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針對北方冬季常見的消防管道凍裂事件，基于電伴熱技術設計了一套具有低溫報警、自動控溫功能的消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。通過實際安裝應用和反饋，表明該系統(tǒng)具有保溫能力強、安全、環(huán)保等特點，可有效地解決消防管道凍裂問題，保障消防系統(tǒng)正常運轉。
消防管道的防凍、保溫一直以來都是我國北方地區(qū)消防工程施工、消防系統(tǒng)維護不可回避的問題。消防管道在保溫不足的環(huán)境中極易被凍裂，尤其是水滅火系統(tǒng)中的自動噴淋管道(以下簡稱消防管道)，一旦凍裂造成誤噴，會造成重大的財產損失。如2003年沈陽五金城某商店中的一個消防噴淋頭凍壞，價值損失10多萬元;2010年北京一大型商場噴淋頭凍壞噴水，造成財產損失65．8萬元。本文基于電伴熱原理，在自限式電熱帶技術的基礎上，設計了一套能低溫報警、自動控溫、節(jié)能環(huán)保、安全可靠的消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可有效地提升我國北方地區(qū)特別是嚴寒地區(qū)的消防管道抗寒能力，保障消防系統(tǒng)的正常運轉。
一、電伴熱系統(tǒng)工作原理
電伴熱是一種將電能轉化為熱能，起到保溫作用的加熱技術。利用電加熱產生的熱量補充因溫度原因而導致管道散失的熱量，從而達到管道內介質的熱量平衡。它可沿管線長度方向均勻放熱，其所需的熱量(電功率)大大低于電加熱。電伴熱技術溫度梯度小、熱效率高、熱穩(wěn)定時間長、壽命長，適合長期使用。除此之外，電伴熱可實現(xiàn)遙控和自動控制，可根據(jù)需要靈活應用在各種類型的管道保溫上，設計、施工、安裝方便，無污染，是國家重點推廣的節(jié)能技術。
自限式電伴熱帶由帶芯、高分子內護套、合金屏蔽網和高分子外護套構成。帶芯是一種復雜的高分子復合物，它由多種材料和導電介質復合而成，經過特定的化學變化和物理處理之后擠出成型，在兩條平行導線之間組成的一條保持連續(xù)平行的加熱原件。在加熱過程中，高分子材料的內部半導體發(fā)生正溫度系數(shù)變化，且具有特殊的分子記憶能力。這種記憶性反應強烈。當環(huán)境溫度升高時，高分子聚合物微分子膨脹，碳粒漸漸分開，引起了電路中斷、電阻上升，伴熱線自動減少功率輸出;當環(huán)境溫度降低時，高分子聚合物微粒間距又收縮變小，碳粒相應連接起來形成電路，伴熱線發(fā)熱溫度又自動上升;當環(huán)境溫度處于某一穩(wěn)定狀態(tài)時，系統(tǒng)將達到熱輸出穩(wěn)定，使其具有溫度自限性。它控制溫度不會過高亦不會過低，能自動調解。
自限式電伴熱帶屬于并聯(lián)型帶狀物，在加熱帶內任何局部都具有單獨適應環(huán)境溫度變化的自動調節(jié)功能(任意溫度－功率輸出)。因而它可以任意切割，在允用長度范圍內可適應不同長度需求，這對現(xiàn)場安裝與施工極為方便。
二、消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計
消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)由供電系統(tǒng)、伴熱系統(tǒng)、溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)組成。通過消防報警控制器模塊保持整套管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與消防報警控制器的通信聯(lián)系。
(一)供電系統(tǒng)
供電系統(tǒng)設計有變壓功能，通過變壓器將交流
220V電壓轉化為直流24V電壓。供電系統(tǒng)設計有空氣開關，確保在線路短路時及時切斷電源，保護電控設備及線路。
(二)伴熱系統(tǒng)
