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針對(duì)北方冬季常見(jiàn)的消防管道凍裂事件，基于電伴熱技術(shù)設(shè)計(jì)了一套具有低溫報(bào)警、自動(dòng)控溫功能的消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)際安裝應(yīng)用和反饋，表明該系統(tǒng)具有保溫能力強(qiáng)、安全、環(huán)保等特點(diǎn)，可有效地解決消防管道凍裂問(wèn)題，保障消防系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
消防管道的防凍、保溫一直以來(lái)都是我國(guó)北方地區(qū)消防工程施工、消防系統(tǒng)維護(hù)不可回避的問(wèn)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(dòng)噴淋管道(以下簡(jiǎn)稱消防管道)，一旦凍裂造成誤噴，會(huì)造成重大的財(cái)產(chǎn)損失。如2003年沈陽(yáng)五金城某商店中的一個(gè)消防噴淋頭凍壞，價(jià)值損失10多萬(wàn)元;2010年北京一大型商場(chǎng)噴淋頭凍壞噴水，造成財(cái)產(chǎn)損失65．8萬(wàn)元。本文基于電伴熱原理，在自限式電熱帶技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套能低溫報(bào)警、自動(dòng)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(guó)北方地區(qū)特別是嚴(yán)寒地區(qū)的消防管道抗寒能力，保障消防系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
一、電伴熱系統(tǒng)工作原理
電伴熱是一種將電能轉(zhuǎn)化為熱能，起到保溫作用的加熱技術(shù)。利用電加熱產(chǎn)生的熱量補(bǔ)充因溫度原因而導(dǎo)致管道散失的熱量，從而達(dá)到管道內(nèi)介質(zhì)的熱量平衡。它可沿管線長(zhǎng)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(shù)溫度梯度小、熱效率高、熱穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)、壽命長(zhǎng)，適合長(zhǎng)期使用。除此之外，電伴熱可實(shí)現(xiàn)遙控和自動(dòng)控制，可根據(jù)需要靈活應(yīng)用在各種類型的管道保溫上，設(shè)計(jì)、施工、安裝方便，無(wú)污染，是國(guó)家重點(diǎn)推廣的節(jié)能技術(shù)。
自限式電伴熱帶由帶芯、高分子內(nèi)護(hù)套、合金屏蔽網(wǎng)和高分子外護(hù)套構(gòu)成。帶芯是一種復(fù)雜的高分子復(fù)合物，它由多種材料和導(dǎo)電介質(zhì)復(fù)合而成，經(jīng)過(guò)特定的化學(xué)變化和物理處理之后擠出成型，在兩條平行導(dǎo)線之間組成的一條保持連續(xù)平行的加熱原件。在加熱過(guò)程中，高分子材料的內(nèi)部半導(dǎo)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(yīng)強(qiáng)烈。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，高分子聚合物微分子膨脹，碳粒漸漸分開(kāi)，引起了電路中斷、電阻上升，伴熱線自動(dòng)減少功率輸出;當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，高分子聚合物微粒間距又收縮變小，碳粒相應(yīng)連接起來(lái)形成電路，伴熱線發(fā)熱溫度又自動(dòng)上升;當(dāng)環(huán)境溫度處于某一穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)將達(dá)到熱輸出穩(wěn)定，使其具有溫度自限性。它控制溫度不會(huì)過(guò)高亦不會(huì)過(guò)低，能自動(dòng)調(diào)解。
自限式電伴熱帶屬于并聯(lián)型帶狀物，在加熱帶內(nèi)任何局部都具有單獨(dú)適應(yīng)環(huán)境溫度變化的自動(dòng)調(diào)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(zhǎng)度范圍內(nèi)可適應(yīng)不同長(zhǎng)度需求，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝與施工極為方便。
二、消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(bào)警系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)組成。通過(guò)消防報(bào)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(bào)警控制器的通信聯(lián)系。
(一)供電系統(tǒng)
供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)有變壓功能，通過(guò)變壓器將交流
220V電壓轉(zhuǎn)化為直流24V電壓。供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)有空氣開(kāi)關(guān)，確保在線路短路時(shí)及時(shí)切斷電源，保護(hù)電控設(shè)備及線路。
(二)伴熱系統(tǒng)
沿消防管線長(zhǎng)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(jìn)行防潮處理或采用防水絕緣型自限式電熱帶。這種雙護(hù)套型電伴熱帶，防水絕緣性能好，可適應(yīng)多種復(fù)雜惡劣環(huán)境，防止潮氣與漏水的侵蝕，保護(hù)伴熱系統(tǒng)不受損壞。
(三)溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)
溫度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)主要包括火災(zāi)報(bào)警控制器模塊、溫度監(jiān)控器、溫度智能傳感器、蜂鳴報(bào)警器、斷路監(jiān)控設(shè)備等。溫度監(jiān)控器可以根據(jù)安裝環(huán)境設(shè)定目標(biāo)溫度范圍，溫度超過(guò)設(shè)定值溫度時(shí)，蜂鳴器將提示報(bào)警。同時(shí)溫度智能傳感器會(huì)將通或斷的命令信號(hào)發(fā)送給伴熱系統(tǒng)的接收端，自動(dòng)切斷或者接通供電系統(tǒng)，達(dá)到溫度斷電保護(hù)和低溫啟動(dòng)加熱的目的。火災(zāi)報(bào)警控制器模塊與主機(jī)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(shí)，能將信號(hào)反饋給消防報(bào)警控制器，提醒消防監(jiān)控中心的工作人員故障報(bào)警，及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)，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(bǔ)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(yùn)行環(huán)境的溫度要求，可以測(cè)量
