Ứng dụng cảm biến khói trong hệ thống phòng cháy chữa cháy

Trong một vụ hỏa hoạn, khói và khí độc mới là kẻ giết người thầm lặng, lan truyền nhanh hơn nhiều so với ngọn lửa và chịu trách nhiệm cho phần lớn các ca tử vong. Do đó, ưu tiên hàng đầu của bất kỳ hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC) hiệu quả nào cũng là phải phát hiện được khói ngay từ giai đoạn sớm nhất.

Cảm biến khói (hay đầu báo khói) chính là thiết bị then chốt đảm nhận nhiệm vụ này. Nó không chỉ cung cấp tín hiệu cảnh báo sớm quý giá để con người sơ tán, mà còn là tín hiệu đầu vào quan trọng, kích hoạt toàn bộ chuỗi phản ứng an toàn tự động của một tòa nhà hiện đại.

Giới thiệu về cảm biến khói là gì?

Cảm biến khói (Smoke Sensor), hay còn được gọi là Đầu báo khói (Smoke Detector), là một thiết bị điện tử được thiết kế để phát hiện sự hiện diện của các hạt khói – sản phẩm của quá trình cháy – lơ lửng trong không khí.

Mục đích cốt lõi của nó là nhận biết đám cháy ở giai đoạn sớm nhất, thường là giai đoạn cháy âm ỉ khi khói xuất hiện nhiều nhưng ngọn lửa và nhiệt độ chưa bùng phát mạnh. Khi nồng độ khói trong không khí đi vào buồng cảm biến vượt qua một ngưỡng được xác định trước, thiết bị sẽ kích hoạt một tín hiệu báo động.

Tín hiệu này có hai dạng chính:

1. Báo động tại chỗ: Phát ra âm thanh (còi) và ánh sáng (đèn chớp) trực tiếp tại thiết bị, phổ biến trong các đầu báo khói dân dụng độc lập.
2. Gửi tín hiệu về trung tâm: Trong các hệ thống PCCC chuyên nghiệp, cảm biến sẽ gửi tín hiệu điện về Trung tâm Báo cháy (Fire Alarm Control Panel – FACP). Trung tâm này sẽ xử lý thông tin, xác định vị trí đám cháy và kích hoạt các phản ứng PCCC toàn diện trong tòa nhà.

Về cơ bản, một cảm biến khói tiêu chuẩn được cấu tạo bởi vỏ bảo vệ (với các khe hở cho khói vào), buồng cảm biến (chứa bộ phận phát hiện), mạch điện tử xử lý tín hiệu và bộ phận đầu ra (còi, đèn hoặc chân tín hiệu). Nguyên lý hoạt động phổ biến nhất là quang điện (Photoelectric), dựa trên sự tán xạ ánh sáng, và ion hóa (Ionization), dựa trên sự gián đoạn dòng ion.

Xem thêm: Tổng quan về cảm biến khói chi tiết nhất

Tại sao cảm biến khói lại phù hợp với hệ thống phòng cháy chữa cháy

Cảm biến khói là thành phần nền tảng của hầu hết mọi hệ thống PCCC, quan trọng hơn cả cảm biến nhiệt trong nhiều trường hợp, đặc biệt là vì mục tiêu bảo vệ tính mạng con người.

Phát hiện đám cháy ở giai đoạn sớm nhất (Early Detection): Đây là lý do quan trọng nhất. Trong phần lớn các vụ hỏa hoạn tại các tòa nhà (cháy do chập điện, nội thất, vật liệu văn phòng), đám cháy thường bắt đầu bằng giai đoạn âm ỉ (smoldering stage). Giai đoạn này tạo ra một lượng lớn khói và khí độc nhưng nhiệt độ tăng rất chậm. Cảm biến nhiệt (heat detector) sẽ không thể phát hiện được đám cháy cho đến khi ngọn lửa đã bùng lên và nhiệt độ đạt 57°C-70°C, khi đó thường đã quá muộn. Ngược lại, cảm biến khói (đặc biệt là loại quang điện) được thiết kế để “nhìn thấy” các hạt khói ngay trong giai đoạn âm ỉ này, cung cấp cảnh báo sớm hơn nhiều phút so với cảm biến nhiệt.

Tập trung vào mối đe dọa chính: Khói: Thống kê cho thấy, phần lớn nạn nhân tử vong trong các vụ cháy là do ngạt khói và hít phải khí độc (CO, HCN…), chứ không phải do bỏng. Khói lan truyền nhanh hơn lửa rất nhiều, làm giảm tầm nhìn xuống gần như bằng không, gây mất phương hướng và hoảng loạn. Vì cảm biến khói được thiết kế để phát hiện chính xác mối đe dọa này, nó trực tiếp phục vụ cho mục tiêu hàng đầu của PCCC: bảo vệ tính mạng (Life Safety).

