Đầu báo nhiệt là gì? Cấu tạo, phân loại, cách lắp đặt đầu báo nhiệt

Trong cuộc sống hiện đại, nguy cơ cháy nổ luôn ám ảnh mỗi người dân. Tuy nhiên chúng ta hoàn toàn có thể phòng tránh hỏa hoạn với các thiết bị báo cháy.

Một trong những thiết bị quan trọng trong hệ thống các thiết bị báo cháy hiện nay đó là đầu báo nhiệt, ngoài sự hiện diện  trong các hệ thống pccc lớn thì nhiều gia đình có thể  tự trang bị cho mình thiết bị này nhằm đảo bảo an toàn và yên tâm hơn. Nhưng nhiều người còn chưa hiểu rõ đầu báo nhiệt là gì? Có mấy loại đầu báo nhiệt?  và cách hoạt động như thế nào? Trong bài viết này haiminhgroup xin đưa ra những kiến thức cơ bản về đầu báo nhiệt trong hệ thống PCCC để bạn đọc tham khảo và chọn mua cho mình sản phẩm phù hợp.

Đầu báo nhiệt là gì? Cấu tạo, phân loại, cách lắp đặt đầu báo nhiệt

Đầu báo nhiệt là gì?

Đầu báo nhiệt ( Tiếng anh: Heat detectors ) Đây là một thiết bị báo cháy đầu vào có nhiệm vụ phát đi tín hiệu báo cháy về cho trung tâm báo cháy khi có sự cố cháy nổ xảy ra. 

Đầu báo nhiệt hoạt động dựa trên nhận biết sự gia tăng nhiệt độ môi trường. Khi có đám cháy sảy ra nhiệt lượng sẽ tỏa ra và phân tán tới các vùng không gian xung quanh qua đó đầu báo nhiệt sẽ phát hiện được sự gia tăng nhiệt lượng bất thường này và gửi tín hiệu báo cháy về cho trung tâm báo cháy xử lý.

Cấu tạo của đầu báo nhiệt

Đầu báo nhiệt có cấu trúc đơn giản thường gồm các bộ phận: Vỏ ngoài ( Thường bằng nhựa ) Bộ phận cảm biến nhiệt độ ( Có nhiều loại cảm biến khác nhau tùy thuộc vào mẫu mã và công năng từng sản phẩm ) như cảm biến điện trở, cảm biến bằng chất bán dẫn đa tinh thể, cảm biến bằng thanh lưỡng kim.... Phần đế có lỗ bắt vít để gắn

Cấu tạo của đầu báo nhiệt

Nguyên lý hoạt động của đầu báo nhiệt

Đầu báo nhiệt hoạt động dự vào cảm biến nhiệt độ. Tức là khi nhiệt độ của môi trường nơi lắp đặt thiết bị tăng lên và đạt đến mức độ xác định, ứng với ngưỡng đã được chỉ định cho đầu báo nhiệt khi sản xuất, (tùy theo tiêu chuẩn của mỗi thị trường mà đầu báo nhiệt cố định sẽ có các ngưỡng nhiệt độ khác nhau như: 60, 70, 80 độ) sẽ làm cho tiếp điểm bên trong báo động và gửi tín hiệu về trung tâm báo cháy.

Phân loại đầu báo nhiệt

Thông thường đầu báo nhiệt được chia làm 3 loại đó là đầu báo nhiệt cố định, đầu báo nhiệt gia tăng, đầu báo khói và nhiệt kết hợp

Đầu báo nhiệt cố định (Fixed Temperature)

 Họat động của đầu báo phụ thuôc hòan tòan vào nhiệt độ của môi trường chứ không phụ thuộc vào tốc độ gia tăng nhiệt độ. Khi nhiệt độ môi trường tại khu vực bảo vệ tăng lên đạt tới một nhiệt độ nhất định, ứng với ngưỡng được cài đặt cho đầu báo khi sản xuất, sẽ làm cho tiếp điểm bên trong đầu báo đóng và tạo tín hiệu báo cháy gửi trung tâm báo cháy.

Tuỳ theo tiêu chuẩn cho mỗi thị trường mà đầu báo nhiệt cố định có các ngưỡng báo động khác nhau, ví dụ: 60oC, 65oC, 70oC, 90oC… hoặc 57oC (135oF), 87oC (190oF)…

Có nhiều loại đầu báo nhiệt cố định khác nhau như:

Đầu báo nhiệt sử dụng thanh lưỡng kim

Đầu báo nhiệt sử dụng thanh lưỡng kim

Đầu báo nhiệt có một thanh lưỡng kim, với một đầu gắn cố định và đầu kia để tự do có thể di chuyển phụ thuộc nhiệt độ của nó. Khi nhiệt độ tăng thì thanh lưỡng kim bị uốn cong làm chạm mạch điện tín hiệu của đầu báo và kích hoạt báo động. Thanh lưỡng kim sẽ trở về trạng thái ban đầu khi nhiệt độ giảm. Loại đầu báo nhiệt này có thể sử dụng nhiều lần.

