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極早期火災偵測與通報系統之應用研究

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Academic year: 2021

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極早期火災偵測與通報系統之

極早期火災偵測與通報系統之

極早期火災偵測與通報系統之

極早期火災偵測與通報系統之

應用研究

應用研究

應用研究

應用研究

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

中華民國

中華民國

中華民國

中華民國 100 年

年 12 月

(本報告內容及建議,純屬研究小組意見,不代表本機關意見)

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國科會 GRB 編號:PG10001-0251 本部計畫編號:100301070000G1009

極早期火災偵測與通報系統之

極早期火災偵測與通報系統之

極早期火災偵測與通報系統之

極早期火災偵測與通報系統之

應用研究

應用研究

應用研究

應用研究

受委託者:黎明技術學院

研究主持人:林哲次

協同主持人:鄭紹材

研 究 員:邱文豐

研 究 助 理 :葉文心、宮肇猷

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告

中華民國

中華民國

中華民國

中華民國 100 年

年 12 月

(本報告內容及建議,純屬研究小組意見,不代表本機關意見)

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目次

目次

目次

目次

目次...I 表次... III 圖次... V 摘 要...VII ABSTRACT... XIII 第一章 緒 論... 1 第一節 研究緣起與動機 ... 1 第二節 研究目的 ... 3 第三節 研究方法與流程 ... 3 第四節 研究範圍與限制 ... 5 第五節 名詞解釋與定義 ... 6 第二章 文獻探討與分析... 9 第一節 ASD 偵測技術的發展 ... 9 第二節 ASD 偵測技術的應用 ... 18 第三節 ASD 的應用概況 ... 26 第三章 極早期探測技術於性能設計之通用設計應用指南草案... 29 第一節 考量場所特性 ... 29 第二節 空氣取樣方式 ... 32 第三節 適用場所及取樣方式 ... 41 第四節 火警警報設備同等性能設計 ... 43 第四章 性能驗證實驗... 49 第一節 挑高空間試驗 ... 50 第二節 機房試驗 ... 56 第三節 一般居室試驗 ... 59 第四節 討論 ... 63 第五章 極早期探測技術功能測試的規範建議草案... 65 第一節 性能測試 ... 65 第二節 檢修基準 ... 66 第六章 消防安全設備有關設置規定之增修建議草案... 71 第一節 火警分區 ... 71 第二節 探測器裝置場所高度及選擇裝設種類 ... 73 第三節 探測器之裝置位置與氣流大小關係 ... 75 第四節 偵煙式探測器設置場所限制 ... 75 第五節 選擇與設置規定 ... 77 第六節 小結 ... 80

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第七章 極早期探測技術之智慧化防火功能...89 第一節 多階段式通報機制 ...90 第二節 多元火災偵測技術的整合 ...92 第三節 ASD 與防火避難的相關性 ...95 第八章 結論與建議...101 第一節 結論 ...101 第二節 建議 ...103 附錄一 評選審查意見及處理回應...105 附錄二 期中報告審查會議意見及處理回應...109 附錄三 期末報告審查會議意見及處理回應... 111 附錄四 專家學者座談會紀錄及意見處理情形一覽表... 117 附錄五 工作會議記錄...131 附錄六 電力過載聚氯乙烯塗佈線(2 米)之系統性能測試...139 附錄七 煙霧顆粒性能測試...141 參考書目...143

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表次

表次

表次

表次

表 2-1 各國檢測 ASD 之項目比較 ... 17 表 2-2 ASD 靈敏度分類及其應用場合... 22 表 2-3 ASD 設備安裝適用場所案例 ... 26 表 3-1 偵煙式探測器高速氣流交換區域局限型(取樣點)涵蓋面積 ... 39 表 3-2 適用場所及設置取樣方式 ... 42 表 3-3 ASD 設備性能核准內容(案例)... 44 表 3-4 ASD 設計核准內容(案例)... 47 表 4-1 性能驗證實驗規畫表 ... 49 表 4-2 挑高空間試驗每個取樣管之取樣孔配置情形 ... 51 表 4-3 挑高空間試驗結果 ... 53 表 4-4 機房試驗每個取樣管之取樣孔配置情形 ... 56 表 4-5 機房試驗結果 ... 57 表 4-6 倉庫區試驗結果 ... 60 表 4-7 辦公區試驗結果 ... 61 表 5-1 系統性能測試表 ... 65 表 6-1 探測器種類及裝置場所高度 ... 73 表 6-2 ASD 設備安裝高度 ... 74 表 6-3 設備標準第 117 條所列場所得選擇設置之適當探測器... 76 表 6-4 偵煙式、熱煙複合式或火焰式探測器選擇設置 ... 77 表 6-5 局限型偵煙式探測器有效探測範圍 ... 77 表 6-6 取樣孔位置 ... 78 表 7-1 不同火災產生氣體的濃度 ... 92 表 7-2 特殊氣體與偵測濃度 ... 93 表 7-3 火源成長模式係數 ... 97

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圖次

圖次

圖次

圖次

圖 1-1 研究流程如圖 ... 4 圖 2-1 ASD 氙燈光電極早型偵煙式探測器 ... 11 圖 2-2 ASD 雷射光探測器結構 ... 12 圖 2-3 懸浮粒子進入雲霧室被水分子包圍前不相同大小的情形 ... 13 圖 2-4 懸浮粒子進入雲霧室被水分子包圍後成相同大小的情形 ... 14 圖 2-5 雲霧室發展歷史 ... 14 圖 3-1 隱藏式取樣管路 ... 33 圖 3-2 高氣流運動空間每一偵煙探測器有效防護面積 ... 39 圖 3-3 ASD 取樣管路圖例... 40 圖 3-4 不同取樣管傳輸時間比較 ... 41 圖 3-5 極早期偵煙式火警探測(ASD)性能設計流程圖... 48 圖 4-1 貓道下方的水平面 ASD 抽氣取樣管配置示意圖 ... 50 圖 4-2 垂直 ASD 抽氣取樣管配置示意圖 ... 51 圖 4-3 垂直配管現場情形 ... 54 圖 4-4 水平配管現場情形 ... 54 圖 4-5 煙霧顆粒發煙情形(穩定氣流)... 54 圖 4-6 煙霧顆粒發煙上升情形(穩定氣流) ... 54 圖 4-7 煙霧顆粒發煙情形(自然對流)... 55 圖 4-8 煙霧顆粒發煙上升情形(自然對流) ... 55 圖 4-9 油盤點燃情形(穩定氣流)... 55 圖 4-10 油盤發煙上升情形 (穩定氣流) ... 55 圖 4-11 油盤點燃情形(自然對流) ... 55 圖 4-12 油盤發煙上升情形(自然對流) ... 55 圖 4-13 電信機房內 ASD 抽氣取樣管配置示意圖... 56 圖 4-14 左側風機之上方進風口(LINE A) ... 58 圖 4-15 右側風機之上方進風口(LINE B) ... 58 圖 4-16 天花板下方取樣管(LINE B)... 58 圖 4-17 地板下方取樣管(LINE D) ... 58 圖 4-18 電力過載試驗... 58 圖 4-19 一般居室案例-倉庫區內 ASD 抽氣取樣管配置示意圖 ... 60 圖 4-20 一般居室案例-辦公區內 ASD 抽氣取樣管配置示意圖 ... 61 圖 4-21 倉庫內為一般潔淨度空間... 62 圖 4-22 倉庫內天花板下方既有取樣管... 62 圖 4-23 加裝局限型探測器於取樣孔旁... 62 圖 4-24 電力過載實驗... 62 圖 6-1 火警分區內搜尋距離圖說 ... 73 圖 7-1 火警通報時程分析圖(上圖)比對 ASD 系統四階段通報時序圖(下圖) ... 91 圖 7-2 T-SQUARE 火源成長曲線 ... 96 圖 7-3 熱釋放率與近似曲線圖 ... 98

