针对建筑窗槛墙外光伏组件的火灾自动报警及消防联动系统

1.本发明涉及绿色建筑消防领域，尤其是涉及光伏组件与建构筑物相结合情况，一种针对建筑物窗槛墙外光伏组件的火灾自动报警及消防联动系统。


背景技术：

2.目前，传统化石能源的持续使用带来了能源紧缺和环境恶化等一系列社会问题，2020年9月中国明确提出2030年实现“碳达峰”与2060年实现“碳中和”的宏伟目标。可再生能源技术成为世界能源开发的主题，其中光伏发电技术发展迅速。建筑光伏的广泛使用，可在一定程度上节约太阳能的利用成本。然当光伏组件与民用建筑或商业建筑相结合时，光伏组件发生火灾后如何及时预警并在火灾发展初期控制住火势而不引发建筑大面积火灾是亟待需要关注的问题。
3.目前，中国专利cn211456709u公开了一种光伏屋顶防火灭火系统，可对建筑屋顶上光伏组件发生的火灾进行快速预警和控制。上述专利中，在正常运行时光伏组件产生的电能可以输送到电网和控制柜中；当火灾发生后，烟、温传感器将信号发送到控制器，控制器通过消防水泵控制喷头进行灭火操作。但是上述系统采用传统的消防策略进行处置，可能会加重险情。
4.中国专利cn110101992a公布了一种基于光伏建筑的电气消防联动系统，包括储能电池组、电源控制器、传感器模块和消防控制器。上述系统中包括两套消防联动系统：针对光伏组件起火的电气消防模式和针对建筑内其他火灾的普通消防模式。但是上述系统设计冗杂且不符合实际应用情况。安装在建筑外立面的光伏组件发生火灾后产生的烟气流动方向多变且易受自然风影响，上述专利传感器模块中所采用的烟温传感器往往在火灾发展中后期才可能探测到火灾的发生，不利于实现火灾的早期控制。
5.现今城市内普遍存在的高层建筑，将光伏组件安装在建筑外立面的窗槛墙上，很大程度上可提高光伏组件利用率。但是，在高层建筑窗槛墙外加装光伏组件会增大火灾危险性：不仅会增大建筑整体的燃料载荷，还会改变建筑外立面火灾的蔓延方向。迄今为止，未有对一种针对建筑窗槛墙外光伏组件的火灾自动预警及消防联动系统。


技术实现要素：

6.本发明技术解决问题：克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种针对建筑窗槛墙外光伏组件的火灾自动预警及消防联动系统，对建筑外立面窗槛墙外光伏组件的温度进行实时监测，在光伏组件起火的情况下及时预警并控制火势。
7.本发明技术解决方案：一种针对建筑窗槛墙外光伏组件的火灾自动预警及消防联动系统，所述光伏组件安装于建筑立面窗槛墙处，同目前现有的光伏组件同建筑相结合的形式不同，本发明中安装于建筑立面的光伏组件可在较大程度上提高利用率，其特点在于包括：中央消防处理器模块、缆式线性火灾探测器模块、电源控制器模块和灭火装置模块；
8.中央消防处理器模块，分别与缆式线性火灾探测器模块、电源控制器模块、灭火装
置模块相连，用于接收缆式线性火灾探测器输出的火灾信号，通过电源控制器模块关闭光伏组件，控制灭火装置模块进行灭火操作；
9.缆式线性火灾探测器模块，与中央消防处理器模块相连，用于检测火灾，并在检测到火灾后发送火灾报警信号；
10.电源控制器模块，与中央消防处理器模块和光伏组件相连，在火灾发生后用于关闭光伏组件工作；
11.灭火装置模块，与中央消防控制器相连，在火灾发生后用于进行灭火操作。
12.所述光伏组件主体为太阳能电池板，包括光伏组件背板。进一步地，所述中央消防处理器模块包括消防报警及联动控制主机；所述消防报警及联动控制主机接入建筑本身的消防控制室当中。消防报警及联动控制主机一路依次连接关断装置和光伏组件；消防报警及联动控制主机另一路依次连接灭火装置模块和电磁阀组。电磁阀组控制连接喷头。喷头设置在光伏组件上方。
13.进一步地，所述缆式线性火灾探测器模块包括：微机处理器、终端处理器、声光警报灯和可恢复式定温型感温电缆。可恢复式定温型感温电缆设置在光伏组件背板上。可恢复式定温型感温电缆与终端处理器构成温度检测电路。可恢复式定温型感温电缆连接微机处理器。微机处理器分别连接声光警报灯和消防报警及联动控制主机。
