Системы и технические средства раннего обнаружения пожара. Системы раннего обнаружения пожара. Извещатели, или датчики, могут быть различных типов

Стоимость ущерба от пожара даже в отдельно взятом помещении может достигать внушительных сумм. Например, когда в помещениях находится оборудование, цена которого значительно превышает расходы на устройство пожарной защиты. Традиционные способы тушения огня в этом случае непригодны, поскольку их использование грозит не меньшим ущербом, чем сам пожар.

Именно поэтому растет потребность в системах раннего обнаружения возгорания, которые смогут выявить признаки огня в зачаточной стадии и принять оперативные меры по его предотвращению. Аппаратура раннего обнаружения пожара выполняет свои функции за счет сверхчувствительных датчиков. Это датчики температуры, дыма, а также химические, спектральные (реагирующие на пламя) и оптические. Все они являются частью единой системы, направленной на раннее обнаружение и сверхоперативную локализацию возгорания.

Важнейшую роль здесь играет свойство устройств раннего обнаружения пожара по постоянному мониторингу химического состава воздуха. При горении пластмассы, оргстекла, полимерных материалов состав воздуха резко изменяется, что и должна зафиксировать электроника. Для подобных целей широко применяются полупроводниковые газочувствительные сенсоры, материал которых способен изменять электрическое сопротивление от химического воздействия.

Системы с использованием полупроводников все время совершенствуются, рынок полупроводников постоянно растет, о чем свидетельствуют показатели финансовых рынков. Современные полупроводниковые сенсоры способны уловить минимальные концентрации веществ, выделяемых при горении. В первую очередь это водород, оксид и диоксид углерода, ароматические углеводороды.

На обнаружении первых признаков пожара работа систем пожаротушения только начинается. Аппаратура обнаружения действует четко и быстро, заменяя собой нескольких человек и исключая человеческий фактор при тушении огня. Эти устройства в идеальном случае связаны со всеми инженерными системами здания, которые могут ускорить или замедлить распространение пожара. Система раннего обнаружения при необходимости полностью отключит вентиляцию помещения, в необходимом количестве - элементы электроснабжения, включит тревогу, обеспечит своевременную эвакуацию людей. И самое главное - запустит комплекс пожаротушения.

На самых ранних стадиях потушить огонь намного легче, чем на последующих, и на это может уйти всего несколько минут. Тушение пожара на зачаточных стадиях может производиться с помощью методов, исключающих физическое разрушение объектов, находящихся в помещении. Таким методом является, например, тушение с помощью замены кислорода на негорючий газ. В этом случае сжиженный газ при переходе в летучее состояние понижает температуру в помещении или на конкретном участке, а также подавляет реакцию горения.

Противопожарные двери - неотъемлемая часть любой системы пожарной безопасности. Это - элемент конструкции, препятствующий распространению пожара в соседние помещения в течение определенного времени.

Устройства раннего обнаружения возгорания обязательны в первую очередь для обеспечения безопасности людей. Необходимость их доказана многочисленным и горьким опытом. Пожар - одно из самых непредсказуемых стихийных бедствий, о чем говорит вся история человеческой цивилизации. В наше время этот фактор не стал менее актуальным. Напротив, сегодня даже локальное возгорание может нанести катастрофические убытки, связанные с выходом из строя дорогостояшего оборудования и техники. Именно поэтому выгодно вложить деньги в такую систему раннего обнаружения.

Как известно, день простоя дата-центра обходится в десятки, а то и в сотни миллионов долларов. Для непрерывной работы дата-центр должен быть защищен от многих опасностей, в том числе и от пожаров. В крупных американских и европейских ЦОДах для этого активно используют аспирационные системы раннего обнаружения возгораний.

Дата-центр - это высокотехнологичное сооружение, потребляющее больше электроэнергии, чем обычный офис. Важное требование к дата-центрам - поддержание определенной температуры воздуха в помещении. Этой цели служит специальная система кондиционирования, с помощью которой создаются внутренние воздушные потоки между стойками и внутри них, обеспечивающие отвод избыточного тепла и комфортную температуру для работы оборудования.

Такая сложная система кондиционирования требует специального подхода к пожарообнаружению. Дело в том, что при наличии сильных воздушных потоков обычные пожарные извещатели для обнаружения дыма или теплового излучения малоэффективны. Дым, подгоняемый воздушными потоками, может не попасть в дымовую камеру извещателя. И если он все же попадает в камеру, то к этому моменту в помещении достигнута предельная концентрация дыма, так что когда срабатывает извещатель, распространение огня уже неизбежно. Поэтому в современных дата-центрах используют активные аспирационные системы пожарной сигнализации.

В настоящее время аспирационные системы пожарной сигнализации выпускают только за рубежом; основные их производители - компании Bosch, Safe Fire Detection, Securiton, System Sensor и Xtralis (ей принадлежат марки оборудования Vesda и Icam, последняя недавно была куплена ею).

Системы данного класса, например, Vesda и Icam от Xtralis, Titanus компании Bosch Security или аспирационные извещатели System Sensor одноименной компании, уже используются во многих странах мира на объектах такого типа, в том числе и в России.

Принцип работы

Аспирационные системы - это системы раннего обнаружения пожара. Как правило, они имеют модульную архитектуру, которая позволяет адаптировать систему к конкретным условиям эксплуатации и планировке здания. Основные компоненты такой системы - трубопровод для забора воздуха из контролируемой области и сам извещатель, который можно разместить в любом месте внутри защищаемого помещения или вне его.

