空气采样早期烟雾探测报警系统在通信机房中的应用

　　

摘要：文章通过通信机房及火灾报警系统的阐述，提出了这两者之间的关联和发展，进而详细了说明空气采样早期烟雾探测报警系统。

关键词：空气采样 烟雾探测报警系统 通信机房

　随着计算机技术及微电子技术的发展，通信设备系统集成要求越来越高，高度的系统集成使过去多间机房容纳的设备被浓缩到一个机柜中，这样，机内通风及机房环境的恒温恒湿是必不可少的，而机内通风和空调设备的采用，能起到降低温度避免温度过高而且发生火灾的作用，从而对火灾烟雾起到了稀释作用，这样，初始火灾产生的烟热浮力变小，难以达到天花板，这就大大地推迟了普通被动式点型感烟探测器的响应报警时间，甚至因烟雾严重稀释或难以扩散至探测器使它无用武之地。

　　通信机房是信息网络的心脏，由于通信设备价格昂贵，一旦发生火灾，不仅造成严重的经济损失，而且造成设备瘫痪，将使政府、公司、银行、商业、工厂及个人的通信联络中断和数据丢失，其损失是无法估计的，更重要的是社会效益难以挽回。如1995年4月1日，广东省汕头市金砂邮电大楼因电线短路引发火灾，烧毁5万门程控交换机、20万门全自动传呼交换机和查询台、长途交换机房等，造成国际、国内通讯中断达40余小时，过火及烟熏面积约600平方；2002年2月27日海口市通信机房发生火灾，造成包括省委、省府等四大班子在内的6500个接入网用户通信中断，52个中国移动通信基站的通信受阻，出入局呼叫、数据通信小灵通网络、部分金融系统网络、有线电视网络亦受到不同程度影响；此起火灾系传输机房内一条48伏电源线短路而造成；因此在通信机房内实现火情提早报警会赢得充足的时间去发现和处理火情，避免酿成火灾，这是至关重要的。

　　机房设备的电线、电缆的塑料绝缘层，为增加阻燃性，均加入了卤化物和磷酸盐之类的添加剂。这些添加剂减缓了火势蔓延，但产生过量的烟雾，这些烟雾导电的随机性可能引起电路的误操作，元件上的烟尘还可能导致运动部件的磨损。烟尘沉积在存储介质如磁盘、磁带上时，可能会产生错误信息。直径0.5微米（相当于一根头发粗细的1/150）的烟尘颗粒会损伤硬盘驱动器。另外，起火时除产生热和烟外，也释放出腐蚀性气体和有毒气体，大多数塑料燃烧时产生的是酚性气体，聚氯乙烯绝缘燃烧时释放出大量氯化氢气体，它与水分子结合形成盐酸，盐酸是一种侵蚀电子元件接线端子和电路板的强腐蚀性试剂，必将危及设备的正常运行。那么在形成烟雾之前，早期报警就会避免这种损失。要提高报警，就需要高的探测灵敏度，也就要求比较微弱的烟时就能报警。而普通点型感烟探测器必须被动地等待烟雾聚集到足够浓度才报警，这就限制了它在此环境中的使用。

　　1301在过去一直是电气设备的主要灭火剂，但由于其破坏地球臭氧层而正在逐步被淘汰。二氧化碳需要高浓度，也是有害的，而且由于它是低温释放，可能对运行中的电气设备造成凝霜，带电设备上会出现电解腐蚀。目前1301和CO2灭火剂已被FM取代，但所有灭火系统都要烟雾探测器来启动，启动越早，损失越小，要能够提高发现火情，将火灾扑灭在萌芽中，避免形成浓烟和不必要的灭火剂喷洒，对机房来说采用早期烟雾报警系统非常必要。因为通信设备终年运行，不可停顿，而烟雾控测器要求应使维护、检修量变得最小，应避免爬至吊顶去检修。一旦有金属物品掉入机柜，后果将不堪设想。另外，机房内有各种设备如交换机、发射机、高压电源、电脑等，探测器不能受电磁干扰，否则易引起误报或引起误喷洒。

　　通信机房的火灾隐患主要产生于电缆、电线的过电压或过电流，实践表明普通感烟探测器报警时，电线、电缆已烧毁，无法再使用。这样，即使是普通的感烟探测系统报了警时也无济于事，必须早报警，要求电缆、电线刚刚出现过热，发出焦糊味但还没有生成可见烟，电线、电缆还没有变形时就报警，那么早期报警就能避免设备和线缆不受损伤。