Kích hoạt hệ thống liên động (Interlocking): Trong một hệ thống PCCC hiện đại, cảm biến khói không chỉ dùng để bật còi báo động. Tín hiệu của nó là “mệnh lệnh” đầu vào để kích hoạt một loạt các hệ thống an toàn khác trong tòa nhà:

• Ngắt hệ thống HVAC (Thông gió và Điều hòa): Đây là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của cảm biến khói gắn ống gió. Ngay khi phát hiện khói trong đường ống, quạt cấp và quạt hồi (AHU/PAU) sẽ lập tức dừng, ngăn chặn việc hệ thống HVAC trở thành “cỗ máy” bơm khói độc đi khắp tòa nhà.
• Kích hoạt hệ thống tăng áp cầu thang (Stairwell Pressurization): Bật quạt tạo áp suất dương trong các buồng thang thoát hiểm, ngăn khói xâm nhập vào lối thoát nạn.
• Kích hoạt hệ thống hút khói (Smoke Extraction): Bật các quạt hút khói công suất lớn tại khu vực cháy để loại bỏ khói, hỗ trợ công tác chữa cháy và sơ tán.
• Nhả cửa từ (Door Release) và điều khiển thang máy: Tự động mở các cửa từ đang khóa và gọi thang máy về tầng trệt, vô hiệu hóa chúng để ngăn người dân sử dụng.

Các ứng dụng của cảm biến khói trong hệ thống phòng cháy chữa cháy

Với khả năng phát hiện sớm, cảm biến khói được triển khai tại hầu hết mọi khu vực trong một công trình.

Ứng dụng trong các tòa nhà, văn phòng và trung tâm thương mại

Đây là môi trường có mật độ người cao, phức tạp về cấu trúc và chứa nhiều vật liệu dễ cháy (nội thất, thảm, giấy tờ). Cảm biến khói quang điện được lắp đặt dày đặc trên trần tại các khu vực làm việc không gian mở (open office), hành lang, sảnh, và các phòng chức năng. Ứng dụng đặc biệt quan trọng tại đây là báo khói tích hợp hệ thống HVAC. Các đầu báo khói gắn ống gió (Duct Smoke Detector) được lắp đặt trong các đường ống gió hồi chính của mỗi tầng hoặc mỗi khu vực. Khi đám cháy xảy ra, khói sẽ bị hút vào hệ thống gió hồi. Đầu báo ống gió phát hiện ra khói sẽ ngay lập tức gửi tín hiệu về FACP và BMS để:

1. Dừng ngay lập tức các quạt cấp và quạt hồi (AHU/PAU) của khu vực đó, ngăn khói theo đường ống cấp quay trở lại các phòng khác.
2. Đóng các van chặn lửa (Fire Damper) trong đường ống.
3. Kích hoạt hệ thống hút khói sự cố. Hành động này là tối quan trọng để ngăn chặn thảm họa lan truyền khói qua hệ thống điều hòa không khí.

Ứng dụng trong khu dân cư và nhà ở thông minh

Tại các chung cư cao tầng, cảm biến khói là thiết bị bắt buộc trong từng căn hộ (thường là phòng khách, phòng ngủ) và tại các khu vực chung như hành lang, phòng rác. Trong các biệt thự và nhà ở thông minh, cảm biến khói không chỉ là thiết bị độc lập dùng pin. Chúng được kết nối có dây (hoặc không dây qua sóng RF/Zigbee/Z-Wave) vào một trung tâm điều khiển nhà thông minh. Khi có báo động, hệ thống có thể tự động thực hiện các kịch bản an toàn như:

• Gửi cảnh báo ngay lập tức đến điện thoại của chủ nhà.
• Tự động bật tất cả đèn trong nhà (đặc biệt là đèn lối thoát hiểm) để dễ dàng di tản.
• Mở khóa cửa chính (cửa thông minh) để chủ nhà và lực lượng cứu hỏa dễ dàng tiếp cận.
• Ngắt các hệ thống điện, gas không cần thiết.

