高層建筑中常用探測(cè)器及現(xiàn)場(chǎng)模塊的選用

摘要：火災(zāi)探測(cè)器及現(xiàn)場(chǎng)模塊是高層建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最多、分布最廣的器件，一旦選擇不當(dāng)將引起火警的誤報(bào)及漏報(bào)。文章分析了高層建筑中常用火災(zāi)探測(cè)器及現(xiàn)場(chǎng)模塊的種類(lèi)、作用、工作原理、使用場(chǎng)所及注意事項(xiàng)，探討了如何根據(jù)環(huán)境條件、火災(zāi)特點(diǎn)、房間高度等因素來(lái)選擇探測(cè)器及現(xiàn)場(chǎng)模塊，以滿(mǎn)足不同場(chǎng)合對(duì)火災(zāi)控制的需求。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制;探測(cè)器及現(xiàn)場(chǎng)模塊;火警信號(hào)傳輸;聯(lián)動(dòng)控制

高層建筑由于起火因素多、發(fā)生火災(zāi)時(shí)疏散撲救困難等特點(diǎn)，火災(zāi)事故在逐年加大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2021年，全國(guó)高層建筑共接報(bào)4057起火災(zāi)，168人遇難，死亡人數(shù)較上年增加了22.6%。在高層建筑中設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警和聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)可以有效降低傷亡率，而系統(tǒng)中使用最多的是大量分布于現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器及現(xiàn)場(chǎng)模塊，前者關(guān)系到能否將現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)信號(hào)及時(shí)準(zhǔn)確地傳輸給控制器，后者關(guān)系到聯(lián)動(dòng)控制命令的實(shí)施與反饋[2]。

一、研究目的

為及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和處理火災(zāi)，防止并減少高層建筑火災(zāi)危害，在高層建筑中設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警和聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)已成為防火減災(zāi)的最佳選擇。而在具體的工程設(shè)計(jì)、安裝和使用中，由于火災(zāi)探測(cè)器及現(xiàn)場(chǎng)模塊選用不合理而導(dǎo)致系統(tǒng)誤報(bào)警或漏報(bào)警，致使火災(zāi)不能被有效監(jiān)測(cè)及控制的情況時(shí)有出現(xiàn)。因此，探測(cè)器及現(xiàn)場(chǎng)模塊的合理選擇很大程度上決定了系統(tǒng)是否能安全可靠運(yùn)行。

二、研究方法

（一）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理分析

一個(gè)完整的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)由前端傳感裝置、火警信號(hào)傳輸及控制線路、火警報(bào)警裝置、火警聯(lián)動(dòng)控制器組成，其工作過(guò)程為通過(guò)安裝在被保護(hù)區(qū)域內(nèi)的前端傳感裝置（探測(cè)器）采集火災(zāi)燃燒時(shí)產(chǎn)生的異常溫度、煙霧及紅外、紫外輻射光等物理量并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，火災(zāi)信號(hào)由信號(hào)傳輸線路傳輸?shù)娇刂破鳎煽刂破鹘邮詹⒎治鲈撔盘?hào)，并顯示報(bào)警器件的類(lèi)型、報(bào)警發(fā)生時(shí)間、具體位置?？刂破靼l(fā)出聲光報(bào)警，并通過(guò)事先編制好的聯(lián)動(dòng)程序通過(guò)總線尋址到相應(yīng)的模塊，控制相應(yīng)的輸出接點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)噴淋泵、消火栓泵、防排煙風(fēng)機(jī)等機(jī)電設(shè)備達(dá)到防火減災(zāi)的作用。

（二）常用火災(zāi)探測(cè)器的工作原理及特點(diǎn)分析

位于被保護(hù)區(qū)域內(nèi)的各類(lèi)探測(cè)器是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的重要組成部分，探測(cè)器本質(zhì)上就是傳感器，主要采集現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)信號(hào)。目前，常用的有感煙、感溫、感光、氣體、復(fù)合、圖像探測(cè)器等。

1.感溫火災(zāi)探測(cè)器

感溫火災(zāi)探測(cè)器對(duì)于被保護(hù)空間內(nèi)的異常溫度及異常溫升敏感，根據(jù)探測(cè)器構(gòu)造及工作原理不同，可分為定溫式、差溫式、差定組合式3類(lèi)。