－50～150℃范圍內(nèi)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(fù)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)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(guò)電阻感溫方法來(lái)監(jiān)控溫度，把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)控制自限式電伴熱帶啟動(dòng)或停止，從而達(dá)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(shù)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(shù)脂交聯(lián)固化的同時(shí)，發(fā)泡劑產(chǎn)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(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱系數(shù)低，絕緣性能好，在火焰直接作用下具有結(jié)碳、無(wú)滴落物、無(wú)卷曲、無(wú)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(hù)層內(nèi)的泡沫結(jié)構(gòu)，抗火焰穿透時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)1h。25mm厚的酚醛泡沫板在經(jīng)受1500℃的火焰噴射10min后，僅表面略有炭化而不會(huì)燒穿，更不會(huì)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(lǐng)域的技術(shù)結(jié)合，在選擇設(shè)備、施工及驗(yàn)收工作中，必須符合國(guó)家相關(guān)施工及驗(yàn)收規(guī)范，主要包括:《管道和設(shè)備保溫、防結(jié)露及電伴熱規(guī)范》、《電氣裝置安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》、《1kV及以下配線工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》、《盤柜及二次回路結(jié)線施工及驗(yàn)收規(guī)范》、
《伴熱帶線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》、《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程》、《電子測(cè)量?jī)x器電磁兼容性試驗(yàn)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(bào)警系統(tǒng)的外部設(shè)備，依托消防輸入輸出模塊直接與消防報(bào)警主機(jī)信號(hào)聯(lián)絡(luò)。
主要安裝在沒(méi)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(zhuǎn)門廳內(nèi)、地下室溫度極低的區(qū)域、缺乏保溫措施的個(gè)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(shí)時(shí)監(jiān)控該區(qū)域管道溫度及低溫報(bào)警，及時(shí)處理避免漏水。
現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，不應(yīng)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(dāng)彎曲，但使其折疊或彎曲時(shí)注意輕和慢，同時(shí)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(shè)在消防管道上時(shí)應(yīng)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(shí)應(yīng)避免穿透固定法，避免使用任何金屬性質(zhì)的材料，應(yīng)采用尼龍?jiān)鷰нM(jìn)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(shè)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(shí)盡量避開(kāi)原有閥門位置，如不可避免遇到時(shí)，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(shí)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(duì)每個(gè)回路進(jìn)行電氣測(cè)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(yīng)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(cè)試無(wú)誤后方可進(jìn)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(biāo)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(yán)密固定，必須與自限式電熱帶保持一定距離。溫度傳感器應(yīng)安裝在隱蔽的位置，包裹在保溫層內(nèi)，線路連接上必須采用金屬軟管進(jìn)行保護(hù)。
四、應(yīng)用案例及效果
案例一:沈陽(yáng)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(shè)計(jì)規(guī)范及施工規(guī)范，有兩條消防噴淋支管，多個(gè)消防噴淋點(diǎn)位，使用普通下噴噴頭，在1月至2月間，多個(gè)點(diǎn)位噴淋泡炸裂，個(gè)別彎頭被凍裂，導(dǎo)致消防噴淋管道漏水，損壞原有裝修，經(jīng)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(shí)將局部管道水瀉出，關(guān)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(shè)單位說(shuō)明，在正對(duì)門口的消防噴淋管道上設(shè)計(jì)、安裝一套管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，并將信號(hào)連接到附近輸入輸出模塊上。經(jīng)測(cè)試，設(shè)備可正常運(yùn)行，安裝3個(gè)月后在溫度設(shè)定范圍系
統(tǒng)沒(méi)有出現(xiàn)異常，在安裝測(cè)試的12月、1月、2月冬季寒冷期，管道管件及噴淋泡沒(méi)有被凍壞，現(xiàn)在已正常開(kāi)啟門廳部位噴淋管道閥門，消防噴淋系統(tǒng)運(yùn)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(nèi)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(yán)重沖泡。經(jīng)檢查，該建筑樓頂有兩處通風(fēng)口，封閉不嚴(yán)，室內(nèi)外溫差大導(dǎo)致噴淋管道被凍裂，室內(nèi)空調(diào)制熱，采用石膏板吊棚阻隔熱氣上升，冬季棚內(nèi)達(dá)到0℃以下。在將通風(fēng)口封堵保溫后，兩處風(fēng)口正下方管道上，安裝了管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)測(cè)量各部分設(shè)備工作正常，在大部分管道上增加保溫層后，歷經(jīng)冬季，沒(méi)有發(fā)生漏水現(xiàn)象。
五、結(jié)束語(yǔ)
本文在自限式電熱帶技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套具有低溫報(bào)警、自動(dòng)控溫功能的消防管道環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)際安裝應(yīng)用和反饋，表明該系統(tǒng)具有保溫能力強(qiáng)、安全、環(huán)保等特點(diǎn)，可有效地解決消防管道凍裂問(wèn)題，增強(qiáng)消防管道抗寒能力，保障消防系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。