建筑消防课程设计章飞.doc

课题名称 建筑自动消防工程
学院(部) 电子与控制工程学院
专 业 电气工程及其自动化
班 级 3204090121
学生姓名 章 飞 _
学 号 3204090121

12 月 24 日至 1 2 月 30 日共 1 周

指导教师(签字) 张彦宁

2012年 12 月 18 日

目录
《建筑自动消防工程》课程设计任务书————————————3
摘要———————————————————————————4
系统综述—————————————————————————4
一层预作用自动水喷淋系统的设计—————————————4
预作用水喷淋系统各部分组成、参数以及选择时要求——————10
二层消防联动控制的设计—————————————————12
二层实验室探测器选择——————————————————12
二层实验室防排烟设备的空间设置—————————————14
防排烟设备的联动控制——————————————————15
三层计算机机房七氟丙烷灭火系统的设计——————————16
三层计算机机房的探测器的布置——————————————17
消防事故应急广播系统和直通电话系统的设计方案——————22
三层设计报警器的设计——————————————————23
直通电话系统的设计方案—————————————————24
结束语—————————————————————————26
参考文献————————————————————————27

《建筑自动消防工程》课程设计任务书

一、设计目的：
建筑自动消防工程课程设计，是配合《建筑自动消防工程》课程学习的实践性质的教学内容，是一个重要的实践性教学环节。课程设计的要求高于平时的作业，是对整个课程及相关知识的一个综合运用。设计要求学生自己确定设计方案、查取相关资料、进行过程计算，并要对自己的选择做出论证和校核，经过分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计，最终掌握建筑电气消防工程的设计原理和方法。具体应达到以下目的：
1、通过课程设计加深对本课程基本知识的理解,提高综合利用本课程知识的能力；
2、掌握本课程工程设计的主要内容、步骤和方法；
3、提高消防电气控制线路的设计能力；
4、学会应用有关国标、规范等设计资料，进行设计计算的能力；
5、提高独立分析问题，解决问题的能力，逐步增强对实际工程的认识和理解。
二、设计题目：
某三层实验楼电气消防设计
三、设计工况参考参数
1、一层是1号实验室，其面积为2000 m2；自行设置防火分区
2、二层是2号实验室，其面积为800 m2；
3、三层是计算机中心大厅：20×10×3.5m（长×宽×高）。
四、设计内容：
1）.一层设计出预作用式自动水喷淋灭火系统；
2）.二层对防烟、排烟、加压送风系统、防火卷帘等消防联动控制进行设计；
3）.三层的计算机中心大厅，要求用自动气体灭火系统保护；
4）.完成火灾探测器的选择、平面布置；
5）.完成消防事故广播和直通电话系统的总体设计方案。
五、设计说明要求：
撰写规范的设计说明书，要求：有必要的计算说明；数字要准确，公式、数据要有根据并符合国标规范；文字要简明扼要；内容包括目录、正文、参考文献、附录等。

某三层实验室电气消防设计
摘要
本系统是三层实验室的建筑自动消防设计。一二层为实验室，防火等级为2级，设定2个防火分区。采用自动喷水灭火系统。二层防火等级为2级，防烟、排烟、加压送风系统、防火卷帘等消防联动控制进行设计。三层防火等级为1级，采用七氟丙烷气体灭火装置。
关键字：自动消防 七氟丙烷 加压送风 防火卷帘 防火分区
一 系统综述
根据实验室的原始数据和设计要求，我们可以知道本实验室属于非高层的民用建筑，故在选择灭火等级上可以选择中等以上的灭火等级，在这里，可以统一设实验室的高度均为3.5米。根据表1所示，由于一二层只是实验室，灭火等级较低，因此我们可以选择一、二层的灭火等级为3级，而第三层为计算机机房，故其的灭火等级要求高一点，可以选择其灭火等级为4级。下面对各层的消防设计做以详细的说明。
二 一层预作用自动水喷淋系统的设计
2.1 划分一层防火分区，（选用预作用自动水喷淋非连锁系统）
2.1.1 一层防火分区划分
设一层的长×宽×高=100×20×3.5，按表1中防火分区的最大建筑面积的划分规定，又由于该建筑为三层试验楼，属于非高层民用建筑，耐火等级设计为三级，则每个防火分区的最大建筑面积为1200 m2，一层建筑面积为2000m2 ，因此需要将实验室分为两个防火分区，每个防火分区1000m2。防火分区设置情况见图1。一层实验室四周的墙体采用耐火材料砌成，顶棚采用防火顶棚，前后门采用防火门，以防止火灾向四周或邻近层蔓延，由于一层实验室面积过大，因此可以考虑在实验室中间位置设置防火卷帘，这样一旦发生火灾就可以将火势阻隔在单独的一个防火分区内，能够有效地阻止火势的蔓延。防火卷帘的具体设置和与其它消防机构联动控制见后面详述。
建筑物类型
类别或耐火等级
每个防火分区最大建筑面积m2
备注

