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1、第五章火灾自动报警和消防控制系统第一节概述第二节火灾探测器第三节火灾报警控制器第四节消防设施的联动控制消防系统教学基本要求：理解消防系统的基本概念；掌握火灾探测器的工作原理和适用范围；理解火灾报警控制器、消防联动控制、智能消防系统的相关内容。消防系统设计依据及相关规范、标准火灾自动报警系统设计规范GB50116-1998建筑设计防火规范GB50016-2006高层民用建筑设计防火规范GB50045-1995（2005年版）自动喷水灭火系统设计规范GB50084-2001（2005年版）民用建筑电气设计规范JGJ16-2008火灾自动报警系统施工验收规范GB50166-2007消防系统一、火灾的
2、产生与规律2.电气起火。如用户随意接插用电，线路超载，配电线路受潮、老化、漏电甚至短路，变配电设备和用电设备安放位置不当，电气事故后迅速引燃周围物质等。3.建筑物遭受雷击。建筑物产生火灾的原因很多，大约有以下几种原因：4.人为破坏。1.人员用火不慎。如乱丢烟、火柴，电焊、气焊火花跌落等引起可燃气、油料和木材、化纤等物体燃烧产生火灾。第一节概述消防系统1.燃烧气体。物质在燃烧开始阶段，首先释放出来的是燃烧气体。其中有单分子的CO和CO2等气体、较大的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气里。2.烟雾。一般把人的肉眼可见的燃烧生成物，其粒子直径为0.0110m的液体或固体微粒称之为烟雾。不管是燃
3、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。燃烧是一种伴随有光、热的化学反应。物质在燃烧过程中一般产生下列现象：4.火焰。火焰是物质着火产生的灼热发光的气体部分。物质燃烧到发光阶段，是物质的全燃过程。此时，火焰热辐射含有大量的红外线和紫外线。3.热（温）度。凡是物质燃烧必然有热量释放，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。消防系统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
4、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。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。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。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
5、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。消防系统普通可燃物质典型起火过程曲线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消防系统二、火灾探测的方法火灾的探测，是以探测物质燃烧过程中产生的各种物理现象为机理，从而实现早期发现火灾这一目的。因为火灾的早期发现，是充分利用灭火措施、减少火灾损失、保护生命财产的重要保证。世界各国对于火灾自动报警技术的研究，都致力于火灾探测手段的研究和实验，试图发现新的早期探测方法，开拓火灾自动报警技术的新领域。从物质燃烧的基本规律出发，选择合适
6、的火灾探测器来探测火情是一个首要问题。因为任何一个探测器都不是万能的，都有一定的环境适应性，也有一定的局限性。要有效地发挥各种探测器的作用，就要掌握各种火灾探测器的探测原理及其适用场合，扬长避短。下图所示为最常用的感烟、感温探测器响应时间曲线。消防系统温度烟浓度时间ba差温探测器定温探测器感烟探测器曲线a表示燃烧气体与烟浓度与时间的关系曲线b表示热气流温度与时间的关系感烟、感温探测器响应时间曲线消防系统在图中，燃烧气体和烟浓度与时间的关系曲线a说明在同一时间内所产生的燃烧气体和烟同时间关系的百分比；而热气流温度与时间的关系曲线b则说明热气流温度随时间而上升。从图中可知，若火灾探测系统能够探测出
7、燃烧气体和烟雾，也即在燃烧初起和阴燃阶段能起到探测作用，就可达到早期预报，以降低火灾损失，使人员不受伤亡。若火灾探测系统的动作取决于温度的上升，只有在火灾发展到火焰扩散阶段，即火灾已经确立之后才能发出报警信号。图中两条曲线还表示几种最常用类型的火灾探测器所作出的反应。感烟探测器能够在短时间内作出反应，早期发出报警信号；而感温探测器则要在较长时间后才能作出反应。到火灾达到火焰燃烧阶段，温度急剧升高时，差温探测器响应；而当燃烧不断扩大，温度不断升高，当环境温度达到某一定值时，定温探测器才能响应，发出火灾报警信号。由此可知，对于同一可燃物，在燃烧状态相同的条件下，感烟探测器比感温探测器能够更早的响应
8、。消防系统感温探测器对大部分火灾不仅灵敏度比感烟探测器差，而且在房间高度和保护面积上都有局限性。在火灾探测方法及探测器选择上，要充分考虑到房间的几何图形，会发生何种类型火灾，以及存在的火灾危险性等条件，方能实现早期报警的目的。三、电气消防系统的组成与保护等级划分现代建筑的防火，首先在建筑物工程设计时就必须考虑防火设施，例如防火结构、防火分区、非燃性及阻燃性材质、疏散途径、避难区固定设施等。其作用在于尽量减少起火因素，防止烟、热气流及火的蔓延，确保人身安全。此外，还必须按照国家有关建筑设计防火规范的规定选择相应的电气（或自动）消防系统。消防系统区域报警控制器1区域报警控制器2区域报警控制器n集中