Ứng dụng trong nhà máy, kho xưởng và khu công nghiệp

Môi trường công nghiệp có rủi ro cháy nổ cao và đa dạng. Cảm biến khói phải được lựa chọn chuyên biệt cho từng khu vực:

• Khu vực văn phòng, phòng điều khiển (Control Room): Sử dụng cảm biến quang điện tiêu chuẩn.
• Kho xưởng, dây chuyền sản xuất: Các khu vực này thường có trần cao và diện tích lớn. Việc sử dụng đầu báo khói điểm (spot detector) thông thường có thể không hiệu quả. Thay vào đó, người ta thường dùng Đầu báo khói dạng tia (Beam Detector). Thiết bị này gồm một bộ phát và một bộ thu (hoặc gương phản xạ) đặt đối diện nhau. Nó tạo ra một chùm tia hồng ngoại vô hình, nếu khói bay lên cắt ngang chùm tia này, tín hiệu báo động sẽ được kích hoạt.
• Khu vực nguy hiểm cháy nổ (Hazardous Areas): Các khu vực kho chứa hóa chất, dung môi, trạm bơm nhiên liệu, nhà máy sơn… nơi không khí có thể chứa hơi dễ cháy. Việc lắp đặt thiết bị điện thông thường có thể tạo ra tia lửa và gây nổ. Do đó, bắt buộc phải sử dụng cảm biến khói chống cháy nổ (Explosion-proof/Intrinsically Safe Detectors). Các cảm biến này được thiết kế đặc biệt (vỏ bọc chịu nổ “Ex d” hoặc an toàn искро “Ex i”) để ngăn chúng trở thành nguồn mồi lửa.

Ứng dụng trong hầm để xe và tầng hầm

Các tầng hầm, đặc biệt là hầm để xe, là khu vực có nguy cơ cháy cao từ xe cộ (chập điện, rò rỉ nhiên liệu). Thách thức ở đây là khí thải động cơ (đặc biệt là động cơ diesel) chứa các hạt muội than có thể gây báo động giả cho cảm biến khói quang điện. Do đó, hệ thống PCCC tại đây thường là sự kết hợp của nhiều loại cảm biến:

• Cảm biến nhiệt (Heat Detector): Phát hiện sự gia tăng nhiệt độ nhanh chóng.
• Cảm biến khí CO (Carbon Monoxide): Dùng để kiểm soát thông gió (bật quạt hút khi nồng độ CO cao do khí thải xe) và cũng có thể là chỉ số của đám cháy âm ỉ.
• Cảm biến khói: Vẫn được sử dụng nhưng thường được đặt ở các vị trí chiến lược, ít bị ảnh hưởng bởi khí thải xe thông thường và thường có độ nhạy được điều chỉnh phù hợp. Hệ thống báo cháy tại đây liên động chặt chẽ với hệ thống quạt hút khói/jet fan để nhanh chóng hút khói ra ngoài khi có sự cố.

Ứng dụng trong bệnh viện, trường học và khu công cộng

Các công trình này có đặc điểm chung là mật độ người cao, thời gian làm việc kéo dài (bệnh viện 24/7), và có nhiều đối tượng “yếu thế” (bệnh nhân, trẻ em), khiến việc sơ tán trở nên phức tạp và cần nhiều thời gian. Do đó, yêu cầu về hệ thống PCCC là cực kỳ nghiêm ngặt.

• Hệ thống báo cháy địa chỉ (Addressable System): Là yêu cầu bắt buộc. Mỗi cảm biến khói được gán một địa chỉ duy nhất. Khi có báo động, trung tâm chỉ huy biết chính xác vị trí (ví dụ: “Phòng bệnh 405, Khu A”) để nhanh chóng cử người đến kiểm tra và tổ chức sơ tán cục bộ thay vì gây hoảng loạn toàn bộ tòa nhà.
• Giám sát HVAC: Tương tự như tòa nhà văn phòng, việc lắp đặt đầu báo khói ống gió để ngắt hệ thống điều hòa không khí, ngăn khói lan từ phòng này sang phòng khác, đặc biệt là các phòng mổ, phòng chăm sóc đặc biệt (ICU), là tối quan trọng.

Ứng dụng trong phòng server, trung tâm dữ liệu và tủ điện

Đây là các khu vực có giá trị tài sản cực lớn, chứa đựng dữ liệu quan trọng và yêu cầu hoạt động liên tục (24/7/365). Rủi ro chính là cháy do chập điện, quá nhiệt từ thiết bị điện tử. Đặc điểm của đám cháy này là thường bắt đầu âm ỉ, tạo ra các hạt khói rất nhỏ trước khi bùng phát. Thách thức ở đây là: (1) Cần phát hiện cực sớm, trước cả khi khói có thể nhìn thấy; (2) Không thể dùng nước để chữa cháy vì sẽ phá hủy toàn bộ thiết bị. Do đó, các cảm biến khói chuyên dụng được sử dụng:

• Hệ thống phát hiện khói độ nhạy cao (High Sensitivity Smoke Detection – HSSD) hay VESDA (Very Early Smoke Detection Apparatus): Đây là các hệ thống chủ động (active). Chúng không chờ khói bay đến mà sử dụng một mạng lưới ống và quạt hút, liên tục hút không khí từ khu vực bảo vệ (như bên trong các tủ rack, bên trên trần, dưới sàn nâng) đưa về một buồng phân tích trung tâm. Buồng này sử dụng công nghệ laser có độ nhạy cực cao, có thể phát hiện các hạt khói siêu nhỏ ở giai đoạn cháy sớm nhất.
• Tích hợp hệ thống chữa cháy khí sạch (Clean Agent Suppression): Tín hiệu từ HSSD/VESDA được dùng để kích hoạt hệ thống xả khí chữa cháy sạch (như FM-200, Novec 1230), dập tắt đám cháy mà không gây hư hại cho thiết bị điện tử.

Lợi ích của cảm biến khói trong phòng cháy chữa cháy

Việc trang bị cảm biến khói mang lại những lợi ích to lớn, vượt xa chi phí đầu tư ban đầu:

1. Cung cấp thời gian vàng để sơ tán: Đây là lợi ích quan trọng nhất, trực tiếp cứu sống con người.
2. Giảm thiểu thiệt hại tài sản: Phát hiện sớm giúp dập tắt đám cháy khi nó còn nhỏ, ngăn chặn sự phá hủy trên diện rộng.
3. Kích hoạt hệ thống PCCC tự động: Là “ngòi nổ” cho toàn bộ hệ thống liên động (ngắt HVAC, tăng áp cầu thang, hút khói).
4. Giảm chi phí bảo hiểm: Nhiều công ty bảo hiểm yêu cầu hoặc giảm phí đáng kể cho các công trình được trang bị hệ thống báo cháy tự động đạt chuẩn.
5. Tuân thủ pháp luật: Giúp công trình đáp ứng các yêu cầu bắt buộc trong TCVN về PCCC, đủ điều kiện để nghiệm thu và đưa vào sử dụng.

Ứng dụng thực tế của cảm biến khói tại Việt Nam hiện nay

Tại Việt Nam, đặc biệt là sau nhiều vụ hỏa hoạn nghiêm trọng tại các khu chung cư, nhà xưởng, quán karaoke, nhận thức về tầm quan trọng của PCCC đã tăng lên đáng kể. Các quy định pháp luật (Luật PCCC, Nghị định 136/2020/NĐ-CP) và hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật (như TCVN 3890:2023, TCVN 5738) ngày càng được siết chặt và thực thi nghiêm ngặt hơn.

• Bắt buộc tại các công trình lớn: Hầu hết các tòa nhà chung cư (đặc biệt là nhà cao tầng), văn phòng, khách sạn, trung tâm thương mại, bệnh viện, trường học xây dựng mới đều bắt buộc phải được thẩm duyệt thiết kế PCCC và lắp đặt hệ thống báo cháy tự động. Cảm biến khói là thành phần không thể thiếu trong các hệ thống này.
• Tích hợp HVAC ngày càng phổ biến: Việc lắp đặt đầu báo khói gắn ống gió để liên động ngắt hệ thống điều hòa không khí đã trở thành một yêu cầu thiết kế cơ bản và phổ biến trong các dự án cơ điện (M&E) tại Việt Nam, nhằm tuân thủ các quy chuẩn thiết kế thông gió và PCCC, ngăn chặn khói lan truyền.
• Phát triển trong nhà thông minh: Phân khúc nhà ở cao cấp và biệt thự tại các đô thị lớn đang chứng kiến sự gia tăng của các hệ thống báo khói thông minh, tích hợp cảnh báo qua điện thoại và các kịch bản tự động hóa.
• Thách thức tại các khu công nghiệp: Mặc dù quy định có, việc tuân thủ lắp đặt các cảm biến chuyên dụng (như chống cháy nổ ATEX, đầu báo tia beam) tại các nhà máy, kho xưởng có nguy cơ cao vẫn là một thách thức, đòi hỏi sự đầu tư và tư vấn kỹ thuật chuyên sâu.

Những thách thức khi triển khai cảm biến khói và cách khắc phục

Triển khai một hệ thống cảm biến khói không chỉ đơn giản là mua và lắp đặt. Có nhiều thách thức thực tế cần giải quyết:

Báo động giả (False Alarms)

Đây là vấn đề gây phiền toái nhất, làm giảm lòng tin của người sử dụng vào hệ thống.