14.进一步地，所述电源控制模块包括逆变器、储能装置和关断装置。光伏组件与逆变器连接。逆变器出口分成两路，一路连接储能装置，另一路连接电网。关断装置一端连接消防报警及联动控制主机，另一端连接光伏组件。
15.进一步地，所述灭火装置模块包括：消防水泵、消防水源、电磁阀组、灭火系统管道和喷头；消防水泵一端连接消防水源，另一端连接灭火剂储罐；灭火剂储罐连接灭火系统管道，灭火系统管道内均匀分布多个喷头；电磁阀组与喷头连接；喷头安装于太阳能电池板正上方。
16.所述缆式线性火灾探测器模块包括：微机处理器、终端处理器、声光警报灯和可恢复式定温型感温电缆；当温度异常升高后，电路发生短路，微机处理器将电信号发送至消防报警及联动控制主机，实现自动预警功能。此外，可恢复式定温型感温电缆采用四芯柔性结构，折弯性能及抗压性能较强，具有连续的灵敏度不受环境温度变化和使用长度的影响，使其呈“s”形敷设在光伏组件背板后，对光伏组件背板全域进行实时温度监测，且感温电缆具有内屏蔽层，防止强电磁的干扰，将可恢复式定温型感温电缆温度报警温度设置在85-105℃范围内，在此安全温度内，感温电缆报警后不会受到损伤，可重复使用。
17.所述灭火装置模块包括：消防水泵、消防水源、电磁阀组、灭火系统管道和喷头；灭火装置模块与建筑灭火装置耦合设置，将输水管道和喷头安装于太阳能电池板正上方约5cm处，在保证喷头压力的基础上，确定每个太阳能电池板上方应安装有5个喷头；电磁阀组控制喷头开关，通过消防水泵对灭火剂进行加压，利用建筑物自身消防系统内的消防水箱作为水凝胶灭火剂的水源供给装置；太阳能电池板与建筑物窗槛墙成30
°
夹角安装，发生火灾后，太阳能电池板上方5cm处的喷头喷射水凝胶灭火剂。与传统的消防策略不同，水凝胶灭火剂导电性能差，灭火过程中不仅能够覆盖在太阳能电池板表面隔绝空气起到良好的灭火效果，而且可避免导电事故的发生。
18.与现有的针对光伏建筑的火灾自动报警系统不同，本发明所述的中央消防处理器
模块中的消防报警及联动控制主机接入建筑物本身的消防控制室当中。
19.为避免自然环境对传感器影响，降低误报警率，本发明选用感温电缆作为传感器，所述缆式线性火灾探测器模块包括：微机处理器、终端处理器、声光警报灯和可恢复式定温型感温电缆，可恢复式定温型感温电缆呈“s”型敷设在光伏组件背板后，声光警报灯安装在建筑物内，当火灾发生时可及时提醒住户撤离。
20.本发明中包含电源控制器模块，与中央消防处理器模块相连，所述电源控制器包括逆变器、储能装置和关断装置，当火灾发生时，中央消防处理器模块可控制关断装置使火灾发生区域内光伏组件停止工作。
21.本发明将针对光伏组件灭火装置的水源系统和压力系统接入高层建筑自身的消防系统内，减少了设置冗余装置，便于实现系统化的灭火操作。所述灭火装置模块包括：消防水泵、消防水源、电磁阀组、灭火系统管道和喷头，消防水源可选用高层建筑屋顶的消防水箱；电磁阀组控制一定区域内的数个喷头；输水管道和喷头安装于太阳能电池板正上方。
22.本发明的工作原理为：当光伏组件正常运行时，太阳能电池板产生的电能通过逆变器输入到储能装置和电网中，在满足建筑物自身用电的基础上供给市电。当光伏组件起火时，光伏组件背板的温度升高，敷设在光伏组件背板上的可恢复式定温型感温电缆与终端处理器所构成的电路会发生短路，微机处理器将电信号传递到位于消防控制室内的消防报警及联动控制主机，同时启动建筑物内的声光警报灯提示住户及时撤离或控制火势。消防报警及联动控制主机接收到火灾信号后，通过电源控制器启动关断装置，使起火的光伏组件及其一定邻近区域内的光伏组件停止发电(其一定邻近区域内的光伏组件是指起火的光伏组件周围受其影响的光伏组件)。同时启动消防水泵和电磁阀组，电磁阀组打开，将经消防水泵加压后的灭火剂输送到灭火系统管道中，通过喷头进行灭火操作。
