施工組織吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心工程設計中的應用研究工程碩士論文整理初稿

1、分類號密 級 UDC碩士專業(yè)學位論文吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心工程設計中的應用研究Application Research for Fire Alarm System of Smoke Detection based on Air Absorbability Applied to Data Center Engineering Design劉 洋 送審稿指 導 教 師 韓寧 教授 曹葆生 副教授 申請學位級別 工程碩士 研 究 方 向 電氣工程 論文提交日期 2008 年10 月 論文答辯日期 2008 年12 月 學位授予日期 2009 年7 月 答辯委員會主席:評閱人:北 京 林

2、 業(yè) 大 學I摘要獨 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果盡我所知,除了文中特別加以標注和致謝的地方外,論文中不包含其它人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得北京林業(yè)大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意簽 名:日 期: 關于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解北京林業(yè)大學有關保留使用學位論文的規(guī)定,即:學校有權(quán)保留送交論文的復印件,允許論文被查閱和借閱;學?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容,可以采用影印縮印或其它復制手段保存論文(保密的論文在解密后應遵守此規(guī)定)簽

3、名: 導師簽名: 日期: 摘要摘要隨著計算機技術(shù)的日益完善應用廣泛,信息數(shù)據(jù)在國民經(jīng)濟各個領域發(fā)揮著舉足輕重的作用,作為這些信息數(shù)據(jù)的存儲交換處理的場所,數(shù)據(jù)中心(數(shù)據(jù)機房)作為信息時代一種新型建筑應用形式在我國大量涌現(xiàn),這一類業(yè)態(tài)具有價值高設施精密不允許間斷服務的特點,對機房重地的安全性之一火災探測系統(tǒng)提出更高級需求,并要求電氣設計使用新技術(shù)新產(chǎn)品適應這種需求本課題在同類技術(shù)對比實驗的基礎上通過一種比現(xiàn)有火災報警設備更加先進更加靈敏更加適合機房特殊環(huán)境的新一代火災報警控制器吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)的設計方法討論,解決數(shù)據(jù)中心火災防范問題,保證數(shù)據(jù)中心設施業(yè)務的持續(xù)運轉(zhuǎn),并在火災和煙霧破壞預

4、防中發(fā)揮重要作用,以期通過典型項目的成功實施與模擬測試推動這種新型高技術(shù)含量的消防自動化系統(tǒng)在我國民用建筑防火工程領域的應用關鍵詞:數(shù)據(jù)中心 吸氣式煙霧探測 遮光率 覆蓋面積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目錄目錄摘要IABSTRACT目錄前言11課題的基礎研究.2 1.1研究的必要性.21.1.1火災的危害.21.1.2煙霧污染的危害.31.1.3吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)的國內(nèi)外應用現(xiàn)狀.41.2火災形成的電氣原因分析.41.3數(shù)據(jù)中心火災防范特點.72傳統(tǒng)的火災煙霧探測系統(tǒng).9 2.1傳統(tǒng)火災煙霧探測器工作原理.9 2

10、.2傳統(tǒng)點式煙霧探測器應用的局限性.113吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng).143.1系統(tǒng)構(gòu)成.143.2遮光率.163.3電線燃燒實驗.173.4 VESDA煙霧探測器在數(shù)據(jù)中心的使用特點.173.5 VESDA組網(wǎng)(VESDAnet).214性能對比實驗.234.1測試目的.234.2測試場所.234.3探測器及采樣孔的布置.244.4依照標準.274.5測試方法.274.6測試過程.274.7測試結(jié)果.284.8測試結(jié)論.295吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)設計方法.305.1超越傳統(tǒng)設計的技術(shù).305.2覆蓋面積.315.3靈敏度.336基于探測性能優(yōu)化的典型設計及其性能評估.346.1 概述.

11、346.2 項目背景情況簡介.346.3 探測系統(tǒng)選擇及測試目的.356.4 系統(tǒng)設計.366.4.1幾何結(jié)構(gòu)圖形及通風狀況.366.4.2 VESDA系統(tǒng)在控制大廳的設計方案.366.4.3性能的模擬預測.396.4.4性能預測結(jié)論.44結(jié)論.45參考文獻.46個人簡介.47第一導師簡介.48第二導師簡介.49致謝.50III個人簡介前言吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)最早由澳大利亞Xtralis Pty Ltd.公司提出,經(jīng)過十幾年的發(fā)展已經(jīng)成為全世界空氣采樣煙霧探測領域的領導者,該公司生產(chǎn)的專利產(chǎn)品VESDA已在世界范圍內(nèi)安裝了二十多萬套它能夠輕松超越各種煙霧探測難題,應用環(huán)境從潔凈到骯臟從低

12、溫到高溫從小型區(qū)域到高大開放空間從航空運輸?shù)杰壍澜煌◤墓糯ㄖ浆F(xiàn)代建筑為用戶提供可靠的極早期煙霧探測報警,保護生命和財產(chǎn)安全,遠離火災困擾但是吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)在我國的應用發(fā)展速度較慢,到目前為止國內(nèi)的火災報警系統(tǒng)仍以傳統(tǒng)的點式煙霧探測設備為主,還沒有自主產(chǎn)權(quán)的相關產(chǎn)品及相關國家規(guī)范,對吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)的應用范圍及相關設計要求還有待市場的認可與了解隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展,基礎建設也呈現(xiàn)加速發(fā)展趨勢,特別是以08年奧運會為契機,國內(nèi)特殊建筑如數(shù)據(jù)中心(本課題所指的數(shù)據(jù)中心除大型的數(shù)據(jù)中心建筑外還包括數(shù)據(jù)機房資料室數(shù)據(jù)庫等)體育場館交通樞紐大型倉儲及其他具有高大開放空間的建筑工