探測(cè)器對(duì)溫度的敏感程度取決于探測(cè)器的熱敏元件。當(dāng)熱敏元件不同，敏感度也不同，探測(cè)器的報(bào)警動(dòng)作值也不一樣。當(dāng)探測(cè)器溫升速率≤1℃/min時(shí)，動(dòng)作值應(yīng)≥54℃，其各級(jí)靈敏度動(dòng)作值參照如下數(shù)值：一級(jí)為62℃;二級(jí)為70℃;三級(jí)為78℃。

感溫探測(cè)器最大的特點(diǎn)是工作狀態(tài)穩(wěn)定、不易受外部粉塵、煙氣、氣流的擾動(dòng)，適用于允許有一定物質(zhì)損失的場(chǎng)所，不適用于需預(yù)警的場(chǎng)所。

2.感煙式火災(zāi)探測(cè)器

煙霧是火災(zāi)早期的重要特征，感煙探測(cè)器對(duì)空氣中燃燒或高溫?zé)峤猱a(chǎn)生的懸浮微?；蚬腆w比較敏感，它是將被保護(hù)部位煙氣的濃度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)實(shí)現(xiàn)報(bào)警。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，一般情況下煙氣最先出現(xiàn)，溫度上升有一定的時(shí)間過(guò)程。同一場(chǎng)所感煙探測(cè)器早于感溫探測(cè)器報(bào)警。

3.感光（火焰）式探測(cè)器

感光式火災(zāi)探測(cè)器對(duì)物質(zhì)在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的光譜特性、閃爍頻率、光照強(qiáng)度較敏感，一般分為紅外光及紫外光兩種。該類(lèi)型探測(cè)器具有對(duì)火警報(bào)警速率快、保護(hù)空間大等特點(diǎn)，其最高保護(hù)高度可達(dá)20m，發(fā)生火災(zāi)后只需要幾毫秒甚至幾微秒就能檢測(cè)并發(fā)出信號(hào)，特別適用空間高大、燃燒速度快、火災(zāi)發(fā)生時(shí)煙霧較少甚至無(wú)煙場(chǎng)合。

4.氣體探測(cè)器

氣體探測(cè)器檢測(cè)電路由內(nèi)部熱敏元件和惰性元件組成，通過(guò)催化燃燒加速熱敏元件與檢測(cè)氣體發(fā)生氧化還原反應(yīng)，致使電路不平衡而發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

可燃?xì)怏w探測(cè)器可分為點(diǎn)型、獨(dú)立式。點(diǎn)型可燃?xì)怏w探測(cè)器必須接入可燃燒氣體報(bào)警控制器才能正常運(yùn)行。獨(dú)立式可燃?xì)怏w探測(cè)器無(wú)需納入總線制火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，可單獨(dú)使用，也可采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)型可燃?xì)怏w探測(cè)器，發(fā)生火災(zāi)時(shí)可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信號(hào)傳輸?shù)街付ㄊ謾C(jī)上。

5.復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器

復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器能夠?qū)煞N以上火警參數(shù)進(jìn)行響應(yīng)，探測(cè)器對(duì)采集來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)信號(hào)進(jìn)行智能化處理，通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊邏輯控制技術(shù)進(jìn)行分析判斷以降低誤報(bào)率。該類(lèi)型探測(cè)器能夠真實(shí)地反映火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況，降低誤報(bào)率，提高可靠性，應(yīng)用較廣的主要有感煙型+感溫型、感光+感溫型、感光+感煙型等幾種組合形式。

6.電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器

電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器是對(duì)被保護(hù)線路中的異常電流、異常溫度等參數(shù)變化進(jìn)行響應(yīng)的探測(cè)器。按探測(cè)參數(shù)可分為剩余電流式監(jiān)控探測(cè)器和測(cè)溫式監(jiān)控探測(cè)器兩種;按工作方式可分為非獨(dú)立式和獨(dú)立式兩類(lèi)。

7.圖像型火災(zāi)探測(cè)器

圖像型火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)視頻采集、信號(hào)處理與分析系統(tǒng)組成，前端視頻探測(cè)器用來(lái)采集被保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像[2]，使用時(shí)要求對(duì)被保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)盲區(qū)覆蓋，一般通過(guò)成對(duì)安裝攝像機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一旦發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)通過(guò)采集來(lái)的前端視頻信號(hào)進(jìn)行解碼，并通過(guò)各類(lèi)算法判斷是否為火警，若為火警則通過(guò)事先設(shè)置好的聯(lián)動(dòng)程序通過(guò)總線或繼電器輸出控制命令。視頻攝像機(jī)可以是安裝在辦公建筑中用于日常安防監(jiān)控的攝像機(jī)。