高层建筑类别
1类
1000

2类
1500

地下室或停车场
500

民用建筑耐火等级
1、2级
2500

3级
1200

4级
600

表1 防火分区的最大建筑面积

2.1.2 火灾探测区域的设定与探测器的布置
根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）中的规定，探测区域应按独立房(套)间划分。一个探测区域的面积不宜超过500㎡；从主要入口能看清其内部，且面积不超过1000㎡的房间，也可划为一个探测区域。基于此，由于一层实验室仅仅是实验室，从大门口就可以一览无余，而且根据前面设定的一个防火分区的面积为1000㎡，所以一个防火分区可以划分为一个探测区域。故一层实验室可以分为两个探测区域。
探测器是火灾自动报警装置中最关键的器件，它的功能就是及时捕捉、观察可燃物最初燃烧时的参数，并把活在参数转换成电信号或者开关信号提供给报警器，它好似火灾自动报警装置的眼睛，因此在设计中要严格按照要求，合理正确地选择和安装火灾探测器，使其发挥出应有的功能。
1、一层探测器的选择
对于实验室来说，拥有大量贵重的实验仪器和设备，通风透光性比较好，一般多有易燃的木制的实验桌椅和其它的塑料用品，特别重要的实验室在装修上更是具有更高的要求。因此根据实验室的高度、气流、湿度、洁净的程度和可燃物的材料性质，针对本实验室由于含有大量的易燃的木制的实验桌椅和其它的塑料用品，故要求在火灾的初起阴燃阶段就能检测出看来，再根据房间高度，参考表2，因此我们可以选择感烟探测器。
表2按房间高度选择点型探测器的类型参考表
房间高度
感烟探测器
感温探测器
Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级
感光探测器
12＜h≤20
8＜h≤12
6＜h≤8
4＜h≤6
h≤4
×
√
√
√
√
× × ×
× × ×
√ × ×
√ √ ×
√ √ √
√
√
√
√
√
2、确定一只探测器的保护面积
由已知条件：h=3.5m,S=1000m2>80m2，θ<150查表3可知，对于感烟探测器，在房间高度h<6米时，一只探测器的保护面积A=60 m2，保护半径R=5.8m。
表3感烟探测器保护面积和保护半径
火灾
探测器的种类
地面
面积
S（㎡）
房间高度h（m）
探测器的保护面积A和保护半径R
屋顶坡θ
θ≤15°
15°＜θ≤30°
30°＞θ
A(㎡)
R(m)
A(㎡)
R(m)
A(㎡)
R(m)
感烟
探测器
S≤80
h≤12
80
6.7
80
7.2
80
8.0
S＞80
6＜h≤12
80
6.7
100
8.0
120
9.9
h≤6
60
5.8
80
7.2
100
9.0
3、考虑梁高度的影响
设梁高度为200mm，即不大于200mm，图1-2可知道，整个实验室不用考虑梁的影响。
如本实验室属于一级保护建筑，取修正系数k=0.8，则
（个）,n取整，则n=21。

