自动喷水灭火控制系统毕业论文

摘要： 对火灾自动报警控制系统及智能火灾报警控制系统的特征进行了分析， 在高层建筑设 计中采用智能火灾报警控制系统的主—从式网络结构， 解决了高层建筑与大型建筑中探测区 域广、探测器数量多、原有系统不能适应等问题。 关键词：高层建筑 火灾自动报警 探测器 智能控制 联动控制 The design and application of automatic fire warning control system in high buidings Abstract： This article analyses the characteristics of the fire antomatic warning system and the intelligent fire warning control system. By using the sytem a lot of traditional problems can be solved, including using a lot of probes but cotrolling olny a relalively small area. Key words: high rised buiding; fire automatic warning system; probe; intelligent control; coordinated control system 随着我国经济建设的发展，现代高层建筑及重要建筑的防火问题引起了国家消防部门及设 计院等社会各界的高度重视。 国家制定了一系列防火规范， 从而促进火灾自动报警设备的研究和 推广使用。高层建筑建设规模大，装修标准高，人员密集，各种电气设备使用频繁，因而存在着 火灾隐患， 在建筑电气设计中必须严格依照规范要求设计火灾报警控制系统。 但选择何种控制系 统，使该系统充分有效地发挥功能，是设计中十分重要的问题。 1 火灾自动报警系统的主要部件及特征 火灾自动报警系统的基本形式有三种，即：区域报警系统、集中报警系统的控制中心报警系 统。高层建筑和大型建筑主要采用控制中心报警系统，这是一种复杂的火灾自动报警系统，主要 由触发器件、火灾报警装置、消防控制设备及电源组成。该系统从通报火灾到启动灭火系统和控 制各种消防设备，基本实现自动化。 触发器件 主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。 火灾探测器是对火灾参数 （如烟、 温、 光、火焰辐射、气体浓度等）响应，并自动产生火灾报警信号的器件。按响应火灾参数的不同， 火灾探测器分为感温火灾探测器、感烟火灾探测器、气体火灾探测器、感光火灾探测器和复合火 灾探测器五种基本类型。 火灾报警装置 火灾报警装置 消防控制设备 在火灾自动报警系统中用以接收、 显示和传递火灾报警信号， 并能发生控制 在火灾自动报警系统中用以发出区别于环境声、光的火灾警报信号的装置， 在火灾自动报警系统中当接收到来自触发器件的火灾报警信号， 能自动或手 信号和具有其它辅助功能的控制指标设备。 如火灾警报器， 它是一种基本的火灾警报装置， 以声、 光音响方式向报警区域发出火灾警报信号。 动启动相关消防设施并显示其状态的设备。主要包括：火灾报警控制器；自动灭火系统的控制装 置；室内消火栓系统的控制装置；防排烟系统及空调通风系统的控制装置；常开防火门、防火卷 帘的控制装置；电梯回降控制装置以及火灾应急广播、火灾警报装置、消防通信设备、火灾应急 照明与疏散指示标志的控制装置等十类控制装置。 每个系统根据工程的需要应具有十类控制装置 的部分或全部。 电源 火灾自动报警系统属于消防用电设备，主电源采用消防电源，备用电源采用蓄电池， 保证不间断供电。 