В качестве трубопровода обычно используют трубы ПВХ. С помощью переходников, уголков, тройников и других аксессуаров можно создавать гибкие сети трубопроводов для забора воздуха с учетом особенностей каждого отдельно взятого помещения. При этом сам аспирационный извещатель создает вакуум в системе трубопровода, чтобы обеспечить непрерывный забор воздуха из контролируемой области через специально сделанные отверстия. Эти активно получаемые образцы воздуха проходят через камеру детекции, в которой проверяются на содержание в них частиц дыма. Кроме того, например, в системе VESDA, из пробы воздуха сначала удаляются пыль и загрязнения с помощью встроенного фильтра, а потом проба подается в камеру аспирационного извещателя. Это предотвращает загрязнение оптических поверхностей камеры.

Проба воздуха поступает в калиброванную камеру извещателя, в которой через нее проходит луч лазера. При наличии в воздухе частиц дыма наблюдается рассеивание света внутри камеры, и это немедленно обнаруживается высокочувствительной приемной системой (рис. 1). Затем сигнал обрабатывается и отображается на гистограммном дисплее, пороговых индикаторах срабатывания сигнализации и/или графическом дисплее. Чувствительность извещателя можно регулировать, а поток воздуха непрерывно контролируется на предмет обнаружения повреждений трубопровода.

Аспирационные извещатели условно делят на две категории. Первая - извещатели типа PIB (Point in the box), в которых в качестве камеры детекции используют обычные дымовые датчики повышенной чувствительности, например, ASD-Pro или LASD компании System Sensor с чувствительностью от 0,03 до 3,33%/м. Вторая группа - аспирационные извещатели типа VESDA, Icam или Titanus, которые имеют собственные встроенные камеры детекции дыма с диапазоном чувствительности от 0,005 до 20%/м у VESDA, от 0,001 до 20%/м у Icam и от 0,05 до 10%/м у Titanus. Мы рассмотрим только извещатели второй группы, поскольку именно они имеют наибольший диапазон чувствительности по сравнению с PIB, что позволяет детектировать пожар еще на стадии плавления провода и устанавливать наиболее высокий порог для запуска системы газового пожаротушения помещений дата-центров.

Особенности и преимущества

Классические системы пожарной сигнализации не срабатывают, пока не начнется тление или не появится огонь. На этом этапе возгорания борьба с пожаром уже становится сложным делом. Важнейшее преимущество аспирационных систем заключается в том, что они обнаруживают зарождающийся огонь и обеспечивают раннее оповещение о пожаре. Интеллектуальный процессор камеры детекции дыма анализирует полученные данные и принимает решение о том, соответствуют ли они каким-либо типичным моделям пожара. При этом внешние факторы, которые могут стать причиной ложных срабатываний, подавляются.

Итак, в чем же основные преимущества аспирационных систем?

1. Надежное обнаружение возгорания для ран-него предупреждения. Высокочувствительные датчики определяют возгорание на самой ранней его стадии - в фазе пиролиза, еще до распространения видимых частиц дыма (например, когда начинает оплавляться провод или другой электронный элемент оборудования). В большинстве случаев такие системы предотвращают значительный материальный ущерб, поскольку быстро выявляют вышедший из строя элемент, который можно обесточить, не дав зарождающемуся пожару перейти в активную фазу. Кроме того, аспирационные системы позволяют не вводить в действие систему активного (как правило, газового) пожаротушения и экономят средства, необходимые для перезарядки газовых баллонов.

2. Сокращение числа ложных срабатываний. Благодаря интеллектуальной обработке сигнала с датчиков в аспирационных системах подавляются внешние факторы, например, пыль, сквозняки или электрические помехи, которые часто становятся причиной ложных тревог. Это обеспечивает более высокую чувствительность и надежность работы системы даже в помещениях с высокими потолками или экстремальными температурами, а также в условиях загрязненности или высокой влажности.

3. Быстрый монтаж и простое обслуживание. Извещатели можно установить в любом месте как снаружи, так и внутри помещения, чтобы специалистам по обслуживанию было удобнее получить к ним доступ. Аспирационные системы незаметны в помещении, а их обслуживание не требует высокой квалификации. Информация о всех неисправностях, таких как повреждение трубопровода, загрязнение фильтра и т.д., выводится на экран дисплея. Таким образом, персоналу не приходится тратить много времени на выявление неисправности системы, ее можно обслуживать по мере поступления информации.

Основное и принципиальное отличие аспирационных систем от обычных систем с пассивными датчиками дыма - активный забор проб воздуха из коммуникационных и серверных шкафов дата-центра, посредством встроенного вентилятора, работающего по принципу пылесоса. Другим важным отличием является более высокая чувствительность извещателей, что позволяет обнаруживать частицы дыма, невидимые для человеческого глаза, с концентрацией от 0,005%/м у системы VESDA, от 0,001% у Icam или от 0,05% у Titanus.

Немаловажная особенность - наличие встроенного (как у системы VESDA) и/или внешнего фильтра, где очищается всасываемый воздух. Такие фильтры позволяют эксплуатировать аспирационные системы в сильно загрязненных помещениях без постоянной очистки или замены лазерных камер, что, в свою очередь, увеличивает срок службы системы и сокращает расходы на ее обслуживание.

