Hệ thống báo cháy là gì? Cấu tạo, sơ đồ & nguyên lý hoạt động

Hệ thống báo cháy được thiết kế để phát hiện sớm hoả hoạn, khói, lửa, khí gas hoặc khí carbon monoxide giúp chúng ta có đủ thời gian sơ tán an toàn. Việc phát hiện sớm còn là yếu tố then chốt giúp bảo vệ an toàn tính mạng và tài sản, đồng thời giúp nhân viên ứng cứu khẩn cấp có đủ thời gian hỗ trợ kịp thời trong khi đám cháy hoặc khí độc vẫn còn nhỏ.

Trong bài viết này chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các hệ thống báo cháy tự động thông dụng trên thị trường.

Cấu tạo của hệ thống báo cháy

Hệ thống báo cháy là gì?

Hệ thống báo cháy (fire alarm system) được thiết kế để cảnh báo chúng ta trong trường hợp khẩn cấp để chúng ta có thể hành động bảo vệ bản thân, gia đình, nhân viên và mọi người.

• Cơ chế bảo vệ: phát hiện các đám cháy, đám khói, sự gia tăng nhiệt độ đột ngột, sự rò rỉ khí độc, khí gas, khí carbon monoxide.
• Cơ chế cảnh báo: còi hú, đèn chớp, cuộc gọi khẩn cấp.

Cấu tạo hệ thống báo cháy tự động

Một hệ thống báo cháy tự động bao gồm 03 thành phần chính là trung tâm báo cháy, cảm biến đầu vào và thiết bị cảnh báo đầu ra.

Tủ báo cháy trung tâm được thiết kế dạng tủ, có bình ắc quy dự phòng và có các mô-đun SIM điện thoại để quay số khẩn cấp.

1. Cảm biến (thiết bị đầu vào – Initiating devices): là hệ thống các đầu dò cảm biến giữ nhiệm vụ phát hiện các đám cháy hoặc khói. Bao gồm đầu dò khói, đầu dò nhiệt, đầu dò khí gas, đầu dò carbon monoxide và nút nhấn khẩn cấp. Các đầu dò cảm biến sẽ nối dây về trung tâm báo cháy.
2. Trung tâm báo cháy (bộ xử lý trung tâm): tiếp nhận, phân tích và xử lý tín hiệu từ các đầu dò cảm biến gửi đến.
3. Loa, còi báo cháy (thiết bị đầu ra): là các thiết bị báo cháy như còi báo cháy, loa báo cháy, bộ quay số điện thoại khẩn cấp.

Nguyên lý hoạt động

• Bước 1: Khi các cảm biến phát hiện có đám cháy, nhiệt độ gia tăng, khói hoặc khí độc… chúng lập tức gửi tín hiệu về tủ báo cháy trung tâm. Điều tương tự xảy ra nếu như người dùng nhấn vào nút nhấn khẩn cấp.
• Bước 2: Tủ báo cháy trung tâm (fire alarm control panel – FACP) là thành phần điều khiển chính các thiết bị báo cháy. Khi nhận tín hiệu báo cháy từ đầu dò hoặc nút nhấn khẩn, tủ báo cháy sẽ phát tín hiệu đến thiết bị báo động khẩn cấp (còi, đèn…).
• Bước 3: Thiết bị báo động gồm:
  • Còi báo cháy, loa báo cháy, đèn chớp, còi hú: cảnh báo để người dân sơ tán.
  • Mô-đun quay số khẩn cấp: thực hiện cuộc gọi cho lực lượng chức năng (cứu hoả 114) hoặc cho người có trách nhiệm để xử lý.

Các loại hệ thống báo cháy tự động

Các hệ thống báo cháy thủ công ngày nay hầu như không còn được sử dụng, vì hạn chế của chúng là phải có người túc trực 24/24 để bấm nút báo cháy khi họ phát hiện đám cháy. Ngày nay tất cả hệ thống báo cháy đều là loại hệ thống báo cháy tự động (automatic fire alarm system).

