅为上一级断路器额定电流的7倍,属于延时范围,动作时间为7s左右),即在上一级断路器跳闸之前导线已被烧毁,导致电气火灾;裸电线安装太低,金属物不慎碰在电线上;线路上有金属物件或小动物跌落,

25、发生电线之间的跨接;安装断路器的场所严重潮湿,断路器虽未合闸,但其上的刀开关因疏忽被合上,则在断路器电源端的相间(如连接为裸铜排)因布满水汽,引起相间击穿而短路,致使配电箱被烧,楼房建筑物起火;架空线路电线间距太小档距过大电线松弛,有可能发生两线相碰;架空电线与建筑物树木距离太近,使电线与建筑物或树木接触;电线机械强度不够,导致电线断落接触大地,或断落在另一根电线上;安装修理人员接错线路,或带电作业时造成人为碰线,引起相间短路(2)电线绝缘层失效使用绝缘电线电缆时,没有按具体环境选用,使绝缘受高温潮湿或腐蚀等影响,失去了绝缘能力;线路年久失修,绝缘层陈旧老化或受损,使线芯裸露;电源过电压使电线

26、绝缘被击穿(3)单相接地故障对于rrI系统,相线碰外壳或金属管道等引起的短路,通常受接地电阻的限制,短路的电流约15.7A,多数熔断器或断路器无法在如此小的电流下熔断或跳闸,就会引起打火或接弧;TN系统的PE线端子和接头发生接触不良,不易察觉,一旦发生磁壳等接地故障,将进发高阻抗的电火花或拉电弧,限制了短路电流,使保护电器不能及时动作,而电弧电火花的局部高温将使易燃物起火1.2.2过载(超负荷)一般导线的最高允许工作温度为65,过载时导线的温度超过这个温度值,会使绝缘加速老化,甚至损坏,引起火灾事故发生过载的主要原因有:(1)导线截面积选择不当,实际负载超过了导线的安全载流量;(2)在线路中接

27、入了过多或功率过大的电气设备,超过了配电线路的负载能力;(3)由于设计时选择的断路器(熔断器)额定电流比线路的允许持续载流量配电保护整定值大很多,当发生过载时,断路器在规定的时间内不动作,线路就长期处于过载状态,对绝缘接线端子和周围物体形成损害;(4)线路实际载流量超过设计载流量,其断路器频繁跳闸,无法用电如强行使用(如用铜丝代替熔丝或拆除断路器),就会因过载引起火灾;(5)三相负载不平衡 对于大量的单相设备,由于三相负载不平衡,引起某相电压升高,严重时将烧毁单相用电设备,导致起火如以下三种形式:负载阻抗大小相等而功率因数不相等,则某相出现过电压,严重时可达1.27倍额定电压; 负载阻抗大小不

28、等而功率因数相等,负载阻抗大的一相电压最高,最大值可达1.73倍额定电压;如果三相负载阻抗和功率因数都不相等,最大相的负载过电压有可能达2.36倍额定电压1.2.3接触电阻过大发生接触电阻过大的主要原因有:(1)安装质量差,造成导线与导线导线与电气设备连接点连接不牢;(2)导线的连接处沾有杂质,如氧化层泥土油污等;(3)接点由于长期震动或冷热变化,使接头松动;(4)铜铝混接时,由于接头处理不当,在电腐蚀作用下接触电阻会很快增大线路接通电源之后,电流通过电线接头和设备就会发热,这是正常现象接头做得好,接触电阻不大,连接点的发热量就小,可以保持正常温度如果接头接得不好,接触电阻就会增大,同时产生的

29、热量也就多在一定电流下,电阻越大,发热量就越多,因此有较大接触电阻的线段就会强烈发热,使温度急剧升高引起导线绝缘层燃烧并引燃附近电线上的粉尘纤维等物质,造成火灾如棉纺厂的电动机振动时,就有可能使接头松动,产生接触电阻过大,因局部温度升高引燃棉尘或飞絮发生火灾1.2.4泄漏电流当用电器或电源插座内部的灰尘增多并遇到雷雨天气或气候潮湿时,因绝缘受损或线路对地电容大,相对产生泄漏电流如泄漏电流达300mA(对额定电流为40A的线路,泄漏电流是100mA),故障处的消耗功率约为20W,时间延续2h,将使绝缘进一步遭损,而造成相对地短路(若不使用剩余电流动作保护器RCD,而使用熔断器或小型断路器动作),

