b) Nội dung dự kiến
3.2. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PCCC
3.2.1. Tính toán chọn hệ thống báo cháy tự động
Việc tính toán lựa chọn thiết bị báo cháy phải tuân theo TCVN 5738-2001.
3.2.1.1. Tính toán chọn trung tâm báo cháy
Hệ thống báo cháy có 2 loại là hệ thống báo cháy Zone ( vùng ) và hệ thống báo cháy địa chỉ. Việc phát triển của công nghệ truyền thông nối tiếp kết hợp vào hệ thống báo cháy cho chúng ta một hệ thống báo cháy địa chỉ. Mỗi vòng loop trong hệ thống báo cháy địa chỉ có thể xem như là một port thông tin tiếp nhận các thông số của ngõ vào và ngõ ra dạng remote ( điều khiển từ xa ). Việc điều khiển chuông tiếp nhận tín hiệu từ các đầu báo đều thông qua truyền thông. Tốc độ truyền thông trong
mỗi vòng loop của hệ thống báo cháy là rất thấp nên số lượng đầu báo và số lượng điều khiển chuông được các hãng tính toán hợp lý để băng thông truyền không lớn nhằm đảm bảo rằng hệ thống báo cháy luôn ổn định, không bị treo hay nhận và giải mã dữ liệu bị sai và đặc biệt là dữ liệu nhận được và tác động báo chuông trong thời gian ngắn nhất.
Như thế hệ thống báo cháy địa chỉ và hệ thống báo cháy Zone chỉ khác nhau về hệ thống truyền thông mà thôi. Cũng vì hệ thống truyền thông này mà hệ thống báo cháy địa chỉ hơn hẳn hệ thống báo cháy Zone, tính tiện nghi thể hiện ở chỗ với hệ Zone, chúng ta sẽ biết được một vùng cỡ 500m² đang cháy, còn báo cháy địa chỉ là vùng cỡ 36m² đang cháy. Hệ số báo Zone cho phép mở rộng hệ thống lên cỡ 4000 vùng báo và chuông tác động khác nhau. Đi kèm theo nó là rất nhiều tiện nghi khác. Từ đây ta có thể nói báo cháy địa chỉ cho phep dùng trong các công trình lớn có nhiều công năng khác nhau còn báo cháy Zone chỉ nên áp dụng cho những vùng có diện tích lớn nhưng tương đối giống nhau về phương diện báo cháy.
Vậy đối với công trình toà nhà khách Tổng Liên Đoàn Lao Động Việt Nam ta chọn hệ thống báo cháy địa chỉ.
Trên thị trường có rất nhiều hãng báo cháy địa chỉ và loại báo cháy khác nhau.
Một số hãng báo cháy địa chỉ được lắp đặt và sử dụng phổ biến ở nước ta: - Hochiki ( Mỹ, Nhật, Canada, Anh );
- Apllo ( Anh );
- GST ( Trung Quốc ); - Horing ( Taiwan ); - Nittan ( Nhậ Bản ); - Nohmi ( Nhật Bản );
- Woosung Korea ( Hàn Quốc ); - Detectomat ( Đức );
- Chungmei ( Đài Loan ) .
Trung tâm báo cháy địa chỉ của các hãng khác nhau khác nhau về số lượng địa chỉ có thể kết nối trên 1 loop của trung tâm, ví dụ như:
Trung tâm báo cháy địa chỉ Hochiki (Anh) mỗi loop có dung lượng 127 địa chỉ bao gồm đầu báo và modul, 127 đế đầu báo có còi báo động tại chỗ, tổng cộng lên đến 254 thiết bi trên 1 loop. Có giá bán 27.136.000đ.
Trung tâm báo cháy địa chỉ GST (Trung Quốc) mỗi loop có dung lượng 235 địa chỉ bao gồm đầu báo và modul,235 đế đầu báo, tổng cộng có 470 thiết bị trên 1 loop. Có giá bán 15.750.000đ.
Trung tâm báo cháy địa chỉ Apollo (Anh) mỗi loop có dung lượng 126 địa chỉ và modul, 126 đế đầu báo, tổng cộng có 252 thiết bị trên 1 loop.
