自动喷水灭火系统设计毕业论文

中文摘要自动喷水灭火系统作为一种建筑消防设施，已经得到广泛应用，大量的工程实践也已经证明了其灭火、控火的高效性，但由于一些历史原因及人们长期以来对建筑消防的固有观念，使得它在建筑消防减灾0范虽给设计施工提供了可执行的依据，但规范本身还存在着一定的缺陷，削弱了自动喷水灭火系统的灭火性能。 本文在分析研究国内外大量的相关数据及文献的基础上，结合工程实践经验,从安全性、经济性、合理性的原则出发，强调了自动喷水灭火系统在建筑消防中不可替代的地位。同时，对规范中的相关条文及工程实践中难以解决的问题，提出了自己的观点，使之不断完善。关键词：自动喷水灭火系统 消防 自动报警 喷淋泵ABSTRACTAs fire protection services for building, the sprinkler systems have been extensively used, lots of engineering practices have also proved that these systems have high efficiency on fire-extinguishing and fire-controlling. But some historical reasons and some original concepts about the fire protection for building caused the guiding place of the systems in fire protection for building not to be established Moreover, each kind of related standard although has provided the basis to the design construction which may carry out, but standard itself also has the certain flaw, weakened the automatic deluge system extinguishment characteristics. This article studies the domestic and foreign massive correlation data and in the literature foundation in the analysis, the union project experience, from the security, the efficiency, the rational principle embarked, emphasized the automatic deluge system the status which could not be substituted in the construction fire prevention. At the same time, the question which solves with difficulty to in the standard related article and the project practice, proposed own viewpoint, cause it unceasingly to consummate.Keywords: Automatic deluge system Fire prevention Auto-alarm Sprays pumps 目 录中文摘要1ABSTRACT2目 录3第一章绪论51.1引言51.2自动喷水系统的特点61.3自动喷水系统设计的意义7第二章 系统方案的确定82.1自动喷水系统主要部件82.2方案的确定92.2.1洒水喷头92.2.2水流指使器（水流开关）122.2.3压力开关122.2.4报警阀132.2.5末端试水装置14第三章 控制系统的设计153.1自动喷洒用消防泵的控制电路设计153.2全电压启动的喷淋泵控制电路设计163.3火灾自动报警系统设计183.3.1火灾自动报警系统的形式183.3.2火灾自动报警控制器233.3.3火灾探测器253.3.4手动报警器32第四章 自动喷水灭火控制系统的实现344.1系统硬件配置344.2 EIA-RS-232的应用374.2.1电气特性374.2.2连接器的机械特性394.2.3火灾信号检测原理404.2.4控制软件及流程404.2.5系统主要的子程序模块414.2.6自动消防监控系统主要实现的功能424.2.7火灾报警电路42参考文献44致谢45第一章绪论1.1引言火灾，作为一种具有突发性和强破坏性的灾害现象，严重危害人类生命财产安全和自然环境。据统计，在众多的灾种中，火灾造成的直接损失约为地震的5倍，仅次于干旱和洪涝，而火灾发生的频度则居于各灾种之首。千百年来，人类和火灾进行了长期的斗争，积累了许多防火、灭火的经验教训。随着社会的不断发展，人们对于火灾的认识不断加深，针对火灾初期不同特征的各种探测方法越来越多。人类逐步掌握了火的燃烧机理，燃烧条件和燃烧发展的过程，创造了各种各样防火、灭火的方法。在上世纪70年代后期，开始出现一门新兴的多学科交叉应用基础科学一火灾科学，其中心内容就是用现代高科技手段研究火灾发生、发展和防治的机理和规律，为火灾防治提供新的思想、理论和方法，使得人类对火灾的研究进入了科学化、系统化的轨道，并促进了防火、灭火技术的进步。