高層建筑中常用探測器及現(xiàn)場模塊的選用

■ 齊斌 新疆建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

高層建筑由于起火因素多、發(fā)生火災(zāi)時疏散撲救困難等特點，火災(zāi)事故在逐年加大，據(jù)統(tǒng)計，僅2021年，全國高層建筑共接報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)自動報警和聯(lián)動控制系統(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)場的探測器及現(xiàn)場模塊，前者關(guān)系到能否將現(xiàn)場火災(zāi)信號及時準(zhǔn)確地傳輸給控制器，后者關(guān)系到聯(lián)動控制命令的實施與反饋[2]。

一、研究目的

為及時準(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)自動報警和聯(lián)動控制系統(tǒng)已成為防火減災(zāi)的最佳選擇。而在具體的工程設(shè)計、安裝和使用中，由于火災(zāi)探測器及現(xiàn)場模塊選用不合理而導(dǎo)致系統(tǒng)誤報警或漏報警，致使火災(zāi)不能被有效監(jiān)測及控制的情況時有出現(xiàn)。因此，探測器及現(xiàn)場模塊的合理選擇很大程度上決定了系統(tǒng)是否能安全可靠運行。

二、研究方法

（一）火災(zāi)自動報警系統(tǒng)及聯(lián)動控制系統(tǒng)的工作原理分析

一個完整的火災(zāi)自動報警及聯(lián)動系統(tǒng)由前端傳感裝置、火警信號傳輸及控制線路、火警報警裝置、火警聯(lián)動控制器組成，其工作過程為通過安裝在被保護區(qū)域內(nèi)的前端傳感裝置（探測器）采集火災(zāi)燃燒時產(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)殡娦盘枺馂?zāi)信號由信號傳輸線路傳輸?shù)娇刂破?，由控制器接收并分析該信號，并顯示報警器件的類型、報警發(fā)生時間、具體位置?？刂破靼l(fā)出聲光報警，并通過事先編制好的聯(lián)動程序通過總線尋址到相應(yīng)的模塊，控制相應(yīng)的輸出接點，驅(qū)動噴淋泵、消火栓泵、防排煙風(fēng)機等機電設(shè)備達到防火減災(zāi)的作用。

（二）常用火災(zāi)探測器的工作原理及特點分析

位于被保護區(qū)域內(nèi)的各類探測器是火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中的重要組成部分，探測器本質(zhì)上就是傳感器，主要采集現(xiàn)場火災(zāi)信號。目前，常用的有感煙、感溫、感光、氣體、復(fù)合、圖像探測器等。

1.感溫火災(zāi)探測器

感溫火災(zāi)探測器對于被保護空間內(nèi)的異常溫度及異常溫升敏感，根據(jù)探測器構(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。

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

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

2.感煙式火災(zāi)探測器

煙霧是火災(zāi)早期的重要特征，感煙探測器對空氣中燃燒或高溫?zé)峤猱a(chǎn)生的懸浮微粒或固體比較敏感，它是將被保護部位煙氣的濃度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號實現(xiàn)報警。在火災(zāi)發(fā)生時，一般情況下煙氣最先出現(xiàn)，溫度上升有一定的時間過程。同一場所感煙探測器早于感溫探測器報警。

3.感光（火焰）式探測器

感光式火災(zāi)探測器對物質(zhì)在燃燒過程中產(chǎn)生的光譜特性、閃爍頻率、光照強度較敏感，一般分為紅外光及紫外光兩種。該類型探測器具有對火警報警速率快、保護空間大等特點，其最高保護高度可達20m，發(fā)生火災(zāi)后只需要幾毫秒甚至幾微秒就能檢測并發(fā)出信號，特別適用空間高大、燃燒速度快、火災(zāi)發(fā)生時煙霧較少甚至無煙場合。

4.氣體探測器

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

可燃氣體探測器可分為點型、獨立式。點型可燃氣體探測器必須接入可燃燒氣體報警控制器才能正常運行。獨立式可燃氣體探測器無需納入總線制火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，可單獨使用，也可采用無線網(wǎng)絡(luò)型可燃氣體探測器，發(fā)生火災(zāi)時可通過無線網(wǎng)絡(luò)將報警信號傳輸?shù)街付ㄊ謾C上。

5.復(fù)合式火災(zāi)探測器

復(fù)合式火災(zāi)探測器能夠?qū)煞N以上火警參數(shù)進行響應(yīng)，探測器對采集來的現(xiàn)場火災(zāi)信號進行智能化處理，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊邏輯控制技術(shù)進行分析判斷以降低誤報率。該類型探測器能夠真實地反映火災(zāi)現(xiàn)場情況，降低誤報率，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)控探測器