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關鍵詞:極早期火災偵測、通報系統、空氣取樣

一、

、研究緣起

研究緣起

研究緣起

研究緣起

由於現代建築的複雜化與大規模化,面對火災的發生,若可以在最短時間內發 出正確的警報,並進行滅火與避難行動,可減低災害災情。火警警報系統為整個主 動防火系統(偵測、滅火與避難導引)的前哨,而火災行為的探測可依據火災發生與 成長過程不同階段產生的物理、化學反應所伴隨的元素,諸如:不可見煙(熱釋粒 子)、可見煙、火焰、熱,因此不同的探測技術的選用須考量被保護空間的特性與 需求(如我國各類場所消防安全設備設置標準、NFPA 72、BS PD7974-選用火警探 測器的原則)。針對火災初期發展階段的火災探測,極早期火災偵測技術在國外發 展已有一段時間,國際上對於該類技術也有相關規範與標準,例如 EN54-20、 FIA、NFPA 76、NFPA 318、BS 6266 及 GB 15631-2008 等。在國內實際應用上,高 科技廠房或一些特殊空間皆廣泛地使用「空氣取樣型的偵煙探測器」(Air sampling type detector)的原因,乃著眼於其極早偵知且能分階段發出警報之功能。透過高科 技極早期火災偵測技術,掌握狀況的先機,正確的資訊通報,配合通報系統可以提 供快速且安全的報警能力,正確與快速的避難引導,以及保護人命財產安全。 本計畫主要,擬就傳統式火災探測設備系統之外各項極早期火災偵測設備技 術,針對其偵測原理、功能測試規範、建築物應用類型等進行系統化之分析,探討 與火警反應通報系統與避難時間的關聯性,歸納極早期火災偵測技術應用上之限制 與防火性能設計(PBD)應用模式之條件,以求具體落實於實際防火工程設計中。另 一方面,可做為各類場所消防安全設備設置標準增修之參考,提供建築物防火安全 設計、審勘上輔助工具,亦期能有系統與有效地推動防火防災智慧化技術之結合應 用發展。 本研究之成果如下: 1. 提出極早期探測技術於性能設計之應用方式,建置通用設計應用指南草案, 以供未來防火設計參考。 2. 提出極早期探測技術功能測試的規範建議草案。

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3. 提出智慧型極早期探測技術內容及其智慧化防火功能。 4. 提出「各類場所消防安全設備設置標準」第二編第二章警報設備之增修建議 草案。

二、

、研究方法及過程

研究方法及過程

研究方法及過程

研究方法及過程

本研究方法乃依據國外相關法規與研究報告,先歸納出目前能達到極早期火災 探測的技術,即為「抽氣式偵煙探測器系統 Aspiration Smoke Detector System」(簡 稱 ASD 系統),再參照 ASD 的相關規定擬訂各個目標草案,同時參考國外目前設計 守則與性能驗證方法,設計三種典型性能驗證試驗,以涵蓋各種不同靈敏度的性能 測試。最後透過兩次學者專家會議完成上述成果。

三、

、重要發現

重要發現

重要發現

重要發現

本研究經過文獻回顧、驗證實驗與專家座談,研究發現與成果歸納如下: 1.根據 NFPA 及 EN[1-4,13]對極早期火災偵測的定義,並比較目前的火災偵測技 術後,歸納出唯有 ASD 系統能夠達到極早期偵測的能力。相關 ASD 的通用設計應 用指南與性能測試規範草案業於第三及五章提出;驗證設計應用指南的性能驗證實 驗及結果分析於第四章有詳細說明。在性能驗證實驗中證實「ASD 系統」比「傳統 局限型偵煙探測器」更早偵測到極早期火災的現象。雖然一般的 ASD 系統俱備較廣 的靈敏度範圍,從「極高靈敏度 Class A」到「一般感度的 Class C」,實驗中發現, 即使比傳統局限型偵煙探測器較差靈敏度的 ASD 取樣口,都能更早發出警示訊息, 主要是「主動抽氣」的特性,傳統探測器的進氣柵門設計並不利於氣體流入。 2.實驗中證實局限型探測器在某些挑高、氣流速度快的不適用,因此於第六章提 出場所標準中警報設備之增修建議草案。由於 ASD 系統(垂直佈管或水平佈管)的偵 測性能主要受防護空間內氣流場所主宰,因此取樣孔的數量多寡與配置位置的安排 直接影響系統能否極早發出警示訊息,或取代局限型探測器。「取樣孔的數量」影響 每個孔的「靈敏度」及「累積作用」,「取樣孔配置位置」影響是否能擷取到含燃燒 粒子的空氣樣本,二者相輔相成。

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用研究成果第六章建議之標準增修條例式內容來設計與配置外,對於高速氣流環境 (1.5m/sec以上)、挑高天花板(高度25m以上)及大型空間(火警分區2000m2以上)者,仍應 採同等的性能設計,其步驟建議如圖3-5,以提供讀者進行相關設計時之參考。 4.實驗結果證明不同場所環境對探測器靈敏度反應快慢的要求,可依據 FIA 的建議 (表 2-2),搭配相對應的性能測試方式(表 5-1),能證實系統的正確選用及達到其期望的 偵測反應度。值得一提的是,長久以來本地 ASD 廠商皆採用 1 公尺 PVC(或等同線材) 來進行實驗,但當本驗證實驗依據表 5-1 中,天花板高度未超過 3 公尺則用 2 公尺 PVC 進行實驗後,發現 ASD 的系統都能在規定的時間內偵測到煙霧,證明表 2-2 及表 5-1 的 可接受性。

5.ASD 系統的「多階段通報門檻」 (Multiple Alarm Thresholds)及「異常狀況警示」

(Condition Warning)的性能,能滿足智慧化能力中俱備「極早偵測能力」的基本前提。此 外結合氣體偵測器與其他先進偵測技術(光纖熱偵測器、紅外線熱像儀,...等),交叉比對 來進行「辨識與確認」的工作,可達到智慧化防火的功能。 6.由於 ASD 能在 t0階段發出警視訊息,有助於滅火與避難的提早進行,或更甚者不 需啟動避難機制。此優點也可作為「原有合法建築物改善避難設施的技術」加分選項之 一。

四、

、主要建議

主要建議

主要建議

主要建議事

事項

本研究在極早期火災偵測與通報系統應用方面提出下列具體建議。以下分別從立即 可行的建議、及長期性建議加以列舉。 建議 建議 建議 建議一一一一 立即可行建議 立即可行建議 立即可行建議

立即可行建議---推動推動推動推動ASDASDASDASD系統火警探測與應用之教育訓練課程系統火警探測與應用之教育訓練課程系統火警探測與應用之教育訓練課程系統火警探測與應用之教育訓練課程 主辦機關 主辦機關 主辦機關 主辦機關:內政部建築研究所 協辦機關 協辦機關 協辦機關 協辦機關:內政部消防署 、台灣建築中心、中華民國消防設備師公會全聯會、中華 民國消防設備師(士)協會

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目前ASD系統被誤認為誤報頻繁的原因之一是缺乏「有經驗的人員」加以辨識 與確認,在智慧化防火系統尚未建立之前,應加強人員訓練以提升辨識與確認能力, 避免將極早期火災歸類為誤報 ,而喪失「防微杜漸」的先機。建議可以結合台灣建 築中心相關研討會及函送各消防設備師(士)公會納入課程推廣。 建議 建議建議 建議二二二 二 中長期建議 中長期建議中長期建議

中長期建議---推動推動推動推動ASDASD系統納入設置標準內ASDASD系統納入設置標準內系統納入設置標準內系統納入設置標準內,,,,並建置通用設計應用指南及性能測試規並建置通用設計應用指南及性能測試規並建置通用設計應用指南及性能測試規並建置通用設計應用指南及性能測試規 範 範範 範 主辦機關 主辦機關主辦機關 主辦機關:內政部消防署 協辦機關 協辦機關協辦機關 協辦機關:內政部建築研究所 、中華民國消防設備師公會全聯會、中華民國消防設 備師(士)協會 在國外的應用實例與法規中,是依被保護空間對偵測系統反應時間的要求,而 採用不同等級的 ASD 探測器(A, B, C 級)再搭配不同的空氣取樣方式(priminary, secondary sampling,...etc),可廣泛地應用在不同的場所與空間。因此國內急需將 ASD

系統納入「各類場所消防安全設備設置標準」成為選項、並建置「通用設計應用指 南」、搭配合理有效的「性能測試及檢修基準」,使得 ASD 系統從設計(design)、 安裝(installation)、調適(commissioning)與維護(maintenance)各個階段都有確切落實相 關準則,讓此主動式探測器的優點能廣泛被應用於各類場所,提供設計師更多的選 擇空間,以提昇各類場所的防火安全等級。 建議三 建議三建議三 建議三 中長期建議 中長期建議中長期建議

中長期建議---推動推動推動推動「「「「ASDASD系統ASDASD系統系統系統應用於防災智慧型技術之研究應用於防災智慧型技術之研究應用於防災智慧型技術之研究應用於防災智慧型技術之研究」」」」 主辦機關 主辦機關主辦機關 主辦機關::::內政部建築研究所 協辦機關 協辦機關協辦機關 協辦機關::::內政部消防署

為了讓 ASD 系統「多階段通報門檻」 (Multiple Alarm Thresholds)、「異常狀況警示」 (Condition Warning)及主動抽氣的性能,應用到智慧化防災的目的,以下列舉幾項建

(13)