4、确定探测器的间距
绘出探测器布置草图，如按图1-3布置所示，则，由公式和 可以求得：
，

5、校验
由公式，因为,故满足要求。又因为探测器的有效保护半径为，而本工程实际要求探测器的最大水平距离为，所以，此外由于屋顶斜度θ≤15°，由相关资料查的时，探测器的安装距离a、b的选择范围在之间，故按图3的布置要求未超过这一范围，另外探测器位置与相邻墙壁之间的水平距离也满足大于之要求。所以，该实验室的火灾探测器的布置基本合理。
另外，应考虑到，正常情况下防火卷帘卷起，并且用电锁锁住。防火卷帘两侧应设置感烟感温两种探测器用来控制火灾时防火卷帘的下落，故每个探测区域靠近防火卷帘的一侧应加入两个感温探测器。当火灾发生时，装设在防火卷帘两侧的感烟探测器首先发出报警信号，通过回路总线传送给报警器，报警控制器经确认后对回路总线上的LD-8303模块发出联动控制信号，其电气控制原理图如附图所示。综上所述一层实验室的探测器最终布置图如图1-4所示：

2.2 预作用水喷淋系统各部分组成、参数以及选择时要求
2.2.1 自动喷淋头
选用ZST-15系列型号开启式的喷淋头，设环境最高允许温度为49℃，根据其温度级别可以选择动作温度为68℃，颜色为红色。每个喷淋头在规定高度内的保护面积约为10m2，则每个探测区域需喷淋头个数为：个，所以整个实验室共需100×2=200个自动喷淋头。
2.2.2 管路
管路又称管网，是将灭火剂-水从水源送到被保护现场的通路，配水管应采用内外镀锌钢管，配水管道在布置上应使配水管的压力均衡，并且保证各配水管入口压力不应大于0.4MPa，另外，在配水管上也不得接入其它的供水设施。
2.2.3 控制装置
控制装置主要包括控制柜，安装于消防控制室，配以水流指示器和压力开关等传感器，当控制装置接到传感器信号后控制消防水泵的启动或停止。另外控制装置还配有水利警铃、报警阀、延迟器、阀门等设备，对灭火系统进行全面监控管理和报警等。
参考课本可以选择四川消防机械总厂生产的水流指示剂和压力开关。水流指示器选择带电子延时装置的ZSJZ型号，额定工作压力1.2×108Pa。压力开关选择ZSJY-10型号，，额定工作压力106.
2.2.4 压力水源
压力水源由消防水池、自动消防泵和喷淋泵，高位水箱和稳压泵组成。电动消防泵和喷淋泵分别为消防栓消防系统和自动水喷淋系统的主要供水加压设备，管网配有稳压泵是为了防止由于管网泄露等原因导致水压下降而设置的不压装置。
按《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）要求，消防水池的容积应为灭火持续时间与消防用水总流量的乘积。设该实验室的灭火持续时间取，一般取流量为40L/S,则可以算得需要消防水池的容积，为了保证能在清池、检修和换水时保证必要的消防用水，因此可以选择。在消防水池的设置中，还应注意的是，要保证其离建筑物（消防泵房除外）之间的距离不少于15m，并设置消防车去水的取水口，，在消防池的周围应设置消防车道。自动消防泵、稳压泵和喷淋泵应分别选择两台，一运行一备用。
2.3 预作用式自动水喷淋系统示意图
如图1-5所示，在平时，管网内存有高压气体，将高压水排斥在管网之外。如现场发生火灾，感烟探测器报警，通过报警控制器联动管网上的电磁阀，排除管网中的高压气体，并将压缩机电源切除，管网外的高压水（高压水箱中的水）可进入管网，使管网由干式变为湿式灭火系统，当喷淋头玻璃球遇热爆裂，即可进行喷淋灭火；当水流指示器和压力开关的报警信号送入报警控制器，报警控制器控制喷淋泵启动，对管网进行加压供水。这也是预作用式自动水喷淋系统的工作原理。具体如附图所示。