Hệ thống báo cháy tự động có thể được chia làm 04 loại chính:

• Hệ thống báo cháy thông thường (Conventional fire alarm system)
• Hệ thống báo cháy địa chỉ (Addressable fire alarm system)
• Hệ thống báo cháy thông minh (Intelligent fire alarm system)
• Hệ thống báo cháy không dây (Wireless fire alarm system)

Chúng ta sẽ xem xét từng loại:

1. Hệ thống báo cháy thông thường

Hệ thống báo cháy thông thường xác định điểm gặp sự cố theo “Zone”.

Cáp vật lý sẽ kết nối các đầu dò cảm biến và nút nhấn khẩn. Tín hiệu được nối dây về bộ điều khiển trung tâm báo cháy. Các nút nhấn và đầu dò cảm biến sẽ được bố trí theo từng cụm Zone (khu vực) để xác định Zone nào đang báo động. Mỗi Zone sẽ tương ứng với 1 đèn chỉ báo trên bảng điều khiển (ví dụ: Zone 2 đang báo cháy).

Khi lắp đặt, chúng ta chia toà nhà thành nhiều Zone nhỏ và mỗi Zone gắn càng ít đầu dò thì việc xác định vị trí kích hoạt cảnh báo càng chính xác. Điều này rất quan trọng đối với ban quản lý toà nhà hoặc chủ nhà khi cần biết chính xác “Zone” nào đang gặp sự cố hoả hoạn để kịp thời ứng phó.

• Ưu điểm của hệ thống báo cháy thông thường là giá thành rẻ.
• Nhược điểm là chỉ phân biệt được vùng bị cháy 1 cách khái quát (chỉ biết cụm zone), không biết chính xác vị trí cháy để xử lý kịp thời – đặc biệt trong các tình huống khẩn cấp.
• Phù hợp: nhà nhỏ, văn phòng nhỏ.

2. Hệ thống báo cháy địa chỉ

Hệ thống báo cháy địa chỉ xác định chính xác tuyệt đối vị trí xảy ra sự cố cháy, nổ, hoả hoạn hoặc khí độc.

Nguyên lý hệ thống báo cháy địa chỉ cũng tương tự như một hệ thống báo cháy thông thường. Điểm khác biệt duy nhất của hệ thống báo cháy địa chỉ là biết vị trí chính xác vị trí nào đang kích hoạt báo động (thay vì chỉ biết khái quát theo khu vực zone như hệ thống thông thường).

Trên bảng điều khiển trung tâm sẽ thể hiện rõ đầu dò cảm biến nào đang kích hoạt, từ đó công tác sơ tán hoặc ứng cứu được triển khai chính xác, kịp thời để hạn chế các tổn thất về tính mạng, tài sản.

• Ưu điểm của thiết bị báo cháy địa chỉ là mỗi cảm biến đều có 1 địa chỉ riêng, giúp phát hiện và xử lý đúng vị trí đang báo cháy hoặc gặp sự cố.
• Nhược điểm là giá thành cao, cần triển khai các mô-đun địa chỉ và các thiết bị báo cháy phải đồng bộ với nhau (trung tâm, cảm biến, mô-đun địa chỉ).

3. Hệ thống báo cháy thông minh

Ở hệ thống báo cháy thông minh, các đầu dò cảm biến được tích hợp bộ vi xử lý riêng của chúng.

Hệ thống báo cháy thông minh là hoàn toàn khác biệt. Ở hai hệ thống trên, hệ thống thông thường và hệ thống địa chỉ, các đầu dò cảm biến không được gọi là “thông minh”. Vì chúng chỉ có thể đưa ra các tín hiệu khi phát hiện điều bất thường (như có lửa, khói, khí độc…), nhưng các cảm biến không thể phân tích đâu là trường hợp tín hiệu giả. Vì vậy, việc quyết định xem có hoả hoạn hay bị lỗi tuỳ thuộc hoàn toàn vào thiết bị điều khiển báo cháy trung tâm.