1. 量化避難開始時間

t

start 在性能驗證實驗中證明,在相同靈敏度情況下 ASD 能更早偵測到火災現象,也 就是能縮小避難開始時間

t

start ,即提早開始避難,到底提早多少?以目前的資 料尚無法提出定量的分析,也沒有足夠的資料修改公式 7-2,建議未來能夠進行 相關研究並予以量化。 2. 防災應變專家系統之研究 包含建立不同風險等級異常診斷技術、不同風險等級控制應變技術,建立不同 風險等級下,人員避難模組與通報系統、人工確認區域鑑認模組、救災程序與 通報系統、煙控硬體控制程序。

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Abstract

Keywords: Very Early Fire Detection, Alert System, Air Sampling

1. Research Background

Due to the complexity and larger scale of modern buildings, if the fire alert can issue at the early stage, then sequential fire extinguishment and proper evocation will minimize the impact caused by fire. Fire alarm system is the pilot of whole active fire protection system (detection, extinguishment and guide for evocation), the detection of fire behavior is based on the sense to the elements which produce during various fire developing stages, ex. invisible smoke particle(thermal particle),visible smoke particle, flame, heat. Adoption of different detection technologies is based on the characteristic and requirement by protection coverages (such as Standard for Installation of Fire Safety Equipments Based on Use and Occupancy, NFPA72, PD-7974 Chosen Detection Principles).Very early fire detection technology had been developed for many years in other countries, such as very early smoke detection, video image detection. There are many fire codes and regulations to address these, ex NFPA76, NFPA318, BS6266,GB 15631-2008 and Beijin DBJ-01-622-2005. And NFPA72 also has rules for Video Image Smoke Detector and Video Image Fire Detection. In practical early fire detection application, air sampling type detectors which employ Light Scattered and Cloud Chamber technologies had been widely used in high-tech industry and some special spaces. For the demands of modern building, if we can dominant the detection technologies and application requirements, providing correct direction to domestic users, the lost of fire will be decreased and property and life protection will be secured. Therefore, it is necessary to study and early fire detection technologies used in fire alarm system.

The expected outcomes from the proposed research consist of: (1) Guideline for early fire detection technologies used in PBD (2) Draft for the performance test of early fire detection technologies.

(3) Technology contents of early fire detection and intelligent fire safety function.

(4) Draft of an additional chapter for fire alarm facility in Standard for Installation of Fire Safety Equipments Based on Use and Occupancy.

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2. Research Methodology and Procedure

This research method is based on international regulations and research reports, and concluded that Aspiration smoke detector system (ASD) can meet the requirements of very early fire detection of technology, then referenced the related regulations of ASD to developed each target draft. Current design codes and performance testing methods are the guidelines to design three different types of validation experiements, which covers various sensitivity settings. At last above results have been achieved through two meetings of experts.

3. Important Results

After literature review, validation experiment and expert meetings, The present research has resulted in the following findings via the proposed research methodology:

(1). Based on the definition of very early fire detection in NFPA and EN[1-4,13], it was concluded that Aspiration Smoke Detectors (ASD) is the only existing product to meet the requirements. Related general design guideline and performance test criteria had been proposed in Chapters 3 and 5, experiments to validate their availability and data analysis were detailed in Chapter 4. ASD system had been proved to obtain earlier detection than conventional point detector duing early fire stage in validation experiments. ASD system has wider sensitivity range, from very high sensitivity (Class A) to normal sensitivity (Class C),it was found that ASD system still quickerly detect the smoke even

individual sampling point with less sensitivity than conventional point detector. This is resulted from the aspiration capability and disadvantage of airflow entrance characteristic in point detector.

(2). Due to the impracticable application for conventional point detector in high ceiling and fast airflow application, additional articles for fire alarm system had been proposed in Chapter 6. Performance of ASD system (vertical and horizontal piping) is influenced by the airflow field within protection enclosure, and the numbers and location arrangement of sampling points will directly affect the time to issue a conditional warning. Number of sampling points will affect the individual sampling point sensitivity and the cumulative efffects,point location will dominate the possibility of each point to catch the

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(3). The additional articles for fire alarm system entitled in Chapter 6 is for general application, where the protection enclosure with high speed airflow (>1.5m/s), high ceiling(>25m) or large space (fire compartition >2000m2) should flow the equivalent performance based design procedure as suggested as Fig 3-5.

(4). Experiments validated the availability of sensitivity class and detection requirement (Table 2-2) compling with respective performance test (Table 5-1). Local vendors used to employ 1 meter PVC(or equivalent material) wire for performance test, but this research tried to validate Table 5-1 and 2 meters PVC wire was used for ceiling high below 3 meter. Experiment results showed reasonable agreement with Table 5-1 for all scenarios.

(5). Multiple alarm thresholds (Condition Warning) are available on the ASD systems, which can meet the "earlier detection" requirement for intelligent fire-prevention system. Integration of gas detection and other advanced detection technologies (Optical Fiber Sensor Cable, Infrared Imager,...etc) to identify and verify source of fire can reach the stage of intelligent fire-prevention.

(6). Because ASD system can issue a conditional warning at t0 stage, it is helpful

for earlier evacuation than usual, or no need to initiate the evacuation mechanism. This advantage can be positive in evaluation option for " Technology to Improve the Evacuation Facility for Original Legal Building".

4. Recommendations

Several important recommendations for the study of very early fire detection and alert system are described as follows:

Recommendation 1

feasible strategy for short term--Traing program for the design and maintenance of ASD system

Major Initiator:Architecture and Building Research Institute (MOI)

(18)

Fire Protection engineer R.O.C.

For the purpose to fill up the gap of lacking experienced personal, well arranged training program is needed to provide knowledge of identification and verification to those who can eliminate the source of fire.

Recommendation 2

feasible strategy for long term.--Include ASD system into stanard,,,,setup guideline for ASD design and performance test

Major Initiator:National Fire Agency (MOI)

Associate Initiator:Architecture and Building Research Institute (MOI) & The National Association of Fire Protection engineer R.O.C.

Based on international regulations and practical application, ASD system can be installed in various spaces if the designer can properly choose sensitivity class and sampling method. There is a demand to include ASD system as an option in the 「Standard for Installation of Fire Safety Equipments Based on Use and Occupancy」,and establish the guideline for ASD design and performance test. Thus

domestic designer and facility owner have rule to obey, and also to secure the quality in design,installation,commissioning and maintenance.

Recommendation 3

strategies for long term --Study of ASD system used for Intelligent Disaster Prevention Technology

Major Initiator:::Architecture and Building Research Institute, MOI : Associate Initiator::::National Fire Agency, MOI

For the purpose to validate the Multiple Alarm Thresholds (Condition Warning) and aspiration functions to intelligent disaster prevention system,few recommendations are

described as belows:

(1). Quantize the evacuation start time

(19)

detect smoke earlier than point detector even with same sensitivity class,this means

ASD system cam minimize the evacuation start time

t

start ,this also implies occupants can withdraw from compartment earlier than before, but no quantity data can support this analysis , recommendation for experiment study to obtain further data is demand.

(2). Study for expert system in Emergency operation

Include establishment of diagnosis technology for various risk class,operation technology for various risk class, occupant evacuation module and alarm system, manual identification and verification module,rescue procedure and notification system。

(20)
(21)

第一章

第一章

第一章

第一章 緒

緒 論

第一節

第一節

第一節

第一節 研究緣起與動機

研究緣起與動機

研究緣起與動機

研究緣起與動機

壹、

、研究緣起

研究緣起

研究緣起

研究緣起

由於現代建築的複雜化與大規模化,面對火災的發生,若可以在最短時間內發 出正確的警報,並進行滅火與避難行動,可減低災害災情。火警警報系統為整個主 動防火系統(偵測、滅火與避難導引)的前哨,而火災行為的探測可依據火災發生與 成長過程不同階段產生的物理、化學反應所伴隨的元素,諸如:不可見煙(熱釋粒 子)、可見煙、火焰、熱,因此不同的探測技術的選用須考量被保護空間的特性與 需求(如我國各類場所消防安全設備設置標準、NFPA 72、BS PD7974-選用火警探 測器的原則)。針對火災初期發展階段的火災探測,極早期火災偵測技術在國外發 展已有一段時間,國際上對於該類技術也有相關規範與標準,例如 EN54-20、 FIA、NFPA 76、NFPA 318、BS 6266 及 GB 15631-2008 等。而在實際極早期火災偵 測應用面上,以高科技廠房或一些特殊空間被廣泛使用的「空氣取樣型的偵煙探測 器」(Air sampling type detector)為主,其利用的技術包括「散射光(Light scattered)」 及「雲霧室(Cloud chamber)」偵測原理。為因應現代建築的需求,若能掌握此極早 期偵測產品的技術內涵與應用條件,引導國內防火設計者正確使用此極早期偵測技 術,俾能降低火災的發生與保障人命財產安全。因此,實有需要針對極早期偵測技 術應用於火警通報系統進行研究。

