CN103111028A - 高层建筑多功能火灾避难舱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高层建筑多功能火灾避难舱，包括长方体舱体，长方体舱体的外壳由涂有超薄膨胀型防火涂料的钢材料构成，内层由金属板材料构成，外壳与内层之间为由防火阻燃隔热材料构成的中间层，长方体舱体前面设置由普通和防火两道门或窗组成的舱门或窗，长方体舱体内设有供氧系统及应急电源、管道、照明灯和对舱内外环境进行实时监测的避难舱环境监测系统，长方体舱体顶部设有通风系统和喷淋系统。本发明的设备操作简单，防火阻燃效果好；反应速度快，生还几率高；生存时间长，自救能力强；制造成本低，易于生产；符合国家救生安全设备要求，安全性高；设备需求市场大，应用范围广。

Description

高层建筑多功能火灾避难舱

技术领域

本发明涉及一种多功能安全防护设备，特别是一种在遇到火灾，无法逃生而被困在家中时使用的一种家用安全避难舱室。

背景技术

 现在高层居民楼已经随处可见，这在满足人们的居住要求的同时，也带来了一系列的社会问题和安全隐患。众所周知，当发生火灾时，人们一般采用谁将衣服淋湿或用湿毛巾等纺织物捂到嘴和鼻子上，从逃生通道快速撤离火灾现场进行避难。但是，在逃生条件不允许的情况下（比如被大火困在高层的居民），就无法实现安全避险和逃生，从而造成重大伤害和人员伤亡。

目前，煤矿避难硐室的发展以相对成熟，由煤炭科学研究总院重庆研究院研制的煤矿避难酮室已在部分煤矿企业使用，其主要由硐室主体、氧气供给保障系统、空气净化与温湿度调节系统、环境监测系统、通讯系统、舱内照明和指示系统、动力保障系统、生存保障系统、备用自救器等组成。这种矿用避难舱一般都是体积大、价格贵、制造成本高、并不适合在一般家庭使用。并且现在市场上还没有见到一种家用安全避难舱室。因此特提出此发明：家用多功能火灾避难舱。

发明内容

本发明是要提供一种高层建筑多功能火灾避难舱，用于解决火灾发生后，在逃生条件不允许的情况下，家人在无法安全逃生时，暂时提供一个相对安全的空间供家人躲避，从而避免人员伤亡的难题，同时在日常生活中作为浴室使用。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高层建筑多功能火灾避难舱，包括长方体舱体，其特点是：长方体舱体的外壳由涂有超薄膨胀型防火涂料的钢材料构成，内层由金属板材料构成，外壳与内层之间为由防火阻燃隔热材料构成的中间层，长方体舱体前面设置由普通和防火两道门或窗组成的舱门或窗，长方体舱体内设有供氧系统及应急电源、管道、照明灯和对舱内外环境进行实时监测的避难舱环境监测系统，长方体舱体顶部设有通风系统和喷淋系统。

长方体舱体顶部还设置冷水水箱，排风机及排风机出风口。中间层中的防火阻燃隔热材料是闭孔隔热材料。

长方体舱体前面设置的普通和防火两道门或窗，其中，外层为防火门或窗，内层为普通防爆玻璃门或窗；并且在防火门与普通防爆玻璃门之间或防火窗与普通防爆玻璃窗之间以及门、窗框与门、窗扇的缝隙处分别嵌装防火膨胀密封件。

喷淋系统包括喷头、控制开关，喷头设置在长方体舱体内顶部，控制开关设置在长方体舱体内，且喷头通过控制开关与冷水水箱连接。

避难舱环境监测系统由环境检测模块、数据分析模块和控制模块组成，环境检测模块包括火焰检测模块、温湿度检测模块、烟尘检测模块、CO检测模块、CO₂检测模块、O₂检测模块，火焰检测模块、温湿度检测模块、烟尘检测模块、CO检测模块、CO₂检测模块和O₂检测模块分别通过数据分析模块与控制模块连接，控制模块信号输出端分别与供氧系统、通风系统(3)和喷淋系统（5）连接。