13、程大量開工,為吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)的應用提供了廣闊空間日前上海市消防局針對物流倉儲行業(yè)出臺了新的消防規(guī)范,明確要求“倉庫內(nèi)應設置空氣采樣煙霧報警等早期火災報警系統(tǒng)”,北京市規(guī)劃委員會及北京市公安局也聯(lián)合頒布了吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)設計施工及驗收規(guī)范,盡管兩個標準都為地方法規(guī),但是已經(jīng)說明該系統(tǒng)已經(jīng)在特殊行業(yè)的防火領域得到了認可因此吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)在不同領域的應用方法及實例,對該系統(tǒng)的發(fā)展及工程設計人員有較高的借鑒價值1課題的基礎研究1.1研究的必要性1.1.1火災的危害隨著社會的發(fā)展和進步,以及現(xiàn)代科技及信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,人們對書籍資料和數(shù)據(jù)(印刷版本電子版本電腦數(shù)據(jù)庫等

14、)的興趣和需求越來越強烈,已經(jīng)成為我們?nèi)粘９ぷ骱蜕畹闹匾M成部分,為我們提供了知識和樂趣資料和數(shù)據(jù)以及信息等服務,我們對其的依賴也變得日趨強烈與過去的情況相比,數(shù)據(jù)中心(資料庫機房數(shù)據(jù)庫)的設施越來越先進,功能越來越完備,造價也變得越來越昂貴,所以這些場所內(nèi)部設施的一次很小的火災都會造成非常嚴重的損失這就為該類建筑或設施的火災防范提出了更高的要求,因為這些損失其中不但包括建筑物及設施本身的損失,而且由此引發(fā)的包括珍貴的文史圖書資料和數(shù)據(jù)的損毀以及信息服務中斷所帶來的損失將是不可估量的我們試想,大到一個城市的通訊或銀行的數(shù)據(jù)系統(tǒng),小到公司學校的數(shù)據(jù)機房一旦發(fā)生火災造成損毀,會給我們的工作生活造

15、成多大的不便及損失這些數(shù)據(jù)的重要性以及其在各個行業(yè)鏈當中的重要作用,就像美國的銀行的次貸業(yè)務,一旦發(fā)生發(fā)問題,導致的不僅僅是幾家金融巨頭的相繼倒閉,更是使美國金融業(yè)遭遇百年一遇的危機,并向全球蔓延,這些都是我們這個時代的人正在親身經(jīng)歷的因此,數(shù)據(jù)中心(資料庫機房數(shù)據(jù)庫)的安全,特別是火災防范,已經(jīng)成為保障此類場所中有形無形資產(chǎn)安全,并確保服務正常進行的首要問題尤其象數(shù)據(jù)中心,這種對機構(gòu)履行職能的能力起到至關重要作用的部門,是決定一個機構(gòu)是否有能力達到其預期職能必不可少的關鍵性部分,這部分內(nèi)的設施必須保證無論外部條件如何,都能持續(xù)運轉(zhuǎn)例如,銀行業(yè)的數(shù)據(jù)中心就是一個范例,它必須每天24小時每周7天

16、都保持運轉(zhuǎn),而一次短暫的服務中斷或數(shù)據(jù)丟失就可能嚴重影響它的業(yè)務連續(xù)運行,并造成經(jīng)濟損失,尤其在業(yè)務營業(yè)高峰期損失更大國外的數(shù)據(jù)顯示:72%的關鍵性設施每年都會經(jīng)歷9個小時的停工;(Steven R. Christensen 與Lawrence L. Schkade,1997)90%的企業(yè)在2年內(nèi)因重大失誤而破產(chǎn);(Standish Group Research, 1998)金融行業(yè)的服務發(fā)生中斷,1小時的平均成本估計為650萬美元(Computer world, 1997)一些公司在遭受災難之后沒有制定并測評業(yè)務恢復計劃,兩年后這些公司中僅有10%仍在運營因此在重要行業(yè)的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中心,必須設

17、置各種適用的安全防范報警設備當今的計算機技術(shù)使機房設備體積變得越來越小,所需空間更小,但數(shù)字化硬件的散熱量不但沒有降低,反而提高了如此高的熱負荷需要通過機房的空調(diào)系統(tǒng)進行全面冷卻,以消除機箱內(nèi)產(chǎn)生的熱量,冷卻系統(tǒng)故障會使設備過熱,產(chǎn)生火災隱患但是,傳統(tǒng)形式的火災報警設備已經(jīng)遠遠不能達到數(shù)據(jù)中心這一類物品價值高設施精密某些部門還不允許間斷服務的場合的高等級防護需求本課題研究的目的在于通過采用一種比現(xiàn)有火災報警設備更加先進更加靈敏,能夠較好的適應機房特殊環(huán)境的新一代火災報警控制器-吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng),研究解決數(shù)據(jù)中心火災防范問題,保證數(shù)據(jù)中心設施業(yè)務的持續(xù)運轉(zhuǎn),并在火災和煙霧破壞預防中發(fā)揮