貳、

、研究動機

研究動機

研究動機

研究動機

「極早期火災偵測」意指在火災的極早階段就能偵測到潛在的火災(potential fire,or before fire) 現象並能夠發出預警(pre-alarm),參考市場上相關的偵測技術與

法規,並比較傳統被動式探測器的靈敏度後,目前唯有「空氣取樣型的偵煙探測器」 (Air Sampling type Detector [1]) (又稱為「抽氣式偵煙探測器 Aspiration Smoke

(22)

用面上,以高科技廠房或一些特殊空間為主,因為長久以來極早期火災偵測系統給 一般人的印象是該系統大都應用在潔淨空間內,其實在國外的應用實例與法規中 [3],是依被保護空間對偵測系統反應時間的要求,而採用不同等級的 ASD 探測器(A, B, C 級)再搭配不同的空氣取樣方式(priminary, secondary sampling,...etc),可廣泛地 應用在不同的場所與空間。因此國內急需相關「通用設計應用指南」,讓此主動式 探測器的優點能廣泛被應用於各類場所,提供設計師更多的選擇空間。 目前要採用「極早期火災偵測」系統時,因國內沒有相關的法規或設置標準, 設計人員只好依據廠商提供的設計規範或案例來設計,如此一來可能造成系統安裝 後運行時的誤報或未達當初對極早期火災偵測的性能要求。此外對系統完工後的調 適(commissioning)與維護(maintenance)期間的性能測試(performance test)該如何落 實,據了解也沒有一定的作業標準。經常看到用量測空氣樣本運輸時間(transport time) 的煙霧罐,被拿來當作性能測試時的發煙源;或忽略因環境溫度變化(層流效應,冷 凝效應..)、天候因素(沙塵暴,霧氣...)或氣流場改變而造成誤報或偵測失效。面對 各種不同防護空間格局、空間內不同可燃物的燃燒行為,還有受氣候環境的影響.. 等 ,若 沒 有 在 設 計 (design) 、 安 裝 (installation) 、 調 適 (commissioning) 與 維 護 (maintenance)各個階段確切落實相關準則,將產生無謂的誤報困擾,最後對火警系 統失去信心。這也是目前大多數人將「極早期火災偵測」與誤報聯想在一起的原因, 因此若是要求火警系統俱備極早偵知性能,建立一套設計、安裝、調適與維護工作 準則有其必要性。 當傳統的火警系統偵測到異常訊號時即發出警報音響,進而啟動廣播系統對防 護區內的人員進行廣播,有的系統會連動滅火設備對該區進行滅火,基本上這種火 災偵測器僅能偵測到大量的濃煙或烈焰造成的高溫,而無法在火災極早期階段偵測 到異常現象。當採用「極早期火災偵測」系統後,當系統感測單元接收到異常的訊 息時,即將此異常訊息傳遞至控制單元。依火勢的成長可能需要數分鐘到數小時或 數 天 才 會 觀 察 到 火 災 的 發 生 , 因 此 如 何 利 用 此 段 時 間 進 行 異 常 訊 息 的 辨 識 (idenfication)與確認(verification),釐清誤報亦或悶燒,需要人員的經驗亦或智慧化 系統的協助,因此如何將「極早期火災偵測系統」的極早偵知能力結合「智慧化系 統」,是「極早期火災偵測系統」是否發揮效益的最大關鍵。

(23)

本計畫主要,擬就傳統局限型火災探測設備之外各項極早期火災偵測設備技 術,針對其偵測原理、功能測試規範、建築物應用類型等進行系統化之分析,並探 討與火警反應通報系統與避難時間的關聯性。將以抽氣式偵煙探測器進行性能驗證 與評估,研究氣流、熱流場及場所潔淨度對設備性能的影響,歸納極早期火災偵測 技術應用上之限制與防火性能設計(Performance Based Design, PBD)應用模式之條 件,以求具體落實於實際防火工程設計中。另一方面,可做為各類場所消防安全設 備設置標準增修之參考,提供建築物防火安全設計、審勘上輔助工具;亦期能有系 統與有效地推動防火防災智慧化技術之結合應用發展。

第二節

第二節

第二節

第二節 研究目的

研究目的

研究目的

研究目的

綜合上述觀點,本研究目的可歸納為以下四點: 1. 提出極早期探測技術於性能設計之應用方式,建置通用設計應用指南草案, 以供未來防火設計參考。 2. 提出極早期探測技術功能測試的規範建議草案。 3. 提出智慧型極早期探測技術內容及其智慧化防火功能。 4. 提出「各類場所消防安全設備設置標準」第二編第二章警報設備之增修建議 草案。

第三節

第三節

第三節

第三節 研究方法與流程

研究方法與流程

研究方法與流程

研究方法與流程

壹、

、研究方法

研究方法

研究方法

研究方法

本研究計畫主要在規劃極早期火災探測技術的原理與技術課題,以及應用時可 經由性能驗證與評估工具,落實於防火工程設計中。因此採用以下的研究方法:

1. 相關文獻次級資料分析法:次級資料分析法(Secondary Data Analysis)乃蒐集 國內外與本研究主題相關之文獻資料,並分析其與本研究之相關性,以定義 本研究相關關鍵名辭與用語、確認本研究之範圍(避免重複他人已完成之工 作)、提供所需之工具與領域知識。擬回顧之文獻,包括國內外極早期探測

(24)

2. 性能驗證試驗:藉由試驗研究氣流場及場所潔淨度對設備性能、誤報的影 響,歸納極早期火災偵測技術應用上之限制與防火性能設計應用模式之條 件,以求具體落實於實際防火工程設計中。 3. 專家座談法:透過學者專家會議,掌握極早期火災探測設備產業規模、產品 特性、技術水準等資料;了解其應用於性能式防火設計之相關性。

貳、

、研究流程

研究流程

研究流程

研究流程

本研究之研究流程如圖 1-1 所示。 圖 1-1 研究流程如圖 研究計畫緣起與目的 研究計畫範圍確立 極早期探測技術應用 情形 性能驗證試驗 專家座談 極早期探測技術功能 測試的規範內容 分析極早期探測技術 的原理與技術 撰寫研究報告 提出智慧型極 早期探測技術 內容及其智慧 化防火功能 提出極早期探 測技術於性能 設計之通用設 計指南草案 提出極早期探 測技術功能測 試的規範建議 草案 提出「各類場 所設置標準」 警報設備之增 修建議草案

(25)

第四節

第四節

第四節

第四節 研究範圍與限制

研究範圍與限制

研究範圍與限制

研究範圍與限制

壹、

、研究範圍

研究範圍

研究範圍

研究範圍

1. 因物質先遇熱源而熱分解出現熱釋粒子,再產生可見煙,然後產生火焰、高溫, 根據 NFPA76 定義「極早期警報火災探測系統」中「低能量火災現象」的解釋[4], 「火災極早期」階段的現象可採用「不可見的熱釋粒子」來代表,因此本研究針對 偵測熱釋粒子與可見煙技術進行探討,則已包含「熱與煙兩個階段」的火災偵測目 的。 2. 本研究探討的「極早期火災偵測系統」將聚焦於「空氣取樣型的偵煙探測器」(Air Sampling Type Detector),此系統又稱為「抽氣式偵煙探測器 Aspiration Smoke Detector System,簡稱 ASD 系統」。

3. 本研究範圍內所探討的「智慧化」,不包含抽氣式偵煙探測器(ASD)內部煙霧偵 測元件(smoke sensing element)與必要控制電路(necessary control/electronics)之間的 「智慧化判斷邏輯」,因每家廠商皆號稱各自的「智慧化判斷」,此不再本研究的範 疇。

貳、

、研究限制

研究限制

研究限制

研究限制

1. 本計畫宗旨乃研究一個上市多年且也被國內產業實際採用的「極早期火災偵 測」技術-抽氣式偵煙探測器(ASD),探討此類主動抽氣方式的探測器與傳 統被動方式局限型火警探測器在通報時間的差異。參考國外相關 ASD 的法 令與規定,皆不涉及公司廠牌與感測元件的比較,因此本研究亦不涉及不同 廠牌抽氣式偵煙探測器之間的差異比較。 2. 本研究為一先期研究計畫,期將「極早期火災探測」技術-抽氣式偵煙探測 器(ASD)正式引入國內,成為國內相關法規、設置標準的一個選項,使得欲

(26)

採用此種設備的設計人員有所依循,公部門審查、檢查時也有所依據。因受 限於經費與無先前的國內研究報告可以參考,本研究將只執行三個典型(挑 高空間、機房、一般居室)的驗證實驗,為與國際接軌,實驗的情境設計與 性能驗證試驗階依據 FIA[3]的規定來執行。 3. 一般的功能測試規範包含「產品功能測試(product test)」與「性能測試 (performance test)」,因委託單位的業務性質與本研究的目的,所以在本 研究目標中的「提出極早期探測技術功能測試的規範建議草案」,將以性能 測試為研究標的。

