《消防设施通用规范》实施以来,关于防护等级选择的这个强制性条文,困扰了我很长时间。真真是“十年规范无人问,一成强条天下愁”。年后终于抽出时间做了次集中学习,本文便是学习后的一些粗浅体会,不揣冒昧,分享与同行,希望能有更多的讨论。起初是按论文写的,无奈越写越长,长到估计没有哪里会发表,既不想放弃,也不愿精简。各位看官,你慢慢看,文风等您担待些,观点请尽管批评。本文共有十一节,1.5万余字。
电气设备的防护等级是确保设备在不同环境,尤其是某些恶劣环境条件下稳定、可靠运行的条件之一。在工程设计中如何根据设备所处环境条件选择合理的防护等级是每个设计人员应该掌握的能力。目前的设计规范中对电气设备的防护等级有很多的具体条文,内容多为对配电柜(箱)、灯具、充电桩、开关插座、母线槽等的要求,针对火灾自动报警系统设备的具体条文不多。
消防电子产品(fire electronic products)的术语解释为,“消防产品当中具有火灾探测报警、消防联动控制、人员疏散逃生、电气火灾监控、可燃气体探测报警和消防通信指挥等功能的电子类产品,包括火灾自动报警系统、消防联动控制系统、消防应急照明和疏散指示系统、电气火灾监控系统、可燃气体探测报警系统、消防通信指挥系统所包含的各类电子类产品。”
本文主要针对民用建筑中火灾自动报警系统设备的防护等级进行讨论,在文末亦汇总规范对消防应急照明和疏散指示系统设备的防护等级要求。由于工业建筑和爆炸危险环境有其特殊之处,本文未进行讨论。
一、设计规范对火警设备防护等级的要求
《火灾自动报警设计规范》GB 50116-2013第12.1.11条规定,“隧道内设置的消防设备的防护等级不应低于IP65。”
《城市综合管廊工程技术规范》GB 50838-2015第7.5.15条规定,“综合管廊内监控与报警设备防护等级不宜低于IP65。”
以上条文是在通用规范实施之前,对隧道和管廊内火警设备防护等级给出的明确要求。
在2023.3.1实施的《消防设施通用规范》GB 55036-2022(以下简称《设通规》)中,12.0.18条规定,“火灾自动报警系统设备的防护等级应满足在设置场所环境条件下正常工作的要求。”其对应的条文说明解释为,“IP防护等级是表征电器产品防尘、防潮或防水能力的指标。火灾自动报警系统设备的防护等级选择是确保系统设备在不同环境,尤其是潮湿、多尘等恶劣环境条件下稳定、可靠运行的前提,在工程中必须根据设备设置场所的环境条件合理确定设备的IP防护等级。”由于该规范并未给出具体的IP代码要求,设计便参照其配套出版的《<消防设施通用规范>GB 55036-2022实施指南》中的解释来进行图纸标注。该指南中提到,“设置在部分特殊场所的系统设备,其IP防护等级不应低于下述要求:(1)设置在室外或地面上,不应低于IP67;(2)设置在管廊、交通隧道、地铁隧道区间等潮湿场所时,不应低于IP65。”
在2023.6.1实施的《建筑防火通用规范》GB 55037-2022(以下简称《防火通规》)中,10.1.12条规定,“可能处于潮湿环境内的消防电气设备,外壳的防尘与防水等级应符合下列规定:1对于交通隧道,不应低于IP55;2对于城市综合管廊及其他潮湿环境,不应低于IP45。”其对应的条文说明解释为“本条规定了设置在各类潮湿环境内的消防电气设备的防护等级要求,以避免潮气或水侵入电器造成损坏,影响消防电气设备和相关消防设施运行的可靠性。”《防火通规》中对“消防电气设备”没有区分Electrical和Electronics,在其配套出版的《<建筑防火通用规范>GB 55037-2022实施指南》对该条文的说明中,消防电气设备中包括了火灾自动报警系统设备,那么,《防火通规》中要求的防护等级比前述规范中的低,哪一个要求更合理呢?
上述规范中均提到了潮湿环境/潮湿场所,但对于潮湿场所的定义,一直是困扰设计的一个问题。目前设计规范中,有的直接将某场所描述为潮湿环境,有的会为对潮湿场所进行解释,但这些解释并不完全统一。本文仅列出《建筑电气与智能化通用规范》GB 55024-2022(以下简称《电通规》)中的解释,其8.5.1条条文说明中描述为,“本条所指潮湿场所是指相对湿度大于95%或相对湿度长期超过75%的空气环境、存在积水或其他导电液体、泥泞的环境。”那么,上述消防规范提及“潮湿环境”是否就按这个定义呢?
