华南理工大学优秀毕业论文建筑电气消防系统设计与应用Word格式.docx
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1绪论
1.1概述
在石器时代，远古人类因为生存而发现了火的存在，并且随着文明的发展，火的使用越来越广泛。
同时，如果使用火的时候失去了控制，则容易带来巨大的灾难。
在我们日常生活中所了解的火灾之中，因为火灾而导致死亡和人类的损失是其他灾难的数倍，同时，火灾是发生频率最高的灾难，防止火灾发生是时代发展的首要问题。
大多数的火灾和爆炸实例均告诉给人们，火灾带来的危害是巨大的，也国家的经济造成难以估计的损失，根据世界火灾统计中心结果表明，大部分发达国家每年的火灾直接带来的经济损失约占GDP的3%左右，相当于每年人均250人民币。
火灾不仅给国家的经济造成巨大的损失，并且对生态系统也造成各种程度的破坏。
目前，随着我国的社会经济高速地发展，城市化进展迅猛，城市中各种功能的大型建筑工程、高层住宅建筑不断地建造，高层住宅建筑发生火灾的时候后果将会是难以想象。
因此，在要高效地防止发生火灾的同时，又要当火灾发生的时候，如何及时、有效地控制火灾的发展，甚至在火灾发生初始时期就将火苗熄灭，损失尽可能地减少，它已成为一个公众关注的国情主题。
建筑行业的技术创新发展，高层建筑越来越多地出现，火灾的潜伏机会也越来越大，随着高层建筑设计的越来越与国际化和合理化，如果发生了火灾，火灾在楼层结构内快速蔓延，人口密度较高的高层建筑将会比较困难进行人员疏散，增加人员的伤亡和财产就损失。
传统的人工灭火将会带来更多的人员伤亡和难以扑灭火灾现场。
然而火灾自动报警及联动控制系统的设置就是确保高层建筑防火灭火，因此，在现代高层民用住宅安装部分都必须安装火灾自动报警、消防联动控制系统和自动喷水灭火系统。
1.1.1简述火灾自动报警与消防联动控制
时代的发展和科技的创新是我国发展的首要前进方向，计算机与单片机的软硬件配合，使消防系统的设备控制发展有了新的趋势。
在消防产业的角度看来，火灾自动报警及消防联动控制系统已经达到一个企业相对高的竞争层面，同时也是对消防产品有了更高的要求和质量。
我国的经济发展,提高人民生活水平,防火和消防法规、产品标准和规范是基于日益复杂和完善,更符合相关消防人道和智能设计无疑是生成报警和消防联动控制系统。
中国经济的发展和建筑行业的性质,缺乏智慧和快递行动灭火系统已经难以满足消防和火灾报警和消防联动系统已成为一个重要的一般民用电气设计必须标准化设计环节。
在高层建筑消防系统设计、火灾自动报警和消防联动系统相关规范的详细分析,实质上是在我们设计消防系统时和施工安装时提供每个部分正式标准作为依据。
电气安装施工技术的快速发展,国家相关标准设计和施工规范必须合理和及时的更新,这将使电气火灾统一的技术和施工方法的一部分。
与此同时，详细的设计规范和实际施工需求,更大的机会来开发建筑火灾的未来方向,促使高科技制造商产生更多的创新产品符合国家标准,更方便的基础建筑消防设计的效率和质量。
1.1.2简述自动喷水系统
自动喷水灭火系统，是近十多几年来在我国发展起来的一种高效灭火系统，简单地说，就是在火灾发生候，能够启动自动喷水灭火系统从而保障人身的安全和减少财产的损失的一种灭火系统。
该系统主要使用洒水喷头进行喷水灭火，喷头的作用是检测发生火灾情况并且同时自动进行洒水灭火。
当高层建筑楼层或地下室位置发生火情时，火灾时点燃烧产生的热使天花喷头高灵敏感温元件自动启动，然后喷头洒水喷水进行灭火。
