1309.论文（住宅小区消防报警系统设计）.doc

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1、住宅小区消防报警系统设计 摘 要本次设计主要是针对一个复合型住宅小区的消防报警系统进行设计。本住宅小区一层到四层为商场部分，五层及五层以上为标准住宅区。本住宅小区只是工程的一个部分，四层以上尚有两个单体，一个为办公楼，一个为酒店。酒店、办公楼、住宅楼的消防报警系统各成一体，本次设计主要针对两栋住宅楼的消防报警系统进行设计。本文主要对住宅小区的火灾探测器选用、设置、火灾报警控制器选用、消防设备联动控制以及系统连接、消防电源、消防泵、喷淋泵控制进行了设计。另外，建筑物的防雷接地也是一个非常重要的消防内容，所以本文也对住宅小区的防雷接地系统进行了设计。关键词：住宅小区；火灾探测、报警；消防设备联动控

2、制；防雷接地目 录摘 要IAbstractII目 录I第一章 绪 论11.1 课题的来源11.2 智能住宅火灾自动报警系统的现状及特点11.3 智能住宅火灾自动报警系统的发展趋势31.4 论文的主要研究内容4第二章 住宅小区消防报警系统基本理论52.1 住宅火灾探测及数据处理方法52.1.1 住宅建筑的基本火灾现象52.1.2 典型火灾过程分析62.1.3 火灾信息探测方法72.1.4 火灾监测数据处理方法102.2住宅火灾自动报警系统142.2.1 住宅火灾自动报警系统的基本组成142.2.2 住宅火灾自动报警系统的基本性能152.2.3 住宅火灾自动报警系统的基本要求162.3本章小结17

3、第三章 住宅小区消防报警系统总体设计183.1 总体思路183.2 具体方案183.2.1 整体设计183.2.2 火灾探测器的选择与设置193.2.3 火灾报警控制器的设计选配213.3 消防设备联动控制设计243.3.1 本住宅小区应具备的消防联动设备及功能243.3.2 本住宅小区消防设备的联动要求243.3.3 固定灭火控制的联动控制243.3.4 防排烟设备的联动控制263.3.5 其他消防设备联动控制实现283.4 消防电源的设计303.5 消防泵、喷淋泵控制设计303.6 住宅小区消防报警系统的设计完成333.7 本章小结36第四章 防雷接地系统的设计374.1 防雷措施374.

4、2 接地系统设计384.3 本章小结38结 论39参考文献40第一章 绪 论1.1 课题的来源在建筑火灾中。居住建筑火灾是最主要的。据国外统计，居住建筑中个部分火灾的比例为：厨房25%，居室10%，客厅10%，储藏室15%，垃圾道12%，走廊8%，烟道5%，其他火灾15%。在死于火灾的人数当中，居住建筑中死亡人数占85%之多。由于火灾的毁灭性和和经常性，西方各国对火灾的防治都很重视，在较为重要的公共建筑设计中，用于消防设施的费用占建筑总投资的30%左右。我国每年火灾发生频率和造成的直接经济损失虽然低于发达国家，但其绝对数仍然惊人。随着社会的发展，建筑群和高层建筑的增多，火灾造成的损失将更为严重

5、。因此，研究火灾的起因和扑灭措施，已成为重要的课题。本课题来源于金桥房地产开发公司开发的工程铜锣湾工程。1.2 智能住宅火灾自动报警系统的现状及特点火灾自动报警系统的发展历史可追溯到19世纪，1890年英国人发明了第一只用来探测火灾信息的装置对温度敏感的感温探测器，此后的半个多世纪感温探测器只是局部地被应用，仅作为一种报警元件。而作为火灾自动报警系统发展标志的火灾探测器采用放射性同位素源的离子感温探测器。是到了20世纪50年代进行研究开发、60年代初才被推广应用。 随着电子技术、计算机技术的迅猛发展，电子元件日趋小型化、集成化、功能模块化和信息处理智能化，火灾自动报警系统才逐步发展、逐步完善起

6、来，特别是现代建筑朝着高层与群体、综合性与智能化方向发展，又给火灾自动报警系统提出了许多新的课题和技术发展方向，形成了当今的智能火灾自动报警系统，进而促进了消防科学的发展。从20世纪60年代初算起，国际先进的火灾自动报警系统的发展有下列一些特点：（1）有关消防的技术标准与规范较完善。（2）火灾自动报警及灭火设备产品趋于系列化、标准化，功能不断增强增多，技术先进。（3）火灾探测及灭火控制系统已由早期人工控制转向快速联锁联动控制，形成了对火灾具有一定智能化判断处理能力的火灾自动报警系统。 早期的自动消防报警系统实际上是以火灾探测和自动报警为主体，在自动报警的基础上，利用消防设备及消防器材人工处理灭