Области применения

В некоторых случаях применение аспирационных систем приносит ощутимый результат по сравнению с обычными пассивными извещателями. В первую очередь это предприятия и компании, где непрерывность производственных или бизнес-процессов имеет первостепенное значение, а простои недопустимы. Таковы, например, телекоммуникационные системы и серверные финансовых организаций, коммунальные объекты и медицинские стерильные помещения (операционные), энергетические и транспортные системы. Аспирационные системы полезны и тогда, когда необходимо исключить ложное срабатывание системы активного пожаротушения, приводящее к большим затратам времени и средств на восстановление объекта.

Аспирационные системы предпочтительны в помещениях, где обнаружение дыма затруднено, например, при интенсивных воздушных потоках или в высоких атриумных пространствах (торговые центры, спортивные залы, театры, музеи и т.д.). Их используют и в помещениях, где доступ для технического обслуживания невозможен или затруднен; они оптимальны для защиты пространства за подвесным потолком и под фальшполом, лифтовых шахт, производственных зон, воздуховодов, а также тюрем и других мест содержания под стражей. Еще одна сфера применения - в экстремальных условиях окружающей среды: при сильной запыленности, загазованности, влажности, очень высоких или очень низких температурах (например, на электростанциях, бумажных или мебельных фабриках, в автомастерских, шахтах). И наконец, аспирационные системы используют, если важно сохранить дизайн помещения и средства обнаружения задымления требуется скрыть.

Построение аспирационной системы в ЦОДе

Как правило, оборудование дата-центров находится в закрытых шкафах, поэтому наиболее эффективным решением для защиты этих зон является отбор проб из шкафов. В случае аспирационных систем в дата-центрах трубки с всасывающими отверстиями проводят поверх стоек с установленным оборудованием. Гибкая система трубок позволяет отбирать пробы как над шкафами, так и внутри них с помощью капилляров, обеспечивая максимально надежное обнаружение дыма в полностью закрытых шкафах, равно как и в шкафах с верхней вентиляцией (рис. 2).

Сколько стоит зашита от пожара Стоимость решения для пожарной защиты конкретного дата-центра зависит от объема и площади помещения, а также от числа отдельно защищаемых компонентов систем. В любом случае эта стоимость не превышает 1% от стоимости оборудования, установленного в дата-центре. Например, цена 15-канального извещателя Icam, способного защитить 15 стоек с оборудованием, составляет 10—11 тыс. евро, прибор VESDA VLP, который может защитить до 2000 кв.м., стоит 4—5 тыс. евро, а Titanus защищает до 400 кв.м. и стоит 2000—4000 евро.

У системы Titanus есть функция ROOM-IDENT, которая обеспечивает раннее обнаружение возгораний и определение их местонахождения. Один извещатель может контролировать до пяти помещений или пяти стоек при прокладке только одной трубки. Процесс определения источника возгорания системой ROOM-IDENT включает четыре этапа, а результат отображается на извещателе.

Этап 1 (обычный режим): трубопровод используется для забора и оценки образцов воздуха в нескольких помещениях.

Этап 2 (раннее обнаружение возгорания): всасывание и анализ воздуха. При наличии дыма немедленно включается тревожный сигнал для раннего реагирования.

Этап 3 (обратная циркуляция): при включении тревожного сигнала всасывающий вентилятор выключается и включается второй, нагнетательный вентилятор, выдувающий все частицы дыма из трубопровода в противоположном направлении.

Этап 4 (определение местонахождения): после продувки трубопровода направление движения воздуха снова меняется. На основании замеров времени, которое потребовалось частицам дыма, чтобы достичь модуля детекции, система определяет местонахождение возгорания.

Используя гибкую систему трубопроводов, с помощью одного датчика VESDA можно, например, контролировать пространство не только над стойками, но и за фальшпотолком и фальшполом, а также кабельные лотки, которые есть в любом дата-центре и часто являются источником пожара. Кроме того, извещатели системы VESDA встраиваются в rack-стойку, что экономит место и обеспечивает конструктивную однотипность всего оборудования в дата-центре.

Еще один ключевой момент организации надежной системы пожарообнаружения - забор воздуха непосредственно у решетки приточно-вытяжной вентиляции помещения. Появившийся дым неизбежно попадает в воздушный поток, поэтому установка системы труб с заборными отверстиями на решетке возврата воздуха системы циркуляции обеспечивает моментальное обнаружение зарождающегося пожара на самой ранней стадии.

Забор проб воздуха непосредственно рядом с решеткой вытяжной вентиляции позволяет уловить в воздухе частицы дыма даже в том случае, если создаваемые воздушные потоки миновали все остальные заборные отверстия трубок в помещении. Это связано с тем, что через вытяжную вентиляцию циркулирует весь воздух, содержащийся в помещении, а значит, ни одна частица дыма, содержащаяся в воздухе, не пройдет мимо заборного отверстия (рис. 3).

Возможность установки различных уровней пожарной опасности позволяет запрограммировать систему на соответствующие реакции на разных этапах развития пожара, например, на отключение оборудования систем кондиционирования или запуск систем активного пожаротушения. Например, можно установить несколько порогов предтревоги или самую высокую чувствительность - для определения момента плавления элементов оборудования. При превышении данного порога чувствительности сигнал предтревоги будет передан на пожарный пост, чтобы персонал идентифицировал место плавления и отключил питание оборудования, предотвратив распространение пожара.