同时喷水灭火系统水流指示器向首层消防控制中心报警，消防控制柜会显示起火的初始位置。
报警阀压力开关将向消防中心报警并联动启动消防泵。
水力警铃也同时发出声音提示报警。
自动喷水灭火系统是全自动检测、随时处于工作状态并且打开洒水喷头围绕着火点进行灭火，对着火点物理外表进行直接有效的楼层火灾内部洒水喷水，熄灭着火点的火苗及其附近有可能燃烧物的一种自动灭火系统。
根本原理是在火苗热气流流动的作用下快速及时运行系统，有效地控制火灾蔓延，并使经济损失和破坏降低到最低。
如果采用高灵敏度的喷头，住宅楼层喷头或其它快速反应洒水喷头，自动喷水灭火系统将会在发生火灾1分钟或少于1分钟完成动作，从而快速降低火苗引起的火场热量，减慢燃烧物的燃烧速度，最快地把火熄灭，更有效地降低人民人身安全和财产的损失，最终达到防火灭火的根本目标。
表1.1为自动喷水灭火系统火灾控制率，通过表格可以知道洒水喷水系统把火灾有效控制在初始点燃阶段就进行熄灭扑灭，高效率地控制火灾位置热量的增加和浓烟的累积，正常运行自动喷水灭火系统的功能。
表1.1自动喷水灭火系统火灾控制率
1.2设计方向
1.2.1工程设计要求
系统的设计应先进、实用、经济、灵活性、可伸缩性和有效性能、兼容性、可靠性,并确保整个系统完全符合中华人民共和国现有规范程序,包括但不限于此标准和规范如下:
1.《建筑设计防火规范》【GBJ16-2001,2001年版】
2.《高层民用建筑设计防火规范》【GB50045-2005,2005年版】
3.《电气装置安装工程施工及验收规范》【GB50254-2006,2006年版】
4.《火灾自动报警系统设计规范》【GB50116-2006,2006年版】
5.《火灾自动报警系统施工验收规范》【GB50166-2007，2007年版】
6.《民用民用住宅设计规范》【JGJ/T16-1992】
7.《点型感烟火灾探测器技术要求及试验方法》【GB4715-2005】
8.《点型感温火灾探测器技术要求及试验方法》【GB4716-2005】
9.《自动喷水灭火系统施工及验收规范》【GB50261-2005】
1.2.2主要内容
本论文在民用住宅消防系统的设计时分成三大部分进行设计。
分别是火灾自动报警系统；
自动喷水灭火系统；
消防联动控制系统。
1.火灾自动报警系统设计首先从概念上简述系统的组成，然后对针对控制中心报警系统总线进行设计，最后对报警探测器的位置设计和布置方案。
2．自动喷水灭火系统设计对系统的组件进行简述，然后重点对湿式喷水灭火系统进行设计，然后对设计中的主要器件进行运行原理的描述，最后以设计一个屋顶天面高位水箱作为设计例子。
3.消防联动控制系统重点对联动控制柜的监视和控制进行设计。
然后分别表述广播系统、应急照明系统、通讯系统的设计要求。
2消防自动报警系统
2.1消防自动报警系统的组成
火灾自动报警系统是一个不可或缺的现代灭火系统在大型建筑和高层住宅建筑中，在早期简报的目的是指导人们逃生,同时能够采取有效措施,控制和扑灭初期火灾及时,从而在公共建筑和高层建筑设置的一种消防系统。
火灾自动报警系统是由各种各样的火灾报警设备、消防设备和其他能够也辅助检测火灾源头的系统，如果在发生了火灾的初始时期，燃烧物所燃烧出来的浓烟、持久燃烧的温度和热量的散发,通过各种火灾探测器或辅助设备将电路信号转换传送到火灾报警控制中心、消防控制柜,同时显示火灾的地点,让人们早期发现火灾,但火及时采取有效措施扑灭初期火灾,最大减少火灾造成的威胁生命和财产的损失,是人们与火灾做斗争的强力武器。
