中央空调送风口对感烟探测器的影响

翟　学　李旭旭　赵延涛

（河南省消防总队郑州支队，河南　郑州）

摘要：本文利用FDS数值模拟，从中央空调送风口的风速、温度、距可燃物垂直高度、距探测器水平距离四个方面，研究发展初期中央空调送风口对感烟探测报警器灵敏度的影响规律。利用该规律，提出感烟探测器布置的相关建议，确保感烟探测器可以及时报警。

关键词：中央空调送风口；感烟探测器；FDS；数值模拟

1　引言

随着我国经济的迅速增长，建筑物的构造形式趋于复杂化、奢华化，导致火灾起火原因多样化。火灾探测系统作为建筑防火体系中的先导组成部分，起到第一时间发现火灾，并及时向控制室、指挥中心反馈相关信息，联动启动声光报警器，提醒并引导建筑物内人员进行疏散。

在众多火灾探测器中，感烟探测器以其价格便宜、适应范围广、灵敏度高等特点成为运用最为广泛的探测器，研究感烟探测器不同条件下的响应时间，对提高建筑防火能力，保证建筑内人员财产和生命安全具有重大意义。

目前，在一些人员密集场所存在通风差、散热差的问题，设计者通常会设置中央空调来解决该问题。中央空调具有每个室外机可以连接多个室内送风口的特点，可以最大程度的节约空间；且任意一个送风口都配置一个回风口，可以达到室内气流均匀的效果。实际发现在火灾初期，非消防用电仍未切断，部分中央空调的送风口与感烟探测器过于接近，可能会对感烟探测器的灵敏程度造成影响。因此，中央空调送风口对感烟探测器的影响规律的研究尤为重要。

本文利用FDS数值模拟的方法，从中央空调送风口的风速、温度、距可燃物垂直高度，距探测器水平距离四个方面进行研究。

2　模型建立

为保证模拟输出结果可对比性，模型内只对起火源位置、中央空调送风口、感烟探测器的相关数据进行调动，除起火源外其他可燃物不予考虑，并且固定空间结构、网格划分、模拟时间、窗口位置、货源特性等数值。

模型空间为20m×20m×6m的房间，网格尺寸10cm。为区别中央空调送风口周围温度与建筑内其余部位温度之间区别，采用双区域模型，区域1初始温度、区域2初始温度均为模拟参数。双区域空间模型代码如下：

区域1：&MESH XB=0 10 0 10 0 5.5　IJK=100 100 55/

区域2：&MESH XB=0 10 0 10 4.5 6　IJK=100 100 5/

窗口1：&VENT XB=0 0 4 6 4 5 SURF_ID=’OPEN’/

窗口2：&VENT XB=10 10 4 6 4 5 SURF_ID=’OPEN’/

为保证感烟探测器动作，并尽可能减少计算量，时间设定100 s，代码如下：

&TIME　T_END=100/

火源设置烟雾生成率0.05，CO生成率0.01，代码如下：

&REAC FUEL=’PROPANE’　SOOT_YIELD=0.05　CO_YIELD=0.01/

起火源最大热释放速率4MW，自定义热释放速率，代码如下：

&SURF ID=’FIRE’ HRRPUA=1000　RAMP_Q=’FIRERAMP’/

&RAMP ID=’FIRERAMP’　T=0.0　F=0.0/（0 s时刻热释放速率为0）

&RAMP ID=’FIRERAMP’　T=10.0　F=1.0/（10 s时刻热释放速率为4MW）

&RAMP ID=’FIRERAMP’　T=40.0　F=1.0/（40 s时刻热释放速率为4MW）

&RAMP ID=’FIRERAMP’　T=60.0　F=0.4/（60 s时刻热释放速率为1.6MW）

&VENT XB=4 6 4 6 0 0　SURF_ID=’FIRE’ RGB = 0 0 255/

感烟探测器代码如下：

&PROP ID ='ACME SOMKE' QUANTITY='CHAMBER OBSCURATION'

LENGTH=1.8 ACTIVATION_OBSCURATION=3.24/

中央空调送风口代码如下：

&SURF ID=’FAN’ VEL=–3/

&VENT XB=2 4 2 4 6 6 SURF_ID='FAN'　RGB = 0 0 255/

空间结构如图1所示。

模型中起火源热释放速率如图2所示。

3　模拟对比分析

3.1　中央空调送风口风速对感烟探测器的影响

本次模拟，感烟探测器位于起火源正上方，距离感烟探测器水平距离4m，距起火源垂直距离6m，中央空调温度为夏季24℃（用区域二温度来代替）。通过调节12次风速，分别为0.5m/s、1m/s、1.5m/s、2m/s、2.5m/s、3m/s、3.5m/s、4m/s、4.5m/s、5m/s、5.5m/s、6m/s，记录每次感烟探测器动作时间，进行对比分析。结果见表1。

根据模拟所得数据作图分析规律，得图3如下所示。

由图3可知，当中央空调送风口风速较小时，对感烟探测器影响不大，感烟探测器可以在短时间内响应，起到报警作用。随着风速增大，由风口内吹出的气流对热烟气上升起到一定抵制作用，导致感烟探测器的响应时间增长，灵敏度下降，在风速为3m/s时，感烟探测器响应时间最长。之后响应时间反而降低，造成这种现象的原因是，随着风速增大，垂直向下的气流速度增大，当该气流垂直速度趋于零的时候，在水平方向仍保持一定速度，形成卷吸效果，对烟气上升起到一定推动作用，但是由于冷空气上升能力较热空气差很多，所以这种推动作用只能起到一定效果。