Ở hệ thống báo động thông minh, mỗi máy dò cảm biến sẽ có bộ vi xử lý riêng của nó để đánh giá môi trường xung quanh nó, và thông báo với Bảng điều khiển trung tâm xem có hoả hoạn hoặc lỗi, hoặc đầu dò cảm biến cần được vệ sinh hay không.

• Ưu điểm của thiết bị báo cháy thông minh là độ tin cậy cao, ít trường hợp báo động giả.
• Nhược điểm là giá thành cao.

4. Hệ thống báo cháy không dây

Hệ thống báo cháy không dây truyền tải tín hiệu giữa các thiết bị với nhau thông qua sóng không dây (sóng riêng).

Hệ thống báo cháy không dây có nguyên lý hoạt động tương tự báo cháy địa chỉ, tuy nhiên điểm khác biệt duy nhất là chúng không đi dây từ cảm biến về bộ trung tâm báo cháy. Thay vào đó, toàn bộ tín hiệu đều được kết nối không dây.

• Ưu điểm: Thời gian thi công rất nhanh, linh hoạt trong thay đổi vị trí.
• Nhược điểm: Sóng xuyên tường / xuyên tầng bị tiêu hao lớn (cần có bộ khuyếch đại sóng). Để đổi lấy sự ổn định và bảo mật tín hiệu không dây, các hệ thống báo cháy không dây thường có giá thành cao nhằm đảm bảo thông suốt các kết nối, đảm bảo độ tin cậy và ít rủi ro

Tính năng và công dụng các thiết bị báo cháy

1. Tủ báo cháy trung tâm (Fire alarm Control panel)

Thiết bị báo cháy trung tâm là trung tâm xử lý của toàn bộ hệ thống. Bao gồm các loại:

• Tủ báo cháy có dây
• Tủ báo cháy không dây
• Tủ báo cháy thường
• Tủ báo cháy địa chỉ
• Tủ báo cháy thông minh

2. Thiết bị đầu vào (Initiating devices)

Thiết bị đầu vào là các máy dò (đầu dò) cảm biến, có nhiệm vụ phát hiện ra những sự cố bất thường và gửi tín hiệu về thiết bị báo cháy trung tâm. Các loại đầu dò báo cháy, báo khói, khí:

2.1 Đầu báo khói:

• Thiết bị giám sát và phát hiện ra dấu hiệu khói để gửi các tín hiệu khói về trung tâm báo cháy xử lý.
• Cảm biến khói được bố trí tại cửa hàng, văn phòng, bếp, phòng làm việc, phòng hợp, phòng kho quỹ, các khu vực có nhiệt độ cao và không gian kín.
• Có hai loại là đầu dò khói dạng điểm và đầu dó khói dạng Beam.

+ Đầu báo khói dạng điểm:

• Thường được lắp đặt ở những khu vực có diện tích nhỏ, trần nhà thấp (kho chứa, phòng kỹ thuật….)
• Ưu điểm: giá thành rẻ, phát hiện và cảnh báo cháy nhanh do phạm vi nhỏ, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa.
• Hạn chế: Bị tác động bởi điều kiện môi trường (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm), không phù hợp cho không gian rộng lớn.
• Đầu khói báo dạng điểm có 2 dòng chính:
  1. Đầu báo khói ion: hoạt động dựa trên sự chuyển động của ion âm (-) và ion dương (+), gửi tín hiệu ngay cả trung tâm báo cháy khi khói làm cản trở chuyển động của 2 ion này.
  2. Đầu báo khói dạng quang: gồm 1 đầu báo và 1 đầu thu tín hiệu bố trí đối xứng với nhau. Khi khói lan ra và làm cản trở phạm vi hoạt động trong cặp đầu báo, đầu báo sẽ truyền thông tin đến tủ trung tâm để xử lý.