7、火过程。这种早期的火灾探测及灭火方式，速度慢、效果差，难以对大型综合性建筑及复杂环境的火灾做到有效控制，易于贻误灭火时机。 随着电子技术及计算机技术在消防区域的广泛应用，形成了微型计算机为核心的自动消防控制系统，对火灾信息及火灾现象实现了火灾参数感知、直接图象处理等拟人化的分析处理和灭火控制，有效发挥了自动消防控制系统的作用。尤其是火灾探测报警系统与各类消防设备联锁联动控制有机结合，为自动消防控制系统发挥作用和及时控制火灾提供了基础。这种系统能够提高对火灾的有效监测和快速判断能力，实现消防设施设备对火灾的快速反应和灭火操作的快速性与可靠性，满足建筑物及工业场所对火灾监测及消防设备控制的实时性要

8、求，做到早期预报、有效控制、及时灭火，通过火灾自动报警系统的智能判断处理来控制火势、减少火灾危害和火灾损失。应指出，我国的火灾自动报警技术及其相关产业起步于20世纪70年代中后期，当时研究部门少，无专业生产厂家，技术水平很落后。自进入改革开放的20世纪80年代以来，特别是随着我国四化建设和建筑业的蓬勃发展，有利地推动了消防工程技术的发展步伐。消防设备，尤其是监控技术的研究开发、生产和应用有了长足的进步，生产厂家、产品种类和数量以及应用单位都不断增加，技术水平大大提高。据不完全统计，目前国内火灾自动报警设备专业生产厂家超过90家，国外生产和应用较为普及的火灾探测报警产品我国都能够生产，国外先进智

9、能化火灾报警设备我国也完成了系统研究并实现了产品化，产品质量逐年提高，应用范围不断扩大。特别是随着建筑设计防火规范、高层民用建筑设计防火规范等消防技术法规的逐步贯彻执行，全国的许多重要部门、重点单位和要害部位，以及高层建筑、重要仓库、重点引进工程、重要图书馆、档案馆、重要公共建筑等，都装设了火灾自动报警系统，绝大多数为建筑物的防火、灭火发挥了重要作用。为了统一合理地设计、使用火灾自动报警系统及其设备，确保系统的可靠性和有效性，1988年我国制定了全国统一、科学合理的规范火灾自动报警系统设计规范（GBJ116-1988），1992年制定了火灾自动报警系统施工及验收规范（GB50166-1992）

10、，1998年完成火灾自动报警系统设计规范（GB50116-1998）修订并于1999年6月1日起执行。同时，围绕火灾报警技术产品生产体系和质量要求，我国从20世纪80年代至90年代中期制定了较为完善的生产技术方面国家标准，90年代中期开始对生产质量体系进行了ISO9000系列质量认证管理，有力保障了火灾自动报警系统及其设备的生产、设计和工程应用，使得生产、设计、施工、安装、调试人员有章可循。我国消防电子行业经历了20多年的发展，具有下列一些特点：（1）建立了火灾自动报警系统产品的工业生产基础，具备了一定的技术实力；（2）加强了产品质量监督检验、技术标准化和质量体系认证管理工作；（3）技术引进和

11、消化、吸收相结合，加快了产品的国产化进程；（4）产品质量稳步提高，系列化产品增多，市场适应能力增强；（5）工程施工安装队伍扩大，安装质量不断提高； 总之，尽管我国消防科学技术起步较晚，与世界先进国家有一定的差距，但我国消防科学技术的发展速度较快，近年来各类防火设计规范和相关技术标准日趋完善，火灾科学理论研究进步明显并获得工程应用，特别是火灾自动报警系统作为我国20世纪80年代新兴的技术密集型产品，其科研开发和生产技术能力快速提高，大大缩小了与国际先进技术的差距，具备了研究、设计、生产智能化火灾自动报警系统的技术实力，使我国火灾自动报警系统的研制、开发、生产和应用等方面取得了另人瞩目的成就，极大

12、地推动了国产化自动消防报警系统技术产品的广泛应用。1.3 智能住宅火灾自动报警系统的发展趋势火灾自动报警系统的技术发展与微电子技术、计算机技术、通信技术和信息技术密切相关，还包含了光电子技术、传感器技术、自动控制技术、热工技术、特殊材料、化工等专业领域的知识。火灾自动报警系统的发展趋势主要涉及以下几个方面：（1）昙花一现的模拟量传输和日臻完善的单片机技术。以模拟量数据传输为基础的模拟量火灾自动报警系统曾经是20世纪80年代星期的短暂的新一代的火灾自动报警系统。这种模拟量数据传输曾经是从开关量报警控制器集中报警从而可以自动跟踪工作点漂移的一大技术进步。但是从20世纪90年代中后期以来，此项技术已