8.光纖探測(cè)器

光纖探測(cè)器中的光纖由芯層和包層組成，芯層材料具有光敏特性，通過(guò)紫外準(zhǔn)分子激光器使設(shè)置在保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的一段光纖纖芯折射率發(fā)生永久性改變，光的波長(zhǎng)與溫度有一定的線性關(guān)系，當(dāng)探測(cè)區(qū)域溫度發(fā)生改變時(shí)，發(fā)射光的波長(zhǎng)與返回光的波長(zhǎng)不一致，從而確定保護(hù)區(qū)域的溫度值，達(dá)到監(jiān)控的目的。該類(lèi)型探測(cè)器不受電磁場(chǎng)的干擾，絕緣性好，抗腐蝕能力強(qiáng)。

（三）現(xiàn)場(chǎng)模塊

高層建筑中現(xiàn)場(chǎng)模塊主要有隔離模塊、監(jiān)視模塊、控制模塊、中繼模塊和切換模塊等。

隔離模塊主要起現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)隔離的作用，故障發(fā)生時(shí)，隔離模塊將整個(gè)系統(tǒng)與故障部分隔離開(kāi)來(lái)，從而保證其余器件能正常運(yùn)行，同時(shí)便于確認(rèn)火災(zāi)或總線故障發(fā)生部位號(hào)，當(dāng)火警信號(hào)或故障解除后，隔離模塊可使線路自動(dòng)接通，被隔離器件再次復(fù)位運(yùn)行。

監(jiān)視模塊又稱(chēng)輸入模塊，是控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的橋梁與紐帶，其作用是將現(xiàn)場(chǎng)消防器件的動(dòng)作變?yōu)殡娦盘?hào)，實(shí)時(shí)傳遞給報(bào)警控制器，由于自身帶編碼，因此在信號(hào)傳遞過(guò)程中會(huì)在主機(jī)上顯示動(dòng)作設(shè)備的位置及設(shè)備種類(lèi)等信息。根據(jù)設(shè)備動(dòng)作輸入信號(hào)不同分為開(kāi)關(guān)量和模擬量?jī)煞N。

控制模塊分為單輸入輸出模塊和雙輸入輸出模塊，用于控制高層建筑中相關(guān)機(jī)電設(shè)備一次及二次動(dòng)作及反饋信號(hào)。通過(guò)系統(tǒng)編程，輸入輸出模塊可以通過(guò)總線使被控設(shè)備動(dòng)作，并可接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是否動(dòng)作的反饋信號(hào)。

中繼模塊可作為火警信號(hào)及控制信號(hào)之間的隔離，在具體應(yīng)用中主要作為信號(hào)隔離、抗干擾、擴(kuò)展總線通訊距離用。選用時(shí)要注意不同類(lèi)型的中繼模塊電流不同，擴(kuò)展距離不同，帶總線設(shè)備的數(shù)量也不同。

切換模塊與輸入輸出模塊配合用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。

三、結(jié)果與分析

高層建筑中探測(cè)器及模塊的選擇應(yīng)據(jù)被保護(hù)區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)燃燒性、環(huán)境條件、被保護(hù)區(qū)域高度、被保護(hù)場(chǎng)所的氣流狀況、現(xiàn)場(chǎng)需聯(lián)動(dòng)控制的設(shè)備類(lèi)型、動(dòng)作反饋等具體要求，并結(jié)合《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。

（一）火災(zāi)探測(cè)器的選擇

1.根據(jù)火災(zāi)的燃燒特點(diǎn)選擇探測(cè)器

（1）初期火災(zāi)中存在少量熱和大量的煙霧，火焰輻射很小或基本沒(méi)有陰燃階段，適于選用感煙探測(cè)器。

（2）保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)有強(qiáng)烈的火焰輻射但只有少量煙和熱產(chǎn)生的火焰，部分輕金屬及其化合物的火災(zāi)，優(yōu)先選用感光型探測(cè)器。

（3）現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)火焰輻射強(qiáng)烈，被保護(hù)區(qū)域空間高，探測(cè)器視線開(kāi)闊，含有易爆可燃物，室內(nèi)廣場(chǎng)、車(chē)庫(kù)等高大空間建筑應(yīng)選用火焰探測(cè)器。

（4）定溫型感溫探測(cè)器允許溫度有較大變化，比較穩(wěn)定，但火災(zāi)造成的損失較大。差溫探測(cè)器在選用時(shí)應(yīng)注意當(dāng)環(huán)境溫度變化比較快或火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度變化較緩慢時(shí)易誤報(bào)警。