设计中消防控制设备主要设置在消防控制中心， 便于实行集中统一控制， 有些消防控制设备 可设在消防设备现场，而动作信号必须返回消防控制中心，实行集中与分散相结合的控制方式。 但该探测器有误报现象、控制器容量较小。 2 智能火灾报警控制系统工作原理 智能火灾报警控制系统与火灾自动报警系统不同之处在于： 将发生火灾期间所产生的烟、 温、 光等， 以模拟量形式连同外界相关的环境参量一起传送给报警器， 报警器再根据获取的数据及内 部存贮的大量数据，利用火灾判据来判断火灾是否存在。 智能火灾报警器中编址单元包括： 智能控测器、 智能手动按钮、 智能模块、 探测器并联接口、 总线隔离器和可编程继电器卡等。新型的智能火灾探测器，又称模拟量火灾探测器，这种探测器 给出的输出信号是代表被响应的火灾参数值的模拟量信号或其等效的数字信号。 传统探测器称为 有阈值火灾探测器，而智能火灾探测器没有阈值，却设有专用芯片，智能火灾探测器的应用提高 了报警系统的准确性和智能化程度。 在火灾报警时，报警控制器通过控制模块启动相应的外探设备，如排烟阀、送风阀、卷帘门 等，需要接受外控设备的反馈信号时，应加一个监视模块，控制模块和监视模块一样，联接在报 警回路总线上，安装在所控设备的附近。模块内设十进制编码开关，可现场编号，各占用回路总 线上一个地址。通过报警控制器显示控制模块和监视模块的具体地址，用声、光报警可反映联动 设备的工作状态。 可编程继电器卡，通过编程可实现对风机、水泵等大型设备的二级联动控制。智能控制是一 种无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的过程。 3 工程实例 火灾自动报警系统的设计应用 笔者 1992～1993 年参与设计的海南省物资局金属大厦，该大厦是座地下 1 层，地上 22 层， 建筑高度 70 多米，建筑面积 万平方米的写字楼。根据《高层民用建筑设计防火规范》的规 定，建筑高度超过 50 m 的办公楼属于一类防火建筑，因此该大厦要设火灾自动报警系统。 设计中选择了国产火灾自动报警系统，这种系统在当时较普遍，仅有一台主机控制器，因而 适用于中、小型建筑。 大厦消防控制中心设在 1 层，每层设层显示器。地下室作设备用房有变电室、空调机房、 水泵房，机房内设有防排烟风机、消防水泵等消防设备，当火灾发生时，温度达到一定值排 烟风机自动启动，并打开排烟阀，开始排烟（图 1）。 图1 排烟风机控制原理 该工程地下室是消防联动控制的集中点，将地下室的防排烟风机、排烟阀等控制线均引 至消防中心的联动控制器。消防泵、喷淋泵、正压风机、排烟风机、消防电梯等却属于外控 设备，均由联动控制器控制。整个火灾自动报警系统设计合理、运行可靠。 智能火灾报警系统的设计应用 随着科学技术的发展，智能火灾报警系统问世，从传统型走向智能型是国内外火灾报警 系统技术发展的必然趋势，工程设计人员必须予以充分重视。 徐州某大型建筑群由三栋塔楼组成，一栋为 25 层，一栋 13 层和一栋 12 层的塔楼由 4 层 裙楼连接而成，建筑面积 6 万平方米，建筑高度 85 m，主要功能：1 至 4 层为商场，5 层以上 为写字楼。由于该大厦建筑面积大，探测区域广，探测器数量非常可观。传统的火灾自动报 警系统已无法满足需要，因此，在设计中，经过反复的方案比较，选择了采用主—从式网结 构的智能火灾报警控制系统，该系统利用大容量的控制矩阵交叉查寻软件包，以软件编程代 替硬件组合，满足了大型工程的适用性，提高了消防联动的灵活性和可修改性。系统由主机、 从机、复示器等构成。该工程消防控制中心设于 1 层，主机和消防联动控制柜设在消防中心， 从机与复示器分设于楼层内。 智能探测器数量的确定 设计时先根据《火灾自动报警器系统设计规范》的规定确定探 测器的布局和设置。