30、时间略长,引起火花放电,酿成火灾1.3数据中心火灾防范特点相对一般意义的火灾防范,数据中心(资料库机房数据库)有着自身的特点,主要表现在以下几个方面:1.易燃物品种类繁多-与过去相比,现代化的数据中心(资料库机房数据库)内安置有大量书籍资料及功能完备价格昂贵的仪器设备电线电缆及各种存储介质,其中设备内部的元器件,电缆绝缘外套多采用石碳酸纤维,聚氯乙烯等易燃材料,极易燃烧造成灾难性后果另外,类似纸张,磁盘,磁带等各类存储介质也是构成火灾隐患的重要因素 图1-2燃烧损坏的线路板Fig.1-2 The burning-out circuit board2.火灾的诱发机制繁多,产生的危害也多种多样-数

31、据中心(资料库机房数据库)火灾通常可有多种原因诱发,其中包括传统的原因,也包括基于资料库数据中心自身特点的多种原因据统计在造成火灾各类原因当中,32%的火灾由电力供应系统(交直流电源电池发电机及供电线路等)引发,18%的火灾由建筑内的其他电器设备引发,其中包括电梯,空调,加热设备,照明系统等等10%的火灾则直接由设备内部的线路引发设备一旦发生火灾,不但会对设备造成直接危害,而且由于电器设备当中的特殊材料燃烧所产生的气体具有较强的腐蚀性,也将对设备及周围的物品造成长久的危害3.对于数据中心来说,机房内设备昂贵,对火灾的敏感性极高,与过去相比,计算机数据库及其辅助设施日益先进,价格昂贵价值巨大一块

32、卡,一个模块一张磁盘的损坏都将造成巨大的损失随着科技的发展,电子产品集成度越来越高,体积越来越小,由此导致单位空间内的火灾潜在危险也越来越高大型计算机或数据库机柜由原来的4米变成了现在的2米左右,原来安置在多个房间内的设备也全部集中在一个机房当中,因此,火灾对计算机数据库等设施本身及其运行将造成更为严重的影响另外,由于设备的高度集成化,设备运行对环境的要求越来越高,任何温度,湿度的变化,都将造成元器件的升温直至燃烧4.空调设施完备,对火灾探测造成困难-由于数据中心(资料库机房数据库)等场所对环境的要求,空调系统被普遍采用,烟雾的传播及扩散更加困难,空调系统的常规换气率通常为每小时15至60次,

33、这将对烟雾探测工作造成负面影响一方面烟雾被大幅度稀释,难以到达传统烟雾探测设备的报警阈值另一方面,空调气流将使烟雾难以达到探测器造成报警延误或漏报一般认为,传统点式烟雾探测器可以清楚地定位火源位置,但实践证明,由于空调系统,设备安放,房间结构等多方面的影响,点式感烟探测器往往在火灾已经发生到一定规模以后才能发出报警且无法报告火源准确位置5.火灾发生后的灭火措施不够理想-机房火灾发生后,灭火设施将对机房设备及人员造成许多危害,其中水喷淋系统不但对书籍资料以及计算机设备数据库及其内存的高价值的数据信息将造成直接的损害,而且在其启动温度(80摄氏度左右)达到时,火灾已经达到相当的规模,高温及腐蚀性气

34、体将会对设备造成了巨大的损害二氧化碳气体灭火系统虽然不具备腐蚀性,在密闭空间内也有很好的防护效果,并且现在已应用于电子设备的防护,然而,它要求保持具有毒性的高浓度,并在低温下释放,这对于电子设备和工作人员也将产生较严重的危害而其他气体灭火系统,如FM200,烟络尽,EBM等气体灭火装置,一旦误启动,将造成灭火剂巨大的浪费,即使在正常情况下,也将对环境物品和设备造成或多或少的不良影响由以上灭火设施的特点可以看出,现有消防手段,普遍存在启动时机偏晚,启动后对设备,人员造成危害,安置及使用费用昂贵等缺点2传统火灾烟雾探测系统消防系统中最重要的部分就是烟雾探测,探测系统的基本功能是向建筑内的人员发出火