23.优选地，所述电源控制器模块包括：逆变器、储能装置和关断装置，本发明将电源控制器模块进入中央消防处理器模块，发生火灾时消防报警及联动控制主机传递信号到关断装置，关闭起火光伏组件及邻近一定区域内的光伏组件工作，降低了火灾的危险性，从而进一步降低了电气火灾对消防救援人员的伤害。
24.优选地，本发明将针对光伏组件的中央消防控制器模块设置在建筑整体的消防控制系统中，在消防联动的过程中去除了冗余操作，减少了信号传递的步骤，降低了故障率。
25.优选地，本发明使用的灭火剂为水凝胶灭火剂，在系统自动灭火过程中，位于光伏组件上方的喷头向下垂直喷射灭火剂，灭火剂不仅可以覆盖住太阳能电池板表面，而且与传统水基灭火剂相比具有较低的电导率可降低导电事故发生的概率。
26.本发明与现有技术相比的优点在于：对于城市高层建筑，将光伏组件安装于建筑立面窗槛墙处，在产生额外电能的同时还有助于实现绿色建筑“碳中和”的目标。然而安装的光伏组件可能会增加建筑的火灾载荷。因此，针对建筑窗槛墙外光伏组件所发明的火灾自动预警及消防联动系统，不仅可以有效地探测监控火灾，还可以将火势控制在火灾发展初期，降低火灾危险性。
附图说明
27.图1为本发明系统组成图；
28.图2为本发明信号传输图；
29.图3为本发明的装置布置图。
30.附图中的标记包括：1-电源控制器模块、11-逆变器、12-储能装置、13-关断装置、2-缆式线性火灾探测器模块、21-可恢复式定温型感温电缆、22-微机处理器、23-声光警报灯、24-终端处理器、3-中央消防处理器模块、31-消防报警及联动控制主机、4-灭火装置模块、41-消防水源、42-灭火系统管道、43-喷头、44-消防水泵、45-电磁阀组、5-建筑外墙、6-窗户、7-建筑窗槛墙、8-光伏组件安装支架、9-太阳能电池板、10-挑檐、101-光伏组件、102-电网。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
32.如图1-2所示，本发明的一种针对建筑窗槛墙外光伏组件的火灾自动报警及消防联动系统，包括四个模块：电源控制器模块1、缆式线性火灾探测器模块2、中央消防处理器模块3和灭火装置模块4。其中，中央消防处理器模块3，分别与缆式线性火灾探测器模块2、电源控制器模块1、灭火装置模块4相连，用于接收缆式线性火灾探测器模块2输出的火灾信号，通过电源控制器模块1关闭光伏组件，控制灭火装置模块4进行灭火操作。
33.电源控制器模块1包括：逆变器11，可将光伏组件101产生的直流电转换为交流电；储能装置12，用于储存光伏组件101产生的电能；关断装置13，火灾发生时使光伏组件101停止工作。光伏组件101与逆变器11连接。逆变器11出口分成两路，一路连接储能装置12，另一路连接电网102，分别向储能装置12和连接电网102输送电能。关断装置13一端连接消防报警及联动控制主机31，另一端连接光伏组件101。
34.所述光伏组件包括太阳能电池板，太阳能电池板包括光伏组件背板。
35.缆式线性火灾探测器模块2包括：终端处理器24；可恢复式定温型感温电缆21，报警温度可根据实际情况设定为85-105℃；微机处理器22，用于启动声光警报灯23以及向消防报警及联动控制主机31传递火灾信号；声光警报灯23，设置于室内发生火灾时用于提醒住户及时撤离。可恢复式定温型感温电缆21敷设在光伏组件背板上。可恢复式定温型感温电缆21与终端处理器24构成温度检测电路，用于检测光伏组件背板的温度。可恢复式定温型感温电缆21连接微机处理器22。微机处理器22分别连接声光警报灯23和消防报警及联动控制主机31。所述感温电缆21作为温度传感器，用于检测光伏组件背板温度，并将检测到的所述光伏组件背板温度传输至微机处理器22。