Можно также установить среднюю чувствительность, и при этом система будет определять момент сильного задымления помещения, когда сложно найти место или оборудование, являющееся причиной задымления. При превышении данного порога чувствительности можно запрограммировать систему на отключение кондиционеров. Самую низкую чувствительность устанавливают для уровня задымленности помещения, когда предотвратить дальнейшее распространение пожара невозможно без систем активного пожаротушения. При достижении данного порога чувствительности программируется включение системы газового пожаротушения (рис. 4).

Включение систем пожаротушения - это второй этап предотвращения распространения пожара в дата-центре, когда развитие пожара уже невозможно остановить с помощью простых действий: отключив задымившийся сервер, системы кондиционирования и т.д. Для активного тушения пожара применяются, как правило, газовые системы пожаротушения, использующие два принципа организации пожаротушения в дата-центре. Первый - это общее газовое пожаротушение, когда проводится тушение общей площади ЦОДа. Второй - стоечное газовое пожаротушение, когда тушат отдельно взятую стойку. Последний принцип применяется для стоек с оборудованием особого назначения, когда потеря данных обойдется дороже установки и эксплуатации системы пожаротушения. Но это уже тема отдельной статьи.

  

К сожалению, у нас далеко не все так же понимают тех преимуществ, которые дают адресно-аналоговые системы, а некоторые вообще сводят их достоинства к "заботе о курильщиках". Поэтому давайте так же раз посмотрим, что же все-таки нам дают адресно-аналоговые системы.

Важно не только вовремя обнаружить, но и вовремя предупредить

Напомню, что различают три класса систем пожарной сигнализации: неадресные, адресные, адресно-аналоговые.

В неадресных и адресных системах "решение о пожаре" принимается непосредственно самим извещателем и затем передается на приемно-контрольный прибор.

Адресно-аналоговые системы являются по своей сути телеметрическими системами. На приемно-контрольный прибор передается значение контролируемого извещателем параметра (температура, задымленность в помещении). Приемно-контрольный прибор постоянно отслеживает состояние окружающей среды во всех помещениях здания и на основании этих данных принимает решение не только о формировании сигнала "Пожар", но и сигнала "Предупреждение". Особо подчеркнем, что "решение" принимает не извещатель, а приемно-контрольный прибор. Теория гласит, что если построить график интенсивности пожара в зависимости от времени, то он будет иметь вид типа параболы (рис. 1). На начальном этапе развития пожара его интенсивность невелика, затем она возрастает и далее наступает лавинообразный цикл. Если бросить непотушенный окурок в корзину с бумагами, сначала будет наблюдаться их тление с выделением дыма, затем появится пламя, оно перекинется на мебель и далее начнется интенсивное развитие пожара, с которым справиться уже непросто.

Получается, что если возгорание выявлено на ранней стадии, его легко ликвидировать с помощью стакана воды или обычного огнетушителя и ущерб от него будет минимален. Именно это и позволяют сделать адресно-аналоговые системы. Если, например, неадресный (или адресный) тепловой извещатель обеспечивает формирование сигнала "Пожар" при температуре 60 °С, то до достижения этого значения дежурный не видит на приемноконтрольном приборе никакой информации о том, что происходит в помещении. А все - таки это предполагает уже значительный очаг пожара. Аналогичная ситуация наблюдается и с дымовыми извещателями, где должен быть достигнут необходимый уровень задымленности.

Адресное не значит адресно-аналоговое

Адресно-аналоговые системы, постоянно контролируя состояние среды в помещении, немедленно выявляют начавшееся изменение температуры или задымленности и выдают дежурному предупреждающий сигнал. Поэтому адресно-аналоговые системы обеспечивают раннее обнаружение пожара. Это значит, что пожар легко ликвидировать с минимальным ущербом для здания.

Подчеркнем, что "водораздел" находится не м. неадресными системами, с одной стороны, и адресными и адресно-аналоговыми – с другой, а м. адресно-аналоговыми и остальными системами.

В реальных адресно-аналоговых приборах имеется принцип. возможность индивидуально задавать не только уровни формирования сигналов "Пожар" и "Предупреждение" для каждого извещателя, но и определять логику их совместной работы. Другими словами, мы получаем в руки инструмент, позволяющий оптимальным образом формировать систему раннего обнаружения пожара для каждого объекта с учетом его индивидуальных особенностей, т.е. мы имеем принцип. возможность оптимально строить систему пожарной безопасности объекта.

Попутно решается так же ряд важных задач, например контроль работоспособности извещателей. Так, в адресно-аналоговой системе в принципе не может быть неисправного извещателя, не выявленного приемно-контрольным прибором, так как все время извещатель должен передавать определенный сигнал. Если к этому добавить мощную самодиагностику самих извещателей, автоматическую компенсацию запыленности и выявление запыленных дымовых извещателей, то становится очевидным, что эти факторы только повышают эффективность адресно-аналоговых систем.

Основные особенности

Важным компонентом адресно-аналоговых приборов является построение шлейфов сигнализации. протокол работы шлейфа является ноухау фирмы и составляет коммерческую тайну. Вместе с тем именно он во многом определяет характеристики системы. изучим наиболее характерные особенности адресно-аналоговых систем.