35、灾警报,并用来激活其它系统,比如机械排烟系统以及水气等灭火系统因此烟雾探测系统的设计成败关系到整个消防系统的成败2.1传统火灾烟雾探测器工作原理传统火灾探测器是主要响应燃烧或热解产生的固体液体微粒,即烟雾粒子的探测器,主要用来探测可见或不可见的燃烧产物及起火速度缓慢的初期火灾,在目前火灾探测工程上应用较为广泛可分为离子型,光电型,激光型和红外线束型四种 (1)离子感烟探测器: 它主要是利用烟雾粒子改变电离室电流原理而设计的火灾探测器探测器内部装有放射源的电离室为传感器件,现今使用大多为单源双室结构(补偿室,测量室),再配上相应的电子电路或CPU芯片所构成探测器内部的放射源是由镅-241(Am2

36、41)发出该物质的放射性来自原子核的自发衰变,过程如下:Am241-237Np+42He由于粒子比电子重得多,且带两个单位正电量,其穿透能力很弱能量为5MeV的粒子在空气中的射程为3.5cm, 而金属中射程为2.06*10cm, 所以屏蔽遮挡很容易, 同时粒子的电离能力很强,当它穿过物质时,每次与物质分子或原子碰撞而打出一个电子,约失33eV能量,一个能量为5MeV的粒子,在它完全静止前,大约可以电离15万个左右的分子或原子采用放射源Am241的优点,除了电离能力强,射程短以外,其半衰期长,成本也较低图2-1,2-2所示是单源双室结构的离子感烟探测器设备外形图及原理框图:图2-1 单源双室结构

37、的离子感烟探测器外形图Fig.2-1The outside drawing for hydronium induction detector of single power supply and dual-mode图2-2 单源双室结构的离子感烟探测器原理框图Fig.2-2Principle diagram for hydronium induction detector of single power supply and dual-mode在单源双室结构的电离室正极板上放置有放射源AM241,其放射源可以在上百年的时间里不断地放射出粒子,粒子不断地撞击空气分子,引起电离,产生大量带正负电荷

38、的离子,从而使极间空气具有导电性,两个电离室分别称为补偿室和检测室当在电离室的正负极间加上12V的工作电压时(实险测得:12V工作电压时电离室线性度最佳),可使原来做无序运动的正负离子在电场作用下做有规则的定向运动,正离子向负极运动,负离子向正极运动,从而形成电离电流电离电流的大小与电离室的结构尺寸,放射源的特性,施加电压的大小,以及空气的密度温度湿度和气流等多种因素有关,施加的电压越高,电离电流越大,但当电压达到一定值时, 施加电压再高,电离电流也不会再增加,此时达到饱和工作区所以离子感烟探测器设计时始终保证离子室工作于线性区当火灾发生时,烟雾粒子进入测量室,部分正负离子会被吸附到比离子重许

39、多倍的烟雾粒子上一方面将使离子在电场中的速度降低了,另一方面增加了正负离子互相复合的几率,其结果是电离电流减小,相当于测量室的空气等效阻抗增加了补偿室结构上几乎是封闭的,烟雾粒子很难进入,空气可以缓慢进入测量室结构上是敞开的,烟雾粒子很容易进入,这样补偿室的阻抗几乎未变,其结果是测量电极上的电压因分压比而发生变化,经高阻抗的场效应管取样后放大整形单源双室结构同双源双室结构完全不同,双源双室结构利用两个放射源形成两个电离室单源双室结构简单,节省了一块放射源,减少了环境的变化对电离室的影响,提高了探测器对环境的适应性,增加了抗潮湿能力信号放大拾取整形电路将电离室里的微弱电流信号转变成较大的电压信号

