第四章-消防自动报警与联动控制系统

第四章消防自动报警与联动控制系统一、FA系统概述四、火灾探测器及其选用三、火灾探测及数据处理方法五、火灾报警控制器二、火灾形成过程及基本规范要求七、减灾、灭火联动控制系统六、火灾监控系统基本设计形式八、FA控制系统工程设计在人类的生产和生活中，火灾作为自然灾害之一，时刻威胁着人们的生命和财产的安全。如何做好防火和灭火一直是我们所面临的一个重要问题。在火灾报警与消防联动控制系统中，火灾报警系统是系统的感测部分，用以完成对火灾的发现和报警。灭火和联动控制系统则是系统的执行部分，在接到火警信号后执行灭火任务。4.1系统概述4.1.1智能建筑的特点及危害性1、智能建筑结构跨度大、特性复杂智能建筑由于采用大跨度框架结构，使建筑物开间和隔墙布置复杂，随着建筑物高度增加，在起火前室内外温差不同和起火后烟气运动使风压增大，因此烟气蔓延，扩散迅速。当建筑物高度为90m时，顶层风速可达15m/s，使得烟气蔓延速度急剧加快。再加上停止电源供电电梯不能使用，疏散难度加大，损失也会加大。2、建筑环境要求高，内部装修材料多为满足人们对建筑环境的要求，大量采用易燃、可燃的装修材料，发生火灾后，这些有机高分子材料分解出大量有害的烟气和毒气，直接危机人的生命安全。3、电气设备多、监控要求高在智能建筑中大量使用照明灯具、电视、电梯、空调、电机等机电设备，计算机的配电线路和网络线路更是密如蛛网，一旦发生电气火灾，火灾会沿着线路迅速蔓延开来。4、人员多且集中一般智能建筑容纳成百上千甚至数以万计的人员，一旦发生火灾，由于人们存在恐慌心理，加上建筑通道复杂，楼层多，使人员疏散难度加大5、建筑功能多样综合性的大楼，不仅有办公区，还有会议厅、商业贸易厅、公寓、餐厅、娱乐场所、室内运动场、厨房、车库、各种库房，从而造成火灾形式多样，疏散通道曲折隐蔽。6、管道竖井多建筑物内的电梯井、楼梯井、上下水管道、电缆电线井、垃圾井等，这些竖井犹如大楼的烟囱，一旦烟火窜入，则会产生烟囱效应，使火灾迅速蔓延到上层楼房。“预防为主、消防结合”的方针，“立足自救，采用可靠防火措施，做到安全适用，技术先进，经济合理”的消防原则。一般在智能建筑内部设置火灾监测、报警和自动灭火控制系统，一旦发生火灾，将火灾扑灭在初起阶段，并且有防火卷帘、疏散楼梯间等构造，火灾自动报警与消防设备控制系统构成联锁联动关系。4.1.2智能建筑消防安全要求首先应按建筑物的使用性质，火灾危险性划分防火类别及保护等级。根据建筑物保护等级不同而火灾报警与自动灭火系统的功能：自动捕捉火灾监测区域内火灾发生时的烟雾或热气，从而能够发出声光报警，并有联动其它设备的输出接点，能够自动控制灭火系统、事故广播、事故照明、消防给水和排烟系统。实现早期预报和消防设备有效动作，做到火灾报警可靠、消防设备迅速有效、智能建筑防火安全。4.2.1火灾形成过程及其现象物质的燃烧过程是一种伴随有烟、光、热的化学反应过程。火灾燃烧过程中的现象：1、热（温度升高）物质燃烧必然有热量释放，温度变化是重要的火灾特征参数之一，普通可燃物在燃烧速度缓慢的情况下，初期产生的热不易被鉴别出来。4.2火灾形成过程及基本规范要求2、燃烧气体与烟雾可燃物燃烧开始时，往往释放出燃烧气体，一般由一氧化碳、二氧化碳和悬浮的未燃烧物质颗粒组成，颗粒直径0.01um左右，通常称为气溶胶。而烟雾颗粒直径通常为0.03-10um的液体或固体颗粒。只有粒径大于0.3um的颗粒才能反射可见光，被人眼看到。燃烧气体和烟雾也是重要的火灾探测参数。3、明火火焰火焰是物质燃烧产生的灼热发光的气体部分。火焰也是重要的火灾探测参数。火灾发生时，绝大多数伤亡情况是烟雾和有毒气体造成的，因此现代防火理论越来越重视烟雾浓度在火灾发生时的变化情况。一般认为火灾形成分为三个阶段：初始阶段、阴燃阶段、火焰燃烧阶段。1、火灾初始阶段——主要现象是室内温度升高，产生大量烟雾气溶胶，在此阶段感知火灾信息，早期报警，早期灭火可将损失降低在最低程度。所以建筑物内优先选择感烟探测器进行信号检测。火灾初期阶段一般时间较长。4.2.2火灾形成过程2、火灾阴燃阶段——室内的燃烧气体与烟雾浓度已达相当水平。积蓄大量热能，遇明火极易点燃，这阶段时间较短，火灾初起和阴燃阶段最显著的特征是产生大量烟气雾，这两个阶段合称为初期引燃阶段。3、火灾火焰燃烧阶段——也称充分燃烧阶段，产生大量可见光，温度迅速上升，火势迅速蔓延，此时以形成火灾。这一阶段的重点应是防止火灾进一步蔓延和灭火，以减少损失。火灾蔓延主要通过热辐射和热对流两种途径进行。为了最大限度地防止火灾在建筑物内蔓延，减少人员伤亡和财产损失，采用防火墙、防火卷帘或防火水幕将建筑物内部划分为若干防火、防烟分区。一类防火建筑：它是指楼层在19层及以上的普通住宅；建筑高度超过24米的高级住宅、办公大楼等.每个防火分区1000M2。二类防火建筑：是指10－18层的普通的住宅；建筑高度超过24米，但又不超过50米的办公大楼等。每个防火分区1500M2.4.2.3防火防烟分区4.3.1火灾信息探测方法4.3火灾探测及数据处理方法1、空气离化探测法采用空气电离探测法的感烟探测一般称为——离子感烟探测，主要应用于火灾初起和阴燃阶段的烟雾检测非常灵敏有效。可探测粒径范围为0.03-10um。这类火灾探测器是核技术应用的产物，寿命可达10～15年。火灾信息探测以物质燃烧过程产生的各种现象为依据，以实现早期发现火灾为前提。2、光电探测法光电感烟探测法是根据烟雾颗粒对光线的阻挡或散射作用来实现感烟式火灾探测的方法。分为减光式和散射式两类。减光式一般采用红外光，根据烟雾颗粒对光的阻挡，造成光通量的减少来实现烟雾浓度的有效探测。散射式根据光的散射定律，发光元件产生一定波长的红外探测光，当烟雾气溶胶进入检测暗室时，颗粒直径大于探测光的烟雾颗粒产生散射光，通过与发光元件成一定夹角的光电接收元件收到的散射光的强度，探测烟雾浓度。3、热（温度）探测法热探测法根据物质燃烧释放的热量引起环境温度升高或其变化率大小，通过热敏元件与电子线路来探测火灾。采用热敏电阻，其热滞后性较小，对阴燃中后期和火焰燃烧阶段有较大温度变化的火灾环境实现有效探测。光电感烟探测法主要针对火灾初起和阴燃阶段的有色烟雾颗粒的有效探测，最小可测烟雾颗粒取决于探测光波长。考虑到发光器件的寿命，一般采用间歇式工作方式，正常寿命可达10年左右4、火焰（光）探测法利用燃烧火焰光的红外辐射和紫外辐射的大小，通过光敏元件与电子线路，采用被动式光辐探测原理，用于火灾发展过程中火焰发展和明火燃烧阶段，其中紫外式感光原理主要应用于油品和电气火灾的探测，红外式多用于普通可燃物和森林火灾探测。为了区别非火灾形成的光辐射，被动感光式火灾探测通常考虑可燃物燃烧时火焰闪烁频率范围为3～30Hz。5、可燃气体探测法对物质燃烧初期产生的烟气或易燃易爆场所泄露的可燃气体，利用热催化元件、气敏半导体元件或三端电化学元件的特性变化来探测易燃可燃气体的浓度或成分，预防火灾和爆炸危险。这类探测方法多应用于工业环境。城市煤气系统也有广泛应用。一般根据不同火灾探测方法，火灾探测器有：感烟式、感温式、感光式和可燃气体等四大类。普通建筑物主要使用感烟式和感温式，配电室、厨房常用感光式和可燃气体探测器。从信号处理角度分析，火灾传感器的输出信号可看作一个平稳随机过程，利用现代信号检测处理方法并结合火灾信号的特殊性可以有效地检测出火灾信号。4.3.2火灾监测数据处理方法智能建筑火灾监控系统根据探测器输出的电信号，采取不同的火灾信息判断处理方式和火灾模式识别方式，提高智能建筑火灾监控系统的自动化和智能化水平，必须以先进有效的火灾监测数据处理方式和（或）火灾模式识别方式为基础。由于火灾探测和报警关系重大，要求火灾监控系统绝对可靠，不允许有漏报，误报越少越好，因此寻找适当的火灾信号处理方法，在正确检测火灾信号的同时误报率又极低，一直是自动探测报警系统的首要任务。因此，对于火灾检测数据处理方式和火灾模式识别方式的选择是智能建筑火灾监控系统必须考虑的核心问题。1、阈值比较方式阈值比较方式是目前火灾探测中普遍采用，也是传统的火灾监测数据处理方法。基本原理：直接将传感器的输出值与预先设定好的阈值或变化率比较，超过阈值或设定变化率时输出火灾报警信号。优点：判断简单明了，易于实现。缺点：环境适应性和抗干扰能力差，误报警率高。当前广泛使用相对阈值或多阈值判断，可寻址开关量火灾自动报警系统、响应阈值补偿式火灾报警系统，都使用阈值比较方式处理火灾检测数据和判断火灾。目前，对火灾探测器输出信号的识别处理主要有以下几种方式。2、类比判断方式类比判断方式是提高火灾探测输出可靠性的有效数据处理方式，广泛应用于模拟量和响应阈值自动浮动式报警系统。基本原理：将监测数据的处理过程用完整的数学表达式来描述，利用火灾信号的明显趋势性，将火灾信号转换为随报警因素连续变化的模拟量信号，用类比的方法判定火灾。类比方法主要有：火灾趋势算法和斜率算法。优点：提高系统的可靠性和稳定性，降低误报率。缺点：火灾趋势算法和斜率算法较为复杂。3、分布智能方式分布智能方式为解决模拟量火灾探测器数据处理能力单一、功能过于复杂、传输数据量较大等问题。基本原理：将人工神经网络和模糊数据处理方式应用于火灾参数处理过程，利用菊花链式数据传输方式和多参数复合探测算法来判定火灾。优点：提高系统的可靠性和稳定性，降低系统误报率。缺点：智能化火灾探测器算法复杂，一般采用专用集成电路设计技术（FPGA/CPLD）,使得系统的价格成本较高。综上可见，智能化火灾监控系统应该使用相应的火灾模式识别方法来判断火灾信息，其判断过程是：1）火灾报警控制器主机和火灾探测器存储各种火灾和正常状态下的特征值数据。2）火灾探测器提取环境基本信息和火灾特性参数及其信号变化趋势信息。3）火灾探测器实现火灾现场有效信号连续数据采集并完成变量数字化。4)火灾报警控制器接受探测器输出数据，进行初级火灾判断与数据处理。5）控制器提取火灾特征信息，进行多级类比分析和智能化火灾探测算法运算。6）判别真实火灾与虚假火灾，输出可靠火警信息。4.4火灾探测器及其选用火灾探测器是消防自动报警与联动控制系统最基本和最关键的部件之一。消防自动报警与联动控制系统设计的最基本和最关键工作，就是正确的选择火灾探测器的类型、布置火灾探测器的位置并确定火灾探测器数量火灾探测器：是及时探测和传输与火灾有关的物理和化学现象的探测装置。4.4.1火灾探测器基本功能火灾探测器探测到的火灾信号FS0，是与火灾参数、火灾发展过程即时间t、测量火灾信号地点所在的坐标位置（x,y,z）以及周围的环境条件即环境噪声等有关，是一个多元函数。)(tf)(tn火灾探测器对火灾信号FS0的测量过程是：探测器的敏感元件与物质燃烧过程中产生的一个火灾参数起作用，并在探测器内部发生物理或化学量的转换，经过电子或机械方式处理，将处理结果经判断后用开关量报警信号传输给火灾报警控制器，或不经过判断直接将数据处理获得的模拟量信号传输给火灾报警控制器。无论何种火灾探测器，其基本功能要求是：1、信号传感要及时，具有相当精度；2、传感器本身应能给出信号指示；3、通过报警控制器，能分辨火灾发生具体位置或区域；4、探测器应具有相当稳定性，尽可能地防止干扰。因此，火灾探测器通常由敏感元件、相关电路、及固定部件和外壳组成。4.4.2火灾探测器的构造1敏感元件感知火灾过程中的物理或化学参量，并将其转换为模2电路将敏感元件感知的模拟量信号放大和处理。通常由转换电路、保护电路、抗干扰电路、指示电路和接口电路组成。3固定部件和外壳固定探测器，防止其他非感知信号进入。（1）转换电路将敏感元件输出的电信号进行放大和处理，使之满足火灾报警系统传输所需的模拟载频信号或数码信号。它通常由匹配电路、放大电路和阈值电路等部分（2）保护电路用于监测探测器和传输故障的电路，由监测电路和检查电路两部分组成。（3）抗干扰电路为了提高火灾探测器的可靠性，防止或减少误报，探测器必须有一定的抗干扰功能，如采用滤波、延时、补偿和积分