自动喷水灭火系统之所以能成为目前世界上使用最广泛上午固定式灭火系统，特别是应用在高层建筑等火灾危险性较大的建筑物中，主要是由于它在保护人身和财产安全方面有着其他系统无法比拟的优点。自动喷水灭火系统是一种重要的灭火措施，随着社会的发展迫使高层建筑拔地而起。更由于智能大厦的出现，使现代高层建筑以多功能且装饰豪华而著称。大量有机材料或可燃易燃物质拥入大厦，一旦起火，这些遍布全楼的可燃物便是火灾燃烧的极好物质条件，同时这些材料也是火灾迅速蔓延的良好途径。自动喷水灭火系统是目前世界上采用最广泛的一种固定灭火设施。其特征是：通过加压设备将水送入管网至带有热敏元件的喷头处，喷头在火灾的热环境中自动开启洒水灭火。对于装有闭式喷头的系统，只有那些受火灾影响的喷头才开启洒水扑灭下方的火灾。其基本功能是：能在火灾发生后，自动地进行喷水灭火；能在喷水灭火的同时发出报警。他分秒不离开值勤岗位，不怕浓烟烈火，随时监视火灾，是最安全 可靠的灭火装置，使用于温度不低于4度(低于4度受冻)和不高于70度(高于70度失控,误动作造成水灾)的场所. 自动喷水用消防泵受水路系统压力开关或水流指示器直接控制.火灾时延时启泵或由消防中心控制挺泵，而自动喷水消防系统就可以很好的预防火灾的蔓延。据美国NFPA（美国消防协会）调查统计，装有这种设备的建筑物比，没有此项设备的建筑物在火灾中的生命丧失要少1/32/3，财产损失少1/22/3。虽然装有自动喷水灭火设备的家庭发生火灾的比例极低，但其次数已看出它的效果。据19821991年之间的统计，在装有自动喷水设备的家庭中发生火灾48900次，死亡200人，而没有装该设备的家庭发生火灾3704600次，死亡33825人，估算在千次火灾中前者减少死亡率55%。自动喷水灭火系统的控火灭火率还于喷头的开启数有关。当喷头开启数为1时，在高层建筑中系统的控火灭火率已达69.7%，在其他建筑中也达到61.3%。当喷头开启数为5个和少于5个的情况下，系统的控火灭火率已经达到了90%当喷头开启数接近100时，系统的控火灭火率也接近100%。从自动喷水灭火系统的应用实践和统计资料可以看出，自动喷水灭火系统的控火灭火率很高，对建筑物的中的灭火具有很高的实用价值，而且随着科学的进步，该系统的应用范围将会越来越广泛，系统可靠性和控火灭火率也会相应提高。基于PLC控制的优点，本设计采用了SIEMENS S7-300 PLC的CPU模块、电源模块、数字量输入模块、数字量输出模块，通信处理器模块组成。主要采集火灾信号、现场的手动报警按钮信号、消防管线所有控制阀的运行和控制状态、消防水泵、稳压水泵的运行和控制状态、火灾报警手动确认信号、消防管线水压；主要控制消防水泵、稳压水泵的启停和消防管线上所有控制阀的开关、闪光报警器的报警输出、视频监视系统的报警联动。1.2自动喷水系统的特点自动喷水系统反应快，由于采用火灾探测传动装置来控制系统的开启，从火灾发生到火灾探测装置动作开启喷水系统的时间短，如果采用充水式雨淋系统，其反应会更快，有利与快速出水灭火。自动喷水灭火系统控制面积大，用水量大。由于开式喷头向系统保护区域同时喷水，能有效的控制住火灾，防止火灾蔓延，初期灭火用水量很大完善系统自身的可靠性。自动喷水灭火系统将在发展中得到完善。一方面表现在，通过喷水灭火机理的研究，对不同火灾场所的火灾负荷，发展，蔓延过程，决定采用不同类型的喷水灭火方式。自动喷水灭火系统，根据被保护建筑物的性质和火灾发生，发展特性的不同，可以有许多不同的系统形式。通常根据系统中所使用的喷头形式不同，分为闭式自动喷水灭火和开式自动喷水灭火系统两大类。闭式自动喷水灭火系统采用闭式喷头，它是一种常闭喷头，喷头的感温闭锁装置只有在预定的温度环境下才会脱落，开启喷头。因此，在发生火灾时，这种喷头灭火系统只有处于火焰之中或临近火源的喷头才会开启灭火。开式自动喷水灭火系统采用的是开式喷头，开式喷头不带感温闭锁装置，处于常开状态。发生火灾时，火灾所处的系统保护区域的所有开启式喷头一起出水灭火。根据被保护建筑物的要求，闭式自动喷水灭火系统还可以分为，湿式自动喷水灭火系统，干式自动喷水灭火系统，干湿式自动喷水灭火系统，预作用自动喷水灭火系统等形式；开式自动喷水灭火系统，可分为雨淋系统，水幕系统等形式。1.3自动喷水系统设计的意义住宅建筑内的自动快速反应的喷水灭火系统。美国在1973年就制定了相关规范对其推广，英国、澳大利亚、新西兰也使用多年，实践证明住宅内安装该系统能够扑救住宅初期火灾，保护居民生命、财产安全，降低火灾损失以及为居民逃生疏散提供足够的时间并能及时报警。 随着我国自动喷水灭火系统的不断发展，自动喷水灭火系统的大大降低了火灾的危害性，把火灾给人们带来的经济损失将到了最低，为确保人的生命及财产安全提供了保障。第二章 系统方案的确定2.1自动喷水系统主要部件湿式喷水灭火系统是由喷头，报警止回阀，延迟器，水力警铃，压力开关（安在干管上），水流指示器，管道系统，供水设施，报警装置及控制等组成报警阀的前后充满压力水，主要器件（如列表1）所列。其动作程序（如图2-1）所示。