7楼宇自动化-火灾自动报警和消防控制系统(一)

俄罗斯莫斯科电视塔大火

2000年8月27日，俄罗斯国内最大的电视塔——位于莫斯科的奥斯坦基诺电视塔发生火灾，这起火灾所造成的国际影响和间接损失是无法估量的。这起火灾是从距地面460米(该电视塔高540米，仅次于553米高的加拿大多伦多CN塔)高的寻呼台首先燃起，火灾造成6人死亡、6人受伤，而死者中有5名是消防员，其中包括莫斯科市东北区消防局副局长阿尔秋科夫。这场火灾是由于电视塔内部电缆过载发热短路所致，起火后3个小时才关闭电源则导致火势的蔓延。火灾后，覆盖全俄范围的俄国家电视台、电视二台、独立电视台等都被迫停播。俄罗斯内务部通讯系统、莫斯科急救中心的通讯系统也被迫中断，寻呼台通讯设备被毁。2008年9月21日凌晨零零点46分，位于于广东省省深圳市市龙岗区区龙岗街街道深惠惠路立交交桥旁的的舞王俱俱乐部发发生火灾灾事故。。目前，，火灾已已被扑灭灭，已发发现43人死亡、、88人受伤(5人重伤)。初步分分析，事事故原因因为在歌歌舞厅中中演出时时燃放焰焰火引发发火灾。。新华网哈哈尔滨2008年10月9日电9日16时许，哈哈尔滨市市道里区区经纬街街附近的的经纬360大厦（双双子座，，一至四四层连体体）发生生大火。。现场火火势很大大，浓烟烟滚滚。。不时有有高空坠坠物，有有人在四四层楼平平台上等等待援救救。还听听到爆破破的声音音。现场场至少有有7辆救火车车，还有有救护车车。据了了解，这这座大厦厦是新建建的公寓寓楼，该该楼外部部工程都都已完工工，内部部正在装装修。着着火时，，楼内人人基本上上都是施施工人员员。消防防部门查查明，因因工人违违章电焊焊引燃天天棚上的的装修材材料，导导致火灾灾。第7章火火灾自自动报警警和消防防控制系系统7.1主要设备备7.2火灾自动动报警系系统7.3消防联动动控制系系统7.4消防广播播系统7.3火灾自动动报警系系统工程程设计7.5消防专用用电话系系统教学基本本要求：理解消防防系统的的基本概概念；掌握火灾灾探测器器的工作作原理和和适用范范围；理解火灾灾报警控控制器、、消防联联动控制制、智能能消防系系统的相相关内容容。一、火灾的产产生与规规律2.电气气起火。。如用户户随意接接插用电电，线路路超载，，配电线线路受潮潮、老化化、漏电电甚至短短路，变变配电设设备和用用电设备备安放位位置不当当，电气气事故后后迅速引引燃周围围物质等等。3.建筑筑物遭受受雷击。。建筑物产产生火灾灾的原因因很多，，大约有有以下几几种原因因：4.人为为破坏。。1.人员员用火不不慎。如如乱丢烟烟、火柴柴，电焊焊、气焊焊火花跌跌落等引引起可燃燃气、油油料和木木材、化化纤等物物体燃烧烧产生火火灾。概述1.燃烧气体体。物质在在燃烧开开始阶段段，首先先释放出出来的是是燃烧气气体。其其中有单单分子的的CO和CO2等气体、、较大的的分子团团、灰烬烬和未燃燃烧的物物质颗粒粒悬浮在在空气里里。2.烟雾。一般把把人的肉肉眼可见见的燃烧烧生成物物，其粒粒子直径径为0..01～10μm的液体或或固体微微粒称之之为烟雾雾。不管管是燃烧烧气体还还是烟雾雾，它们们都有很很大的流流动性，，能潜入入建筑物物的任何何空间。。这些气气体和烟烟雾有毒毒性，因因而对人人的生命命有特别别大的危危险。据据统计，，在火灾灾中约有有70%%的死亡亡是由于于燃烧气气体或烟烟雾造成成的。燃烧是一一种伴随随有光、、热的化化学反应应。