1. Nguyên nhân: Bụi bẩn tích tụ trong buồng cảm biến, côn trùng chui vào, hơi nước (từ phòng tắm, nhà bếp), khói thuốc lá, khói từ hoạt động nấu nướng, hoặc khí thải (trong hầm xe).
2. Khắc phục:
   • Vệ sinh định kỳ: Lên kế hoạch vệ sinh, thổi bụi cho các đầu báo (thường 6 tháng – 1 năm/lần).
   • Lắp đặt đúng vị trí: Tránh lắp cảm biến khói quá gần nhà bếp, cửa phòng tắm. Dùng cảm biến nhiệt cho các khu vực này.
   • Chọn đúng loại: Sử dụng cảm biến nhiệt thay vì cảm biến khói trong hầm xe hoặc các khu vực nhiều khói bụi quy trình.
   • Sử dụng cảm biến đa tiêu chí (Multi-sensor): Các cảm biến hiện đại kết hợp cả quang điện và nhiệt (Smoke & Heat) trong một thiết bị. Chúng chỉ báo động khi cả hai yếu tố (hoặc một yếu tố ở mức rất cao) được phát hiện, giúp giảm đáng kể báo động giả.

Lắp đặt sai vị trí hoặc sai loại

• Nguyên nhân: Lắp cảm biến khói điểm ở trần nhà xưởng quá cao (>9-10m), lắp gần miệng gió điều hòa (luồng gió thổi khói đi hướng khác), lắp cảm biến thông thường vào khu vực chống nổ.
• Khắc phục: Tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn thiết kế (như TCVN, NFPA 72) về vị trí và khoảng cách lắp đặt. Sử dụng đúng loại chuyên dụng: đầu báo tia beam cho trần cao, đầu báo ống gió cho HVAC, đầu báo ATEX cho khu vực nguy hiểm.

Thiếu bảo trì, bảo dưỡng

• Nguyên nhân: Hệ thống bị bỏ quên sau khi lắp đặt. Cảm biến bám bụi dày đặc làm giảm độ nhạy hoặc gây báo động giả. Pin (nếu có) không được thay.
• Khắc phục: Bắt buộc phải có quy trình bảo trì, bảo dưỡng định kỳ (thường 6 tháng hoặc 1 năm/lần) cho toàn bộ hệ thống, bao gồm việc kiểm tra (test) chức năng của từng đầu báo bằng khói thử chuyên dụng và vệ sinh chúng.

Thiếu đồng bộ hệ thống

• Nguyên nhân: Lắp đặt cảm biến khói nhưng không kết nối liên động với hệ thống HVAC, thang máy…
• Khắc phục: Thiết kế PCCC phải được phối hợp chặt chẽ với các bộ môn cơ điện (M&E) khác ngay từ đầu. Đảm bảo các kịch bản liên động được lập trình và chạy thử (commissioning) đúng cách.

Mua cảm biến khói uy tín chính hãng ở đâu?

CÔNG TY TNHH TM&DV THIẾT BỊ ĐIỆN MẠNH TÙNG là đại lý ủy quyền cảm biến khói chính hãng tại Việt Nam uy tín, chính hãng. Tất cả sản phẩm đều đi kèm chứng nhận CO, CQ, giá cạnh tranh và hỗ trợ kỹ thuật từ đội ngũ hơn 10 năm kinh nghiệm. Liên hệ ngay để nhận báo giá và tư vấn miễn phí.

Lời kết

Cảm biến khói là một thiết bị nhỏ bé nhưng mang trong mình trọng trách vô cùng to lớn – là tuyến phòng thủ đầu tiên bảo vệ sinh mạng và tài sản khỏi thảm họa hỏa hoạ. Hiểu rõ các loại cảm biến, các ứng dụng đặc thù và những thách thức khi triển khai sẽ giúp các chủ đầu tư, nhà thầu và kỹ sư xây dựng được một hệ thống PCCC thực sự an toàn, hiệu quả và tuân thủ pháp luật.

Xem thêm các bài viết liên quan:

Ứng dụng cảm biến khí NO2 trong kiểm soát ô nhiễm

Ứng dụng cảm biến khí NH3 trong hệ thống chăn nuôi hiện đại

Ứng dụng cảm biến áp suất trong các ngành công nghiệp

Ứng dụng cảm biến áp suất gió trong hệ thống thông gió

ung-dung-cam-bien-ap-suat-nuoc-tinh-trong-he-thong-nuoc

Ứng dụng cảm biến khí CO2 trong hệ thống HVAC

---

Cảm ơn quý khách đã truy cập vào website MTEE.VN. Kính chúc quý khách nhận được những thông tin hữu ích và có những trải nghiệm tuyệt vời trên trang.