《设通规》和《防火通规》中均提到,防护等级是防潮能力的指标。然而,《外壳防护等级(IP代码)》GB/T 4208-2017在范围章节中提到,标准的目的是“规定电气设备下述内容的外壳防护等级:1)对人体触及外壳内的危险部件的防护;2)对固体异物进入外壳内设备的防护;3)对水(water)进入外壳内对设备造成有害影响的防护。”“有关机械损坏、锈蚀、腐蚀性溶剂〈如切削液〉、霉菌、虫害、太阳辐射、结冰、潮湿(如凝露引起的)(moisture(for example,produced by condensation))、爆炸性气体等外部影响或环境条件对外壳和壳内设备破坏的防护措施以及防止与外壳外部危险运动部件(如风扇)的接触由有关产品标准规定。”说明外壳防护等级不涉及防潮能力,该标准中也没有相应的试验方法。那防潮是什么标准来规定的呢?防护等级选择和潮湿环境有什么关联呢?
二、消防电子产品防护要求
《消防电子产品防护要求》GB 23757-2009是用于消防电子产品设计、制造和检验的标准。标准中对外壳防护等级要求:“外壳防护等级应满足GB 4208的要求,室内使用的控制器类消防电子产品的外壳防护等级不应低于GB 4208规定的IP30等级。室外使用的消防电子产品应具有防尘功能和防水功能。地面安装使用的消防电子产品应具有防水功能和耐磨功能。”标准中只规定了产品防护等级的室内下限值和室外原则。
在该标准的GB 23757-202x征求意见稿中,对防护等级的要求做出了一些细化,要求“a)室内使用型控制器类产品的外壳防护等级不应低于GB/T 4208-2017中规定的IP30等级要求,其他产品的外壳防护等级应满足生产者(制造商)的要求;b)室外使用型产品的外壳防护等级不应低于GB/T 4208-2017规定的IP54等级要求;c)地面安装的室内使用型产品的外壳防护等级不应低于GB/T 4208-2017中规定的IP54等级要求;d)地面安装的室外使用型产品的外壳防护等级不应低于GB/T 4208-2017中规定的IP67等级要求。”
同时本标准中还规定(引用)了产品的正常使用条件:
室内使用型:周围空气温度范围为-10℃~40℃,且在24h一个周期的平均温度不超过35℃;最高温度为40℃时的空气相对湿度不超过75%。在较低温度时允许有较高的相对湿度,如20℃时相对湿度为90%,考虑到由于温度变化,有可能会偶尔产生适度的凝露。
室外使用型:周围空气温度范围为-40℃~50℃,且在24h一个周期的平均温度不超过35℃;最高温度为25℃时,相对湿度短时可达到100%。”
如果没有特殊规定,民用建筑使用的产品一般在污染等级2环境中使用。
本标准中也规定,与正常环境使用条件不同的情况属于特殊使用条件,需要有关文件规定特殊要求。例如,环境温度值、湿度值超过正常使用条件的规定值;或者在使用中,由于温度和/或气压的急剧变化,导致在产品内部易出现异常的凝露等。
由此看来,本标准仅对正常使用环境条件下的消防电子产品的防护等级规定了下限值,对工程设计有一定指导意义,但依然存在一些不确定性。比如标准中就没有提到“潮湿环境”,在特殊使用条件下防护等级如何确定?
再者,该标准规定的正常使用条件中,对湿度的要求有对应的温度,允许如20℃时相对湿度为90%,而《电通规》中潮湿场所的描述,仅有湿度值,那前者90%相对湿度是大于后者描述的75%相对湿度的,这种情况是否属于潮湿场所呢?
三、环境条件的分类和环境试验
产品使用过程中所暴露的环境通常包括若干的环境条件,GB/T 4797系列标准对电工电子产品的自然环境条件做出了规定,包括温度和湿度、海拔与气压、水深与水压、生物、太阳辐射和温度、降水和风、尘、沙、盐雾、地震震动和冲击、火灾暴露。GB/T 4798系列标准则对电工电子产品的应用环境条件进行了环境参数组的分类和分级,包括贮存、运输和装卸、有气候防护场所固定使用、无气候防护场所固定使用、地面车辆使用、船用、携带和非固定用等。
环境条件标准包括了产品所承受的自然环境条件和人工环境条件,用以评价产品在实际贮存、运输、安装和使用过程中的性能。
产品是通过环境试验来模拟真实环境条件或者再现其影响,在一定程度上证明产品在特定环境条件下保持完好和正常工作。GB/T 2423系列标准对电工电子产品的环境试验过程以及适合的试验严酷程度做出了规定,包括低温、高温、恒定湿热、交变湿热、沙尘、水试验等各种运行和耐久试验方法。
笔者根据《环境条件分类环境参数组分类及其严酷程度分级第3部分:有气候防护场所固定使用》GB/T 4798.3-2023,将民用建筑室内设置的消防电子产品的环境条件分类和部分环境参数列表如下:(注:2023版相比2007版,气候环境条件已采用新的分级)
表3.1有气候防护场所环境等级及环境参数(节选)
同时,民用建筑室内大多属于已采用防尘设施以使沙和尘含量减至最小的封闭场所,等级为3S5,可不考虑设备防尘。建筑物无防护措施或靠近沙尘源的特殊场所才可能属于等级3S6或3S7。
该标准中明确提及:标准规定了仅限于直接影响产品性能的环境条件,不考虑由着火、爆炸和电离辐射造成的环境条件以及其他意外的偶然事故造成的环境条件;在特殊情况下,应考虑这些因素发生的几率。
根据《环境条件分类环境参数组分类及其严酷程度分级第4部分:无气候防护场所固定使用》GB/T 4798.4-2023,将民用建筑室外可能设置的消防电子产品的环境条件分类和部分环境参数列表如下:(注:2023版相比2007版,气候环境条件已采用新的分级)
表3.2无气候防护场所环境等级及环境参数(节选)
同时,室外的特殊环境条件等级中还需根据具体情况考虑降水以外的水,等级为4Z12滴水、4Z13淋水、4Z14溅水。还需考虑机械活性物质沙和尘的影响,等级为4S10~4S13。
消防电子产品的产品标准则是依据上述基础标准,根据产品所处的环境条件和严酷等级,选择相应的试验方法作为检测项目。(本节仅提及上述几个主要相关标准,尚有其他一些与环境条件相关的标准,例如GB 4796、GB/T 20159系列等)
四、IP代码的要素及含义
《外壳防护等级(IP代码)》GB/T 4208-2017是经常被引用的一本标准,规定了IP代码的含义,见表4.1~表4.3。
表4.1第一位特征数字所表示的对接近危险部件的防护等级
表4.2第一位特征数字所表示的防止固体异物进入的防护等级
表4.3第二位特征数字所表示的防止水进入的防护等级
而《环境试验第2部分:试验方法试验R:水试验方法和导则》GB/T 2423.38-2021是专用水试验标准,相比GB/T 4208-2017提供了更多的水试验方法并增加了严酷等级,标准亦给出了其水试验方法和GB/T 4208中IP代码的等效关系,摘录如下:
采用滴水箱法的滴水试验(Ra2)适用于可能遭受垂直滴水的产品,模拟因冷凝或渗漏造成的滴水,对应IPX1和IPX2。
冲水试验(Rb)适用于可能遭受冲水的产品。其中采用摆动管法或喷雾法(Rb1)模拟大暴雨、风吹大雨、洒水系统产生的喷雾或溅水,对应IPX3和IPX4。采用喷水法(Rb2)模拟压力清洗、车轮溅水或猛烈海浪的喷水,对应IPX5和IPX6。
浸水试验(Rc)适用于防水并可能遭受浸水的产品。其中采用水箱法(Rc1)对应IPX7。
从IP代码的含义来看,IP代码的第2个数字,代表设备外壳防止各种类型的水侵入的能力,确不是代表防止潮气入侵的能力和相应试验。
防护等级的第一位数字IP1X~IP6X、第二位数字IPX1~IPX6,高防护等级可向下满足低于该级的各级要求。但IPX7、IPX8不满足IPX5、IPX6的要求。若需同时满足防喷水和短时浸水,应标注为IPX5/IPX7。第1位数字和第2位数字之间,也不存在相互满足的对应关系。
五、消防电子产品环境试验方法
《消防电子产品环境试验方法及严酷等级》GB/T 16838-2021规定了消防电子产品的环境试验方法、严酷等级及功能安全要求。标准根据产品类型及安装使用地区和场所将消防电子产品按照下列要求划分为0、I、II、III、IV和IV五个等级。不同等级的产品需要根据其特点和应用场合来选择合适的试验项目和严酷等级。试验分为运行试验和耐久试验,其中运行试验是检验产品在使用环境中正常工作的能力和验证产品在这种环境下的适应能力(本文只讨论运行试验)。试验包括高温、低温、湿热、腐蚀、冲击、碰撞、沙尘、水试验等多种内容。笔者将各等级对应的环境试验要求(部分试验)汇总于表5.1:
表5.1消防电子产品分级及试验要求(部分试验)
将该表的五类产品的使用环境与表3.1、表3.2做一对照,可以看出:
所用产品都需要通过与其安装使用场所相适应的高温(运行)和低温(运行)试验。