其规定探测区域内的每个房间至少应设置一只火灾探测器。感烟、感温 探测器的保护面积和保护半径应按表 1 确定。表中列出的是一个感烟探测器或感温探测器的 保护面积和保护半径。建筑物内往往一个探测区域的面积较大，超过一只探测器的保护面积， 这时需要计算一个探测区域内所需设置的探测器数量，可按下式计算： 式中：N 为一个探测区域内所需设置的探测器数量（只），N 取整数；S 为一个探测区域的面 积（m ）；A 为探测器的保护面积；K 为修正系数，重点保护建筑取 ～，非重点保护建 筑取 。 根据上式计算结果，可确定一个探测区内的智能探测器的安装数量。 选择控制器容量计算 该系统控制器为主—从式网络结构，每个主—从机系统，只能有 一台主机，从机数量根据工程要求确定，一般按探测器数量计算，从机数量最多为 15 台。 表1 感烟、感温探测器的保护面积和保护半径探测器的保护面积 A 和保护半径 R 火灾探测 器的种类 地面面积 S (m ) 2 2 房间高度 H (m) θ≤15° A (m ) 2 屋顶坡度 θ 15°＜θ≤30° A (m ) 80 100 80 30 30 2 θ＞30° A (m ) 80 120 100 30 40 2 R (m) 6/7 R (m) R (m) S≤80 感烟探测器 S＞80 h≤12 6＜h≤12 h≤6 80 80 60 30 20 感温探测器 S≤30 S＞30 h≤8 h≤80 每台控制器最大有四个回路，每个回路容量均为 198 个地址，其中 99 个智能探测 器，99 个编址模块。因此一台主机或从机的最大容量为 4×99=396 个智能探测器， 4×99=396 个编址模块。 该工程经过计算，选用了一台主机和四台从机，每台控制器都按四个回路设计。 主机 N 控制 1～4 层商场内的所有探测器，手动报警按钮，控制按钮，水流指示器等消 防设备，从机 N1 控制地下室的所有探测器、送风阀、排烟阀、防火阀等消防设备，从 机 N2 控制 13 层和 12 层两座连通塔楼的 5～13 层的消防设备，N3、N4 分别控制 25 层 塔楼的 5～13 层和 14～25 层的消防设备。 整个大厦智能火灾报警控制系统设计比较合理，充分考虑到建筑群的特点，选用 一台主机、四台从机控制了 6 万平方米的建筑，如果用传统火灾自动报警系统则需要 几套控制系统分别控制，现有系统设计即经济实用，又准确可靠。 4 结论 综合上述工程设计与实践研究，可以得出以下几点认识与结论。 1） 传统的火灾自动报警系统适合于中、 小型建筑， 它的特点是探测器属于阀值型， 控制器仅有主机一台。而智能火灾报警控制系统，采用模拟量探测器，控制系统采用 主—从式网络结构，适应性强，尤其适合大型建筑的火灾报警系统。 2）智能火灾报警系统，克服了传统火灾自动报警系统存在的漏报和误报的难题， 提高了报警系统的准确性、可靠性。在设计中可灵活应用，根据工程需要选择适当的 从机数量，使工程设计最经济、最合理。 3）为了防患于未然，火灾报警系统的设计和应用十分重要，设计人员应根据不同 的建筑工程，优化设计方案。 参考文献：〔1〕 蔡自兴， 徐光礻 〔2〕 右.人工智能及其应用 〔M〕 .北京： 清华大学出版社， 1996,329～ 360 戴汝为.智能系统的综合集成〔M〕.杭州：浙江科学技术出版社，1995,128～ 160 〔3〕 陈一才.大楼自动化系统设计手册 〔M〕 .北京： 中国建筑工业出版社， 1994,230～ 270 〔4〕 王根堂.公安消防监督员业务培训教材，群众出版社，1997,213～236