Число извещателей в шлейфе

Обычно оно составляет от 99 до 128 и ограничено энергетическими возможностями организации питания извещателей. В ранних моделях адресация извещателей производилась с помощью механических переключателей, в более поздних моделях переключатели отсутствуют, а адрес заносится в энергонезависимую память датчика.

Кольцевой шлейф сигнализации

В принципе большинство адресноаналоговых приборов способны работать и с радиальным шлейфом. но есть вероятность "потерять" большое количество извещателей из-за обрыва шлейфа. Поэтому кольцевой шлейф – средство повышения живучести системы. При его обрыве прибор формирует соответствующее извещение, но обеспечивает работу с каждым полукольцом, сохраняя тем самым работоспособность всех извещателей.

Устройства локализации коротких замыканий

Это тоже средство повышения "живучести" системы. Обычно данные устройства устанавливаются через 20–30 извещателей. При коротком замыкании в шлейфе ток в нем возрастает, что фиксируется двумя устройствами локализации, и неисправный участок отключается. из строя выходит лишь сегмент шлейфа м. двумя устройствами локализации коротких замыканий, а вся остальная его часть остается работоспособной за счет кольцевой организации подключения.

В современных системах встроенным устройством локализации коротких замыканий оснащен каждый извещатель или модуль. При этом за счет существенного снижения цен на электронные компоненты стоимость датчиков фактически не увеличилась. Такие системы практически не страдают от коротких замыканий шлейфов.

Стандартный набор извещателей

Он, включает в себя дымовой оптоэлектронный, тепловой максимальной температуры, тепловой максимально-дифференциальный, комбинированный (дымовой плюс тепловой) и ручной извещатели. Этих извещателей обычно достаточно, чтобы защитить основные виды помещений в здании. Некоторые производители дополнительно предлагают и достаточно экзотические виды датчиков, например, адресно-аналоговый линейный извещатель, оптический дымовой извещатель для помещений с высоким уровнем загрязнения, оптический дымовой извещатель для взрывоопасных помещений и др. Все это расширяет сферу применения адресно-аналоговых систем.

Модули контроля неадресного подшлейфа

Они позволяют использовать неадресные извещатели. Это сокращает стоимость системы, но при этом, естественно, свойства, присущие адресно-аналоговой аппаратуре, теряются. В ряде случаев такие модули могут с успехом использоваться для подключения обычных линейных дымовых извещателей или создания взрывобезопасных шлейфов.

Модули управления и контроля

Они включаются непосредственно в шлейфы сигнализации. Обычно число модулей соответствует числу извещателей в шлейфе, а их адресное поле является дополнительным и не накладывается на адреса извещателей. В некоторых системах адресное поле извещателей и модулей является общим.

Общее количество подключенных модулей может составлять несколько сотен. Именно это свойство и позволяет на базе адресно-аналоговой системы пожарной сигнализации СПС осуществить интеграцию систем автоматической пожарной защиты здания (рис. 2).

При интеграции осуществляется управление исполнительными устройствами и контроль их срабатывания. Количество точек контроля и управления как раз и составляет несколько сотен.

Разветвленная логикаформирования управляющихсигналов

Это непременный атрибут адресноаналоговых приемно-контрольных приборов. Именно мощные логические функции обеспечивают построение единой системы автоматической пожарной защиты здания. Среди этих функций и логика формирования сигнала "Пожар" (например, по двум сработавшим извещателям в группе), и логика включения модуля управления (например, при каждом сигнале "Пожар" в системе или при сигнале "Пожар" в данной группе), и принцип. возможность задания временных параметров (например, при сигнале "Пожар" включить через время Т1 модуль управления М на время Т2). Все это позволяет эффективно строить на базе стандартных элементов даже мощные комплексы газового пожаротушения.

И не только раннее обнаружение

Сам принцип построения адресно-аналоговых систем позволяет помимо раннего обнаружения пожара получить так же ряд уникальных качеств, например, повышение помехоустойчивости системы. Поясним это на примере.

На рис. 3 представлены несколько последовательных циклов опроса (n) прибором теплового адресно-аналогового извещателя. Для простоты понимания по оси ординат отложим не длительность сигнала от извещателя, а сразу соответствующее ей значение температуры. Пусть на цикле опроса 4 прошел ложный сигнал от извещателя или искажение длительности ответа извещателя под воздействием электромагнитных помех что воспринятое прибором значение соответствует температуре 80 °С. по пришедшему ложному сигналу прибором должен быть сформирован сигнал "Пожар", т.е. произойдет ложное срабатывание аппаратуры.

В адресно-аналоговых системах этого можно избежать за счет введения алгоритма усреднения. Для примера введем усреднение по трем последовательным отсчетам. значение параметра для "принятия решения" о пожаре будет являться суммой значений по трем циклам, поделенной на 3:

• для циклов 1, 2, 3 Т=60:3=20 °С – ниже порога;
• для циклов 2, 3, 4 Т=120:3=40 °С – ниже порога;
• для циклов 3, 4, 5 Т=120:3=40 °С – ниже порога.

То есть при пришедшем ложном отсчете сигнал "Пожар" не сформирован. При этом хочется обратить особенное внимание на то, что поскольку "решение" принимает приемно-контрольный прибор, никакие пересбросы и перезапросы извещателей не нужны.

