煙霧探測及其重要性

 

智能樓宇技術(shù)正不斷發(fā)展，將靜態(tài)樓宇轉(zhuǎn)化為富有生機(jī)活力的高效實(shí)體，即所謂的智能樓宇。這種發(fā)展需要采用多項(xiàng)技術(shù)，以降低運(yùn)行和維護(hù)成本。在綠色樓宇、零排放和更低的碳排放等大趨勢的影響下，需要對樓宇中的更多狀況實(shí)施監(jiān)控。其中有些解決方案和測量方法是為了提升工作人員的舒適度和工作效率。但是，受愈加嚴(yán)格的法律法規(guī)影響，還需要采用解決方案和測量方法來提高樓宇的安全性。

 

就安全而言，煙霧探測面臨著巨大的挑戰(zhàn)：挽救生命。

 

煙霧探測市場因?yàn)橐恍╆P(guān)鍵因素不斷創(chuàng)新，其中包括：

 

●   工業(yè)建筑面積增加：國際能源署(IEA)預(yù)測，全球樓宇建筑面積將以約3%/年的速度增加。這是發(fā)展中國家的城市化水平不斷提高，對能源的使用率不斷上升所驅(qū)動(dòng)的。

●   樓宇中使用的合成材料也越來越多。

 

所以，本著以人為本、生命無價(jià)的原則，煙霧探測規(guī)范極為重要。面臨的挑戰(zhàn)在于，錯(cuò)誤報(bào)警疏散可能引發(fā)停機(jī)和恐慌，尤其現(xiàn)在的樓宇都是采用可容納數(shù)千人的設(shè)計(jì)（例如，華盛頓的波音艾弗雷特工廠就設(shè)計(jì)為可容納約40,000人）。廚房中會(huì)產(chǎn)生烹飪氣體或蒸汽，可能恰恰會(huì)在煙霧探測器不應(yīng)因?yàn)閿_亂報(bào)警被禁用的位置造成錯(cuò)誤報(bào)警?，F(xiàn)在樓宇采用的合成材料會(huì)陰燃，產(chǎn)生致命煙氣，所以在真正緊急的情況下，能夠進(jìn)行疏散的時(shí)間會(huì)更少。現(xiàn)在新的防火規(guī)范規(guī)定，應(yīng)該盡最大可能減少誤報(bào)，且在真正發(fā)生火災(zāi)時(shí)更快發(fā)出警報(bào)。本文將介紹待定和現(xiàn)行的全球標(biāo)準(zhǔn)，以及這些標(biāo)準(zhǔn)對煙霧探測技術(shù)及其市場的影響。

 

煙霧探測器系統(tǒng)中主要采用兩種煙霧探測技術(shù)：

 

●   電離系統(tǒng)，在兩個(gè)導(dǎo)電板之間摻加了少量放射性材料。如此對空氣進(jìn)行離子化，使得電流流動(dòng)。在煙霧進(jìn)入腔室中時(shí)，它會(huì)減少電流流動(dòng)，并觸發(fā)警報(bào)。有些歐美國家禁止使用電離探測器，因?yàn)樗鼈儫o法保證精準(zhǔn)探測到萌發(fā)初期的火災(zāi)。

●   光電煙霧探測器，使用光來檢測火災(zāi)。在探測器內(nèi)部，有一個(gè)光感測腔室，使用光來探測煙霧。當(dāng)檢測到煙霧時(shí)，它會(huì)將LED光折射到光電探測器中。光束到達(dá)此傳感器時(shí)，即觸發(fā)警報(bào)。

 

全球標(biāo)準(zhǔn)匯總

 

基本主要有5大全球標(biāo)準(zhǔn)可進(jìn)行比較，通過各自認(rèn)證的要求各不相同。煙霧探測器系統(tǒng)需要作為終端產(chǎn)品進(jìn)行全面測試，但也可能是在煙霧探測技術(shù)子系統(tǒng)級別進(jìn)行測試。這雖然不能代替全面認(rèn)證，但是可以在獲得價(jià)格高昂的終端系統(tǒng)認(rèn)證之前令人安心。