13、让位于探测器的单片机技术。随着单片机成本的不断下降，探测器与控制器之间早已不存在所谓的模拟量数据传输了。探测器内部具有自己的火灾算法程序，并以此对火灾进行判断。甚至还可以在探测器之间实行组逻辑判断，有利于实现更高可靠级别的火灾计算。探测器只需将判断结果以“数字通讯”的方式告知控制器，或者进行探测曲线的显示即可。数字通讯加上巧妙的纠错措施使得信息传输的抗干扰性能有了极大的提高。目前，国内外各大、小生产厂商均已完成了探测器的单片机智能化，有时也叫嵌入式单片机技术，相比之下，模拟量传输已成了过时的技术了。无论是探测器，还是控制器，它们的智能化程度都在不断提高。探测器的独立分析计算能力越来越强，探测器

14、和控制器之间的网络数字通讯能力也在同步发展着，能力也越来越强。有的专业生产厂商的产品甚至能够在本接受回路出现问题的时候，把探测数据传导到其他回路或是控制器上去分析，例如：西门子的SIGMASYS系统就能够实现这样的功能。同时需要指出的是，火灾算法库的大小无疑是抗误报能力的非常重要的标志之一。近期，国内外有关企业竞相开发、生产先进适用的火灾自动报警系统，其发展特点是智能化程度逐步提高，功能愈来愈完善，计算机应用软件趋向于视窗化。（2）可寻址开关量火灾自动报警系统和分级报警式火灾自动报警系统作为“初级智能”的火灾自动报警系统获得普及应用。（3）在国外近期建成的大型综合性高层建筑和智能化建筑中，采用

15、多级计算机分级管理方式的先进火灾自动报警系统获得应用，适应了智能化建筑将楼宇内防灾、电力、空调、节能、设备监控管理组合在一个完整的计算机管理系统的需要。（4）20世纪90年代前后火灾自动报警系统自身结构以微型计算机为主机，从多线制系统联接过渡到了总线制。（5）专用集成电路设计与应用技术将成为智能化火灾参数传感器的核（6）以火灾探测算法为基础的烟、温复合式火灾探测器已批量生产并被工程应用，提高了火灾自动报警系统的报警及时性和可靠性。（7）无线遥控式火灾自动报警系统已在国外逐步实现产品化，这对于消防电子产品，尤其是火灾探测报警系统的及时性具有巨大的推动作用。（8）计算机多媒体和数据库技术有助于实现

16、计算机火灾自动报警语音化和长期数据存储，所有火灾预警、火警都采用语音提示人们处置，同时自动记录火灾现场各种数据参数，供人们分析火灾原因。（9）以微粒分析和激光技术为基础的高精度火灾参数分析和超早期火灾报警技术，在国外已实现产品化，并且在我国电信、电力、超大规模集成电路生产厂房获得应用，国内外相关研究技术标准需及时跟上。（10）火灾自动报警系统的核心技术在火灾探测器，火灾探测器的协议开放技术有利于解决火灾探测报警产品互相兼容问题。1.4 论文的主要研究内容本论文是以作者在金桥房地产开发有限公司实习期间的工作为基础，对一复合型住宅小区的消防报警系统进行设计。在第一章中阐述了课题研究的来源、现状及特

17、点、今后的发展趋势；第二章阐述了火灾信息的探测与数据处理方法以及火灾自动报警系统的基本构成、基本性能和基本要求；第三章针对消防报警的主体火灾自动报警系统进行了全面介绍并进行设计；第四章对本建筑物防雷和接地零系统的设计；最后得出结论，总结全文。第二章 住宅小区消防报警系统基本理论2.1 住宅火灾探测及数据处理方法2.1.1 住宅建筑的基本火灾现象物质燃烧过程是一种伴随有烟、光、热的化学反应过程。在物质燃烧过程中，一般有以下现象产生：2.1.1.1热（温度） 凡是物质燃烧必有热量释放，使得环境温度升高，这是物质燃烧的基本特征之一。因此，物质染杀过程所产生的温度变化是重要的火灾特征参数之一。但是，普

18、通可燃物质在燃烧速度非常缓慢的情况下，物质燃烧所产生的热（温度）不易被鉴别出来。2.1.1.2燃烧气体与烟雾 普通可燃物质在燃烧开始时，往往是先释放出燃烧气体。燃烧气体一般由单分子的一氧化碳、二氧化碳，较大的分子团，悬浮在空气中的未燃烧物质微粒等组成，粒径一般在0.01um左右，通常称作气溶胶。而烟雾一般是指人眼可见的燃烧生成物，通常粒径在0.0310um的液体或固体微粒。根据光散射定律，一个悬浮在空气中的小粒子，当其粒径大于被反射光的波长时，它才能产生反射光。由于可见光范围在0.30.7um，因而只有粒径大于0.3um的轻度着色威力才能反射可见光，即被人眼看到。由于普通可燃物质在燃烧过程中所

