Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Эффективность обнаружения пожароопасной ситуации

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Эффективность обнаружения пожароопасной ситуации

С.М. Щипицын
Генеральный директор ООО "Систем Сенсор Фаир Детекторе"

На рынке систем пожарной сигнализации (СПС) сформировалась обширная и запутанная терминология, разобраться в которой бывает крайне затруднительно даже специалистам. Что уж говорить о потребителях данных систем. Вот и мы "подольем масла в огонь" и согласно последней моде на введение в обиход новых терминов (например, "оптимальный извещатель" - дешевый, но пожар обнаруживает) попробуем ввести понятие "эффективность системы пожарной сигнализации".

Типы пожаров

Попробуем разобраться, из чего складывается понятие эффективности. Начнем с предназначения системы: обнаруживать пожароопасную ситуацию и выдавать извещение о пожаре. Для качественной оценки СПС можно использовать временной фактор, а именно время обнаружения и время реакции.

Временем реакции (передачи извещения о пожаре) можно пренебречь, поскольку оно в основном зависит от построения СПС и на практике является достаточно малой величиной, слабо отличающейся в разных системах. А вот с обнаружением не так все просто. Даже в "идеальной" системе, которая обнаруживает пожар со стопроцентной вероятностью (сегодня становится все более употребительным термин "достоверное обнаружение") и почти не имеет ложных срабатываний, процесс обнаружения занимает определенное время.

Если исходить из практики, каждый пожар проходит различные стадии своего развития В отдельных случаях даже медленно протекающее возгорание может не вызывать большого выброса тепла, но будет производить большое количество дыма. Другая крайность - это горение чистого спирта, при котором очень быстро достигается относительно высокая температура без каких-либо признаков дыма.

Это разнообразие учитывается в различных стандартах, действующих во всем мире. Они все определяют серии стандартных тестовых пожаров, предназначенных для того, чтобы можно было убедиться в способности извещателя обнаруживать множество различных типов пожаров, которые могут возникать на практике. Реакция пожарного извещателя (ПИ) должна быть в пределах предписанных параметров при тестировании в лабораторных условиях. В европейских стандартах используются шесть тестовых пожаров, которые обозначаются как TF1, TF2, ..., TF6. В России в соответствии с ГОСТ Р 50898-96 также определены б типов тестовых очагов пожара (ТП). Для каждого типа ТП заданы максимальные величины оптической плотности среды (т), концентрации продуктов горения (Y) и температуры (Т), соответствующие времени окончания испытаний, указано предельно допустимое время срабатывания ПИ, зависящее от минимальной скорости развития пожара:

  • ТП-1 (горение древесины) - Y = 6, время срабатывания не более 370 с;
  • ТП-2 (тление древесины) - m = 2, время срабатывания не более 840 с;
  • ТП-3 (тление со свечением хлопка) - m = 2, время срабатывания не более 640 с;
  • ТП-4 (горение полимерных материалов) -Y = 6, время срабатывания не более 180 с;
  • ТП-5 (горение легковоспламеняющейся жидкости с выделением дыма) - Y = 6, время срабатывания не более 240 с;
  • ТП-б (горение легковоспламеняющейся жидкости без выделения дыма) - Т = 60 °С, время срабатывания не более 510 с.

Считается, что пожарные извещатели не выдержали испытание по данному виду ТП, если они не активизировались при достижении максимальных значений контролируемых параметров.

Каждый пожар проходит различные стадии своего развития. В отдельных случаях даже медленно протекающее возгорание может не вызывать большого выброса тепла, но будет производить большое количество дыма. Другая крайность - это горение чистого спирта, при котором очень быстро достигается относительно высокая температура без каких-либо признаков дыма

В Европе испытания дымовых извещателей, аналогичные НПБ 65-97 и ГОСТ Р 50898-96, включены в один документ - европейский стандарт EN 54, часть 7 и проводятся одновременно. Причем сначала измеряется чувствительность извещателей в дымовом канале, а затем четыре наименее чувствительных образца подвергаются испытаниям на тестовые пожары. При сертификации ПИ в России испытания по ГОСТ Р 50898-96 не проводятся, и информация об их чувствительности к конкретному типу возгорания отсутствует.

