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第8章 火灾自动报警与联动 第一部分

第8章火灾自动报警与联动

控制系统

分三大部分讲解:

一是火灾现象产物和探测现状

二是自动报警与联动控制系统

二是火灾探测与防范新技术

消防联动系统平台

有关规范

火灾自动报警系统是智能建筑的一个非常

重要的组成部分,不可缺少,其设计必须

严格遵循我国有关规范:

GB 50045《高层民用建筑设计的防火规范》 GBJ16《建筑设计防火规范》

GB50116《火灾自动报警系统设计规范》

第一部分

火灾现象产物及

火灾探测技术历史现状

基本概念及定义

火灾

火灾探测与控制(防范)工程 火灾探测器 火灾是火在空间和时间上失去控制而蔓延的一种灾害性燃烧现象

建筑火灾最为普遍,损失最大

按场所分类

城镇火灾

野外火灾

厂矿火灾

民用建筑火灾

工厂仓库火灾

交通工具火灾

火灾定义

火灾灾害及其损失

0510152025301990年

1992年

1994年

1996年

1998年

2000年

2002年

火灾发生次数(万次)火灾财产损失(亿元)火灾死亡人数(千人)

我国近年来火灾发生次数及人员财产损失

处理控制部分

报警灭火设备

完成信息处理与非火灾信号识别控制灭火设备

火灾探测与控制工程

检测、监测与探测的区别

检测是指在某一时间对某一具体物理参量进行测量;

监测是指长年累月对某一具体物理参量进行测量;

探测是指长年累月,在众多物理参量中对某一具体物理参量进行信号提取,算法识别,进而达到对某一物理参量进行探测的目的。

信号采集与处理

传感器技术

自动控制

火灾学

火灾探测与控制

火灾探测与控制是一门交叉学科

火灾探测

火灾探测器(fire detector)

对火灾参量作出有效反应,并通过敏感元件及转换元件将表征火灾参量的物理量转化为电信号,送至火灾报警控制器的器件.咦?好象不是骨头香,莫非又起火了?我再闻闻,这回好象不是消防实验室做实验呢......

真的起火

了,逃命啊.....

火灾现象及产物

建筑火灾发展过程特点

火灾烟雾、热量、气体、火焰参量

室内火灾温度-时间曲线

建筑火灾过程特点

问题:

建筑火灾的主要特点?

消防系统有那些主要内容?

建筑火灾过程特点

火灾产物信号相对值

热解 阴燃 有焰火 剧烈燃烧 熄灭

时间

温度信号

烟雾信号产生火焰

产生气体

室内火灾产物-时间曲线

建筑火灾过程特点

热解阶段产物(pyrolysis)

CO 、CO 2等气体

直径为0.001~0.05um 的烟雾固体颗粒,不可见烟

热量释放较低

阴燃阶段产物(smoldering)

CO 、CO 2等气体更多

直径0.3~1.0um 烟雾固体颗粒,大量可见烟雾

有一定热量,有烟气羽流

建筑火灾过程特点

有焰火和放热阶段产物

CO 、CO 2等气体大量释放(不完全燃烧减少)

通常烟雾颗粒粒径减小,烟雾浓度降低(参考”火灾学简明教程”P 265)

烟气温度显著升高,产生火焰,并形成强浮力羽流

充分发展阶段及熄灭阶段

释热最大,温度最高,火焰最强

达到轰燃,对建筑结构等造成严重破坏

随后燃料耗尽,烟气减少,温度下降

火灾参量

火灾伴随现象

火灾早期阶段如

阴燃主要有烟雾,

气体产物,热量

火灾发展阶段有

火焰,热辐射,燃

烧音,烟雾,气体

产物,热量

火灾参量

火灾探测参量

火灾探测判据

烟雾颗粒

气体

火焰

热量(温度)

燃烧音

火灾探测器分类

火灾探测器的工作实质是将火灾中出现的质量流(可燃气体、燃烧气体、烟颗粒、气溶胶)和能量流(火焰光、燃烧音)等物理现象的特征信号,利用传感元件进行响应,并将其转换为另一种易于处理的物理量;