表1 主要部件编号名称用途编号名称用途1高位水箱存储初期火灾用水13水池存储1h火灾用水2水力警铃发出音响警报信号14压力开关自动报警或控制3湿式报警器系统控制阀，输出报警水流15感烟探测器感知火灾自动报警4消防水泵接合器消防车供水口16延迟器克服水压液动引起的误报警5控制箱接收电信号并发出指令17消防安全指示阀显示阀门启闭状态6压力罐自动启闭消防水泵18放水阀试警铃阀7消防水泵专用消防升压泵19放水阀检修系统时放空8进水管水源管20排水漏斗排走系统的出水9排水管末端试水装置排水21压力表指示系统压力10末端试水装置实验系统功能22节流孔板减压11闭式喷头感知火灾出水灭火23水表计量末端实验装置出水量12水流指示器输出电信号，指示火灾区域24过滤器过滤水中杂质图 2-1 湿式自动喷水灭火系统动作程序图自动喷洒泵的启动过程是：当发生火灾时，随着火灾部位的 温度的升高，系统喷头上的玻璃球暴裂（或易熔合金喷头上的易熔合金片熔化脱落），喷头开始喷水，水管内的水流推动水流指示器的桨片，使其电接点闭合接通电路，输出电信号至消防中心。此时，设在主干水管上的报警水阀被水流冲开，向洒水喷头供水，同时水流经过报警阀流入延迟器，竟延迟后，又流入压力开关使压力继电器动作SP接通，使喷洒用消防泵启动，在压力继电器动作的同时，启动水力警铃，发出报警信号。2.2方案的确定2.2.1洒水喷头喷头可分为开启式和封闭式两种。它是喷水系统的重要组成部分，因此其质量，性质和安装的优劣直接影响火灾初期灭火的 成败，可见选择时必须注意。A 封闭式喷头：可以分为易熔合金式，双金属片式和玻璃球式三种。应用最多的是玻璃球式喷头，喷头不止在房间顶棚下面，与支管相连。喷头主要技术参数（如表2）所示，动作温度级别（如表3 ）所示。表2 玻璃球式喷淋头主要技术参数型号直径（mm）通水口径(mm)接管螺纹(in)温度级别(度)炸裂温度范围%玻璃球色标最高温度环境（度）流量系数K(%)ZST-15系列15111/257687993+15橙红黄绿2738496380表3 玻璃球式喷水头动作温度级别动作温度（度）安装环境允许最高温度级别（度）颜 色57 38橙68 49红79 60黄9374绿141121蓝182160紫227204黑260238黑在正常情况下，喷头处于封闭状态。火灾时，开启喷水是由感温部件（充液玻璃球）控制，当装有热敏液体的玻璃球达到动作温度（57度，68度，79度，93度，141度，182度，227度，260度）时，球内液体膨胀，使内压力增大，玻璃球炸裂，密封垫脱落，喷出压力水，喷水后，由于压力降低压力开关动作，将水压信号变为点信号向喷淋泵控制装置发出启动喷淋泵信号，保证喷头有水喷出。同时，流动的消防水使主管道分支处的水流指示器电接点动作，接通延时电路（延时2030s），通过继电器触点，发出声光信号给控制室，以识别火灾区域。综上可知，喷头具有探测火情，启动水流指示器，扑灭早期火灾的重要作用。其特点是：结构新颖，耐腐蚀性强，动作灵敏，性能稳定。适用范围：高（多）层建筑，仓库，地下工程，宾馆饭店等用水灭火的场所。B 开启式喷头：按其结构可分为双臂下垂型，单臂下垂型，双臂直力型和双臂边墙型四种，其主要参数（见表4）。表4 开启式喷淋头的主要技术参数型号名称直径(mm)接管螺纹(in)外形尺寸(mm)流量系数K(%) 高 低ZSTK-15 15 ZG1/2 74 46 80开启喷头与雨淋阀（或手动喷头水阀），供水管网以及探测器，控制装置等组成雨淋灭火系统。开启式喷头的特点是：外型美观，结构新颖，价格低廉，性能稳定，可靠性强。适用范围：易燃，易爆品加工现场或储存仓库以及剧场舞台上部的葡萄棚下部等处。表5 喷头的保护面积与喷头间距保护面积/m2喷头距离室内高度9.1m室内高度9.1-13.7m最大最小最大最小最大最小9.37.43.662.443.252.44表 6 不同危险等级不同种类的喷水强度比较危险等级喷头种类流量系数K喷头工作压力/MPa喷头间距m喷头流量L/min喷水强度L(min m2)强度比较%一只喷头最大保护面积m2轻危险级标准800.100.054.4805642.81007019.36中危险级级标准800.100.053.6805664.31007213.0级标准800.100.053.4805685.61007011.56严重危险级级标准800.100.052.68056128.4100706.76大口径1150.100.053.111581128.5100709.6级标准800.200.052.6511356168100507.0大口径1150.150.053.014081169100569.02.2.2水流指使器（水流开关）水流指使器的作用是：把水的流动转换成电信号报警的部件。其电接点即可直接启动消防水泵，也可接通电警铃报警。在保护面积小的场所（如小型商店，高层公寓等），可以用水流指使器代替湿示报警阀，但应仍设置止回阀于主管道底部，一是可防止水污染（如和生活用水同水源），二是可配合设置水泵接合器的需要。在多层或大型建筑的自动喷水灭火系统中，在每一层或每分区的干管的始端安装一个水流指使器。为了便于检修分区管网，水流指示器前宜安装安全信号网，可以直接报知建筑物的哪一层，哪一部分闭式喷头已喷水。也可以安装在主干水管上直接控制启动水泵。适用于管径 d=50150mm系统中。水流指示器分类：按叶片形状分为板式和桨式两种。按安装基座分为管式，法兰式和鞍座式三种。这里仅用桨式水流指示器说明。桨式水流指示器又分为电子接点式和机械接点式两种。桨式水流指示器的构造主要由桨片，法兰底座，螺栓，本体和电接点等组成。桨式水流指示器的工作原理：当发生火灾时，报警阀自动启动后，流动的消防水使桨片摆动，带动其他接点动作，通过消防控制室启动水泵供水灭火。