高層建筑中常用探測器及現場模塊的選用

摘要：火災探測器及現場模塊是高層建筑火災自動報警及聯動控制系統中應用最多、分布最廣的器件，一旦選擇不當將引起火警的誤報及漏報。文章分析了高層建筑中常用火災探測器及現場模塊的種類、作用、工作原理、使用場所及注意事項，探討了如何根據環境條件、火災特點、房間高度等因素來選擇探測器及現場模塊，以滿足不同場合對火災控制的需求。

關鍵詞：火災報警及聯動控制;探測器及現場模塊;火警信號傳輸;聯動控制

高層建筑由于起火因素多、發生火災時疏散撲救困難等特點，火災事故在逐年加大，據統計，僅2021年，全國高層建筑共接報4057起火災，168人遇難，死亡人數較上年增加了22.6%。在高層建筑中設置火災自動報警和聯動控制系統可以有效降低傷亡率，而系統中使用最多的是大量分布于現場的探測器及現場模塊，前者關系到能否將現場火災信號及時準確地傳輸給控制器，后者關系到聯動控制命令的實施與反饋[2]。

一、研究目的

為及時準確地發現和處理火災，防止并減少高層建筑火災危害，在高層建筑中設置火災自動報警和聯動控制系統已成為防火減災的最佳選擇。而在具體的工程設計、安裝和使用中，由于火災探測器及現場模塊選用不合理而導致系統誤報警或漏報警，致使火災不能被有效監測及控制的情況時有出現。因此，探測器及現場模塊的合理選擇很大程度上決定了系統是否能安全可靠運行。

二、研究方法

（一）火災自動報警系統及聯動控制系統的工作原理分析

一個完整的火災自動報警及聯動系統由前端傳感裝置、火警信號傳輸及控制線路、火警報警裝置、火警聯動控制器組成，其工作過程為通過安裝在被保護區域內的前端傳感裝置（探測器）采集火災燃燒時產生的異常溫度、煙霧及紅外、紫外輻射光等物理量并轉變為電信號，火災信號由信號傳輸線路傳輸到控制器，由控制器接收并分析該信號，并顯示報警器件的類型、報警發生時間、具體位置?？刂破靼l出聲光報警，并通過事先編制好的聯動程序通過總線尋址到相應的模塊，控制相應的輸出接點，驅動噴淋泵、消火栓泵、防排煙風機等機電設備達到防火減災的作用。

（二）常用火災探測器的工作原理及特點分析

位于被保護區域內的各類探測器是火災自動報警系統中的重要組成部分，探測器本質上就是傳感器，主要采集現場火災信號。目前，常用的有感煙、感溫、感光、氣體、復合、圖像探測器等。

1.感溫火災探測器

感溫火災探測器對于被保護空間內的異常溫度及異常溫升敏感，根據探測器構造及工作原理不同，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。當探測器溫升速率≤1℃/min時，動作值應≥54℃，其各級靈敏度動作值參照如下數值：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穩定、不易受外部粉塵、煙氣、氣流的擾動，適用于允許有一定物質損失的場所，不適用于需預警的場所。

2.感煙式火災探測器

煙霧是火災早期的重要特征，感煙探測器對空氣中燃燒或高溫熱解產生的懸浮微?；蚬腆w比較敏感，它是將被保護部位煙氣的濃度轉換為相應的電信號實現報警。在火災發生時，一般情況下煙氣最先出現，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

感光式火災探測器對物質在燃燒過程中產生的光譜特性、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，發生火災后只需要幾毫秒甚至幾微秒就能檢測并發出信號，特別適用空間高大、燃燒速度快、火災發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生氧化還原反應，致使電路不平衡而發出報警信號。

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自動報警系統，可單獨使用，也可采用無線網絡型可燃氣體探測器，發生火災時可通過無線網絡將報警信號傳輸到指定手機上。

5.復合式火災探測器

復合式火災探測器能夠對兩種以上火警參數進行響應，探測器對采集來的現場火災信號進行智能化處理，通過人工神經網絡及模糊邏輯控制技術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現場情況，降低誤報率，提高可靠性，應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.電氣火災監控探測器