Таким образом, применение не просто "оптимальных", а эффективных извещателей может значительно снизить время, необходимое для обнаружения пожара, и, следовательно, сделать систему более эффективной. Взяв временной фактор за основу эффективности СПС, будем говорить, что чем раньше СПС обнаружит пожар, тем она более эффективна, и на практике мы получим больше времени на реагирование (начиная от мер по тушению пожара собственными силами и заканчивая эвакуацией). Следовательно, самой неэффективной будет система, обнаруживающая пожар на стадии, когда без вызова пожарной бригады уже не обойтись.

Фазы развития пожара

Как уже говорилось, применение более эффективных ПИ в значительной степени определяет время обнаружения в СПС. Использование того или иного типа ПИ зависит от предполагаемого типа возгорания, поэтому мы начнем разговор с очага пожара.

Очаг пожара чаще всего возникает при появлении в пожароопасной среде инициирующего локального источника теплоты, например, горящей спички или сигареты, при перегреве работающих электроприборов и т.п. Развитию пожара способствует приток воздуха, обогащенного кислородом, а также размещение определенным образом горючего материала.

На рис. 1 показаны основные фазы развития в помещении одного из наиболее часто встречающихся на практике пожаров.

Горение твердых горючих материалов, как правило, начинается с тления и сопровождается при термическом распаде значительным выделением дыма, который под действием тепловых потоков разносится в окружающее пространство. Данный процесс происходит в течение первой фазы пожара.

При дальнейшем повышении локальной температуры в очаге пожара начинают выделяться газообразные продукты горения, появляется открытое пламя (рис. 1, точка на оси "открытое пламя"). Появление открытого пламени означает начало второй фазы пожара. Динамика горения в значительной степени определяется процессом поступления воздуха из окружающей среды во внешний слой пламени (зону горения). В случае неразвитого очага пожара возможно предотвращение дальнейшего распространения пламени при помощи подручных средств.

Для развитого очага, который возникает на третьей фазе пожара, характерны большие скорости тепловых потоков (несколько м/с и более), а также их значительная турбулизация, вызывающая появление вихревых потоков и приводящая к пульсации внешней оболочки пламени. Для данной стадии характерно наличие неуправляемого очага пожара, и на этой стадии возможна только эвакуация людей из здания.

На рис. 1 также указано сравнительное время обнаружения пожара различными типами ПИ.

Типы пожарных извещателей

Рассмотрим различные типы пожарных извещателей и факторы, которые влияют на эффективность СПС.

Лазерный дымовой извещатель

Качественно новый уровень пожарной защиты обеспечивает лазерная технология дымоопре-деления. В лазерном дымовом извещателесве-тодиод заменен миниатюрным лазером, фокусировка луча которого обеспечивает одновременно повышение яркости излучения на два порядка (в 100 раз) по сравнению со светодиодом и отсутствие отражений от стенок дымовой камеры (рис. 2) при тех же токах потребления Вдоль луча лазера размещается оптический усилитель, который принимает сигнал со всей протяженности луча лазера и передает его на фотодиод. В результате лазерный извещатель обеспечивает измерение оптической плотности среды в широком диапазоне с высокой точностью.

За счет высокой чувствительности лазерный извещатель обнаруживает очаг намного раньше любых других ПИ. Первая реакция ионизационного извещателя наблюдается в то время, когда выходная величина лазерного извещателя уже достигла максимума, а оптико-электронный дымовой извещатель реагирует еще позже.

Аспирационный пожарный извещатель

Такую же эффективность обеспечивает аспирационный пожарный извещатель (рис. 3), который за счет принудительного отбора воздуха из защищаемого объема и его лазерного мониторинга обеспечивает сверхраннее обнаружение пожароопасной ситуации. Ультравысокая чувствительность данного ПИ определяет очень хороший уровень эффективности системы даже в зонах с высокими скоростями воздушных потоков и с большой величиной обмена воздуха Аспирационные дымовые пожарные извещате-ли позволяют защитить такие объекты, в которых невозможно размещение иных пожарных извещателей.