（5）探測(cè)區(qū)域內(nèi)火災(zāi)發(fā)展迅速，可燃物燃燒特征明顯，燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的煙霧、溫度上升明顯、燃燒過(guò)程中有明顯的火焰燃燒，可選用復(fù)合探測(cè)器。

2.根據(jù)環(huán)境特性選擇探測(cè)器

（1）長(zhǎng)期相對(duì)濕度高于95%，可能發(fā)生無(wú)煙火災(zāi)、空氣流動(dòng)速度大于5m/s，現(xiàn)場(chǎng)存在大量粉塵、水霧滯留，存在腐蝕性氣體，廚房、吸煙室、地下室發(fā)電機(jī)房等場(chǎng)合不建議選用感煙探測(cè)器[4]。

（2）可能產(chǎn)生粉塵、濃煙、霧氣和油霧的場(chǎng)所，以及通常情況下有煙霧、水汽存在的場(chǎng)所不宜選用光電感煙器。

（3）被保護(hù)場(chǎng)所空間高大且無(wú)遮攔，或有特殊要求的場(chǎng)所，可選擇線型感煙探測(cè)器。

（4）火焰探測(cè)器不適用于現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)濃煙易遮擋火焰或燃燒生成物污染探測(cè)器鏡頭、易受光源間接或直接照射的場(chǎng)所。

（5）高層建筑中烹飪場(chǎng)所應(yīng)采用可燃?xì)怏w探測(cè)器，如有其他氣體則應(yīng)根據(jù)氣體種類(lèi)不同選擇不同的氣體類(lèi)探測(cè)器，并注意探測(cè)器安裝高度應(yīng)根據(jù)氣體的密度設(shè)置。

3.根據(jù)被保護(hù)區(qū)域高度及探測(cè)器保護(hù)半徑選擇探測(cè)器

選擇探測(cè)器時(shí)應(yīng)根據(jù)被保護(hù)區(qū)域房間高度、探測(cè)器的靈敏度來(lái)選擇探測(cè)器，具體選用可參照表1[3]。

（二）現(xiàn)場(chǎng)模塊的選擇

輸入模塊適用于高層建筑中普通消火栓按鈕、水系統(tǒng)壓力開(kāi)關(guān)、水流指示器、防火閥及防火排煙閥、蝶閥等設(shè)備的報(bào)警、反饋信號(hào)。不同廠家模塊端子接口不同，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與模塊接口的常開(kāi)常閉信號(hào)可通過(guò)編碼器設(shè)置。

輸入輸出模塊適用于現(xiàn)場(chǎng)消防設(shè)備的控制（如：噴淋泵、防排煙風(fēng)機(jī)、消防泵、防火閥、排煙閥、電梯等），在具體選用時(shí)要注意被控制設(shè)備的電壓值與動(dòng)作以及反饋信號(hào)是一步動(dòng)作還是二步動(dòng)作，當(dāng)電壓超過(guò)24V時(shí)需與切換模塊配套使用。

在消防系統(tǒng)中為了降低成本，部分被保護(hù)區(qū)域使用非編碼探測(cè)器，但非編碼探測(cè)器無(wú)法被總線制火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)識(shí)別，而連入編碼中繼器和終端使非編碼設(shè)備能正常接入信號(hào)總線中。

隔離模塊在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意該模塊無(wú)需編碼，在總線的分支處設(shè)置，每一回路所保護(hù)消防設(shè)備的總數(shù)不應(yīng)超過(guò)32點(diǎn)[5]。

切換模塊在選用時(shí)要注意被控設(shè)備的電壓種類(lèi)及電壓值，若動(dòng)作電流為直流，動(dòng)作電壓為24V，可直接用輸入輸出模塊控制，若高于24V，則考慮采用切換模塊并配合繼電器控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

四、結(jié)語(yǔ)

高層建筑由于發(fā)生火災(zāi)后火勢(shì)蔓延快、疏散困難、撲救難度大等特點(diǎn)，對(duì)于火災(zāi)的初期報(bào)警及火災(zāi)撲救要求高，在選擇探測(cè)器及模塊時(shí)要有一定的針對(duì)性，要根據(jù)被保護(hù)建筑物的性質(zhì)、火災(zāi)的危害性、疏散及撲救難度、被保護(hù)空間的高度、探測(cè)器的靈敏度、現(xiàn)場(chǎng)模塊的控制及反饋方式等方面，并結(jié)合探測(cè)器及模塊自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用場(chǎng)所等綜合考慮進(jìn)行選擇。

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