18、重要作用,希望通過本課題的研究能夠推廣這種采用高技術(shù)含量的消防自動化系統(tǒng)在我國建筑防火領域的應用1.1.2 煙霧污染的危害與傳統(tǒng)火災探測器比較本課題發(fā)現(xiàn),極早期煙霧探測能更早的預報火災隱患,但對于數(shù)據(jù)中心的對計算機設施而言,他還具備保護設備的功能計算機設施連續(xù)運行威脅最大的是煙霧對電氣設備的破壞,而非火災的破壞事實上,根據(jù)美國聯(lián)邦通訊委員會的統(tǒng)計,此類設施的損壞有95%都不屬于熱損壞產(chǎn)生于PVC材料和數(shù)字電路板的煙霧副產(chǎn)品有HCL等氣體,它們會腐蝕IT設備下面的曲線圖說明了計算機房內(nèi)粒子的增多對設備造成的破壞,即使是只有16mg/cm2的粒子,也會給電子元件帶來緩慢的和長期性的腐蝕,而30mg

19、/cm2的粒子所造成的腐蝕則是活躍且短期內(nèi)就能產(chǎn)生作用的因此,設備受到損傷,這將影響設備的性能目前電氣設計領域只有部分重要的數(shù)據(jù)中心項目在設計之初考慮到這個因素,但大多設備受煙霧侵襲后可能發(fā)生的故障煙霧可能造成的設備損壞 可能的故障煙霧粒子ug/cm2圖1-1 煙霧破壞可能造成的設備故障Fig. 1-1 Device failure probability after smoke exposure數(shù)中小型數(shù)據(jù)中心或數(shù)據(jù)機房均忽略了此問題如圖1-1所示為煙霧破壞可能造成的設備故障,此圖是1999年布宜諾斯艾利斯第二屆國際消防研討會 電信設施中所作的統(tǒng)計1.1.3吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)的國內(nèi)外

20、應用現(xiàn)狀吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)最早由澳大利亞Xtralis Pty Ltd.公司提出,經(jīng)過十幾年的發(fā)展已經(jīng)成為全世界空氣采樣煙霧探測領域的領導者,該公司生產(chǎn)的專利產(chǎn)品VESDA已在世界范圍內(nèi)安裝了二十多萬套它能夠輕松超越各種煙霧探測難題,應用環(huán)境從潔凈到骯臟從低溫到高溫從小型區(qū)域到高大開放空間從航空運輸?shù)杰壍澜煌◤墓糯ㄖ浆F(xiàn)代建筑為用戶提供可靠的極早期煙霧探測報警,保護生命和財產(chǎn)安全,遠離火災困擾但是吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)在我國的應用發(fā)展速度較慢,到目前為止國內(nèi)的火災報警系統(tǒng)仍以傳統(tǒng)的點式煙霧探測設備為主,還沒有自主產(chǎn)權(quán)的相關產(chǎn)品及相關國家規(guī)范,對吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)的應用范圍

21、及相關設計要求還有待市場的認可與了解隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展,基礎建設也呈現(xiàn)加速發(fā)展趨勢,特別是以08年奧運會為契機,國內(nèi)特殊建筑如數(shù)據(jù)中心體育場館交通樞紐大型倉儲及其他具有高大開放空間的建筑工程大量開工,為吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)的應用提供了廣闊空間日前上海市消防局針對物流倉儲行業(yè)出臺了新的消防規(guī)范,明確要求“倉庫內(nèi)應設置空氣采樣煙霧報警等早期火災報警系統(tǒng)”,北京市規(guī)劃委員會及北京市公安局也聯(lián)合頒布了吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)設計施工及驗收規(guī)范,盡管兩個標準都為地方法規(guī),但是已經(jīng)說明該系統(tǒng)已經(jīng)在特殊行業(yè)的防火領域得到了認可因此吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)在不同領域的應用方法及實例,對該系統(tǒng)的發(fā)

22、展及工程設計人員有較高的借鑒價值截止到奧運會結(jié)束,在奧運會主體育場 -“鳥巢”,國家游泳中心 -“水立方”,國家體育館,五棵松綜合體育中心等項目中設置的吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng),均正常運行,保障了奧運場館以及運動員和觀眾的安全,防止火災的發(fā)生和發(fā)展截止到2008年中,VESDA已經(jīng)在:中國銀行北京結(jié)算中心德意志銀行北京分行公安部一所計算機房國家互聯(lián)網(wǎng)新聞宣傳系統(tǒng)上海衛(wèi)星地面站中國移動總公司指揮中心北京金融街B3B7B9F79等數(shù)據(jù)中心或機房中的應用1.2火災形成的電氣原因分析電能是衡量一個國家現(xiàn)代化程度的標志之一,也是決定其發(fā)展速度的一個重要因素隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展,生產(chǎn)和生活用電量大幅度