三 二层消防联动控制的设计
二层的探测器等的设置同一层的基本一样。具体如下所示。
3.1 二层实验室防火分区的划分
二层面积是800m2 ，设长×宽×高=40×20×3.5，按表1中的防火分区的划分规定，设该楼的耐火等级为3级，则每个防火分区的最大建筑面积为1200 m2，该层建筑面积为800m2 ，因此需要设置可作为一个防火分区，一层实验室四周的墙体采用耐火材料砌成，顶棚采用防火顶棚，前后门采用防火门，以防止火灾向四周或邻近层蔓延，根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98），该层可以设为一个探测区域。
3.2 二层实验室探测器选择
1） 选择探测器类型：
对于本实验室来说，拥有大量贵重的实验仪器和设备，通风透光性比较好，一般多有易燃的木制的实验桌椅和其它的塑料用品，特别重要的实验室在装修上更是具有更高的要求。因此根据实验室的高度、气流、湿度、洁净的程度和可燃物的材料性质，针对本实验室由于含有大量的易燃的木制的实验桌椅和其它的塑料用品，故要求在火灾的初起阴燃阶段就能检测出看来，再根据房间高度，参考表2，因此我们可以选择感烟探测器。
2） 确定一只探测器的保护面积（以及保护半径）：
有已知条件：查表3可知，一只探测器的保护面积A=60 m2，，保护半径R=5.8m。
3） 考虑梁高度的影响：
设梁高度为200mm，即不大于200mm，由规定可知，整个实验室不用考虑梁的影响。
如本实验室属于一级保护建筑，取修正系数k=0.8，则
（个）,考虑到均匀布置可以取n=18只
4) 确定探测器的间距：
先绘出探测器布置草图，如图3-1所示，则，由公式和可以求得：
，

5） 校验：
由公式检验，因为,故满足要求。又因为探测器的有效保护半径为，而本工程实际要求探测器的最大水平距离为，所以，此外由于屋顶斜度θ≤15°，由相关资料查的时，探测器的安装距离a、b的选择范围在之间，故按图3-1的布置要求未超过这一范围，另外探测器位置与相邻墙壁之间的水平距离也满足大于之要求。所以，二层实验室的火灾探测器的布置也基本合理。
3.3 二层实验室防排烟设备的空间设置
如图3-2所示， 在建筑中，正压风机一般安装在建筑物的底层 ，正压送风阀和排烟阀应装在建筑物的过道，消防电梯前室，疏散楼层间或无窗房间的排烟系统中。每层装设一个，排烟风机安装在大楼顶部，通过排烟防火阀和排烟管道与各层的排烟阀连接起来。

3.4 防排烟设备的联动控制
在火灾自动报警和消防联动控制系统中，防排烟是最重要的组成部分之一，其主要作用就是防止有害毒烟气侵入消防电梯前室、避难层和人员疏散通道等部位，防止有害毒气扩散蔓延。防排烟系统包括正压风机、排烟风机、正压送风机、防火阀、排烟阀、防火卷帘和防火门等。
3.4.1 正压送风系统和排烟系统的联动
当发生火灾时，火灾层的探测器发出报警信号，报警控制器受到信号后发出声光报警，同时联动控制器发出指令，开启正压风机和火灾层及相邻层的正压送风阀，及时对疏散通道、救援通道、楼梯间消防电梯前室等送入正压新风。驱散聚集的烟气；正压送风系统开启的同时，应及时开启火灾层及相邻上下两层的排烟阀，同时联动开启排烟风机，及时将烟气排出室外，把新鲜空气送入室内，以保证楼内人员安全疏散和消防人员的正常消防灭火工作。
当火灾时，排烟防火阀周围环境的烟气温度超过280℃时，其低熔点熔丝熔断而自行关闭，同时直接联动停止排烟风机。
3.4.2 防火卷帘和防火门的联动控制
当火灾发生使防火门两侧的感烟探测器和感温探测器报警时，火灾报警控制器可发出指令，通过回路总线上的控制模块联动控制防火门驱动装置动作，使防火门关闭；
当火灾发生时，感烟探测器首先报警，经火灾报警控制器通过回路总线上的控制模块联动控制其下降到距地1.8m处停止；如果现场温度再次升高一定值时，感温探测器再报警后，经火灾报警控制器联动控制其下降归底。
四 三层计算机机房七氟丙烷灭火系统的设计
因为三层为计算机中心大厅，若采用自动水灭火系统来灭火则可能会损坏计算机等设备，故应采用气体灭火系统，综合分析后，决定选择七氟丙烷灭火系统。
4.1 七氟丙烷灭火系统设备选择和相关参数计算
1、对于计算机机房来说，取灭火设计浓度为C=8%，灭火剂的喷放时间t=7秒。该实验室的容积为：
2、计算机机房的灭火剂设计用量的计算
七氟丙烷在20℃的过热蒸汽比容，由公式,其中是，则
则在该计算机机房内的七氟丙烷的设计用量由公式：
式中 W-防护区七氟丙烷设计用量，kg；
C-七氟丙烷设计浓度（%）；
V-防护区的净容积，m³；
k-海拔高度修正系数
S-七氟丙烷过热蒸汽在101kpa和防护区最低环境温度的比容，m³/kg。
由于该实验室地处于西安地区，所以海拔高度修正系数按k=0.885选取。
所以可得
3、七氟丙烷灭火剂钢瓶的选择
根据实验室实验室七氟丙烷的设计用量W=392.92kg。故选用JP-100/54的钢瓶4个，钢瓶的增压压力为（绝对压力）。
4、喷头的选择与布置
选用JP型喷头，其保护半径为R=5米，选用六个喷头，故根据第三层实验室参数，并按照保护区平面均匀喷洒布置喷头。如图4-1所示。
5、 绘出管网计算图，如图4-2所示。