Заметим, что если пришедший сигнал не является ложным, значит на циклах 4 и 5 значение параметра соответствует 80 °С, то при данном усреднении сигнал будет сформирован, так как Т=180:3=60 °С, значит соответствует порогу формирования сигнала "Пожар".

Что в итоге?

Итак, мы убедились, что благодаря своим уникальным свойствам адресноаналоговые системы являются эффективным средством обеспечения пожарной безопасности объектов. Число извещателей в таких системах может составлять несколько десятков тысяч, что достаточно для самых грандиозных проектов.

Рынок адресно-аналоговых систем за рубежом за последние несколько лет имеет устойчивую тенденцию к росту. Доля адресно-аналоговых систем в общем объеме производства уверенно превысила 60%., массовый выпуск адресноаналоговых извещателей привел к снижению их стоимости, что явилось дополнительным стимулом к расширению рынка.

К сожалению, у нас доля адресно-аналоговых систем составляет по различным оценкам от 5 до 10%. Отсутствие системы страхования и действующие нормативы не способствуют внедрению качественной аппаратуры и часто применяется наиболее дешевая техника. Тем не менее определенные сдвиги уже наметились, и думается, что мы стоим на пороге кардинального изменения рынка. Только за последние годы стоимость оптического дымового адресно-аналогового извещателя в России уменьшилась примерно в 2 раза, что делает их более доступными. Без адресно-аналоговых систем немыслимо обеспечение безопасности высотных зданий, многофункциональных комплексов и ряда других категорий объектов.

Данная система предназначена для обнаружения начальной стадии пожара, передачи извещения о месте и времени его возникновения и при необходимости включения автоматических систем пожаротушения и дымоудаления.

Эффективной системой оповещения пожарной опасности является применение систем сигнализации.

Система пожарной сигнализации должна:

* - быстро выявить место возникновения пожара;

* - надёжно передавать сигнал о пожаре на приёмно-контрольное устройство;

* - преобразовывать сигнал о пожаре в форму, удобную для восприятия персоналом охраняемого объекта;

* - оставаться невосприимчивой к влиянию внешних факторов, отличающихся от факторов пожара;

* - быстро выявлять и передавать извещение о неисправностях, препятствующих нормальному функционированию системы.

Средствами противопожарной автоматики оборудуют производственные здания категорий А, Б и В, а также объекты государственной важности.

Система пожарной сигнализации состоит из пожарных извещателей и преобразователей, преобразующих факторы появления пожара (тепло, свет, дым) в электрический сигнал; прёмно- контрольной станции, передающей сигнал и включающей световую и звуковую сигнализацию; а также автоматические установки пожаротушения и дымоудаления.

Обнаружение пожаров на ранней стадии облегчает их тушение, что во многом зависит от чувствительности датчиков.

Автоматические системы пожаротушения

Автоматические системы пожаротушения предназначены для тушения или локализации пожара. Одновременно они должны выполнять и функции автоматической пожарной сигнализации.

Установки автоматического пожаротушения должны отвечать следующим требованиям:

* - время срабатывания должно быть меньше предельно допустимого времени свободного развития пожара;

* - иметь продолжительность действия в режиме тушения, необходимую для ликвидации пожара;

* - иметь необходимую интенсивность подачи (концентрацию) огнетушащих веществ;

* - надёжность функционирования.

В помещениях категорий А, Б, В применяются стационарные установки пожаротушения, которые подразделяются на аэрозольные (галоидоуглеводородные), жидкостные, водяные (спринклерные и дренчерные), паровые, порошковые.

Наибольшее распространение в настоящее время приобрели спринклерные установки для тушения пожаров распылённой водой. Для этого под потолком монтируется сеть разветвлённых трубопроводов, на которых размещают сприклеры из расчёта орошения одним спринклером от 9 до 12м 2 площади пола. В одной секции водяной системы должно быть не менее 800 спринклеров. Площадь пола, защищаемая одним спринклером типа СН-2, должна быть не более 9м 2 в помещениях с повышенной пожарной опасностью (при количестве горючих материалов более 200кг на 1м 2 ; в остальных случаях - не более 12м 2 . Выходное отверстие в спринклерной головке закрыто легкоплавким замком (72°С, 93°С, 141°С, 182°С), при расплавлении которого вода разбрызгивается, ударяясь о дефлектор. Интенсивность орошения площади составляет 0,1л/с м 2

Спринклерные сети должны находиться под давлением, способным подать 10л/с. Если при пожаре вскрылся хотя бы один спринклер, то подаётся сигнал. Контрольно-сигнальные клапаны располагаются на заметных и доступных местах, причём к одному контрольно-сигнальному клапану подключают не более 800 спринклеров.

В пожароопасных помещениях рекомендуется подавать воду сразу по всей площади помещения. В этих случаях применяют установки группового действия (дренчерные). Дренчерные - это спринклеры без плавких замков с открытыми отверстиями для воды и других составов. В обычное время выход воды в сеть закрыт клапаном группового действия. Интенсивность подачи воды 0,1л/с м 2 и для помещений повышенной пожарной опасности (при количестве сгораемых материалов 200кг на 1м 2 и более) - 0,3л/с м 2 .