19、产生的燃烧气体和烟雾具有流动性和毒害性，能潜入建筑物的任何空间，因此构成物质燃烧过程的又一特征。根据统计数据，火灾中有70%的人员死亡是燃烧气体或烟雾中毒、窒息、挤压作用造成的，所以，物质燃烧过程所产生的燃烧气体和烟雾是重要的火灾探测参数。通常，物质燃烧产生的燃烧气体和烟雾统称为烟雾气溶胶，其粒径一般在0.0110um。2.1.1.3火焰 火焰是物质燃烧产生的灼热发光的气体部分。物质在燃烧到发光阶段，一般是物质全燃阶段。这时，物质燃烧反应的放热提高了燃烧产物的温度，并引起燃烧产物分子内部电子能级跃迁，因而放出各种波长的光。所以，火焰光作为燃烧的鉴别特征之一，也是重要的火灾探测参数。2.1.2

20、典型火灾过程分析 普通可燃物质燃烧的表现形式是：物质受热源作用首先产生可燃气体和发生阴燃并产生烟雾，在氧气供应充足的条件下才能逐步达到完全燃烧，产生火焰并发出一些可见光与不可见光，同时释放大量的热，使得环境温度升高。普通可燃物质由火灾初起阴燃阶段开始，到火焰燃烧、火势渐大，最终酿成火灾的起火过程如图2-1所示，其特点是：（1）初起和阴燃阶段占时较长普通可燃物字火灾初起和阴燃阶段尽管产生了烟雾气溶胶，并且大量的烟雾气溶胶可能已经充满建筑内空间，但是环境温度不高，火势尚未到达蔓延发展的程度。如果在此阶段能将重要的火灾信息烟浓度有效地探测出来，就可以将火灾损失控制在最低程度。（2）火焰燃烧阶段火势蔓

21、延迅速普通可燃物经过足够的火灾初起和阴燃阶段后，足够的蓄积热量会使着火物质温度升高，并且在物质的着火点开始加速，发展成为火焰燃烧，形成火焰扩散，火势开始蔓延，环境温度不断升高，燃烧不断扩大，形成火灾。普通可燃物在此阶段产生的烟雾量会引起环境温度的较大变化。如果能将火灾引起的明显的温度变化这一火灾特征参数有效探测出来，也能及时地控制火灾。（3）物质全燃阶段产生强烈火焰辐射处于全燃阶段的普通可燃物质燃烧会产生各种波长火焰光，使火焰热辐射含有大量的红外线和紫外线，因此，对火灾形成的红外和紫外光辐射进行有效探测也是实现火灾探测的基本方法之一。但是，对于有较长阴燃阶段的普通可燃物火灾而言，由于普通可燃物

22、在燃烧过程产生大量烟雾，降低了光的可见度，因此会影响火焰光探测的效果。综上可见，普通可燃物由开始燃烧到火势渐大，最终酿成火灾的起火过程包括三个阶段：初起和阴燃阶段占时较长，一般产生大量烟雾和少量的热；经足够蓄热后，在物质着火点加速，发展成火焰燃烧，形成火势蔓延；处于全燃阶段的物质燃烧使火焰热辐射含有大量的红外线和紫外线。必须指出，国家标准对于普通可燃物质规定的标准试验火是脱脂棉纱线和木材，在规定的标准试验环境进行火灾试验，标定相应火灾探测器及其性能。图2-1普通可燃物质典型起火过程a烟雾气溶胶浓度与时间的关系；b热气流温度与时间的关系2.1.3 火灾信息探测方法火灾信息探测是以物质燃烧过程中产

23、生的各种回在现象为依据，以实现早期发现火灾为前提。分析普通可燃物的火灾特点，以物质燃烧过程中发生的能量转换和物质转换为基础，可形成不同的火灾探测方法，如图2-2所示。2.1.3.1空气离化探测法 空气离化探测法是利用放射性同位素（一般选择Am241）释放的射线将空气电离产生正、负离子，使得带电腔室（称为电离室）内空气具有一定的导电性，在电场作用下形成离子电流；当烟雾气溶胶进入电离室内，比表面积较大的烟雾粒子利用其吸附性吸附其中的带电离子，昌盛离子电流变化。这种离子电流变化与烟雾浓度有直接线性关系，并可用电子线路加以检测，从而获得与烟雾浓度有直接关系的电信号，用于火灾确认和报警。 采用空气离化探

24、测法去实现的火灾探测一般称为离子感烟探测，她对火灾处起和阴燃阶段的烟雾气溶胶检测非常灵敏有效，可测烟雾粒径范围在0.0310um左右。这类火灾探测器是核心技术应用产物，在正常使用和良好维护条件下，火灾探测器寿命一般可达1015年。应指出，从环境保护角度考虑，这类火灾探测器报废后需集中由专业机构或部门处理放射源，绝不能随意丢弃。图2-2 火灾探测方法2.1.3.2光电探测法 光电探测法是根据火灾所产生的烟雾颗粒对光线的阻挡或散射作用来实现感烟式火灾探测的方法。根据烟雾颗粒对光线的作用原理，光电感烟探测法分为减光式和散射光式两种。减光式光电感烟探测是根据烟雾颗粒对光线（一般采用红外光）的阻挡作用所

