火灾报警及消防联动系统

火灾报警和消防联动控制系统防火是安全预防的重要组成部分。火灾发生初期规模小，容易镇压，但如果不及时发现并消灭，火势会扩散，造成灾难。因此，通过查明火灾是如何发生的，并采取火灾发生后疏散人员、自动灭火等一系列措施，尽快扑灭火灾，将损失和伤害降到最低，是人类长期追求的一个目标。使用探测器监视火种，火灾发生时申报的设施从19世纪末开始发明，但是现代火灾报警设施是电子技术和微型计算机技术相结合而诞生的。在我国，从70年代开始在大型建筑中使用火灾报警装置，80年代以来我国高层建筑的出现，火灾报警和消防联动控制技术有了很大发展。一个火灾报警系统通常由四部分组成：火灾探测报警装置、火灾报警装置、火灾报警装置和电源。复杂的系统还必须包括消防设备的控制系统。火灾检测报警器是响应火灾参数(如烟雾、温度、火焰发射、气体浓度等)并自动生成火灾报警信号的设备。根据响应火灾参数，火灾探测器分为五种基本类型：温度、烟雾、感光、气体火灾探测器和复合火灾探测器。传统的火灾探测器在检测参数达到一定值时发出警报，通常被称为阈值火灾探测器(或开关火灾探测器)，但是最近几年出现了一种模拟火灾探测器，这是检测到的火灾参数值的模拟信号或相应的数字音量信号，而不是开关信号。没有阈值，等于一个传感器。另一种类型的火警设备是手动按钮，发现火灾的人手动发出警报。火灾报警装置用于接收、显示和传递火灾报警信号，释放具有控制信号和其他辅助功能的控制装置。其中，火灾报警控制器是自动火灾报警系统的核心部分，它可以为火灾探测器供电，接收、显示和传输火灾报警信号，并对自动火灾设备产生控制信号。火灾报警控制器可根据用途分为三种基本类型：区域火灾报警控制器、集中式火灾报警控制器和通用火灾报警控制器。近年来，随着火灾检测和报警技术的发展和仿真、总线系统、智能火灾检测报警系统的逐步应用，火灾报警控制器在很多情况下不再分为区域、集中和一般三种类型，统称火灾报警控制器。火灾报警设备还包括中继器、区域监视器、火灾指示盘等设备，可以看作火灾报警控制器的进化或补充，在特定条件下适用，并与火灾报警控制器一起属于火灾报警设备。火灾报警装置是与周围环境相区别的发光的自动火灾报警系统的火灾报警装置。它以特殊的声音、光等信号向警告地区发送火灾警报信号，警告人们安全撤离、灭火灾难对策等。自动火灾报警系统中，接收火灾报警信号后可以自动或手动启动相关消防设备并显示其状态的设备称为火灾控制设备，主要包括接收火灾报警控制器控制信号的自动灭火系统控制设备、室内消防栓系统控制设备、烟雾控制和空气调节通风系统控制设备、常开消防门、火灾快门控制设备、电梯倒带控制设备和火灾应急广播、火灾报警设备、火灾应急照明和疏散标志等。消防控制设备通常安装在消防控制中心，以便进行集中综合控制。还有一些消防控制设备安装在被起诉的消防设备所在的现场，但其动作信号必须返回消防控制中心，以实现集中和分散相结合的控制方式。自动火灾警报和消防控制系统应使用消防电源，后备电源应使用电池。图4-1是典型火灾报警和消防联动系统的框图。图4-1火灾报警和消防联动系统方框图4.2物质燃烧过程和规则燃烧是伴随着光、热和烟现象的化学反应。火焰燃烧的发生需要4个充分的条件：一定量的可燃物和氧、温度、未抑制的连锁反应。可燃物根据物理状态可以分为三类：气体可燃物、液体可燃物和固体可燃物。但是在化学上，可燃物都是不达到最高氧化状态的物质。特定物质能否进一步氧化燃烧取决于其化学性质。任何由碳和氢组成的物质都可以氧化燃烧。有些元素物体，例如磷，也可以在空气中燃烧，但大多数可燃物含有一定比例的碳和氢。氧主要指空气中的自由状态氧。任何化合物中的氧气在燃烧过程中释放后就会燃烧。热是可燃物和氧气反应的能量来源，其外形表现为温度。燃烧可以是点燃空气中可燃物的火焰，也可以是可燃物加热到燃点后自然点燃的火焰。不同物质的燃点温度不同。大多数火焰燃烧都有连锁反应。当某些可燃物被加热时，它不仅会汽化，而且其可燃物的分子在燃烧前会分解成热分解作用，即更简单的分子。这些分子中一些原子之间的共价键经常破裂，产生自由基，它是一种非常活跃的化学形态，与其他自由基或分子反应，使燃烧持续的连锁反应。