高层建筑中常用探测器及现场模块的选用

■ 齐斌 新疆建设职业技术学院

高层建筑由于起火因素多、发生火灾时疏散扑救困难等特点，火灾事故在逐年加大，据统计，仅2021年，全国高层建筑共接报4057 起火灾，168 人遇难，死亡人数较上年增加了22.6%。在高层建筑中设置火灾自动报警和联动控制系统可以有效降低伤亡率，而系统中使用最多的是大量分布于现场的探测器及现场模块，前者关系到能否将现场火灾信号及时准确地传输给控制器，后者关系到联动控制命令的实施与反馈[2]。

一、研究目的

为及时准确地发现和处理火灾，防止并减少高层建筑火灾危害，在高层建筑中设置火灾自动报警和联动控制系统已成为防火减灾的最佳选择。而在具体的工程设计、安装和使用中，由于火灾探测器及现场模块选用不合理而导致系统误报警或漏报警，致使火灾不能被有效监测及控制的情况时有出现。因此，探测器及现场模块的合理选择很大程度上决定了系统是否能安全可靠运行。

二、研究方法

（一）火灾自动报警系统及联动控制系统的工作原理分析

一个完整的火灾自动报警及联动系统由前端传感装置、火警信号传输及控制线路、火警报警装置、火警联动控制器组成，其工作过程为通过安装在被保护区域内的前端传感装置（探测器）采集火灾燃烧时产生的异常温度、烟雾及红外、紫外辐射光等物理量并转变为电信号，火灾信号由信号传输线路传输到控制器，由控制器接收并分析该信号，并显示报警器件的类型、报警发生时间、具体位置。控制器发出声光报警，并通过事先编制好的联动程序通过总线寻址到相应的模块，控制相应的输出接点，驱动喷淋泵、消火栓泵、防排烟风机等机电设备达到防火减灾的作用。

（二）常用火灾探测器的工作原理及特点分析

位于被保护区域内的各类探测器是火灾自动报警系统中的重要组成部分，探测器本质上就是传感器，主要采集现场火灾信号。目前，常用的有感烟、感温、感光、气体、复合、图像探测器等。

1.感温火灾探测器

感温火灾探测器对于被保护空间内的异常温度及异常温升敏感，根据探测器构造及工作原理不同，可分为定温式、差温式、差定组合式3 类。

探测器对温度的敏感程度取决于探测器的热敏元件。当热敏元件不同，敏感度也不同，探测器的报警动作值也不一样。当探测器温升速率≤1℃/min 时，动作值应≥54℃，其各级灵敏度动作值参照如下数值：一级为62℃；二级为70℃；三级为78℃。

感温探测器最大的特点是工作状态稳定、不易受外部粉尘、烟气、气流的扰动，适用于允许有一定物质损失的场所，不适用于需预警的场所。

2.感烟式火灾探测器

烟雾是火灾早期的重要特征，感烟探测器对空气中燃烧或高温热解产生的悬浮微粒或固体比较敏感，它是将被保护部位烟气的浓度转换为相应的电信号实现报警。在火灾发生时，一般情况下烟气最先出现，温度上升有一定的时间过程。同一场所感烟探测器早于感温探测器报警。

3.感光（火焰）式探测器

感光式火灾探测器对物质在燃烧过程中产生的光谱特性、闪烁频率、光照强度较敏感，一般分为红外光及紫外光两种。该类型探测器具有对火警报警速率快、保护空间大等特点，其最高保护高度可达20m，发生火灾后只需要几毫秒甚至几微秒就能检测并发出信号，特别适用空间高大、燃烧速度快、火灾发生时烟雾较少甚至无烟场合。

4.气体探测器

气体探测器检测电路由内部热敏元件和惰性元件组成，通过催化燃烧加速热敏元件与检测气体发生氧化还原反应，致使电路不平衡而发出报警信号。

可燃气体探测器可分为点型、独立式。点型可燃气体探测器必须接入可燃烧气体报警控制器才能正常运行。独立式可燃气体探测器无需纳入总线制火灾自动报警系统，可单独使用，也可采用无线网络型可燃气体探测器，发生火灾时可通过无线网络将报警信号传输到指定手机上。

5.复合式火灾探测器

复合式火灾探测器能够对两种以上火警参数进行响应，探测器对采集来的现场火灾信号进行智能化处理，通过人工神经网络及模糊逻辑控制技术进行分析判断以降低误报率。该类型探测器能够真实地反映火灾现场情况，降低误报率，提高可靠性，应用较广的主要有感烟型+感温型、感光+感温型、感光+感烟型等几种组合形式。

6.电气火灾监控探测器

电气火灾监控探测器是对被保护线路中的异常电流、异常温度等参数变化进行响应的探测器。按探测参数可分为剩余电流式监控探测器和测温式监控探测器两种；按工作方式可分为非独立式和独立式两类。

7.图像型火灾探测器

图像型火灾探测系统由现场视频采集、信号处理与分析系统组成，前端视频探测器用来采集被保护现场的视频图像[2]，使用时要求对被保护现场实现无盲区覆盖，一般通过成对安装摄像机来实现。一旦发生火灾，系统通过采集来的前端视频信号进行解码，并通过各类算法判断是否为火警，若为火警则通过事先设置好的联动程序通过总线或继电器输出控制命令。视频摄像机可以是安装在办公建筑中用于日常安防监控的摄像机。