火灾参量 火灾探测参量表现形式

火灾探测器的分类

重点介绍感烟和感温探测器原理

1 感烟探测器

感烟探测器smoke detector

感烟探测器

火灾烟雾的属性特征

火灾烟雾(烟气)定义

燃烧产生的由多相物质组成的气溶胶(aerosol),通常包括可燃物热解或燃烧产生的气相燃烧产物、卷吸进去的大量空气、未完全燃烧的液、固相分解物和微小颗粒。《热灾害实验诊断方法》

Smoke. The airborne solid and liquid particulates and gases evolved when a material undergoes

pyrolysis or combustion, together with the quantity of air that is entrained otherwise mixed into the mass.(NFPA 92B 2000Edition )

感烟探测器

火灾烟雾的属性特征

烟颗粒是指人的肉眼可见的燃烧生成物,其粒子直径为0.01~10μm 液体或固体微粒。烟雾具有很大的流动性,它能潜入建筑物的任何空间。烟雾具有毒性,它对人的生命具有特别大的威胁。火灾中约有70%的死者是由于燃烧气体或烟雾窒息造成的。

绝大多数物质在燃烧的开始阶段,首先产生烟雾,因此要实现早期发现火灾,减少火灾损失,在通常情况下利用感烟式火灾探测器会有良好效果。这种探测器可探测70%以上的火灾。感烟火灾探测器是目前世界上应用最普遍、数量最多的探测器。

感烟探测器

火灾烟雾的属性特征

火灾烟雾的属性特征

感烟探测器

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

l n N

ln(R g /d p )

D =1.17 k =8.89

I S

I

工作原理图(双极电离室)

?在离子感烟火灾探测器中,利用同位素放射源,使电离室内的空气产生电离,使电离室在电子电路中呈现电阻特性

?当烟雾进入电离室后,改变了空气电离的离子数量,粒子俘获,电离电流减小,极间阻值增大

感烟探测器

光电感烟探测器

线型

保护面积大,通常用于大厅、仓库等场合;

接收单元与发射单元距离在1-200m,减光率达到10%-70%时,接收单元发出火灾信号;

在使用红外光束时,视场角为0.005rad,而使用激光光束时,视场角可以减小。

发射 接收

感温探测器

概念感温探测器是对监视范围内某一点或某周围的温度参数(异常高温或异常升温速率)敏感响应的一种火灾探测器,

发展历史 1890年第一个感温探测器在英国研制成功,1896年几种不同类型的定温探测器在英格兰办公署出版的保险手册中作了介绍。感温探测器能够有效探测到火灾产生的热量并自动报警,标志着人类火灾探测技术的正式诞生,并从此开创了火灾自动探测报警技术的新纪元。

20世纪初,定温探测器得到了改进和发展,利用双金属的探测器已发展为两种类型,即双金属片式和双金属弹簧圆盘式,采用低熔金属的新型探测器也被研制出来,这种探测器受热后,低熔金属被熔化,弹簧动作,接点闭合而发出火灾报警信号。 空气管式探测器分点型和线型两种,它的受热元件是空气管,当空气管和与之相连接的膜盒内的空气受热膨胀时,挤压膜盒,闭合接点,发出火灾报警信号,这种结构一直沿用到现在。

机械式差温探测器是利用粗细各异的金属棒膨胀延伸长度不同的原理而研制的,该探测器采用了两根直径不同的金属棒,当升温速率达到8℃/min时,细棒比粗棒膨胀伸长快,先到达端点,并击落门闩,降落的门闩打碎玻璃柱阀门,水或空气在一定压力下释放出来,从而发出机械音响实现报警。此种装置稳定可靠,但不太实用,因而使用时间不长便停用了。 此外,还相继研制出了双金属差温探测器、膜盒差温探测器、热敏电阻差温探测器、半导体差温探测器等。之后,人们又将差温和定温两种功能组合在一起,研制出了兼有差温、定温两种功能的感温探测器,即差定温探测器。