第五節

第五節

第五節

第五節 名詞解釋與定義

名詞解釋與定義

名詞解釋與定義

名詞解釋與定義

壹、

、極早期火災現象

極早期火災現象

極早期火災現象

極早期火災現象

依據 F. W. VAN LUIK[7]的文章述及,當物質受熱超過其材質能承受的臨界點 (又稱為熱崩潰點,Thermal Particulate Point)時,將導致化學鍵結的破壞,造成材質 分解裂化,因而每秒釋放出數以千億計的不可見次微米粒子(約 0.002μm),在短時 間內,單位粒子數量即可超出 500,000 顆/立方公分。當該物質持續受熱達到燃點 時,即開始轉變產生碳粒子(即所謂的可見煙霧) ,粒子顆粒尺寸也逐漸變大,並開 始燃燒。從材質分解到煙霧開始產生之間的階段,稱之為「極早期火災」階段。

貳、

、通報系統

通報系統

通報系統

通報系統

係指系統之偵測單元感測到環境的異常時,即由控制單元依據事先設定的警示 門檻發出警示訊息(condition warning,pre-alarm),由相關人員或智慧系統進行警示 訊息的辨識(identification)與確認(verification),從感測到發出警示訊息乃本研究界 定的「通報系統」。

(27)

叁、

、抽氣式偵煙探測器

抽氣式偵煙探測器

抽氣式偵煙探測器

抽氣式偵煙探測器(Aspiration Smoke Detector, ASD)

這種煙霧偵測器包含一個或多個煙霧感應元件、抽氣裝置、一或多個氣流感應 器以及必要的控制/電子元件,一般這些零組件均安裝於單一外殼中,成為ASD系統 的主要部份,但不含取樣裝置。(包含取樣裝置則合稱為ASD系統)

肆、

、遮光率

遮光率

遮光率

遮光率(Obstruction)

煙霧濃度是指煙霧對能見度的影響。它是一種被最廣泛接受的濃度測量方法, 表示在特定的距離下光線被遮蔽或者變暗的百分比(m/ft),也因此又稱為遮光率。 煙霧濃度水準升高,就會降低能見度,因此如果煙霧濃度為10% obs/m (3.13% obs/ft),則能見度將降到90%。一般情況下肉眼不可分辨的初始煙霧濃度範圍是從 0.1% obs/m 到 1% obs/m (0.03125% obs/ft. 到 0.3125% obs/ft.)。

伍、

、靈敏度

靈敏度

靈敏度

靈敏度(Sensitivity)

(Sensitivity)

(Sensitivity)

(Sensitivity)

煙霧探測器的靈敏度以煙霧濃度來定義級別。ASD 光電型的警報靈敏度範圍一 般起於0.005% obs/m(0.0015% obs/ft.),可以探測到電纜或者設備過熱而發出的 初級階段煙霧。

陸、

、累積

累積

累積

累積效應

效應

效應

效應(Cumulative effect)

當燃燒反應所產生的微粒進入一個以上取樣點(孔)時,其綜合效應導致ASD反 應比微粒只有進入一個取樣孔的情況來得更快與強烈。

柒、

、主要取樣

主要取樣

主要取樣

主要取樣(Primary sampling system)

利用空氣調節與通風系統所產生之氣流來傳送空氣樣本到取樣點的ASD系統。

捌、

、衍生

衍生

衍生

衍生性

性取樣

取樣

取樣

取樣(Secondary sampling system)

(28)
(29)

第二章

第二章

第二章

第二章

文獻探討與分析

文獻探討與分析

文獻探討與分析

文獻探討與分析

第一節

第一節

第一節

第一節

ASD

ASD

ASD

ASD 偵測技術的發展

偵測技術的發展

偵測技術的發展

偵測技術的發展

壹、

、ASD

ASD

ASD

ASD 在火災預防上的重要作用

在火災預防上的重要作用

在火災預防上的重要作用

在火災預防上的重要作用

依據英國的火災統計資料顯示,起火後,發現火災的時間與死亡率呈明顯的倍 數關係。如在5分鐘內發現,死亡率是0.31%;5分鐘至30分鐘內發現,死亡率是0.81%; 而30分鐘以上發現,死亡率高達2.65% [8]。因此,起火後,儘量提前作出準確通報, 對挽救人命和減少財產損失顯得極為重要。

ASD可以提前數十分鐘發出三階段火警信號,第一階段為預警信號(the first

alarm)、第二階段為行動信號(the second alarm)啟動消防排煙設備,第三階段為火警

信號(Fire 1,the third alarm)避難行動通報,(Fire 2)滅火設備啟動 [9];有更充裕時 間進行正確反應,使得火災事故及時終止於初萌中。 ASD在世界先進國家正得到廣泛應用,現已成為保護許多重要企業、政府機構 以及各種重要場所如電腦房、電信中心、電子設備與裝置和藝術珍品庫等處的火災 防護系統的重要組成部分。澳洲政府甚至明文規定所有電腦機房場所都必須設置這 種探測系統。

貳、

、ASD 探測器的類型

探測器的類型

探測器的類型

探測器的類型

歐洲地區(EN、BS及ISO)將Aspiration Smoke Detector System (簡稱ASD系統,譯 為「抽氣式煙霧探測器系統」),定義為「通過風扇或抽氣泵以管道抽取被防護空間 空氣樣本至中心(遠端)檢測點,以監視被防護空間內存在煙霧與否的火警探測器」 (BS 5839-1:2002);而美國NFPA-72稱「Air Sampling Detector」即為國內所謂的「空

氣取樣探測器」,其定義為「A detector that consists of a piping or tubing distribution network that runs from the detector to the area(s) to be protected. An aspiration fan in the detector housing draws air from the protected area back to the detector through air sampling ports, piping, or tubing. At the detector, the air is analyzed for fire products.」

[1]。此類火警探測器能夠偵測空氣樣本之煙霧濃度,並根據預先確定的警示門檻值

(30)

標準,為免日後消防法令名詞與國家標準(CNS)不同,且NFPA-76中規定的性能測試 方法也源自BS6266,而BS6266與EN、ISO皆採用「Aspiration Smoke Detector System」 稱法。綜合以上考量,本研究對此設備統一稱為「抽氣式煙霧探測器系統」Aspiration Smoke Detector System (簡稱ASD系統)。依據FIA定義[3],若單指設備不含配管與取

樣孔則稱「抽氣式煙霧探測器」Aspiration Smoke Detector (簡稱ASD)。

ASD探測器採用神經網路和高級處理演算法鑑別被抽取的氣體樣本,是否含有 真實火災產生的煙粒子,並可以同樣方法排除諸如灰塵和粉塵等誤報現象,具有防 止誤報能力。因此,被用於替代使用傳統局限型偵煙探測器應用在可能較無法探知 的區域,如資源回收廠、麵粉廠、冷凍庫(至-40℃)和電磁相容性較高的區域。另外, ASD探測器也可以根據應用環境,調整不同靈敏度等級(遮光率可達0.001%/m)。該 探測器可用於潔淨室、電子資料處理室和設備櫃。該探測器可以可靠地分辯真假火 災現象。一般局限型煙霧探測器的靈敏度大約是Ionization (離子式)在 2.6 ~ 5.0% obs/m (0.8 ~1.5% obs/ft)、Photoelectric (光電式)在 6.5 ~ 13.0% obs/m (2~ 4%

obs/ft)、Laser (雷射式)在 0.06 ~ 6.41%obs/m (0.02~2.00 obs/ft);而 Optical Beam

Smoke Detector (光電分離型)在3.0~8.0% obs/m。相較於ASD的 0.005~20% obs/m

(0.0015~6% obs/ft)靈敏度,ASD具備更靈敏且更廣的偵測範圍。 (1)氙燈光電探測器 其偵測室基本結構如下圖2-1所示。偵測光源一般是採用氙(Xenon)閃光燈,安 裝在偵測室的頂部位置。偵測室內以黑色吸光材料塗布,在偵測室的一端裝有一系 列帶有一定孔徑的碟片,透過它們使偵測室中心部位的光能集中到一個矽光電接收 管上。當偵測室中有微量的煙粒子通過時,煙粒子將光線向各方向散射,大部分的 散射光被偵測室的黑色壁所吸收,但在中心部分的散射光線則可通過帶孔的碟片至 光電接收管,立即產生一小型光電流脈衝。其直接探測偵測室中心的煙粒子總數(光 電脈衝的直流電壓),能較準確地探測出在偵測室中心的煙粒子。為探測的一致性和 可靠性,氙閃光燈的充電電壓必需精確被控制,以確證每次閃光的能量相同。在探 測器偵測室的前方取樣管路中,通常配置有空氣過濾裝置,以先行濾除直徑在25μm 以上的較大粒子如灰塵等。