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

7.圖像型火災(zāi)探測器

圖像型火災(zāi)探測系統(tǒng)由現(xiàn)場視頻采集、信號處理與分析系統(tǒng)組成，前端視頻探測器用來采集被保護現(xiàn)場的視頻圖像[2]，使用時要求對被保護現(xiàn)場實現(xiàn)無盲區(qū)覆蓋，一般通過成對安裝攝像機來實現(xiàn)。一旦發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)通過采集來的前端視頻信號進行解碼，并通過各類算法判斷是否為火警，若為火警則通過事先設(shè)置好的聯(lián)動程序通過總線或繼電器輸出控制命令。視頻攝像機可以是安裝在辦公建筑中用于日常安防監(jiān)控的攝像機。

8.光纖探測器

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

（三）現(xiàn)場模塊

高層建筑中現(xiàn)場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)場信號隔離的作用，故障發(fā)生時，隔離模塊將整個系統(tǒng)與故障部分隔離開來，從而保證其余器件能正常運行，同時便于確認火災(zāi)或總線故障發(fā)生部位號，當(dāng)火警信號或故障解除后，隔離模塊可使線路自動接通，被隔離器件再次復(fù)位運行。

監(jiān)視模塊又稱輸入模塊，是控制器與現(xiàn)場設(shè)備之間的橋梁與紐帶，其作用是將現(xiàn)場消防器件的動作變?yōu)殡娦盘?，實時傳遞給報警控制器，由于自身帶編碼，因此在信號傳遞過程中會在主機上顯示動作設(shè)備的位置及設(shè)備種類等信息。根據(jù)設(shè)備動作輸入信號不同分為開關(guān)量和模擬量兩種。

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)機電設(shè)備一次及二次動作及反饋信號。通過系統(tǒng)編程，輸入輸出模塊可以通過總線使被控設(shè)備動作，并可接收現(xiàn)場設(shè)備是否動作的反饋信號。

中繼模塊可作為火警信號及控制信號之間的隔離，在具體應(yīng)用中主要作為信號隔離、抗干擾、擴展總線通訊距離用。選用時要注意不同類型的中繼模塊電流不同，擴展距離不同，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現(xiàn)場設(shè)備的控制。

三、結(jié)果與分析

高層建筑中探測器及模塊的選擇應(yīng)據(jù)被保護區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)燃燒性、環(huán)境條件、被保護區(qū)域高度、被保護場所的氣流狀況、現(xiàn)場需聯(lián)動控制的設(shè)備類型、動作反饋等具體要求，并結(jié)合《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》和《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行選擇。

（一）火災(zāi)探測器的選擇

1.根據(jù)火災(zāi)的燃燒特點選擇探測器

（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有陰燃階段，適于選用感煙探測器。

（2）保護現(xiàn)場有強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)先選用感光型探測器。

（3）現(xiàn)場火災(zāi)發(fā)生時火焰輻射強烈，被保護區(qū)域空間高，探測器視線開闊，含有易爆可燃物，室內(nèi)廣場、車庫等高大空間建筑應(yīng)選用火焰探測器。

（4）定溫型感溫探測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。差溫探測器在選用時應(yīng)注意當(dāng)環(huán)境溫度變化比較快或火災(zāi)現(xiàn)場溫度變化較緩慢時易誤報警。

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

2.根據(jù)環(huán)境特性選擇探測器

（1）長期相對濕度高于95%，可能發(fā)生無煙火災(zāi)、空氣流動速度大于5m/s，現(xiàn)場存在大量粉塵、水霧滯留，存在腐蝕性氣體，廚房、吸煙室、地下室發(fā)電機房等場合不建議選用感煙探測器[4]。

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

（3）被保護場所空間高大且無遮攔，或有特殊要求的場所，可選擇線型感煙探測器。

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

（5）高層建筑中烹飪場所應(yīng)采用可燃氣體探測器，如有其他氣體則應(yīng)根據(jù)氣體種類不同選擇不同的氣體類探測器，并注意探測器安裝高度應(yīng)根據(jù)氣體的密度設(shè)置。

3.根據(jù)被保護區(qū)域高度及探測器保護半徑選擇探測器

選擇探測器時應(yīng)根據(jù)被保護區(qū)域房間高度、探測器的靈敏度來選擇探測器，具體選用可參照表1[3]。

（二）現(xiàn)場模塊的選擇

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

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

在消防系統(tǒng)中為了降低成本，部分被保護區(qū)域使用非編碼探測器，但非編碼探測器無法被總線制火災(zāi)自動報警系統(tǒng)識別，而連入編碼中繼器和終端使非編碼設(shè)備能正常接入信號總線中。

隔離模塊在現(xiàn)場應(yīng)用時應(yīng)注意該模塊無需編碼，在總線的分支處設(shè)置，每一回路所保護消防設(shè)備的總數(shù)不應(yīng)超過32 點[5]。

切換模塊在選用時要注意被控設(shè)備的電壓種類及電壓值，若動作電流為直流，動作電壓為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)場設(shè)備。

四、結(jié)語

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