 

美國和加拿大

 

●   UL 268：用于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的煙霧探測器

 

     ○ 第7版：計(jì)劃于2020年5月29日開始生效，但有可能延遲至2021年6月30日生效

 

●   UL 217：煙霧報(bào)警

 

     ○ 第8版：計(jì)劃于2020年5月29日開始生效，但有可能延遲至2021年6月30日生效

 

圖1. 準(zhǔn)確的煙霧探測重要性示例

 

這些標(biāo)準(zhǔn)包含對聚氨酯燃燒和陰燃，以及對烹飪干擾（漢堡包）測試的更新。

 

歐洲

 

●   EN 14604：煙霧報(bào)警設(shè)備(2006)

●   BS EN 54：火災(zāi)探測和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(2015)

 

     ○ 第29部分：多傳感器火災(zāi)探測器——使用煙霧和熱傳感器組合的點(diǎn)式探測器

 

國際

 

●   ISO 7240：火災(zāi)探測和報(bào)警系統(tǒng)(2018)

 

     ○ 第7部分：采用散射光、透射光或電離的點(diǎn)式煙霧探測器

 

●   中國關(guān)于點(diǎn)式煙霧探測器的標(biāo)準(zhǔn)依照此標(biāo)準(zhǔn)的2003年版本

 

UL 268和UL 217涵蓋美國和加拿大的相關(guān)法規(guī)，這些標(biāo)準(zhǔn)要求通過技術(shù)（和算法）有效區(qū)分聚氨酯泡沫墊燃燒產(chǎn)生的指定煙霧濃度和漢堡包燃燒產(chǎn)生的指定煙霧濃度。注意：加拿大法規(guī)要求采用不同的煙霧測試室設(shè)置。另外三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)分別是：EN 14604，2006年發(fā)布的歐洲標(biāo)準(zhǔn)；BS EN 54，英國對2015年發(fā)布的歐洲EN 54標(biāo)準(zhǔn)（這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)第29部分的內(nèi)容是關(guān)于煙霧探測）的解讀；以及ISO 7240，這是2018年發(fā)布的全球標(biāo)準(zhǔn)（這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)第7部分與煙霧有關(guān)）。目前中國關(guān)于點(diǎn)式煙霧探測器的標(biāo)準(zhǔn)依照ISO 7240的2003年版本。

 

測試細(xì)節(jié)

 

接下來，我們將就標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)方面展開討論：測試和測試設(shè)置要求。以下示例均使用UL標(biāo)準(zhǔn)。

 

●   典型尺寸為d = 5英尺或2米，光束直徑4英寸至6英寸（10.2厘米至15.2厘米）時(shí)，使用鈉蒸汽燈(589 nm)。d表示光源與光電探測器之間的距離。

 

圖2. UL標(biāo)準(zhǔn)測試的示例圖

 

火災(zāi)室內(nèi)測試以起火后的報(bào)警時(shí)間或減光率（在有些情況下，兩者皆用）來表示。減光率是一種測量煙霧濃度的單位。它測量在存在煙霧的情況下，光束到達(dá)探測器(D)的數(shù)量，并與無煙霧情況下，光束到達(dá)探測器(D)的數(shù)量進(jìn)行比較。減光率越高，煙霧濃度水平越高。

 

目前最嚴(yán)格的測試標(biāo)準(zhǔn)分別為NA/Canada UL 217和UL 268。此處列出了一些相關(guān)測試，除此以外，還存在很多：

 

UL 217（第8版）/UL 268（第7版）

 

●   紙火

 

     ○ 必須在t = 240 s之前發(fā)出警報(bào)

 

●   木火

 

     ○ 必須在t = 240 s之前發(fā)出警報(bào)

 

●   陰燃煙霧

 

     ○ 必須在減光率超過29.26%/m之前發(fā)出警報(bào)

 