物质质在燃烧烧过程中中一般产产生下列列现象：：对于普通通可燃物物质燃烧烧的表现现形式，，首先是是产生燃燃烧气体体，然后后是烟雾雾，在氧氧气供应应充分的的条件下下，才能能达到全全部燃烧烧，产生生火焰，，并散发发出大量量的热量量，使环环境温度度升高。。起火过过程曲线线如图所所示。4.火焰。火焰是是物质着着火产生生的灼热热发光的的气体部部分。物物质燃烧烧到发光光阶段，，是物质质的全燃燃过程。。此时，，火焰热热辐射含含有大量量的红外外线和紫紫外线。。3.热（温））度。凡是物物质燃烧烧必然有有热量释释放，使使环境温温度升高高。但在在燃烧速速度非常常缓慢的的情况下下，这种种热（温温）度不不容易鉴鉴别出来来。普通可燃燃物质典典型起火火过程曲线a表示烟雾雾气胶浓浓度与时时间的关关系曲线b表示热气气流温度度与时间间的关系系温度烟浓度时间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火灾探测测时，准准备安装装探测器器的房屋屋结构与与高度也也是应考考虑的重重要因素素。这是是由于着着火部位位和探测测器之间间的距离离发生变变化时，，物质燃燃烧产生生的烟、、热和火火焰，会会影响到到探测器器的应用用。从b曲线可知知，火灾灾从开始始阶段到到全部燃燃烧，要要经过一一段时间间。对于于这种燃燃烧速度度缓慢的的初期火火灾，用用感烟探探测方法法最合适适。而且且测量烟烟雾浓度度比测量量温度更更灵敏。。从图中可可知，火火情发展展在多数数情况下下，总是是头两个个阶段（（初起和和阴燃））所占时时间较长长，这是是燃烧的的开始阶阶段。若若要把火火灾损失失控制在在最低限限度，保保证人身身不遭受受伤亡，，火灾探探测应该该从开始始阶段进进行为宜宜。因为为此阶段段尽管产产生大量量的气溶溶胶（燃燃烧气体体）和烟烟雾，充充满了建建筑物内内的空间间，但环环境温度度并不高高，尚未未达到蔓蔓延发展展的程度度。二、火灾探测测的方法法火灾的探探测，是是以探测测物质燃燃烧过程程中产生生的各种种物理现现象为机机理，从从而实现现早期发发现火灾灾这一目目的。因因为火灾灾的早期期发现，，是充分分利用灭灭火措施施、减少少火灾损损失、保保护生命命财产的的重要保保证。世世界各国国对于火火灾自动动报警技技术的研研究，都都致力于于火灾探探测手段段的研究究和实验验，试图图发现新新的早期期探测方方法，开开拓火灾灾自动报报警技术术的新领领域。从物质燃燃烧的基基本规律律出发，，选择合合适的火火灾探测测器来探探测火情情是一个个首要问问题。因因为任何何一个探探测器都都不是万万能的，，都有一一定的环环境适应应性，也也有一定定的局限限性。要要有效地地发挥各各种探测测器的作作用，就就要掌握握各种火火灾探测测器的探探测原理理及其适适用场合合，扬长长避短。。7.1..1火灾探测测器火灾探测测器将火火灾的特特征物理理量，如如温度、、烟雾、、气体和和辐射光光强等转转换成电电信号，，并向火火灾报警警控制器器发送报报警信号号。7.1..1.1火灾探测测器的分分类1、探测区区域分类类法（1）线型：：探测某某一连续续线路周周围的火火灾参数数。软、、硬。（2）点型：：探测某某一点周周围的火火灾参数数。2、探测火火灾参数数分类法法（1）感温：：响应异异常温度度、温升升速率和和温差的的火灾探探测器。。定温火灾灾探测器器：温度达达到或超超过预定定值时响响应。