Расстояние между дренчерами не должно превышать 3м, а между дренчерами и стенами или перегородками - 1,5м. Площадь пола, защищаемая одним дренчером, должна быть не более 9м 2 . В течение первого часа тушения пожара должно подаваться не менее 30л/с

Установки позволяют осуществлять автоматическое измерение контролируемых параметров, распознавание сигналов при наличии взрывопожароопасной ситуации, преобразование и усиление этих сигналов, и выдачу команд на включение исполнительных приспособлений защиты.

Сущностью процесса прекращения взрыва является торможение химических реакций путём подачи в зону горения огнетушащих составов. Возможность прекращения взрыва обусловлена наличием некоторого промежутка времени от момента возникновения условий взрыва до его развития. Этот промежуток времени, условно названный периодом индукции (ф инд), зависит от физико-химических свойств горючей смеси, а также от объёма и конфигурации защищаемого аппарата.

Для большинства горючих углеводородных смесей ф инд составляет порядка 20% от общего времени взрыва.

Для того чтобы автоматическая система противовзрывной защиты отвечала своему назначению, должно выполняться следующее условие: Т АСПВ < ф инд, то есть, время срабатывания защиты должно опережать время индуктивного периода.

Условия безопасного применения электрооборудования регламентируется ПУЭ. Электрооборудование подразделяют на взрывозащищённое, пригодное для пожароопасных зон, и нормального выполнения. Во взрывоопасных зонах позволяется применять только взрывозащищённое электрооборудование, дифференцированное по уровням и видам взрывозащиты, категориям (характеризующиеся безопасным зазором, то есть максимальным диаметром отверстия, через которое пламя данной горючей смеси не способно пройти), группам (которые характеризуются Т с данной горючей смеси).

Во взрывоопасных помещениях и зонах внешних установок применяют специальное электроосветительное оборудование, выполненное в противовзрывном варианте.

Дымовые люки

Дымовые люки предназначены для обеспечения незадымляемости смежных помещений и уменьшения концентрации дыма в нижней зоне помещения, в котором возник пожар. Открыванием дымовых люков создаются более благоприятные условия для эвакуации людей из горящего здания, облегчается работа пожарных подразделений по тушению пожара.

Для удаления дыма в случае пожара в подвальном помещении нормы предусматривают устройство окон размером не менее 0,9 х 1,2м на каждые 1000м 2 площади подвального помещения. Дымовой люк обычно перекрывается клапаном.

В Российской Федерации ежедневно происходит около 700 пожаров, на которых погибает более 50 человек. Поэтому сохранение жизни людей остается одной из важнейших задач всех систем безопасности. В последнее время все больше обсуждается тема раннего обнаружения пожара.

Разработчики современной противопожарной техники соревнуются в повышении чувствительности пожарных извещателей к основным признакам пожара: теплу, оптическому излучению от пламени и концентрации дыма. В этом направлении проводится огромная работа, но все пожарные извещатели срабатывают, когда хотя бы небольшой пожар уже возник. И мало кто обсуждает тему обнаружения возможных признаков пожара. Однако приборы, которые могут регистрировать не пожар, а лишь угрозу или вероятность появления пожара, уже разработаны. Это – газовые пожарные извещатели.

Сравнительный анализ

Известно, что пожар может возникнуть как от внезапной аварийной ситуации (взрыв, короткое замыкание), так и при постепенном накоплении опасных факторов: скоплении горючих газов, паров, перегрева вещества выше точки воспламенения, тления изоляции проводов электрокабелей от перегрузки, гниения и разогрева зерна и т.п.

На рис. 1 представлен график типичной реакции газового пожарного извещателя на пожар, начинающийся с горящей сигареты, упавшей на матрас. Из графика видно, что газовый извещатель реагирует на монооксид углерода через 60 мин. после попадания горящей сигареты на матрас, в этом же случае фотоэлектрический дымовой извещатель реагирует через 190 мин., ионизационный дымовой – через 210 мин., что значительно увеличивает время для принятия решения об эвакуации людей и ликвидации очага пожара.

Если фиксировать комплекс параметров, который может привести к началу пожара, то можно (не дожидаясь появления пламени, дыма) изменить обстановку и избежать пожара (аварии). При раннем получении сигнала от газового пожарного извещателя обслуживающий персонал успеет предпринять меры к ослаблению или устранению фактора угрозы. Например, это может быть проветривание помещения от горючих паров и газов, при перегреве изоляции – выключение питания кабеля и переход на использование резервной линии, при коротком замыкании на электронной плате вычислительных и управляемых машин – тушение локального пожара и удаление неисправного блока. Таким образом, именно человек принимает окончательное решение: вызывать пожарную охрану или устранять аварию своими силами.

Виды газовых извещателей

Все газовые пожарные извещатели различаются по типу сенсора:
- металлооксидные,
- термохимические,
- полупроводниковые.

Металлооксидные сенсоры

Изготавливаются металлооксидные сенсоры на основе толстопленочной микроэлектронной технологии. В качестве подложки используется поликристаллическая окись алюминия, на которую с двух сторон наносятся нагреватель и металлооксидный газочувствительный слой (рис. 2). Чувствительный элемент помещен в корпус, защищенный проницаемой для газа оболочкой, удовлетворяющей всем требованиям взрывопожаробезопасности.

