山东英才学院 山东济南 250104
摘要：对于现代建筑来说，暖通空调系统的火灾防控是一项重要的内容，如果对其防控不当，建筑内外一旦有火灾发生，暖通空调系统的通风管道将会成为火灾蔓延扩大的重要通道。如何在火灾发生的时候，帮助人们对火灾的规模及时做出准确的判断，以及风管系统对火灾的影响作出有效的反应，另外还能够通过相应的措施阻止火灾从暖通空调系统传播和蔓延，依然是当前建筑火灾防控所关注的重要难题。本文将介绍一种来自于欧美国家的建筑暖通空调系统火灾防控新技术，希望能够对我国暖通空调的火灾防控起到一定的借鉴作用。
关键词：暖通空调系统；火灾防控；风管感烟火灾探测器
引言
随着我国社会经济的不断发展，建筑行业也迎来了发展的黄金时期，各种建筑的规模越来越大，先进的建筑技术也得到了广泛的应用。然而，人们生活水平的提升，使得对于建筑的要求也越来越高，对于建筑的功能不再仅仅满足于遮风挡雨，对于其质量、舒适、安全等方面有更高的要求。基于此，各种新型建筑技术也先后被应用于各类建筑工程中。火灾的监测和预警技术，是一种对建筑物以及住户人身安全至关重要的技术。一旦建筑物爆发火灾，必然会造成难以挽回的损失。暖通空调系统，是建筑物的重要组成部分，承担着温湿度调节、新鲜空气引进和有害气体排放的功能，通常在建筑的各个部分全面贯穿。当火灾发生的时候，火灾生成的各种烟气，乃至火焰本身，都有可能在暖通系统中气流、气压的影响下，进入暖通系统的风管中，进而沿着暖通系统传播，这一方面使得火灾的传播力度大大加强，另一方面其传播路径往往是监控难以感知的地方，所以控制更加艰难[1]。所以说，如果有这样的一种技术，当建筑物内火灾爆发的时候，既能够帮助人们对火灾的规模及时做出准确的判断，还能够对风管系统对火灾的影响作出有效的反应，另外还能够通过相应的措施阻止火灾从暖通空调系统传播和蔓延，对于建筑火灾的有效防控，无疑具有非常重要的意义；特别是对于高层建筑、大空间公共建筑，这类很容易造成火灾扩散、烟气蔓延迅速、控制难度较高的建筑物的火灾防控，其意义更是巨大的。基于此，本文就是针对这样的一种暖通空调系统火灾防控新技术——风管感烟火灾探测技术展开全面介绍。
1 暖通空调系统概述及其主要形式
在现代建筑中，暖通空调系统是重要的组成部分，其主要功能是为了保证建筑内部的温湿度环境更加符合用户所需，其主要的功能体现在温度与湿度的调控、新鲜空气的补充、有害气体与污浊气体的排放等等[2]。
正常情况下，建筑物要实现内外部的通风，实现内外部空气的流动，实现内外部热量的交换，这样的暖通系统主要有三种不同的系统[3]。一种是自然通风系统，一种是空调系统，另外一种是防排烟系统。任何一种系统中，空气的输送都离不开风管的作用。
1.1 自然通风系统
在自然通风系统的建筑物中，建筑物内外部空气之所以会产生流动或交换，主要是由于内外部自然存在的空气压差而造成的。比如，通过建筑的门窗、天窗、通风竖井等设施，实现内外部空气流通。自然通风系统是所有建筑通风系统中，最为便捷的一种，也是成本最低的一种，同时也是建筑设计中，应当被作为第一选择的一种通风系统。但是，这种通风系统的问题也显而易见，就是通风效率较差，所以一般只能用以提供给建筑内部较小空间使用，比如厨房、卫生间、洗浴间、盥洗室等等，可以采用自然通风系统；而大型建筑、高层建筑，自然通风系统难以满足建筑需求，所以其应用也很少。
1.2 空气调节系统