在高层住宅建筑物中，一套常见的火灾自动报警系统通常由以下部分组成:
1）报警控制系统主机
2）消防报警控制器
3）彩色图形显示终端
4）带备用电池的应急电源装置
5）输入、输出监控模块及输入输出控制模块
6）火灾探测器（感温探测器、感烟探测器、可燃气体探测器等）
7）手动报警按钮及消防栓按钮
8）消防广播及火灾疏散警铃
9）防火阀及排烟阀
10）消防专用通信电话
2.2报警系统的总线设计介绍
火灾自动报警系统形式有如下几个选择：
2.2.1区域报警系统
根据火灾自动报警系统设计规范，区域报警系统属于二级保护对象。
在设计报警系统时，按规范在一个区域报警系统范围内必须设置一台区域火灾报警控制器，同时在系统中设置的区域火灾报警控制器最多设置两台。
高层建筑的值班房最适合设置区域火灾报警控制器，原因是一定的值班人员进行监控。
同时区域报警系统也要设置相关的消防设备联动动作。
建筑物中选取一台区域火灾报警控制器作为监测器观察楼层的火灾情况，为了能够在发生火灾时提示人民逃生时的指引，应该就楼层的显眼位置装设灯光装置。
。
2.2.2集中报警系统
根据火灾自动报警系统设计规范，集中报警系统属于一级和二级保护对象。
在设计报警系统时，按规范在一个区域报警系统范围内必须设置一台集中报警系统控制器，同时在系统中设置的区域火灾报警控制器最多设置两台
集中火灾报警控制器的主要功能是可以对火灾现场的位置发出报警信号，同时对消防模块进行信号的控制。
设置消防联动控制装置可以对信号进行联动启动。
高层层建筑的值班房最适合设置区域火灾报警控制器，原因是一定的值班人员进行监控
2.2.3控制中心报警系统
根据火灾自动报警系统设计规范，控制中心报警系统属于一级保护对象。
控制中心报警系统是现在高层建筑小区中最普遍常用的消防报警系统，由于它的控制范围十分之广，能够对多栋建筑物进行消防监控，所以必须设置一台专用消防联动控制器、一台火灾报警控制器和两台区域火灾报警控制器才能组成一个完整的控制中心报警系统。
通过联动控制器在系统中的显示器上能够直接直观地反映火灾报警位置信号。
2.3消防探测器的设计
2.3.1相关探测器规范
为了合理地设计火灾自动报警系统，减少和防止火灾危害，保护人身安全和财产完整，探测器设计主要依据的国家规范是《点型感烟火灾探测器技术要求及试验方法》【GB4715-2005】、《点型感温火灾探测器技术要求及试验方法》【GB4716-2005】、《民用民用住宅设计规范》【GBJGJ16-2008】、《高层民用建筑设计防火规范》【GB50045-95】（2005版）、《火灾自动报警系统设计规范》【GB50116-98】。
2.3.2消防探测器的设计原则和分类
火灾探测器是一个重要的设备形成一个火灾自动报警系统,消防系统的同时“眼睛、耳朵、鼻子和嘴巴。
“火灾探测器火灾参数,如烟雾、温度、光量,火焰波动,气体浓度、反应等,并自动生成一个火灾报警信号。
它的作用是监测环境如果有火。
在发生火灾,把火灾的物理特性,如烟雾、温度、光、火焰波动,气体浓度信号转换电路，然后向火灾控制中心报警。
此外，在实际的高层住宅建筑中，火灾探测器可传达火灾报警信号和设备动作信号。
火灾报警信号包括：
可燃气体探测器、感温探测器、感烟探测器。
设备动作信号包括：
水流指示器、湿式报警阀、信号阀、消防栓按钮、手动报警按钮、排烟阀、防火阀。
下面详细介绍施工现场进行消防安装普遍常见的感烟探测器和感温探测器。
（1）感烟探测器
