CN101968244A - 一种能持续防止需氧火灾发生的空气调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对相对密闭的有人或无人空间具有持续性火灾消防功能且对人体无害、对环境友好的空调系统。其特征为：由空气压缩机、空气洁净系统、空气吸附分离系统、气体混合系统、空气湿度调节系统、空气静电调节系统、空气温度调节系统及电气控制系统等组成，是一种可用于向相对密闭且有人值守的空间内输送可供呼吸但同时不支持需氧燃烧的空气的、或用于向相对密闭且经常无人值守的的空间内提供可供人员短暂呼吸同时不支持需氧燃烧的空气的、或用于向相对密闭且无人值守的空间中输送不支持需氧燃烧的空气的空调系统，在防护空间内实现持续性的防止需氧火灾发生的目的。

Description

一种能持续防止需氧火灾发生的空气调节系统

技术领域：本发明属于空气调节技术及火灾消防技术领域，本发明采用向防护区域内提供具有防止需氧燃烧功能的防火气氛实现对防护空间内需氧火灾的持续性消防，根据防护区域的不同需要，此种防火气氛可以实现支持人体短暂呼吸或长时间正常呼吸的需要。

背景技术：我国在签署蒙特利尔议定书后，制定了国家《哈龙整体淘汰计划》，其中确立了要在2010年12月31日全面停止哈龙灭火剂(破坏臭氧层的主要物质)的生产和使用的大目标。而在目前，市场上并没有完全能够替代哈龙类灭火剂的产品，致使一些相关场所的火灾防护出现了缺位，若没有相应的理想哈龙替代品出现，这种情况将随着时间的推移而越发严重。

要淘汰哈龙产品，必须由与其性能相近的产品来代替它。目前哈龙替代品大体分为两大类，一是传统替代技术，二是替代新技术。

一、哈龙传统替代技术

目前传统的替代技术有如下几种：

A、水喷淋系统 B、二氧化碳系统 C、泡沫灭火系统 D、干粉灭火系统。

水喷淋系统是应用最普遍的固定灭火系统。但应用该系统后，水渍损失非常大，有些场所不能使用，所以替代有局限性。

二氧化碳灭火系统与哈龙系统比较，由于都是气体灭火，是哈龙替代的较好系统。二氧化碳通过取代氧的作用来灭火。二氧化碳系统用于灭火介质的弥漫能力对灭火来说是很重要的场合、以及需要惰化周围大气的场合和对灭火介质造成的二次损害很敏感的场合。但二氧化碳系统有其自己的弊端，就是在灭火浓度下，二氧化碳对人有窒息作用。人员必须迅速撤离，否则将造成人员伤亡，且二氧化碳灭火系统启动后，由于温度急剧降低，激冷效应造成的水雾凝结也会对精密电器造成一定的损害，因此替代也有局限性。

泡沫灭火系统和干粉灭火系统特别适合于易燃液体火灾的场所，但由于灭火系统开启后，会造成很大的残留污染，因此它们的替代性受到极大的限制。

二、哈龙替代新技术

目前哈龙替代新技术大体有如下几种：

A、洁净气体技术 B、细水雾技术 C、细固体颗粒技术 D、悬浮剂技术

以上几种新技术中，细水雾技术虽然最有前途，但其喷头设计有待进一步开发研制，还有一定的难度。悬浮剂技术正在美国研制，取得了一定进展，但技术尚不够成熟。细固体颗粒技术也即烟雾灭火，这种技术是俄国最先研制并使用，国内近几年开始研制生产并在几大城市使用，但由于其烟雾剂本身就是点火源，已在山东、安徽等地使用中发生误动作造成人员死亡和巨大经济损失，实践证明不是好的替代物，已在全国部分省市禁用。

目前主流的新替代物是洁净气体灭火剂。即非导电的、易挥发的或气态的灭火剂。这种灭火剂挥发后不留残余物。洁净气体替代物目前有许多种，按照它们的组成成分划分，大体上可以分为两大类，即惰性气体混合物和卤代烷烃灭火剂。

灭火系统经长期发展，按灭火剂的不同种类已形成水，泡沫，干粉，气体，化学液体等五大类几十种系统。这些灭火系统对保护人身安全和财产起着十分重要的作用，但也存在明显的缺陷和不足。