 Đầu báo nhiệt sử dụng chất nóng chảy eutectic

Đầu báo này sử dụng liên kết nóng chảy của hợp kim eutectic. Đây là loại đầu báo nhiệt được sử dụng rất phổ biến trong giai đoạn những năm 1970 đến 2000. 

Hợp kim eutectic là một hỗn hợp của 2 hoặc nhiều kim loại có điểm tan chảy ở nhiệt độ thấp hơn kim loại riêng lẻ. Nếu nhiệt độ của hợp kim lớn hơn hoặc bằng nhiệt độ tan chảy nó sẽ chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng.

Trong đầu báo nhiệt c ó một lẫy kim loại đàn hồi được giữ chặt bởi hợp kim eutectic, giúp cho 2 cực tín hiệu của đầu báo tách rời nhau (thường hở). Khi nhiệt độ môi trường tăng đến nhiệt độ nóng chảy của hợp kim (đây là nhiệt độ báo động của đầu báo, tuỳ vào loại hợp kim khi sản xuất), hợp kim sẽ tan chảy làm lẫy đàn hồi đang bị nén bung ra và 2 cực tín hiệu của đầu báo chạm vào nhau tạo một dòng điện kích hoạt báo động. Đầu báo nhiệt loại này không sử dụng lại được sau khi đã báo động.

Đầu báo nhiệt cố định kiểu dây

Báo nhiệt cố định kiểu dây

Loại báo nhiệt cố định cơ-điện thứ ba là loại đầu báo dạng dây (hay còn được biết đến như là Linear Heat Detectors). 

Cấu tạo của thiết bị này bao gồm 2 dây dẫn điện bằng thép được cách điện riêng biệt bởi một chất rất nhạy cảm với nhiệt độ.  Hai dây này được xoắn với nhau (twisted pair) để tạo một lực ép giữa 2 dây, sau đó bọc một lớp băng bảo vệ và ngoài cùng là lớp vỏ phù hợp với môi trường lắp đặt.

Nếu một điểm nào đó của dây tiếp xúc với nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ quy định (đây là nhiệt độ báo động, tuỳ thuộc vào chất cách điện khi sản xuất) lớp cách điện nhạy cảm với nhiệt độ sẽ bị phá hỏng làm cho 2 dây dẫn chạm vào nhau tại điểm đó. Điều này tạo nên một tín hiệu báo cháy gửi về trung tâm báo cháy.

 Một số nhà sản xuất chế tạo trung tâm điều khiển dùng riêng với Linear Heat Detector cho phép xác định được vị trí điểm báo động của dây báo nhiệt, tức là xác định được vị trí cháy.

Đầu báo nhiệt cố định điện tử

Đầu báo nhiệt cố định điện tử

Ngoài loại đầu báo nhiệt kiểu cơ-điện thì hiện nay xuất hiện khá phổ biến loại đầu báo nhiệt kiểu điện tử (Thermistor). Loại này sử dụng Thermistor để phát hiện sự thay đổi nhiệt độ của môi trường.

Thermistor thường là điện trở nhiệt. Nó được làm bằng chất bán dẫn đa tinh thể, có hệ số nhiệt điện trở âm, và khá lớn. Nghĩa là khi nhiệt độ tăng thì điện trở của nó sẽ giảm khá mạnh. Nhiệt độ môi trường thay đổi làm cho điện trở của Thermistor thay đổi và chuyển thành tín hiệu báo động.

Sử dụng Thermistor, đầu báo nhiệt có thể được chế tạo theo kiểu gia tăng hoặc cố định hoặc kết hợp cả hai phù hợp với nhu cầu sử dụng.  Những đầu báo loại này cũng có thể có chức năng giảm khả năng báo giả.

Đầu báo nhiệt gia tăng (Rate-of-Rise)

Đầu báo nhiệt gia tăng: Được gọi tắt là ROR, là loại hoạt động và gửi tín hiệu về trung tâm khi môi trường có nhiệt độ tăng lên, tuy nhiên nếu nhiệt độ của môi trường chỉ tăng từ từ và không quá 20 độ C 1 phút thì đầu báo nhiệt sẽ không hoạt động.

Đầu báo nhiệt Gia tăng

Cấu tạo đầu báo nhiệt gia tăng bao gồm:

- Một buồng khí kín (A) có mặt phía dưới là vỏ đầu báo làm bằng hợp kim cứng dẫn nhiệt;

- Một lỗ nhỏ (B) để làm cân bằng áp suất khí bên trong buồng với môi trường; Một màng đàn hồi bằng kim loại (C) nối với một cực tín hiệu của đầu báo;

- Một bộ công tắc (D) có 2 tiếp điểm thường hở, một tiếp điểm được hàn vào màn đàn hồi (C), tiếp điểm thứ 2 nối vào cực tín hiệu còn lại của đầu báo. Bình thư ờng 2 cực tín hiệu của đầu báo cách điện với nhau (thường hở – NO).