差温型：升温速速率超过过预定值值时响应应。差温&定温型：兼有以以上两种种功能的的火灾探探测器。。（2）感烟：：响应燃燃烧或热热解产生生的固体体或液体体微粒的的火灾探探测器。。能探测测物质燃燃烧初期期所产生生的气溶溶胶或烟烟雾粒子子浓度，，所以又又称“早早期探测测器”。。分为：离子感烟烟探测器器光电感应应探测器器（3）感光：：又称““火焰探探测器””，响应应火焰辐辐射出的的红外、、紫外、、可见光光的探测测器。主要有红外火焰焰型和紫紫外火焰焰型。（4）气体火火灾探测测器：响响应燃烧烧或热解解产生的的气体的的火灾探探测器。。在易燃燃易爆场场合中主主要探测测气体的的浓度，，一般调调整在爆爆炸下限限浓度的的1/5－1/6时报警。。（5）复合式式火灾探探测器：：响应两两种以上上火灾灾参数的的探测器器。主要要有感温温感烟、、感光感感烟和感感光感温温型。（5）复合式式火灾探探测器：：响应两两种以上上火灾灾参数的的探测器器。主要要有感温温感烟、、感光感感烟和感感光感温温型。（6）管道抽抽吸式感感烟探测测器：主主要用在在船舶上上。（7）其他火火灾探测测器：漏漏电流感感应型（（探测漏漏电流大大小）、、静电感感应型（（探测静静电电位位高低））、微差差压型、、超声波波型、激激光感烟烟型探测测器。3、使用环环境分类类法（1）陆用型型：用于于内陆、、无腐蚀蚀性气体体的环境境，使用用温度范范围为－－10℃－＋50℃，相对湿度度在85％以下。。（2）船用型型：舰船船、高温温高湿场场所。在在50℃以上和90％—100％的高湿湿环境中中。（3）耐寒型型：－40℃以下高寒寒环境。。（4）耐酸型型（5）耐碱型型（6）防爆型型4、输出信信号类型型或信号号处理方方式分类类法（1）开关量火火灾探测测器：内部电电路设计计上，设设定一个个报警阈阈值，当当火情达达到一定定值时，，内部电电路翻转转，进入入报警状状态。阈阈值一旦旦设定，，不能调调节。（2）模拟量探探测器：内部电电路将环环境情况况通过通通信方式式传送给给火灾报报警控制制器，通通过控制制器上设设置阈值值来决定定是否报报警。相相对灵活活。（3）智能火灾灾探测器器：内置微微处理器器MCU。通过内内置的火火灾模型型分析程程序对现现场的环环境进行行分析。。（4）编码火灾灾探测器器：报警控控制器需需要在两两根回路路总线上上连接多多个探测测器，便便需要对对每个探探测器设设置一个个地址，，便于控控制器识识别。7.1..1.2火灾探测测器型号号代码编编制在《GA//T227－1999》行业标准准——火灾探测测器产品品型号编编制方法法中有明明确的统统一规定定。1、离子感烟烟式探测测器离子感烟烟式探测测器适用用于点型型火灾探探测。根根据探测测器内电电离室的的结构形形式，又又可分为为双源和单单源感烟式探探测器。。(一)感感烟电离离室感烟电离离室是离子感感烟探测测器的核核心传感感器件，，其工作作原理如如图所示示。电离离室两极极间的空空气分子子受放射射源Am241不断放出出的α射线照射射，高速速运动的的α粒子撞击击空气分分子，从从而使两两极间空空气分子子电离为为正离子子和负离离子，这这样就使使电极之之间原来来不导电电的空气气具有了了导电性性。此时时在电场场的作用用下，正正、负离离子的有有规则运运动，使使电离室室呈现典典型的伏伏安特性性，形成成离子电电流。7.1..1.3火灾探测测器原理理EAm241