23、增加,電作為一種潛在的點火源,為生產(chǎn)和生活各個方面服務的同時,如果使用管理或維護不當,就會形成火災,給國家財產(chǎn)和人民生命安全帶來巨大損失據(jù)2002年中國火災統(tǒng)計年鑒公布,1978,2001年,我國主要城市所發(fā)生的火災當中,電氣火災已從占火災總數(shù)的5.7%上升到27.9%2001年,全國火災總損失94246.9萬元,電氣火災造成的損失達37681.2萬元,占總損失的39.98%;造成人員傷亡共6115人,其中電氣火災造成的傷亡1245人,占20.36%現(xiàn)代建筑中的數(shù)據(jù)中心電氣設備多且集中多高,設備用電量大發(fā)熱量大,電氣線路負載繁多安裝隱蔽,可燃物多,火災隱患主要由電氣火災引起建筑電氣火災的形成從

24、根本上分析,主要有短路過載接觸電阻過大泄漏電流等1.2.1短路電氣線路發(fā)生短路主要有以下幾種原因:(1)相間短路安裝接線疏忽引起相間短路斷路器進線接線端子的連接螺釘鈕短成未達到國家標準規(guī)定值連接松弛(特別是有振動的場所),使接觸電阻增大,時間過長便爆出火花,進而引起相間短路因為電流短路發(fā)生在斷路器前面,不流過斷路器,故斷路器無法保護;而有些短路電流值又未達到上一級保護斷路器的動作整定值,上一級斷路器不動作(如僅為上一級斷路器額定電流的7倍,屬于延時范圍,動作時間為7s左右),即在上一級斷路器跳閘之前導線已被燒毀,導致電氣火災;裸電線安裝太低,金屬物不慎碰在電線上;線路上有金屬物件或小動物跌落,

25、發(fā)生電線之間的跨接;安裝斷路器的場所嚴重潮濕,斷路器雖未合閘,但其上的刀開關因疏忽被合上,則在斷路器電源端的相間(如連接為裸銅排)因布滿水汽,引起相間擊穿而短路,致使配電箱被燒,樓房建筑物起火;架空線路電線間距太小檔距過大電線松弛,有可能發(fā)生兩線相碰;架空電線與建筑物樹木距離太近,使電線與建筑物或樹木接觸;電線機械強度不夠,導致電線斷落接觸大地,或斷落在另一根電線上;安裝修理人員接錯線路,或帶電作業(yè)時造成人為碰線,引起相間短路(2)電線絕緣層失效使用絕緣電線電纜時,沒有按具體環(huán)境選用,使絕緣受高溫潮濕或腐蝕等影響,失去了絕緣能力;線路年久失修,絕緣層陳舊老化或受損,使線芯裸露;電源過電壓使電線

26、絕緣被擊穿(3)單相接地故障對于rrI系統(tǒng),相線碰外殼或金屬管道等引起的短路,通常受接地電阻的限制,短路的電流約15.7A,多數(shù)熔斷器或斷路器無法在如此小的電流下熔斷或跳閘,就會引起打火或接弧;TN系統(tǒng)的PE線端子和接頭發(fā)生接觸不良,不易察覺,一旦發(fā)生磁殼等接地故障,將進發(fā)高阻抗的電火花或拉電弧,限制了短路電流,使保護電器不能及時動作,而電弧電火花的局部高溫將使易燃物起火1.2.2過載(超負荷)一般導線的最高允許工作溫度為65,過載時導線的溫度超過這個溫度值,會使絕緣加速老化,甚至損壞,引起火災事故發(fā)生過載的主要原因有:(1)導線截面積選擇不當,實際負載超過了導線的安全載流量;(2)在線路中接

27、入了過多或功率過大的電氣設備,超過了配電線路的負載能力;(3)由于設計時選擇的斷路器(熔斷器)額定電流比線路的允許持續(xù)載流量配電保護整定值大很多,當發(fā)生過載時,斷路器在規(guī)定的時間內(nèi)不動作,線路就長期處于過載狀態(tài),對絕緣接線端子和周圍物體形成損害;(4)線路實際載流量超過設計載流量,其斷路器頻繁跳閘,無法用電如強行使用(如用銅絲代替熔絲或拆除斷路器),就會因過載引起火災;(5)三相負載不平衡 對于大量的單相設備,由于三相負載不平衡,引起某相電壓升高,嚴重時將燒毀單相用電設備,導致起火如以下三種形式:負載阻抗大小相等而功率因數(shù)不相等,則某相出現(xiàn)過電壓,嚴重時可達1.27倍額定電壓; 負載阻抗大小不

28、等而功率因數(shù)相等,負載阻抗大的一相電壓最高,最大值可達1.73倍額定電壓;如果三相負載阻抗和功率因數(shù)都不相等,最大相的負載過電壓有可能達2.36倍額定電壓1.2.3接觸電阻過大發(fā)生接觸電阻過大的主要原因有:(1)安裝質(zhì)量差,造成導線與導線導線與電氣設備連接點連接不牢;(2)導線的連接處沾有雜質(zhì),如氧化層泥土油污等;(3)接點由于長期震動或冷熱變化,使接頭松動;(4)銅鋁混接時,由于接頭處理不當,在電腐蝕作用下接觸電阻會很快增大線路接通電源之后,電流通過電線接頭和設備就會發(fā)熱,這是正?，F(xiàn)象接頭做得好,接觸電阻不大,連接點的發(fā)熱量就小,可以保持正常溫度如果接頭接得不好,接觸電阻就會增大,同時產(chǎn)生的

