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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
2、报警系统施工验收规范 GB50166- 2007 消防系统 一、火灾的产生与规律 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。
3、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
4、）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
5、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。 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 b a 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
6、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 b a 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
7、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
8、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。 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
9、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
10、。 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 GB50116-1998 3.1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
11、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。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
12、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 E Am241 射线 主感知 区 域 电离区域 P1 P2 单极性电离室结
13、构 双极性 单极性 离子电流Ih 外加电压U 饱和电流Is A BA B Ih Ih 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
14、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 V1 V2 回路电压V0 24V DC 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 V I1 I1 V1 电压 0 V0 工作
15、特性曲线 V1 V2V2 双源式感烟探测器的电路原理和工作特性 M R A B 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 P1
16、P2 Pm 单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 . . . .