2.2.3压力开关ZSJY,ZSJY25,和ZSJY50（上海消防器材厂生产）。它安装在延迟器与水力警铃之间的信号管道上。压力开关的工作原理是：当喷头启动喷水时，报警阀阀瓣开启，水流通过阀座上的环型槽流入信号道和延迟器。延迟器充满水后，水流经信号管进入压力继电器，压力继电器接到水压信号，即接通电路报警，并启动喷淋泵。压力开关特点：ZSJY型 ：1. 膜片驱动，工作压力为0.071MPa之间可调。2. 适用于空气，水介质。3. 可用交流直流电，工作电压为VC22V,380V,DC12V,24V,36V,48V;触点所能承受的电容量：AC220V,5A,DC24V,3A,接线电缆外径20mm。 ZSJY25，50型：工作压力为0.020.025MPa及0.040.05MPa。用弹簧线柱给接线带来了方便，触点容量为DC24V,5A。以上三种压力开关都有一对常闭触点开关，作自动报警时控制作用。压力开关应用接线：压力开关用在系统中需经模块与报警总线连接，（如图2-2）所示。图2-2 压力开关接线图2.2.4报警阀报警阀是自动喷水灭火系统中接通或切断水源，并启动报警器的装置。在自动喷水灭火系统中，报警阀是至关重要的组件，其作用有三：接通或切断水源、输出报警信号和防止水流倒回供水源，以及通过报警阀可以对系统的供水装置和报警装置进行检验。报警阀根据系统的不同分为湿式报警阀、干式报警阀和雨淋阀。 A 湿式报警阀用于湿式喷水灭火系统。它的主要功能是：当喷头开启时，湿式阀能自动打开，并使水流入水力警铃发出报警信号。湿式报警阀在湿示喷水灭火系统中有非常关键的作用，安装在总供水干管上，连接供水设备和配水管网。它必须十分灵敏，当管网中即使有一个喷头喷水，破坏了阀门上下的静止平衡压力，就必须立即开启，任何延迟都会耽误报警的发生。它一般采用止回阀的形式，即只允许水流向管网，不允许水流回水源。其作用：一是防止随着供水水源压力波动而启闭，虚放警报；二是管网内水质因长期不流动而腐化变质，如让它流回水源将产生污染。当系统开启时报警阀打开，接通水源和配水管；同时部分水流通过阀座上的环型槽，经信号管道送至水力警铃，发出音响报警信号。湿式报警阀的作用：平时阀芯前后的水压相等，水通过导向杆中的水压平衡小孔保持阀板前后水压平衡，由于阀芯的自重和阀芯前后所受总压力的不同，阀芯处于关闭状态（阀芯上面的总压力大于阀芯下面的总压力）。发生火灾时，闭式喷头喷水，由于水压平衡小孔来不及补水，报警阀上面的水压下降，此时阀下水压大于阀上水压，于是阀板开启，向洒水管网及洒水喷头供水，同时水沿着报警阀的环形槽进入延时器，压力继电器及水力警铃等设施，并发出火警信号并启动消防水泵等措施。B 干式报警阀用于干式喷水灭火系统。它的阀瓣将阀门分成两部分，出口侧与系统管路和喷头相连，内充压缩空气，进口侧与水源相连。干式阀利用两侧气压和水压作用在阀瓣上的力矩差控制阀瓣的封闭和开启，一般可分为差动型干式报警阀和封闭型干式报警阀两种。C 雨淋阀用于雨淋喷水灭火系统、预作用喷水灭火系统、水幕系统和水喷雾灭系统。这种阀的进口侧与水源相连，出口侧与系统管路和喷头相连，一般为空管，仅在预 作用系统中充气。雨淋阀的开启由各种火灾探测装置控制。放水阀的作用：进行检修或更改喷头时放空阀后管网余水。警铃管阀门的作用：检修报警设施，应处于常开状态。水力警铃的作用：火灾时报警。水力警铃宜安装在报警阀附近，其连接管的长度不宜超过6cm，高度不宜超过2cm，以保证驱动水力警铃的水流有一定的水压，并不得安装在受雨淋和暴晒的场所，以避免影响其性能。电动报警不得代替水力警铃。延迟器的作用：它是一个罐式容器，安装在报警阀与水力警铃之间，用以防止由于水源压力突然发生变化而引起报警阀短暂启动，或对因报警阀渗漏而进入警铃管道的水流起一个短暂容纳作用，从而避免虚假报警。只有在火灾真正发生时，喷头和报警阀相继打开，水流源源不断地流入延迟器，经过30秒左右充满整个容器，然后冲入水力警铃。试警铃阀的作用：进行人工实验检查，打开试警铃阀能自动打开，水流应迅速充满延迟器，并使压力开关及水力警铃立即动作报警。2.2.5末端试水装置自动喷水灭火系统末端试水装置是喷洒系统的重要组成部分，通过此装置可以检测整个系统运行状况，自动喷水灭火系统设计规范(GB50084 -2001，以下简称“设计规范”),条文解释中对此装置作用做了详细的诠释：“为了检测系统的可靠性，测试系统能否在开放一只喷头的最不利条件下可靠报警并正常启动，要求在每个报警阀的供水最不利处设置末端试水装置。末端试水装置测试的内容，包括水流指示器、报警阀、压力开关、水力警铃的动作是否正常，配水管道是否通畅，以及最不利点处的喷头工作压力等。喷水管网的末端应设置末端试水装置，宜与水流指示器一一对应。图中流量表直径与喷头相同，连接管道直径不大于20mm。末端试验阀可以采用电磁阀或手动阀。如设有消防控制室时，若采用电磁阀可直接从控制室启动试验阀，给检查带来方便。第三章 控制系统的设计3.1自动喷洒用消防泵的控制电路设计自动喷洒系统是自动水灭火系统，自动喷洒用消防泵受水路系统的压力开关或水流指示（继电）器直接控制，延时起泵，或者由消防中心控制起挺泵。自动喷洒用消防泵一般设计为两台泵一用一备，互为备用，工作泵故障时，备用泵延时自动投入运行。自动喷洒用消防泵控制电路（如图附录 一）所示。控制电路中设有工作状态选择开关，可使两台泵分别处在1#用2#备，2#用1#备或两台泵均为手动的工作状态。