　　另外，机房的数据保存、人员的疏散也需要有足够的时间来处理，这样，早期报警就成为机房环境的火灾防范必不可少的要求。

　　通信建筑对火灾报警系统的要求归纳如下：
　　1.火灾自动报警系统要适合工作在有较强空气流动的环境中，一般空气更换率在20－40次/小时或更高。
　　2.为及早发现火情，有足够的时间进行人工处理和扑救，火灾自动报警系统要在火情初期提早报警。
　　3.为防止误报，火灾自动报警系统要适合工作在有电磁干扰的环境中，而且不会因灰尘、潮湿产生误报。
　　4.机房设备运行不可中断，其火灾自动报警系统应使维护次数降到最低，检修麻烦是不可取的。
　　5.要尽量避免灭火剂喷洒，火灾自动报警系统要早报警，以便有足够的时间处理火情，避免形成火灾。
　　6.机房中火灾生成的烟雾和气体，具有很强的腐蚀性，火灾自动报警系统在火灾初期就要报警，不让烟雾污染设备，这就要求具有很高的灵敏度，并且对各种材料燃烧产生的烟雾均有一致且灵敏的反应。
　　7.火灾自动报警系统必须是高可靠性、高稳定性、高灵敏度及便于维护，以降低其运行成本。
　　8.特别是对无人值守或相距分散的机房应具备联网功能，要做到远距离集中监控，统一管理，而且扩容升级方便。

　　试验及经验表明，绝大多数火灾都可分为四个阶段：初始阶段，存在着肉眼看不见的很微弱的烟雾，火灾的初始阶段发展很慢，可长达数小时，且不易被人们发现。而普通的感烟探测器在这个阶段还没有反应，如果火灾探测系统能够在这一阶段及早发现火情并报警，将为控制火势发展赢得宝贵的时机；可见烟雾燃烧阶段，可以看到烟雾的明显存在，这也是离子、光电感烟探测器工作的阶段，这个阶段离明火的出现仅有数分钟；火焰燃烧阶段，阴燃聚集的热量导致物质出现有焰燃烧；剧烈燃烧阶段，环境温度上升数十度至几百度，这是感温探测器、水喷淋的动作温度区。由于传统的探测器一般都在火灾发展到后三个阶段时发出报警，而这三个阶段时是相对较短，约几秒钟到十几分钟，所以即使发现火警也为时过晚。

　　普通的感烟探测器工作在第二个阶段，从实验得知，它发出报警时，在被保护区内已是烟雾弥漫，虽然报了警，但机房工作人员没有足够的时间去处理，错过了将火扑灭在萌芽阶段的良机，即使启动了灭火设备，这时已造成了财产和人员不同程度的损伤，更何况通信设备是不允许停顿和中断的，因此提早报警至关重要。
　　近几年来，国内电信系统较多机房中采用的空气采样式早期烟雾探测报警系统较好地解决了在火灾初期实现自动报警的问题，这一系统的代表产品如澳大利亚GO－DEX PTY.LTD公司生产的GO－DEX型空气采样式感烟火灾探测器、中国山东宏雁消防自控有限公司引进澳大利亚技术生产的VESDA空气采样早期烟雾探测系统以及香港科艺公司的国外产品。

空气采样早期烟雾探测系统是利用伸向被保护区内的管网，由侦测腔内的抽气泵经由空气采样管路不断地抽取防护区域内的空气样品进行检测，而不是被动地等待烟雾的扩散，经过滤器将空气中的灰尘去掉，再进入激光室，激光源所发出的光经过聚焦后在侦测腔的正中聚焦，当烟粒子经过样本抽取网络被传送回侦测腔时，相对比例的烟粒子通过聚焦点时所形成的光线折射率会被接收器读取，对空气中的烟雾量进行分析，此读数通过计算机运算后就能反映出烟雾的浓度大小及相应的比例（其工作原理见下图）

　　空气采样早期烟雾探测系统侦测室具有极高的灵敏度且其灵敏度连续可调，探测范围广。烟粒子的基本直径在十微米以下，空气采样早期烟雾探测系统的灵敏度为0.004－4％obs/m（传统探测器一般为5％obs/m），因此，它可以探测到很微弱的烟雾，火情报警时间大为提前，使值班人员有充足的时间寻找火源，采取适当的措施，制止火灾的发生，最终避免火灾及灭火过程中造成的业务中断或设备损毁所带来的巨大损失。