●   燃燒的聚氨酯泡沫

 

     ○ 必須在減光率超過15.47%/m和t = 360 s之前發(fā)出警報(bào)

 

●   陰燃聚氨酯

 

     ○ 必須在減光率超過34.3%/m之前發(fā)出警報(bào)

 

●   漢堡包（干擾報(bào)警）

 

     ○ 在減光率超過0.987%/m，或者M(jìn)IC值在59.3%至49.2%范圍之前，不得發(fā)出報(bào)警/故障信號

 

●   靈敏度測試、灰塵測試、高濕度測試

 

     ○ 不得發(fā)出報(bào)警/故障信號

     ○ 靈敏度測試測量受控?zé)熿F室中煙霧探測器發(fā)出警報(bào)時(shí)的減光率

 

●   可燃液體火災(zāi)（UL 268，僅加拿大地區(qū)）

 

     ○ 必須在t = 240 s之前發(fā)出警報(bào)

 

對于EN 14604、BS EN 54和ISO 7240，同一測試或其他規(guī)范的靈敏度等級可能不同，例如針對液體（庚烷）火災(zāi)、發(fā)光的陰燃棉花，或者低溫黑煙液體火災(zāi)。

 

注意：執(zhí)行整套測試時(shí)，必須參考所有相關(guān)規(guī)范。

 

測試規(guī)定以及國際規(guī)范之間的重疊

 

以下是五項(xiàng)主要測試規(guī)范的要求：

 

●   UL 268 和 UL 217

 

     ○ 28個(gè)組合樣本，所有都用于每種測試（除非與測試機(jī)構(gòu)另有約定）

 

●   EN 14604

 

     ○ 20個(gè)樣本：樣本按響應(yīng)閾值升序編號（靈敏度降低）

 

●   BS EN 54

 

     ○ 22個(gè)樣本：6個(gè)靈敏度最低的樣本采用17至22的編號，其他樣本從1至16任意編號

 

●   ISO 7240

 

     ○ 20個(gè)樣本：4個(gè)靈敏度最低的樣本采用17至20的編號，其他樣本從1至16任意編號

 

測試設(shè)置非常重要，因?yàn)樗鼈儧Q定了按照這5項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行每次測試需要多少探測器。UL 268和UL 217需要28個(gè)樣本，每次測試會(huì)用到所有樣本。對于其他3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，樣本按具體要求編號，特定樣本需要通過特定測試。例如，ISO 7240規(guī)定，所有樣本都必須接受再現(xiàn)性測試，但只有樣本3需要接受炫光測試。從全球合規(guī)性角度，這意味著，因?yàn)樘囟ㄔO(shè)備需要通過特定測試（出于合規(guī)性考慮），所以必須按每項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行每項(xiàng)測試，標(biāo)準(zhǔn)之間不得重疊。在有些情況下，兩個(gè)不同UL標(biāo)準(zhǔn)的測試條件完全相同，所以，符合一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)意味著也符合另一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

 

EN 54-29、EN 14604和ISO 7240對煙道和煙室的要求完全相同，都會(huì)執(zhí)行一些測試。這些標(biāo)準(zhǔn)對通風(fēng)條件的要求也完全相同。在有些情況下，兩個(gè)不同UL標(biāo)準(zhǔn)的測試條件完全相同，所以，符合一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)意味著也符合另一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

 

煙霧探測技術(shù)：一種技術(shù)不足以滿足所有要求

 

本文總結(jié)介紹了一些煙霧探測技術(shù)、其定義、煙霧探測器測試，以及它們與5項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系。文中并沒有將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)與另一個(gè)進(jìn)行詳細(xì)對比分析。而是使用一些示例，說明滿足煙霧探測法規(guī)要求的過程有多嚴(yán)格和復(fù)雜。每個(gè)國際地區(qū)都有一套非常詳細(xì)的測試，每種測試采用的測試方法（和設(shè)置）都不同。

 