感烟探测器的内部原理是它的高灵敏度元件可以检测到由燃烧物燃烧时产生的烟尘微粒，是高层建筑中最常用最普及的火灾探测器。
同时它还能检测到时液体状态的燃烧物，所以能探测在固体和液体两种状态，在消防报警系统中处于必不可少的地位。
常见的感烟火灾探测器主要是有离子型、光电型。
离子感烟探测器拥有两个电离区间，一个在内部，一个在外部。
外电离室孔与外部沟通,烟从霍尔传感器可以输入;
在电离室是密封的。
当火灾发生时,烟粒子进入外面的电离室,干扰正常运行的带电粒子,因此,如果外部电离区间发生了电压的波动或者变化，就会使内部的电离区间产生不相等状态，即使内外的电离区间电子不平衡，从而作出报警反应。
光电式感烟探测器是一个光敏元件和一个发光元素所组成，发出的光与发光元素相同,它的原理是通过镜头到光敏元件的表面,从而维护正常的电路,如果在发光元素发出的光电子受到烟雾的阻碍，那么到达光敏元件上的光电子就会减少，通过光变化转变成电路变化，从而作出报警反应。
（2）感温探测器
在发生火灾的时候，燃烧物会产生很大的热量从而使该位置的温度发生变化并逐渐地提高。
感温探测器是通过它的额定探测半径范围内的温度变化，通过探测某位置的温度变化转变成电信号，从而作出报警反应。
根据监测温度的额定反应温度不同，普遍使用于民用建筑和工业建筑中的感温探测器有定温式、差定温式、差温式。
定温式探测器的工作原理是在规定的时间内，如果在发生火灾的位置引起温度的波动，并且温度的递增数值超过了某一个额定值，它就会发出报警信号。
它的结构有两种。
一种是点型，一种是线型。
线型结构的探测器是如果探测范围内的温度达到某一个额定值，内部结构的导线就会被融化短路。
然后发出报警信号。
点型结构的探测器是如果内部结构的半导体电阻达到一定阻值时，就发出报警信号。
差温式探测器的工作原理是在规定的时间内,如果火灾时燃烧物的燃烧速度较快，升温速度超过了感温元件的范围，就会发出报警信号。
差定温式探测器就是组成了差温和定温两种工作原理的优点，将内部结构的探测元件结合起来，包括半导体电阻和空气隔膜等元件所组成。
2.3.3消防探测器的布置方案
在高层建筑楼层监测范围内的区域，都需要根据规范要求去设计火灾探测器及其保护范围和保护半径，按表2.1确定
表2.1感烟探测器、感温探测器的保护面积和保护半径
根据设计规范，感烟探测器、感温探测器的需要有合理的安装距离，同时参照探测器的保护面积A和保护半径R确定，并不应超过图中所示。
按照图中的意思，如果设定一个火灾探测范围内的探测器数量，应该利用表2-1确定，同时不应小于式（2-1）的计算值
（2-1）
式（2-1）中N为探测器的数量，数值应取整数。
S为该探测区域面积（时），A为探测器的保护面积（时）K为修正系数，特级保护对象取0.7-0.8。
一级保护对象取0.8-0.9。
二级保护对象取0.9-1.0。
高层建筑通常为一级保护对象，即取0.7-0.8。
结合表2-1和式（2-1），在普通的高层建筑中，除住宅，其他正常生活的地方场所都必须按照要求进行设置火灾探测器；
地下层汽车库设置常规感温探测器，地下层非机动车其他场所设置只能型感烟探测器。
前室、住宅走廊设报警按钮及感烟探测器。
灯具与探测器的水平位移距离需大于0.2m；
与送风口边的水平位移距离需大于1.5m；
与条形送风口或多孔送风顶棚口的水平位移距离需大于0.5m；
与嵌入式扬声器的水平位移距离需大于0.1m；
与洒水喷水头的直径距离应大于0.3m；
与墙的距离需大于0.5m。