(1)被动。灭火系统都是在火灾已经发生，而且发展到一定程度后，才会动作。这时火灾的损失已不可避免，同时灭火本身也会带来损失，如水渍损失，干粉污染损失等。

(2)作用有限。很多灭火系统只在火灾初期有用，一旦贻误时机或者采用气体灭火时防护区密封性遭到破坏，就会导致灭火失败，因此一定程度上，灭火系统的可靠性是有限的。

(3)安全性有限。在灭火过程中，对人们的安全性要考虑两方面的因素，一是灭火剂的毒性对人的影响；另一是火灾对在场人员的生命威胁。火灾案例表明，火灾死亡大都是因为吸入有毒烟雾而致，火灾发生的必然性，大量有毒化学物质材料的广泛应用，使火灾对在场人员生命日益构成严重威胁，因而可以认为灭火系统的安全性也是有限的。

(4)环保的相对性。灭火系统中，卤代烷1211和1301等被限时淘汰，说明人们对环保的重视，但作为这类灭火剂的替代物，尽管在一定程度上加强了对大气臭氧层的保护，但其中不少产品对环境的破坏依然存在，因此灭火剂和灭火系统的环保性也是相对的。正是由于对传统灭火系统的质疑，人们开始思考和探索主动，积极的防火系统，这就为真正意义上的防火系统的产生提供了动力，而其他领域业已成熟的空分法技术又提供了前提条件。

综合上述分析，目前市场上的消防产品主要着眼于火灾发生后如何扑灭，是一种时间滞后的补救方案，属于火灾被动防护型产品，且各种灭火制剂大都存在各种缺陷，影响其大规模推广使用。

众所周知，在地球大气层的任何高度，氧气的体积分数都是20.94％，但随着海拔高度的增加，空气的密度和压力逐渐下降，氧分压也在逐渐下降。而经研究发现，在常压，低氧环境中点燃和燃烧过程与低压天然高空环境中的点燃和燃烧过程完全不同。在氧体积分数为16％常压低氧环境中，打火机打不着火，蜡烛不再燃烧，点着的报纸也立即熄灭。试验证明，任何火，只要引入到这类常压，低氧环境中，都会在瞬间熄灭，任何自身不含载氧化学成分的可燃物都不会被点燃。因此，可以断定在常压下控制氧体积分数在16.2％甚至更低，就可以达到防火的目的。常压低氧环境，燃烧得到抑制，防火的目的达到了，但随之带来的问题是对人体的呼吸和代谢的影响，即防火系统的安全性。常压环境下在海平面高度人体平均动脉血氧饱和度为98％，随着氧浓度的降低，氧分压随之降低，血氧饱和度也随之缓慢降低。正常条件人体在氧体积分数14％的常压低氧环境下，平均血氧饱和度仍然维持在90％，从生理角度，这个血氧饱和度不会影响人体的正常呼吸和代谢。人们还关心在连续低氧环境下的人体反应，为此，中国科学院上海生物研究所低氧实验室曾进行过24h人体低压氧舱的试验。试验条件为氧体积分数14％，相当于海拔高度3200m，气压512mmHg，受试对象为34岁和27岁男性青年，身体健康，无任何器质性疾病。试验结果：在24h低氧期间，受试对象无任何不良反应，正常活动(计算机操作和看书，读报)，三餐正常。受试对象血压，心率，血氧饱和度，呼吸频率和每分钟通气量均未见明显变化。结论：在上述试验条件下，受试对象未发生身体不良反应并能承受24h连续低压氧舱(海拔高度3200m，14％氧体积分数)试验。国际上，美国在低氧方面的研究处于世界前列，他们有专门的公司向公众提供在家中制造低氧环境的低氧健身仓等产品，根据已有的试验结果结合成千上万人居住在高海拔地区的事实，14％～16％的氧体积分数可以认为对人体无害，而且还会对提高人的体质有助益。

西宁市海拔高度2260m，拉萨市海拔高度3658m，各相当于氧体积分数15.85％和13.26％，均低于16.2％，但在西宁或是拉萨的氧含量下，燃烧和火灾仍然发生，因此人们不由自主地发问：在相同氧含量，但海拔高度不同时，燃烧的情况为什么会有不同？对这一现象的解释是：两种压力环境氮分子密度不同，氮分子运动速度慢于氧分子，高密度的氮气分子的存在降低了支持燃烧的氧气的可利用率，使点燃和燃烧受到抑制。海拔高度为零时的氮分子和氧分子比例大致为4∶1；高原地区的氮分子和氧分子比例不变，但浓度大为降低；常压低氧环境时，氧分子的含量和高原地区相似，但氮分子和氧分子的比例为6∶1，氮分子的密度增加极大地阻碍了氧分子的运动。