应急电源（1）分别与通风系统(3)中的通风设备和照明灯连接。控制模块中的微处理器为C8051F120单片机。

本发明的有益效果是：

避难舱集家用淋浴房和火灾避难所于一体。耐火完整性≥3.0 h，耐火隔热性≥3.0 h。长方体舱体的外壳由涂有超薄膨胀型防火涂料的钢材料构成，中间层为后15厘米厚的隔热材料，内层采用1厘米厚的金属板材料。舱门设置普通和防火两道门，起到很好的与外界空气及热量隔绝的目的。舱内的氧气发生系统通过管道与水箱相连,一方面平衡了舱内氧气浓度,另一方面又为喷淋系统提供水雾喷淋时所需要的压力。通风系统在平时直接与外界空气进行交换，火灾发生时排出舱内有害气体。应急电源在火灾断电情况下为整个避难舱的电气设备供电。管道和喷淋系统在平时可当作家用淋浴使用，火灾发生时会喷出水雾为避难舱降温。舱上部预留有水箱，供火灾断水时使用。舱内环境检测控制系统是避难舱最重要的部分之一，以增强型51 单片机C8051F120为核心，可以对避难舱内外情况进行实时监控；舱内主要监测氧气、二氧化碳、一氧化碳等气体浓度，舱外监测火焰和粉尘情况，并在控制面板上显示各项数据，以此来控制氧气和水雾的释放。

本发明的优点:(1)设备操作简单，防火阻燃效果好;(2)反应速度快，生还几率高;(3)生存时间长，自救能力强;(4)制造成本低，易于生产; (5)符合国家救生安全设备要求，安全性高;(7)设备需求市场大，应用范围广。

附图说明

图1是本发明结构立体示意图；

图2是避难舱左侧内立面图；

图3 中避难舱左侧外立面图；

图4中避难舱右侧立面图；

图5是避难舱顶部俯剖视图；

图6是避难舱前面板上具有窗户的外立面图；

图7是避难舱前面板上具有门的外立面图；

图8是避难仓环境监测系统总体结构图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图8所示，本发明的高层建筑多功能火灾避难舱，包括长方体舱体，供氧系统及应急电源1、通风系统3、舱门4或窗、喷淋系统5、管道6、照明灯、对舱内外环境进行实时监测的避难舱环境监测系统7等。

长方体舱体的外壳由涂有超薄膨胀型防火涂料的钢材料构成，内层由金属板材料构成，外壳与内层之间为由防火阻燃隔热材料构成的中间层，长方体舱体前面设置由普通和防火两道门或窗组成的舱门4或窗，长方体舱体内设有供氧系统及应急电源1、管道6、照明灯和对舱内外环境进行实时监测的避难舱环境监测系统7，长方体舱体顶部设有通风系统3和喷淋系统5。长方体舱体前面设置的普通和防火两道门或窗，其中，外层为防火门或窗，内层为普通防爆玻璃门或窗；并且在防火门与普通防爆玻璃门之间或防火窗与普通防爆玻璃窗之间以及门、窗框与门、窗扇的缝隙处分别嵌装防火膨胀密封件。喷淋系统5包括喷头、控制开关，喷头设置在长方体舱体内顶部，控制开关设置在长方体舱体内，且喷头通过控制开关与冷水水箱连接。

长方体舱体设计要求耐火完整性≥3.0 h，耐火隔热性≥3.0 h，舱内温度因此采用三层防火结构舱体外壳由涂有超薄膨胀型防火涂料的钢材料加工成型后组装成整体。如图6、7所示，长方体舱体长150厘米，宽100厘米，高210厘米，中间层平整铺好闭孔隔热材料，然后加上内层钢板，如图2所示，长方体舱体左下方设置高80厘米、宽15厘米的一个储藏柜，内部放置氧气瓶和备用电源；如图3所示，右侧在距舱底120厘米，舱后壁25厘米处放置检测系统控制面板和风机照明控制面板；如图5所示，舱顶设置水箱，排风机及排风机出风口。