空气调节系统，就是我们常说的空调系统。这是一种以人为方法，对建筑物内部的空气、热量实施控制和配送，从而对室内的温度、湿度、洁净度、空气新鲜度以及空气流速实施有效控制的建筑系统。这种系统能够满足建筑物内部具体场所的不同环境调节需求，针对用户的实际需要，为室内某场所提供某种温度、湿度、洁净度的空气。空气调节系统，通常至少包括空气处理设施，空气传输设施和空气分配装置等主要组成部分。空气调节系统在建筑中的实际应用，也有不同的实施方式，基于送风方式，空调系统包括了集中式空调系统、半集中式空调系统和分散式空调系统三种不同的类型[4]。
1.2.1 集中式
所谓集中式空调系统，就是系统中的空气过滤器，热湿处理设备，包括风机、冷却器、加湿器、加热器，空调机，全部被集中在空调机房。而为了对温度实施调节的冷热源，由冷冻站、锅炉房等实施集中供给；将空气完成调制以后，再通过系统的风管，将其送到建筑物内部的各个空气出口；另外建筑内部回收的空气，同样先回收到一起然后再集中处理。也就是说，集中式空调系统，所有空气的调制都是集中进行，然后统一经过风管配送的。
1.2.2 半集中式
半集中式空调系统，与集中式空调系统相比，其最大的变化在于，对于空气的调制，不仅仅在机房内集中进行，同时也在建筑内部各房间展开；这样经过集中处理后的空气，在被送至建筑内部各个出口之前，再经过分散设置的处理设备，对空气进行再次补充处理。也就是说，半集中式空调系统，空气的调制首先对其实施集中调制，然后统一经过风管配送的，到出口前的各个房间再对其进行补充调制。
无论是集中式还是半集中式，都可以将其归属于中央空调系统的范畴。中央空调系统的通风管路，通常包括如下的几部分：户外新风口、空调机房、送风主管、各楼层送风支管、各楼层回风支管、回风主管和排风口[5]。
1.2.3 分散式
与中央空调系统相对应，分散式空调系统也可以叫做局部空调系统。在这种模式下，所有的空气处理设施，都分布在建筑内部的各个房间，而不集中设置。当房间内发起空气调节的相关需求以后，由房间相关的空调机组负责对空气实施处理。这种分散式的空调机组中，既包括了空气处理设备，也包括风机和冷热源。当电源接通以后，即可完成空气的处理，对室内温度、湿度实施调节。分散式空调系统，因为没有统一的空调房，所以也就没有在建筑内部全面覆盖的各种送风管路、回风管路等等。
1.3 防火排烟系统
根据排烟主要动力的不同，防火排烟系统也有两种不同的模式，一种是可加压送风的防火排烟系统，另一种是可开启外窗的自然防排烟系统。就高层建筑、公共建筑等大型建筑来说，基本都采用可加压送风的防火排烟系统，其中加压是通过加压机械来完成的，所以也称之为机械防排烟系统，就其系统组成来看，包括了如下组成部分，排送风风管管路、管井、防火阀 (门) 开关设备、排送风风机，就其布置方式来看，可将其分为垂直布置式机械排烟系统和水平布置式机械排烟系统[6]。
特别需要说明的是，在某些建筑结构中，中央空调的回风管理，也可以作为防排烟系统的一部分发挥作用。
2 暖通空调系统对于火灾的影响
暖通空调系统在设计过程中，为了使整栋建筑的各个位置，均能够满足空气的输送或调解作用，这就必须使暖通空调的管路在建筑物内全面覆盖，几乎贯穿所有建筑位置，这对于建筑物的空气调节当然是非常有必要的。但是，一旦发生火灾以后，其危害也会显而易见。火灾所产生的各种烟气，燃烧产生的各种毒气，以及火焰本身，都有可能会进入暖通空调系统的管路中；进而在其气流、气压的影响下，沿着暖通空调的管路迅速蔓延、传播。火灾发生时暖通空调带来的危害，根据不同的起火位置，有以下三种不同的表现。
2.1 建筑物外发生的火灾
如果火灾本身属于建筑外火灾，当火焰出现在暖通空调新风口附近，或者随着火灾的发展蔓延扩散到暖通空调新风口；这时火灾产生的各种烟气、毒气就会在中央空调的作用下，进入暖通空调通风管路，继而沿着通风管路不断蔓延到建筑物的内部区域，经过送风管路被送到建筑内部，包括各个房间中；更为严重的是，火焰夹杂在烟气之中进入建筑内部，使得火灾从建筑外火灾发展成为内部起火。