25、形成的光通量的减少量来实现对烟雾浓度的有效探测，一般是构成发光与收光部分分离的对射式或者反射式线状火灾探测。散射光式感烟探测是根据光散射定律，在点状结构的火灾探测器通气暗箱内用发光元件产生一定波长的探测光，当烟雾气溶胶进入检测暗箱时，其中粒径大于探测光波长的着色烟雾颗粒产生散射光，通过与发光元件形成一定夹角（对于前面提到的散射式光电感烟探测器，其夹角一般在120135，夹角越大，灵敏度越高）的光电接受元件收到的散射光强度，可以得到与烟浓度成比例的信号电源或电压，用于判定火灾。散射光式光电感烟探测法对于普通可燃物在火灾初起和阴燃阶段所产生的着色烟雾浓度颗粒可以有效探测，最小可测烟雾粒径取决于探测

26、光波长，目前常用的探测光波长处于红外波段，如我国常用砷化镓红外发光管。一般，考虑到光电元件尤其是发光元件的有效寿命，光电感烟式火灾探测器均采用间歇式工作方式，以确保这类火灾探测器能在正常使用和良好维护条件下寿命达到1015年左右。所谓反射式感烟探测是指：其发射出的红外光束打到对面的反射镜后，再反射到与发光管在同处一个探测器壳内的接线管中，由于反射镜的特殊结构，使得反射光几乎与原发射光同位置平行返回，从而极大地方便了现场的调整工作。需要特别指出的一种综合方法，那便是后向散射应用问题。20世纪90年代中期，国外出现了一种后向散射式光电感烟探测器，例如SIEMENS SIDMASYS系统中的光电感烟

27、探测器就属于这种技术的典型产品。它成功的解决了光电感烟探测器通常对黑烟和白烟同灵敏度问题，即不能有效感知黑烟问题，从而彻底解决了光电感烟探测器相对于离子感烟探测器不足的问题。2.1.3.3热（温度）探测法 热（温度）探测法是根据物质燃烧释放出的热量所引起的环境温度升高或其变化率大小，通过热敏元件与电子线路来探测火灾。目前，常用的热敏元件有电子测温元件（热敏电阻）、双金属片、感温膜盒、热电偶等，其中电子测温元件热滞后性较小，对于普通可燃物可在火灾发展过程中阴燃阶段的中后期实现较为有效的探测，在火焰燃烧阶段和有较大温度变化的火灾危险环境可实现有效的火灾探测。2.1.3.4火焰光探测法 火焰（光）探

28、测法是根据物质燃烧所产生的火焰光辐射的大小，其中主要是红外辐射和紫外辐射的大小，通过光敏元件与电子线路来探测火灾现象。这类探测方法一般采用被动式光辐射探测原理，用于火灾发展过程中火焰发展和明火燃烧阶段，其中紫外式感光原理多用于油品和电气火灾，红外式感光原理多用于普通可燃物和森林火灾；为了区别非火灾形成的光辐射，被动感光式火灾探测通常还要考虑可燃物燃烧时火焰光的闪烁频率330HZ。2.1.3.5可燃气体探测法 对于物质燃烧初期产生的烟气体或易燃易爆场所泄露的可燃气体，可以利用催化式元件、气敏半导体或三端电化学元件的特性变化来探测易燃可燃气体浓度或成分，预防火灾和爆炸危险。一般，这类火灾探测方法在

29、工业环境应用较多。，相应的火灾探测器需采用防爆式结构；随着城市煤气系统的广泛应用，非防爆式家用可燃气体探测器在建筑物中正不断普及。2.1.3.6复合式火灾探测法 复合式火灾探测是建立在单一参数火灾探测基础上的，是利用火灾发展模型、专用集成电路设计技术和火灾信息处理技术形成的探测方法。复合式火灾探测法是根据普通可燃物火灾模型，在同一时间段同时对火灾过程中的烟雾、温度等多个参数进行探测和综合数据处理，以兼顾火灾探测可靠性和及时性为目的，分析判断火灾现象，确认火灾。应指出，根据各类物质燃烧时的火灾信息探测要求和上述不同的火灾探测方法，可以构成各种类型的火灾探测器，主要有感烟式、感温式、感光式（火焰探

30、测式）和可燃气体探测器等四大类型，在此基础上还有组合式急复合式火灾探测器。应指出，针对普通可燃物和建筑对象，大量使用的火灾探测器是感烟式和感温式火灾探测器以及建立在专用集成电路应用基础上的复合式火灾探测器，只有在部分配电室、大型展览厅和厨房的可燃气瓶附近，才会少量使用感光式火灾探测器和可燃气体探测器。对于工业火灾探测，主要的火灾探测器是可燃气体浓度探测器、气体成分检测装置、火焰光探测器及温度、压力等参数传感器。2.1.4 火灾监测数据处理方法火灾探测报警及消防联动控制器依据各类火灾参数敏感元件输出的电信号，采取不同的火灾信息判断数据处理方式和火灾模式识别方式，可得到不同系统应用形式，并导致系统