8.光纤探测器

光纤探测器中的光纤由芯层和包层组成，芯层材料具有光敏特性，通过紫外准分子激光器使设置在保护现场的一段光纤纤芯折射率发生永久性改变，光的波长与温度有一定的线性关系，当探测区域温度发生改变时，发射光的波长与返回光的波长不一致，从而确定保护区域的温度值，达到监控的目的。该类型探测器不受电磁场的干扰，绝缘性好，抗腐蚀能力强。

（三）现场模块

高层建筑中现场模块主要有隔离模块、监视模块、控制模块、中继模块和切换模块等。

隔离模块主要起现场信号隔离的作用，故障发生时，隔离模块将整个系统与故障部分隔离开来，从而保证其余器件能正常运行，同时便于确认火灾或总线故障发生部位号，当火警信号或故障解除后，隔离模块可使线路自动接通，被隔离器件再次复位运行。

监视模块又称输入模块，是控制器与现场设备之间的桥梁与纽带，其作用是将现场消防器件的动作变为电信号，实时传递给报警控制器，由于自身带编码，因此在信号传递过程中会在主机上显示动作设备的位置及设备种类等信息。根据设备动作输入信号不同分为开关量和模拟量两种。

控制模块分为单输入输出模块和双输入输出模块，用于控制高层建筑中相关机电设备一次及二次动作及反馈信号。通过系统编程，输入输出模块可以通过总线使被控设备动作，并可接收现场设备是否动作的反馈信号。

中继模块可作为火警信号及控制信号之间的隔离，在具体应用中主要作为信号隔离、抗干扰、扩展总线通讯距离用。选用时要注意不同类型的中继模块电流不同，扩展距离不同，带总线设备的数量也不同。

切换模块与输入输出模块配合用于对现场设备的控制。

三、结果与分析

高层建筑中探测器及模块的选择应据被保护区域内的火灾燃烧性、环境条件、被保护区域高度、被保护场所的气流状况、现场需联动控制的设备类型、动作反馈等具体要求，并结合《火灾自动报警系统设计规范》和《火灾自动报警系统施工及验收规范》等相关规范及技术标准进行选择。

（一）火灾探测器的选择

1.根据火灾的燃烧特点选择探测器

（1）初期火灾中存在少量热和大量的烟雾，火焰辐射很小或基本没有阴燃阶段，适于选用感烟探测器。

（2）保护现场有强烈的火焰辐射但只有少量烟和热产生的火焰，部分轻金属及其化合物的火灾，优先选用感光型探测器。

（3）现场火灾发生时火焰辐射强烈，被保护区域空间高，探测器视线开阔，含有易爆可燃物，室内广场、车库等高大空间建筑应选用火焰探测器。

（4）定温型感温探测器允许温度有较大变化，比较稳定，但火灾造成的损失较大。差温探测器在选用时应注意当环境温度变化比较快或火灾现场温度变化较缓慢时易误报警。

（5）探测区域内火灾发展迅速，可燃物燃烧特征明显，燃烧时产生大量的烟雾、温度上升明显、燃烧过程中有明显的火焰燃烧，可选用复合探测器。

2.根据环境特性选择探测器

（1）长期相对湿度高于95%，可能发生无烟火灾、空气流动速度大于5m/s，现场存在大量粉尘、水雾滞留，存在腐蚀性气体，厨房、吸烟室、地下室发电机房等场合不建议选用感烟探测器[4]。

（2）可能产生粉尘、浓烟、雾气和油雾的场所，以及通常情况下有烟雾、水汽存在的场所不宜选用光电感烟器。

（3）被保护场所空间高大且无遮拦，或有特殊要求的场所，可选择线型感烟探测器。

（4）火焰探测器不适用于现场发生火灾时浓烟易遮挡火焰或燃烧生成物污染探测器镜头、易受光源间接或直接照射的场所。

（5）高层建筑中烹饪场所应采用可燃气体探测器，如有其他气体则应根据气体种类不同选择不同的气体类探测器，并注意探测器安装高度应根据气体的密度设置。

3.根据被保护区域高度及探测器保护半径选择探测器

选择探测器时应根据被保护区域房间高度、探测器的灵敏度来选择探测器，具体选用可参照表1[3]。

（二）现场模块的选择

输入模块适用于高层建筑中普通消火栓按钮、水系统压力开关、水流指示器、防火阀及防火排烟阀、蝶阀等设备的报警、反馈信号。不同厂家模块端子接口不同，现场设备与模块接口的常开常闭信号可通过编码器设置。

输入输出模块适用于现场消防设备的控制（如：喷淋泵、防排烟风机、消防泵、防火阀、排烟阀、电梯等），在具体选用时要注意被控制设备的电压值与动作以及反馈信号是一步动作还是二步动作，当电压超过24V 时需与切换模块配套使用。

在消防系统中为了降低成本，部分被保护区域使用非编码探测器，但非编码探测器无法被总线制火灾自动报警系统识别，而连入编码中继器和终端使非编码设备能正常接入信号总线中。

隔离模块在现场应用时应注意该模块无需编码，在总线的分支处设置，每一回路所保护消防设备的总数不应超过32 点[5]。

切换模块在选用时要注意被控设备的电压种类及电压值，若动作电流为直流，动作电压为24V，可直接用输入输出模块控制，若高于24V，则考虑采用切换模块并配合继电器控制现场设备。

四、结语

高层建筑由于发生火灾后火势蔓延快、疏散困难、扑救难度大等特点，对于火灾的初期报警及火灾扑救要求高，在选择探测器及模块时要有一定的针对性，要根据被保护建筑物的性质、火灾的危害性、疏散及扑救难度、被保护空间的高度、探测器的灵敏度、现场模块的控制及反馈方式等方面，并结合探测器及模块自身的结构特点、使用场所等综合考虑进行选择。