2.2 暖通空调系统内部造成的火灾
随着城市化进程的不断加剧，各类建筑的规模也越来越大，大型建筑的数量也越来越多。而且在现代化建筑中，暖通空调的作用也越来越大，效率越来越高，事实上空调系统在运行过程中的负荷也越来越大。过重的负荷本身就有较大的安全隐患，再加上在建筑的使用过程中，对暖通空调系统的维护、保养未必能够做到及时、全面；这又会进一步加大暖通空调系统的安全隐患。一旦空调系统的制冷、制热或者风机等设备发生问题，就有可能会造成系统内电路、电器火灾。另外，有研究表明，暖通空调系统在长期使用的过程中，通风管路中的各种粉尘烟气沉积物会不断增加，而这些粉尘烟气沉积物中，不乏各种可燃物质，这也会进一步加大暖通空调系统的火灾风险[7]。一旦暖通空调系统中起火，必然会迅速通过通风管道蔓延至建筑的其他部位，进而使得火势迅速发展到难以控制的态势。
2.3 建筑内部房间发生的火灾
当火灾发生在建筑内部的某个房间时，如果该房间为空调空间，那么在空调系统的正压效应下，房间中燃烧所产生的各种烟气、毒气乃至火焰，就会迅速被吸入暖通空调回风管道中；然后再通过回风管路，被扩散到建筑物其他区域，这样就会让火灾的影响迅速扩大，进而发展为无法控制的大火。
从上面的分析我们可以看出，暖通空调系统无论是其自身的高负荷，还是其维护保养可能的缺失，或者是管道中的可燃物质，使得其本身就有一定的建筑火灾隐患。更为严重的是，暖通空调系统在建筑内部的各个位置都有延伸贯穿，纵横密布的风管管路，一旦发生火灾就会成为火焰、烟气非常顺畅的发展通道，使得火灾的程度和影响被迅速扩大；而且火灾通过风管管路的蔓延，还具有很强的隐蔽性，这进一步加大了火灾的控制难度。
3 暖通空调系统火灾防控现状
事实上，暖通空调系统在火灾爆发时可能造成的严重影响也得到了人们的广泛关注，所以也采取了相应的防控措施。当前，在风管设计和施工中，一方面暖通空调的管路材料，尽量选择防火阻燃材料，另一方面，我国根据我国GB 50016－2006《建筑设计防火规范》 (以下简称《建规》) GB 50045－2005《高层民用建筑设计防火规范》的相关规定[8]，风管管路中，必须采用动作温度为70℃的防火阀，从而对火灾的扩散实施发挥有效的阻隔作用。尽管这些措施在一定程度上能够对火灾的扩散起到阻碍效果，对风管管路发挥必要的保护作用；但是却无法明确的反应火灾烟气的蔓延状况。特别是当火灾造成大量有毒气体，并进入风管管道扩散蔓延时候，上述措施的效果依然非常有限。所以，当火灾发生的时候，如何既能够帮助人们对火灾的规模做出及时准确的判断，还能够对风管系统对火灾的影响作出有效的反应，另外还能够通过相应的措施阻止火灾从暖通空调系统传播和蔓延，依然是当前建筑火灾防控所关注的重要课题。
4 一种暖通空调系统火灾防控新技术
随着时代的不断前进，消防技术也在不断发展和完善，针对上面我们探讨的暖通空调系统火灾防控，欧美发达国家研发出来一种新型的防控技术，就是风管感烟火灾探测技术。这种技术的基本原理是，在暖通空调通风管道的合理位置，安装感烟探测器；这样一旦火灾发生，无论是风管内火灾还是风管外火灾，只要有烟气进入通风管路，感烟探测器就能够迅速发出警报，进而采取适当的应对措施，比如停止风机、联动风阀等等。这样就能够更加迅速的了解火灾的发展状况，并对其蔓延作出有效的组织。
4.1 风管感烟火灾探测技术的原理