图中，当发生火灾时，喷洒系统的喷头自动喷水，设在主管上的压力继电器，（或接在防火分区水平干管上的水流继电器） SP接通，时间继电器KT3通电。经延时（35s）后，中间继电器KA4通电吸合。若选择开关SA置于1#用2#备的位置，则1#泵的接触器KM1通电吸合，1#泵起动向系统供水。如果此时1#泵故障，接触器KM1跳闸，使2#泵作为备用泵起动向自动喷洒水系统供水。根据消防规则的规定，火灾时喷洒泵起动运转1h后，自动停泵。此时，时间继电器KT4的延时整定时间为1h。它通电1h后吸合，中间继电器KA4断电释放，使正在运行的喷洒泵控制回路断电，水泵停止运行。液位器SQ安装在水源水池内，当水池无水时，液位器SQ接通，使中间继电器KA3通电吸合，其常闭触点将两台水泵的自动控制回路断电，水泵停止运行。控制电路中，分别设有两台泵的故障指示灯HY1,HY2。两台泵自控回路中，与KA4常开触点并联的引出线，接在消防控制模块，由消防中心集中控制水泵的起停。消防泵电气控制主要是指火灾发生时消火栓系统所属消防水泵(恒压泵、加压泵等)的控制，并且一般都应具备集中(消防中心)管理的功能，在满足使用要求的前提下，力求简单可靠。所示是消防泵的典型电气控制原理图。图中，nAN是室内消火栓中的消防按钮，各保护区域(楼层)消防按钮一般串联相接，构成“或”逻辑条件去启动消防泵，即只要建筑物内任意一个区域出现火灾，驱动消防按钮就可使消防泵启动。nXK是各个消火栓内被喷水枪压住的限位开关，拿起水枪，2XK限位开关闭合，使得安装在消防中心控制屏上的信号灯nXD点亮，指示何处消火栓已开始工作。自动喷洒系统是自动水灭火系统，自动喷洒用消防泵受水路系统的压力开关或水流指示（继电）器直接控制，延时起泵，或者由消防中心控制起挺泵。自动喷洒用消防泵一般设计为两台泵一用一备，互为备用，工作泵故障时，备用泵延时自动投入运行。控制电路中设有工作状态选择开关，可使两台泵分别处在1#用2#备，2#用1#备或两台泵均为手动的工作状态。3.2全电压启动的喷淋泵控制电路设计电气线路的组成:在高层建筑及建筑群体中，每座楼宇的喷水系统所用的泵一般为23台。采用2台泵时，平时管网中压力水来自高位水池，当喷头喷水，管道里有消防水流动时，流水指示器启动消防泵，向管网补充压力水。平时一台工作，一台备用，当一台故障停转，接触器触点不动作时，备用泵立即投入运行，两台可以互为备用。（如图3-1）为两台泵的全电压启动的喷淋泵电路，图中B1、B2、Bn为区域水流指示器。如果分区较多可用n个水流指示器及n个继电器与之配合。采用3台消防泵的自动喷水系统也比较常见，三台泵中两台为压力泵，一台为恒压泵。恒压泵一般功率很小，在5kW左右，其作用是使消防管网中水压保持在一定范围之内。此系统的管网不得与自来水或高水位池相连，管网消防用水来自消防储水池，当管网中的渗漏压力降到某一数值时，恒压泵启动补压。当达到一定压力后，所接压力开关断开恒压泵控制回路，恒压泵停止运行。图 3-1 全电压启动的喷淋泵控制电路电路的工作情况分析A 正常（即1号泵工作，2号泵备用）时：将QS1、QS2、QS3合上，将转换开关SA至“1自，2备）位置，其SA的2、6、7号触头闭合，电源信号灯HL(n+1)亮，做好火灾下的运行准备。如二层着火，且火势使火灾现场温度达到热敏玻璃球发热程度时，二楼的喷头爆裂并喷出水流。由于喷水后压力降低，压力开关动作，向消防中心发出信号，同时管网里有消防水流动时，水流指示器B2闭合，使中间继电器KA2线圈通电，时间继电器KT2线圈通电，经延时后，中间继电器KA(n+1)线圈通电，使接触器KM1线圈通电，1号喷淋消防泵启动运行，向管网补充压力水，信号灯HL(n+1)亮，同时警铃HA2响，信号灯HL2亮，即发出声光报警信号。B 当一号泵故障时，2号泵的自动投入过程（如果KM1机械卡住）：如n层着火，n曾喷头因室温达到动作值而爆裂喷水，n层水流指示器Bn闭合，中间继电器Kan线圈通电，使时间继电器KT2线圈通电，延时后KA(n+1)线圈通电，信号灯HLn亮，警铃HLn响，发出声光报警信号，同时KM1线圈通电，使备用中间继电器KA线圈通电，接触器KM2线圈通电，2号备用泵自动投入运行，向管网补充压力水，同时信号灯HL(n+3)亮。C 手动强投：如果KM1机械卡住，而且KT1也损坏时，应将SA至“手动“位置，其SA的1、4号触头闭合，按下按钮SB4，使KM2通电，2号泵启动，停止时按下按钮SB3,KM2线圈失电，2号电动机停止。喷水灭火系统中，对于喷淋泵应做到不间断供电，一般可采用两路独立电源或以两路独立母线构成环形供电网。设备采用柴油发电机组或其它内燃机组也是十分必要的。应与一般动力、照明等供电线路分开。3.3火灾自动报警系统设计3.3.1火灾自动报警系统的形式1. 火灾自动报警系统的基本要求 火灾的早期发现和扑救具有极其重要意义，它能将损失控制在最小范围，并且防止造成灾害。基于这种思想和高层建筑以自救为主原则，我国有关消防规范和技术标准对火灾自动报警及其系列产品提出了以下基本要求：（1）确保火灾探测和报警功能，保证不漏报；（2）减少环境因素影响，减少系统误报率；（3）确保系统工作稳定，信号传输准确可靠；（4）系统的灵活性、兼容性强，产品成系列；（5）系统的工程适用性强，布线简单、灵活、方便；（6）系统的应变能力强，调试、管理、维护方便；（7）系统的性能价格比高；（8）系统的联动功能丰富，联动控制方式有效、多样。为达到上述的基本要求，火灾自动报警系统通常由火灾探测器，区域火灾报警控制装置和火灾报警控制器，以及联动模块与控制模块、控制装置等组成。