0、I类产品的安装使用场所可对应3K20、3K21、3K22环境,需进行恒定湿热(运行)试验,不需要防尘、防水试验。
II类产品的安装使用场所对应3K23环境,需进行交变湿热(运行)试验,不需防尘试验,凝露环境还需进行防水试验。
III类产品的安装使用场所对应3K24、4K23环境,需进行交变湿热(运行)、防尘、防水试验。
IV类产品的安装使用场所对应4K26环境,需进行交变湿热(运行)、防尘、防水试验。
该标准中几个的环境试验方法简介如下:
1.恒定湿热(运行)试验
恒定湿热(运行)试验的目的是确定产品在恒定高温度、高湿度、无凝露环境下使用的适应性。试验提供了试样吸收和扩散水蒸气(moisture and moisture vapor)的影响评价。试验方法按GB/T 2423.3中的规定进行。试验严酷等级为温度40±2℃、相对湿度93±3%、持续时间6天。
2.交变湿热(运行)试验
交变湿热(运行)试验的目的是确定产品在高湿度与温度循环变化组合且通常会在试验样品表面产生凝露的环境下使用的适应性。试验方法按GB/T 2423.4中规定进行。II、III级的严酷等级为温度40±2℃,IV级为55±2℃。试验过程中相对湿度在90%~100%之间,试验需连续完成2次24小时的循环。
3.沙尘试验
沙尘试验的目的是确定产品的抵御灰尘的密封性能。试验方法按照GB/T 2423.37中规定的方法La2进行。La2试验对应GB/T 4208中IP5X和IP6X。试验需在标准大气压下持续8小时。
4.水试验
水试验的目的是确定产品在使用环境中抵御水(water)侵入的性能。试验方法按照GB/T 2423.38中规定进行(见本文第4节)。严酷等级及对应的防护要求按照GB/T 4208-2017的规定。
六、防潮与湿热试验
Humidity resistance通常被翻译为防潮,其对应的运行试验主要是恒定湿热(运行)试验和交变湿热(运行)试验。湿热试验主要用于确定电工电子产品对高湿度环境的适应能力(不论是否出现凝露),特别是产品的电气性能和机械性能的变化,也可用于检查试验样品耐受某些腐蚀的能力。现行标准为《电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Cab:恒定湿热试验》GB/T 2423.3-2016,《环境试验第2部分:试验方法Db:交变湿热(12h+12h循环)》GB/T 2423.4-2008。交变湿热(运行)试验相比恒定湿热(运行)试验,最直观的区别是前者考虑了凝露条件,并且其试验过程中温度和湿度有循环变化。具体应用细节可参见这两本标准以及《电工电子产品环境试验湿热试验导则》GB/T 2424.2-2005。(湿热试验的选择原则见本文第9节)
GB/T 16838中规定0和I级产品进行恒定湿热(运行)试验,II、III、IV级产品进行交变湿热(运行)试验。恒定湿热(运行)试验下产品可以在相对湿度93%的情况下正常运行6天,交变湿热(运行)试验下产品可以在相对湿度90~100%、温度变化过程中产生凝露的条件下正常运行2天。通过湿热(运行)试验的消防电子产品,证明其可在与试验同等高相对湿度的环境中正常运行。湿热试验的相对湿度数值,已经比《电通规》潮湿场所定义的相对湿度数值严酷。
产品标准针对不同环境条件和严酷等级选择的试验方法,是基于统计数据对现实环境条件的一种模拟和再现,包括了短时极端环境条件,在现实中超出极端条件的概率是非常小的。如果实际情况下出现超过试验条件例如长期相对湿度接近100%的特殊情况,防潮除潮就不能只由产品本身解决,而是应采取改善环境条件的措施,比如采用除湿机、防潮箱、除湿袋、恒温恒湿空调、加强通风等方法,来满足产品正常运行的湿度条件。
环境的温度和相对湿度,总是以不同的组合出现,是产品在储存、运输和运行过程中作用于产品的气候因素。由于温度、湿度和水汽压力之间存在关联,在讨论相对湿度时要有对应的温度。
多年来进行的气象测量表明,除了极端气候地区之外,在自由空气条件下不会长期发生相对湿度大于95%同时温度大于30℃的情况。在建筑物内,虽然温度会高于30℃,但在大多数情况下其相对湿度会低于露天环境。仅在一些特殊的场所会存在特殊湿热条件,例如在化工厂、冶金厂、矿山、电镀厂内,温度可达到45℃并伴随长时间可达到饱和的相对湿度。