Ионизационный радиоизотопный извещатель

Следующим в списке стоит ионизационный радиоизотопный извещатель, который содержит источник радиоактивного излучения со сверхнизким уровнем излучения - ниже фонового значения. За счет ионизации молекул воздуха и наличия электрического поля в дымовой камере обеспечивается направленный поток заряженных частиц (электрический ток). Попадание частиц дыма внутрь камеры приводит к уменьшению величины тока, что и фиксируется схемой обработки.

Большую популярность в мире этот класс ПИ получил как раз из-за высокой чувствительности на дымы от тления древесины и хлопка и наивысшей эффективности среди всех типов точечных дымовых ПИ на дымы от возгорания пластмассы и изоляции силовых кабелей. ПИ этого типа обеспечивают наивысшую пожарную защиту кабельных коллекторов, тоннелей, атомных электростанций и прочих объектов.

Далее рассмотрим самый распространенный и в мире и в России точечный оптико-электронный дымовой извещатель, который использует оптический эффект рассеяния инфракрасного излучения на частицах дыма.

Основным элементом данного типа извещателей является дымовая камера, поскольку именно она определяет основные характеристики ПИ и степень совершенства ПИ в целом. При разработке дымовой камеры всегда приходится учитывать как минимум два противоречивых требования: следует затруднить доступ в камеру частицам пыли, грязи и внешнему свету и в то же время облегчить доступ частицам дыма.

Все крупные производители уделяют основное внимание именно данному компоненту ПИ. Так, у одного из известных производителей насчитывается три разных варианта конструкции дымовой камеры. Другой производитель предложил новую интересную конструкцию (рис. 4), в которой используются два источника излучения, расположенные под разными углами, что позволяет одинаково хорошо реагировать на частицы разной формы и разного цвета.

Газовый извещатель

Следующим по эффективности обнаружения является газовый извещатель. В процессе горения различных веществ и материалов газовый состав атмосферы претерпевает значительные изменения. Принцип действия газовых ПИ основан на регистрации этих изменений с целью формирования тревожного сигнала. Основным элементом газового ПИ является чувствительный элемент (сенсор), обеспечивающий перевод значения концентрации в атмосфере того или иного газа в электрический сигнал. Наиболее распространенные горючие вещества и материалы, обращающиеся как в производстве, так и в быту, представляют собой органические соединения. Основными газами, образующимися при сгорании таких горючих веществ, являются углекислый газ (С02) и угарный газ (СО). Заметим, что данная оценка эффективности газовых ПИ сделана для обобщенной модели пожара.

Перспективные модели газовых ПИ, анализирующие выделение не только угарного газа, но и водорода, обеспечивают раннее обнаружение ряда типов пожаров.

Извещатели пламени

Далее идут извещатели пламени, которые регистрируют электромагнитное излучение, генерируемое как открытым пламенем, так и тлеющим очагом. Известно, что пламя сопровождается характерным излучением как в ультрафиолетовой, так и в инфракрасной частях спектра. Извещатели пламени используют в тех случаях, когда применение тепловых или дымовых извещателей невозможно или нецелесообразно. Основными ограничениями применения извещателей пламени являются: наличие искусственных и естественных помех, способных вызвать срабатывание извещателя без наличия пламени, и требование по обзору контролируемого помещения.

Тепловые ПИ

Последним в списке стоит тепловой ПИ, применение которого имеет смысл только тогда, когда наиболее вероятным признаком возникновения пожара является выделяющееся тепло. Сприн-клерная система пожаротушения использует тот же самый принцип обнаружения пожара.

4-канальный извещатель

Не стоит забывать о том, что на защищаемой территории могут присутствовать материалы с различными характеристиками горения, что предполагает использование разных физических принципов обнаружения возгорания. Поскольку никогда не известно, что загорится первым, а значит, и какой фактор пожара будет первичен, для повышения эффективности СПС необходимо использовать как минимум два, а в идеальном варианте - четыре различных ПИ, регистрирующих все четыре фактора пожара: дым, тепло, пламя, СО. На сегодняшний день, пожалуй, единственным извещателем в мире, который имеет одинаково отличную эффективность обнаружения всех тестовых очагов пожара, является 4-канальный извещатель (рис. 5).

