【導讀】智能樓宇技術(shù)正不斷發(fā)展，將靜態(tài)樓宇轉化為富有生機活力的高效實(shí)體，即所謂的智能樓宇。這種發(fā)展需要采用多項技術(shù)，以降低運行和維護成本。在綠色樓宇、零排放和更低的碳排放等大趨勢的影響下，需要對樓宇中的更多狀況實(shí)施監控。其中有些解決方案和測量方法是為了提升工作人員的舒適度和工作效率。但是，受愈加嚴格的法律法規影響，還需要采用解決方案和測量方法來(lái)提高樓宇的安全性。
煙霧探測及其重要性
智能樓宇技術(shù)正不斷發(fā)展，將靜態(tài)樓宇轉化為富有生機活力的高效實(shí)體，即所謂的智能樓宇。這種發(fā)展需要采用多項技術(shù)，以降低運行和維護成本。在綠色樓宇、零排放和更低的碳排放等大趨勢的影響下，需要對樓宇中的更多狀況實(shí)施監控。其中有些解決方案和測量方法是為了提升工作人員的舒適度和工作效率。但是，受愈加嚴格的法律法規影響，還需要采用解決方案和測量方法來(lái)提高樓宇的安全性。
就安全而言，煙霧探測面臨著(zhù)巨大的挑戰：挽救生命。
煙霧探測市場(chǎng)因為一些關(guān)鍵因素不斷創(chuàng )新，其中包括：
● 工業(yè)建筑面積增加：國際能源署(IEA)預測，全球樓宇建筑面積將以約3%/年的速度增加。這是發(fā)展中國家的城市化水平不斷提高，對能源的使用率不斷上升所驅動(dòng)的。
● 樓宇中使用的合成材料也越來(lái)越多。
所以，本著(zhù)以人為本、生命無(wú)價(jià)的原則，煙霧探測規范極為重要。面臨的挑戰在于，錯誤報警疏散可能引發(fā)停機和恐慌，尤其現在的樓宇都是采用可容納數千人的設計（例如，華盛頓的波音艾弗雷特工廠(chǎng)就設計為可容納約40,000人）。廚房中會(huì )產(chǎn)生烹飪氣體或蒸汽，可能恰恰會(huì )在煙霧探測器不應因為擾亂報警被禁用的位置造成錯誤報警?，F在樓宇采用的合成材料會(huì )陰燃，產(chǎn)生致命煙氣，所以在真正緊急的情況下，能夠進(jìn)行疏散的時(shí)間會(huì )更少?，F在新的防火規范規定，應該盡最大可能減少誤報，且在真正發(fā)生火災時(shí)更快發(fā)出警報。本文將介紹待定和現行的全球標準，以及這些標準對煙霧探測技術(shù)及其市場(chǎng)的影響。
煙霧探測器系統中主要采用兩種煙霧探測技術(shù)：
● 電離系統，在兩個(gè)導電板之間摻加了少量放射性材料。如此對空氣進(jìn)行離子化，使得電流流動(dòng)。在煙霧進(jìn)入腔室中時(shí)，它會(huì )減少電流流動(dòng)，并觸發(fā)警報。有些歐美國家禁止使用電離探測器，因為它們無(wú)法保證精準探測到萌發(fā)初期的火災。
● 光電煙霧探測器，使用光來(lái)檢測火災。在探測器內部，有一個(gè)光感測腔室，使用光來(lái)探測煙霧。當檢測到煙霧時(shí)，它會(huì )將LED光折射到光電探測器中。光束到達此傳感器時(shí)，即觸發(fā)警報。
全球標準匯總
基本主要有5大全球標準可進(jìn)行比較，通過(guò)各自認證的要求各不相同。煙霧探測器系統需要作為終端產(chǎn)品進(jìn)行全面測試，但也可能是在煙霧探測技術(shù)子系統級別進(jìn)行測試。這雖然不能代替全面認證，但是可以在獲得價(jià)格高昂的終端系統認證之前令人安心。
美國和加拿大
● UL 268：用于火災報警系統的煙霧探測器
○ 第7版：計劃于2020年5月29日開(kāi)始生效，但有可能延遲至2021年6月30日生效
● UL 217：煙霧報警
○ 第8版：計劃于2020年5月29日開(kāi)始生效，但有可能延遲至2021年6月30日生效
圖1. 準確的煙霧探測重要性示例
這些標準包含對聚氨酯燃燒和陰燃，以及對烹飪干擾（漢堡包）測試的更新。
歐洲
● EN 14604：煙霧報警設備(2006)
● BS EN 54：火災探測和火災報警系統(2015)
○ 第29部分：多傳感器火災探測器——使用煙霧和熱傳感器組合的點(diǎn)式探測器
國際
● ISO 7240：火災探測和報警系統(2018)
○ 第7部分：采用散射光、透射光或電離的點(diǎn)式煙霧探測器
● 中國關(guān)于點(diǎn)式煙霧探測器的標準依照此標準的2003年版本