可以看出,产品的防潮能力需要通过湿热试验验证,并不是进行防水试验。较高相对湿度环境下如果伴随温度快速变化产生温差,则更容易产生凝露,凝露滴水情况下产品才需要通过防水试验满足相应的防护等级要求。简单来说,防潮试验的对象是气态的水蒸气,防水试验的对象是液态水。
回过头来看潮湿环境的定义,《电通规》对潮湿场所的表述实际包括两种环境条件,一种是相对湿度大于95%或相对湿度长期超过75%的空气环境,一种是存在积水或其他导电液体、泥泞的环境,或两种情况同时存在。对于前一种相对湿度大于95%或相对湿度长期超过75%的条件,并不完全超出湿热试验的条件,只有在其环境同时发生凝露的情况下,才需要考虑产品防护等级的提高;而对于后一种水环境条件,可能需要选用相应的防水产品。虽然原则上部分高防护等级的产品可适用于低防护等级的环境条件,但简单按潮湿场所定义的相对湿度就选用过高防护等级的产品,对某些产品可能是不适当的。(讨论见第9节)
七、火灾自动报警系统产品标准的防护等级和厂家给出的防护等级
火灾自动报警系统的各类产品,均有其对应的产品标准。笔者摘录了这些现行标准中的部分试验内容和对应的IP代码,同时将国内产品样本中给出的最高防护等级一并汇总如下。
表7.1火灾自动报警系统产品试验内容(节选)及防护等级
注1:√表示有要求,X表示无要求,/表示无描述。
注2:《点型感烟火灾探测器》GB 4715-2005版中是恒定湿热(运行)试验,2024版改为交变湿热(运行)试验。
注3:部分产品标准尚在修订中,因此标准间并未完全协调。本表仅列出现行标准中的数据。
标准允许产品加装防护罩来实现更高的防护等级。目前火灾自动报警系统设备防护罩类型及防护等级如下表所列。
表7.2火灾自动报警系统产品防护罩防护等级
从表7.1中可以看出,各类产品标准中的试验基本均按GB/T 16838的要求进行设置;其标准中的最低防护等级,也和GB 23757的要求基本一致。不少厂家还提供高于产品标准要求的高防护等级产品,包括加装高防护等级的防护盒(箱),可以适用于更多严酷环境。
需要提醒的是,现行的产品标准中,只有手动报警按钮和声光警报器有室外型产品。如果其余产品要使用于室外环境,需要注意其环境温度是否与产品高温(运行)和低温(运行)试验条件一致。
八、火灾自动报警系统设备防护等级的选择
通过前文的分析可以看出,火警设备的防护等级,不能简单套用目前设计规范上对“潮湿场所”的定义,而应该按其场所实际的尘、水环境情况来选择。
室内一般场所
民用建筑室内设置火警设备的区域或部位,大部分都属于标准规定的正常使用条件,包括3K20、3K21、3K22环境分级的场所。典型房间如恒温恒湿实验室、数据中心、消防控制室,配电室(间)、办公室、商店、电影院等。这些区域设置的火警设备,既无防尘需求,也无防水需求,其防护等级为IP30,设计时不需要特别标注。
室内特殊场所
某些室内场所,由于没有温度、湿度控制,可能受室外气候影响较大,容易出现凝露情况;或者本身就存在用水环境,可能影响到火警设备运行,均属于特殊使用条件。由于无法获取这些场所定量的环境数据,只能根据其具体功能和工艺状况进行定性分析。笔者选择一些民用建筑中常见的场所,也是一些规范、文献中描述的潮湿场所,具体分析如下:
1.室内游泳池等类似场所
由于存在大面积水体,自然蒸发使得室内相对湿度较大,即使是恒温游泳池,也会在某些时段无可避免出现水汽、凝露情况。虽然《防火通规》上说明游泳池区域火灾危险性较小,可以不设置火警系统。但多数情况因为建筑物本身按规范设置了火警系统,除泳池上空区域未设置探测器外,其周边还是有设置探测器、手动报警按钮、声光警报器等设备。除了考虑凝露滴水外,墙面安装的设备还需考虑喷水清洗的影响。因此,泳池周边以及与之连通的房间内(包括门常开的房间),吸顶安装的探测器防护等级为IP32;泳池周边墙面安装的手报按钮、声光警报器等设备的防护等级为IP45。
2.饮食建筑的热加工区(间)、烹饪间、粗加工区(间)、细加工区(间)、洗消间、洗碗间
公共厨房的上述区域为常用水房间,地面潮湿且易积水,室内相对湿度较大,且热加工区、烹饪间会产生高温蒸汽,除了考虑凝露滴水外,还需考虑清洗溅水的情况。因此该区域吸顶安装的点式感温、感烟、可燃气体探测器的防护等级为IP32;墙面安装的手动报警按钮、声光警报器的防护等级为IP44。
3.室内超级市场和菜市场内水产售卖区