29、熱量也就多在一定電流下,電阻越大,發(fā)熱量就越多,因此有較大接觸電阻的線段就會強烈發(fā)熱,使溫度急劇升高引起導線絕緣層燃燒并引燃附近電線上的粉塵纖維等物質(zhì),造成火災如棉紡廠的電動機振動時,就有可能使接頭松動,產(chǎn)生接觸電阻過大,因局部溫度升高引燃棉塵或飛絮發(fā)生火災1.2.4泄漏電流當用電器或電源插座內(nèi)部的灰塵增多并遇到雷雨天氣或氣候潮濕時,因絕緣受損或線路對地電容大,相對產(chǎn)生泄漏電流如泄漏電流達300mA(對額定電流為40A的線路,泄漏電流是100mA),故障處的消耗功率約為20W,時間延續(xù)2h,將使絕緣進一步遭損,而造成相對地短路(若不使用剩余電流動作保護器RCD,而使用熔斷器或小型斷路器動作),

30、時間略長,引起火花放電,釀成火災1.3數(shù)據(jù)中心火災防范特點相對一般意義的火災防范,數(shù)據(jù)中心(資料庫機房數(shù)據(jù)庫)有著自身的特點,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:1.易燃物品種類繁多-與過去相比,現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)中心(資料庫機房數(shù)據(jù)庫)內(nèi)安置有大量書籍資料及功能完備價格昂貴的儀器設備電線電纜及各種存儲介質(zhì),其中設備內(nèi)部的元器件,電纜絕緣外套多采用石碳酸纖維,聚氯乙烯等易燃材料,極易燃燒造成災難性后果另外,類似紙張,磁盤,磁帶等各類存儲介質(zhì)也是構(gòu)成火災隱患的重要因素 圖1-2燃燒損壞的線路板Fig.1-2 The burning-out circuit board2.火災的誘發(fā)機制繁多,產(chǎn)生的危害也多種多樣-數(shù)

31、據(jù)中心(資料庫機房數(shù)據(jù)庫)火災通?？捎卸喾N原因誘發(fā),其中包括傳統(tǒng)的原因,也包括基于資料庫數(shù)據(jù)中心自身特點的多種原因據(jù)統(tǒng)計在造成火災各類原因當中,32%的火災由電力供應系統(tǒng)(交直流電源電池發(fā)電機及供電線路等)引發(fā),18%的火災由建筑內(nèi)的其他電器設備引發(fā),其中包括電梯,空調(diào),加熱設備,照明系統(tǒng)等等10%的火災則直接由設備內(nèi)部的線路引發(fā)設備一旦發(fā)生火災,不但會對設備造成直接危害,而且由于電器設備當中的特殊材料燃燒所產(chǎn)生的氣體具有較強的腐蝕性,也將對設備及周圍的物品造成長久的危害3.對于數(shù)據(jù)中心來說,機房內(nèi)設備昂貴,對火災的敏感性極高,與過去相比,計算機數(shù)據(jù)庫及其輔助設施日益先進,價格昂貴價值巨大一塊

32、卡,一個模塊一張磁盤的損壞都將造成巨大的損失隨著科技的發(fā)展,電子產(chǎn)品集成度越來越高,體積越來越小,由此導致單位空間內(nèi)的火災潛在危險也越來越高大型計算機或數(shù)據(jù)庫機柜由原來的4米變成了現(xiàn)在的2米左右,原來安置在多個房間內(nèi)的設備也全部集中在一個機房當中,因此,火災對計算機數(shù)據(jù)庫等設施本身及其運行將造成更為嚴重的影響另外,由于設備的高度集成化,設備運行對環(huán)境的要求越來越高,任何溫度,濕度的變化,都將造成元器件的升溫直至燃燒4.空調(diào)設施完備,對火災探測造成困難-由于數(shù)據(jù)中心(資料庫機房數(shù)據(jù)庫)等場所對環(huán)境的要求,空調(diào)系統(tǒng)被普遍采用,煙霧的傳播及擴散更加困難,空調(diào)系統(tǒng)的常規(guī)換氣率通常為每小時15至60次,

33、這將對煙霧探測工作造成負面影響一方面煙霧被大幅度稀釋,難以到達傳統(tǒng)煙霧探測設備的報警閾值另一方面,空調(diào)氣流將使煙霧難以達到探測器造成報警延誤或漏報一般認為,傳統(tǒng)點式煙霧探測器可以清楚地定位火源位置,但實踐證明,由于空調(diào)系統(tǒng),設備安放,房間結(jié)構(gòu)等多方面的影響,點式感煙探測器往往在火災已經(jīng)發(fā)生到一定規(guī)模以后才能發(fā)出報警且無法報告火源準確位置5.火災發(fā)生后的滅火措施不夠理想-機房火災發(fā)生后,滅火設施將對機房設備及人員造成許多危害,其中水噴淋系統(tǒng)不但對書籍資料以及計算機設備數(shù)據(jù)庫及其內(nèi)存的高價值的數(shù)據(jù)信息將造成直接的損害,而且在其啟動溫度(80攝氏度左右)達到時,火災已經(jīng)達到相當?shù)囊?guī)模,高溫及腐蝕性氣