燃烧是指可燃物与氧化剂作用而发生的放热反应，通常伴有火焰、发光或发烟的现象。燃烧的发生有三个必要条件：可燃物、氧化剂和温度(达到着火点)，但这只能代表无焰燃烧。而平时所指的绝大部分燃烧是纸有焰燃烧。有焰燃烧必须具备以下四个必备条件：可燃物、氧化剂、温度(达到着火点)和未受抑制的链式反应。具备了燃烧的必要条件，并不意味着燃烧就会发生，燃烧还必须具备以下四个充分条件：一定的可燃物浓度、一定的氧化物浓度、一定的点火热量和未受抑制的链式反应。在四要素中可燃物客观存在，空间中如果没有可燃物，也就不需要防火，控火和灭火了；温度也是难以控制的，物质热量的自身积累和某些自燃现象就说明了这一点；未受抑制的链式反应是发生于燃烧已经形成；因此人们能够和可以做的就是控制氧的浓度和供应，从而达到抑制燃烧的目的。降低氧浓度大致有四种方法：①从液氮钢瓶供高纯度氮气，向防护区供氮以控制氧浓度；②向防护区供氮，氧混合气体(混合气体中氮占84％，氧占16％)；③氮，氧分离，去氧供氮；④急剧消耗防护区氧气，从而降低氧浓度。这些方法中，1，2，3具有现实性，而2和3都涉及氮、氧的分离，即空分法。空分法即空气分离技术，空气中氧占20.94％，氮为78.08％，其他(稀有气体，二氧化碳等)约占0.98％，氮是空气的主要成分，氮气的制取往往以空气为原料，将空气中的氮和氧予以分离而获得氮。其方法主要有：(1)深冷空分法。利用氮和氧的沸点不同(氮为-196℃，氧为-182.82℃)，运用液化，精馏等方法分离氮和氧。这种方法一般用于大规模地制取氮，氧。(2)分子筛空分法。根据固体表面吸附理论，运用变压吸附原理，在常温和定压下，把空气分离将氮富集到95％以上的纯度。(3)膜空分法。利用有机高分子膜对各种气体具有不同的渗透能力而进行空气分离的方法。具有能耗低，设备简单和不污染环境等优点，但氮的纯度稍低。

本发明涉及一种能持续防止需氧火灾发生的空气调节系统，是一套提供一种对相对密闭的有人或无人空间具有持续性火灾消防功能且对人体无害、对环境友好的空气调节系统。其特征为：包括空气压缩系统(11)、空气净化系统(12)、空气吸附分离系统(13)、缓冲系统(14)、空气输送管道(15)、气体混合系统(16)、空气温度调节系统(17)、空气湿度控制系统(18)、空气静电调节系统(19)、气体成分探测装置(20)、声光报警系统(21)及反馈控制系统(22)等组成，可根据所应用空间的需要进行配置，是一种可用于向相对密闭且有人值守的空间内输送可供呼吸但同时不支持需氧燃烧的空气的、或用于向相对密闭且经常无人值守的的空间内提供可供人员短暂呼吸同时不支持需氧燃烧的空气的、或用于向相对密闭且无人值守的空间中输送不支持需氧燃烧的空气的空气调节系统，在防护空间内实现持续性的火灾消防功能。

系统中所涉及到的空气压缩系统(11)、空气净化系统(12)、缓冲系统(14)、空气输送管道(15)、空气温度调节系统(17)、空气湿度控制系统(18)、空气静电调节系统(19)、气体成分探测装置(20)、声光报警系统(21)及反馈控制系统(22)等均是目前市场上技术比较成熟的且原理为人熟知，再此不再深入讨论，只论述空气分离系统(13)及气体混合系统(16)的技术原理。

从空气中富集氮气并降低氧含量的空气分离系统技术。

1、PSA原理介绍

变压吸附空分制氮是一种新型的从空气中制取氮气的技术。变压吸附(PRESSURE SWINGADSORPTION，简称PSA)，它在当今世界的现场供气方面具有不可替代的地位。

PSA技术具有以下优点：

产品纯度可以随流量的变化进行调节；在低压和常压下工作，安全节能；设备简单，维护简便；微机控制，全自动无人操作。

变压吸附的原理

在吸附平衡情况下，任何一种吸附剂在吸附同一气体时，气体压力越高，则吸附剂的吸附量越大。反之，压力越低，则吸附量越小。如图1：在空气压力升高时，碳分子筛将大量吸附氧气、二氧化碳和水分。当压力降到常压时，碳分子筛对氧气、二氧化碳和水分的吸附量非常小。

变压吸附设备主要由A、B二只装有碳分子筛的吸附塔和控制系统组成。当压缩空气(压力一般为0.8MPa)从下至上通过A塔时，氧气、二氧化碳和水分被碳分子筛所吸附，而氮气则被通过并从塔顶流出。当A塔内分子筛吸附饱和时便切换到B塔进行上述吸附过程并同时对A塔分子筛进行再生。所谓再生，即将吸附塔内气体排至大气从而使压力迅速降低至常压，使分子筛吸附的氧气、二氧化碳和水分从分子筛内释放出来的过程。

2、变压吸附技术的背景介绍

早在1960年，Skarstrom提出了PSA专利，他以5A分子筛为吸附剂用一个二床PSA装置，实现从空气中分离出富氧，并于60年代投入工业生产。

1970年，PSA技术在工业应用取得了突破性的进展，最先应用于空气干燥与净化。

1976年，PSA技术随着吸附剂的快速发展实现了从空气中分离氮气。

气体混合系统(16)的技术原理。

从空气吸附分离制氮设备中出来的气体中根据防护场所的要求不同，可以设定其氧分压为12～16.2％等不同数值，当同一空气分离系统需要为各种不同的防护区域提供氧气浓度不同的防护气氛时，本发明的处理方式是在空气分离系统上设定一个防护要求最高场所要求的氧气浓度，例如设定为12％，其他防护要求较低的场所，则通过气体混合系统(16)通过引入外部环境的空气与从空气分离系统出来的空气进行混合使其氧含量达到防护区域的要求。在经常有人场所使用该系统时，还需要通过气体混合系统(16)向该气体中混合入含量为3～7％的二氧化碳气体，以使防护区域内在实现较高等级的防火要求的同时，保证人员呼吸的安全，科学实验表明，在低氧空气中，适当高含量的二氧化碳的存在可以促进人体更深的呼吸，以保证身体对氧气的需求。

该系统由二氧化碳发生器，节流阀，流量计等构件组成，用于向可供呼吸的灭火气氛混入合适量的二氧化碳气体，当所防护空间为无人值守场所时，则不需要配置这套设备。

具有火灾消防功能的空气调节的使用范围。

由于具有对防护区域进行持续性火灾消防的功能，且对人体安全对环境友好环保的特点，其可以应用于对任何相对密闭空间内需氧燃烧的防护，持续性地保持防护空间内需氧燃烧无法发生的状态。

发明内容：本发明提供一种对相对密闭的有人或无人空间具有持续性火灾消防功能且对人体无害、对环境友好的空气调节系统。其特征为：包括空气压缩系统(11)、空气净化系统(12)、空气吸附分离系统(13)、缓冲系统(14)、空气输送管道(15)、气体混合系统(16)、空气温度调节系统(17)、空气湿度控制系统(18)、空气静电调节系统(19)、气体成分探测装置(20)、声光报警系统(21)及反馈控制系统(22)等组成，可根据所应用空间的需要进行配置，是一种可用于向相对密闭且有人值守的空间内输送可供呼吸但同时不支持需氧燃烧的空气的、或用于向相对密闭且经常无人值守的的空间内提供可供人员短暂呼吸同时不支持需氧燃烧的空气的、或用于向相对密闭且无人值守的空间中输送不支持需氧燃烧的空气的空气调节系统，在防护空间内实现持续性的火灾消防功能。

本发明将现有技术设备进行优化组合，运用于火灾消防安全领域。系统中各个部分的作用如下：

空气压缩系统(11)用于向空气吸附分离系统(13)提供所需的空气压力，保证空气分离系统的正常运作，根据防护空间对富氮低氧空气的需求情况，可配置不同功率的空气压缩系统(11)，这些系统在市场上很容易购买得到，其具体运作原理不再赘述；

空气净化系统(12)包括除油、除水、除尘部件，为空气吸附分离系统提供洁净干燥的压缩空气。空气吸附分离系统所使用的分子筛对空气中的水分及灰尘较为敏感，易受这些物质的污染，因此在压缩空气进入空气吸附分离系统前要经过洁净处理，以提高空气吸附分离系统的工作效率及工作寿命；

空气吸附分离系统(13)由进出气阀门、罐体内充装有分子筛的气体吸附塔、气压调节装置等组成，其中的分子筛具有吸附氧气而富集氮气的功能，可获得可供呼吸但同时不支持需氧燃烧的空气，此空气成分可根据各防护区的要求通过气体混合系统(16)进行调整；