室内水产售卖区通常不会设置单独房间,虽然该区域有用水情况,由于空气的流通,整个空间的相对湿度不会长时间过高,但需考虑水产售卖区喷水清洗的情况。因此该区域吸顶安装的探测器的防护等级为IP30;尽量将墙面设置的火警设备设置在清洗区域外,如果无可避免需在区域内墙面设置手动报警按钮、声光警报器,其防护等级为IP45。
4.地下车库
一些文献将地下车库定义为潮湿区域。虽然地下车库通常没有温湿度控制,且有车道与室外大气直接连通,车库内温湿度可能易受室外大气影响;车库外墙、底板与土壤直接接触,有渗水的可能。但由于建筑热工设计,外墙采取了防潮防水的措施,隔热良好或热容量大的墙壁可缓和室外温度日夜变化的峰值,偶尔较高相对湿度情况还可以通过机械通风进行缓解,因此大多数城市的地下车库属于正常工作条件,火警设备的防护等级可为IP30。
但某些城市存在较严酷的室外气候环境,比如存在梅雨季节、“回南天”等,这些城市的地下车库会因为室外严酷气候条件出现大面积长时间凝露情况,其火警设备的防护等级为IP32。
5.水泵房等有水设备用房
水泵房通常设置于地下室,其气候环境条件与地下汽车库接近。虽然其房间内有用水情况,设置有积水排水设施,但考虑到其用水并不频繁,设置有通风设施,且多个地方的二次供水工程技术规范中,均要求水泵房的环境温度在5℃~40℃之间,相对湿度不超过70%,地面不得存在积水情况,因此其湿度和水环境对火警设备影响并不大。水泵房也属于《防火通规》规定可以不设置火警系统的部位,但大多数设计会设置吸顶探测器,其防护等级可为IP30。
燃气锅炉房、热水机房、冷冻站的环境条件和水泵房类似,其中设置的吸顶探测器可为IP30。燃气锅炉房、燃气热水机房,如果设计人员选择按照爆炸危险环境进行设计,其火警设备还需满足防爆要求。至于锅炉房的地下凝结水间,虽然规范定义为高温潮湿场所,由于没有火灾危险性,不需要设置火灾探测器。
6.某些建筑物的入口
某些建筑物的入口,气候环境等级为3K24,实际与室外4K23接近。如果该区域设置有火警设备,其防护等级应按有遮拦室外场所选择。
简单作个小节,通常情况下,民用建筑中的室内游泳池区域,饮食建筑的热加工区(间)、烹饪间、粗加工区(间)、细加工区(间)、洗消间、洗碗间,当其中设置火警设备时,需要提高防护等级,设计图纸中应进行标注。其中吸顶探测器防护等级为IP32;如墙面设置有火警设备,为设计选型和施工订货的便利,其防护等级可统一为IP45,可以选择室外型,也可选用室内型加装防护盒(箱)的型式来满足防护等级要求。
室外场所
对于一般意义的室外场所,即4K26露天环境,基本不会设置火警设备。而在有遮拦的4K23室外场所,会有设置火警设备的情况,设计时需要对其防护等级进行标注。比如某些情况会在建筑物外墙上设置手动报警按钮、声光警报器等火警设备。室外需要防尘,防水需要考虑凝露滴水、风吹大雨,因此其火警设备的防护等级为IP54。
室外场所使用的火警设备,除了满足相应的防护等级外,其高温、低温、湿热等试验应采用室外严酷等级。
九、几个相关问题的说明与讨论
1.湿热试验的选择原则
恒定湿热通过先升温再升湿(先降湿再降温)的方法避免产生凝露,主要是通过高温高湿环境下样品对水汽吸附、吸收和扩散等作用,造成产品失效。交变湿热则是在高湿条件下,利用温度循环引起的凝露和干燥的交替过程,使进入样品内部的水汽产生呼吸作用,从而使腐蚀过程加速。选择湿热试验的原则如下:
1)根据试验结果的再现性选择。根据国际和国内环境工程的经验,对于某些产品,恒湿热和交变湿热试验的效果基本是一致的。在这种情况下,由于恒湿热试验操作简单、经济、可再现性好,应采用恒湿热试验。
2)根据产品本身的特点进行选择。对于固体实心产品或绝缘材料,为了检查潮湿大气中这些产品的电气性能或绝缘性能,通常采用恒定的湿热试验。如果水分是由冷凝引起的,则应采用交变湿热试验。对于密封或中空产品,由于热应力引起的热膨胀和冷收缩,经常采用交变湿热试验。
3)根据产品的受潮机制和吸湿方法选择湿热试验方法。产品吸附或吸收水分后受潮,一般采用恒定湿热试验;产品通过冷凝或呼吸加重湿度对产品的影响,采用交变湿热试验;如果产品具有渗透性,无呼吸作用,应根据产品类型和使用条件从实际出发,适当选择恒定或交变湿热试验。
一些特殊环境需要进行专门的湿热试验,例如低温/低气压/湿热连续综合试验、未饱和高压蒸汽恒定湿热试验等。
2.隧道、管廊的火警设备哪个防护等级更合理?