Trung tâm báo cháy địa chỉ Horing (Taiwan) mỗi loop có dung lượng 250 địa chỉ, 250 đế đầu báo, tổng cộng có 500 thiết bị trên 1 loop. Có giá bán 22.400.000đ.
Số lượng đầu báo cháy và số lượng thiết bị cảnh báo cần lắp đặt quyết định cần phải chọn hệ thống báo cháy phù hợp
Trung tâm báo cháy được lựa chọn là trung tâm báo cháy địa chỉ Hochiki Tên thiết bị FireNET™2127.
Hãng sản xuất : Hochiki Xuất xứ : USA
Hình 3.1 Trung tâm báo cháy địa chỉ Hochiki FireNET 2127
Tủ điều khiển hệ thống báo cháy FireNET 2127 là loại tủ trung tâm địa chỉ có 2 loop, mỗi loop có dung lượng 127 địa chỉ bao gồm đầu báo và modul, 127 đế đầu báo có còi báo động tại chỗ, tổng cộng có 254 thiết bị trên 1 loop, 2 loop có tổng 508 thiết bị.
Việc truyền tín hiệu giữa các thiết bị được thực hiện qua loại dây tiêu chuẩn, không cần dây xoắn bọc giáp, do vậy tiết kiệm đáng kể chi phí so với dùng các trung tâm khác. Mỗi trung tâm có 1 bộ cấp nguồn 5,25A và 2 mạch NAC. Cổng RS-
485 dùng để liên lạc giữa các trung tâm nối mạng, còn cổng ngõ giao tiếp RS-232 cho phép lập trình qua PC. Hệ thống có thể kết nối những thiết bị Hochiki khác nhau: đầu báo photo, ion và đầu báo nhiệt, những loại mà được thiết kế tinh vi, ít hao điện và cho phép người lắp đặt lựa chọn chế độ cảm ứng tự động thay đổi giữa ngày và đêm, cũng có thể bổ xung những thiết bị khác nữa như: màn hình liên lạc, giám sát đầu ra và modul, cách ly ngắn mạch. Ngoài ra Fire 2127 còn cho phép giao tiếp cùng với các hệ thống báo cháy thông thường bằng cách dùng modul giám sát zone thông thường.
Phần mềm Loop Explorer Windown cho phép người lắp đặt truy cấp dễ dàng những công cụ dùng để lập trình và điều chỉnh khi lắp đặt. Đặc điểm Auto Learn ( tự dò đọc ) giúp hệ thống nhanh chóng nhận dạng những thiết bị được kết nối.
FireNET™2127 là tủ báo cháy chuyên nghiệp, chất lượng cao khiến nó trở thành một thiết bị được ưa chuộng cả về hình thức bên ngoài lẫn chất lượng bên trong.
Bảng 3.5 thông số kỹ thuật của trung tâm báo cháy địa chỉ Hochiki FireNET™2127
Thông số kỹ thuật FireNET™2127
Nguồn chính 120VAC, 2.1Amp, 50/60 Hz hoặc 220VAC, 1.1 Amp, 50/60 Hz
Ngõ ra DC 24 VDC, 5.25 Amp, cấp nguồn 4.25A, dòng sạc tối đa 1.5A
Kích thước 14,5” W x 19” H x 3.5” D Trọng lượng 14 Kg (kể cả bình)
Màu Đỏ
Vật liệu ABS/ thép
Màn hình hiển thị LCD 8 dòng x 40 ký tự
Netwok Cổng đôi RS-485 (tối đa 64 panel) Số zone 500 zone nối mạng toàn hệ thống NAC output 2 ngõ ra 24VDC, 2.5A
Relay output 3 ngõ ra 30VDC, 1A
Nguồn phụ 24VDC, 500mA
Cổng máy tính RS-232
Cổng máy in RS-232
3.2.1.2. Chọn đầu báo cháy
Đầu báo cháy tự động được lựa chọn theo bảng 3.3 của TCVN 5738:2001. Dựa vào thiết kế xây dựng và trang bị các cơ sở cho từng tầng và từng phòng. Hệ
thống đầu báo cháy được lựa chọn gồm các loại đầu báo:
Đầu báo khói:
Theo TCVN 5738-2001, đầu báo cháy khói ion hoá không được lắp đặt những nơi có vận tốc gió tối đa lớn hơn 10m/s.