沿消防管線長度方向布置自限式電熱帶，考慮安裝環(huán)境比較潮濕，需要進行防潮處理或采用防水絕緣型自限式電熱帶。這種雙護套型電伴熱帶，防水絕緣性能好，可適應多種復雜惡劣環(huán)境，防止潮氣與漏水的侵蝕，保護伴熱系統(tǒng)不受損壞。
(三)溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)
溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)主要包括火災報警控制器模塊、溫度監(jiān)控器、溫度智能傳感器、蜂鳴報警器、斷路監(jiān)控設備等。溫度監(jiān)控器可以根據(jù)安裝環(huán)境設定目標溫度范圍，溫度超過設定值溫度時，蜂鳴器將提示報警。同時溫度智能傳感器會將通或斷的命令信號發(fā)送給伴熱系統(tǒng)的接收端，自動切斷或者接通供電系統(tǒng)，達到溫度斷電保護和低溫啟動加熱的目的。火災報警控制器模塊與主機直接通信，在管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障不能正常工作時，能將信號反饋給消防報警控制器，提醒消防監(jiān)控中心的工作人員故障報警，及時處理現(xiàn)場，防止消防管道凍壞、凍裂。
消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中采用的傳感器為集成溫度傳感器。它是一種將溫敏晶體管、放大電路、溫度補償電路等集成在同一芯片上的溫度傳感器，符合消防管道安裝、運行環(huán)境的溫度要求，可以測量
－50～150℃范圍內的溫度。該類型的溫度傳感器體積小、成本低、線性好、精度高、可靠度高、重復性好且接口靈活。
溫度監(jiān)控器是利用感溫液體熱脹冷縮及液體不可壓縮的原理而實現(xiàn)自動調節(jié)。消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中采用電子式溫控器，通過電阻感溫方法來監(jiān)控溫度，把溫度信號轉化為電信號，通過單片機控制自限式電伴熱帶啟動或停止，從而達到溫度監(jiān)控的功能。
(四)保溫系統(tǒng)
消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的保溫材料主要采用酚醛泡沫塑料，其主要以酚醛樹脂為主要原材料，加入固化劑、發(fā)泡劑和其他輔助成分，在樹脂交聯(lián)固化的同時，發(fā)泡劑產生氣體而均勻的分散于物料中而形成的泡沫塑料。它具有均勻的閉孔結構，導熱系數(shù)低，絕緣性能好，在火焰直接作用下具有結碳、無滴落物、無卷曲、無溶化現(xiàn)象，火焰燃燒后表面形成一層“石墨泡沫”層，有效的保護層內的泡沫結構，抗火焰穿透時間可長達1h。25mm厚的酚醛泡沫板在經受1500℃的火焰噴射10min后，僅表面略有炭化而不會燒穿，更不會散發(fā)濃煙和毒氣。
三、消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)安裝
(一)安裝規(guī)范
消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的安裝涉及到多領域的技術結合，在選擇設備、施工及驗收工作中，必須符合國家相關施工及驗收規(guī)范，主要包括:《管道和設備保溫、防結露及電伴熱規(guī)范》、《電氣裝置安裝工程施工及驗收規(guī)范》、《1kV及以下配線工程施工及驗收規(guī)范》、《盤柜及二次回路結線施工及驗收規(guī)范》、
《伴熱帶線路施工及驗收規(guī)范》、《電工電子產品基本環(huán)境試驗規(guī)程》、《電子測量儀器電磁兼容性試驗規(guī)范》等。
(二)施工要求
消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)屬于消防電控報警系統(tǒng)的外部設備，依托消防輸入輸出模塊直接與消防報警主機信號聯(lián)絡。