手动报警按钮及对讲电话插孔底需距地1.4m。
设置手动报警按钮位置旁设置消防警铃，消防警铃中心需距地2.3m。
3自动喷水灭火系统
在高层建筑中，包括地下室，首层建筑、标准层建筑、屋顶天面建筑都需要设置自动喷水灭火系统作为建筑的”安全卫士”。
当然，也有一些场所及部位不能安装此系统，例如强电供电的电房。
但是也要在普遍工业和民用的建筑中使用此系统，它的灭火效率高效、工程造价低，在城市的现代大型建筑成为必不可少的消防灭火系统。
3.1自动喷水灭火系统的组件
自动喷水灭火系统由报警阀组、洒水喷头、水流指示器、压力开关、稳压装置、消防水泵等专用产品组成。
3.2自动喷水灭火系统的工作原理
3.2.1湿式喷水灭火系统
在现代的大型建筑中，普遍使用且设计安装方便的系统就是接下来介绍的湿式喷水灭火系统。
湿式喷水灭火系统是由管道系统、喷头、报警装置、湿式报警阀等组成。
这个喷水系统在没有运行时，管道内的前端后端都是灌满的一定压力的水源，因此称为湿式喷水灭火系统。
当火灾刚刚开始被燃起的时候，随燃烧物的燃烧温度慢慢地提高，安装在天花上方的没有运行的喷头检测到火场温度达到它感温原件的动作温度时，洒水喷头自动打开向半径范围内进行洒水。
同时，建筑的喷淋管系统中的水源在向喷头方向流动，经过的水流指示器就会自动动作，然后就会向消防控制中心发出火灾信号，从而就可以知道火灾发生的地点。
这个时候，安装在喷淋管道上的报警阀末端压力比前端的压力小，接着报警阀就会动作，其他分区的水流就会流进喷淋管道，此时，喷淋管道末端的水力警铃也会发出响声作为报警信号，水力警铃会自动地通过控制模块启动地下室的消防水泵，同时传送启动指令到消防控制中心，消防水泵保持足够的水流量和供水压力保持喷水灭火。
工作原理如图3-1所示。
图3-1湿式自动喷水灭火系统工作原理
3.2.2干式喷水灭火系统
在某些特别的场所当中，或者地理位置比较特别的高层建设，例如寒冷的地区或温度很高的地方，干式喷水灭火系统就适合以上述的环境。
干式喷水灭火系统通常的组成元件有：
管道系统、闭式喷头、干式报警阀、充气设备、供水设备和排气设备。
在正常没有发生火灾时，喷淋管道没有水源贮存，只是注满了空气，因此称为干式喷水灭火系统。
当防火区域发生火灾时，燃烧物的温度逐渐提高,同时消防洒水装置会自动开启,压缩管网中的空气,导致干式报警阀后管道压降,干式报警阀前压力比压力阀压力要大、干式报警阀是开放的,水流向喷淋管网,从喷水洒头灭火。
工作原理如图3-2所示。
安装在系统管道的报警阀前端和后端空气压力都保持相对的稳定平衡，如果有泄气的现象，将会有安装在楼层大堂的空气压缩机对系统管道进行充气补气，系统管道的空气压力情况都是由压力开关每时每刻进行检测。
图3-2干式自动喷水灭火系统工作原理
3.3自动喷水灭火系统的主要部件
3.3.1洒水喷头的介绍
安装在高层建筑的消防喷淋系统的洒水喷头对火灾温度监测，洒水喷水灭火的启动在消防系统中时最基础的组成元件。
喷头的种类很多，可以根据动作温度、感温元件、喷头的结构形式对喷头进行分类。
按结构形式可分为开式洒水喷头和闭式洒水喷头。
3.3.2湿式与干式报警阀
在自动喷水灭火系统当中，喷淋管道内如何导通水源和切断水源，并且启动报警信号，这就是报警阀。
它的主要功能组成是发送传递火灾报警信号、导通或切断喷淋管水源和供水流倒。
在现实的建筑消防系统中，报警阀的分类为干式报警阀和湿式报警阀。