缓冲系统(14)由空气储罐和调压阀等组成，通过调压伐门将空气调节到设定压力，再通过节流阀调节到设定流量后输出至下一系统；

空气输送管道(15)。在应用于较大空间的火灾防护时，特别是在配置一套空气吸附分离系统而需要给多个区域提供防火气氛时，需要安装空气输送管道，将具有防火功能的可呼吸气氛输送至各个不同的防护区域。

气体混合系统(16)用于向从缓冲系统流出的气体中混入0～7％体积分数的二氧化碳；

空气温度调节系统(17)由具有外进气口的中央空调或室内机组成，用以向防护场所提供满足温度要求的的空气；

空气湿度控制系统(18)由用于将由缓冲系统流出的空气调节至防护空间所需要的空气湿度；

空气静电调节系统(19)主要由静电发生器等构成，用以使输出的气体满足防护场所对气体静电数值的要求；

空气成分监测装置(20)、声光报警设备(21)及反馈控制系统(22)包括气体成分探测仪器、声光报警设备及联动装置、反馈控制系统、远程监控系统及相应的软件程序，可根据防护场所的实际需要进行配置；为了保证系统运行的可靠与安全，我们提供许多辅助电气设备为之服务。这些设备具有以下功能：(1)自动控制功能。系统可以设定防护区内的氧气含量的标准点及上下限，当氧气含量向下偏离标准点时，控制系统向空气分离系统发出输入较高氧含量的空气的指令，反之则发出输入较低氧含量空气的指令，若防护区内的空气成分偏离值超出了系统初始设定的上下限，则系统声光报警设备启动，警示人员离开防护区并对系统进行维修检测或者向远程监控系统发出报警信号，这个功能一般用于无人值守的区域。氧浓度探测器又称氧气探测器或氧含量探测器。氧浓度探测器用于监测防护区空气的氧浓度，采用稳定氧化锆固体电解质金属元件作为氧浓度探测探头，其灵敏度高，无需基准气体，反应速度快，使用寿命长。氧浓度探测器用于控制，当防护区氧浓度达到氧浓度上，下限值，能自动启闭供氮装置；氧浓度探测器也用于报警，当防护区氧浓度达到氧浓度高，低值时，系统发出声，光报警信号。探测器与控制柜连接后，还具有数据输出和远程监控功能。为了使氧浓度探测器探测准确，其位置应远离氮气注入口，也应远离防护区出入口。单个防护区氧浓度探测器一般设2个，考虑到一个损坏时，另一仍能正常工作。(2)保护功能。电气设备与线路在运行过程中会发生故障，特别是当空气压缩机(11)中的电流(或电压)超过设备与线路允许工作的范围与限度时，会导致空气分离系统无法正常运作，此时需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整(断开、切换等)的保护设备，并向防护区内提供声光报警信号或向远程监控机构提供相应报警信号。(3)监视功能。电及气体成分组成是眼睛看不见的，一台设备是否带电或断电，室内空气是否符合防火要求及适宜人体呼吸需要从外表看无法分辨，因此系统可以提供一套实时对这些关键因素进行记录的设备，可以供发生不测之异常情况时分析使用，同时起到对整个系统进行电气监视的作用。

“可供呼吸但同时不支持需氧燃烧的空气”组成为(体积分数)：12.0～16.2％的氧气，0～7％的二氧化碳，余下为氮气、水蒸汽及稀有气体等；

“可供人员短暂呼吸同时不支持需氧燃烧的空气”组成为(体积分数)：10.0～14.2％的氧气，0.001～7％的二氧化碳，余下为氮气、水蒸汽及稀有气体；

“不支持需氧燃烧的空气”组成为(体积分数)：5.0～16.2％的氧气，0～7％的二氧化碳，余下为氮气、水蒸汽及稀有气体。

附图说明：图1是在一栋拥有各种房间的建筑物内应用本发明的图解。

图2是在气密性良好而无人值守的空间内应用本发明的图解。

具体实施方式：

下面实施例所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的等效变换，均应属于本发明的保护范围。

将具有火灾消防功能的空气调节系统应用在实际建筑中时，其设计要考虑以下因素：1、防护区域总体积；2、防护区域的气密性；3、防护区域的工作人员数量及工作时间长短；4防护区域所处的自然环境气压及可能的波动情况；5、防护区域需要应用的火灾防护等级；6、防护区域对空气质量(湿度、温度、携菌量及静电携带量等指标)的要求。以下分别针对各要素提出系统配置举例。