α射线

＋＋－－－－主感知区域电离区域P1

P2

单极性电离室结构双极性单极性离子电流Ih

外加电压U饱和电流IsABAˊBˊΔIhΔIh电离室结构和电特性示意图离子感烟烟探测器器感烟原原理：当当烟雾粒粒子进入入电离室室后，被被电离部部分的正正离子与与负离子子被吸附附到烟雾雾粒子上上，使正正、负离离子相互互中和的的概率增增加；同同时离子子附作在在体积比比自身体体积大许许多倍的的烟雾粒粒子上，，会使离离子运动动速度急急剧减慢慢，最后后导致的的结果就就是离子子电流减减小。显显然，烟烟雾浓度度大小可可以用离离子电流流的变化化量大小小进行表表示，从从而实现现对火灾灾过程中中烟雾浓浓度这个个参数的的探测。。电离室可可以分为为单极性性和双极极性两种种。电离离室局部部被α射线覆盖盖，使电电离室一一部分为为电离区区，另一一部分为为非电离离区，从从而形成成单极性性电离室室。由图图可见，，烟雾进进入电离离室后，，单极性性电离室室要比双双极性电电离室的的离子电电流变化化大，相相应的感感烟灵敏敏度也要要高。因因此，单单极性电电离室结结构的离离子感烟烟探测器器更常用用。EAm241

