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AVA技術特點三:縮小探測面積

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發表於 2014-6-8 00:31:42 |顯示全部樓層
AVA技術特點三:縮小探測面積
空氣採樣式煙霧探測系統因其高靈敏度因此常被用來做為極早期火災預警之用,但是高靈敏度也常帶來高誤報率使用戶在日常使用時不勝其擾,最後不得不調整警報閥值降低靈敏度來降低誤報率,但是降低警報閥值通常也意味着整個空氣採樣式煙霧探測系統的靈敏度將接近甚至還不如普通的侷限型(點型)煙霧探測器,導致原本設計時希望達到的極早期火災預警效果大打折扣。
事實上,導致空氣採樣式煙霧探測系統誤報率高的原因其實與探測區域面積大小有密切的關係。通常基於成本考慮,許多高大空間的應用在設計時總是將一套系統的保護面積盡量大一點。殊不知保護面積越大,系統的靈敏度就越差。而為了達到靈敏度的要求,很可能就導致了誤報率過高。而若是要減少誤報,很能就達不到靈敏度的要求。
四管單區型空氣採樣式煙霧探測器的靈敏度及誤報率
以市面上常見的四管單區型產品來說明,在一個1000m2面積大小的區域設計使用一套四管單區型產品,常見的管路設計方式大概是使用4根採樣管,每根採樣管有10個採樣孔,每個採樣孔的保護面積為25m2,孔間距約為5m。

四管單區型靈敏度計算

四管單區型靈敏度計算
假設採樣孔的進氣量是相同的,且也沒有使用末端孔來加速管路氣流的條件下,那麼探測主機的警報閥值若設為0.05%/m時,每個採樣孔的靈敏度則為
屏幕快照 2014-06-08 上午12.23.52.png

這樣,其採樣孔靈敏度介於0.8~2%/m之間,屬於EN54-20或GB15631規範當中的增強靈敏型(EnhancedSensitivity)系統,每個採樣孔的靈敏度優於普通侷限型(點型)煙霧探測器的5~15 %obs/m。
上述的設計似乎是合情合理,只是在現實當中,0.05%/m的警報閥值在許多情況下是不切實際的。或許在潔淨廠房或環境控制良好的電腦機房,0.05%obs/m是可以正常工作的,但對於倉庫或是環境控制不是很好的室內空間,0.05%obs/m的閥值一定會經常產生誤報。
我們可以從下面這張煙霧遮蔽度(%/m)、空氣能見度(m)與懸浮微粒密度(mg/m3)的關係圖來解釋為什麼0.05%obs/m是不切實際的。煙霧遮蔽度、空氣能見度與懸浮微粒密度均是用來表示空氣當中的懸浮顆粒的濃度的單位,其均表示空氣當中懸浮顆粒的多少,只是煙霧遮蔽度的側重點在光線經過一段距離之後衰減的程度,衰減比例越大,則空氣當中的懸浮微粒越多(亦即煙霧濃度越高)。能見度的側重點在肉眼可以看多遠的距離,當空氣中的懸浮微粒越多時,能見度越低。懸浮微粒密度則以微粒的密度來表示,一般用來表示空氣污染的程度,密度越大則懸浮微粒越多。