31、在火灾探测与报警能力、各类消防设备的协调控制和管理能力以及系统本身与上级网络的信息交换与管理能力等方面产生较大的差别。因此，对于火灾监测数据处理方式和火灾模式识别方式的选择是高层建筑及智能化建筑中火灾探测报警及消防联动控制系统必须考虑的核心问题。提高火灾探测报警及消防联动控制系统的自动化和智能化水平，它是涉及火灾探测器的结构和电信号处理电路的设计、火灾探测器与火灾报警监控器之间信息传输方式的选择与实现，以及火灾探测报警、消防设备联动控制等诸方面功能的实现。这里需要指出的是，对于火灾分析现在已经通过数据方式加以解决，关键的问题是不同厂商的相关通讯协议不同，涉及的纠错方法也就不同。对此应给予高度关

32、注。2.1.4.1火灾探测信号特征 对于火灾早期所表现出来的一些特征，利用不同类型的火灾传感器可以敏感地感知各类火灾特征参数，并产生相应的包含火灾 与非火灾以及环境噪生的火灾传感器输出信号。从信号处理角度分析，火灾传感器输出信号可以近似地看作是一个非平稳随机过程，利用现代信号检测和处理方法并结合火灾信号的特性可以有效地检测出火灾信号。由于火灾探测和报警事关重大，要求火灾探测报警及消防联动控制系统绝对可靠，不允许有漏报警，同时其误报警越少越好，因此，寻找适当的火灾信号处理方法，在正确检测火灾信号的同时又具有极低的误报警率，一直是火灾自动探测报警系统的首要任务。鉴于火灾的发生是一个随机过程，而火灾

33、发生时火灾参数的变化更是一个非稳定过程，环境变化如时间、气候、地貌、湿度、灰尘和人为的其他活动等都可能影响火灾参数的变化。木器那为止，人们无法也根本不可能找到一个标准的火灾发展模型，对于火灾参数的变化也只是一个大体上的感知，即：可得到火灾信号都是随机信号，它们的统计特征随时间或环境变化而变化；需要被监测信号的背景噪声很强，其特征有时与被探测的信号及其相似。因此，火灾传感器的输出信号是事先未知或不能确定的信号，火灾探测也是人们无法用数学语言精确描述的非结构问题。尽管对火灾传感器输出信号的检测是困难的，但它们的变化还是表现了火灾早期的一些特征，如传感器输出信号的时间和频谱特性、信号所代表的烟雾浓度

34、变化及温度上升等特征等。所以，将火灾探测看作是一个非平稳随机过程，火灾传感器输出信号通常表示为： （2-1）式中 火灾特征参数信号； 其他因素引起的非火灾信号，习惯称作噪声。显然，与是互不影响的，在火灾发生时我们无法从中分离出，但在非火灾情况下却有可能产生类似的变化。图2-3所示为离子感烟半导体感温火灾探测器对欧洲标准试验火TF1（火材明火）的输出信号，其中纵坐标无量纲，仅起比较作用，并未直接表示烟雾浓度和温度数值。可以看出，图2-3火灾传感器输出信号示意图（1）传感器输出信号都是由一个慢变低频成分而后一个不规则的快变高频成分组成；（2）非火灾时，传感器输出信号有明显的稳态值；（3）火灾发生时

35、信号显示比较明显的正向（信号增加）或负向（信号减少）趋势特征；（4）传感器输出信号的正向或负向趋势变化持续了较长时间。在信号处理过程中，如果此时对信号的特征趋势判断有误或信号处理不当，则很可能产生误检测报警，因此，减低火灾探测误报率的关键也就在于区别和。火灾信号的频谱特征也具有一定的规律，了解火灾信号的频谱特征对确定火灾探测系统的频率响应范围十分有用。由于烟雾浓度和温度信号频率试验房间的形状和尺寸而有所变化，考虑到环境变化也会影响信号频率，因此，通常认为烟雾最高频率为20mHZ，最高频率为60mHZ。由于火灾传感器输出信号的非结构问题或非平稳随机过程的性质，特别是信号在非火灾时有可能产生与火灾

36、信号相似的变化干扰，因此，要想从中有效地检测出火灾信号，就必须才哟功能现代信号探测和数据处理方法，这些现代数据处理方法与火灾信号的特殊性相结合就形成了火灾探测理论与算法，当今计算机技术和专用集成电路设计技术为这些算法在火灾探测报警系统中的应用创造了条件。据此，火灾探测报警系统可以抽象为图2-4的形式。由于火灾传感器将与火灾有关的物理参数（烟雾、温度、火焰光辐射等）转换为电信号，然后经现代信号处理方法进行处理后得到信号，这个信号再经判断逻辑判断后输出火灾与非火灾的结果。图2-4火灾探测系统工作流程由于火灾探测报警直接关系火灾探测报警及消防联动控制系统整体运行与发挥作用，因而要求火灾探测系统非常可