各个系统的基本配置原则是：

1、空气压缩机(11)及空气分离系统(13)的组合要满足的要求如下：由于需要在防护区内制造相对室外高一些的正压环境，因此要求空分系统在额定功率下的输出气流量要大于防护空间的漏气量及其中人员对氧气的消耗量。一般情况下，气密性良好的被防护空间可以配置气流量较小的空气分离系统，而气密性较差的被防护空间中则可以通过配置较高气流量的空气分离系统以保证防护区内能维持设计的防火气氛组成，当然也可以通过封堵缝隙及选用更好的气密材料等方式提高被防护区的气密性，以降低日常运行费用。当应用于有人场所时，人员对氧气的消耗量变得不那么容易定量，因此我们采用提供一套相对大流量的空分系统及更多更灵敏的氧气探测及反馈控制系统来对防护区内的氧气含量进行调节，并且需要的话，可以在室内设置强制对流风机，保证各处的氧气浓度保持一致，便于精确调控。

2、空气净化系统(12)。此系统首要功能是保证进入空气分离系统的空气能满足空分系统对空气质量的要求，防止空气中的水汽、油气及其他有害物质对吸附剂的侵害，延长吸附剂的使用寿命，同时，经过净化的空气对人体更健康，为防护区内提供高质量的空气。根据各个场合对空气质量要求的不同，可以配置不同性能的空气净化系统(12)。

3、缓冲系统(14)。可以选配空气缓冲系统，其作用是将具有防火功能的可呼吸空气以一定的气压储存在空气缓冲罐中，以稍微高于防护区域外环境的压力，以稍高于防护区域漏气量的流量向防护区域内持续释放防火气氛，保证防护区域的气体组成符合防火需要，同时不需要空气系统持续开机运行，减小系统能耗。

4、空气输送管道(15)。在应用于较大空间的火灾防护时，特别是在配置一套空气吸附分离系统而需要给多个区域提供防火气氛时，需要安装空气输送管道，将具有防火功能的可呼吸气氛输送至各个不同的防护区域。

5、气体混合系统(16)。当空气分离系统输出的空气中的氧浓度较低而某些防护场所又需要较高的氧气浓度时，可以设置气体混合系统(16)，一方面通过向具有防火功能的气氛中加入一定量的二氧化碳(3～7％)以刺激人体进行更深的呼吸，另一方面在保证室内空气氧含量不超出14～16.2％范围的同时，可以将室外的新鲜空气按照一定的比例引入室内，维持室内空气的新鲜，同时也减少了系统能耗，提高能源利用效率。

6、空气温度调节系统(17)。作为目前室内常用的电器设备之一，其作用使根据现场需要调节空气温度，保证仪器设备的正常工作要求或为人员提供较为舒适的工作环境，可根据防护场所的特点，按需配置相应功率的空气温度调节系统(17)。

7、空气湿度调节系统(18)。在某些环境下，在防护区域内保持一定的空气湿度是必要的，一方面对人体呼吸较为舒适，另一方面可以让其中的物资设备在比较友好的空气环境下工作储存，维持其良好的工作状态及储存寿命。

8、空气静电调节系统(19)。在一些使用精密仪器进行微小器件加工的场所，空气中的静电含量必须予以控制，以防止对加工生产过程产生干扰，此时需要配置空气静电调节系统，使具有防火功能的可呼吸空气中的静电含量符合防护场所的要求。

9、气体成分探测(20)、声光报警(21)、反馈控制电气控制(22)系统。此系统是每个防护场所都须安装的系统，其功能是实时监测防护区内的氧气及二氧化碳浓度，并根据监测结果，结合事先设定好的程序，通过反馈控制电路控制空气分离系统(13)、气体混合系统(16)的开启和关闭，保证防护区内的气体成分可供人体正常呼吸而又满足防火需要，对于无人值守的防护区域而言，则保证气体组成满足防火需要即可。

实施例1：在一栋拥有各种房间的建筑物内应用本发明的例子

本实施例中，假设有如图1的一栋10层建筑物，层高3米，每层面积500平方米，地上部分总体积15000立方米，地下室为配电房，发电机房等，1层为接待大厅，2层为艺术品展览区，3层为数据中心，4层为会议室，5层为档案馆及图书室，6层为电脑机房，7层、8层、9层为办公区域，10层为通信基站用房。