但是，通過目前最嚴(yán)格的兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)UL 217和UL 268就意味著產(chǎn)品很好的表明合規(guī)性，盡管這不能代替地區(qū)測試。對于地區(qū)合規(guī)，需要對當(dāng)?shù)氐臏y試要求和方法進(jìn)行非常詳細(xì)地檢查。甚至從地方層面來看，未來法規(guī)要求也會(huì)越來越嚴(yán)格。

 

使用UL列出的組件或子系統(tǒng)會(huì)令人更安心。UL組件認(rèn)可是指UL對完整產(chǎn)品或系統(tǒng)中使用的組件或材料進(jìn)行評估。這些組件只能用于符合UL認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的終端產(chǎn)品中。本文發(fā)布時(shí)，ADPD188BI和煙室正申請列入U(xiǎn)L認(rèn)可組件中。

 

圖3. ADPD188BI煙霧探測模塊

 

ADPD188BI煙霧探測模塊在3.8 mm × 5.0 mm × 0.9 mm小型封裝中集成了LED、光電二極管和一個(gè)模擬前端(AFE)。其優(yōu)勢包括：

 

●   減少了器件數(shù)量

●   具有低信號測量的高信噪比(SNR)和寬動(dòng)態(tài)范圍，能夠滿足 新的和現(xiàn)有的生命安全法規(guī)要求

減少了干擾警報(bào)，通過雙色檢測和高動(dòng)態(tài)范圍來確保驗(yàn)證 過的警報(bào)（避免警報(bào)禁用）

●   低功耗，允許有線或無線環(huán)路中連接更多設(shè)備

●   小尺寸，可將探測器置于難以觸及的位置

●   無需LED供應(yīng)鏈管理

●   采用標(biāo)準(zhǔn)SMT裝配流程

 

未來趨勢

 

法規(guī)變化要求采用更小巧、更精準(zhǔn)的煙霧探測系統(tǒng)。除了法規(guī)變化以外，客戶還要求產(chǎn)品更美觀，能夠用于更廣泛更棘手的部署場景。要滿足這些要求，就需要更小的產(chǎn)品外形和更低的功率。使用雙波長探測的系統(tǒng)可以減少干擾警報(bào)，符合新測試法規(guī)要求。高SNR和高動(dòng)態(tài)范圍系統(tǒng)也有助于更好地識別煙霧類型。光學(xué)技術(shù)支持實(shí)現(xiàn)更高的動(dòng)態(tài)范圍，不僅提高可靠性，還可縮小外形尺寸和/或降低功耗。

 

因?yàn)楝F(xiàn)在消除了（例如烹飪和蒸汽導(dǎo)致的）干擾警報(bào)，所以煙霧探測器可以更密集地安裝在廚房和衛(wèi)生間中，增加樓宇中實(shí)際安裝的設(shè)備數(shù)量，形成覆蓋范圍更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此，低功率要求支持電池運(yùn)行（延長使用壽命），或增加主回路中的設(shè)備數(shù)量。但在系統(tǒng)層面，對于無線網(wǎng)絡(luò)而言，更快發(fā)出警報(bào)意味著需要采用低延遲網(wǎng)絡(luò)?？紤]到煙霧探測對生命安全的影響，實(shí)體系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)作為獨(dú)立設(shè)備使用。但是，在未來，可能也需要將煙霧探測集成到其他樓宇控制系統(tǒng)中，例如，集成到疏散或緊急照明系統(tǒng)中，所以，小尺寸將越來越重要。

 

作者

 

Grainne Murphy

 

Grainne是ADI公司工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)解決方案部門營銷經(jīng)理。她擁有超過25年的工程經(jīng)驗(yàn)，負(fù)責(zé)管理客戶需求、參與和ADI公司關(guān)鍵產(chǎn)品組合的營銷/溝通策略以及智能樓宇的未來方向。她畢業(yè)于愛爾蘭利默里克大學(xué)(BENG)，同時(shí)擁有牛津布魯克斯大學(xué)工商管理碩士學(xué)位。

 

 

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