高、大型公共建筑、厂房、储存仓库等随着我国建设的不断涌现，这些建筑物无论在体型大小、空间高度使用功能、装修标准等方面均较过去50－70年代修建的同类型建筑更具化、大型化、非标准化。高大空间的民用建筑如：大型剧场、会展中心、大会堂、博物馆等；生产性建筑如：各种生产类别的工业厂房、飞机维修库、储存仓库、飞机发动机车间等这些建筑不仅体型大，高度高，除普通生产厂房和储存仓库外大都有较高的装修标准，同时也是使用功能复杂、人员密集、火灾隐患大的大型空间建筑。自动喷水灭火系统设计规范第4、3、2条规定：“室内净空高度超过8．0m的大空间建筑，在其顶板或吊顶下可不设喷头“本条主要参照日本消防法规关于大型剧场观众厅的喷头布置而提出来的，主要考虑到喷头安装高度太高热敏元件将达不到预期效果。作者计为此条规定适用于某些建筑的中庭或是共享空间等，而不适用于各种高、大空间建筑。无凝在高大型建筑内采用普遍型喷头的自动喷水灭火系统是无法达到控火、灭火的目的，更不能套用《自喷》规范第4、3、2条的规定不设喷头，不加保护。应该根据建筑物（或构筑物）的使用功能、火灾危险性、建筑物体型高度等督促检查情况综合考虑建筑防火设计方案和消防技术措施。建筑物的防火安全设计是一门综合性，是由多专业（建筑、结构、空调、电气、给排水专业）共同采取防范措施的综合体现，而直接参与扑灭火灾的当属各种自动消防灭火系统。鉴于我国国情和经济体制的关系我国对于上述高大空间建筑无论在消防设计技术、产品开发和研制、火灾报警和联动控制、规范管理等各方面与国外相比尚存在一定差距。以水为灭火剂的自动喷水灭火系统在各种类型建筑中（除不能用水扑救的建筑或部位外）都是有效也是最经济的。高大空间建筑自动喷水灭火系统技术的中关键是喷头构造和性能的技术研究。因为喷头起着探测火灾、喷水灭火的作用，灭火效果在很大程度上取决于喷头的选择和布置的合理性，因此，目前许多国家均在大力研制和开发各种性能喷头，如：快速响应大水力喷头；大水滴喷头；自动启、闭喷头；大覆盖面侧墙型喷头等等，有了具有各种特性的喷头问世才能使自动喷水灭火系统应用范围更广，灭火更安全、可靠。例如：目前被美国消防协会NF－PA－231认可的ESFR喷头的应用对于大型高架仓库以及空间高度不超过12．0m的大型建筑的自动喷水灭火系统的功能更完善，灭火更安全、可靠。例举以下数例，意在说明高度超过8．0m的大型空间如何应用自动喷水灭火系统加以保护的设计技术措施；另一方面意在呼吁有关科研、设计、生产部门更多地投入研制、开发我国自己的特种性能喷头，以完善和提高自动喷水灭火系统功能。实例之一：某工程单层厂房占地面积30000多平方米，属丙类生产类别，按《建规》规定该厂房除了应设置消火栓灭火系统外，还应设置自动喷水灭火系统厂房平均高度8．30m，厂房内有四处采光天窗，（两处面积720m2，两处面积540m2）由于采用竖式天窗，故采光天窗处屋面比其他地方高于3．0m该处喷头若吊在屋面板下，则喷头距地面高度＞8．0m，喷头热敏元件的动作会受到；若选用其他大水力喷头或是快速响应大水滴喷头的话，一方面国内此类产品缺少，另一方面一个车间内不宜搞二个不同压力的喷淋系统，（非采光天窗处仍为普通自动喷水灭火系统），经多次研究比较决定采用加集热板的辅助技术措施方案予以解决。集热板系在高架仓库内分层布置喷头时当分层板上有孔洞、缝隙时应在该处喷头上方设置集热板，目的是当发生火灾时为使喷头感温元件能在其上方局部面积内迅速聚热而受到感应及时开放喷水、集热板仅仅是一种辅助技术措施，最后确定方案如下：厂房内按中危险级设防，满铺喷头，喷头安装高度一律距地7．6－8．1m，距屋面板内底距离≤300mm（非采光天窗处）；在采光天窗处下方喷头则距采光天窗处屋面板内底为≤3．3m，喷头的热敏元件无法达到预期效果，为此，该处喷头（共约200多个）每个喷头上方均加设集热板。