煙霧濃度-遮蔽度-能見度關係曲綫

煙霧濃度-遮蔽度-能見度關係曲綫
上圖出自澳洲聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)使用比濁計深入到森林大火中進行的研究成果。它被安裝在一架小飛機上,並主要是在澳洲西部伯斯的Karri森林大火中穿梭於煙霧中。在這些飛行任務中,通過使用絕對濾網來測量在每一次飛行中所檢測的煙霧質量(重量),聯邦科學與工業研究組織收集了用於校正比濁計的資料。他們把能見度範圍及遮蔽度和這些資料相互關聯起來。煙霧密度的範圍是呈線性關係的,約 20 到 240 微克/m3。這分別以一種雙曲線關係與一個 4 到 40 公里的能見度距離相符合。
從上圖可以看到煙霧遮蔽度(煙霧濃度)與懸浮微粒密度成正比,而與能見度成反比。煙霧遮蔽度0.01%/m約等於能見度是40km,以及懸浮微粒密度24mg/m3;煙霧濃度0.1%/m約等於能見度是4km以及懸浮微粒密度240mg/m3;煙霧濃度0.05%/m約等於能見度是8km,以及懸浮微粒密度120mg/m3。
稍微關心空氣質量問題的人可能會注意到,近幾個月在中國大陸的霧霾天氣,其懸浮微粒密度PM2.5在嚴重的情況下經常會超過200mg/m3,極端的情況下在北京甚至可以達到900mg/m3。在平時空氣較好空氣質量在中等的時候大約為30~50mg/m3。也就是說,對於煙霧刻度屬於絕對刻度的系統,平時的背景煙霧濃度已經在0.01~0.03%obs/m之間波動變化了,當警報閥值設在0.05%obs/m時,自然非常容易因為大氣當中的污染情況產生誤報。
屏幕快照 2014-06-08 上午12.25.15.png


而為了解決誤報問題,最終的做法是把警報閥值調整成譬如0.2%/m左右(相當於懸浮顆粒濃度480mg/m3),這樣平時自然就不會誤報了。但是,就如同一開始所提到的,這時單一採樣孔的靈敏度就成為
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這樣,採樣孔靈敏度跟普通的侷限型煙霧探測器就沒有什麼不同,已經與原先設計時想達到的高靈敏度或是極早期火災預警效果大不相同了。
四管單區型靈敏度計算0.2.png
FANFARE-2000四管四區型空氣採樣式煙霧探測器的靈敏度及誤報率
AVA產品在設計之初已瞭解過大的保護面積所帶來的問題,因此特別研發了FANFARE系列多區型空氣採樣式煙霧探測器,包括FANFARE-2000四管四區型以及FANFARE-4000八管八區型產品。以下以FANFARE-2000為例說明。
FANFARE-2000與其他市面上常見的四管單區型探測器不同,其內部具有4組獨立的空氣採樣煙霧探測單元,每一組探測單元均有獨立的抽氣泵、氣流傳感器、高靈敏度煙霧探測器。因此雖然同樣是4根管路,但由於每根管路均有一個探測器,其探測區域大小僅為四管單區型產品的1/4。
同樣以1000m2的區域、4根採樣管、每根採樣管10個採樣孔,總共40個採樣孔為例,由於每一根管路均有一個探測器,因此在探測器警報閥值為0.05%obs/m的條件下,每個採樣孔的靈敏度就成為
屏幕快照 2014-06-08 上午12.29.01.png
此時的採樣孔靈敏度優於0.8%obs/m,屬於EN54-20或GB15631規範當中的非常高靈敏型(VeryHigh Sensitivity)類型了。
四管四區型靈敏度計算.png
因此在同樣的警報閥值設置條件下,FANFARE-2000四管四區型的探測效果將會優於市面上一般的四管單區型系統。
反之而言,如同上面談到的將警報閥值設為0.05%/m是不切實際的,出於同樣的考慮將FANFARE-2000每一區的警報閥值調整為0.2%/m的情況下,每個採樣孔的靈敏度則成為
屏幕快照 2014-06-08 上午12.30.28.png
此時採樣孔靈敏度2.0%/m,正好屬於EN54-20或GB15631規範當中的增強靈敏型(EnhancedSensitivity)系統。如此,整個系統不僅不容易產生誤報,且仍然具有極佳的煙霧探測性能。
四管四區型靈敏度計算0.2.png
結論
綜上所述,縮小探測面積可以提高靈敏度並降低誤報率。
FANFARE-2000四管四區型空氣採樣式煙霧探測器與市面上常見的四管單區型產品相較,不但具有更佳的探測性能,更具有更低的誤報率。FANFARE-2000的高靈敏度、低誤報率特性,既保持了高靈敏度的極早期煙霧探測性能,又不致因高靈敏度導致經常誤報使用戶不堪其擾。在高大空間、高速氣流或關鍵任務機房等需要極早期火災報警性能的場所方能真正發揮空氣採樣式極早期火災預警的效果。

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