+ Đầu báo khói dạng beam:

• Nguyên tắc hoạt động của đầu báo dạng beam là dựa trên sự chặn ánh sáng.
• Cặp thiết bị được lắp ở 2 đầu của khu vực quan trọng (thường là ở bờ tường). Thiết bị sẽ chiếu ra những tia hồng ngoại tới thiết bị kia tạo thành vùng hồng ngoại.
• Khi xảy ra cháy, khói bay lên và cắt ngang đường hồng ngoại làm giảm cường độ của chùm sáng. Khi đạt đến độ mờ nhất định, đầu báo phát tín hiệu báo cháy.
• Ưu điểm: có thể lắp cho các phạm vi rộng lớn, thời gian lắp đặt nhanh chóng, thao tác đơn giản; có thể kết hợp với nhiều trung tâm báo cháy khác nhau từ hệ báo cháy địa chỉ, báo cháy hệ thường.
• Khuyết điểm: chỉ phát hiện khi cháy lớn, khói nhiều gây nguy hiểm đến tính mạng và tài sản; không chịu được ánh sáng trực tiếp, mưa gió… có thể làm sai lệch cảm biến.

2.2 Đầu báo nhiệt (Heat Detector):

Thiết bị dùng để phát hiện nhiệt độ gia tăng bất thường của môi trường xung quanh. Cảm biến nhiệt được lắp ở nhà bếp, các khu vực kín, phòng làm việc, nhà xưởng hoặc nơi chứa nhiều máy móc thiết bị sinh nhiệt, động cơ… Gồm hai loại là đầu báo nhiệt cố định và đầu báo nhiệt gia tăng.

+ Đầu báo nhiệt cố định:

• Tự động kích hoạt tín hiệu báo động khi cảm nhận nhiệt độ vượt mức quy định của nhà sản xuất (57°C, 70°C,…)

+ Đầu báo nhiệt gia tăng:

• Phát tín hiệu trong trường hợp phát hiện nhiệt độ xung quanh tăng đột ngột và tăng nhanh khoảng 9°C/phút so với mức hiện tại.

2.3 Đầu báo lửa (Fire Detector):

• Đầu báo lửa phát hiện các tia cực tím phát ra từ ngọn lửa và lập tức gởi tín hiệu báo cháy về trung tâm xử lý khi phát hiện lửa.
• Tương tự đầu báo nhiệt, đầu dò lửa được lắp đặt ở các nơi có nguy cơ cháy nổ cao như nhà kho, nhà bếp, khu vực chứa hoá chất hoặc chất dễ cháy, nhựa, mút xốp, giấy…
• Đầu báo lửa rất nhạy cảm đối với các tia cực tím. Thiết bị báo lửa chỉ phát tín hiệu báo động về trung tâm khi phát hiện đồng thời hai xung cảm ứng tia cực tím.
• Điểm nổi bật của đầu báo lửa là được lập trình để hạn chế tối đa khả năng báo động giả vì vậy thiết bị chỉ báo tín hiệu khi có 2 xung cảm ứng tia cực tím trong 10 giây/2 chu kỳ.
• Những nơi nên lắp đầu báo lửa như khu vực dễ xảy ra cháy, nổ (cây xăng, nhà máy cơ khí, xưởng sản xuất….), bếp ăn, nhà xe, phòng máy tính, phòng điện…..

2.4 Đầu dò khí gas :

• Đầu báo gas giúp phát hiện sự xuất hiện của khí gas vượt quá ngưỡng cho phép 0.503%. Lập tức thiết bị gởi tín hiệu báo động về trung tâm xử lý.
• Đầu dò khí gas thường được bố trí ở các khu vực chứa gas như nhà bếp, bếp ăn, các khu vực chứa khí gas dùng để sản xuất công nghiệp… Đầu dò gas thường lắp trên tường cách sàn nhà khoảng 10 – 15cm, không được phép lắp đặt dưới sàn nhà.