34、體將會對設備造成了巨大的損害二氧化碳氣體滅火系統(tǒng)雖然不具備腐蝕性,在密閉空間內(nèi)也有很好的防護效果,并且現(xiàn)在已應用于電子設備的防護,然而,它要求保持具有毒性的高濃度,并在低溫下釋放,這對于電子設備和工作人員也將產(chǎn)生較嚴重的危害而其他氣體滅火系統(tǒng),如FM200,煙絡盡,EBM等氣體滅火裝置,一旦誤啟動,將造成滅火劑巨大的浪費,即使在正常情況下,也將對環(huán)境物品和設備造成或多或少的不良影響由以上滅火設施的特點可以看出,現(xiàn)有消防手段,普遍存在啟動時機偏晚,啟動后對設備,人員造成危害,安置及使用費用昂貴等缺點2傳統(tǒng)火災煙霧探測系統(tǒng)消防系統(tǒng)中最重要的部分就是煙霧探測,探測系統(tǒng)的基本功能是向建筑內(nèi)的人員發(fā)出火

35、災警報,并用來激活其它系統(tǒng),比如機械排煙系統(tǒng)以及水氣等滅火系統(tǒng)因此煙霧探測系統(tǒng)的設計成敗關系到整個消防系統(tǒng)的成敗2.1傳統(tǒng)火災煙霧探測器工作原理傳統(tǒng)火災探測器是主要響應燃燒或熱解產(chǎn)生的固體液體微粒,即煙霧粒子的探測器,主要用來探測可見或不可見的燃燒產(chǎn)物及起火速度緩慢的初期火災,在目前火災探測工程上應用較為廣泛可分為離子型,光電型,激光型和紅外線束型四種 (1)離子感煙探測器: 它主要是利用煙霧粒子改變電離室電流原理而設計的火災探測器探測器內(nèi)部裝有放射源的電離室為傳感器件,現(xiàn)今使用大多為單源雙室結(jié)構(gòu)(補償室,測量室),再配上相應的電子電路或CPU芯片所構(gòu)成探測器內(nèi)部的放射源是由镅-241(Am2

36、41)發(fā)出該物質(zhì)的放射性來自原子核的自發(fā)衰變,過程如下:Am241-237Np+42He由于粒子比電子重得多,且?guī)蓚€單位正電量,其穿透能力很弱能量為5MeV的粒子在空氣中的射程為3.5cm, 而金屬中射程為2.06*10cm, 所以屏蔽遮擋很容易, 同時粒子的電離能力很強,當它穿過物質(zhì)時,每次與物質(zhì)分子或原子碰撞而打出一個電子,約失33eV能量,一個能量為5MeV的粒子,在它完全靜止前,大約可以電離15萬個左右的分子或原子采用放射源Am241的優(yōu)點,除了電離能力強,射程短以外,其半衰期長,成本也較低圖2-1,2-2所示是單源雙室結(jié)構(gòu)的離子感煙探測器設備外形圖及原理框圖:圖2-1 單源雙室結(jié)構(gòu)

37、的離子感煙探測器外形圖Fig.2-1The outside drawing for hydronium induction detector of single power supply and dual-mode圖2-2 單源雙室結(jié)構(gòu)的離子感煙探測器原理框圖Fig.2-2Principle diagram for hydronium induction detector of single power supply and dual-mode在單源雙室結(jié)構(gòu)的電離室正極板上放置有放射源AM241,其放射源可以在上百年的時間里不斷地放射出粒子,粒子不斷地撞擊空氣分子,引起電離,產(chǎn)生大量帶正負電荷

38、的離子,從而使極間空氣具有導電性,兩個電離室分別稱為補償室和檢測室當在電離室的正負極間加上12V的工作電壓時(實險測得:12V工作電壓時電離室線性度最佳),可使原來做無序運動的正負離子在電場作用下做有規(guī)則的定向運動,正離子向負極運動,負離子向正極運動,從而形成電離電流電離電流的大小與電離室的結(jié)構(gòu)尺寸,放射源的特性,施加電壓的大小,以及空氣的密度溫度濕度和氣流等多種因素有關,施加的電壓越高,電離電流越大,但當電壓達到一定值時, 施加電壓再高,電離電流也不會再增加,此時達到飽和工作區(qū)所以離子感煙探測器設計時始終保證離子室工作于線性區(qū)當火災發(fā)生時,煙霧粒子進入測量室,部分正負離子會被吸附到比離子重許

39、多倍的煙霧粒子上一方面將使離子在電場中的速度降低了,另一方面增加了正負離子互相復合的幾率,其結(jié)果是電離電流減小,相當于測量室的空氣等效阻抗增加了補償室結(jié)構(gòu)上幾乎是封閉的,煙霧粒子很難進入,空氣可以緩慢進入測量室結(jié)構(gòu)上是敞開的,煙霧粒子很容易進入,這樣補償室的阻抗幾乎未變,其結(jié)果是測量電極上的電壓因分壓比而發(fā)生變化,經(jīng)高阻抗的場效應管取樣后放大整形單源雙室結(jié)構(gòu)同雙源雙室結(jié)構(gòu)完全不同,雙源雙室結(jié)構(gòu)利用兩個放射源形成兩個電離室單源雙室結(jié)構(gòu)簡單,節(jié)省了一塊放射源,減少了環(huán)境的變化對電離室的影響,提高了探測器對環(huán)境的適應性,增加了抗潮濕能力信號放大拾取整形電路將電離室里的微弱電流信號轉(zhuǎn)變成較大的電壓信號

40、,通過高輸入阻抗的場效應管進行耦合放大,地址碼預置及信號解碼處理電路如:開關量探測器直接將其電壓變化與閾值電壓進行比較,判別是否報警;模擬量探測器則將電壓變化傳到報警控制器若探測器內(nèi)置有CPU芯片,則其自身可以進行智能處理,利用內(nèi)置的智能算法進行判斷,同時探測器至報警器間發(fā)生電路斷線探測器安裝接觸不良或探測器內(nèi)部電路元件損壞等都能夠發(fā)出故障報警信號濾波整形穩(wěn)壓電路是給離子源集成電路和CPU等芯片提供直流工作電壓,總線上發(fā)送的各種編碼信息需經(jīng)編碼信號變換電路處理后發(fā)送給解碼電路,并將解碼電路發(fā)送的狀態(tài)信息和值(煙霧濃度)傳至總線上供報警器接收處理(2)光電感煙探測器它是應用煙霧粒子對光線產(chǎn)生散射

41、吸收或遮擋的原理而制成的一種探測器其工作原理主要有兩種:減光型光電感煙火災探測器和散射型光電感煙探測器散射型探測器利用紅外線光束在煙霧中產(chǎn)生散射光的原理探測火災初期陰燃階段產(chǎn)生的煙霧它由光學系統(tǒng)信號處理電路等部分所組成,當煙霧進入光學暗室后,由紅外線光源發(fā)出的光束,在煙粒子表面散射,受光器的光敏二極管接收到散射光,產(chǎn)生光電信號電流,其電流大小與煙霧的變化成比例,經(jīng)信號處理電路處理后完成報警功能 (3)激光型感煙探測器主要是應用煙霧粒子吸收激光光束原理制成的線型感煙火災探測器,激光器在脈沖電源的激發(fā)下發(fā)出同一束脈沖激光,在正常情況下控制報警器不發(fā)出報警,但如在激光束經(jīng)過的途中被大量的煙霧遮擋而減

42、弱到一定程度時,光電接收信號減弱,便會發(fā)出報警信號(4)紅外光束型感煙探測器 該種探測器主要包括一個光源一套光線照準裝置和一個接收裝置,它是應用煙霧粒子吸收或散射紅外光束的原理進行工作一般用于保護面積尺度大的空間2.2傳統(tǒng)點式煙霧探測器應用的局限性消防行業(yè)內(nèi)把探測器分為早期煙霧探測報警 (Early Warning Smoke Detection) 與極早期煙霧探測預警 (Very Early Warning Smoke Detection),而實際上有些人對這兩個術(shù)語的使用非常隨意,并未正確區(qū)分其中的差異早期煙霧探測報警系統(tǒng)是在建筑內(nèi)的人員受到威脅之前探測到火災,此時通常已經(jīng)能夠覺察到煙霧讓

43、我們來看標準辦公室里的紙簍引起的火災示例:在紙張起火幾秒鐘之后產(chǎn)生煙霧,并向屋頂上升,這股明顯的熱煙霧很快會進入煙霧探測腔觸發(fā)警報,向人們發(fā)出火災通知與此相反,如果同一個房間內(nèi)的計算機終端內(nèi)部的電子元件因故障而發(fā)熱,則會潛伏幾小時之后才發(fā)展為明火,我們稱此潛伏階段為火災的初級階段肉眼在此階段看不到煙霧顆粒,只能聞到氣味早期煙霧探測報警系統(tǒng)的靈敏度不足以在電氣火災的初級階段探測到煙霧,只有極早期煙霧探測預警系統(tǒng)能探測到初級火災,所以才有“極早期預警”的術(shù)語火災的初級階段可能持續(xù)幾小時甚至幾天 正如上述,盡管傳統(tǒng)的煙霧探測器在目前的工程應用很普遍,但是在數(shù)據(jù)中心或類似環(huán)境下的工程反饋效果并不理想0

44、8年初在云南省圖書館發(fā)生的一起正常情況滅火氣體釋放造成大面積疏散的事故,就是由于傳統(tǒng)的煙霧探測器誤報造成的傳統(tǒng)的點式煙霧探測器無論是離子式或光電式的探測器,都屬于早期報警煙霧探測器(EWSD- Early Warning Smoke Detection) 范疇離子式探測器是設計用于探測易燃液體等產(chǎn)生的極小顆粒,而光電式探測器的探測對象則是PVC等非天然材料產(chǎn)生的較大顆粒這說明光電式探測器更適合于計算機設施場所內(nèi)常見的火災類型,但仍有以下幾個因素決定了它在此類環(huán)境中的不足:1.靈敏度偏低且調(diào)節(jié)范圍很小:傳統(tǒng)點式煙霧探測器報警靈敏度大多為3-5%,這樣的探測靈敏度對于通常的環(huán)境是可以接受的,比如賓