1)隧道:《火规》要求IP65,《防火通规》要求IP55。
交通隧道的环境条件比较复杂,受室外气候条件影响较大,需要防尘,防水需要防凝露滴水、可能被风吹入的降水,墙面安装的设备还需要考虑车辆的溅水。《火规》和《防火通规》中不同要求的区别在防尘等级。在GB/T 4208标准中,IP5X是防尘,试验接受条件是允许灰尘进入壳内,沉积量和沉积地点不足以影响设备的正常操作或安全,除非产品标准明确规定了特例。IP6X是尘密,试验接受条件是壳内无明显的灰尘沉积。
在《公路隧道设计规范第二册交通工程与附属设施》JGJ D70/2-2014中规定,公路隧道交通工程与附属设施的配置等级,根据隧道单洞长度和单洞年平均日交通量两个因素划分为A+、A、B、C、D五级,其中A+、A、B级应配置火警设备。其9.1.3条规定,“隧道内设置的火灾探测报警设备的防护等级不应低于IP65”。隧道内通常选用点型火焰探测器、线型感温火灾探测器、图像型火灾探测器。其他与公路隧道有关的规范大多要求与之相同。
考虑到应设置火警系统的隧道距离长,车流量大,汽车尾气和气流流动对火警设备的会造成影响,设计采用IP65等级为宜。
2)管廊:《城市综合管廊工程技术规范》要求IP65,《防火通规》要求IP45。
城市综合管廊属于特殊设施工程,其内部会设置水、电、气、热力、通信等城市工程管线,通常设置于城市道路下方,会有不同的舱室组合以及附属设施设备用房。
《城市综合管廊工程技术规范》在其2024局部修订版中要求仍然为IP65。《城镇综合管廊监控与报警系统工程技术标准》GB/T 51274-2017第3.5.1条要求为IP65。
实际上管廊的各舱室、用房间的环境条件并不完全相同,比如电力电缆舱和综合管线舱的水环境条件就有区别,而天然气管道舱室还需要设置可燃气体探测报警系统,并有防爆要求。因此对于综合管廊火警设备的防护等级,统一采用某一个防护等级要求是不全面的,设计应该按照不同部位的实际环境条件来确定。
3.室外需要IP67防护等级吗?
《<消防设施通用规范>GB 55036-2022实施指南》中提到,火灾自动报警系统设备设置在室外不应低于IP67。关于防尘等级,上文已说明。防水等级,在GB/T 4208标准中,IPX7是产品完全浸入水中的试验,室外埋地产品才会有这种需求,而且IPX7并不能防喷水。火警设备没有埋地的情况,不需要IP67防护等级。
4.IP65的产品外壳能防潮吗?
本文第6节已经提到,防潮不是通过防护等级来表征的。IP65等级,6代表尘密,5代表防喷水。在GB/T 4208中,防尘试验使用的滑石粉直径约为75μm;空气中灰尘直径为10μm~75μm,雨滴为0.5mm~5.5mm,霾粒0.001μm~10μm,而水蒸气是气态的水(可含有凝结的液态微粒),水分子直径为0.4nm,因此尘密的外壳也不能完全阻止水蒸气的进入。外壳防水的一种方式是利用液态水的表面张力阻止水滴进入,这也是防水透气膜的原理。目前,电子产品IPX7级防水结构设计大部分都采用防水胶、WERS防水膜(ES672ES673)等方式,由于防水胶进行防水会导致密封腔体内外气压不平衡,所以多数都选择了WERS防水膜进行防护。因此,虽然产品外壳可以起到一些防潮作用,IP65的外壳也不能完全防止水汽侵入。
5.点式感烟探测器标注IP65合适吗?
有些设计参照《<消防设施通用规范>GB 55036-2022实施指南》中的说明,将某些潮湿场所的点式感烟探测器标注为IP65,是不合适的。一来民用建筑常用普通点式感烟探测器没有这个防护等级的产品;二来,点式感烟探测器需通过进烟口实现烟雾探测,若外壳选择IP65,虽然烟雾依然能够进入,但会有很大的阻碍,导致灵敏度下降甚至失效。因此,高防护等级需要通过特殊结构设计平衡防护与探测功能,例如某些防爆型感烟探测器会将探测腔与电路腔隔离,确保烟雾进入探测腔的同时,电路部分完全密封,隔爆部分达到IP65,本安部分达到IP54等级。仅仅因为“潮湿环境”就选择防爆用IP65等级的点式探测器,不仅不经济,也无此必要。在《电工电子产品应用环境条件导言》GB/T 4798.10-2006也提到,“为了承受超过必要的极端环境条件而对产品进行过度设计不一定会获得更高的可靠性。过度设计或不必要的内置保护装置会导致产品过于复杂,失效模式的数量也会增加。而且,为了保证环境条件严酷程度较低,对产品的过度设计以及对场所的非必要要求代价会比较昂贵。”
6.消防水泵房的火警设备需要IP55防护等级吗?
《设通规》第3.0.12条规定,当消防水泵控制柜“位于消防水泵房内时,其防护等级不应低于IP55”。该条文与《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974-2014第11.0.9条一致,其条文说明中提到,“消防水泵房内有压水管道多,一旦因压力过高如水锤等原因而泄漏,当喷泄到消防水泵控制柜时有可能影响控制柜的运行,导致供水可靠性降低,因此要求控制柜的防护等级不应低于IP55”。很明显,水管泄漏属于意外偶然事故,规范此处要求控制柜的高防护等级是作为特殊情况下的特殊要求,自有其考量。但如果因为此条要求,就理解为对消防泵房内的火警设备均要求IP55的防护等级,笔者认为大可不必。《设通规》要求“消防水泵控制柜应具有机械应急启泵功能”,“如果弱电信号因故障或继电器等故障不能自动或手动启动消防泵时,应依靠消防泵房设置的机械应急启动装置启动消防泵”。也就是说,如同管道泄漏之后修管道,火警设备损坏更换即可,最后都有机械应急启泵保底,不至于影响到消防泵的应急启动。当然,设计觉得消防水泵房选择IP55的火警设备可靠性更高,笔者也无意反对。
7.选择火警设备防水等级时需要考虑自喷系统动作的喷淋水吗?