Cách hoạt động của đầu báo nhiệt gia tăng

Khi nhiệt độ môi trường thay đổi sẽ làm cho áp suất không khí bên trong buồng kín thay đổi. Với sự thay đổi chậm của nhiệt độ, một lượng nhỏ không khí sẽ đi vào hoặc đi ra buồng kín thông qua lỗ (B) để cân bằng áp suất bên trong và bên ngoài buồng kín, giữ cho 2 cực tín hiệu của đầu báo cách điện với nhau.

 Khi nhiệt độ môi trường xung quanh tăng lên rất nhanh với tốc độ lớn hơn hoặc bằng 8oC/phút làm cho không  khí bên trong buồng kín giãn nở rất nhanh vượt quá khả năng tự cân bằng áp suất của lỗ (B), do mặt dưới của buồng kín là hợp kim cứng nên không khí trong buồng khi giãn nở sẽ ép màng đàn hồi (C) lên phía trên làm cho công tắc điện đóng lại phát tín hiệu về trung tâm báo cháy.

Xét cấu tạo cũng như nguyên lý làm việc của 2 loại đầu báo kể trên, chúng ta có thể thấy đầu báo nhiệt cố định và gia tăng đều có cấu trúc đơn giản, không cần nguồn nuôi và cũng không bị tác động bởi nhiều yếu tố khác. Do đó mà chúng có thể dễ dàng hoạt động ổn định và cho kết quả chính xác. Gía thành của đầu báo nhiệt thấp hơn đầu báo nhiệt gia tăng, do đó mà chúng phổ biến và được sử dụng nhiều trong các hệ thống báo cháy tự động hơn.

Nếu như đầu báo gia tăng chỉ làm việc khi nhiệt khi tốc độ tăng nhiệt đạt ở mức giới hạn mà không tính đến nhiệt độ môi trường thì đầu báo nhiệt cố định chỉ làm việc khi nhiệt độ môi trường đạt đến giới hạn và không tính tốc độ gia tăng nhiệt.

Đầu báo khói và nhiệt kết hợp

Đầu báo khói và nhiệt tích hợp có hoạt động như sau: dữ liệu từ đầu báo khói và đầu báo nhiệt được phân tích cùng với dữ liệu thời gian sẽ xác định trạng thái báo cháy của đầu báo một cách hiệu quả, và nhanh chóng, tránh các tín hiệu báo cháy giả.

Đầu báo khói và nhiệt tích hợp được sử dụng cho các phòng thí nghiệm sạch, máy móc kỹ thuật cao, trung tâm dữ liệu, phòng y khoa

Ở một số khu vực đặc biệt yêu cầu đầu báo báo cháy phải có độ chính xác cao. Để đáp ứng yêu cầu này, các nhà sản xuất đã nghiên cứu tích hợp cả hai chứ năng báo khói và nhiệt vào một đầu báo duy nhất.

Hướng dẫn cách lắp đặt đầu báo nhiệt

Có ít nhất  3 thông số quan tâm khi lắp đặt đầu báo nhiệt: khoảng cách các đầu báo và ngưởng nhiệt độ, và điều kiện làm việc của môi trường lắp đặt (Nhiệt độ, độ ẩm,...)

Khoảng cách lắp đặt đầu báo nhiệt tùy thuộc vào độ cao, quy định theo NFPA 72 - 2016

Hướng dẫn cách lắp đặt đầu báo nhiệt

Cách đọc bảng tra

Cần hiểu rõ khoảng cách cơ bản hỗ trợ bởi nhà sản xuất ở độ cao 3m, thông thường là 7m (Thông số này tùy theo nhà sản xuất)

Nếu đầu báo gắn ở độ cao 0-3.0m thì khoảng cách là 1 x 7m = 7 m

Nếu đầu báo gắn ở độ cao 8.5m-9.1m thì khoảng cách là 0.34 x 7m = 2.38 m

Cách bố trí đầu báo trên mặt bằng

Hướng dẫn cách lắp đặt đầu báo nhiệt

Cách lắp đầu báo trên trần phẳng và trần dốc nghiêng

Hướng dẫn cách lắp đặt đầu báo nhiệt

Khi chọn một đầu báo nhiệt lắp đặt tại một khu vực, nhà thiết kế cần quan tâm đến nhiệt độ hoạt động của môi trường. Tùy theo từng môi trường lắp đặt mà lớp nhiệt độ được chọn cho phù hợp.

Các lớp nhiệt độ dựa theo EN54-5

Hướng dẫn cách lắp đặt đầu báo nhiệt

Đầu báo nhiệt được chọn cho 1  lớp nhiệt độ trong dãy A1, A2, B, C, D, E, F, G

Đầu báo nhiệt được tích hợp 1 nhóm nhiệt độ A1, A2, B, người dùng có thể tùy chọn thông qua DIP Switch hoặc thông qua lập trình từ tủ báo động.