α射线

＋＋－－－－主感知区域电离区域P1

P2

单极性电离室结构双极性单极性离子电流Ih

外加电压U饱和电流IsABAˊBˊΔIhΔIh电离室结构和电特性示意图双源双电电离室结结构的感感烟探测测器，即即每一电电离室都都有一块块放射源源，其原原理如图图所示。。一室为为检测用开室结结构电离离室M；另一室为为补偿用闭室结结构电离离室R。这两个室室反向串串联在一一起，检检测室工工作在其其特性的的灵敏区区，补偿偿室工作作在其特特性的饱饱和区，，即流过补偿偿室的离离子电流流不随其其两端电电压的变变化而变变化。无烟时时，探测测器工作作在A点。有烟烟时，由由于检测测室M中，离子子减少且且离子运运动速度度减慢，，相当于于其内阻阻变大。。又因双双室串联联，回路路电流不不变，故故检测室室两端电电压增高高，探测测器工作作点移至至B点。A点和B点间的电电压增量量△U，即反映了了烟雾浓浓度的大大小。（二）双双源式感感烟探测测原理补偿电离室检测电离室开关电路V1V2回路电压V024VDC电路原理电离电流I无烟时曲线进烟后曲线补偿电离室检测电离室ΔVI1I1ˊV1ˊ电压0V0工作特性曲线V1V2V2ˊ双源式感烟探测器的电路原理和工作特性MR(三)单单源式感感烟探测测原理单源式感感烟探测测器原理理如图所所示。其其检测电电离室和和补偿电电离室由由电极板板Pl、P2和Pm等构成，，共用一一个放射射源。其其检测室室和补偿偿室都工工作在非非饱和灵灵敏区，，极板Pm上电位的的变化量量大小反反映了烟烟雾浓度度的大小小。单源源式感烟烟探测器器的检测测室和补补偿室在在结构上上都是开开室，两两者受环环境温度度、湿度度、气压压等因素素的影响响相同，，因而提提高了对对环境的的适应性性。离子子感烟探探测器按按对烟雾雾浓度检检测信号号的处理理方式的的不同，，可分为为阈值报报警式感感烟探测测器，编编码型类类比感烟烟探测器器以及分分布智能能式感烟烟探测器器。比较放大电路传输电路－＋P1P2Pm单源式离子感烟探测器原理示意图2、光电感烟烟式探测测器光电感烟烟式探测测器的基基本原理理是，利利用烟雾雾粒子对对光线产产生遮挡挡和散射射作用来来检测烟烟雾的存存在。下下面介绍绍遮光型型感烟探探测器和和散射型型感烟探探测器。。(一)遮遮光型感感烟探测测原理遮光型感感烟探测测器具体体又可分分为点型型和线型型两种类类型。1．点型遮光光感烟探探测器：这种探探测器原原理如图图所示。。其中的的烟室为为特殊结结构的暗暗室，外外部光线线进不去去，但烟烟雾粒子子可以进进入烟室室。烟室室内有一一个发光光元件及及一个受受光元件件。发光光元件发发出的光光直射在在受光元元件上，，产生一一个固定定的光敏敏电流。。当烟雾雾粒子进进入烟室室后，光光被烟雾雾粒子遮遮挡，到到达受光光元件的的光通量量减弱，，相应的的光敏电电流减小小，当光光敏电流流减小到到某个设设定值时时，该感感烟探测测器发出出报警信信号。.脉冲信号号输出控制放大电路开关元件光学透镜暗箱光敏二极管发光二极管电源.........2．线型型遮光感感烟探测测器：线线型遮光光感烟探探测器在在原理上上与点型型探测器器相似，，但在结结构上有有区别。。点型探探测器中中发光及及受光元元件同在在一暗室室内，整整个探测测器为一一体化结结构。而而线型遮遮光探测测器中的的发光元元件和受受光元件件是分为为两个部部分安装装的，两两者相距距一段距距离。其其原理如如图所示示。光束束通过路路径上无无烟时，，受光元元件产生生一固定定光敏电电流，无无报警输输出。而而当光束束通过路路径上有有烟时，，则光束束被烟雾雾粒子遮遮挡而减减弱，相相应的受受光元件件产生的的光敏电电流下降降，当下下降到一一定程度度则探测测器发出出报警信信号。在在此，发发射光束束可以是是图所示示的激光光束，也也可以是是红外光光束。·····················脉冲电源激光发生器激光发生器光电接受器脉冲放大及报警激光接受器(二)散散射型感感烟探测测原理烟室发光元件受光元件..........散射型光光电感烟烟探测器器散射型感感烟探测测原理如如图所示示。其中中的烟室室也为一一特殊结结构的暗暗室，进进烟不进进光。烟烟室内有有一个发发光元件件，同时时有一受受光元件件，但散散射型感感烟探测测器不同同的是，，发射光光束不是是直射在在受光元元件上，，而是与与受光元元件错开开。这样样，无烟烟时受光光元件上上不受光光，没有有光敏电电流产生生。当有有烟进入入烟室时时，光束束受到烟烟雾粒子子的反射射及散射射而达到到受光元元件，产产生光敏敏电流，，当该电电流增大大到一定定程度时时则感烟烟探测器器发出报报警信号号。3、感温式探探测器感温式探探测器根根据其对对温度变变化的响响应可分分为以下下二类。。(一)定定温式探探测器双金属片片定温探探测器结构示意意图+-接点双金属片定温式探探测器是是在规定定时间内内，火灾灾引起的的温度达达到或超超过预定定值时发发出报警警响应，，有线型型和点型型两种结结构。其其中线型型是当火火灾现场场环境温温度上升升到一定定数值时时，可熔熔绝缘物物熔化使使两导线线短路，，从而产产生报警警信号。。