各楼层房间都经过相应的III级气密性处理，各房间及各楼层之间均相对封闭，下面对该楼层应用本发明系统做具体描述。

在该建筑物内应用具有火灾消防功能的空气调节系统由空气压缩机(11)、空气洁净系统(12)、空气吸附分离系统(13)、缓冲系统(14)、空气输送管道(15)、气体混合系统(16)、空气温度调节系统(17)、空气湿度调节系统(18)、空气静电调节系统(19)、气体成分监测(20)、声光报警系统(21)及电气反馈控制系统(22)等组成，其中，空气压缩机(11)、空气洁净系统(12)、空气吸附分离系统(13)、缓冲系统(14)安放在地下室或者天台上，但必须保证能获得足够的新鲜空气供给。由空气压缩机(11)、空气洁净系统(12)、空气吸附分离系统(13)制得的洁净的具有防火且可供呼吸的空气，其氧气浓度设定为12％，此空气先进入缓冲系统(14)后，再通过空气输送管道(15)输送至各个楼层的不同房间，并根据房间的使用要求通过气体混合系统(16)提供氧气浓度高于12％低于17％的防火气氛并配置不同的空气质量调节系统。在任意防护区域内，气体成分探测装置(20)、声光报警系统(21)和反馈控制系统(22)都是必需的，用以实时监控防护区域内的气体成分并保证其符合设计要求，对气体成分超出设定值或空分系统故障等情况及时启动声光报警系统，提醒相关人员注意，及时做出反应。

1层接待大厅，其防火级别不是很高，且人员出入密集，因此通过气体混合系统(16)引入环境空气使其氧气浓度值达到15～16.2％左右的浓度，二氧化碳浓度为4～7％，允许上下微小波动，在其终端接入空气温度调节系统(17)和湿度调节系统(18)。

2层艺术品展览区，人员密集，而防火等级相对较高，对火灾的敏感度较高，可采取将艺术品和人员分离的方式进行火灾防护，用玻璃将艺术品，特别是贵重艺术品分隔起来，向其中直接引入高防火等级的气氛(氧气浓度12％)，在人员活动区域则通过气体混合系统(16)引入环境空气向其中通入较低防火等级的气氛(氧气浓度15～16％)，在保护艺术品的同时，保证人员有良好的参观环境，在其终端接入空气温度调节系统(17)和湿度调节系统(18)。

3层数据中心，工作人员不是很多，对火灾防护等级要求较高，因此设计采用氧气浓度为14～15％、二氧化碳浓度为4～7％的防火气氛，在其终端接入空气温度调节系统(17)、湿度调节系统(18)和静电调节系统(19)。

4层会议室，开会时，人员十分密集，火灾带来的潜在危险也较大，采用氧气浓度为14～15％、二氧化碳浓度为4～7％的防火气氛，在室内设置强制对流风机，保证各处氧气浓度的一致，在其终端接入空气温度调节系统(17)和湿度调节系统(18)。

5层档案馆及图书室，其中的档案馆防火等级相对较高，人员相对较少，因此采用较高等级的防火气氛，设计采用氧气浓度为14～15％、二氧化碳浓度为4～7％的防火气氛，在其终端接入空气温度调节系统(16)、湿度调节系统(17)；图书馆内人员相对密集，因此设计采用氧气浓度为15～16％、二氧化碳浓度为4～7％的防火气氛；在其终端接入空气温度调节系统(17)和湿度调节系统(18)。

6层电脑机房，设计采用氧气浓度为14～15％、二氧化碳浓度为4～7％的防火气氛，在其终端接入空气温度调节系统(17)和湿度调节系统(18)，有需要时可再接入静电调节系统(19)，给区域内人员提供较为舒适的工作环境并保证其中设备的正常运转。

7层、8层、9层为办公区域设计采用氧气浓度为15～16.2％、二氧化碳浓度为4～7％的防火气氛，在其终端接入空气温度调节系统(17)和湿度调节系统(18)。

10层为通信基站用房，无人值守，设计采用氧气浓度为12％的防火气氛，此气氛除能提供高等级的火灾消防功能外，对诸如老鼠等动物同样具有相当的防护性。另外配置空气温度调节系统(17)，根据其中设备的工作环境要求提供相应的环境温度。

实施例2：在气密性良好而无人值守的空间内应用本发明的例子

在气密性良好而无人值守的空间(如图2)内的最简情况进行系统配置。假设有一个面积小于100平米，体积小于300平米的电脑机房或数据中心的区域，其中无人值守，建筑物整体气密性能良好，对空气质量无要求，对火灾防护等级要求为一般等级，则按照经济实用原则，系统配置表如表1所示。

表1在气密性良好而无人值守的空间内应用本发明的系统配置表

名称	单位	数量	备注
				空气压缩机(11)	台	1	功率500瓦
空气洁净系统(12)	套	1	具有除油、除水汽及除尘功能
				空气膜分离系统(13)	套	1	输出气量20L/min
氧气探测器(20)	个	2	稳定氧化锆固体电解质金属元件
				声光报警系统(21)	套	1	可与远程控制界面相连
反馈控制系统(22)	套	1	具有可编程功能
				连接组件	个	若干	视现场情况定