3.2　中央空调送风口温度对感烟探测器的影响

本次模拟，感烟探测器位于起火源正上方，距离感烟探测器水平距离4m，距起火源垂直距离6m，中央空调送风口风速2m/s。通过调节10次温度，分别为夏季20℃、22℃、24℃、26℃、28℃；冬季20℃、22℃、24℃、26℃、28℃（将区域1温度设定为10℃），记录每次感烟探测器动作时间，进行对比分析。结果见表2。

由表2可以发现，同一季度中央空调温度对感烟探测器灵敏度并没有影响，冬季感烟探测器的响应时间比夏季感烟探测器的响应时间长，是因为夏季风口送出的是冷气流，垂直向下速度快，冬季风口送出的是热空气，热空气较冷空气容易聚集在顶层，对热烟气上升有一定的阻碍作用。

3.3　中央空调送风口距可燃物垂直高度对感烟探测器的影响

本次模拟，感烟探测器位于起火源正上方，距离感烟探测器水平距离4m，中央空调温度为夏季24℃，风口风速2m/s，通过调节12次高度，分别为0m、0.5m、1m、1.5m、2m、2.5m、3m、3.5m、4m、4.5m、5m、5.5m，记录每次感烟探测器动作时间，进行对比分析。结果见表3：

由表3可以发现，随着中央空调距起火源高度差降低，感烟探测器的响应时间呈明显的下降趋势，这种现象的原因是因为，两者之间高度差越低，起火源产生的烟离子更容易上升到顶棚，使感烟探测器动作。

但是，本次研究未能实现中央空调送风口送出的气流对可燃物燃烧影响的模拟，如果中央空调送风口距离起火源较近，夏季使用时的冷风必然对可燃物的燃烧存在一定限制作用，但是同时送风口送出的气流又向着火区域补充部分新鲜空气，有利于可燃物燃烧。至于中央空调送风口气流对可燃物燃烧如何影响，将在今后的工作中进一步研究。

3.4　中央空调送风口距探测器水平位置对感烟探测器的影响

本次模拟，感烟探测器位于起火源正上方，距起火源垂直距离6m，中央空调温度为夏季24℃，风口风速2m/s，通过调节12次水平距离，分别为0.5m、1m、1.5m、2m、2.5m、3m、3.5m、4m、4.5m、5m、5.5m、6m，记录每次感烟探测器动作时间，进行对比分析。结果见表4。

由表4可以发现，当中央空调送风口距感烟探测器较近时，风口送出的水平气流运动明显阻碍了烟气运动，响应时间长。随着水平距离的增加，响应时间逐渐降低，当风口距感烟探测器水平距离在2.5～6m时，响应时间没有形成明显降低的趋势，如图4所示，是因为风口送出的水平距离的气流已经难以影响到烟气运动，但是垂直气流的卷吸作用也随着距离的增加而减弱。因《建筑设计防火规范》对感烟探测器设置间距有规定，所以设计更远距离的模拟无太大意义。

由表4可以发现，当中央空调送风口距感烟探测器较近时，风口送出的水平气流运动明显阻碍了烟气运动，响应时间长。随着水平距离的增加，响应时间逐渐降低，当风口距感烟探测器水平距离在2.5～6m时，响应时间没有形成明显降低的趋势，如图4所示，是因为风口送出的水平距离的气流已经难以影响到烟气运动，但是垂直气流的卷吸作用也随着距离的增加而减弱。因《建筑设计防火》对感烟探测器设置间距有规定，所以设计更远距离的模拟无太大意义。

4　结论

本文利用FDS数值模拟，通过对比分析的方法从中央空调送风口的风速、温度、距可燃物垂直高度，距探测器水平距离四个方面，对感烟探测器的灵敏度进行研究。虽然数值模拟比真实环境更为理想，模拟得到的感烟探测器响应时间与真实值有偏差，但可以通过模拟结果总结出一般规律：

（1）在其他条件相同的情况下，中央空调送风口风速较小时，对感烟探测器影响不大，随着风速增大灵敏度下降，在风速为3m/s时，感烟探测器响应时间最长，之后响应时间反而随风速的增大而降低。

（2）在其他条件相同的情况下，同一季度中央空调温度对感烟探测器灵敏度并没有影响，冬季感烟探测器的响应时间比夏季感烟探测器的响应时间长。

（3）在其他条件相同的情况下，随着中央空调距起火源高度差降低，感烟探测器的响应时间呈明显的下降趋势。

（4）在其他条件相同的情况下，中央空调送风口距感烟探测器较近时，感烟探测器响应时间长。随着水平距离的增加，响应时间逐渐降低，当风口距感烟探测器水平距离在2.5～6m时，响应时间没有形成明显降低的趋势。

利用数值模型结果总结的规律，提出中央空调送风口和感烟探测器布置的相关建议：

（1）中央空调送风口风速在3m/s时，最不利用感烟探测器响应，建议风速设定为2m/s，既节约资源，又可以保证感烟探测器及时响应。

（2）中央空调送风口距感烟探测器水平距离不宜过近，建议两者水平距离在2.5m以外，可以保证感烟探测器及时响应。

参考文献

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