极早期烟雾报警系统在博物馆的应用

罗万鑫

（山东博物馆，山东济南 250014）

0 引言

博物馆与一般的公共建筑相比，具有人员密集、空间结构复杂、电气线路多、人员疏散困难等问题。最主要的是一旦火灾发生，采用常规灭火方式会损坏书画类文物，造成巨大的经济损失。基于这个原因，极早期烟雾报警系统（又名空气采样系统）开始进入视野，该系统最早应用于电信行业和工厂的数据计算机机房，由于性能安全可靠，稳定性强，探测灵敏度高逐渐得到了广泛的应用。目前，国内使用最多的是：Xtralis（艾克利斯）公司的Vesda 系统，Airsense analytics（爱森思）生产的airsense，福莫斯特公司的fmst 系统（该公司已被xtralis 公司收购），Vagner（瓦格纳）公司的TITANUS 系列极早期烟雾探测报警系统。

为确保消防安全，某博物馆在重要的展厅、计算机数据中心以及文物库房内部安装了空气采样系统作为探测手段，结合空气采样系统的实际情况，以Vesda 系统为例介绍其基本原理、优点、安装及维护保养注意事项以及在博物馆的应用。

1 项目概况

某博物馆共5 层，建筑面积8.29 万m2。书法、绘画展厅位于第2 层，层高8.4 m，计算机数据机房及文物藏品库层高6.5 m。建筑结构为混凝土框架结构，耐火等级1 级。

2 空气采样系统

Vesda（Very early smoke detection apparatus，非常早期的烟雾探测设备）是一种快速反应的主动吸气式报警系统，可在火灾初始阶段，即未出现可见烟和明火的时候就作出反应，是大空间中烟和其他污染物探测的比较有效的方法。

2.1 系统组成

Vesda 系统主要是由UPS 电源、探测器主机和空气采样管路3 部分组成。探测器由吸气泵、过滤器、激光探测腔、控制电路、显示电路等组成。

2.2 工作原理

利用高效率吸气泵，配合管网式采样管道，主动连续地从保护区域内抽取空气样品，样品经过滤器滤掉灰尘后，进入探测器内部的激光探测腔，在里面受到高强度宽光谱光源的照射。入射光受到样品中悬浮颗粒的散射，高灵敏度固态接收器接收到的直射光减少，根据接收到的照射光强弱变化，测量出空气样本中的烟粒子量，计算生成并输出空气样品中烟粒子浓度的数值，以obs/m（每米遮光率）单位表示。该数值可实时显示在显示模块或监控软件中，当该数值达到预设的报警阈值时，现场探测器发出报警信号。该报警信号可在显示模块或监控软件中显示，并可通过输入模块传输给火灾报警联动控制器。

2.3 系统的优点

（1）高灵敏度。具有极高的灵敏度和宽度调节范围（0.005%～20% obs/m），而传统烟感的灵敏度仅为3%～5% obs/m。

（2）抗干扰能力强，防误报能力强。

（3）探测范围宽。采用激光散射和粒子统计技术，探测到的粒子直径0.01～20 μm。

3 主要设计依据及原则

3.1 主要设计依据

GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》，GB 50016—2014《建筑设计防火规范》，GB 50166—2016《火灾自动报警与施工规范》，DB37/T 386—2004 山东省《吸气式感烟火灾报警系统设计施工、验收规范》，DG/TJ 082048—2008 上海市《民用建筑电气防火设计规程》，DB 11/1026—2013 北京市《吸气式感烟火灾报警系统设计施工、验收规范》。

3.2 空气采样系统选择原则和设置要求

3.2.1 选择原则

目前，国家没有出台统一的针对吸气式感烟火灾探测器的设计、施工、验收国家标准，根据DB37/T 386—2004、DG/TJ 082048—2008 以及DB11/1026—2013 规范，说明空气采样早期探测报警系统的选择原则。