点型则则是利用用双金属属片、易易熔金属属、热电电偶、热热敏电阻阻等热敏敏元件，，当温度度上升到到一定数数值时发发出报警警信号。。下面对对双金属属片定温温探测器器进行介介绍，其其结构如如图所示示。h+-绝缘物高膨胀金属低膨胀金属接点双金属定定温探测测器圆筒筒状结构构示意图图这种定温温探测器器由热膨膨胀系数数不同的的双金属属片和固固定触点点组成。。当环境境温度升升高时，，双金属属片受热热膨胀向向上弯曲曲，使触触点闭合合，输出出报警信信号。当当环境温温度下降降后，双双金属片片复位，，探测器器状态复复原。(二)差差温式探探测器差温式探探测器是是在规定定时间内内，环境温度度上升速速率超过预定定值时报报警响应应。它也也有线型型和点型型两种结结构。线线型是根根据广泛泛的热效效应而动动作的，，主要感感温器件件有按探探侧面积积蛇形连连续布置置的空气气管、分分布式连连接的热热电偶、、热敏电电阻等。。点型则则是根据据局部的的热效应应而动作作的，主主要感温温器件是是空气膜膜盒、热热敏电阻阻等。图图所示的的是膜盒盒式探测测器结构构示意图图。+-感热外罩膜片接点泄露孔空气室膜盒式差差温探测测器结构构示意图图空气膜盒盒是温度度敏感元元件，其其感热外外罩与底底座形成成密闭气气室，有有一小孔孔与大气气连通。。当环境境温度缓缓慢变化化时，气气室内外外的空气气可由小小孔进出出，使内内外压力力保持平平衡。如如温度迅迅速升高高，与室室内空气气受热膨膨胀来不不及外泄泄，致使使室内气气压增高高，波纹纹片鼓起起与中心心线柱相相碰，电电路接通通报警。。4、感光式式探测器器（二）紫紫外式感感光探测测器（一）红红外式感感光探测测器5、可燃气气体探测测器（一）半半导体型型可燃气气体探测测器（二）催催化型可可燃气体体探测器器五、火灾探测测器的选选用火灾探测测器的选选用应按按照国家家标准《《火灾自自动报警警系统设设计规范范》和《《火灾自自动报警警系统施施工验收收规范》》的有关关要求来来进行。。火灾探探测器的的选用涉涉及到的的因素主主要有火火灾的类类型、火火灾形成成的规律律、建筑筑物的特特点以及及环境条条件等，，下面进进行具体体分析。。(一)火火灾类型型及形成成规律与与探测器器的关系系火灾分为为两大类类：一类类是燃烧烧过程极极短暂的的爆燃性性火灾；；另一类类是具有有初始阴阴燃阶段段，燃烧烧过程较较长的一一般性火火灾。对于第一一类火灾灾，必须须采用可可燃气探探测器实实现灾前前报警，，或采用用感光式式探测器器对爆燃燃性火灾灾瞬间产产生的强强烈光辐辐射作出出快速报报警反应应。这类类火灾没没有阴燃燃阶段，，燃烧过过程中烟烟雾少，，用感烟烟式探测测器显然然不行。。燃烧过过程中虽虽然有强强热辐射射，但总总的来说说感温式式探测器器的响应应速度偏偏慢，不不能及时时对爆燃燃性火灾灾作出报报警反应应。一般性火火灾初始始的阴燃燃阶段，，产生大大量的烟烟和少量量的热，，很弱的的火光辐辐射，此此时应选选用感烟烟式探测测器。单单纯作为为报警目目的的探探测器，，选用非非延时工工作方式式；报警警后联动动消防设设备的探探测器，，则选用用延时工工作方式式。烟雾雾粒子较较大时宜宜采用光光电感烟烟式探测测器。烟烟雾粒子子较小时时由于对对光的遮遮挡和散散射能力力较弱，，光电式式探测器器灵敏度度降低，，此时宜宜采用离离子式探探测器。。火灾形形成规模模时，在在产生大大量烟雾雾的同时时，光和和热的辐辐射也迅迅速增加加，这对对应同时时选用感感烟、感感光及感感温式探探测器，，把它们们组合使使用。(二)根根据建筑筑物的特特点及场场合的不不同选用用探测器器建筑物的的室内高高度的不不同，对对火灾探探测器的的选用有有不同的的要求。。房间高高度超过过12m感烟探测测器不适适用，房房间高度度超过8m则感温探探测器不不适用，，这种情情况下只只能采用用感光探探测器。。在较低温温度的场场合，宜宜采用差差温或差差定温探探测器，，不宜采采用定温温探测器器。在温温度变化化较大的的场合，，应采用用定温探探测器，，不宜采采用差温温探测器器。风速较大大或气流流速度大大于5m／s的场所不不宜采用用感烟探探测器，，使用感感光探测测器则无无任何影影响。对于较大大库房及及货场，，宜用线线型激光光感烟探探测器，，而采用用其它点点型探测测器则效效率不高高。在粉粉尘较多多、烟雾雾较大的的场所，，感烟式式探测器器易出现现误报管管，感光光式探测测器的镜镜头易受受污染而而导致探探测器漏漏报。因因此，在在这种场场合只有有采用感感温式探探测器。。最后要强强调的是是，在火火灾探测测报警与与灭火装装置联动动时，火火灾探测测器的误误报警将将导致灭灭火设备备自动启启动，从从而带来来不良影影响，甚甚至是严严重的后后果。这这时对火火灾探测测器的准准确性及及可靠性性就有了了更高的的要求，，一般都都采用同同类型或或不同类类型的两两个探测测器组合合使用来来实现双双信号报报警，很很多时候候还要加加上一个个延时报报警判断断之后，，才能产产生联动动控制信信号。需需要说明明的是，，同类型型探测器器组合使使用时，，应该是