（一）舱体阻燃隔热材料

避难舱要达到耐火完整性≥3.0 h，耐火隔热性≥3.0 h，除避难舱主体外壳之外，防火阻燃和隔热材料是关键，目前这方面的研究集中在建筑节能防火材料领域。

根据火灾避难舱的防火要求（耐火完整性≥3.0 h，耐火隔热性≥3.0 h），该舱应具备极佳的隔热和防火要求，本发明采用三重防火措施，第一，在外层采用超薄防火阻燃涂料进行涂刷，可以实现保护面温度低于300℃时间达2小时；第二，在里层采用水幕喷淋层；第三，在中间层采用防火阻燃隔热层，该材料是闭孔隔热材料。

（二）普通门（窗）、防火门窗

（1）如图7所示，本避难舱以双层门体的设计方式设置普通门和防火门4，即外层为防火门（窗），内层为普通防爆玻璃门（窗）；门窗开启和关闭方式借鉴目前动车组列车门体的设计模式，保证门体和舱体之间的密封性和启闭便利。

（2）防火门（窗）外层为金属面板，面板材料选择在高温下结构形变较小的金属材质，且在面板表面再涂覆一层适当厚度的防火隔热涂料，以加强面板的耐火完整性；防火门内部用适当量的防火隔热材料进行填充，以满足防火隔热性的要求；防火门的门框及导轨也进行耐火隔热处理，即在门框和导轨的外表面涂覆适当厚度的防火隔热材料； 

（3）为实现防火门（窗）良好的密封性，除对防火门各部件的尺寸进行精密设计和加工外，还需在防火门（窗）的门（窗）框与门（窗）扇、门（窗）扇与门（窗）扇的缝隙处嵌装防火膨胀密封件。目前市场上有相应的产品可供选择，选择防火膨胀密封件时应参照国家标准GB 16807-2009《防火膨胀密封件》进行。

（三）火灾避难舱的通风系统

如图5、6所示，火灾避难舱的通风系统设计的主要目的是解决避难舱在正常状态和火灾状态两种情形下，其内部的通风和换气问题。

正常状态下的通风系统设计技术比较成熟，主要采用全面通风换气方案。火灾状态下，主要考虑高温与烟气两种不利因素的影响，采用温控与烟控两种传感装置，当温度达到一定值（例如50度），烟气（如一氧化碳、甲醛等）浓度超过特定值，则该通风系统的进风口自动关闭，系统通过连锁装置，启动舱内氧气和二氧化碳浓度监测装置，当舱内氧气浓度低于某个临界值（19%），则自动启动氧气发生器，以维持舱内避难人员的供氧需求。此时的技术要点是同时启动对舱内二氧化碳浓度的监测，如该浓度超标，则采用间隙式强排风方案对舱内的二氧化碳及其他有害物质进行置换。该间隙式强排风装置的启动，增设手动控制装置，由舱内避难人员根据火势决定是否启动强排风，以免烟尘和高温气流的倒灌。

（四）供氧系统

供氧系统主要保障避难舱中二氧化碳浓度和氧气含量处于对人体无害的程度。氧气设备放置位置如图2所示。

根据避难舱的设计逃生人数（4人）和等待救援时间（3 h），再根据1个普通人处于休息状态时每分钟消耗的空气量（约8 L）、每分钟消耗的氧量（约250 mL）及排出二氧化碳量（约200 mL），可计算出4人在舱内避难3h的过程中消耗空气的总量为：