(31)

圖 2-1 ASD 氙燈光電極早型偵煙式探測器(資料來源:高曉斌) 此類探測器的靈敏度一般為0.1%/m,最高可達到遮光率0.005 %/m;設備本身配 有旋轉式真空氣泵或風扇,氣流速度控制在5 m/s,取樣管管徑一般在20mm左右,取 樣管長度可達到100 m,管數至多可達10支。 氙燈光電探測器的特點是:出於其閃光燈需在2kV電壓下以每分鐘20次的頻率閃 光,其連續工作壽命只有2年;另外由於灰塵等因素造成探測器不到2年就可能使測量 系統失效。為解決這些問題,雷射粒子計數工作方式的ASD雷射探測器應運而生。 (2)ASD雷射探測器 其偵測室基本結構如下圖2-2所示。在偵測室結構設計上,偵測光束方向、光接 收器的光接收方向及氣流流動方向被分別設在互相垂直的軸線方向上,以保證在空 氣樣本中無煙粒子情況下,無光信號被光接收器接收。其測量光源為半導體雷射室, 雷射器發出的光束經水平校準器後,經物鏡並穿過偵測室避透孔聚焦在偵測室中 心,聚焦點(即偵測區)的光束很窄,大約為100μm。光束經聚焦點後,散開直射到 偵測室外部的吸光材料上,被吸光材料吸收,防止光的反射作用。 在進入偵測室的空氣樣本中無煙粒子存在的情況下,則無光的散射現象,光接 收器接收不到光信號,無信號輸出;如在空氣樣本中有煙粒子存在的情況下,煙粒子 使光束發生散射,僅出現在聚焦點上的煙粒子產生的散射光可被光接收器接收到, 並產生光電脈衝輸出信號,該脈衝信號即被視為一個煙粒子計數。輸出脈衝信號序

(32)

列被記錄下的脈衝數,經進一步的運算處理後,與預先設定的各警報級別門檻值相 比較,達到某一警報門檻值,則作出相應的警報信號。產生高幅值脈衝的大粒子(如 粒徑大於lOμm)和產生低幅值脈衝的微小粒子或干擾信號,在信號處理過程中可以 被去除,這相當於大粒子過濾器及抗干擾電路的作用。因此,此原理的探測器在偵 測室入口處則不需要使用過濾器。 圖 2-2 ASD 雷射光探測器結構(資料來源: 高曉斌) 此 種 探 測 器 的 靈 敏 度 一 般 為 遮 光 率 0.1 %/m , 最 高 的 靈 敏 度 可 達 遮 光 率 0.005%/m。設備本身配有旋轉式風扇,管路中氣流速度約在3 m/s~6 m/s(根據設計 時輸入參數可自動調節),取樣孔最多可為40,一般管徑尺寸為19 mm。 採用這種原理的探測器,出於其光源為普通固態半導體雷射器(與雷射唱機使用 的雷射器相同),故其光源的使用壽命可達10年,遠遠高於氙閃光燈的使用壽命。另 外,由於其偵測室的設計特點加上其脈衝計數工作方式,使其幾乎不受光源老化以 及由於偵測室長期工作受污染後所產生的背景干擾信號的影響,有效地提高探測的 可靠性;同時其不需要加裝過濾器,可長期免維護。但是,該種探測器有粒子濃度分

(33)

辨範圍(如每秒鐘通過偵測區的煙粒子數不超過5000個),當空氣樣本中的粒子濃度 超過該範圍時(如在不清潔的空間),同一時刻出現在偵測區的數個粒子所產生的散 射光將複合在一起被光接收器接收,產生一個光電脈衝信號,導致不能正確進行探 測。並且,數個煙粒子的複合信號可能產生的脈衝信號幅值較高,極有可能在脈衝 信號處理過程中被作為大粒子信號去除,增加了遺漏警報的可能性。因此,此種探 測器對於防護非潔淨空間環境背景的設計及過濾裝置的使用非常重要。 (3)雲霧室發展 雲霧室歷史中一些重要發展的時間表。可以分為兩大階段。幾乎所有1970 年以 前的研究工作都是用膨脹式儀器,而且以水為工作液體。從1970 年以後,採用各種 工作液體的穩態流儀器也演化成使用最廣泛的雲霧室[10]。穩態流儀器之所以受歡 迎是因為用單粒子數量計算技術可以輕易測量出絕對濃度,而且也因為穩態流可以 消除一些會影響例如微分電動性粒徑分析器之類相關儀器的脈動。 雲霧探測室首先將每一個存在於空氣樣本(被引入雲霧探測室內)中的懸浮粒 子,以物理模式增大成約 20μm 的水滴粒子,使每一個可見及不可見粒子在對入射 光的遮光率上有完全相同的比例(不論其原始體積大小為何)(參考圖 2-3),再以光 電組件分析出其單位體積內的粒子數量,不同於鐳射型探測器者,雲霧探測室是用 來“區別空氣中單位體積內所含粒子在數量上的懸殊差異”,故又稱為『粒子計數』 型極早期探測器[3]。由於物體在達到熱崩潰點(或稱熱分解點,即火災極早期開始 階段)後所釋放出的不可見次微米粒子數量(大於 500,000/立方公分)在短時間內即 可達到數十倍於正常空氣中所存在的粒子數(約 20,000~60,000/立方公分),而雲霧 室能將這些數量上的差別清楚地分辨出來,使得雲霧探測室對火災剛開始醞釀時的 特有現象與正常狀況(包括多灰塵區)具有區別能力。 圖 2-3 懸浮粒子進入雲霧室被水分子包圍前不相同大小的情形

(34)

圖 2-4 懸浮粒子進入雲霧室被水分子包圍後成相同大小的情形 圖 2-5 雲霧室發展歷史

參、

、ASD

ASD

ASD 設備組成及工作原理

ASD

設備組成及工作原理

設備組成及工作原理

設備組成及工作原理

ASD由空氣取樣管路傳輸裝置、空氣分配閥、空氣過濾器、抽氣泵、光電偵測單 元及警報控制器等組成。

(35)

它的作用是將監測空間或機櫃中的空氣樣品及時、動態地傳送到光電探測器, 以便進行識別和判斷。一般都採用小口徑的聚氯乙烯管(PVC)或CPVC,按需要均勻地 敷設在防護空間。按一定距離鑽好小孔,管端頭用堵塞堵死,每個小孔相當一個探 測點;如管路佈置在天花板內,則可以從主傳輸管引出許多微型取樣接頭,穿過天花 板,並與天花板面固定。 在有許多電腦設備的場所。如認定只防護局部或個別昂貴的機櫃時。可將傳輸 管路分別佈置到機櫃的頂部,在天花板面鑽孔,使微型取樣接頭伸入並固定。 (2)空氣分配閥 當系統與多台電腦櫃相連(可同時連接7台~8台)時,空氣分配閥是用來偵測和確 定發生火災的機櫃的。在正常操作中,系統是同時從所有管路中混合進行取樣,此 時,空氣分配閥處於常開位置。知果發現空氣樣品中有煙,則啟動空氣分配閥,分 別依次開通或關閉各設備機櫃的空氣傳輸管路,輪流對其空氣進行取樣,從而確定 那一台機櫃出了問題。空氣分配閥採用電磁控制方式,設有自動控制和手動控制回 路。 (3)空氣過濾器 用來濾掉空氣取樣管路中直徑大於25μm的塵粒。因為,直徑大於25μm的塵粒 將會給氙燈光電探測器的正常工作造成困難。而且,可燃物質因過熱分解或燃燒生 成的煙粒子一般都在0.01μm~10μm之間。只有某些合成物質在開始悶燒時產生的濃 煙,粒徑可能接近25μm。因此,濾除空氣樣品中大於25μm的塵粒是不會造成取樣 空氣失真度的,也不會帶來其他任何不利的影響。 (4)光電偵測單元 當空氣樣品被抽氣泵吸入探測器,使暴露在氙燈發出的強閃爍光中,這些懸浮 在氣流中的煙粒子,會對光產生較強的散射,使光電接收器收到的光強度隨煙粒子 的含量發生變化,輸出相應的電信號,進行放大、整形、A/D轉換,送入警報控制器 計算和處理。 氙燈是一種廣譜光源,這種光源的光十分接近太陽光的頻帶和光強度。其光譜

(36)