37、靠，不允许有漏报警，同时，其误报警亦应越少越好。尽管目前火灾探测报警系统的误报警与真报警比率在10:1以下，但随着火灾探测报警系统应用的日趋普遍，其绝对数量却在不断增加，而且经常发生误报警会降低火灾探测报警系统的可信度，造成不必要的损失，影响系统的应用。所以，寻找适当的火灾信号处理算法，在确保正确检测火灾的同时又具有极低的误报警率，一直是火灾探测报警系统的首要任务。随着计算机、集成电路和信号处理技术的发展，新的火灾探测算法不断涌现，使得火灾探测报警及消防设备控制系统不断完善。归纳起来，目前火灾探测及信号处理方法和以按技术发展过程划分为三大类：阈值比较方法、类比判断方法和分布智能方法，高智能的火

38、灾监测数据处理一般是采用先进的“火灾算法库”实现火灾判断。现在业内通常认为火灾探测算法与火灾模式识别方式统称为“火灾算法库”，库中还包括了典型的类比曲线等，据文献记载，西门子自称它的火灾探测器中具有最大的“火灾算法库”，它的探测器中使用了MOTOROLA的68系列大容量单片机。2.1.4.2阈值比较方法 阈值比较方法是目前火灾探测器中普遍采用的火灾监测数据处理方式之一，也是传统的（或直观的）火灾监测数据处理方式。其基本原理是：直接对火灾传感器中敏感元件的输出信号幅值进行处理，将火灾信号复制入烟雾颗粒的光电散射信号幅值、烟雾引起的离子电流变化幅值或温度信号幅值等，与预先设定的信号阈值或信号变化率

39、进行比较，当信号幅值超过设定与知识或信号变化率大于设定信号变化率时输出火灾报警信号。简言之，阈值比较方法主要有固定阈值检测法和变化率检测法，其特点是简便明了和易于实现，但对环境适应性和抗干扰能力较差，误报警率较高。（1）固定阈值检测法这种方法将火灾信号幅度（如烟雾颗粒的光电散射信号幅度、烟雾引起例子电流变化幅度或温度信号等）与预先设定的信号阈值进行比较，当信号幅度超过设定阈值时输出火灾报警信号。按照图2-5的火灾探测系统表示符号，固定阈值检测法可由式（2-2）表示如下： （2-2）式中S设定阈值 D.=1表示判决为火灾，D.=0表示判决为非火灾。为提高火灾探测过程的可靠性和抗干扰能力，一般还要

40、对信号进行平均和延时处理，采取在一段时间内对信号进行积分的方法： （2-3） 其中为选定的时间段，只有当传感器输出信号在此阶段内的平均值的幅度超过设置阈值S后，判决电路才输出火灾信号。（2）变化率检测法火灾探测信号的变化率是一个十分重要的特性，特别是火灾时产生的高温将使起火点附近的温度迅速上升，且温度信号上升率超过了一定的范围时说明温度发生变生了突变。根据这一特点，可将一定时间内的感温火灾探测信号的上升速率与设定阈值进行比较，判定火灾的发生。对于变化率最有效的计算法是采用微分： （2-4）对的预算往往是在观测到的适当长时间内，达到合适的差值时进行的。这种算法是利用的幅值差来判定火灾的。当然，在

41、变化率监测算法中也可以使用信号的平均和延时处理手段以提高探测的可靠性和抗干扰能力。必须指出，阈值比较方法能够正确探测到火灾，其电路简单易于实现。因此，在20世纪80年代中期模拟量火灾探测器出现之前，几乎所有的火灾探测报警系统都是采用阈值比较方法进行火灾判断的，而且至今许多先进的模拟量或智能化火灾探测报警系统仍然延用了阈值比较方法的一些优点，只是将早期的绝对报警阈值改为相对阈值或多阈值判断（即所谓阈值补偿方法），改变早期阈值比较时信号过于简单带来的不足。当前广泛使用的可寻址开关量火灾自动报警系统、响应阈值补偿式火灾报警系统等，都是采用阈值比较方式处理火灾监测数据和判断火灾。2.2 住宅火灾自动报

42、警系统2.2.1 住宅火灾自动报警系统的基本组成“火灾自动报警系统”实际上是“火灾探测报警和消防设备联动控制系统”的简称。它是依据主动防火对策，以被监测的各类建筑物、油库等为境界对象，通过自动化手段实现早期火灾探测，火灾自动报警和消防设备联动控制。所以，火灾自动报警系统主要包括了火灾探测及自动报警系统和消防疏导指示系统等，其结构示意图如图2-5所示。在火灾自动报警系统中，火灾探测器长年累月地监测被警戒的现场或对象，当监测现场或对象发生火灾时，火灾探测器测到火灾产生的烟雾、高温、火焰及火灾特有的气体并转换成电信号，经过与正常状态的阈值或参数模型分析比较，给出火灾报警信号，通过火灾报警控制器上的声