UL 268和UL 217涵蓋美國和加拿大的相關(guān)法規，這些標準要求通過(guò)技術(shù)（和算法）有效區分聚氨酯泡沫墊燃燒產(chǎn)生的指定煙霧濃度和漢堡包燃燒產(chǎn)生的指定煙霧濃度。注意：加拿大法規要求采用不同的煙霧測試室設置。另外三項標準分別是：EN 14604，2006年發(fā)布的歐洲標準；BS EN 54，英國對2015年發(fā)布的歐洲EN 54標準（這項標準第29部分的內容是關(guān)于煙霧探測）的解讀；以及ISO 7240，這是2018年發(fā)布的全球標準（這項標準第7部分與煙霧有關(guān)）。目前中國關(guān)于點(diǎn)式煙霧探測器的標準依照ISO 7240的2003年版本。
測試細節
接下來(lái)，我們將就標準的兩個(gè)方面展開(kāi)討論：測試和測試設置要求。以下示例均使用UL標準。
● 典型尺寸為d = 5英尺或2米，光束直徑4英寸至6英寸（10.2厘米至15.2厘米）時(shí)，使用鈉蒸汽燈(589 nm)。d表示光源與光電探測器之間的距離。
圖2. UL標準測試的示例圖
火災室內測試以起火后的報警時(shí)間或減光率（在有些情況下，兩者皆用）來(lái)表示。減光率是一種測量煙霧濃度的單位。它測量在存在煙霧的情況下，光束到達探測器(D)的數量，并與無(wú)煙霧情況下，光束到達探測器(D)的數量進(jìn)行比較。減光率越高，煙霧濃度水平越高。
目前最嚴格的測試標準分別為NA/Canada UL 217和UL 268。此處列出了一些相關(guān)測試，除此以外，還存在很多：
UL 217（第8版）/UL 268（第7版）
● 紙火
○ 必須在t = 240 s之前發(fā)出警報
● 木火
○ 必須在t = 240 s之前發(fā)出警報
● 陰燃煙霧
○ 必須在減光率超過(guò)29.26%/m之前發(fā)出警報
● 燃燒的聚氨酯泡沫
○ 必須在減光率超過(guò)15.47%/m和t = 360 s之前發(fā)出警報
● 陰燃聚氨酯
○ 必須在減光率超過(guò)34.3%/m之前發(fā)出警報
● 漢堡包（干擾報警）
○ 在減光率超過(guò)0.987%/m，或者M(jìn)IC值在59.3%至49.2%范圍之前，不得發(fā)出報警/故障信號
● 靈敏度測試、灰塵測試、高濕度測試
○ 不得發(fā)出報警/故障信號
○ 靈敏度測試測量受控煙霧室中煙霧探測器發(fā)出警報時(shí)的減光率
● 可燃液體火災（UL 268，僅加拿大地區）
○ 必須在t = 240 s之前發(fā)出警報
對于EN 14604、BS EN 54和ISO 7240，同一測試或其他規范的靈敏度等級可能不同，例如針對液體（庚烷）火災、發(fā)光的陰燃棉花，或者低溫黑煙液體火災。
注意：執行整套測試時(shí)，必須參考所有相關(guān)規范。
測試規定以及國際規范之間的重疊
以下是五項主要測試規范的要求：
● UL 268 和 UL 217
○ 28個(gè)組合樣本，所有都用于每種測試（除非與測試機構另有約定）
● EN 14604
○ 20個(gè)樣本：樣本按響應閾值升序編號（靈敏度降低）
● BS EN 54
○ 22個(gè)樣本：6個(gè)靈敏度最低的樣本采用17至22的編號，其他樣本從1至16任意編號
● ISO 7240
○ 20個(gè)樣本：4個(gè)靈敏度最低的樣本采用17至20的編號，其他樣本從1至16任意編號
測試設置非常重要，因為它們決定了按照這5項標準執行每次測試需要多少探測器。UL 268和UL 217需要28個(gè)樣本，每次測試會(huì )用到所有樣本。對于其他3項標準，樣本按具體要求編號，特定樣本需要通過(guò)特定測試。例如，ISO 7240規定，所有樣本都必須接受再現性測試，但只有樣本3需要接受炫光測試。從全球合規性角度，這意味著(zhù)，因為特定設備需要通過(guò)特定測試（出于合規性考慮），所以必須按每項標準執行每項測試，標準之間不得重疊。在有些情況下，兩個(gè)不同UL標準的測試條件完全相同，所以，符合一項標準意味著(zhù)也符合另一項標準。
EN 54-29、EN 14604和ISO 7240對煙道和煙室的要求完全相同，都會(huì )執行一些測試。這些標準對通風(fēng)條件的要求也完全相同。在有些情況下，兩個(gè)不同UL標準的測試條件完全相同，所以，符合一項標準意味著(zhù)也符合另一項標準。
