醫療潔凈手術室空調系統對火災探測的影響分析

王慧娟，常 力

(石家莊市公安消防支隊，河北 石家莊 050000)

潔凈手術室空調系統的特點主要是風量風壓大、溫濕度控制精確度高、正負壓控制嚴格、過濾系統要求高。潔凈空調系統設置的主要目的是有效消除潔凈室內的污染物，保障空氣質量。初期火災釋放的煙霧顆粒及熱量會被潔凈空調系統消除，空調補充的新鮮空氣會稀釋煙霧濃度，影響煙氣羽流、頂棚射流的狀態。而火災煙氣及熱量恰恰是火災探測器捕捉的特征。潔凈空調系統運行狀態下會影響火災探測器，從而導致火災自動報警系統不能有效報警。同時，空調氣流大小和氣流流動狀態不同、探測器安裝的位置不同，空調對探測器的影響程度也就不同。本文利用數值模擬方法分析空調系統對煙氣運動的影響，進而分析潔凈空調環境對火災探測的影響，以對潔凈室火災探測器進行合理選型。

1 模擬模型的建立

根據潔凈手術室空調系統的組織形式，建立FDS模擬模型。潔凈空調系統一般采用集中式的空調處理器，運行過程中有部分二次回風，同時補充部分新風。實際情況下火災部分煙氣通過回風管道進入空調機組與新風混合后重新進入室內，考慮到初期煙氣量較少，經過高效過濾器的過濾多數煙氣顆粒被濾掉，重新進入室內的量很少，另外空調系統二次回風狀態由于煙氣與新風混合造成送風溫度上升，而采用全新風運行狀態送風溫度相對較低，更加不利于火災探測，因此將空調模型簡化成全新風運行狀態。由于潔凈室一般采用密閉空間，通風換氣全部依靠空調系統完成，因此采用無門無窗的空間來模擬潔凈室，房間尺寸為6.2 m×6.2 m×3 m，墻體為混凝土，在頂棚設置36個0.8 m×0.8 m的送風口，風速為0.4 m·s-1，在地面設置同樣多的相同尺寸的回風口，風速為0.4 m·s-1，潔凈室換氣次數為每小時288次，手術室空調氣流組織形式為垂直單向流。火源為t2快速火，面積1 m2，功率1.5 MW。環境溫度25 ℃，空調出風口溫度16 ℃。在頂棚特定的地方設定測點，用以測定該處的溫度、能見度及其他必要的數據。如圖1所示，藍色為送風口、綠色為回風口、紅色為火源。

2 模擬結果分析

2.1 氣體流場分析

2.1.1 速度場分析

空氣呈單向流形式向下運動，形成類似活塞運動的形式。為了避免因氣流速度過大引起二次揚塵，造成室內潔凈度下降，單向流的流速設定為0.4 m·s-1，煙氣在新風向下的活塞運動影響下無法形成水平蔓延的運動形態，隨新風活塞運動向下經回風口排出室外，同時火源附近的新風在煙氣卷吸作用下受熱上升，同時冷卻煙氣溫度。

圖1 模擬模型

2.1.2 空調運行與關閉狀態的溫度場分析

圖2～圖7為縱向切面溫度場，從圖中空調開啟和關閉的圖片對比可以看出，空調開啟對空間的氣體溫度流場影響逐漸明顯，隨著火災的發展，空調開啟在很大程度上降低了房間內的溫度，而且是對大部分區域都有較明顯的影響。由于垂直單向流有大量的新鮮空氣進入，火災煙氣與空調氣流不斷摻混，空調氣流對熱煙氣不斷進行冷卻，可以明顯的看出在該空調系統的影響下，大部分煙氣可以得到排出和降溫，同時對探測器的影響也就更明顯。

2.2 火災探測影響分析

風口的流場密布于整個頂棚，空調開啟時形成均勻的截面以一定的速度向下運動，將污染物排出室外。圖8為溫度曲線(A為空調開啟狀態，C為空調關閉狀態)，由于初期火災產生的煙氣及熱量被大量排出，煙氣頂棚射流形態受到較大擾動，在距離火源1.5 m以外的頂棚測點在180 s時間內溫度基本未達到50 ℃。圖9為能見度曲線，由于受到向下氣流的擠壓，雖然室內煙霧濃度已經很大，煙氣很難運動至頂棚高度附近。感溫及感煙探測器在這類場所無法工作，建議采用吸氣式早期火災探測裝置，雖然吸氣式探測器不能顯示具體采樣地點，但是大多數凈化室在實際應用中因為費用及潔凈工藝的要求都不會建的太大，因此能夠滿足火災探測的要求。

圖2 空調關閉20 s時溫度云圖

圖3 空調開啟狀態20 s時溫度云圖

圖4 空調關閉80 s時溫度云圖

圖5 空調開啟80 s時溫度云圖

圖6 空調關閉120 s時溫度云圖

圖7 空調開啟120 s時溫度云圖

圖8 測點溫度對比曲線

圖9 測點能見度變化曲線

3 潔凈室火災探測系統的優化設計及技術改進

空氣采樣系統借助高效抽氣泵，連續不斷地抽取被保護場所的空氣樣品，經過濾器進入高拋光的探測腔，在探測腔內特定的空間位置安裝有激光器，激光發射裝置發射出的平行激光照射進入探測腔的空氣樣本，含有煙粒子的光束發生散射，散射光線由高拋光探測腔反射到高靈敏度激光接收器，產生電信號，經計算處理，測量出空氣樣本的煙粒子量，處理后，與設定的報警閾值進行比較，如達到報警閾值，則給出報警信號。

空氣采樣探測系統采集來的空氣樣品的90%直接排掉，只有10%進入激光探測器進行檢測。經過一級過濾器時，將待測樣品中直徑大于20 μm的灰塵濾掉，通過傳感器將火災煙霧與水分子團、灰塵等粒子區分開。剩余氣樣進入二級過濾器，形成潔凈空氣，沖洗激光腔內的光學元件，即清洗和探測同時進行，不會發生煙塵積累，激光探測腔在潔凈環境下基本無需維護。

在醫療潔凈室布置空氣采樣管，避開潔凈氣流流速較快區域。在煙氣易于聚集的區域設置采樣點。采取主動采樣的手段，避免因氣流屏障導致的報警延誤，以此解決空調系統造成的報警延誤問題。結合以上模擬結果，針對此類通過空氣調節作用保持正壓高速氣流場所的醫療潔凈手術室，宜選擇高靈敏型吸氣式感煙火災探測器。

[1] 沈欣,陳東彪.空氣采樣感煙探側系統原理及應用[C]//消防科技創新與社會安全發展,杭州:浙江科學技術出版社,2014:252-256.

[2] 鄭燕宇,陸明浩.智能型極早期空氣采樣火災探測技術探討[J].智能建筑與城市信息,2004(7):44-47.