　　空气采样早期烟雾探测系统的取样管路的设置具有极大的弹性，系统可用在许多传统火灾报警系统无法发挥功效的场所，采样管网采用pvc阻燃管，采样孔就打在pvc上，每个采样孔的保护面积相当于一只感烟探测器。管路安装形式多样，采样网管中的支管和毛细管可以水平或垂直方向布置在任何地方，如封闭机柜内、活动地板下或吊顶内，设备内部过流、过压产生的微量烟雾可以直接探测到；在空气流速较大的通信建筑环境中采样管还可以直接敷设在交换机上方或空调、通风设备的回风口处，因机房内任何部位产生的烟雾在空调、通风设备的作用下均由回风口返回，采样管网布置在回风口，可及时探测到整个机房环境内的烟雾变化，而普通感烟探测器却是不允许安装在通风空调的回风口。采样管网安装极其简便，避免了繁琐的连线、安装调试工作。

　　在火灾发展的初始阶段，通信机房中往往是因为一些设备或线缆过电压、过电流而挥发出微量的烟雾粒子，人们看不到它，但能嗅到烟雾中的异味。这说明空气中已出现了烟雾，只不过烟雾的浓度低于人眼的视觉阈值，当然更低于普通报警探测器的报警阈值。即使产生了很浓的烟雾，由于空调及通风设备的大量采用，烟雾变得很稀薄，使普通感烟探测器无能为力。而空气采样早期烟雾探测系统的工作原理是光散射测量技术，当激光照射到空气样品上时，不同直径的烟粒子发生的散射现象是不一致的，普通感烟探测器都只对某些物质材料燃烧产生的烟雾响应好，而对另外一些材料产生的烟雾响应差，如光电感烟探测器对合成材料产生的烟雾敏感，而离子感烟探测器对天然材料产生的烟雾比较敏感，而空气采样早期烟雾探测系统对各种材料产生的烟雾都敏感，而空气采样早期烟雾探测系统对各种材料产生的烟雾都敏感，而空气采样早期烟雾探测系统对各种材料产生的烟雾都敏感，对任何大小的烟雾粒子均有很好地响应。这种激光散射的测量方法精确，测量范围宽，灵敏度高，因此对微量的烟雾也能探测报警。其pvc采样管内无任何电子器件，因此不会受到机房内电磁环境的干扰，甚至可用于防爆环境，其多级过滤方式一方面将大的灰尘、脏物过滤掉，另一方面又将精细过滤后的洁净空气送回探测腔，时时刻刻清洗腔内的光学元件，而且空气采样早期烟雾探测系统还采用了结合激光技术的灰尘处理和识别分离（LDDTM）功能，因此这种设备可以较长时间不用清洗和校正，不仅降低了误报率，而且延长了系统的使用寿命，满足了通信机房的不间断火情监测的需要。而感烟探测器必须每年或每二年清洗和校正一次，在清洗和校正期间，探测系统无法对机房实施火情监测，从而使机房较长时间处于无监测状态，而且探测器的清洗和校正所需费用较高，从而增加了运行费用。空气采样早期烟雾探测系统灵敏度高，得益于其所具有的自动环境学习功能（classfire）可以根据周围的环境进行学习，然后根据所积累的数据设定灵敏度，以达到任何环境都能精确探测的效果，该功能还可以鉴别出灰尘、潮气和烟雾的存在，另系统的自动比较功能可以设置警报的延时输出，经过一段时间的比较，系统可以确定烟雾的稳定变化再发出警报，从而避免由于环境的异常变化造成的误报，提高了报警的可靠性。空气采样早期烟雾探测系统还能与普通火灾报警控制器相连，实现双路报警或者启动声光报警设备，并可通过高级接口把早期报警系统同楼宇管理等智能系统或通信建筑环境动力等局域网连接，融入到这些智能化系统中去。

　　通信机房正向无人值守方式发展，对机房的远距离集中监控变得非常必要，空气采样早期烟雾探测系统对有局域网的场合如环境动力网采用开放协议高级接口，将空气采样早期烟雾探测系统的设备与局域网相连，这样在环境动力网中除对电流、电压、温度、湿度进行监控外，还可对机房中的烟雾状况等系统早期报警的信息进行采集和监控。对于没有局域网的环境，空气采样早期烟雾探测系统可采用网络终端机进行联网，在任何地点，有任何烟雾报警发生后，系统以自动拨号的方式通过市话网或无线网直接传到监控中心，监控中心运行专门的监控软件，读取各分局机房中空气采样早期烟雾探测系统所获得的信息，并可进行远程编程和维护。