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

7.圖像型火災探測器

圖像型火災探測系統由現場視頻采集、信號處理與分析系統組成，前端視頻探測器用來采集被保護現場的視頻圖像[2]，使用時要求對被保護現場實現無盲區覆蓋，一般通過成對安裝攝像機來實現。一旦發生火災，系統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置好的聯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，通過紫外準分子激光器使設置在保護現場的一段光纖纖芯折射率發生永久性改變，光的波長與溫度有一定的線性關系，當探測區域溫度發生改變時，發射光的波長與返回光的波長不一致，從而確定保護區域的溫度值，達到監控的目的。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）現場模塊

高層建筑中現場模塊主要有隔離模塊、監視模塊、控制模塊、中繼模塊和切換模塊等。

隔離模塊主要起現場信號隔離的作用，故障發生時，隔離模塊將整個系統與故障部分隔離開來，從而保證其余器件能正常運行，同時便于確認火災或總線故障發生部位號，當火警信號或故障解除后，隔離模塊可使線路自動接通，被隔離器件再次復位運行。

監視模塊又稱輸入模塊，是控制器與現場設備之間的橋梁與紐帶，其作用是將現場消防器件的動作變為電信號，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備的位置及設備種類等信息。根據設備動作輸入信號不同分為開關量和模擬量兩種。

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機電設備一次及二次動作及反饋信號。通過系統編程，輸入輸出模塊可以通過總線使被控設備動作，并可接收現場設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，帶總線設備的數量也不同。

切換模塊與輸入輸出模塊配合用于對現場設備的控制。

三、結果與分析

高層建筑中探測器及模塊的選擇應據被保護區域內的火災燃燒性、環境條件、被保護區域高度、被保護場所的氣流狀況、現場需聯動控制的設備類型、動作反饋等具體要求，并結合《火災自動報警系統設計規范》和《火災自動報警系統施工及驗收規范》等相關規范及技術標準進行選擇。

（一）火災探測器的選擇

1.根據火災的燃燒特點選擇探測器

（1）初期火災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）保護現場有強烈的火焰輻射但只有少量煙和熱產生的火焰，部分輕金屬及其化合物的火災，優先選用感光型探測器。

（3）現場火災發生時火焰輻射強烈，被保護區域空間高，探測器視線開闊，含有易爆可燃物，室內廣場、車庫等高大空間建筑應選用火焰探測器。

（4）定溫型感溫探測器允許溫度有較大變化，比較穩定，但火災造成的損失較大。差溫探測器在選用時應注意當環境溫度變化比較快或火災現場溫度變化較緩慢時易誤報警。

（5）探測區域內火災發展迅速，可燃物燃燒特征明顯，燃燒時產生大量的煙霧、溫度上升明顯、燃燒過程中有明顯的火焰燃燒，可選用復合探測器。

2.根據環境特性選擇探測器

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

（2）可能產生粉塵、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場發生火災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采用可燃氣體探測器，如有其他氣體則應根據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根據氣體的密度設置。

3.根據被保護區域高度及探測器保護半徑選擇探測器

選擇探測器時應根據被保護區域房間高度、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、水系統壓力開關、水流指示器、防火閥及防火排煙閥、蝶閥等設備的報警、反饋信號。不同廠家模塊端子接口不同，現場設備與模塊接口的常開常閉信號可通過編碼器設置。

輸入輸出模塊適用于現場消防設備的控制（如：噴淋泵、防排煙風機、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，當電壓超過24V時需與切換模塊配套使用。

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

隔離模塊在現場應用時應注意該模塊無需編碼，在總線的分支處設置，每一回路所保護消防設備的總數不應超過32點[5]。

切換模塊在選用時要注意被控設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場設備。

四、結語

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

參考文獻：

[1]肖方.近10年全國發生居住場所火災132.4萬起[J].中國消防，2022（02）：10-11.

[2]齊斌.火災自動報警系統中探測器的選用[J].電子技術與軟件工程，2014（12）：160-161.

[3]孫景芝.建筑電氣消防工程[M].北京：電子工業出版社，2019.

[4]GB50116-2013 火災自動報警系統設計規范[S].中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2013.

[5]GB50166-2007 火災自動報警系統施工及驗收規范[S].中華人民共和國建設部，2007.