2.5 Đầu báo khí carbon monoxide:

• Carbon monoxide được tạo ra khi có những chất đốt như khí đốt (ga), dầu nhớt, dầu lửa, củi, hoặc than được đốt lên, đây là một loại khí cực độc hít vào có thể dẫn đến ngạt thở và tử vong.
• Tương tự đầu dò báo khói, đầu dò carbon monoxide này dùng để phát hiện sự xuất hiện của các đám cháy sinh ra khí carbon monoxide, thường được lắp trong nhà kho, kho nguyên vật liệu, các khu vực nóng bức, nhà bếp hoặc các khu có nguy cơ hoả hoạn cao, và kể cả lắp trong khu hành lanh, phòng làm việc, phòng ngủ để bảo vệ tính mạng con người.

3. Thiết bị đầu ra (Notification devices)

Thiết bị đầu ra giữ nhiệm vụ quan trọng trong việc cảnh báo người dân sơ tán hoặc có những hành động ứng phó khẩn cấp khi có hoả hoạn xảy ra. Bao gồm các loại:

+ Còi báo cháy:

• Thiết bị phát ra âm thanh với công suất cực mạnh để cảnh báo người dân sơ tán.

+ Đèn chớp:

• Thiết bị phát ra ánh sáng để hỗ trợ còi báo động để phát ra ánh sáng cảnh báo xung quanh, đồng thời hỗ trợ việc thoát hiểm hoặc sơ tán. Bao gồm:
• Đèn báo cháy (Corridor Lamp), đèn chớp tắt dùng để cảnh báo.
• Đèn chỉ lối thoát hiểm (đèn Exit).
• Đèn báo phòng (Room Lamp).
• Đèn chiếu sáng đường đi trong trường hợp khẩn (Emergency Light).

+ Còi kết hợp đèn chớp

• Là sự kết hợp giữ báo động âm thanh và ánh sáng, tinh gọn hệ thống.

+ Bộ quay số điện thoại tự động (Module GSM):

• Được lắp trong trung tâm báo cháy với một Module SIM di động (hoặc line điện thoại) tích hợp.
• Bộ quay số điện thoại sẽ tự động gọi điện khẩn cấp đến các số điện thoại đã được cài đặt trước (ví dụ nhà chức trách, cảnh sát 114 hoặc những người có trách nhiệm) để thông báo. Thông thường hỗ trợ từ 5-8 số điện thoại liên lạc.

4. Nguồn điện

+ Nguồn điện 220V:

• Nguồn điện chính từ CB, ổ cắm hoặc cầu dao điện.

+ Pin hoặc ắc quy dự phòng:

• Bộ ắc quy 12V dự phòng sử dụng được từ 12-24 giờ phòng khi cúp điệnvà đôi khi máy phát điện làm nguồn điện dự phòng cho nhiều hệ thống báo cháy. Bình ắc quy sẽ hoạt động nếu mất điện, cho phép hệ thống tiếp tục bảo vệ tòa nhà khỏi hỏa hoạn trong 12-24 giờ.
• Pin có thể được tích hợp bảng điều khiển hoặc gắn rời nhưng pin có thời gian hoạt động ngắn hơn.
• Một số loại có thể dùng máy phát điện.

5. Các thiết bị phụ trợ khác

+ Module địa chỉ:

• Module địa chỉ được sử dụng trong báo cháy địa chỉ.
• Có khả năng cho biết vị trí xảy ra sự cố hoả hoạn chính xác hơn để có biện pháp ứng phó kịp thời.

+ Bàn phím keypad:

• Thiết bị dùng để lập trình, cài đặt hoặc cấu hình trung tâm báo cháy.
• Điều khiển trung tâm báo cháy.