45、館飯店辦公大樓等等一件家具燃燒產(chǎn)生的煙霧就可以觸發(fā)報警,且若能及早發(fā)現(xiàn)則損失有限然而如果火災發(fā)生在數(shù)據(jù)中心,發(fā)生在正在工作中的計算機設施上,要達到3-5%濃度的煙霧,書籍資料或設備往往已經(jīng)遭受到了巨大的損害,而由此造成的物品本身及由于中斷服務所造成的損失必定是無法估量的另外調(diào)節(jié)范圍偏小,無法適應不同的應用環(huán)境也是傳統(tǒng)點式煙霧探測器一大缺陷因為在此類場所中,環(huán)境要求較高,一切煙霧,無論大小,均屬異常在這種潔凈的環(huán)境下,完全可以將煙霧探測器的靈敏度提高到一個與環(huán)境相適應的水平,盡可能早地發(fā)現(xiàn)任何一點險情,將損失控制到最小限度2.被動采集煙霧樣品,極易受空調(diào)及其它因素影響:點式感煙探測器多數(shù)安置在被

46、保護房間的天花板上或機房防靜電地板下被動地等待煙霧慢慢擴散到其附近,才能報警,而數(shù)據(jù)中心(資料庫機房數(shù)據(jù)庫)的特殊環(huán)境將會對煙霧探測產(chǎn)生多種不利的影響,致使延誤甚至漏報由于當今電子設備具有體積小能量密度高的特點,設備往往是安裝在密閉的機房內(nèi),并通過空調(diào)系統(tǒng)維持通訊設備運行所必需的環(huán)境;數(shù)據(jù)中心(資料庫機房數(shù)據(jù)庫)同樣也是要依靠空調(diào)系統(tǒng)來保證書籍和資料完好保存的環(huán)境前面已經(jīng)提到,一般情況下空調(diào)系統(tǒng)下空氣的更換速度為每小時15至60次在這種環(huán)境下,燃燒所產(chǎn)生的煙霧一方面被空調(diào)氣流稀釋降溫,使煙霧很難達到常規(guī)點式感煙探測器的報警閾值,同時由于溫度降低而無法繼續(xù)向上,達到探測器通常所在的天花板位置另一

47、方面由于空調(diào)氣流的影響,空氣在房間的送風和回風口之間形成環(huán)流,使煙霧根本無法達到探測器此外,為維持機柜內(nèi)設備的正常運行或數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲介質(zhì)的安全,密閉的柜體通常都配有風扇等通風散熱裝置,位于天花板處的點式探測器無法對機柜內(nèi)部所發(fā)生的情況進行監(jiān)測而設備及其內(nèi)存的數(shù)據(jù)資料的安全才是本課題真正關心的3.探測器安置方式單一,無法滿足此類場所內(nèi)特殊環(huán)境的要求:傳統(tǒng)探測器一般只能安置在天花板地板下等少數(shù)位置而在此類場所當中,本課題關心的不僅是房間環(huán)境的安全,更關心的是房間內(nèi)的書籍資料計算機和數(shù)據(jù)庫等設施及其內(nèi)存的數(shù)據(jù),甚至包括地板下的電纜等這就要求報警設備能夠具有更加靈活的安裝方式,比如可以根據(jù)需要,直接把

48、探測器安裝在書架中間設備機柜或數(shù)據(jù)庫內(nèi)部,電纜橋架當中等等,以便能夠更加明確的對房間內(nèi)的各類物品和設施提供重點保護4.易受電磁干擾傳統(tǒng)探測器的探頭需要帶電運行,易受電磁干擾,具有安全隱患和誤報的可能性5.維護困難由于傳統(tǒng)的探測器受到保護面積及保護高度的限制,在面積大維護量大,尤其在特殊環(huán)境下,維護更困難3吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的煙霧探測系統(tǒng),吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)是一種更加先進更加靈敏更加適合機房特殊環(huán)境的新一代火災報警控制器本課題將以VESDA(Vision Fire & Security,維信防火及保安有限公司產(chǎn)品),吸氣式煙霧探測火災報警系統(tǒng)的代表設備）為例,了解論述其功

49、能及應用特點,為其在工程設計中的應用提供理論依據(jù)基礎依據(jù)3.1 系統(tǒng)構(gòu)成VESDA是一種基于激光探測技術(shù)和微處理器控制技術(shù)的煙霧檢測裝置具有許多其它煙霧檢測系統(tǒng)不具備的特性這些特性改善了以往煙霧探測設備的性能,簡化了操作并增加了系統(tǒng)的可靠性VESDA設計思想是在火災初期(過熱悶燒或低熱輻射和無可見煙霧生成階段)的探測與報警,報警時間比傳統(tǒng)探測設備早數(shù)小時以上,可以在火災生成初期消除火災隱患,使火災的損失降到最小VESDA的工作原理是通過分布在被保護區(qū)域內(nèi)的采樣管網(wǎng)采集空氣樣品,經(jīng)過一個特殊的過濾裝置濾掉灰塵后送至一個特制的激光探測器,空氣樣品在探測器中經(jīng)分析,將空氣中燃燒產(chǎn)生的微粒加以測定,由此給出準確的煙霧濃度值,并根據(jù)使用者事先確定的報警濃度值發(fā)出火災警報圖3-1 VESDA的工作原理示意圖Fig.3-1 Working principle diagram of VESDA空氣采樣式煙霧探測系統(tǒng)與傳統(tǒng)的點式煙霧探測器大為不同該系統(tǒng)通常由許多帶有小孔的采樣管構(gòu)成,如圖3-2所示,它們以幾米的間距平行鋪設在天花板上方或下方,每根采樣管上都間隔若干米鉆孔,這些小孔(即采樣點)形成一個矩陣,平均分布于天花板層面空氣或煙霧通過小孔被吸入采樣管,并利用吸