在气密性良好而无人值守的空间内，直接配置一套利用室内空气作为空气源的空气膜分离系统将是十分经济且易于实现的防火空气调节系统。其运行能耗很低，且不需要连续运行，在氧气探测器及反馈控制系统的作用下，只有当氧气浓度低于或高于设定值的时候才启动空分系统。而与氧气探测器相连的声光报警系统则具有远程连接功能，便于统一监测不同地点的防火系统是否处于正常运行状态，可提前对由于设备意外损坏而导致防火状态的失效进行预警，保证防护场所的安全。图2中空气压缩机的空气进口(23)和防火气氛出口(24)设在防护空间内，富氧空气出口(25)通向室外。

实施例3：在气密性一般而无人值守的单一大空间内应用本发明的例子

在气密性一般而无人值守的大空间内进行应用本发明时，必须考虑建筑物的气漏情况，设计采用缓冲系统，以稍微高于防护区域外环境的压力，以稍高于防护区域漏气量的流量向防护区域内持续释放防火气氛，保证防护区域的气体组成符合防火需要，同时不需要空气系统持续开机运行，减小系统能耗。在大空间内应用时，为保证各处的气体成分一致，可以采用空气输送管道将防火气氛分配至各个小空间。建筑物整体气密性能良好，对空气质量有湿度要求，对火灾防护等级要求为一般等级，则按照经济实用原则，系统配置表如下：

表2在气密性一般而无人值守的单一大空间内应用本发明的系统配置表

实施例4：将本发明应用于相对密闭的公共场所的禁烟

在诸如电影院或某些会议室或其他要求禁烟的场合，利用本发明提供的系统，将禁烟空间的空气调整为适合人体呼吸而不支持燃烧的水平，气体具体组成可以控制为氧气15～16.2％，二氧化碳3～5％，余下为氮气及其他稀有气体，此气氛可以从根本上实现禁烟，并防止发生需氧火灾，同时不会对人体呼吸产生影响，也不会损害人体健康。

Claims (7)

1.提供一套能持续防止需氧火灾发生的空气调节系统，用于向相对密闭且有人值守的空间内输送可供呼吸但同时不支持需氧燃烧的空气的、或用于向相对密闭且经常无人值守的的空间内提供可供人员短暂呼吸同时不支持需氧燃烧的空气的、或用于向相对密闭且无人值守的空间中输送不支持需氧燃烧的空气的空气调节系统，空气调节系统输出的防火气氛对人体无害对环境友好，能在空间内实现持续性的火灾消防。

2.权利要求1所述系统组成为：包括用于向空气吸附分离系统提供所需的空气压力并保证空气分离系统的正常运作的空气压缩系统、为空气吸附分离系统提供洁净干燥的压缩空气的空气净化系统、可获得权利要求1中所述的具有可供呼吸但同时不支持需氧燃烧的空气的空气吸附分离系统、由空气储罐和调压阀等组成并通过调压阀门将空气调节到设定压力的缓冲系统、用于向从缓冲系统流出的气体中混入0～7％体积分数的二氧化碳的气体混合系统、用于向各防护区输送具有防火功能气氛的空气输送管道、空气湿度控制系统、空气静电调节系统、空气温度调节系统、电气控制系统等组成，可根据所应用空间的需要进行配置。

3.权利要求2所述的电气控制系统包括气体成分探测仪器、声光报警系统、反馈控制系统、远程监控系统及相应的软件程序，可根据防护场所的实际需要进行配置。

4.权利要求1所述的“可供呼吸但同时不支持需氧燃烧的空气”组成为(体积分数)：13.0～16.2％的氧气，0.01～7％的二氧化碳，余下为氮气、水蒸汽及稀有气体。

5.权利要求1所述的“可供人员短暂呼吸同时不支持需氧燃烧的空气”组成为(体积分数)：10.0～14.2％的氧气，0.001～7％的二氧化碳，余下为氮气、水蒸汽及稀有气体。

6.权利要求1所述的“不支持需氧燃烧的空气”组成为(体积分数)：5.0～16.2％ 的氧气，0～7％的二氧化碳，余下为氮气、水蒸汽及稀有气体。

7.权利要求1所述的“相对密闭的空间”包括但不限于：各种建筑物内具有一定气密性的的房间，如各种数据中心、电脑机房、通讯基站、银行金库、储油仓库等对火灾防护要求很高的区域，也可以是如轮船、火车、飞机等交通运输工具内具有一定气密性的空间。 

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