9、报警控制器中心监控系统灭火控制单元防排烟控制单元紧急广播系统闭路电视系统消防系统的组成消防系统1火灾探测与报警系统：这主要由火灾探测器和火灾自动报警控制装置等组成。2通报与疏散系统：由紧急广播系统(平时为背景音乐系统)、事故照明系统以及避难诱导灯组成。3灭火控制系统：由自动喷洒装置，气体灭火控制装置、液体灭火控制装置等构成。4防排烟控制系统：主要实现对防火门、防火阀、排烟口、防火卷帘、排烟风机等设备的控制。一般情况下，一级保护对象宜采用控制中心报警系统，并设有专用消防控制室。二级保护对象宜采用集中报警系统，消防控制室可兼用。三级保护对象宜用区域报警系统，可设消防报警室。在具体工程设计时根据工程
10、实际需要进行综合考虑，并取得当地公安部门的认可。消防系统分级按照火灾自动报警系统设计规范GB50116-19983.1系统保护对象分级3.1.1火灾自动报警系统的保护对象应根据其使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度等分为特级、一级和二级，并宜符合表3.1.1的规定。火灾自动报警系统保护对象分级表3.1.1消防系统第二节火灾探测器一、火灾探测器的分类火灾发生时，会产生出烟雾、高温、火光及可燃性气体等理化现象，火灾探测器按其探测火灾不同的理化现象而分为四大类：感烟探测器、感温探测器、感光探测器、可燃性气体探测器；按探测器结构可分为点型和线型。二、离子感烟式探测器离子感烟式探测器适用于点型火灾探测。
11、根据探测器内电离室的结构形式，又可分为双源和单源感烟式探测器。(一)感烟电离室感烟电离室是离子感烟探测器的核心传感器件，其工作原理如图所示。电离室两极间的空气分子受放射源Am241不断放出的射线照射，高速运动的粒子撞击空气分子，从而使两极间空气分子电离为正离子和负离子，这样就使电极之间原来不导电的空气具有了导电性。此时在电场的作用下，正、负离子的有规则运动，使电离室呈现典型的伏安特性，形成离子电流。消防系统电离室可以分为单极性和双极性两种。电离室局部被射线覆盖，使电离室一部分为电离区，另一部分为非电离区，从而形成单极性电离室。由图可见，烟雾进入电离室后，单极性电离室要比双极性电离室的离子电流变
12、化大，相应的感烟灵敏度也要高。因此，单极性电离室结构的离子感烟探测器更常用。消防系统EAm241射线主感知区域电离区域P1P2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IsABABIhIh电离室结构和电特性示意图离子感烟探测器感烟原理：当烟雾粒子进入电离室后，被电离部分的正离子与负离子被吸附到烟雾粒子上，使正、负离子相互中和的概率增加；同时离子附作在体积比自身体积大许多倍的烟雾粒子上，会使离子运动速度急剧减慢，最后导致的结果就是离子电流减小。显然，烟雾浓度大小可以以离子电流的变化量大小进行表示，从而实现对火灾过程中烟雾浓度这个参数的探测。消防系统这是一种双源双电离室结构的感烟探
13、测器，即每一电离室都有一块放射源，其原理如图所示。一室为检测用开室结构电离室M；另一室为补偿用闭室结构电离室R。这两个室反向串联在一起，检测室工作在其特性的灵敏区，补偿室工作在其特性的饱和区，即流过补偿室的离子电流不随其两端电压的变化而变化。无烟时，探测器工作在A点。有烟时，由于检测室M中，离子减少且离子运动速度减慢，相当于其内阻变大。又因双室串联，回路电流不变，故检测室两端电压增高，探测器工作点移至B点。A点和B点间的电压增量U，即反映了烟雾浓度的大小。（二）双源式感烟探测原理消防系统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
14、测电离室VI1I1V1电压0V0工作特性曲线V1V2V2双源式感烟探测器的电路原理和工作特性MRAB消防系统(三)单源式感烟探测原理单源式感烟探测器原理如图所示。其检测电离室和补偿电离室由电极板Pl、P2和Pm等构成，共用一个放射源。其检测室和补偿室都工作在非饱和灵敏区，极板Pm上电位的变化量大小反映了烟雾浓度的大小。单源式感烟探测器的检测室和补偿室在结构上都是开室，两者受环境温度、湿度、气压等因素的影响相同，因而提高了对环境的适应性。离子感烟探测器按对烟雾浓度检测信号的处理方式的不同，可分为阈值报警式感烟探测器，编码型类比感烟探测器以及分布智能式感烟探测器。比较放大电路传输电路P1P2Pm单
15、源式离子感烟探测器原理示意图消防系统三、光电感烟式探测器光电感烟式探测器的基本原理是，利用烟雾粒子对光线产生遮挡和散射作用来检测烟雾的存在。下面介绍遮光型感烟探测器和散射型感烟探测器。(一)遮光型感烟探测原理遮光型感烟探测器具体又可分为点型和线型两种类型。1点型遮光感烟探测器：这种探测器原理如图所示。其中的烟室为特殊结构的暗室，外部光线进不去，但烟雾粒子可以进入烟室。烟室内有一个发光元件及一个受光元件。发光元件发出的光直射在受光元件上，产生一个固定的光敏电流。当烟雾粒子进入烟室后，光被烟雾粒子遮挡，到达受光元件的光通量减弱，相应的光敏电流减小，当光敏电流减小到某个设定值时，该感烟探测器发出报警
16、信号。消防系统.脉冲信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.遮光型光电感烟探测器消防系统2线型遮光感烟探测器：线型遮光感烟探测器在原理上与点型探测器相似，但在结构上有区别。点型探测器中发光及受光元件同在一暗室内，整个探测器为一体化结构。而线型遮光探测器中的发光元件和受光元件是分为两个部分安装的，两者相距一段距离。其原理如图所示。光束通过路径上无烟时，受光元件产生一固定光敏电流，无报警输出。而当光束通过路径上有烟时，则光束被烟雾粒子遮挡而减弱，相应的受光元件产生的光敏电流下降，当下降到一定程度则探测器发出报警信号。在此，发射光束可以是图所示的激光束，也可以是红外光束。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消防系统(二)散射型感烟探测原理烟室发光元件受光元件.散射型光电感烟探测器散射型感烟探测原理如图所示。其中的烟室也为一特殊结构的暗室，进烟不进光。烟室内有