集热板为铝合金金属板或白铁皮板，每块尺寸300×400mm（规范规定集热板面积不应小于1200mm2，最小一边不应小于200mm翻边20mm）（见下面示意图），板中钻一小孔，孔径略大于?25mm镀锌钢管外径，将板套在?25mm喷头连接支管上，然后采用点焊，将板固定在喷头连接地支管上，喷头距板内底距离为75－150mm此时喷头朝下安装，而其它部位不加集热板的喷头均朝上安装。实例之二：某货运中心原设计层高8．1m，屋顶为金属承重结构，按有关规定设置了自动喷水灭火系统，原设计喷头安装标高为距地7．7m，后因需要业主自行决定将钢屋架连同自动喷水灭火系统管道一起往上抬高2．3m，这样喷头安装高度变成距地10．0m，消防部门不予验收，后经多方研究采用加层安装自动喷水灭火系统方案，即原已安装的自动喷水灭火系统管道及喷头位置和高度不变，另在下方相同平面，不同高度再增设一层自动喷水灭火系统管道及喷头位置和高度不变，另在下方相同平面，不同高度再增设一层自动喷水灭火系统，其喷头设在距地7．6m高度（吊在屋架下弦下面）。上面一层喷淋系统作为保护钢屋架使用，喷头朝上安装，这样钢屋架可不再涂刷防火涂料等其他防火措施：下面新增的系统作为保护地面上物资使用，但由于喷头距上方屋面板距离达2．8m超过了规范规定的不大于150mm距离要求。因此，在下面一层每个喷头上方均加设一个集热板，集热板做法同上。实例之三：某飞机维修中心，总建筑面积13，868m2，长152m，宽91．5m，屋顶为金属承重构件，坡屋面顶最高高度为35．0m，最低31．5m平均屋面高度33．25m，属I类机库，可同时停放或维修二架波音747飞机，由于屋面平均高度达33．25m，面积达13868m2，其保护对象又是价值连城的飞机，普通的自动喷水灭火系统是无能为力的，按《飞机库设计防火规范的GB50284－98》（以下简称机规）有关规定，针对I类机库这样高大空间建筑钢屋架要保护，地面停放或维修的飞机要保护，以及机库建筑、工作人员和消防救援人员的安全均应得到有效的保护。一般飞机进库时其油箱内载有燃油，在维修过程中可能发生燃油火灾，其火灾危险性大，蔓延速度快，火灾损失大，属严重危险级，按《机规》要求设置了以下自动消防系统：1、泡沫一水雨淋灭火系统，该系统的任务是冷却屋顶承重金属构件保护钢屋架和扑灭机库地面油火，同时保护工作人员疏散和消防救援人员的安全。对飞机库的灭火设计要求应是快速反应、快速灭火，美国消防协会NFPA－409飞机库防火标准要求30秒内控制火灾，60秒内扑灭火灾，要在短时间内达到控火灭火的，唯有采用自动化程度高，灭火效果好的泡沫一水雨淋系统。采用泡沫一水雨淋系统冷却屋顶承重金属构件可不再喷涂防火隔热涂料，系一举双得的技术措施。由于飞机停放和维修区占地面积大，I类机库一个防火分区允许建筑面积为50000－30000m2，如此大面积的机库内泡沫一水雨淋灭火系统若不采取分区限量供水，其消防系统的流量非常可观。按《机规》规定，I类机库的泡沫一水雨淋系统的泡沫混合液供给强度为6．5L／分／m2，（当采用水成膜泡沫液时）灭火持续时间45分钟，（泡沫混合液连续供给10分钟，随后35分钟喷清水），按上述规定系统计算流量相当可观，因此宜在平面上进行适当分区。按《机规》要求，一个分区的最大保护地面面积不应大于1400m2，每个分区应由一套雨淋阀组控制。同时还规定泡沫一水雨淋系统的用水量必须满足以火源点为中心30m半径水平范围内所有分区系统的雨淋阀组同时启动的最大用水量。因此在机库平面内顺长度方向每10m左右划成一个区共计15个区，每区面积927．2m2＜1400m2，两个机坞头各分一个区，总共17个区由十七组雨淋阀组控制，按最不利着火点为中心30．0m水平半径范围内所有泡沫雨淋喷头同时洒水的要求，其雨淋系统的最大计算消防用水量为588L／S。2、由于机翼面积大于280m2，按规定还应设置翼下泡沫枪和泡沫枪灭火系统，翼下泡沫枪灭火系统是泡沫一水雨淋系统的辅助灭火设施，其功能是将泡沫直接喷射到机翼和中央机翼下部的地面，控制和扑灭泄漏燃油发生的流散水，同时对机身下部有冷却作用。