6、管网管道平均设计流量计算
主干道设计流量按式计算，取M=W=392.92kg，七氟丙烷灭火剂喷放时间t=7秒，则。
支管设计流量，钢瓶出流管：
7、 估算管网管道直径
根据管道平均设计流量，参考推荐设计流量，初选管径区间值。从而得到个管段的管径，并将结果标注在管网计算图上。见图4-2所示。
8、 计算充装密度
七氟丙烷钢瓶内的剩余余量可按容器内引升管管口以下容器容积量计算，约占容量充装量的2.5%。
选用的JR-100/54七氟丙烷钢瓶，其容积为100L，在20℃时，七氟丙烷灭火剂的液体密度为，则充装量为：
四个钢瓶的总剩余量为：
管网内剩余量=0,充装密度可以计算的：
9、计算全部储气气态总容积，则
10、 计算过程节点储瓶内压力，设管网内容积忽略不计，则
11、 计算管路阻力损失
对于A-B段，计算得
对于B-C段，
对于C-D段，,
则管路总损失
12、计算高程压头
所谓的高程压头就是喷头安装高度，相对于过程中点钢瓶液面的位差。。取H=3.0米，计算高程压头为：
13、计算喷头工作压力

14、 校验

15、 喷头计算
按喷头计算压力，可以查的喷头单位面积流量
喷头的平均设计流量等于支管设计流量，则可求得孔口面积为： ，
查有关设计手册，选用JP20型喷头4个
4.2 三层计算机机房的探测器的布置
4.2.1 三层计算机机房七氟丙烷灭火系统的设计
根据防火分区的设置规定和探测区域的设置规定，可知该层可设为一个防火分区，同时也设为一个探测区域，灭火系统采用有管网七氟丙烷灭火系统。
1、探测器选择设置
由规定可知，七氟丙烷灭火系统应设置感烟感温两种探测器，并取逻辑“与”控制。
1）该探测区域净空面积为 S=20×10=200(m2)查表3得，感烟探测器的保护面积为60 m2，保护半径为5.8 m。N≥S/（KA）＝200/（0.8×60）＝4.16个，取N1=5
2）感温探测器的保护面积为20 m2，保护半径为3.6 m。
N≥S/（KA）＝200/（0.8×20）＝12.5个，取N2=13
因为采用两种探测器的组合，所以探测器的数量应该在5～13个之间，综合考虑在此防护区中布置8个。经校验设计布局合理，布置情况详见图4-3。