火灾探测器是对火灾进行有效探测的基础与核心，火灾探测器的选用及其与火灾报警控制器的配合，是火灾自动报警系统设计的关键。火灾报警控制器是火灾信息处理和报警识别与控制的核心，最终通过联动控制装置实施对消防设备的联动控制和灭火操作。【11】2. 火灾自动报警系统的基本设计形式根据火灾自动报警系统设计规范（GBJ116-98）的规定、火灾监控对象的特点和火灾报警控制器的分类，以及消防联动设备联动控制要求的不同，火灾自动报警系统分为三种基本设计形式，即：区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统。本次设计的建筑物为一类建筑，保护对象等级为一级，按照设计规范的要求，其基本设计形式应选用控制中心报警系统。控制中心报警系统是由设置在消防控制中心（或消防控制室）的消防联动控制装置、集中火灾报警控制器、区域报警控制器和各种火灾探测器及功能模块等组成。一般控制中心报警系统形式是高层建筑及智能建筑中自动消防系统的主要类型，是楼宇自动化系统的主要组成部分，其系统结构如图3-2所示。采用区域火灾报警控制器、集中火灾报警控制器、各种火灾探测器以及功能模块和联动控制装置，进一步加强了对消防设备的监测与控制，适用于大型的建筑群、高层或超高层建筑等对象，可以对各类设置在建筑中的消防设备实现联动控制和手动/自动控制转换。图3-2 控制中心报警系统示意图3. 火灾自动报警与联动控制系统的应用形式在火灾自动报警与联动控制系统中，火灾报警控制器如何对火灾探测器进行识别和控制，即探测回路的工作原理及接线方式，反映了火灾自动报警系统的技术构成、可靠性、稳定性及性能价格比等诸因素，是评价火灾自动报警系统先进与否的一项重要技术指标。因此，按照所采用的火灾探测器、各种功能模块和与火灾报警控制器的连接方式，和火灾探测器本身的结构设计和电子线路的设计，以及火灾探测器与报警控制器间信号传输处理方式的不同，本系统的接线方式应为二总线制。此外，根据火灾报警控制器实现火灾模式识别方式的不同，本火灾自动报警系统为智能型。随着微电子器件、数字脉冲电路以及微型计算机技术不断用于火灾自动报警系统，二总线制以使用数字脉冲信号巡检和信息压缩传输，采用了大量的编码及译码逻辑电路来实现火灾探测器与火灾报警控制器之间的协议通信，大大减少了系统的线制，并且带来了工程布线的灵活性，形成了支状和环状两种布线结构，可以确切报出各个火灾探测器编码点的信息和实现模块联动与信息传输，也可用硬线联动输出，运行可靠，抗干扰能力强，误报率低，同时系统的总功耗也大大3-3 智能型系统形式的结构图智能型系统形式一般采用二总线制，结构如图3-3所示。这种系统形式的特点是：火灾探测器实际上就是火灾传感器，仅实现度火灾参数的有效采集、变换和传输；火灾报警控制器则采用微机技术实现数据集中处理、数据存储、系统巡检等，并且由内置软件完成火灾信号特征模型和灵敏度调整、火灾判优、网络通讯、图形显示和消防设备监控；同时由火灾报警控制器将对探测信号的处理、环境补偿、报脏和故障判断等返还给每个现场火灾探测器，从而实现消防设备监控和管理、联网等功能，提高系统巡检速度、稳定性和可靠性。目前总线制火灾自动报警系统获得了广泛的应用，在火灾自动报警系统与消防联动控制设备的组合方式上，总线制火灾自动报警系统的设计有两种常用的形式，即火灾自动报警与消防联动分体式和火灾自动报警与消防联动一体式。而本次火灾自动报警与联动控制系统的设计采用火灾自动报警与消防联动分体式形式，如图3-4所示。这种系统的设计思想是分别设置报警控制器与联动控制器，报警控制器负责接收各种火警信号，联动控制器负责发出声光报警信号和启动消防设备。即系统分设报警总线和联动总线，所有的火灾探测器通过报警总线回路接入报警控制器，各类联动控制模块侧通过联动总线回路接入联动控制器，联动设备的控制信号和火灾探测器的报警信号分别在不同的总线回路上传输。报警控制器和联动控制器之间通过通讯总线相互连接。图3-4 火灾自动报警与消防联动操作键盘操作按钮时钟显示故障地址显示报警地址显示工作状态显示显示接口操作输入接口 单 片 机ROM RAM串行通讯接口火灾探测器消防传动盘记录磁盘打印机数据记录接口图3-5 火灾报警控制器结构框图这种系统的特点是由于分别设置了控制器及总线回路，报警系统与联动系统相对独立运行，整个报警与联动系统的可靠性较高。该系统适合于消防报警及联动控制规模较大的一级保护对象。3.3.2火灾自动报警控制器1. 火灾自动报警控制器的结构原理火灾报警控制器是由单片机、存储器、操作面板接口电路、数据输出接口电路、串行通讯接口电路构成，图3-5为火灾报警控制器的结构框图。单片机为系统的中央处理机构，它是在一块芯片内集成了CPU，一定量的RAM、ROM串行接口、并行接口、中断管理器等，构成了一个小的计算机系统。ROM、RAM为内存单元扩展，由于单片机内的ROM、RAM有限，不能满足系统要求，所以要进行扩展，ROM为固化系统程序的只读存储器，RAM为数据处理时临时存储数据的随机存储器。尽管单片机内已配有一定的并行接口，但有些被系统的数据总线、地址总线和控制总线占用，且驱动能力有限，所以片外要作接口扩展，以便与控制器面板上的操作键盘和控制按钮等输入信号相接，还要与数码显示器和状态指示灯等输出器件相接。一般控制器设有23台数码显示管，显示当前时钟、火警地址和故障探测器地址等。