感温探测器是最早出现的火灾探测器,在很长一段历史时期一直处于主导地位。直至20世纪50年代,离子感烟探测器开始出现,人们发现其探测火灾的速度比感温探测器要快得多,离子感烟探测器得以广泛推广应用,感温探测器的垄断地位才被打断。 在各类火灾探测器中,感烟探测器尽管在大都数情况下都比较适用,但在一些正常情况下有粉尘污染和水蒸气较多的场所,常规感烟探测器大都无法实现火灾探测,感温探测相对于感烟探测等其它探测方法,有更好的优越性及可靠性。

各类液体火灾和气体火灾均没有热解和阴燃阶段,如酒精火灾发生时,直接骤然产生火焰和大量的热量,而不产生大量的烟雾,因此感温探测器无疑是最佳选择。 在电力、石化及冶金行业,其部分系统设备长期运行在一定温度范围,一旦温度变化出现异常即意味着系统发生危险,火灾可能性增加,并可能对人员生命及财产带来巨大的威胁,如电力系统的隧道输电电缆、高压闸刀触头接点,冶金系统的锅炉设备,石化行业的焦化炉、储油罐等,对这些设备部分进行温度监测可以有效地早期防止火灾事故发生。

另外,利用感温探测技术与感烟探测、气体探测相互融合,将不同阶段发展的火灾信息进行有机结合,形成复合探测技术,可以有效地排除灰尘、蒸汽等的干扰,对不同类火灾均能实现可靠探测,从而扩大火灾探测的范围,减少火灾探测的误报与漏报。 因此,尽管感温探测器在现代所有火灾探测器中的使用量只占10%~20%左右的比例,但针对一些特殊火灾和一些特殊场所,以及火灾复合探测技术发展的需要,感温探测器仍具有很强的生命力,仍占据着一席之地。

感温探测器heat detector 火灾探测过程(函数)

在火灾发生时, 安装在建筑物内房间顶部附近的

火灾探测器将接收到一个火灾信号FS0。这个火

灾信号与燃烧的物质种类即火灾参数f(t) 、火

灾的发展过程即时间t 、测量火灾信号地点所在

的坐标位置(x,y,z) 以及稳固的环境条件即环

境噪声n(t)等有关。对于火灾探测器外部火灾信

号FS0的测量过程是, 探测器的敏感元件至少可

与物质燃烧过程中产生的一个火灾参数起作用

( 如感温元件受火灾气流的热效应作用、电离室

受燃烧产物烟粒子的吸附作用等), 并在探测器

内部发生物理量或化学量的转换, 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, 或者不经过判断直

接将数据处理获得的模拟量信号传输给火灾报警

控制器。

火灾探测器的工作原理可用图2-2表示。一般

来讲, 火灾探测器由火灾参数传感器或测量元

件、探测信号处理单元和火灾判断电路组成。 火灾信号FS0必须借助物理或化学作用, 由火

灾参数传感器或测量元件转换成某种测量值M,

经过测量信号处理电路产生用于火灾判断的数据

处理结果量Y, 最后由判断电路产生开关量报警

信号S。对于直接产生模拟量信号的火灾探测

器而言, 火灾传感器输出的测量信号M 是经过

信号处理电路直接数据处理后, 产生模拟量信

号Y 并传输给火灾报警控制器, 最终由火灾报

警控制器实现火警判断功能。

火灾探测算法

5.2 火灾探测器的主要技术性能参数

无论何种火灾探测器, 要正确的选用和布置必须

要了解它们的主要技术性能参数。

(1) 工作电压和允差

探测器的工作电压又称额定电压, 是探测器长期

正常工作所需的电源电压, 一般多为直流24V, 也

有12V 的产品。允差是指探测器长期正常工作允

许的电压波动范围值,一般为额定电压的±15% 。

显然允差值越大, 则探测器适应电压变化的能力

也越强。由于各个探测器总是处于整个消防系统

的不同位置。考虑线路电压降落后, 各探测器实

际的受电电压总是不同的。因此要求探测器具有

较大的允差。

(2) 监视电流

它是指火灾探测器处于警戒状态时正常工作的电流, 又称警戒电流。由于探测器工作电压为定值。监视电流愈小则能耗愈小。目前产品的监视电流已由原来的毫安级降至微安级。

(3) 报警电流和最大报警电流

报警电流是指探测器动作报警所需的工作电流(mA), 最大报警电流是指探测器处于报警状态时允许的最大工作电流。显然允差与报警电流限制了探测器距报警控制器的安装距离, 以及报警控制器每个回路允许并接的最大探测器数量。