4.2.2 三层计算机机房七氟丙烷灭火系统设置和系统流程图
1）系统组成(见图4-4)
①钢瓶间：安装储气瓶 ②管网：七氟丙烷气体喷洒时所经的通道。
③选择阀：装于管网支管上，选择要开启的七氟丙烷储气瓶。
④压力开关：装于管网支管上，发出灭火回馈信号。
⑤控制盘：收集火灾信号、报警并联动某些消防设备。
2）系统示意图（见图4-5）

五 消防事故应急广播系统和直通电话系统的设计方案
一、二、三层的警报器全部为吊装式安装。特性灵敏度级为90dB，输入功率为3W，安装高度为3m，收听点高度为1m，保护区收听点处的最小允许声压级为75dB。
5.1一层设计报警器的设计
根据公式求得如下：
①警报器的最大输出声压级为：dB
②警报器的声波辐射球面半径为：
③警报器的保护半径为：
④警报器的保护面积：
因为一号实验室的面积为S=2000 m2，所以（个），
取n=12个，布置图如图5-1所示。

检验:由图5-1可见，所需警报器的最大保护半径为：即,符合需用要求。
5.2 二层设计报警器的设计
根据公式求得如下：
警报器的最大输出声压级为：dB；
警报器的声波辐射球面半径为：
警报器的保护半径为：
警报器的保护面积：
因为二层实验室的面积为S=800 m2，所以，取N=6个，布置图如5-2所示：

检验:由图5-2可见，所需警报器的最大保护半径为：，即 ,符合要求。
5.3 三层设计报警器的设计
根据公式求得如下：
求得警报器的最大输出声压级为：dB；
警报器的声波辐射球面半径为：
警报器的保护半径为：
警报器的保护面积：
因为计算机机房的面积为S=200 m2，所以，取
n=2个，布置图如图5-3所示。

检验:由图5-3可见，所需警报器的最大保护半径为：，即 ,符合要求。
三层报警系统电气控制线路图如图5-4所示，具体见附图所示。

5.4 直通电话系统的设计方案
在每一部消防电话，其旁设手动报警按钮。在设计时注意，消防电话选用壁挂式，红色或其它醒目颜色，不用拨号，拿起既能用，间隔步行距离小于30米，一般为20米，来选择电话机的数目。故以此可以算出三层的消防电话的数目。一层为5部，二层2部，三层1部。所以该楼的消防电话系统如图5-5所示：

电话主机装设与消防值班室内，用专用的电话机柜即可，选择一门电话主机。
工作原理：当火灾发生时，手动按报警按钮，信号传到报警控制器，报警控制器LD—8304动作，此时与LD—8304连接的继电器的触点闭合，电话总线接通，电话线插入电话插孔即可使用，报告火灾现场火情。
六 附图
1、一层预作用自动水喷淋灭火系统设计图
2、二层消防联动控制系统设计图
3、三层七氟丙烷气体灭火系统设计图
4、消防广播和直通电话设计图

八 结束语
通过此次课程设计，我对所学过的消防知识又有了进一步的认识，在设计的时候才发现有的时候书本上的知识和实际中出入很大，这就要求我们不要拘泥与课本，发散思维，从课本中走出来，灵活掌握所学的知识，才能在以后的工作中有所作为。因此在本次课程设计中，我收获颇多，巩固了所学的知识，并且开拓了知识面，在独立自主自己搞设计的能力方面也得到了锻炼。
在此，感谢张彦宁老师指导，张老师的指导让我在做该课程设计时少走了很多弯路，能够快速地完成该设计。再一次对张老师表示诚挚的感谢！

七 参考文献
[1]《高层民用建筑设计防火规范》 GB50045-98(2001版)
[2]《火灾自动报警系统设计规范》 GB50116-98
[3]《消防联动控制设备通用技术条件》 GB50193-97
[4]《卤代烷灭火系统设计规范》 GBJ110-87
[5]《建筑自动消防工程》. 郎禄平主编.北京：中国建材工业出版社
[6]《气体灭火系统施工及验收规范》GB50263-97

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