空气采样系统主要用于火灾初期产生烟雾，需要早期和极早期火灾探测的场所，保护对象根据其使用性质、重要程度、火灾危害性等分为以下类别：①具有高空气流量的场所，如数据中心、电信机房、控制中心等；②大空间或有特殊要求的场所，如机场/火车站大厅、剧院、体育馆等；③低温场所，如冷库等；④需要进行隐蔽探测的场所，如古建筑、博物馆、艺术馆等。

3.2.2 设置要求

（1）报警区域和探测区域的划分：每台探测器的保护区域不应跨越防火分区，一个独立的报警区域不宜超过2000 m2，一个独立的探测区域不宜超过500 m2；每个探测区域采样孔数量不得小于2 个。

（2）普通灵敏度探测器采样孔安装高度不应超12 m，较高灵敏度探测器不宜超过16 m。

（3）一台探测器的采样管总长不宜超过200 m，单管长度不宜超过100 m。

4 展厅、机房以及文物库房火灾因素分析

书法、绘画类展厅以及文物库房内存放的主要为展柜及各类文物，计算机数据中心主要物品为电脑、路由器等，最易引发火灾的因素是漏电、超负荷、短路等。

5 空气采样系统的应用

以书法展厅为例，展厅长32.8 m、宽32.8 m、高8.4 m，防火面积约1000 m2。按照GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》的要求，该展厅在高6 m 的位置制作吊顶将展厅分为上下两个探测区域，上层区域安装感烟探测器，下层区域采用空气采样系统，作为极早期探测手段隐蔽安装在吊顶内。用VesdaAspire2 管网设计软件验证设计计算。

管道类型：Asiacap，探测器类型：VLP-400-CH（VESDA VLP），气泵转速3600 r/min，温度20 ℃，绝对压力101.35 kPa，系统流量63.3 L/min，管道入口压力201 Pa，管道总长188 m，采样孔数量24，最大传送时间83 s，最小采样孔流量2.0 L/min，火警阈值0.015% obs/m。

Balace Date：缺省组总灵敏度0.015% obs/m，平衡性63%，最小吸引压力159 Pa，端盖灵敏度系数0。

管道P1：总长51 m，环境压力0 Pa，管道压力201 Pa，采样孔数量6，管道流量15.6 L/min。段1：管道直径21.0 mm，测算数据见表1。

同理，可计算出管道2、管道3 和管道4 的数据。

根据软件计算验证，用4 根内径21 mm 的采样管（管间距8.2 m），每根采样管道安装6 个采样孔（孔间距6 m），在室温20 ℃下，吸气泵3600 r/min 的条件下，烟雾传输的最长时间（从最远采样孔吸入烟雾）为83 s，大大优于规范要求的120 s。系统整体灵敏度可以达到0.015% obs/m，为实际报警阈值的设定预留了很大的灵活空间（通常预警的报警阈值设定≥0.08% obs/m）。符合规范要求，满足该展厅早期预警需求。

表1 管道1 计算数据

同样方法计算验证计算机数据中心及文物库房。

6 维护保养注意事项

Vesda 激光探测装置正常可以8 年免维护，相比普通烟感需定期清洗和校准，降低了维护成本，主要维护事项如下：

（1）每半年清理采样管道。规范规定采用压缩空气进行吹扫，实际使用过程中，使用压缩空气吹扫后，灰尘依然存留在库房内，改为真空泵清理，管道内的灰尘被真空泵吸走，减少库房内灰尘。

（2）每3 年更换备用蓄电池，保证备电正常。

（3）每年检查二级过滤器，根据实际情况更换。

7 结束语

极早期烟雾报警系统以其高灵敏度和高稳定性，为消防控制室人员提供早期预警，对预防火灾具有积极意义。该博物馆已将极早期烟雾报警系统信号与自动火灾报警系统主机相连接，实现了多重火灾监控。从实际使用效果看，极早期烟雾报警系统是一种行之有效的探测手段，值得各博物馆借鉴应用。