5.4 火灾探测器的选择

火灾探测器的选择显然首先应根据探测区域内可能发生的火灾的形成过程来考虑, 原则是正确地给出早期预报。当然在选择火灾探测器时, 还应结合环境条件、房间高度以及可能引起误报的因素综合进行考虑。 ①火灾初期引燃阶段能产生大量的烟和少量的热, 很少或没有火焰辐射, 应选用感烟探测器。

下列场所宜选用离子感烟探测器或光电感烟探测器:

a) 大厦、商场、饭店、旅馆、教学楼的厅堂、办公室、库房、客房等;

b) 电子计算机房、通讯机房、配电房、空调机房、水泵房及其他易产生电气火灾的电气设备机房;

c) 书库、档案库、资料库、图书馆、博物馆等;

d) 楼梯阔、前室和走廊通道。 有下列情形的场所, 不宜选用离子感烟探测器:

(a) 相对湿度大于95%;

(b) 气流速度大于5m/s;

(c) 有大量粉尘、水雾滞留;

(d) 可能产生腐蚀性气体;

(e) 在正常情况下有烟滞留;

(f) 产生醇类、醚类、酮类等有机物质。

有下列情形的场所, 不宜选用光电感烟探测

器:

(a) 可能产生黑烟;

(b) 大量积聚粉尘;

(c) 可能产生蒸汽和油雾;

(d) 存在变频电磁干扰;

(e) 大量昆虫活动的场所。 感烟探测器的灵敏度级别应根据火灾初期燃烧特性、使用性质、环境特征以及安装高度等因素正确确定。

②火灾发展迅速, 产生大量的热、烟和火焰辐射, 可选用感温探测器、感烟探测器、火焰探测器或其组合, 或复合探测器。

下列情形或场合宜选用感温探测器:

(a) 相对温度经常高于95%;

(b) 可能发生无烟火灾;

c) 有大量粉尘;

(d) 在正常情况下有烟和蒸汽滞留;

(e) 厨房、锅炉房、发电机房、烘干房、茶炉房等;

(f) 汽车库;

(g) 吸烟室, 小会议室

(h) 其他不宜安装感烟探测器的厅堂和公共场所。 《火灾报警控制器通用技术条件》GB4717-93(doc 38)

中华人民共和国国家标准

火灾报警控制器

通用技术条件GB4717-93

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1主题内容与适用范围

本标准规定了火灾报警控制器的产品分类、技术要求、试验方法和标志。

本标准适用于一般工业与民用建筑中安装的火灾报警控制器。其他环境中安装的火灾报警控制器,除特殊要求应由有关标准另行规定外,亦应参照本标准。

2 引用标准

GB l56 额定电压

GB 2423.1 电工电子产品基本环境试验规程试验A:低温试验方法

GB 2423.2 电工电子产品基本环境试验规程试验B:高温试验方法

GB 2423.3 电工电子产品基本环境试验规程试验Ca:恒定湿热试验方法

GB 2423.5 电工电子产品基本环境试验规程试验Ea:冲击试验方法

GB 2423.10 电工电子产品基本环境试验规程试验Fc:振动(正弦)试验方法

GB 6113 电磁干扰测量仪

3 产品分类

3.1 火灾报警控制器按其容量可分为:

a. 单路火灾报警控制器;

b. 多路火灾报警控制器。

3.2 火灾报警控制器按其用途可分为:

a. 区域火灾报警控制器;

b. 集中火灾报警控制器;

c. 通用火灾报警控制器。

3.3 火灾报警控制器按其使用环境可分为:

a. 陆用型火灾报警控制器;

b. 船用型火灾报警控制器。

3.4 火灾报警控制器按其结构型式可分为:

a. 台式火灾报警控制器;

b. 柜式火灾报警控制器;

c. 壁挂式火灾报警控制器。

5.5 火灾自动报警系统的发展 传统火灾自动报警系统与现代火灾自动报

警系统

增强系统可靠性是现在火灾探测报警技术的发展方向。

智能

第三部分再详细讲解

智能式火灾探测报警系统

分三类:

一是探测智能

二是监控智能

三是探测智能和监控智能兼有。

机器人智能报警系统。

火灾探测技术研究历史及现状

研究历史 研究现状

火灾探测技术研究历史及现状

研究历史

初始阶段

1847年美国牙科医生Channing 和缅因大学教授Farmer 研究出了世界上第一台用于城镇火灾报警的发送装置,1890年英国研制成功了第一个感温式火灾探测器

19世纪40年代至20世纪40年代

感温探测器处于主导地位。灵敏度比较低,探测火灾的速度比较慢,尤其是对阴燃火不响应

20世纪50年代至70年代

瑞士物理学家Ernst Meili 制造出了现代离子感烟探测器的雏形,离子探测器开始占主导地位

20世纪80年代后

高寿命的光电元件技术取得突破,光电感烟探测器应运而生。火灾探测技术与其他技术开始了更广泛的交叉和结合

研究现状

当前火灾探测技术主要有纵向延伸和横向延伸两个研究发展方向,纵向延伸即发现新的传感技术、新的火灾识别模式、火灾判据及基于此的火灾探测器;

横向延伸即通过与其它学科技术交叉,发展现有探测方法技术,改进信号采集和处理方法从而改善加强系统性能。

火灾探测技术研究历史及现状

火灾探测技术研究历史及现状

研究现状

纵向延伸(探测基理及新型探测器研究)

离子探测技术和光电感烟探测技术是目前火灾探测中应用最广泛的技术,但是它们都有一定局限性;

烟温复合,光电离子复合,离子、气体复合探测器等优势互补的复合探测器技术应运而生,并成为以后火灾探测技术发展的主流方向之一;

对火灾气体、火焰、烟气、燃烧音等特征现象规律进行研究,新的火灾探测识别判据研究及新型火灾探测器研制也得到相应发展。

火灾探测技术研究历史及现状

研究现状

横向延伸(学科交叉及技术融合研究)

20世纪90年代后,火灾探测技术与人工智能、自动化和信号处理技术等学科技术的广泛交叉融合推动了其自身发展。 人工智能技术的应用

将神经网络和模糊逻辑等智能算法应用到火灾探测技术,火灾探测系统不再单一依靠开关量信号,而是反映火灾特征及环境特征的模拟量,从而大大提高了现有火灾探测系统的灵敏度与可靠性。

与其它相关学科的融合

火灾探测技术在与其它技术的融合中得到不断的发展,如图像处理技术加强了火灾火焰及火灾烟雾的辨识能力,统计方法提高了传统感烟探测器的可靠性等等。

火灾探测技术研究历史及现状

研究现状

主要研究机构或单位z 国外

(1)美国NIST :探测基理研究,探测器开发,法规制定,研究全面;

(2)德国Duisburg University :研究较为全面,多次召开国际火灾探测会议(AUBE);

z 国内

(1)华中理工大学:算法处理

(2)中国科大火灾实验室:大空间探测

(3)以及沈阳消防科学研究所:产品检验及法规制定。

相关文献及会议

参考文献及国际会议

参考文献

书籍:

1.吴龙标,袁宏永《火灾探测与控制工程》,合肥:中国科大

出版社,1999

2.王殊,窦征. 《火灾探测及其信号处理》,武汉:华中理工

大学出版社,1998.

3.吴龙标,方俊,谢启源. 《火灾探测与信息处理》,北京:

化工出版社,2006.

4.其它传感器原理应用等书籍,如《光电检测技术》

期刊杂志:

1火灾科学,消防科学与技术,传感技术学报,自然灾害学报2Fire safety journal,NIST论文集

https://www.doczj.com/doc/8b7273623.html,/bfrlpubs/)

参考文献及国际会议

国际会议

International Conference on Automatic Fire

Detection ("AUBE '‘)(AUBE’01,AUBE’04)

国际火灾会议

Symposium of the International Association for Fire Safety Science

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