了解燃烧过程后，你会发现预防火灾和扑灭火灾的基本措施是消除四个条件中的一个或多个，防止燃烧发生或持续。一般的可燃物在燃烧过程中首先产生燃烧气体，然后用烟雾在氧气充足的条件下才能达到整个燃烧，产生火焰，释放大量的热量，从而提高环境温度。火灾探测器是在燃烧过程中利用烟雾、发光、发热、气体浓度增加等现象预测火灾。图4-2是可燃物的典型火灾过程。从图中可以看出，火的发展在初发和阴燃两个阶段所占用的时间比较长，这是燃烧的开始阶段。要尽量控制火灾的危害，避免人员伤亡，火灾探测首先必须能够从一开始就报警。因为在这个阶段发生的很多气溶胶和烟雾充满了建筑物内火灾部位的空间，但是环境温度不高，达不到扩散和发展的程度，很容易镇压。从曲线上也可以看到，火灾从开始到全部燃烧需要一些时间。在这种燃烧速度慢的火灾初期，最适合用烟雾探测。而且，测量气溶胶比测量温度更敏感。烟雾探测器可以在火灾初期的短时间内做出反应，发出火灾警报信号，温度检测，感光检测器可以长时间反应到整个燃烧阶段。图4-2一般可燃物的火灾过程火灾发生后，不仅因火灾现场高温高烧而造成的人命财产损失，一氧化碳、二氧化碳、丙烯醛、氯化氢、二氧化硫等有毒气体比火灾先通过火灾，然后通过走廊、管道井、楼梯井蔓延到建筑物，建筑物内的人员伤亡比火焰还大。因此，消防联动系统在收到火灾报警信号后，除了启动自动灭火系统外，还要启动烟雾控制系统，切断有毒气体和紧急出口，尽快从建筑物中排除。图4-3为在不关闭门窗的情况下有毒烟气在层内流动的情况下，以0.5m/s 0.7m/s的速度横向扩散，以2m/s 3m/s的速度从楼梯间上升。启动烟雾控制系统可以有效地防止有毒烟雾在建筑物内的扩散。图4-3火灾时不关闭门窗烟雾的建筑内部流动4.3火灾探测器火灾探测器可以根据火灾探测参数分为烟雾探测型、温度感应型、感光型、可燃气体探测型和复合型五种主要类型。烟雾探测器可以对燃烧时产生的固体或液体粒子做出反应，检测物质初始燃烧所产生的气溶胶或烟雾粒子浓度。气溶胶或烟雾粒子可以减少探测器电离室的离子电流、改变亮度、改变空气电容器的介电常数或改变半导体的某些特性，因此烟雾火灾探测器可以分为离子、光电、容量或半导体。温度感应火灾探测器响应异常温度、温升速度和温差等火灾信号。结构简单，与其他种类的探测器相比可靠性高，但灵敏度低。常用的温度类型(环境温度达到或超过设置值时响应)、温度差异(环境温度上升率超过预设值时响应)和温度差异类型(温度差异和温度设置功能)。热感应火灾探测器使用的敏感组件主要有热敏电阻、热电偶、双金属、可溶性金属、薄膜盒和半导体材料等。光敏火灾探测器也称为火焰检测器，主要对火焰发出的红外线、紫外线和可见光作出反应。常用的是红外火焰类型和紫外线火焰类型。煤气火灾探测器主要用于在易燃易爆场所检测可燃气体、灰尘的浓度，一般根据爆炸浓度的1/5至1/6调整动作警报。主要传感元件包括铂丝、铂钯及金属氧化物半导体等。可燃气体探测器主要用于厨房、煤气储备室、车库、溶剂库等易燃气体存在的地方。复合火灾探测器是能够响应两个或多个火灾参数的火灾探测器，主要有热感应烟雾类型、感光烟雾类型、感光温度类型等。探测器按结构造型分类可以分为点形和线型两类。4.3.1离子烟雾探测器离子感烟探测器是目前应用最广泛的探测器之一。这是利用烟雾粒子改变电离室的电离电流的原理制成的。如图4-4所示，两个极板分别在电的两极和电极之间放置alpha粒子辐射源镨-241，持续释放粒子，粒子高速运动撞击极板之间的空气分子，将空气分子电离到正离子和负离子(电子)中，使电极之间的原始电具有导电性，使此过程成为可能的装置称为离子室。在电场作用下，阳离子和阳离子有规律的运动形成离子电流。火灾发生时，当烟雾粒子进入电离室时，电离产生的正离子和负离子会吸附在烟雾粒子上，从而增加正离子和正离子相互中和的概率，从而减少到达电极的有效离子数量。另一方面，由于烟雾粒子的作用，线被切断，电离能力下降，电离室内产生的阳离子和阳离子的数量也减少，两者都减少了电离电流，只要能检测离子电流的变化，就能检测到是否发生火灾。图4-4离子感烟探测器工作原理图4-5显示了双源烟雾探测器的电路原理和工作特性，开关室结构的传感电离室和闭合室结构的补偿电离室反向连接。