英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
检测系统设计
Robert P.Schifiliti,Brian j,Meacham,and Richard L. P.Custer
介绍
火灾探测和报警系统被认为是建筑物防火和保护策略的主要特征。本章介绍了消防工程师在设计和分析探测和报警系统时所使用的系统技术。大多数讨论都是针对建筑物中使用的系统。然而,许多的技术和程序也适用于系统用于保护飞机、船舶、外部存储码和其他建筑。环境科学研究火灾增长和烟雾的运动和热在建筑消防工程师提供的信息和工具,在火灾探测系统的设计是有用的。此外，对声音产生和传输的研究允许设计通信系统，从而消除了定位火灾报警器的不确定性。所有这些信息使工程师和设计师能够设计出满足特定的、可识别的目标的系统。本手册的第1、2和3节介绍并讨论了消防工程师使用的一系列概念和工具。这一章展示了这些工具如何被用于设计和评估检测和报警系统。
关于精度的说明
在求解多来源、多变量的多重方程时，往往容易忽视精确和自信对最终答案的重要性。这种认识尤其正确，因为工程师在相对较短的时间内就从滑尺发展到计算器，再发展到计算机。本章的大部分计算都是用计算机完成的——通常是用简单的电子表格。对于这些类型的工具，普遍接受的做法是只将最终答案四舍五入到正确的有效数字的数目。
四舍五入的标准和最广泛的教学规则是使用与计算中使用的最不精确的已知数字相同的有效数字进行四舍五入。另一条规则建议使用一个比标准规则更有意义的数字。已经证明，替代规则更准确，并且不会像标准规则那样导致数据丢失。在本章中使用了另一个四舍五入的规则。有关更多信息或更新精度、舍入和有效数字的知识，请参阅有关工程和科学测量的参考文献或标准文本。
设计和分析概述
设计火灾探测报警系统，首先要确定系统的目标。这些目标由示范守则、财产所有者、风险经理、保险承保人和/或有管辖权的当局建立。最终，该系统的目标可以分为四类:
1. 生命安全
2. 产权保护
3.业务的保护
4. 环境问题
一些设计师将遗产保护列入目标清单。然而，保护历史财产实际上是保护财产和任务的另一种形式，尽管保护的方法和程度可能有所不同。在设计生命安全时，有必要提供火灾的早期预警。火灾探测和报警系统必须尽早发出警报，以便在情况变得无法维持之前完全疏散危险区域。火灾探测器或火灾报警系统可用于启动其他消防系统，如特殊的灭火系统和烟雾控制系统，用于在火灾期间帮助维护安全环境。在某些情况下，探测系统的生命安全任务通过向居住者提供信息而得到加强。这种情况经常出现在原地或原地防御战略或部分撤离/重新安置战略中。探测系统用于提供火灾位置和范围的信息。然后向目标受众提供说明。财产保护的目标主要是经济的。目标是限制对建筑结构和内容的破坏。可接受的最大损失由财产所有者或风险经理确定。该系统的目标是在火灾超过可接受的损害水平之前及时探测到火灾，以便手动或自动灭火。
任务或企业的保护目标的确定方式类似于财产保护。在这里，火灾损害是有限的，以防止对业务或使命的不良影响。一些需要考虑的项目是原材料或成品的损失，关键操作和流程的损失，以及停工期间竞争对手的业务损失的影响。其他问题还包括获得替换部件的可用性和交货时间。如果要保护的设备不再可用或需要几个月的时间来更换，在停机时间延长期间或之后继续运营的能力可能会受到损害。
保护环境也是一个消防关注的问题。两个例子是(1)燃烧产物的毒性和(2)消防径流的污染。如果预计大火中会有大量的污染物，该系统的目标很可能是探测到火灾，并在燃烧材料的质量损失或释放的灭火剂的数量达到预定的水平之前，启动适当的响应。
一旦设定了总体目标，就可以为基于性能的设计建立具体的性能和设计目标。3-5基于性能的防火设计要求满足具体的性能目标，而不是一般的规定要求。一个典型的规范要求是，每隔84平方米(900英尺2)或9米(30英尺)就提供一个烟雾探测器。在指令性设计中，探测速度和探测时的火力大小对这样的装置是不知道的或不明确考虑的。此外，如果必须采取一些行动来响应警报，以控制火灾，预期的损害也是未知的。
实施消防安全绩效目标需要客户首先陈述目标就可接受的损失而言。客户损失目标必须(1)用工程术语表示，可以用火灾动力学进行量化，(2)与设计火灾、设计火灾环境和灭火设备的性能特征有关。例如，客户损失的目标可能是防止原始舱内重要的电子设备的损坏。为了达到这个目标，我们必须首先定义什么是损害。这种损害可以用烟紫菜的厚度来表示。其他标准，如温度或腐蚀性燃烧产物的浓度，或综合标准，也可以使用。