微机处理器22判断所述的温度是否超过报警温度，当检测到的温度超过报警温度时，发出火灾报警信号，启动声光警报灯23，同时向消防报警及联动控制主机31传递火灾信号。根据建筑外立面光伏组件起火后烟气蔓延方向多变，感温、感烟探测器不易监测的特点，采用所述感温电缆21作为温度传感器，测温范围广，从而提升了监测的准确度。可恢复式定温型感温电缆采用四芯柔性结构，折弯性能及抗压性能较强，具有连续的灵敏度不受环境温度变化和使用长度的影响，使其呈“s”形敷设在光伏组件背板后，对光伏组件背板全域进行实时温度监测，且感温电缆具有内屏蔽层，防止强电磁的干扰，将可恢复式定温型感温电缆温度报警温度设置在85-105℃范围内，在此安全温度内，感温电缆报警后不会受到损伤，可重复使用。
36.中央消防处理器模块3包括消防报警及联动控制主机31。所述消防报警及联动控制主机31接入建筑物本身的消防控制室当中。消防报警及联动控制主机31一路依次连接关
断装置13和光伏组件101。消防报警及联动控制主机31另一路依次连接灭火装置模块4和电磁阀组45。电磁阀组45控制连接喷头43。喷头43设置在光伏组件101上方。
37.灭火装置模块4包括：消防水源41，可为高层建筑屋顶的消防水箱；灭火系统管道42，用于输送灭火剂；喷头43，向起火光伏组件101喷射灭火剂；消防水泵44，对灭火用水进行加压以满足灭火需求；电磁阀组45，用于控制喷头的开关。消防水泵44一端通过输水管道连接消防水源41，另一端连接灭火剂储罐。灭火剂储罐连接灭火系统管道42，灭火系统管道42内均匀嵌装多个喷头43。电磁阀组45与喷头43连接。所述喷头43通过电磁阀组45控制开启和关闭。本发明中的灭火剂可选用水凝胶灭火剂。喷头43安装于太阳能电池板正上方。可选地，输水管道安装于太阳能电池板正上方。
38.如图2所示，本发明的信号传输图。当光伏组件101正常运行时，太阳能电池板产生的电能通过逆变器11输送到电网102和储能装置12中。当光伏组件101起火时，可恢复式定温型感温电缆21探测到温度上升，可恢复式定温型感温电缆21与终端处理器24所构成的电路短路，微机处理器22将电信号传输到消防报警及联动控制主机31，同时启动声光警报灯23。消防报警及联动控制主机31发送信号到关断装置13和灭火装置模块4。关断装置13关闭起火光伏组件101使其停止工作，灭火装置模块4启动电磁阀组45开启喷头43进行灭火操作。
39.如图3所示，建筑外墙5上设置有窗户6，窗户6下设置有建筑窗槛墙7。太阳能电池板9与垂直方向成30
°
夹角倾斜在建筑窗槛墙7外，由光伏组件101安装支架8固定在挑檐10上。可恢复式定温型感温电缆21呈“s”型敷设在太阳能电池板8后。灭火系统管道42安装在太阳能电池板8正上方5cm高度处，灭火系统管道内均匀嵌装5个喷头43。喷头43可采用开式喷头，由电磁阀组45控制，当火灾发生时可喷射水凝胶灭火剂。
40.本发明的针对建筑窗槛墙外光伏组件的火灾自动报警及消防联动系统工作原理是：当光伏组件101正常运行时，太阳能电池板产生的电能通过逆变器11输入到储能装置12和电网102中，在满足建筑物自身用电的基础上供给市电。当光伏组件101起火时，光伏组件背板的温度升高，敷设在光伏组件背板上的可恢复式定温型感温电缆21与终端处理器24所构成的电路会发生短路，微机处理器22将所述短路电信号(即火灾信号)传递到位于消防控制室内的消防报警及联动控制主机31，同时启动建筑物内的声光警报灯23提示住户及时撤离或控制火势。消防报警及联动控制主机31接收到火灾信号后，通过电源控制器启动关断装置13，使起火的光伏组件停止发电。可选地，使起火的光伏组件及起火的光伏组件周围受其影响的光伏组件停止发电。同时启动消防水泵44和电磁阀组45，将灭火剂加压输送到灭火系统管道42中，电磁阀组45打开喷头43进行灭火操作。
41.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。