控制器与探测器和联动控制盘的通讯一般采用RS-485串行通讯，而单片机内的串行通讯接口为RS-232接口，故要设串行通讯接口转换电路。磁盘为存储火灾报警控制器的工作状态、报警状态等信息的设备，以便进行工作分析和事故分析时使用。图3-6为智能报警系统的火灾报警控制器的工作流程图。这种系统对模型有自修正、自适应功能，有模糊逻辑分析和判断功能。这大大提高了系统的可靠性，减少了系统的误报率。开 始采集探测器数据修正模型显示故障信息显示火警信息记录系统状态对数据分析处理是否有故障是否有火警图3-6 火灾报警控制器工作流程图2. 火灾自动报警控制器的功能火灾自动报警控制器是一种能为火灾探测器供电以及将探测器收到的火灾信号接收、显示和传递，并能对自动消防装置等发出控制信号的报警装置。它是火灾自动报警系统的重要组成部分。在火灾自动报警系统中，火灾探测器是系统的“感觉器官”，随时监视着周围环境的情况。而火灾报警控制器是系统的“躯体”和“大脑”是系统的核心。根据国家标准GB4718-96的定义，火灾报警控制器是可以向探测器供电，并具有下述功能的设备：（1）能接收探测信号，转换成声、光报警信号，指示着火部位和记录报警信息；（2）可通过火警发送装置启动火灾报警信号或通过自动消防灭火控制装置启动自动灭火设备和消防联动控制设备；（3）自动地的监视系统的正确运行和对特定故障给出声、光报警（自检）。由此可见，火灾报警控制器的作用是向火灾探测器提供高稳定度的工作电源；监视连接各火灾探测器的传输导线有无故障；能接收火灾探测器发送的火灾报警信号，迅速、正确地进行转换和处理，并以声、光等形式指示火灾发生的具体部位，进而发送消防设备的启动控制信号。3. 火灾报警控制器的分类根据火灾报警控制器功能与结构以及系统设计构思的不同，消防自动报警系统呈现出不同的应用形式。一般，火灾报警控制器按照其用途可以分为区域火灾报警控制器、集中火灾报警控制器和通用火灾报警控制器。区域火灾报警控制器用于火灾探测器的监测、巡检、供电与备电，接收火灾监测区域内火灾探测器的输出参数或火灾报警、故障信号，并且转换为声、光报警输出，显示火灾部位或故障位置等，其主要功能有火灾信息采集与信号处理，火灾模式识别与判断，声光报警，故障监测与报警，火灾探测器模拟检查，火灾报警计时，备电切换和联动控制等。集中火灾报警控制器用于接收区域火灾报警控制器的火灾报警信号或设备故障信号，显示火灾或故障部位，记录火灾信息和故障信息，协调消防设备的联动控制和构成终端显示等，其主要功能是包括火灾报警显示、故障显示、联动控制显示、火灾报警计时、联动连锁控制实现、信息处理与传输等。通用火灾报警控制器兼有区域和集中火灾报警控制器的功能，小容量的可以作为区域火灾报警控制器使用，大容量的可以独立构成中心处理系统。其形式多样，功能完备，可以按照其特点用作各种类型消防自动报警系统的中心控制器，完成火灾探测、故障判断、火灾报警、设备联动、灭火控制及信息通讯传输等功能。4. 火灾报警控制器的主要技术性能（1）容量 容量是指能够接收火灾报警信号的回路数，以“M”表示。一般区域报警器M的数值等于探测器的数量。对于集中报警控制器，则容量数值等于M乘以区域报警器的台数N，即MN。（2）工作电压 工作时，电压可采用220V交流电和24V32V, 直流电（备用）。备用电源应优先选用24V。（3）输出电压及允差 输出电压即指供给火灾探测器使用的工作电压，一般为直流24V，此时输出电压允差不大于0.48V。输出电流一般应大于0.5A。（4）空载功耗 即指系统处于工作状态时所消耗的电源功率。空载功耗表明了该系统的日常工作费用的高低，因此功耗应是愈小愈好；同时要求系统处于工作状态时，每个报警回路的最大工作电流不超过20mA。（5）满载功耗 满载功耗指当火灾报警控制器容量不超过10路时，所有回路均处于报警状态所消耗的功率；当容量超过10路时，20%的回路（最少按10路计）处于报警状态所消耗的功率。使用时要求在系统工作可靠的前提下，尽可能减少满载功耗；同时要求在报警状态时，每一回路的最大工作电流不超过200mA。（6）使用环境条件 使用环境条件主要指报警控制器能够正常工作的条件，即温度、湿度、风速、气压等项。要求陆用型环境条件为：温度-1050C；相对湿度92%（40C）；风速5m/s；气压为85106kPa。3.3.3火灾探测器1. 火灾的探测方法火灾是一种失去人为控制的燃烧过程，产生火灾的基本要素是可燃物、助燃剂和点火源l。可燃物以气态、液态和固态三种形式存在，助燃剂通常是空气中的氧气。根据可燃气体与空气混合方式的不同有两种燃烧方式:如果在燃烧前可燃气体就与空气均匀混合称预混燃烧;如果可燃气体和空气分别进入燃烧区边混合边燃烧称为扩散燃烧。液体和固体是凝聚态物质，难与空气均匀混合，它们燃烧的基本过程是当外部提供一定的能量时，液体或固体先蒸发成蒸气或分解析出可燃气体(如C，OH:等)、较大的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气中，粒子直径一般在0.01cm左右，这些悬浮物统称为气溶胶。几乎在产生气溶胶的同时，产生粒子直径为0.01一10cm的液体或固体颗粒，称为烟雾。气相形式的可燃物与空气混合，在较强火源作用下产生预混燃烧。着火后，燃烧火焰产生的热量使液体或固体的表面继续释放出可燃气体，并形成扩散燃烧。同时，发出含有红外线或紫外线的火焰，散发出大量的热量。大量热量通过可燃物的直接燃烧、热传导、热辐射和热对流，使火从起火部位向周围蔓延，这就是经常所说的火蔓延，火蔓延导致了火势的扩大、形成火灾。