如果说因为规范要求消防泵控制柜采用高防护等级,引申到消防泵房的火警设备也采用高防护等级还能接受的话,那么再引申到选择火警设备需要考虑自喷系统动作的喷淋水,就实属过度扩大化了。首先,没有哪本规范要求将火灾时的喷淋水作为特殊条件对火警设备提出高防护要求。再者,建筑物内某个区域发生火灾,在其喷头动作之前,感烟探测器已经动作并联动发出报警信号,通知该区域人员疏散,此时喷淋水能影响到的火警设备,已完成其任务,至于是被淋坏还是被烧坏,已经没有区别。因此,选择火警设备防水等级不必考虑自喷系统动作的喷淋水。
8.消防广播扬声器的防护等级如何考虑?
可能细心的读者看到这里会说,有规范要求考虑喷淋水。《公共广播系统工程技术标准》GB/T 50526-2021第3.6.6条,“紧急广播扬声器应符合下列规定:“广播扬声器的外壳防护等级应符合现行国家标准《外壳防护等级(IP代码)》GB/T 4208的有关规定。”其条文说明描述为,“当发生火灾时,自动喷淋系统将会启动,广播扬声器要依靠自身的外壳防护,在短期喷淋条件下能工作。”实际上正文是一条难以执行的条文,GB/T 4208是规定防护等级分级和试验方法的标准,IP00和IP68都可以算是满足其有关规定。条文说明中的“短期喷淋条件”如何理解,要求此时还能工作是此时还要通知人员疏散吗?理由和上一条一样,没有必要过度扩大化。因此,吸顶扬声器和吸顶探测器一致,壁挂式扬声器和声光警报器相同,按其环境条件选择防护等级即可。需要提醒的是,笔者在产品样本中未找到高防护等级的普通火警扬声器,而普通扬声器是不适合加装IP65防护盒的,因此,如果必须在有防水要求的场所设置高防护等级的扬声器,应采用号筒扬声器。
十、消防应急照明和疏散指示系统设备的防护等级
《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》GB 51309-2018(以下简称《应照标》)中要求,“灯具及其连接附件的防护等级应符合下列规定:1)在室外或地面上设置时,防护等级不应低于IP67;2)在隧道场所、潮湿场所内设置时,防护等级不应低于IP65;3)B型灯具的防护等级不应低于IP34。对应急照明配电箱、集中电源、应急照明控制器的要求是,“在隧道场所、潮湿场所,应选择防护等级不低于IP65的产品;在电气竖井内,应选择防护等级不低于IP33的产品。”需要注意的是,从规范对应急照明配电箱、集中电源、应急照明控制器设置位置的要求来看,是不允许其设置在潮湿环境内的。
《应照标》的上述要求和《消防应急照明和疏散指示系统》GB17945—2024中的要求基本一致,后者要求系统设备的外壳至少应能达到表10.1所规定的防护等级。
表10.1外壳防护等级要求
消防应急照明的设计标准和产品标准对其防护等级的要求明确且一致,笔者仅考虑其是消防电子产品的一部分,为求完整性,将其要求汇总于此。本文不进行讨论。
十一、结语
1.火警设备的防潮能力不是通过其外壳的防护等级来表征和试验。
2.目前国内规范对潮湿场所没有统一的术语。每本设计规范上定义的潮湿场所,均与其具体条文要求相匹配,不存在普适性。
3.火警设备防护等级的选择不必考虑意外偶发事故造成的环境条件,例如爆管、喷淋系统喷水等。
4.民用建筑中大部分区域属于正常使用条件,设计无需为防潮和防护等级烦恼,火警设备的防护等级可为IP30。
5.民用建筑中的室内游泳池区域,饮食建筑的热加工区(间)、烹饪间、粗加工区(间)、细加工区(间)、洗消间、洗碗间,其中设置的吸顶探测器防护等级可为IP32;墙面设置的手动报警按钮、声光警报器、模块箱等,可选择普通室内型产品加装IP45以上的防护盒(箱)。
6.室外有遮拦场所设置的火警设备,应选用室外型产品,包括可加装防护盒(箱),满足IP54以上防护等级。
本文为个人观点,供同行参考。鉴于笔者学识认知有限,不当之处,期待同行批评指正。最后以一段话作为本文结尾。
The purpose of environmental testing is to demonstrate that the equipment can operate correctly in its service environment and that it will continue to do so for a reasonable time.Alarm system equipment is,however,installed in many very different environments and it would be impractical to test every aspect of the most extreme conceivable environmental conditions.
来源:嗯 是自动化89的
作者:闲下士
原文链接:
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