包含全部的可見光譜帶(400 nm~700 nm),並延伸到紫外光區(2OO nm~400 nm)和紅 外光區(7O nm~l2OO nm)相當範圍。因此,它對各種粒徑的煙粒都會產生較強的散射 效應,具有顯著的敏感性。研究證明,此種探測器對空氣樣品中的煙霧強度(μm/m3) 能作出線性反應,實與煙粒子大小無關。它比普通局限型偵煙探測器具有較高的靈 敏度,能在火災發展的各個階段完成探測功能,被認為是最可靠和最適用的探測器。 (5)抽氣泵 將被監測空間的空氣樣品連續不斷地抽入氙燈光電探測器,使探測器中的空氣 流不斷地更新和補充,並最後由抽氣泵出口排出。探測器可即時地檢測到一系列空 氣樣品的煙霧強度資料。為使空氣取樣能迅速傳送到探測器,抽氣泵在需要的容積 流量情況下,升壓比要高、耗能要小、壽命要長。一般通過90m長的管路,其反應時 間不應超過60s。 (6)警報控制器 ASD系統的警報控制器與通用的火警自動警報設備控制器並無多大差別,只要設 計時考慮周全,就可達到兩者相互通用的目的。其主要功能可歸納如下: 1.探測器採集的信號,經放大、整形、A/D轉換,傳送給控制器,由CPU進行計 算和處理,得到一系列煙霧強度資料,並以線條圖形顯示出煙霧強度級別;同 時,又即時地與記憶體中設定的多階段警報信號門檻值進行比較。判斷是否 發生火災,並相應發出啟動空氣分配閥的指令。該階段煙霧強度設定值可在 現場按環境需要作調整。 2.ASD系統具有自我診斷功能,可對自身的故障和故障部位作出判斷,發出故障 信號,顯示故障部位,並加以記錄。 3.當控制器發出第三階段火警信號後,可自動或手動啟動外部的聲光警報設 備、消防緊急廣播設備以及連動其他滅火設備等。 4.ASD系統亦配有完善的表示、列印等功能。

肆、

、ASD 設備認可檢驗標準

設備認可檢驗標準

設備認可檢驗標準

設備認可檢驗標準

現今各國中除歐洲、澳洲及中國對ASD設備有訂定相關檢驗標準之外,美、日、

(37)

我國尚未制訂;本研究主題並未針對ASD商品品質及檢驗標準進行研究,然而了解設 備靈敏度分類及其測試,以供本研究實驗設計之參考。以下表2-1 整理各國檢測ASD 之項目比較。 表 2-1 各國檢測 ASD 之項目比較(本研究整理) 中國 中國 中國 中國 GB 15631GB 15631GB 15631GB 15631----200820082008 2008 美國美國美國美國 UL 268 UL 268 UL 268 UL 268 美國 FM 3230美國美國美國 FM 3230 FM 3230 FM 3230 澳洲澳洲澳洲澳洲 AS 1603.8 AS 1603.8 AS 1603.8 AS 1603.8----199619961996 1996 特種火災探測器 偵煙式火災警報器標準 偵煙式火災警報器認可標 準 多重點空氣取樣式偵煙探 測器 指示燈 燈座與燈 文件審查 通則 字母數字顯示器 光電管亮燈 物理或結構特色 材料與組成 熔斷器 變壓器與線圈 一 一 一 一 般 般 般 般 要 要 要 要 求 求 求 求 標示 設計與構造 接線端子 印刷接線板 空氣流量 煙蓄積性 開關與按鍵 開關 傳送時間 警報閥值設定 抽氣管路 靈敏度 接線設備 主要 主要 主要 主要 部件 部件 部件 部件 性能 性能 性能 性能 音響器件 電壓變化 內部線路 故障警報功能 靈敏度試驗 濕度試驗 警示裝置 基本 基本 基本 基本 性能 性能 性能 性能 火災警報功能 速度靈敏度試驗 低溫穩定度 一 一 一 一 般 般 般 般 要 要 要 要 求 求 求 求 測試裝置 火災警報功能 煙入口試驗 高溫穩定度 機殼 故障警報功能 穩定性試驗 振動試驗 印刷電路板 電源功能 風速影響試驗 射頻暫態保護 放射性物質 自檢功能 火災試驗 電壓波動試驗 內部監視 復舊 緩慢燃燒試驗 耐久性試驗 抽氣裝置 特殊 特殊 特殊 特殊 性能 性能 性能 性能 開關電源 電壓變動試驗 火災試驗 取樣管路 防塵與污染物 氣流監測 動作 動作 動作 動作 閥值 閥值 閥值 閥值 高靈敏、靈敏、普 通 溫度試驗、易變環境溫度 試驗、濕度試驗 性 性 性 性 能 能 能 能 要 要 要 要 求 求 求 求 介電耐壓試驗 探 探 探 探 測 測 測 測 器 器 器 器 要 要 要 要 求 求 求 求 系統設計工具 靈敏度試驗 主要部件性能試驗 振動試驗 性性性性 能 能 能 能 電壓穩定度試驗 基本性能試驗 靜電洩漏試驗 電壓波動試驗 重復性試驗 粉塵試驗 絕緣阻抗試驗 一致性試驗 耐腐蝕試驗 靜電洩漏試驗 電磁干擾試驗 電源參數波動試驗 異常操作試驗 高頻干擾 絕緣電阻試驗 電壓阻抗試驗 振動試驗 電流洩漏試驗 應變減低試驗 耐腐蝕試驗 電源變動試驗 加速老化試驗 低溫試驗 高溫試驗 電壓暫降中斷及電 壓變化試驗 可聽度試驗 衝擊試驗 火災靈敏度試驗 現場維修試驗 落下試驗 粉塵試驗 試驗 試驗 試驗 試驗 項目 項目 項目 項目 電池試驗 要 要 要 要 求 求 求 求 指示能見度試驗

(38)

第二節

第二節

第二節

第二節 ASD 偵測技術的應用

偵測技術的應用

偵測技術的應用

偵測技術的應用

壹、

、使用

使用

使用 ASD 的理由

使用

的理由

的理由

的理由

使用 ASD 的主要理由有以下三點: 1.極早期警報:局限型或光電分離型偵煙式探測器動作之前對潛在火災煙霧之 警示,尤其如典型的電子檔案處理機房 EDP 等用途場所。

2.強化煙感度(Enhanced smoke sensitivity) :為克服煙霧被周圍環境氣流所 稀釋,如高天花板場所,需強化偵煙式探測器之煙感度,以及需比正常提早 警報之場合者。 3.替代傳統局限型或光電分離型偵煙式探測器:由於多種理由如維護接近途 徑、建築物傾斜設計、空間易造成煙稀釋、光軸受屏障等情形者。 依據澳洲 AS 1670.1-2004 應用 ASD 主要替代或瀰補傳統局限型或光電分離型 偵煙式探測器功能上不足之處。其主要理由如下[11]: 1.冷凍空間:低溫環境恐不及局限型動作溫度範圍及冷凝效應或結冰現象阻礙 局限型探測器偵測成效;反之,使用 ASD 可克服此惡劣環境條件所產生探測 不易之問題。 2.隱藏式裝置需求:因美學上需求,部分場所空間內室內裝修需要,火警探測 設備必須隱藏方式設計,ASD 設備可採用軟性延伸支管或毛細管方式,進行空 氣取樣偵測,取樣點縮小尺寸以結合室內裝修設計。 3.污穢或灰塵區域:局限型或光電分離型偵煙式探測器對於此類具污穢或灰(粉) 塵區域場所恐時有誤動與偵測失效的狀況,ASD 透過取樣管路中間過濾器或集 塵器,將粉塵或顆粒過濾,以辨識煙粒子設計,能有效瀰補此類場所火災探 測不足之處。 4.高氣流空間:電信機房、電腦室、無塵室、醫療手術房等空調採正壓設計場 所,煙霧容易被稀釋,光電型偵煙式探測器無法達其動作遮光率反應閥值, 離子型靈敏感度下降等問題,ASD 不受高氣流環境之影響,仍能正常運作。

(39)

貳、

、應用場所

應用場所

應用場所

應用場所

基於以上理由,極早型偵煙 ASD 系統能夠早期而且有效的偵測到火災的發生優 點,Ming He 等人則建議 ASD 應善加運用於大型開放空間,如辦公大樓之中庭 (atria)、飯店、展覽館、展場中心、博物館、公共圖書館,主要鐵路車站、機場航 站、運動場館、市民會館、學校禮堂、教堂等;大型娛樂場所、室內休閒設施、大 型倉儲類建物、飛航器維修庫、五金倉庫、百貨商場等火災防護上需考量挑高天花 板(屋頂)、通風氣流影響較深者,如火災成長、煙流蔓延、煙層化現象、煙稀釋以 及煙氣柱(smoke plume)形成不確定性、以及容留人數眾多避難時間較長者[9]。因 此,於英國消防工業協會 FIA 建議 ASD 通用規範中即明確指出其廣泛的應用安裝在 許多禁不起火災風險之重要場所如下列 7 點[3]: 1.特殊環境(Extreme environments) : 高溫場所、潮濕、高污染場所等。

2.限制/不易接近處所( Restricted / Difficult access) : 維修接近途徑困難等場所。

3.高天花板及熱障礙場所:

高空間煙浮升發生層化現象(Stratification),煙易分散或稀釋場合者。

4.建築美學上需求(Aesthetics) :

建築上或美學上需要,天花板上無法設置傳統局限型偵煙探測器者。

5.機械器具損害之風險(Risk of mechanical damage) :

涉及操作上損害顧慮,如貨架倉儲設施場所。 6.防止破壞行為(Anti-Vandal systems) : 恐遭人為恣意破壞行為場合。 7.危害性環境(Hazardous environoments) : 有危險物品儲存場所(例如爆炸性物、化學品、放射性物等)。 綜合以上文獻資料,可具體分類歸納出以下七項之 ASD 適用場所: 1. 不能輕易中斷業務或生產之場所: 如自動化設備等電信與電腦伺服器機房、醫院、電視台與廣播電台、工廠無 塵室、電力機房與輸配電站以及銀行金融資料中心等;在現代化的社會中,

(40)

通訊、電力、資訊等服務一旦中斷,將造成重大影響與損失。 2. 需避免自動滅火系統非必要的釋放以及相關的業務中斷之場所: 在電子資料處理中心(EDP center)、診療設備室、無人機房,傳統探測器容 易誤報,而使得昂貴的自動滅火系統誤動作產生不必要的釋放,極早型偵煙 系統之可靠偵測效果可及早處理潛在火災,以避免類似情形的發生。 3. 保護區域內有高速氣流或是空間廣大使得煙霧難以偵測之場所: 高速的氣流或是廣大的空間都會造成煙霧的稀釋效果,增加火災偵測的困難 度。極早型偵煙系統之高靈敏度可以彌補倉庫、冷凍庫、挑高中庭、劇場、 停機棚、室內體育館與活動中心等場所之煙霧稀釋效果,而及時的發出火災 警報。 4. 要求美觀或是所珍藏的物品價值無法估計之場所: 極早型偵煙系統之取樣管路可以隱藏在博物館、畫廊、檔案室、美術館、現 代化建築、歷史建築或是古蹟之裝潢裡面,因此可兼顧及美觀與保護效果。 5. 特定公共建築物人員疏散困難之場所: 某些公共場所如養老院、醫院、大型車站以及戲劇音樂等表演廳,若是發生 火災,該區域數量有限的出入口再加上慌亂的人群,可能會使傷亡更加慘 重,而其中還有病人、老人、嬰兒或者是其他行動不方便的人,則需要有更 多的時間來逃離火場。 6. 維護工作較難進行之場所: 某些地點像是監獄、學校、宿舍、生產機器設備廠等,並不是很容易或方便 進入,以進行維護工作。極早型偵煙系統之偵測元件集中在主機上,而且又 具有智慧型的異常檢測功能,使得維護工作變得非常簡單。 7. 環境條件極其惡劣之場所: 防護區空氣品質、溫度條件極端高低等場所,如冷凍倉庫區、火力發電廠、 變電設施、礦場、汽車製造等場所,一般火警探測器火災偵知困難或遲緩, 極早型偵煙系統之取樣管路可以前置處理煙霧,強化火災探測的效能。

參、

、靈敏度分類及其應用

靈敏度分類及其應用

靈敏度分類及其應用場合

靈敏度分類及其應用

場合

場合

場合

ASD 系統對初期火災反應動作靈敏度界定,中國大陸 GB15631-2008 特種火災探 測器,針對抽氣式偵煙火災探測器型式分類中,依其動作反應閥值(M)範圍區分為下

(41)

列三點[12]:

1.普通型 M > 2 % obs/m

2.靈敏型 0.8% obs/m < M ≦2 % obs/m 3.高靈敏型 M ≦0.8 % obs/m

又英國 FIA 及 EN 54-20,ISO 7240-20 [13]等均對 ASD 系統探測器依靈敏度分 成 A,B,C 三級: 1.CLASS A 極高靈敏度(<0.8%obs/m) 極早期偵知警報,在火災發生的潛在狀況,特別運用在相對高火災風險區域, 可較長時間反應確認火災,及分多階段性警報情形。 2.CLASS B 強靈敏度(0.8%obs/m~2.0%obs/m) 增加可信度上,特定危害場所或其它危險因素需求,例如高天花板、特殊氣 流狀態者。 3.CLASS C 一般感度(>2.0%obs/m) 設計目的係以等效性替代傳統局限型偵煙探測器為主,例如 EN54-7,NFPA 72,FIA 等規範。

(42)

若依 ASD 的靈敏度區分及其應用場合,FIA 提出以下表 2-2 之建議,可供我國 增修標準的參考依據。 表 2-2 ASD 靈敏度分類及其應用場合 Class A Class AClass A Class A 極高靈敏度 極高靈敏度極高靈敏度 極高靈敏度 Class B Class B Class B Class B 強靈敏度 強靈敏度 強靈敏度 強靈敏度 Class C Class C Class C Class C 一般感度 一般感度 一般感度 一般感度 ASD 取樣方式 <0.8%obs/m 0.8%obs/m~2.0%obs /m >2.0%obs/m 1.主要探測 (煙流動途徑) 最佳 適宜 不適宜

例BS6266-2002 Risk D 及 Risk E Risk D N/A 2.衍生性探測 (取樣點依局限型 要求標準) 極早期偵知預警用 適合挑戰性用途 適宜 例 BS5839-1:2002 需極早期偵知者場 所 超越 BS5839-1:2002 規範場所 適宜

例BS6266-2002 Risk D 及 Risk E Risk D 僅適用 Risk A~C

3.局部取樣 適用高風險場所 適用低風險場所 不適宜 4.機櫃內取樣 適用高風險場所 適用低風險場所 不適宜 5.風管內取樣 適用高風險場所 適用低風險場所 不適宜 其他場合: 極端環境者 建築美學上需求 維修接近困難場所 有機械器具損害顧慮者 高天花板者 藝術文化場所 熱障礙者 危害性環境者 (資料來源:FIA)

肆、

、電子設備區域風險評估的分類

電子設備區域風險評估的分類

電子設備區域風險評估的分類 (BS6266

電子設備區域風險評估的分類

(BS6266

(BS6266

(BS6266-

--

-2002, 4.5)

2002, 4.5)

2002, 4.5)

2002, 4.5)

(Risk Assessment Categories for Electronic Equipment Areas)

A 類—輕微 (Slight)

B 類—低 (Low)

C 類—中等 (Moderate)

D 類—高 (High)

數據

圖  2-1    ASD 氙燈光電極早型偵煙式探測器(資料來源:高曉斌)  此類探測器的靈敏度一般為0.1%/m,最高可達到遮光率0.005 %/m;設備本身配 有旋轉式真空氣泵或風扇,氣流速度控制在5 m/s,取樣管管徑一般在20mm左右,取 樣管長度可達到100 m,管數至多可達10支。  氙燈光電探測器的特點是:出於其閃光燈需在2kV電壓下以每分鐘20次的頻率閃 光,其連續工作壽命只有2年;另外由於灰塵等因素造成探測器不到2年就可能使測量 系統失效。為解決這些問題,雷射粒子計數工作方式的ASD雷射探
圖  3-4    不同取樣管傳輸時間比較(資料來源:VESDA)  第三節第三節第三節 第三節    適用場所及取樣方式適用場所及取樣方式 適用場所及取樣方式 適用場所及取樣方式         各類場所應用 ASD 設備時,其空氣樣本取樣方式,澳洲商品 Xtralis,VESDA, 設計手冊上有下表 3-2 之例
表 3-2  適用場所及設置取樣方式  ○:最佳選取    △:較差選取  (資料來源:Xtralis VESDA) 取樣方式取樣方式取樣方式取樣方式 標準取樣  細支管取樣  回風取樣       取樣點 場所用途 天花板下 天花板內及地板下 機櫃上方 埋頭取樣 機櫃內取樣 升降管 管道內  回風口 (網) EDP 環境 ○  ○ ○ ○ △ ○ ○ 電器/交換機 ○  ○ ○ ○ ○ ○ ○ 靜音室 ○ ○ ○ ○ 電信 ○  ○ ○ ○ ○ ○ ○ 變電站 控制室 ○  ○ △ △ ○ ○ 無塵室 ○
表 3-4  ASD設計核准內容(案例)  無塵室總樓地板  面積(m 2 ) 樓層  總迴風冷盤面積(m 2 )  每 套探測器防護 面 積(m2)  最低設計 探測組數  實際設計 探測組數  SUB-FAB天花板  45,610  500  91  109 O層  迴風冷盤  1,674  60  27  39  SUB-FAB天花板  2,394  500  47  89  O層  迴風冷盤  1,860  60  31  4  (資料來源:內政部消防署)  本研究有關極早期火警警報設備抽氣型偵煙式
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參考文獻

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