就当前风管火灾探测方式的实际应用状况来看，主要有以下四种不同的方法。第一种是在风管内部上方安装点型感烟探测器，第二种是在大型风管内部安装线型光束感烟探测器，第三种是将风管管路中的烟气，使用吸气式感烟探测器抽出并予以检测，第四种是设置于风管外部的专用感烟探测器，利用采样管采样风管管路烟气。
在上述四种不同的探测方式中，第四种方式——风管采样管式感烟探测器，是当前国内外公认的最有效的感烟检测方式，各类建筑设置中有着非常广泛的应用。这种方式的结构可参见如下图1所示。从图中我们可以看出，风管采样管式感烟探测器的结构包括三个主要部分，一是壳体，二是烟雾光学探测室，三是采样管，其中采样管为两根且为中空状态。总压管是探测器的进气采样管，上面有一排采样孔。工作时，将总压管深入风管管道内部，然后将采样孔的位置针对气流流动的方向，这样就能够完成烟气的采样工作；采样后的烟气从总压管中进入烟雾光学探测；由烟雾光学探测器对采集的烟气实施检测；检测完成的气体再经过静压管释放。如果检测结果表明采样气体中的烟气含量超过某一标准，就表明在风管管路中有烟气产生，并且产生的位置在管路上游，由此可以判断火源的具体位置。在感知烟气超标以后，探测器会同时发出烟气警报，并将报警和控制信号自动输入，然后系统按预设动作执行，比如完成风机的停止、联动风阀等等。
图1 风管采样管式感烟探测器示意图
4.2 相关标准与工程设置
在我国当前建筑设计中与风管相关的各项标准，诸如《高规》、《建规》、 GB 50019－2003《采暖通风与空气调节设计规范》、 GB50243－2002《通风与空调工程施工质量验收规范》等文件中，明确规定了机械排烟系统管路中，务必要设计安装防火阀等装置，以避免火灾发生时在暖通空调通风管路中的蔓延和扩散；但是并没有要求设计火灾探测报警装置，也没有对此类产品提出相关的规定。然而，在欧美发达国家，在先进的消防技术基础上，他们的建筑工程暖通空调系统中已经全面应用了风管火灾探测器，并且有相关工程设计规范、产品检测规范给予有效的指导和约束。比如，美国的NFPA 72《国家火灾报警规范》，NFPA 92A《控烟系统推荐标准》，NFPA 90A《空调通风系统安装标准》中，对于安装风管火灾探测器均有明确的规定。另外，英国的BS5831-1:2002《建筑火灾探测报警系统》，欧盟的《建筑火灾探测报警系统》中，均有明确的规定[9]。
在这些文件中，不仅要求相关建筑中必须安装风管火灾探测器，而且对于具体的安装位置有明确的规定；甚至一些规定中，还分别针对空调系统的不同负荷状况，给出了不同的安装位置要求。如下图2所示，就是这些法规中规定的风管火灾探测器安装的典型位置示意图。
图2 火灾探测器安装的典型位置示意图
5 小结
综上所述，对于现代建筑来说，暖通空调系统的火灾防控是一项重要的内容；如果对其防控不当，建筑内外一旦有火灾发生，暖通空调系统的通风管道将会成为火灾蔓延扩大的重要通道。尽管我国建筑相关法规对于风管的设计安装作出了相应的火灾防控规范，然而这些措施尚不能完全妥善的应对潜在的问题。基于此，本文提出了一种暖通空调系统火灾防控新技术，希望能够对我国暖通空调系统的火灾防控起到一定的借鉴作用。
参考文献
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论文作者:王双凤
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年17期
论文发表时间:2019/11/26
标签：风管论文; 火灾论文; 空调系统论文; 暖通论文; 建筑论文; 烟气论文; 空气论文; 《建筑学研究前沿》2019年17期论文;