Đầu báo cháy khói được lựa chọn là loại đầu báo cháy khói quang địa chỉ. Mã sản phẩm: ALN-V
Hãng sản xuất: Hochiki
Xuất xứ: Mỹ
Hình 3.2 Đầu báo khói quang địa chỉ ALN-V
ALN-V Đầu báo khói quang học địa chỉ. Dạng thấp và đẹp mắt cao 2 tính cả đế. Độ ổn định và đáp ứng cao.Tự động điều chỉnh để thích hợp với môi trường nhiều bụi. Tích hợp tính năng thử báo cháy. Sử dụng giao thức DCP tăng độ hiệu quả chống nhiễu và độ chính xác. 2 đèn led báo nguồn/báo cháy.
Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật của đầu báo khói quang địa chỉ ALN-V
Thông số kỹ thuật ALN-V
Tiêu chuẩn UL/FM
Điện áp 17- 41VDC
Dòng làm việc 450µA Dòng báo động 540µA
Giao thức DCP – Digital Communication Protocol
Độ ẩm 95% RH không ngưng tụ Nhiệt độ làm việc 14°F đến 122°F ( -10°C đến 50°C ) Nhiệt độ lưu trữ 32°F đến 115°F ( 0°C đến 47°C ) Tốc độ gió 0 - 4000FPM Độ nhậy 0.7-4.0%/FT@300FPM 0.7-3.86%/FT@2000FPM 0.7-2.56%/FT@4000FPM Dùng với đế
YBN-NSA-4, HSB-NSA-6, ASB, SCI-B4 và SCI-B6
Đầu báo nhiệt:
Hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng nhiệt độ, khi nhiệt độ xung quanh tăng lên nó sẽ cảm nhận tín hiệu và truyền tín hiệu về trung tâm báo cháy để xử lý.
Chu vi của đầu báo trên lý thuyết là 10-40m².
Đầu báo cháy nhiệt được lựa chọn là loại đầu báo cháy nhiệt gia tăng thường và đầu báo cháy nhiệt gia tăng địa chỉ.
Đầu báo cháy nhiệt gia tăng thường là loại đầu báo nhiệt tự động có bộ cảm biến nhanh giúp phát hiện các đám cháy khi nhiệt độ tăng lên nhanh chóng và tích hợp cả chức năng nhiệt độ cố định để phát hiện các đám cháy có nhiệt độ tăng chậm. Loại đầu báo cháy này thường không có công tắc điều khiển mà chỉ có chốt và chỉ dẫn báo động.
• Đầu báo nhiệt gia tăng thường:
- Mã sản phẩm : DSC–EA - Hãng sản xuất : Hochiki - Xuất xứ : Japan
Hình 3.3 Đầu báo cháy nhiệt gia tăng thường DSC-EA
DSC–EA là loại đầu báo nhiệt gia tăng, báo cháy khi nhiệt độ tăng nhanh, thích hợp với những khu vực không thể lắp đặt đầu báo khói như: nhà xe, tầng hầm các cao ốc, gar axe ôtô, phòng bảo trì máy…
Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật của đầu báo cháy nhiệt gia tăng thường DSC-EA
Thông số kỹ thuật DSC-EA
Điện áp làm việc 24VDC Dải tầm điện áp 15 – 30 VDC
Dòng tối đa 1000mA max
Nhiệt độ làm việc 14°F – 122°F ( -10°C – +50°C ) Nhiệt độ lưu trữ -22°F – 158°F ( -30°C - +70°C ) Độ ẩm ( at 40°C ) 95% không ngưng tụ
Kích thước 3.9” D x 1.3”H
Màu Trắng
Tiêu chuẩn UL-521
• Đầu báo nhiệt gia tăng địa chỉ
Đầu báo cháy nhiệt gia tăng địa chỉ, bao gồm chức năng báo nhiệt cố định và báo nhiệt gia tăng.
- Mã sản phẩm : ATJ-EA. - Hãng sản xuất : Hochiki - Xuất xứ : Japan
Hình 3.4 Đầu báo nhiệt gia tăng địa chỉ ATJ-EA
Đầu báo nhiệt ATJ-EA là đầu báo phát hiện nhiệt độ gia tăng và cố định trong một khu vực một cách nhanh chóng và chính xác, đầu báo phù hợp cho các môi trường nhiều bụi như văn phòng nhà xưởng và đặc biệt là khu vực bếp hoá chất.
Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật của đầu báo cháy nhiệt gia tăng địa chỉ ATJ-EA
Thông số kỹ thuật ATJ-EA
Điện áp 17-24VDC
Dòng bình thường 350µA
Dòng báo cháy 500µA
Giao thức DCP–Digital Communication Protocol Nhiệt độ gia tăng 15°F/phút. ( 8.3°C/phút )
Nhiệt độ lưu trữ 135°F – 190°F. (57.2°C – 87.8°C ) Nhiệt độ môi trường hoạt động 32°F – 190°F. (0°C – 87.8°C )
Độ ẩm tối đa 95% không ngưng tụ
Màu Trắng
Dùng được với các loại đế YBN-NSA-4, HSB-NSA-6, ASB, SCI-B4, SCI-B6
3.2.2. Chọn đầu báo cháy phù hợp với các vị trí trong toà nhà khách Tổng LiênĐoàn Lao Động Đoàn Lao Động
Theo bảng 3.4 quy định, chọn đầu báo cháy tự động theo tính chất các cơ sở được trang bị. Đối với công trình chuyên dùng nhà và công trình công cộng.
- Tầng hầm 1 và tầng hầm 2 nơi để xe, thường xuyên có khói bụi và sự thay đổi nhiệt độ nên không thể lắp đặt được đầu báo khói vậy phải chọn đầu báo nhiệt gia tăng thường.
- Tầng hầm 1: Phòng giặt là, trạm bơm nước, phòng điện tổng, phòng máy phát điện, điện nhẹ. Được lắp đặt đầu báo khói quang địa chỉ.
- Tầng 1: Bếp là nơi đun nấu lượng khói và nhiệt rất lớn vì vậy không thể đặt đầu báo khói được, đầu báo được lựa chọn là đầu báo nhiệt gia tăng địa chỉ. Phòng quản lý, phòng ăn nhẹ, sảnh chờ và khu vực thang bộ được lựa chọn đầu báo khói
quang địa chỉ.
- Tầng 2: Phòng ăn, sảnh chờ, khu vực thang bộ khu vệ sinh được lựa chọn và lắp đặt đầu báo cháy khói quang địa chỉ, phòng soạn được lựa chọn và lắp đặt đầu báo cháy nhiệt gia tăng địa chỉ.
- Tầng 3 đến tầng 7: Các phòng ở và làm việc được lựa chọn và lắp đặt đầu báo nhiệt gia tăng địa chỉ. Hành lang và khu vực cầu thang bộ được lắp đặt đầu báo cháy khói gia tăng địa chỉ.
- Tum thang được lựa chọn và lắp đặt đầu báo cháy khói quang địa chỉ.
Bảng 3.9 Thống kê các loại đầu báo cháy lắp đặt tại khu vực và vị trí trong toà nhà khách Tổng Liên Đoàn Lao Động
STT Khu vực và vị trí lắp đặt đầu báo cháy
Đầu báo cháy nhiệt gia tăng
thường
Đầu báo cháy nhiệt gia tăng địa
chỉ
Đầu báo cháy khói quang địa
chỉ 1 Khu vực để xe X - - 2 Kho PCCC X - - 3 Phòng giặt là - - X 4 Trạm bơm nước - - X 5 Phòng điện tổng - - X
6 Phòng chứa máy phát điện - - X
7 Điện nhẹ - - X 8 Bếp - X - 9 Phòng quản lý - - X 10 Phòng ăn và tổ chức sự kiện - - X 11 Phòng ăn nhẹ - - X 12 Sảnh chờ - - X 13 Soạn - X - 14 Phòng ở và làm việc - X - 15 Khu vực hành lang - - X
3.2.3. Thiết kế của bộ cảm biến
3.2.3.1. Bộ cảm biến nhiệt
Khi một vụ cháy xảy ra thì ở vùng cháy nhiệt độ tăng lên rất cao. Lợi dụng đặc tính này ta dùng bộ cảm biến nhiệt để nhận biết và báo cháy, ở đây dùng vi mạch LM 335.