40、,通过高输入阻抗的场效应管进行耦合放大,地址码预置及信号解码处理电路如:开关量探测器直接将其电压变化与阈值电压进行比较,判别是否报警;模拟量探测器则将电压变化传到报警控制器若探测器内置有CPU芯片,则其自身可以进行智能处理,利用内置的智能算法进行判断,同时探测器至报警器间发生电路断线探测器安装接触不良或探测器内部电路元件损坏等都能够发出故障报警信号滤波整形稳压电路是给离子源集成电路和CPU等芯片提供直流工作电压,总线上发送的各种编码信息需经编码信号变换电路处理后发送给解码电路,并将解码电路发送的状态信息和值(烟雾浓度)传至总线上供报警器接收处理(2)光电感烟探测器它是应用烟雾粒子对光线产生散射

41、吸收或遮挡的原理而制成的一种探测器其工作原理主要有两种:减光型光电感烟火灾探测器和散射型光电感烟探测器散射型探测器利用红外线光束在烟雾中产生散射光的原理探测火灾初期阴燃阶段产生的烟雾它由光学系统信号处理电路等部分所组成,当烟雾进入光学暗室后,由红外线光源发出的光束,在烟粒子表面散射,受光器的光敏二极管接收到散射光,产生光电信号电流,其电流大小与烟雾的变化成比例,经信号处理电路处理后完成报警功能 (3)激光型感烟探测器主要是应用烟雾粒子吸收激光光束原理制成的线型感烟火灾探测器,激光器在脉冲电源的激发下发出同一束脉冲激光,在正常情况下控制报警器不发出报警,但如在激光束经过的途中被大量的烟雾遮挡而减

42、弱到一定程度时,光电接收信号减弱,便会发出报警信号(4)红外光束型感烟探测器 该种探测器主要包括一个光源一套光线照准装置和一个接收装置,它是应用烟雾粒子吸收或散射红外光束的原理进行工作一般用于保护面积尺度大的空间2.2传统点式烟雾探测器应用的局限性消防行业内把探测器分为早期烟雾探测报警 (Early Warning Smoke Detection) 与极早期烟雾探测预警 (Very Early Warning Smoke Detection),而实际上有些人对这两个术语的使用非常随意,并未正确区分其中的差异早期烟雾探测报警系统是在建筑内的人员受到威胁之前探测到火灾,此时通常已经能够觉察到烟雾让

43、我们来看标准办公室里的纸篓引起的火灾示例:在纸张起火几秒钟之后产生烟雾,并向屋顶上升,这股明显的热烟雾很快会进入烟雾探测腔触发警报,向人们发出火灾通知与此相反,如果同一个房间内的计算机终端内部的电子元件因故障而发热,则会潜伏几小时之后才发展为明火,我们称此潜伏阶段为火灾的初级阶段肉眼在此阶段看不到烟雾颗粒,只能闻到气味早期烟雾探测报警系统的灵敏度不足以在电气火灾的初级阶段探测到烟雾,只有极早期烟雾探测预警系统能探测到初级火灾,所以才有“极早期预警”的术语火灾的初级阶段可能持续几小时甚至几天 正如上述,尽管传统的烟雾探测器在目前的工程应用很普遍,但是在数据中心或类似环境下的工程反馈效果并不理想0

44、8年初在云南省图书馆发生的一起正常情况灭火气体释放造成大面积疏散的事故,就是由于传统的烟雾探测器误报造成的传统的点式烟雾探测器无论是离子式或光电式的探测器,都属于早期报警烟雾探测器(EWSD- Early Warning Smoke Detection) 范畴离子式探测器是设计用于探测易燃液体等产生的极小颗粒,而光电式探测器的探测对象则是PVC等非天然材料产生的较大颗粒这说明光电式探测器更适合于计算机设施场所内常见的火灾类型,但仍有以下几个因素决定了它在此类环境中的不足:1.灵敏度偏低且调节范围很小:传统点式烟雾探测器报警灵敏度大多为3-5%,这样的探测灵敏度对于通常的环境是可以接受的,比如宾

45、馆饭店办公大楼等等一件家具燃烧产生的烟雾就可以触发报警,且若能及早发现则损失有限然而如果火灾发生在数据中心,发生在正在工作中的计算机设施上,要达到3-5%浓度的烟雾,书籍资料或设备往往已经遭受到了巨大的损害,而由此造成的物品本身及由于中断服务所造成的损失必定是无法估量的另外调节范围偏小,无法适应不同的应用环境也是传统点式烟雾探测器一大缺陷因为在此类场所中,环境要求较高,一切烟雾,无论大小,均属异常在这种洁净的环境下,完全可以将烟雾探测器的灵敏度提高到一个与环境相适应的水平,尽可能早地发现任何一点险情,将损失控制到最小限度2.被动采集烟雾样品,极易受空调及其它因素影响:点式感烟探测器多数安置在被