当采用水成膜泡沫液时，泡沫混合液的设计供给强度不小于4．1L／min/m2，连续供给时间不小于10．0分钟。泡沫灭火系统可以与翼下泡沫枪灭火系统合并设置，也可与普通消火栓灭火系统合并设置（此时应自备泡沫液）。泡沫采用室内消火栓接口，公称直径D65mm，消防水带长度不宜小于40．0m，对于任一着火点必须有二支泡沫枪同时到达。当采用水成膜泡沫液时，一支泡沫枪的泡沫混合液流量不小于4．0L／S，连续供给时间不小于20．0分钟，善于机库各种灭火系统设计有关技术不再一一介绍。上述实例仅为了说明在种种不同高大空间生产性建筑内当建筑高度超过8．0m时，如何完善自动喷水灭火系统设计的有关技术措施。对于储存仓库特别是高架仓库等严重危险性建筑自动喷水灭火系统设计（不能用水保护的储存仓库不在此列），更是当前设计中的焦点。以储存丙类物品为例，其储存对象为闪点≥60℃的液体和可燃固体，一旦发生火灾不仅火灾迅速，蔓延速度快，造成的火灾损失也大。高架仓库由于层高高，《自喷》规范第4、2、3条要求：（i）设置在屋面板下的喷头间距不应大于2．0m；（ii）货架内应分层布置喷头．．．．．．；（iii）分层板上如有孔洞、缝隙，应在该处喷头上方设置集热板。高架仓库分层设置喷头，无论从技术、、安装、维护管理诸方面都比普通库房采用自动喷水灭火系统投资大，要求严，维护管理工作量大。能否简化系统设计，减少投资，又能确保灭火安全，是许多国家正在进行的一个课题。其核心是针对高危险火灾且堆积很多货物的大面积高空间的储存仓库自动喷水灭火系统应采用什么样喷头的问题。我国目前在这方面的技术投入几乎是空白，而英、美等国在这方面作了大量的研究工作。目前有美国可靠公司（Reloable）的早期灭火快速反应（ESFR）喷头；英国喷宝的LD型大水滴洒水头和ESFR－1型早期压制快速动作洒水头等专为对付高危险度的火灾。ESFR喷头有一个快速反应热敏元件，此元件使该种喷头比传统普通喷头反应快得多（当库房高度超过8．0时，热敏元件的快速反应尤其重要）这对保证喷头能及时开放喷水灭火致关重要，同时该喷头在高压下（喷头处工作压力不小于0．35MPa）喷出大量的水（?19mm喷咀，在最小压力0．345MPa作用下，ESFR喷头出流量为6．3L／S），有足够的水流量抑制火灾。ESFR喷头的另一特点是喷头在扑灭货架上部火的同时，喷头中心有一股强大的水柱，可以穿过货架扑灭在喷头下方货架底部的火灾，因此，安装了ESFR喷头，就可以取消分层布置的喷头，喷头直接安装在屋面板下，喷头间距可达3．05m。这就大大简化了系统设计，同时也提高了该系统在控火、灭火的可靠性，因为ESFR喷头是以喷出水流的动量（高压和大水滴）直接作用于火灾物体的表面。ESFR喷头的研制和为自动喷水灭火系统在高大空间建筑尤其是高架仓库提供更完善、更可靠的保护。ESFR喷头目前在（厦门－柯达工程，美国戴尔计算机（厦门）新工厂等工程中应用。据有关资料提供，美国对安装ESFR喷头的自动喷火灭火系统的应用条件作了限制，对于高架仓库而言：仓库高度不大于12．20m（40英尺）货架高度低于10．7m（35英尺），同时对ESFR喷头的安装作了极严格规定，目的是保证系统更好地发挥作用。ESFR喷头灭火系统与我国储存仓库等严重危险等级建筑自动喷水灭火系统设计参数比较如下：设计参数 喷水强度（L／²） 作用面积（m²） 喷头工作压力（MPa） 喷头最大间距（m） 每个喷头最大保护面积（m²） 喷头性能K 系统类别 ESFR喷头系统 40．86 111．6 0．35 3．05 9．30 204．8 严重危险级自动喷水灭火系统 15．0 300 0．10 2．30 5．40 80．0