气溶胶、烟雾、火焰和热量都称为火灾参量，通过对这些参量的测定便可确定是否存在火灾6。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障，因此，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火方法，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。因为任何一种探测器都不是万能的，都有一定的环境适应性，也即有一定的局限性。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所，扬长避短。图3.-7所示为最常用的感烟、感温探测器响应时间曲线。图3-7 常用感烟、感温探测器响应时间曲线在图3-7中，燃烧气体和烟浓度与时间的关系曲线（1）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（2）则说明热气流温度随时间而上升。从图3-7（A）可知，如果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3-7（A）中两条曲线还表示几种最常用类型的火灾探测器做作出的反应。感烟探测器能够在短时间内做出反应，早期发出火灾报警信号；而感温探测器则要在较长时间后才做出反应。当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，使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，对于同一种可燃物，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地响应。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。所以，根据物质燃烧过程中发生的能量转换和物质转换所产生的不同火灾现象与特征，形成了不同的火灾探测方法。红外光束线型感烟探测器 红外光束线型感烟探测器如图3-8所示，是应用感烟粒子吸收或散射红外光束使红外光束强度发生变化的原理工作的。探测器的工作原理与光电感烟探测器类似，只是烟不必进入点型光电感烟探测器的采样室中，在保护空间任何地点上的烟都可能使红外光束衰减。线型光束探测器在一个长达100米的路径上可代替若干个点型感烟探测器，具有保护面积大、安装位置较高、在相对湿度较高和强电场环境中反应速度等优点，适宜保护较大的场所，尤其适宜保护难以使用点型探测器甚至根本不可能使用点型探测器的场所。图3-8 红外光束线型感烟探测器缆式线型定温火灾探测器缆式线型定温火灾探测器如图3-9所示，适宜保护电缆隧道等工业建筑或特殊的应用场所。它又分为模拟式和数字式两大类，目前主要发展和应用是数字式该探测器实际上是条热敏电缆，它由两根弹性钢丝、热敏绝缘材料、塑料包带及塑料外护套组成。在正常监视状态下，两根钢丝间呈绝缘状态。在每一热敏电缆中有一极微小的电流流动，当热敏电缆线路上任何一点(部位)的温度(可以是“电缆”周围空气或它所接触物品的表面温度)，上升达到其额定动作温度时，其绝缘材料熔化，两根钢丝互相接触，此时报警回路电流骤然增大，报警控制器发出声、光报警;同时数码器或液晶火灾报警的回路号和火警的距离(即热敏电缆动作部分的米数)。经人工处理后，热敏电缆可重复使用。图3-9 缆式线望足温火灭殊侧器可燃气体火灾探测器 可燃气体火灾探测器适用保护可燃气体容易泄漏处的附件、泄漏出来的气体容易流经或容易滞留的场所。可燃气体探测器按其测气体的特性又有很多种类与品种，但主要手段大多采用“点型可燃气体探测器”，该类探测器在实际应用中存在寿命短、易中毒、探测器面积小等缺陷，因此目前现场应用一般只限于在重点位置安放。我国自行研制开发的线型红外可燃气体探测器，采用双波段实现对可燃气体的探测，一对探测器的最远探测距离可达80m，探测灵敏度高、响应速度快，不会因某种气体中毒而损坏器件，也不会因可燃气体浓度过高而降低性能。由于该系统采用了双波段互补技术、信号窄脉冲同步分离技术、探测器工作点自动调整技术，最大限度地消除了灰尘、雨、雪、雾等自然环境对系统工作的影响，较好地解决了系统在较恶劣环境下长期稳定运行问题。其探测效率、寿命、性能稳定都远优于目前应用的“点型可燃气体控制器”。空气采样感烟探测器该探测器能够通过测试空气样本了解烟雾的浓度，并根据预先确定的响应闭值给出相应的报警信号。在探测方式上，该探测器完全突破被动式感知火灾烟气、温度和火焰等参数特性的局面，跳跃到主动进行空气采样，快速、动态地识别和判断可烯物质受热分解或燃烧释放到空气中的各种聚合物分子和烟粒子。普通的空气采样式感烟火灾探测系统，一般是在吸气管道中加装普通点型感烟火灾探测器或采用相似的传感器作为烟粒子探测器，其烟雾探测原理与普通点型感烟控制器相同。目前先进的高灵敏度空气采样式感烟火灾控制报警系统，High sensitsvity渐tifieial一intelligeneeSmokeDeteetionSystem以下简称HSASD，按其探测原理可分为浓度计一式和激光计数式两种。如澳大利亚GODEX极早期火灾智能预警系统主要用于抽取空气样本的管道网络、高效长寿的气泵、空气流速控制器、烟粒子激光探测器、信号处理电路、“人工神经网络”微处理器和报警信号显示电路等