（1）湿式报警阀安装在湿式喷水灭火系统中，它的外观造型是一个直立式的单向阀，施工现场的安装方法是安装在喷淋管网的立管上方，在报警阀的旁边直立地安装一个压力表，目的在于便于观察水压，显示出当发生喷水洒水情况时，喷淋管网的压力情况。
如果湿式报警阀被开启，就会有水流进入水力警铃然后发出响声提示报警。
（2）干式报警阀安装在干式喷水灭火系统中，它的外观造型是阀门被阀瓣分为两边，一边是出口，与喷淋管道充气封闭；
另一边是进口，与供水水源相通。
它利用出口与入口的气压和水压控制阀瓣的封闭和开启。
3.3.3水流报警设备
水力警铃、水流指示器和压力开关组成了水流报警设备。
湿式喷水灭火系统当中最常用就是在报警阀的旁边安装水力警铃。
它的工作原理就是如果报警阀导通了消防水源之后，就可以使水力警铃中的旋转叶轮推动从而响铃报警。
水流指示器必须存在于湿式喷水灭火系统的运行当中。
如果洒水喷头的水源发生了流动现象，会引起水流指示器中的旋转叶轮动作，从而发出报警信号送至消防控制中心。
压力开关通常以垂直的方式安装在水力警铃的管道旁边，如果水力警铃的报警信号发出的同时，就会向消防控制中心传送信号然后启动消防水泵。
3.4高层建筑消防给水
3.4.1屋顶天面高位水箱的供水
屋顶天面高位水箱供水方式在现实民用住宅中最多被设计院所设计的一种方式。
通常都在屋顶层设置一个相对较小的消防水池，并且与整栋楼的生活水管连接在一起，能保持短时间的高压力消防供水。
同时在地下室也会设置大立方的消防水池和消防水泵。
屋顶天面高位水箱的的消防供水系统的主力供水地方都是来自地下室的消防水池经过消防水泵加压提供，针对建筑的高度通过稳压泵保持一定的供水压力。
消防供水系统主要都是来自地下室的消防水池经过消防水泵加压提供。
所以针对这个供水方式，物业管理必须加强对水泵的管理和定时维修，保证火灾发生时的正常运行。
相对来说，屋顶层的小立方消防水箱对建筑体积占有率不打，容易进行安装和维修，小型火灾是灭火的最快方式。
但是，屋顶天面高位水箱对供电的要求相对比较高，因此，在设计这种供水方式时必须同时设计机械电气连锁这种双电源切换方式，一种电源是外电电源，另一种是柴油发电机的后备电源。
4消防联动控制系统
4.1消防联动设计
在实际的消防设计中，通常都会把消防联动控制柜安装在建筑物的首层里面的一个房间里面，同时与火灾报警控制器一起投入工作。
消防联动控制柜是火灾报警控制中心运行工作中的一个十分重要的部分。
如果在报警范围内发生了火灾，消防控制中心就会接收到模块传送的反馈信号，进而通过消防控制中心的各个组成部分联动运行，形成一个联动生态系统。
各个组成部分含有火灾报警控制主机、联动控制器、CRT图形显示屏、打印机、火灾事故广播设备、消防通信设备、UPS不间断电源及备用电源等，消防控制室与先期已运行消防中心联网通信。
如果在报警范围内发生了火灾，火灾位置负责的模块就会发出报警信号，属于消防分区内的警铃就会发出铃响的提示，负责联动控制的设备就快速作出动作反应然后运行工作。
消防控制中心马上启动火灾应急广播系统，从而通知火警发生的对应楼层及相邻上下楼层的人民进行引导性疏散。
图4-1火灾自动报警与消防联动系统图
4.2消防联动控制柜的监视与控制
当发生火灾的时候，消防自动报警系统和消防联动系统都要作出迅速的反应然后运行动作，在动作的时候，各部分联动系统都需要进行监视与控制。
4.2.1自动喷水系统
消火栓泵由消防控制中心联动控制盘远程按钮或消火栓按钮的进行自动、手动启/停的控制，又可
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