Vair=8 L/min×3 h×60 min×4=5760 L

如果将逃生舱的空间设计为1.5 m×1.0 m×2.0 m，那么逃生舱内的总空间为3m3（3000L），其中的空气不足以让4人呼吸3小时（需消耗5760 L空气），因此需要为逃生舱提供氧气发生系统以保证逃生人员的正常呼吸。

根据逃生舱必须满足的供氧、排出二氧化碳和恒压的要求，逃生舱设计为钢瓶供氧、药剂置换的方式为主。采用5个12 L的铝合金高压空气钢瓶，钢瓶的工作压力为20 MPa。根据气体状态方程PV=nRT，可计算出要提供6000 L的空气，使用5个12L的气瓶，每个钢瓶内的空气压力为10MPa即可满足向逃生舱内提供氧气的要求。对于呼吸产生的二氧化碳，则使用逃生舱的排风系统排出，排风系统排走空气的速度根据供氧系统提供空气的总量和供气的总时间进行确定，即v=6000L /3h=2000L/h，每分钟约排气33L。如果将每个空气钢瓶的压力增加到15MPa（远低于20MPa的安全使用压力），则可提供9000 L的空气，这些高压空气除了能给逃生舱内的逃生人员提供正常呼吸所需的氧气外，还能为逃生舱的喷淋系统提供喷雾动力。

配备二氧化碳-氧气的置换药剂（过氧化钠）维持舱内氧气平衡。

（五）逃生避难舱内应急电源

当居民楼或宾馆发生火灾、停电后，给逃生舱提供不间断电源，保证舱内照明和通风设备至少维持3h的正常运转。根据避难舱内照明灯及对通风设备的功率要求，选择能提供弱电的12V或36V锂电池电源即可。 

（六）管道及喷淋系统

（1）满足基本冲淋功能要求的冷热水管道设计和喷淋系统设计

如图3所示，避难舱外上部设计为冷水水箱，具有贮水功能，满足基本冲淋功能要求的冷水管道与贮水箱连通使贮水箱内常年保存活水。热水管道独立于贮水箱之外，喷头设计在避难舱内顶部，控制开关（水龙头）设计在避难舱内，具体位置与普通淋浴房相同。

（2）满足火灾时降低舱体表面温度要求的冷水水箱、管道设计和水幕系统设计

该设计内容分两部分，第一部分为火灾发生时不断水的情况；第二部分为火灾发生时断水断电的情况。

① 火灾发生时不断水的情况

火灾时供水不一定中断，此时在舱体外部顶部边缘拟设计一种特殊结构的管道并与有特殊结构的贮水箱连接，同时在舱外设置手动开关，需要时通过开关的控制，实现水幕功能。这种特殊结构的水箱和管道对水箱尺寸无特殊要求，同时也不需要电力。

②火灾发生时断水断电的情况

（七）水箱容量

火灾发生时断水断电的情况下实现水幕系统的正常工作，水的来源只有避难舱外顶部的水箱。按照《自动喷水灭火系统设计规范GB50084-2001》5.0.10水幕系统的设计基本参数应符合表5.0.10的规定。防护冷却水幕的喷水强度为0.5L/s·m，喷头工作压力为0.1MPa。折算成对面积的平均喷水强度是7.5 L/min·m2，据此，按照上述避难舱尺寸和正常运行30分钟计算，所需的水量的计算式如下：

保护面积×7.5×30，计算所需水量为：3×7.5×30=675 L（单面）；5×7.5×30=1125（两面）7×7.5×30=1575（三面）。

所以，按照保护面积为单面计算，水箱的尺寸至少为1500×1000×450mm，实际上若考虑选用水泵实现水幕功能，还需考虑潜水泵所占的体积。

水泵的选择

断水断电的情况下，启动水泵所需的电力需来自舱内的自备电源，为降低电耗同时又不影响水泵的流量、水压和扬程，选用合适的水泵是关键。本方案拟采用合适的小型潜水泵。

气压供水的实现

断水断电的情况下，考虑到自备电源的电能供应不足或出现故障的情况，为保障水幕系统的正常运行，本方案同时设计一套气压供水实现自动喷水的备选方案。气压供水实现自动喷水方案拟利用喷雾器的原理实现这一功能。