LM 335 là bộ sensor thích hợp để cảm nhận sự thay đổi của nhiệt độ, LM335 hoạt động như một zener có điện áp đánh thủng tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối với độ gia tăng 10mV/°K, LM335 hoạt động trong phạm vi dòng từ 400µA cho tới 5mA mà không thay đổi đặc tính. LM335 có sai số 1°C trên tầm 100°C, đặc biệt có điện áp ngõ ra biến thiên tuyến tính theo nhiệt độ.
Hình 3.5 Sơ đồ khối mạch điều khiển báo cháy tự động
- Cảm biến LM 335
Hình 3.6 Sơ đồ mạch cảm biến LM 335
Điện áp ra LM335 là: V1 = 0,01×T (°k) (1)
Suy ra: V1 = 0,01×(273+T (°C) = 2,73 + 0,01T (°C) Chọn dòng làm việc cho LM335 là 1mA.
Vậy R1 = (5 – 2,73)/0,001 = 2,27kΩ → R1 = 2,2kΩ
Biến trở VR1 dùng để chỉnh lọc giá trị offset cho LM335 và VR2 dùng để điều chỉnh điện áp ra sao cho thoả mãn công thức (1):
Chọn VR1 = VR2 = 20kΩ
Tụ C1 dùng để lọc gai xung nhiễu, chọn C1 = 100µF
- Mạch tạo áp chuẩn Cảm biến Bộ khuếch đại vi sai So sánh Cơ cấu chấp hành
Hình 3.7 Mạch tạo áp chuẩn
Vì điện áp của mạch cảm biến tỷ lệ với nhiệt độ k do đó để tính theo 0C ta phải trừ đi một lượng là 2,73V, việc này nhờ vào mạch tạo áp chuẩn.
Chọn DZ1 là Zener ổn áp 3V và I = 25mA Suy ra R1: (5 – 3)/0,01 = 200Ω
Chọn R1 = 220Ω
DZ1 ổn áp ở giá trị 3V, để tạo điện áp 2,73V ta chỉnh biến trở VR3: Chọn VR3 = 20KΩ
Tụ C2 dung để lọc xung chỉnh nhiễu, chọn C2 = 10µF. Ta dùng mạch đệm không đảo để ngăn ảnh hưởng của tải
- Mạch khuếch đại vi sai
Hình 3.8 Mạch khuếch đại vi sai
2
2 1, 6752 3,1 2
L= a +b = + s
V01 = (R4 + VR3) × V1/R2 (khi V2 = 0)
V01 = (R5 + VR4)/(R3 + R5 + VR4) × (R2 + R4 +VR3)/R2 × V2 (khi V1 = 0) Chọn hệ số khuếch đại của AV = 5
Chọn R2 = R3 = R4 = R5 = 2,2kΩ Nếu ta chỉnh VR3 = VR4 thì:
V01 = (R4 + VR3)/R2×(V2 – V1) = 5( V2 –V1) Vậy để hệ số khuếch đại AV = 5 thì:
(R4 + VR3)/R2 = 5
Lúc đó: V01 = 5(2,73 + 0,01T – 2,73) Vậy V01 = 0,05T; với T là nhiệt độ môi trường.
- Mạch so sánh
Hình 3.9 Mạch so sánh
Ở nhiệt độ thường khoảng 250C thì điện áp ra V0 là: V01 = 0,05 x 25 = 1,25V
Lúc có cháy nhiệt độ tăng lên khoảng 500C thì: V01 = 0,05 x 50 = 2,5V
Để tạo tín hiệu báo cháy ta cho qua bộ so sánh với mức ngưỡng điện áp so sánh là 2,5V nối vào ngõ trừ của Opamp.
Zenner DZ2 dùng để tạo mức ngưỡng 2,5V Chọn DZ2 ổn áp ở 3V, có dòng Imax= 10mA
R9 = 200Ω Chọn R9 = 220Ω
Biến trở RV5 để chỉnh mức điện áp so sánh, chọn RV5 = 10Ω Điện trở R6 và R7 để hạn dòng cho transistor Q1 dẫn, lúc đó:
Vbđ= 0
3.2.3.2. Bộ cảm biến khói
Hình 3.10 Sơ đồ khối mạch cảm biến khói
Bộ cảm biến khói có nhiệm vụ biến tín hiệu khói thành tín hiệu điện, trong phần thiết kế này ta dùng quang trở, như ta đã biết hoạt động của quang