46、保护房间的天花板上或机房防静电地板下被动地等待烟雾慢慢扩散到其附近,才能报警,而数据中心(资料库机房数据库)的特殊环境将会对烟雾探测产生多种不利的影响,致使延误甚至漏报由于当今电子设备具有体积小能量密度高的特点,设备往往是安装在密闭的机房内,并通过空调系统维持通讯设备运行所必需的环境;数据中心(资料库机房数据库)同样也是要依靠空调系统来保证书籍和资料完好保存的环境前面已经提到,一般情况下空调系统下空气的更换速度为每小时15至60次在这种环境下,燃烧所产生的烟雾一方面被空调气流稀释降温,使烟雾很难达到常规点式感烟探测器的报警阈值,同时由于温度降低而无法继续向上,达到探测器通常所在的天花板位置另一

47、方面由于空调气流的影响,空气在房间的送风和回风口之间形成环流,使烟雾根本无法达到探测器此外,为维持机柜内设备的正常运行或数据库内存储介质的安全,密闭的柜体通常都配有风扇等通风散热装置,位于天花板处的点式探测器无法对机柜内部所发生的情况进行监测而设备及其内存的数据资料的安全才是本课题真正关心的3.探测器安置方式单一,无法满足此类场所内特殊环境的要求:传统探测器一般只能安置在天花板地板下等少数位置而在此类场所当中,本课题关心的不仅是房间环境的安全,更关心的是房间内的书籍资料计算机和数据库等设施及其内存的数据,甚至包括地板下的电缆等这就要求报警设备能够具有更加灵活的安装方式,比如可以根据需要,直接把

48、探测器安装在书架中间设备机柜或数据库内部,电缆桥架当中等等,以便能够更加明确的对房间内的各类物品和设施提供重点保护4.易受电磁干扰传统探测器的探头需要带电运行,易受电磁干扰,具有安全隐患和误报的可能性5.维护困难由于传统的探测器受到保护面积及保护高度的限制,在面积大维护量大,尤其在特殊环境下,维护更困难3吸气式烟雾探测火灾报警系统相比传统的烟雾探测系统,吸气式烟雾探测火灾报警系统是一种更加先进更加灵敏更加适合机房特殊环境的新一代火灾报警控制器本课题将以VESDA(Vision Fire & Security,维信防火及保安有限公司产品),吸气式烟雾探测火灾报警系统的代表设备）为例,了解论述其功

49、能及应用特点,为其在工程设计中的应用提供理论依据基础依据3.1 系统构成VESDA是一种基于激光探测技术和微处理器控制技术的烟雾检测装置具有许多其它烟雾检测系统不具备的特性这些特性改善了以往烟雾探测设备的性能,简化了操作并增加了系统的可靠性VESDA设计思想是在火灾初期(过热闷烧或低热辐射和无可见烟雾生成阶段)的探测与报警,报警时间比传统探测设备早数小时以上,可以在火灾生成初期消除火灾隐患,使火灾的损失降到最小VESDA的工作原理是通过分布在被保护区域内的采样管网采集空气样品,经过一个特殊的过滤装置滤掉灰尘后送至一个特制的激光探测器,空气样品在探测器中经分析,将空气中燃烧产生的微粒加以测定,由此给出准确的烟雾浓度值,并根据使用者事先确定的报警浓度值发出火灾警报图3-1 VESDA的工作原理示意图Fig.3-1 Working principle diagram of VESDA空气采样式烟雾探测系统与传统的点式烟雾探测器大为不同该系统通常由许多带有小孔的采样管构成,如图3-2所示,它们以几米的间距平行铺设在天花板上方或下方,每根采样管上都间隔若干米钻孔,这些小孔(即采样点)形成一个矩阵,平均分布于天花板层面空气或烟雾通过小孔被吸入采样管,并利用吸