（八）避难仓环境监测系统

监测系统以增强型51 单片机C8051F120为核心，设计开发数据采集和控制模块，包括供氧通风监测控制模块、氧气浓度监测模块(19-22％)，烟雾监测模块，火焰烟气等有害气体处理及检测模块、CO、CO2检测模块、温度湿度检测模块。系统总体设计图如图8所，。避难舱环境监测系统（7）由环境检测模块、数据分析模块和控制模块组成，火焰检测模块、温湿度检测模块、烟尘检测模块、CO检测模块、CO₂检测模块和O₂检测模块分别通过数据分析模块与控制模块连接，控制模块信号输出端分别与供氧系统、通风系统(3)和喷淋系统（5）连接。当温度达到一定值（例如50度），烟气（如一氧化碳、甲醛等）浓度超过特定值，则控制模块自动发出指令，让通风系统的进风口自动关闭，系统通过连锁装置，启动舱内氧气和二氧化碳浓度监测装置，当舱内氧气浓度低于某个临界值（19%），则自动启动氧气发生器，以维持舱内避难人员的供氧需求。

Claims (8)

1.一种高层建筑多功能火灾避难舱，包括长方体舱体，其特征在于：所述长方体舱体的外壳由涂有超薄膨胀型防火涂料的钢材料构成，内层由金属板材料构成，外壳与内层之间为由防火阻燃隔热材料构成的中间层，长方体舱体前面设置由普通和防火两道门或窗组成的舱门(4)或窗，长方体舱体内设有供氧系统及应急电源(1)、管道（6）、照明灯和对舱内外环境进行实时监测的避难舱环境监测系统（7），长方体舱体顶部设有通风系统(3)和喷淋系统（5）。

2.根据权利要求1所述的高层建筑多功能火灾避难舱，其特征在于：所述长方体舱体顶部还设置冷水水箱（2），排风机及排风机出风口。

3.根据权利要求1所述的高层建筑多功能火灾避难舱，其特征在于：所述中间层中的防火阻燃隔热材料是闭孔隔热材料。

4.根据权利要求1所述的高层建筑多功能火灾避难舱，其特征在于：所述长方体舱体前面设置的普通和防火两道门或窗，其中，外层为防火门或窗，内层为普通防爆玻璃门或窗；并且在防火门与普通防爆玻璃门之间或防火窗与普通防爆玻璃窗之间以及门、窗框与门、窗扇的缝隙处分别嵌装防火膨胀密封件。

5.根据权利要求1所述的高层建筑多功能火灾避难舱，其特征在于：所述喷淋系统（5）包括喷头、控制开关，喷头设置在长方体舱体内顶部，控制开关设置在长方体舱体内，且喷头通过控制开关与冷水水箱（2）连接。

6.根据权利要求1所述的高层建筑多功能火灾避难舱，其特征在于：所述避难舱环境监测系统（7）由环境检测模块、数据分析模块和控制模块组成，环境检测模块包括火焰检测模块、温湿度检测模块、烟尘检测模块、CO检测模块、CO₂检测模块、O₂检测模块；火焰检测模块、温湿度检测模块、烟尘检测模块、CO检测模块、CO₂检测模块和O₂检测模块分别通过数据分析模块与控制模块连接，控制模块信号输出端分别与供氧系统、通风系统(3)和喷淋系统（5）连接。

7.根据权利要求1所述的高层建筑多功能火灾避难舱，其特征在于：所述应急电源（1）分别与通风系统(3)中的通风设备和照明灯连接。

8.根据权利要求6所述的高层建筑多功能火灾避难舱，其特征在于：所述控制模块中的微处理器为C8051F120单片机。

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