由于烟雾作用而减少离子电流的检测室在相应室板之间的等效阻抗增加，并且补偿室板之间的等效阻抗保持不变的情况下，应用于两个电离室的电压分压U1和U2发生变化(见图4-5(b)。没有烟的情况下，两个电离室电压分压u1，U2均为12V，当烟雾导致传感室的电离电流减少时，等效阻抗增加，U1减少到U1，U2增加到U2 ，U1 U2=24v。开关电路检测到U2电压，U2增加到特定值时，开关控制电路行为，发送报警信号，将此信号发送到报警器，实现了自动火灾报警。在前面的例子中，两个电离室各有一个叫双源离子烟雾探测器的alpha离子发射源。该探测器在我国大量生产，广泛使用。但是目前，单源双腔离子感烟探测器正在慢慢取代双源双腔感烟探测器。单源离子感烟探测器与双源类型基本相同，但结构形式不同。图4-6是单源双腔离子感烟探测器的结构和操作特性图。单源双腔烟雾探测器的检测电离室与参考电离室的比例大不相同，补偿室小，检测室大。两间房基本开放，气流相通。探测室与大气相通，而补偿室通过探测室与大气间接连接。两个房间共享放射源，图4-5双源烟雾探测器电路原理及工作特性图4-6单源双腔离子感烟探测器电路原理及工作特性辐射源发出的阿尔法射线首先通过基准电离室，然后通过位于两个房间中间电极上的小孔进入探测室。两个房间的空气部分电离，各自形成空间电荷区域。辐射源的活动是恒定的，中间电极上的小孔面积也是特定的，小孔进入探测室的离子也是特定的，正常情况下不受环境影响，因此电离室的电离平衡是稳定的，图(b)是用于检测电离室特性曲线的参考电离室的特性曲线。交点处的电压Uo是中间电极对接地电压，Ui是内部电极和中间电极之间的电位差。Uo Ui=US。发生火灾时，烟雾粒子进入感应电离室，因此探测室空气的等效阻抗增加，操作特性变为曲线，参考电离室的操作特性保持不变。中间电极的对接地电压更改为交点处相应的电压Uo1，Uo1明显增加，Ui1减小，Uo1 Ui1=US。中板检测电压Uo的变化量 u，在超过阈值时生成火警信号。与双源双室离子感烟探测器相比，单源双室离子感烟探测器具有以下几个优点：(1)两个电离室位于相互连接的空间，因此，如果两者的比例合理，则可以根据火灾发生时烟雾顺利进入检测室的快速警报和环境变化，防止两个房间同时发生参数不一致。工作稳定性好，环境适应性强。不仅能很好地适应温度、湿度、气压、气流等环境因素的缓慢变化，还能更好地适应快速变化，提高湿气、温度抵抗力。(2)提高粉尘和污染防治能力。灰尘轻微沉积在放射源的有效释放面上，当辐射源释放的粒子的能量强度发生显着变化时，引起工作电流的变化，补偿室和检测室的电流都发生变化，检测室的分压变化不明显。(3)普通的双源双室离子感烟探测器通过调节电阻来调节灵敏度，而单源双室离子感烟传感器通过改变辐射源的位置来改变电离室的空间电荷分布。也就是说，源电极和中间电极的距离连续调整，使检测室的静态分压更容易改变，灵敏度控制更容易。这种灵敏度调整连续简单，有利于检测器响应阈值的一致性。(4)克服了比单源双腔(单源双腔)更弱的一个alpha辐射源、双源双腔辐射源强度减少一半、双源双腔两个辐射源匹配困难的缺点。4.3.2光电感烟探测器光电感烟探测器可以根据烟雾对光的吸收和散射作用分为散射和光敏两种类型。1.散射光光电感烟探测器图4-7是散射光光电烟雾检测原理的示意图。没有烟的时候，发光元件发出的恒定波长的光线直接照射到发光源对应的暗室壁上，但安装在侧壁上的光感受器却感觉不到光。但是着火的时候，进入了探测到烟的暗室。光在前进过程中不规则分布的烟雾粒子上发光产生散射，由于散射光的不规则性，部分散射光照射到接收管上，显然，烟雾粒子越多，接收光机关接收到的散射光越强，产生的光电信号就越强。当延迟粒子的浓度达到一定值时，散射光的能量足以产生一定大小的激发电流，并可用于激励外部电路发出火灾信号。图4-7散射光光电烟雾检测电路图散射光烟雾探测器仅适用于在光线暗室中发光元素和受光元素的角度在90 135之间时，角度越大，灵敏度越高的点探测器结构。很容易看出散射光光电烟的本质，使用宽系统集作为传感器，以电的形式表达和利用火灾产生的烟对光特性的影响。由于光学元件寿命有限，特别是发光元件在电-光转换中使用间歇供电方式，使用一次振荡电路，发光元件可以产生间歇脉冲光。一般发