在研究可能的点火和火灾增长方案的基础上，需要建立一个设计火灾。设计火灾的特点是热释放速率Q。
在任何时刻;它的生长速率，dq/dt;一、燃烧产物速率dcp/dt，如烟雾微粒、有毒或腐蚀性物质等;生产速率dp/dt。设计火灾可以通过(1)针对应用的小型和大规模测试的结合或(2)对文献中报道的数据进行分析来确定。
对于给定的消防安全设计目标，在设计火灾曲线上有一个点Q，在这个点上，能量和产品释放率将产生能代表设计目标的条件。考虑到将会有延迟检测火灾,通知乘客,完成疏散,或开始镇压行动,火需要提前发现一些时间问为了占这些延迟的一个至关重要的火灾规模,问:,可以被定义为设计火灾曲线上的点的火必须发现为了满足设计目标对于一个给定的间距或径向距离火。
有两种类型的延迟在探测时影响火灾的大小:(1)可变的延迟和(2)固定的延迟。变量延迟表示传输延迟，与探测器距离火灾的径向距离、天花板高度、火灾对流放热速率有关。固定延迟与系统特性相关，如报警验证时间，将固定延迟添加到Qr定义了设计火灾曲线上的另一个点:Q;或者理想之火;也就是说，可以在没有运输延迟的情况下探测到火灾。
Qao设计火已经被定义为火的大小(放热峰值和增长率历史),对应于最大可接受的损失火,和关键的火,Q,最大火力大小检测时,允许采取行动限制不断增长的火设计极限。采取限制动作所需的时间是响应延迟。那么，系统总响应时间就是在到达a之前发生的所有动作从临界火灾到设计火灾所需的时间，是固定和可变延迟以及响应滞后的总和。设计火灾曲线上的各设计点和评价点如图4-1.1所示。
例如，如果确定设计火灾为1500 kW，采用人工灭火，则可以在达到1500 kW火灾规模之前，在允许探测、通知和响应的时间点选择临界火灾。如果系统总响应时间估计为3分钟，临界火灾将在3分钟前确定的大小，使用估计的火灾增长速度达到1500千瓦。
用能量释放和增长速度来表示火灾大小或火灾荷载，可以被认为与结构工程师使用地震带图来设计潜在地震的方法相同。电气工程师在设计过流保护装置时，可以将火灾负荷与故障电流进行比较。目前，任何建筑规范都没有规定设计火灾、临界火灾和总系统响应时间要求。设计工程师的工作是与建筑业主和当地规范官员合作，为给定的系统应用程序建立性能要求。
一旦建立了一个系统的目标，就应该概述几个可能的火灾场景。应分析建筑物的空置率和预期的燃料，以确定预期的火灾增长率和预期的最大热量释放率。火灾损失报告和火灾测试数据可以用来帮助估计热释放率和烟雾和火灾气体的产生。重要的是，要评估不同的火灾场景，以建立系统设计或响应如何可能因不同的火灾条件而改变。应该使用本手册其他部分介绍的技术来概述几种可能的火灾计算系统。
在系统设计时，选择最可能发生火灾的场景作为设计的依据。一旦确定了间距和探测器类型的设计要求，系统的响应就可以使用其他可能的火灾场景进行分析。如果备选的火灾场景导致设计不能满足既定的目标，可以进行设计更改并重新测试，如果有必要的话。分析系统时使用的几种火灾场景将产生系统性能特征的上界和下界或范围。选择的火灾场景应包括最佳和最坏的情况下的火灾，以及几种可能的场景，为特定的建筑特性和占用。为了设计或分析的目的，检测和报警系统有三个基本要素:检测、处理和信号。第一个，探测，是系统中感知火焰的部分。第二元件涉及对来自系统的检测部分的信号的处理。最后，系统的处理部分激活信令部分，以便向占用者发出警报并执行其他辅助信令操作。辅助功能可能包括烟雾控制、电梯捕获、消防部门信号和门关闭。
本章重点介绍了火灾报警系统的探测和信号组成部分。给出了感温器响应设计和分析的工程方法，并给出了几个实例。提出了一种火灾警报器可听性的计算方法。系统控制面板的选择和辅助功能的设计超出了本章的讨论范围。
检测
为了设计火灾报警系统的探测部分，有必要确定火灾探测器应放置在何处，以便在为系统设定的目标内作出响应。几种不同类型的探测器可能会对预期的火灾作出反应，因此有必要开发几种备选系统设计，使用各种探测器类型的组合，以优化系统的性能和成本。火象徵是燃烧过程中出现的某种可测量或可察觉的现象。表4-1.1是火灾特征和商用探测器类型的交叉参考。该表显示了探测器响应的主要火灾特征。