В табл. 1 приведены рекомендации по выбору типа извещателя, исходя из принципа работы и эффективности обнаружения возгорания.

"Оптимальный извещатель"

Помимо технологии обнаружения, которая во многом определяет эффективность СПС в целом, немаловажным параметром является "оптимальность извещателя" с точки зрения его качественных показателей. Как уже говорилось выше, при сертификации ПИ в России испытания по ГОСТ Р 50898-96 не проводятся, и информация об их чувствительности к конкретному типу возгорания и, следовательно, времени обнаружения отсутствует.

К сожалению, на практике отсутствие объективных данных при сертификации и статистических данных при эксплуатации приводит к тому, что все ПИ в глазах потребителя отличаются только ценой и маркой.

Размещение ПИ

Несмотря на то что требования по установке жестко регламентированы, вариантов, снижающих эффективность работы ПИ, существует достаточно много. Самый наглядный пример - применение извещателей для контроля запотолочного пространства. Мало кто задумывается о том, что наличие дополнительных дымозаходов для доступа воздуха из запотолочного пространства может мешать нормальному поступлению воздуха из основного помещения и тем самым снижать эффективность таких дымовых ПИ, по сути, до уровня тепловых извещателей. Трудно не согласиться с тем, что это все же лучше, чем ничего, однако говорить о высокой эффективности уже не приходится

Класс СПС

Опять же можно много говорить про путаницу в определениях классов СПС (аналоговая, цифровая и т.д.), но в любом случае можно выделить три класса:

  • традиционная пороговая неадресная, которую ошибочно часто называют аналоговой в противовес цифровой - наименее эффективная и надежная СПС;
  • адресная пороговая - средний класс СПС;
  • адресно-аналоговая - наиболее эффективная и надежная СПС.

В рамках данной статьи мы не будем останавливаться на разнице в классах СПС, поскольку это емкая тема. Остановимся лишь на двух принципиальных отличиях:

  • В адресно-аналоговых системах понятие "порог срабатывания" является условным, поскольку за счет обработки данных от ПИ в приемно-контрольном приборе можно выставить практически любой порог. Таким образом, СПС настраивается под конкретный объект, что, безусловно, определяет большую эффективность СПС. При этом предусмотрено формирование двух сигналов от одного изве-щателя: "Внимание" и "Пожар".
  • Традиционная неадресная система в силу шлейфовой схемы построения обладает рядом недостатков, сильно снижающих ее надежность, - при появлении различных видов неисправности в шлейфе или в ПИ обнаружение пожара становится невозможным.

В качестве небольшой иллюстрации к эффективности адресно-аналоговых СПС можно привести один из множества примеров по времени реакции - разница между сигналами "Внимание" и "Пожар" может достигать 30 мин. Данного времени может хватить на ликвидацию пожароопасной ситуации собственными силами.

Вывод

Таким образом, интеллектуальные адресно-аналоговые системы за счет меньшего, по сравнению с другими системами, времени обнаружения загорания и точного определения его места предоставляют преимущество в тушении пожара на ранней стадии и, как правило, обеспечивают его ликвидацию без существенного материального ущерба. Они устойчивы к таким неисправностям в шлейфе сигнализации, как обрыв или короткое замыкание, это позволяет использовать одну пару проводников для формирования системы с большим числом подключаемых технических средств, снижая затраты на прокладку шлейфов.

Вывод из вышесказанного следующий: применение современных типов качественных ПИ позволяет сделать систему пожарной сигнализации действительно эффективным средством безопасности.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #4, 2008
Посещений: 10435

  Автор

Щипицын С.М.

Щипицын С.М.

Генеральный директор ООО "Систем Сенсор Фаир Детекторс"

Всего статей:  7

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций