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智能楼宇安全防范系统电子与信息工程学院李杨第1章火灾自动报警控制系统第一节概述1.1火灾的形成原因（一）火灾发生的三个条件1.可燃物2.氧气或氧化剂3.可供燃烧的热源（引火源）（二）火灾的起因１．人为的造成火灾〈１〉吸烟引起的火灾〈２〉用火不当（包括蓄意纵火）２．电器事故造成火灾〈１〉电器线路及设备产生发热、发火等故障〈２〉静电火花引起火灾３．可燃气体发生爆炸造成火灾甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、硫化氢、煤气、汽油、苯及甲苯等可燃气体发生预混燃烧。4.可燃固体燃烧火灾〈１〉可燃固体在高温或明火作用下发生明火燃烧（表面燃烧）〈２〉可燃固体低温自燃（蒸发燃烧）〈３〉易燃易爆化学物品因存放保管不当，产生分解，氧化而导致自然或爆炸，形成火灾（分解燃烧）５．可燃液体燃烧造成火灾闪燃→爆炸（突沸）6.建筑物遭受雷击2.2火灾产生及形成过程（一）火灾的产生物质燃烧是一种物质能量转化的化学和物理过程，随这个转化过程，伴随着产生燃烧气体、烟雾、热(温度)和光(火焰)等现象。1.燃烧气体物质燃烧的开始阶段，首先释放出来的是燃烧气体，一般包括：一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、碳氢化合物(CyHy)、水蒸汽(H20)及烃类、氰化物类、盐酸蒸气或其他特殊材料产生的分子化合物。悬浮在空气中的较大的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒等不可见的悬浮物，通称为气溶胶粒子，其粒径在0.001～0.05μm。2.烟雾由于燃烧和热解作用，所产生的人肉眼可见和不可见的液体或固体微小颗粒，称为烟粒子或烟雾气溶胶粒子，其中主要包括：焦油粒子、高沸点物质的凝缩液滴、炭黑固体粒子等，其粒径在0.01～10μm。不管是燃烧气体还是烟雾，它们都有很大的流动性，能潜入建筑物的任何空间。这些气体和烟雾有毒性，因而对人的生命有特别大的危险。据统计，在火灾中约有70%的死亡是由于燃烧气体或烟雾造成的。3.热(温度)在物质燃烧过程中，由于物质内能的转化，必然有热量的释放，使环境温度升高。但在燃烧速度非常缓慢的情况下，这种热（温）度不容易鉴别出来。4.光(火焰)火焰是物质着火时产生的灼热发光的气体部分，火焰的光辐射除了可见光部分外，还有大量的红外辐射和紫外辐射。我们就是依据这些物理现象对火灾发生进行早期探测。（二）按燃烧过程分（4个阶段）１．早期阶段２．阴燃阶段３．火焰放热阶段４．衰减阶段温度烟浓度时间ba火焰燃烧引燃汽化预热全燃阶段熄灭火焰扩散火焰阶段阴燃初起潜伏曲线a表示烟雾气胶浓度与时间的关系曲线b表示热气流温度与时间的关系对于普通可燃物质燃烧的表现形式，首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气供应充分的条件下，才能达到全部燃烧，产生火焰，并散发出大量的热量，使环境温度升高。起火过程曲线如图所示。从图中可知，火情发展在多数情况下，总是头两个阶段（初起和阴燃）所占时间较长，这是燃烧的开始阶段。若要把火灾损失控制在最低限度，保证人身不遭受伤亡，火灾探测应该从开始阶段进行为宜。因为此阶段尽管产生大量的气溶胶（燃烧气体）和烟雾，充满了建筑物内的空间，但环境温度并不高，尚未达到蔓延发展的程度。从b曲线可知，火灾从开始阶段到全部燃烧，要经过一段时间。对于这种燃烧速度缓慢的初期火灾，用感烟探测方法最合适。而且测量烟雾浓度比测量温度更灵敏。火灾探测时，准备安装探测器的房屋结构与高度也是应考虑的重要因素。这是由于着火部位和探测器之间的距离发生变化时，物质燃烧产生的烟、热和火焰，会影响到探测器的应用。1．2火灾自动报警控制系统以传感器技术、计算机技术、电子通信技术等为基础的火灾报警控制系统，是消防工程自动化的核心内容之一。该系统既能对火灾发生进行早期探测和自动报警，又能根据火情及其位置及时输出联动灭火信号，启动相应的灭火设施，进行灭火。对于各类建筑设置安装火灾报警控制系统是必不可少的。根据建筑消防规范，将火灾自动报警装置和自动灭火装置按实际需要有机地组合起来，配以先进的通信、控制技术，便构成了建筑自动消防系统。火灾自动报警控制系统由探测、报警与控制三部分组成，它完成了对火灾预防与控制的功能。火灾探测部分主要由探测器组成，是火灾自动报警系统的检测元件，它将火灾发生初期所产生的烟、热、光转变成电信号，然后送入报警系统。报警控制有各种类型报警器组成，它主要将收到的报警电信号加以显示和传递，并对自动消防装置发出控制信号。这两个部分可构成独立的火灾自动报警系统。根据来自火灾自动报警系统的火警数据，经过分析处理后，控制联动器输出，去控制灭火设备、防排烟设备、非消防电源和空调通风设备等。1．火灾自动报警控制系统的基本原理火灾探测器通过对火灾现场发出燃烧气体、烟雾粒子、温升、火焰的探测，将探测到的火情信号转化为火警电信号。在现场的人员若发现火情后，也应立即按动手动报警按钮，发出火警信号。火灾报警控制器接收到火警电信号，经确认后，一方面发出预警——火警声光报警信号，同时显示并记录火警地址和时间，告诉消防控制室(中心)的值班人员；另一方面将火警电信号传送至各楼层(防火分区)所设置的火灾显示盘，火灾显示盘经信号处理，发出预警——火警声光报警信号，并显示火警发生的地址，通知楼层(防火分区)值班人员，立即察看火情并采取相应的扑灭措施。在消防控制室(中心)还可能通过火灾报警控制器的RS—232通信接口，将火警信号在CRT微机彩显系统显示屏上更直观地显示出来。联动控制器则从火灾报警控制器读取火警数据，经预先编程设置好的控制逻辑(“或”、“与”、“片”、“总报”等控制逻辑)处理后，向相应的控制点发出联动控制信号，并发出提示声光信号，经过执行器去控制相应的外控消防设备，如：排烟阀、排烟风机等防烟排烟设备；防火阀、防火卷帘门等防火设备；警铃、警笛、声光报警器等警报设备；关闭空调、非消防电源，将电梯迫降，打开人员疏散指示灯等，启动消防泵、喷淋泵等消防灭火设备等。外控消防设备的启／停状态应反馈给联动控制器主机并以光信号形式显示出来，使消防控制室(中心)值班人员了解外控设备的实际运行情况，消防内部电话，消防内部广播起到通信、联络和对人员疏散、防火灭火的调度指挥作用。2．火灾自动报警控制系统的发展随着计算机技术和通信技术的不断发展，火灾自动报警和联动控制技术也相应得到飞速发展，智能探测器的推出，大大提高了系统的可靠性，降低了误报率，高性能、大容量的控制系统满足了现代建筑的需要。1)传统火灾自动报警系统20世纪40年代，瑞士Cerberus公司研制出世界上第一只离子感烟探测器，实现了火灾的早期报警，火灾自动报警技术才开始真正有意义的推广和发展。优点：不要很复杂的火灾信号探测装置便可完成一定的火情探测；能对火灾进行早期探测和报警；系统性能简单便于了解；成本费用低廉；系统可靠性令人满意；误报率可做到1％次·年。缺点：(1)传统开关量火灾探测器报警判断方式缺乏科学性。它仅仅依据探测的某个火灾现象参数是否超过其自身设定值(阈值)，来确定是否报警，所以无法排除环境和其他的干扰因素。也就是说，以一个不变的灵敏度来面对不同使用场所、不同使用环境的变化，显然是不科学的。(2)传统火灾自动报警系统的功能少、性能差，不能满足发展的需要。比如，多制线报警系统费线费工，电源功耗大，缺乏故障自诊断自排除能力，不能自动探测系统重要组件的真实状态；不能自动补偿探测器灵敏度的漂移；当线路短路或开路时，系统不能采用隔离器切断有故障的部分等。2)现代火灾自动报警系统随着火灾自动探测报警技术的不断发展，从简单的机电式发展到用微处理机技术的智能化系统，而且智能化系统也由初级向高级发展。现代火灾自动报警系统有以下几种主要形式:(1)可寻址开关量报警系统(2)模拟量探测报警系统(3)多功能火灾智能报警系统”等。(1)可寻址开关量报警系统可寻址开关量报警系统是智能型火灾报警系统的一种。它的每一个探测器有单独的地址码，并且采用总线制线路，在控制器上能读出每个探测器的输出状态。目前的可寻址系统在一条回路上可连接1～256个探测器，能在几秒内查询一次所有探测器的状态。特点：能比传统火灾自动报警系统更准确地确定火情部位，增强了火灾探测或判断火灾发生的能力，比传统的多线制系统省线省工。在系统总线上，可联接报警探头、手动报警按钮、水流指示器及其他输出中继器等。增设可现场编程的键盘，完善了系统自检和复位功能，火警发生地址和时间的记忆与显示功能，系统故障显示功能，总线短路时隔离功能，探测点开路时隔离功能等。总之，这类系统在控制技术上有了较大的改进，缺点是对探测器的工作状况几乎没有改变，对火警的判断和发送仍由探测器决定。(2)模拟量探测报警系统模拟量探测报警系统不仅可以查询每个探测器的地址，而且可以报告传感器的输出量值，并逐一进行监视和分级报警，明显地改进了系统性能。模拟量探测报警系统是一种较先进的火灾报警系统，通常包括可寻址模拟量火灾探测器、系统软件和算法。特点:在探测信号处理方法上做了彻底改进，即把探测器中的模拟信号不断地送到控制器去评估或判断，控制器用适当的算法辨别虚假或真实火灾及其发展程度，或探测器受污染的状态。可以把模拟量探测器看做一个传感器，通过一个串联通信装置，不仅能提供装置的位置信号，同时还将火灾敏感现象参数(如烟浓度、温度等)以模拟值(一个真实的模拟信号或者等效的数字编码信号)传送给控制器，由控制器完成对火警情况的判断。报警决定有分级报警、响应阈值自动浮动和多火灾参数复合等多种方式。采用模拟量探测(报警)技术可降低误报率，提高系统的可靠性。(3)智能火灾报警系统智能火灾报警系统是现代火灾自动报警系统中较高级的报警系统，探测、控制装置多由微处理器组成。系统采用集散控制技术，将集中的控制技术分解为分散的控制子系统。各种控制子系统完成其设定的工作，主站进行数据交换和协调工作。特点：a.系统规模大，目前有的火灾报警控制装置的最大地址数(回路数)达到上万个。b.探测对象多样化，除了火灾报警功能外，还可有防盗报警、燃气泄漏报警功能等。c.功能模块化，系统设置采用不同的功能模块，对制造、设计、维修有很大方便，便于系统功能设置与扩展。d.系统集散化，一旦某一部分发生故障，不会对其他部分造成影响，并且联网功能强，应用网络技术，不但火灾自动报警控制装置可以相互连接，而且可以和建筑物自动控制系统联网，增强了综合防灾能力。e.功能智能化，系统装置中采用模拟火灾探测器，具有灵敏度高和蓄积时间设定功能，探测器内置有微处理器，那就具有信号处理能力，形成分布式智能系统，可减少误报的可能性。在智能火灾报警系统中采用人工智能、火灾数据库、知识发现技术、模糊逻辑理论、人工神经网络等技术。1．2火灾探测器火灾探测器是火灾自动报警和自动灭火系统最基本和最关键的部件之一，它犹如系统的“感觉器官”，能不断地监视和探测被保护区域火灾的早期信号，是整个火灾报警控制系统警惕火情的“眼睛”。1.根据警戒范围不同1)点型火灾探测器警戒范围为空间某一点周围，即对探测器所在位置周围的火灾产生的物理和化学参量变化作出响应的探测器。2)线型火灾探测器警戒范围为空间某一连线周围，即对空间某一连线周围附近的火灾产生的物理和化学参量变化作出响应的探测器。如红外光束探测器用来探测发射设备与接收器之间的火情。3)区域型火灾探测器近年来研究推出的吸气式感烟探测系统是利用吸气扇通过空气取样管道和取样孔从保护区域提取空气样品，空气样品通过一个高灵敏度的精确探测器对其进行分析，对保护区域的火灾产生的物理和化学参量变化作出响应。2.根据对不同火灾参量的响应及不同的响应方法1)感烟式火灾探测器感烟式火灾探测器是对警戒范围中火灾烟雾浓度参量作出响应的探测器。感烟式火灾探测器主要用于探测火灾过程的早期和阴燃阶段的烟雾，所以是实现早期报警的主要手段。而根据感烟式火灾探测器不同的警戒范围，感烟式火灾探测器又分为几种类型，如表1—1所示。2)感温式火灾探测器感温式火灾探测器是对警戒范围中火灾热量(温度)，即环境气流的异常高温或(和)升温速率作出响应的探测器。特点：结构简单，电路少，与感烟探测器相比可靠性高、误报率低，且可以做成密封结构，，防潮防水防腐蚀性好，可在恶