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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境監控系統。通過實際安裝應用和反饋，表明該系統具有保溫能力強、安全、環保等特點，可有效地解決消防管道凍裂問題，保障消防系統正常運轉。
消防管道的防凍、保溫一直以來都是我國北方地區消防工程施工、消防系統維護不可回避的問題。消防管道在保溫不足的環境中極易被凍裂，尤其是水滅火系統中的自動噴淋管道(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、節能環保、安全可靠的消防管道環境監控系統，可有效地提升我國北方地區特別是嚴寒地區的消防管道抗寒能力，保障消防系統的正常運轉。
一、電伴熱系統工作原理
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、熱穩定時間長、壽命長，適合長期使用。除此之外，電伴熱可實現遙控和自動控制，可根據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生正溫度系數變化，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，伴熱線發熱溫度又自動上升;當環境溫度處于某一穩定狀態時，系統將達到熱輸出穩定，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型帶狀物，在加熱帶內任何局部都具有單獨適應環境溫度變化的自動調節功能(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，這對現場安裝與施工極為方便。
二、消防管道環境監控系統設計
消防管道環境監控系統由供電系統、伴熱系統、溫度監控報警系統、保溫系統組成。通過消防報警控制器模塊保持整套管道環境監控系統與消防報警控制器的通信聯系。
(一)供電系統
供電系統設計有變壓功能，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
沿消防管線長度方向布置自限式電熱帶，考慮安裝環境比較潮濕，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境，防止潮氣與漏水的侵蝕，保護伴熱系統不受損壞。
(三)溫度監控報警系統
溫度監控報警系統主要包括火災報警控制器模塊、溫度監控器、溫度智能傳感器、蜂鳴報警器、斷路監控設備等。溫度監控器可以根據安裝環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送給伴熱系統的接收端，自動切斷或者接通供電系統，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，在管道環境監控系統本身出現故障不能正常工作時，能將信號反饋給消防報警控制器，提醒消防監控中心的工作人員故障報警，及時處理現場，防止消防管道凍壞、凍裂。
消防管道環境監控系統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自動調節。消防管道環境監控系統中采用電子式溫控器，通過電阻感溫方法來監控溫度，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，從而達到溫度監控的功能。
(四)保溫系統
消防管道環境監控系統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、發泡劑和其他輔助成分，在樹脂交聯固化的同時，發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，更不會散發濃煙和毒氣。
三、消防管道環境監控系統安裝
(一)安裝規范
消防管道環境監控系統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范，主要包括:《管道和設備保溫、防結露及電伴熱規范》、《電氣裝置安裝工程施工及驗收規范》、《1kV及以下配線工程施工及驗收規范》、《盤柜及二次回路結線施工及驗收規范》、
《伴熱帶線路施工及驗收規范》、《電工電子產品基本環境試驗規程》、《電子測量儀器電磁兼容性試驗規范》等。
(二)施工要求
消防管道環境監控系統屬于消防電控報警系統的外部設備，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域、缺乏保溫措施的個別區域等。這些位置都是冬季管道凍裂的多發區，安裝消防管道環境監控系統后，可實時監控該區域管道溫度及低溫報警，及時處理避免漏水。
現場施工時，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，消防管道環境監控系統安裝在已竣工投入使用的樓宇大廈消防水系統中。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，記錄數據，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:沈陽某大型醫院門診樓正門門廳。該建筑物門廳位置棚上根據設計規范及施工規范，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。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。為避免凍裂現象的發生，根據建設單位說明，在正對門口的消防噴淋管道上設計、安裝一套管道環境監控系統，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
統沒有出現異常，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，現在已正常開啟門廳部位噴淋管道閥門，消防噴淋系統運行正常。
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，安裝了管道環境監控系統，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，沒有發生漏水現象。
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境監控系統。通過實際安裝應用和反饋，表明該系統具有保溫能力強、安全、環保等特點，可有效地解決消防管道凍裂問題，增強消防管道抗寒能力，保障消防系統的正常運轉。
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