煙霧探測技術(shù)：一種技術(shù)不足以滿(mǎn)足所有要求
本文總結介紹了一些煙霧探測技術(shù)、其定義、煙霧探測器測試，以及它們與5項國際標準的關(guān)系。文中并沒(méi)有將一個(gè)標準與另一個(gè)進(jìn)行詳細對比分析。而是使用一些示例，說(shuō)明滿(mǎn)足煙霧探測法規要求的過(guò)程有多嚴格和復雜。每個(gè)國際地區都有一套非常詳細的測試，每種測試采用的測試方法（和設置）都不同。
但是，通過(guò)目前最嚴格的兩項標準UL 217和UL 268就意味著(zhù)產(chǎn)品很好的表明合規性，盡管這不能代替地區測試。對于地區合規，需要對當地的測試要求和方法進(jìn)行非常詳細地檢查。甚至從地方層面來(lái)看，未來(lái)法規要求也會(huì )越來(lái)越嚴格。
使用UL列出的組件或子系統會(huì )令人更安心。UL組件認可是指UL對完整產(chǎn)品或系統中使用的組件或材料進(jìn)行評估。這些組件只能用于符合UL認證標準的終端產(chǎn)品中。本文發(fā)布時(shí)，ADPD188BI和煙室正申請列入UL認可組件中。
圖3. ADPD188BI煙霧探測模塊
ADPD188BI煙霧探測模塊在3.8 mm × 5.0 mm × 0.9 mm小型封裝中集成了LED、光電二極管和一個(gè)模擬前端(AFE)。其優(yōu)勢包括：
● 減少了器件數量
● 具有低信號測量的高信噪比(SNR)和寬動(dòng)態(tài)范圍，能夠滿(mǎn)足 新的和現有的生命安全法規要求
減少了干擾警報，通過(guò)雙色檢測和高動(dòng)態(tài)范圍來(lái)確保驗證 過(guò)的警報（避免警報禁用）
● 低功耗，允許有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)環(huán)路中連接更多設備
● 小尺寸，可將探測器置于難以觸及的位置
● 無(wú)需LED供應鏈管理
● 采用標準SMT裝配流程
未來(lái)趨勢
法規變化要求采用更小巧、更精準的煙霧探測系統。除了法規變化以外，客戶(hù)還要求產(chǎn)品更美觀(guān)，能夠用于更廣泛更棘手的部署場(chǎng)景。要滿(mǎn)足這些要求，就需要更小的產(chǎn)品外形和更低的功率。使用雙波長(cháng)探測的系統可以減少干擾警報，符合新測試法規要求。高SNR和高動(dòng)態(tài)范圍系統也有助于更好地識別煙霧類(lèi)型。光學(xué)技術(shù)支持實(shí)現更高的動(dòng)態(tài)范圍，不僅提高可靠性，還可縮小外形尺寸和/或降低功耗。
因為現在消除了（例如烹飪和蒸汽導致的）干擾警報，所以煙霧探測器可以更密集地安裝在廚房和衛生間中，增加樓宇中實(shí)際安裝的設備數量，形成覆蓋范圍更大的網(wǎng)絡(luò )系統。因此，低功率要求支持電池運行（延長(cháng)使用壽命），或增加主回路中的設備數量。但在系統層面，對于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )而言，更快發(fā)出警報意味著(zhù)需要采用低延遲網(wǎng)絡(luò )?？紤]到煙霧探測對生命安全的影響，實(shí)體系統會(huì )繼續作為獨立設備使用。但是，在未來(lái)，可能也需要將煙霧探測集成到其他樓宇控制系統中，例如，集成到疏散或緊急照明系統中，所以，小尺寸將越來(lái)越重要。
作者
Grainne Murphy
Grainne是ADI公司工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)解決方案部門(mén)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理。她擁有超過(guò)25年的工程經(jīng)驗，負責管理客戶(hù)需求、參與和ADI公司關(guān)鍵產(chǎn)品組合的營(yíng)銷(xiāo)/溝通策略以及智能樓宇的未來(lái)方向。她畢業(yè)于愛(ài)爾蘭利默里克大學(xué)(BENG)，同時(shí)擁有牛津布魯克斯大學(xué)工商管理碩士學(xué)位。
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