主要安裝在沒有保溫或者室溫低于0℃的局部消防管道上，例如建筑物旋轉門廳內、地下室溫度極低的區(qū)域、缺乏保溫措施的個別區(qū)域等。這些位置都是冬季管道凍裂的多發(fā)區(qū)，安裝消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)后，可實時監(jiān)控該區(qū)域管道溫度及低溫報警，及時處理避免漏水。
現(xiàn)場施工時，不應拖拽伴熱帶，使其被硬物損壞，并防止水和污物濺落在其上面。電熱帶可以適當彎曲，但使其折疊或彎曲時注意輕和慢，同時允許彎曲半徑不得小于伴熱電纜厚度的6倍。將電熱帶
敷設在消防管道上時應注意，二者需要緊密貼合避免脫落，如此可以提高伴熱效率以利散熱，將二者固定時應避免穿透固定法，避免使用任何金屬性質的材料，應采用尼龍扎帶進行綁扎固定，或者用鋁箔膠帶固定，固定后將電伴熱帶撫平使其平整地敷設在管道外表面。
一般情況下，消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)安裝在已竣工投入使用的樓宇大廈消防水系統(tǒng)中。安裝時盡量避開原有閥門位置，如不可避免遇到時，拆卸原有閥門的可能性較小，考慮安裝需要，電伴熱帶需要被剪斷，之后重新接頭時要注意接頭的密封。在所有自限式電伴熱帶安裝完成后，必須對每個回路進行電氣測試，采用500V的歐姆表檢查系統(tǒng)的絕緣電阻，電纜的線芯與地線或與不帶電的中性線之間電阻應不小于5MΩ。通電后檢查電熱帶供熱情況，記錄數(shù)據(jù)，多次測試無誤后方可進行外層保溫施工。保溫材料安裝完畢，需要做出明顯的電伴熱標記，起到提醒作用避免其他施工損壞。
溫度傳感器安裝需要貼近消防管道外壁，使用鋁箔膠帶嚴密固定，必須與自限式電熱帶保持一定距離。溫度傳感器應安裝在隱蔽的位置，包裹在保溫層內，線路連接上必須采用金屬軟管進行保護。
四、應用案例及效果
案例一:沈陽某大型醫(yī)院門診樓正門門廳。該建筑物門廳位置棚上根據(jù)設計規(guī)范及施工規(guī)范，有兩條消防噴淋支管，多個消防噴淋點位，使用普通下噴噴頭，在1月至2月間，多個點位噴淋泡炸裂，個別彎頭被凍裂，導致消防噴淋管道漏水，損壞原有裝修，經多次搶修，更換易熔合金噴頭后仍有凍壞情況出現(xiàn)。為避免漏水，在冬季1月至2月臨時將局部管道水瀉出，關閉該范圍管路閥門，確保安全。為避免凍裂現(xiàn)象的發(fā)生，根據(jù)建設單位說明，在正對門口的消防噴淋管道上設計、安裝一套管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，并將信號連接到附近輸入輸出模塊上。經測試，設備可正常運行，安裝3個月后在溫度設定范圍系
統(tǒng)沒有出現(xiàn)異常，在安裝測試的12月、1月、2月冬季寒冷期，管道管件及噴淋泡沒有被凍壞，現(xiàn)在已正常開啟門廳部位噴淋管道閥門，消防噴淋系統(tǒng)運行正常。
案例二:某單位食堂。該建筑為一層建筑，功能為員工食堂，建筑高5m，采用石膏板吊棚。冬季棚內噴淋主管道和支管道均出現(xiàn)漏水事件，大面積損壞裝修，局部墻體被嚴重沖泡。經檢查，該建筑樓頂有兩處通風口，封閉不嚴，室內外溫差大導致噴淋管道被凍裂，室內空調制熱，采用石膏板吊棚阻隔熱氣上升，冬季棚內達到0℃以下。在將通風口封堵保溫后，兩處風口正下方管道上，安裝了管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，經測量各部分設備工作正常，在大部分管道上增加保溫層后，歷經冬季，沒有發(fā)生漏水現(xiàn)象。
五、結束語
本文在自限式電熱帶技術的基礎上，設計了一套具有低溫報警、自動控溫功能的消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。通過實際安裝應用和反饋，表明該系統(tǒng)具有保溫能力強、安全、環(huán)保等特點，可有效地解決消防管道凍裂問題，增強消防管道抗寒能力，保障消防系統(tǒng)的正常運轉。
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