+ Led chỉ báo:

• Hệ thống đèn LED trực quan hiển thị rõ khu vực nào đang báo cháy giúp đội bảo vệ có hành động bảo vệ thích hợp.
• Có thể kết hợp với đèn Exit thoát hiểm.

Hệ thống báo cháy hãng nào tốt?

Báo cháy Hochiki

Hệ thống cảnh báo hỏa hoạn Hochiki được sản xuất và kiểm duyệt chất lượng nghiêm ngặt tại Nhật Bản. Đây là thương hiệu được sử dụng rộng rãi trên thị trường hiện nay. Một số thiết bị của Hochiki: trung tâm báo cháy, đầu báo khói, chuông báo, công tắc khẩn cấp…..

Ưu điểm:

• Thiết kế gọn, nhẹ, đảm bảo tính thẩm mỹ cho công trình.
• Không cần sử dụng dây có vỏ bọc chống nhiễu => tiết kiệm chi phí.
• Khả năng tích hợp và mở rộng lớn.
• Chống nhiễu tốt.
• Độ bền cao.

Nhược điểm:Giá thành cao.

• Phù hợp văn phòng, công ty.

Báo cháy Picotech

Điểm nổi bật

• Giá vừa phải.
• Xác định chính xác và nhanh chóng vị trí xảy ra cháy nhờ đầu dò khói.
• Khả năng mở rộng lớn (48 đầu dò không dây) và 8 remote điều khiển.
• Cài đặt được đến 8 số điện thoại.

Mặt hạn chế

• Thiết kế đơn giản, hơi thô cứng => gây mất thẩm mỹ cho công trình.
• Tín hiệu chập chờn nếu lắp đặt hệ thống không dây.

Báo cháy Ajax

Điểm vượt trội

• Các sản phẩm trải qua quy trình kiểm tra nghiêm ngặt => đạt nhiều bằng chứng nhận theo tiêu chuẩn thế giới.
• Phát hiện ngay đám cháy ngay cả khi không có khói.
• Phạm vi kết nối với trung tâm báo cháy lên đến 1300m.

Mặt hạn chế

• Giá khá đắt nên thường sử dụng cho xí nghiệp, cơ quan, dãy nhà cao cấp….

Hệ thống báo hỏa hoạn NetworX

Ưu điểm

• An toàn, dễ sử dụng.
• Sản phẩm có tuổi thọ cao.
• Lắp đặt, vận hành vô cùng đơn giản.
• Thích hợp cho những công trình lớn.
• Thiết bị báo cháy hoạt động ngay cả khi mất điện.

Nhược điểm

• Giá tầm trung nên không sử dụng cho văn phòng, nhà ở, trường học có quy mô nhỏ.

Thiết bị báo cháy Jablotron

Là thương hiệu đến từ cộng hòa Séc, Jablotron chuyên cung cấp hệ thống báo động khói, cháy cao cấp dành cho văn phòng công ty, khu biệt thự, trường quốc tế…..Các sản phẩm của Jablotron bao gồm: chuông báo động; cảm biến báo cháy, báo nhiệt,…

Ưu điểm

• Thiết kế sang trọng, gọn nhẹ => tăng tính thẩm mỹ cho công trình.
• Hệ thống ổn định, tuổi thọ cao.
• Chế độ bảo hành lên đến 5 năm.
• Biên độ truyền tín hiệu lên đến 300m

Khuyết điểm

• Già thành cao nên đối tượng khách hàng cũng bị hạn chế.

Câu hỏi thường gặp

Lời kết

Trên đây là nội dung giới thiệu tổng quan về hệ thống báo cháy tự động gồm những gì, nguyên lý, sơ đồ hoạt động, cũng như giới thiệu một số thiết bị báo cháy loại nào tốt cho quý bạn đọc. Trân trọng cám ơn sự quan tâm theo dõi của quý bạn đọc.

Khôi Ngô Security

Xem thêm: Fire alarm system in Wikipedia