43、光报警装置显示出来，通知消防人员发生火灾。同时，火灾自动报警系统通过火灾报警控制器启动装置，告戒现场人员投入灭火操作或从火灾现场疏散；启动断电控制装置、防排烟设备、防火门、防火卷帘门、消防电梯、火灾应急照明、消防电话（投入指挥调度通讯以及分机和主机的直接通话）等减灭装置，防止火灾蔓延，控制火势和求助消防部门支援；启动消火栓、水喷淋、水幕及气体灭火系统及装置，及时扑灭火灾，减少火灾损失。一旦火灾被扑灭，整个火灾自动报警系统又回到正常监控状态。显然，要使火灾自动报警系统充分发挥作用，对火灾实现拟人化的监测和分析判断，要求火灾自动报警系统将微电子技术、微机控制技术、智能数据处理技术等技术融入系统主机

44、火灾报警控制器，使之结构紧凑、功能完善、使用灵活方便。图2-5火灾自动报警系统结构示意图必须指出，在火灾自动报警系统中起主导作用的是人，要求借助系统并尽可能通过值班人员的大脑思维判断，作出发生火灾的结论并启动相应联动装置，控制火势、扑救火灾。2.2.2 住宅火灾自动报警系统的基本性能综合上述可知，高层建筑及智能化建筑中的火灾自动报警系统是以火灾现象为检测对象，根据防火要求和特点而设计、构成和工作的，是一种及时发现和通报火情并采取有效措施控制和扑灭火灾而设置在高层建筑或智能化建筑物中的自动消防设施，是将高层建筑或智能化建筑中的火灾消灭在萌发状态，最大限度地减少火灾危害的有力工具。随着社会对消防和

45、救灾抢险工作提出越来越高的要求，消防技术设施和消防技术装备的现代化需求促进了火灾自动报警系统的广泛应用和技术发展，火灾自动报警系统将作为有效的消防技术手段之一，也越来越显示出它的重要性。从高层建筑及智能化建筑中发挥的作用来看，火灾自动报警系统是设置在大跨度框架式建筑结构中的火灾自动报警及消防设备联动控制系统：它是以先进的火灾控制技术和独特的报警装置的高分辨率，不单能报出大楼内火警所在的位置和区域，还能进一步分辨出是所连接的哪一个装置在报警以及装置的类型、本大楼消防系统的具体处理方式等；可以使大楼的灯光、照明、配电、音响与广播、电梯等装置通过中央监控装置或系统实现联动控制，还可以进一步与整个大楼

46、的通信、办公和保安系统联网，实现大楼的综合自动化。当高层建筑或智能化建筑发生火灾时，该系统要及时探测、鉴别并启动通风系统中自动对外报警。根据各楼层人员情况显示最准疏导、营救方案，启动各类自动消防子系统同时自动关闭不必要的电力系统和办公系统，并根据火灾状态分配供水系统，启动防排烟设施等。所以，从消防安全需要出发，高层建筑或智能化建筑火灾自动报警系统应该采用相关规范要求的系统设计模式，并应具备几个方面的性能要求：(1) 具有模拟量或智能化火灾探测方法和总线制系统结构；(2) 现场火灾探测器和（或）传感器能采集动态数据并有效传输；(3) 报警控制器具有火灾识别模型，火灾报警可靠及时，误报率低；(4)

47、 系统具有报警阈值自动修正、敏感度及时调整和火灾模式判断优等功能；(5) 系统工作稳定，兼容性强，消防设备联动控制功能丰富，逻辑编程便利；(6) 系统具有数据共享，电源与设备监控，网络服务和消防设备管理功能；(7) 系统具有良好的人机界面和应用软件，具有综合管理和服务功能。必须指出，智能化建筑一般用于高可靠性、高安全性、舒适性强、反应要求灵敏的对象，或是能源消耗高且有很大节约潜力的对象。尽管智能化建筑对其火灾自动报警系统提出了更高的要求，尤其是在数据共享设备监控和综合管理方面，性能要求明显高于一般的高层建筑。但是，智能化建筑并不强调是否拥有最先进的火灾自动报警系统及供电、照明、通风空调、供水供暖、节能控制等机电设备与系统，而重点在于这些设备系统在满足智能化建筑基本要求的前提下是否有机地联系在一起并可靠地发挥作用。2.2.3 住宅火灾自动报警系统的基本要求火灾的早期发现和及时扑救具有极其重要的意义，它能将损失控制在最小范围内，并且防止造成灾害或火灾进一步蔓延。在高层建筑及智能化建筑中设置火灾自动报警系统的目的，是要将灾害苗头或者火灾消灭在萌发状态，最大限度地减少火灾危害，满足高层建筑或智能化建筑消防安全方面的性能要求。一旦发生火灾，火灾自动报警系统应能及时探测、鉴别、判定火