感温探测
本节讨论了一种确定在大型平顶棚上安装感温探测器的工程方法。
使用感温探测器设计火灾探测系统的目前做法是将探测器按与Underwriters Laboratories Inc.的试验建立的间隔间隔隔开。所列间距是在全尺寸火灾试验中确定的
在UL (Underwriters Laboratories Inc.)测试中，一个燃烧着190度变性酒精的锅位于测试室的中心。额定工作温度为160华氏度(71℃)的洒水喷头位于天花板上，呈方形排列，侧面为10英尺(3米)。大火在广场的中心。火灾和天花板之间的距离是不同的，因此使用的1609F (71C)洒水喷头大约需要2分钟。
如图4-1.2所示，待测型探测器位于边长分别为20、30、40、50英尺(6.1米、9.1米、12.2米、15.2米)的正方形边角处。在喷头操作之前，最后一个检测器操作的间距成为检测器的列出间距。工厂相互研究公司(FMRC)也采用了类似的测试程序来确定认可的探测器间距。
大多数代码要求探测器的间距等于UL或FMRC的间距。NFPA 72，国家火灾警报规范1999版，要求安装间距小于列出的间距，以补偿高高的天花板、横梁和空气移动。高高的天花板意味着，当火羽上升时，它会夹带更多的周围空气。这种情况有冷却气体和降低火灾产物浓度的作用。横梁、搁栅、墙壁或倾斜的天花板会改变燃烧产物的流动。这种情况可以用来限制或加强火警探测器的操作。例如，火灾探测器安装在两根平行梁之间的天花板上，而火灾发生在两根梁之间的楼层。如果光束之间的距离比从火到探测器的水平距离小，光束将充当一个通道，引导热气流到探测器，从而加速操作。NFPA 72al - low探测器的间距应超出所列的间距，如走廊等墙壁狭窄的区域，以限制火灾产生的烟雾和热量。系统可以使用这种类型的代码方法设计;然而，这种方法不允许对探测器响应进行定量评估，也不允许对给定系统设计的能力进行测量，以满足与火灾大小、允许损害或危险有关的特定设计目标。
安装感温探测器的最佳位置是在火的正上方。如果有特定的危险需要保护，设计应包括直接位于危险上空或危险内部的探测器。在没有特殊危险的区域，探测器应在天花板上均匀间隔。如图4-1.3所示，当探测器间距相等时，离任何一个探测器最远的点都在四个探测器的中间。探测器之间的间距为
(1)
对于一个给定的探测器，问题是确定探测器距离火源的最大距离，并且仍能在系统的设计目标内作出响应。这就需要一种方法来预测探测器的反应，根据火灾大小和增长速度，天花板高度和探测器的特性。
火焰羽流和顶喷模型可以用来估计火焰气体流过探测器时的温度和速度。可以计算出探测器的传热，并对探测器的响应进行建模。
感温探测器与环境的传热过程如图4-1.4所示。对机组的总传热速率q，可以用关系式表示
Qtotal = qcond qconv qrad (KW or Btu/s) (2)
其中
Qcond=热传导
Qconv=热对流
Qrad=辐射传热率
在火焰生长初期，辐射换热可以忽略不计。而且，市面上大多数感温探测器的元件与装置的其余部分是热隔离的。在这些情况下，可以认为热敏元件传导到探测器的其他部分和传导到天花板的热量，与发生的对流传热相比是微不足道的。这种排除使探测器的净传热速率等于qgconv。对探测器的对流换热速率用
(KWorBtu/s) (3)
H=对流换热系数
A=区域加热面积
Td=检测器温度
Tg=加热探测器的气体温度
将探测器元件视为集总质量，m (kg或lbm)，其温度的变化由
deg/s (4)
其中c为被加热元素的比热容，单位为kJ/(kg/°C) qg为传热速率。由这个方程可得探测器温度随时间的变化关系式:
(5)
Heskestad和smith提出使用时间常数tau;来描述对特定探测器元素的对流传热:
s (6)
(7)
注意tau;是被研究的特定探测器元件的质量、面积和比热的函数。对于给定的火焰气体温度和速度以及特定的探测器设计，质量的增加小于。较大的tau;会导致元件的加热速度减慢。<b
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料</b
资料编号：[257523]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