Металлооксидные сенсоры предназначены для определения концентраций горючих газов (метан, пропан, бутан, водород и т.д.) в воздухе в интервале концентраций от тысячных до единиц процентов и токсичных газов (СО, арсин, фосфин, сероводород и т.д.) на уровне предельно допустимых концентраций, а также для одновременного и селективного определения концентраций кислорода и водорода в инертных газах, например в ракетной технике. Кроме того, они имеют рекордно низкую для своего класса электрическую мощность, необходимую для нагрева (менее 150 мВт), и могут применяться в сигнализаторах утечки газов и системах противопожарной сигнализации как стационарных, так и носимых.

Термохимические газосигнализаторы

Среди методов, применяемых для определения концентрации в атмосферном воздухе горючих газов или паров горючих жидкостей, используется термохимический метод. Его сущность заключается в измерении теплового эффекта (дополнительного повышения температуры) от реакции окисления горючих газов и паров на каталитически активном элементе датчика и дальнейшем преобразовании полученного сигнала. Датчик сигнализатора, используя этот тепловой эффект, формирует электрический сигнал, пропорциональный концентрации горючих газов и паров с различными коэффициентами пропорциональности для различных веществ.

При горении различных газов и паров термохимический датчик выдает сигналы, разные по величине. Одинаковым уровням (в % НКПР) различных газов и паров в воздушных смесях соответствуют неравные выходные сигналы датчика.

Термохимический датчик не избирателен. Его сигнал характеризует уровень взрывоопасности, определяемый суммарным содержанием горючих газов и паров в воздушной смеси.

В случае контроля совокупности компонентов, в которой содержание отдельных, заранее известных горючих компонентов колеблется от нуля до какой-то концентрации может привести к погрешности контроля. Такая погрешность существует и при нормальных условиях. Этот фактор необходимо учитывать для задания границ диапазона сигнальных концентраций и допуском на их изменение – пределом допускаемой основной абсолютной погрешности срабатывания. Пределы измерения сигнализатора – это наименьшее и наибольшее значение концентрации определяемого компонента, в рамках которых сигнализатор осуществляет измерение с погрешностью, не превышающей заданную.

Описание измерительной схемы

Измерительная схема термохимического преобразователя представляет собой мостовую схему (см. рис. 2). Чувствительный В1 и компенсирующий В2 элементы, расположенные в датчике, включены в мостовую схему. Вторая ветвь моста – резисторы R3–R5 находятся в блоке сигнализации соответствующего канала. Мост балансируется резистором R5.

При каталитическом горении воздушной смеси горючих газов и паров на чувствительном элементе В1 происходит выделение тепла, увеличение температуры и, следовательно, увеличение сопротивления чувствительного элемента. На компенсирующем элементе В2 горения не происходит. Сопротивление компенсирующего элемента изменяется при его старении, изменении тока питания, температуры, скорости движения контролируемой смеси и т.п. Эти же факторы действуют и на чувствительный элемент, что значительно уменьшает вызванный ими разбаланс моста (дрейф нуля) и погрешность контроля.

При стабильном питании моста, стабильной температуре и скорости контролируемой смеси разбаланс моста со значительной степенью точности является результатом изменения сопротивления чувствительного элемента.

В каждом канале устройство питания моста датчика обеспечивает регулированием тока постоянную оптимальную температуру элементов. В качестве датчика температуры, как правило, используется сам же чувствительный элемент В1. Сигнал разбаланса моста снимается с диагонали моста ab.

Полупроводниковые газовые сенсоры

Принцип действия полупроводниковых газовых сенсоров основан на изменении электропроводности полупроводникового газочувствительного слоя при химической адсорбции газов на его поверхности. Этот принцип позволяет эффективно использовать их в приборах пожарной сигнализации как альтернативные устройства традиционным оптическим, тепловым и дымовым сигнализаторам (извещателям), в том числе содержащим радиоактивный плутоний. А высокую чувствительность (для водорода от 0,00001% объемного), селективность, быстродействие и дешевизну полупроводниковых газовых сенсоров следует рассматривать как основное их преимущество перед другими типами пожарных извещателей. Используемые в них физико-химические принципы детектирования сигналов сочетаются с современными микроэлектронными технологиями, что обуславливает низкую стоимость изделий при массовом производстве и высокие технические характеристики.

Полупроводниковые газочувствительные сенсоры – это высокотехнологичные элементы с низким энергопотреблением (от 20 до 200 мВт), высокой чувствительностью и увеличенным быстродействием до долей секунд. Металлооксидные и термохимические сенсоры являются слишком дорогостоящими для такого использования. Внедрение в производство газовых пожарных извещателей на основе полупроводниковых химических сенсоров, изготавливаемых по групповой технологии, позволяет намного снизить стоимость газовых извещателей, что немаловажно для массового применения.

Нормативные требования

Нормативные документы на газовые пожарные извещатели еще не разработаны в полной мере. Имеющиеся ведомственные требования РД БТ 39-0147171-003-88 распространяются на объекты нефтяной и газовой промышленности. В НПБ 88-01 по размещению газовых пожарных извещателей сказано, что их следует устанавливать в помещениях на потолке, стенах и других строительных конструкциях зданий и сооружений в соответствии с инструкцией по эксплуатации и рекомендациями специализированных организаций.

Однако в любом случае, для того чтобы точно рассчитать количество газовых извещателей и правильно произвести их установку на объекте, предварительно необходимо знать:
- параметр, по которому контролируется безопасность (тип газа, который выделяется и свидетельствует об опасности, например CO, CH4, H2 и т.д.);
- объем помещения;
- назначение помещения;
- наличие систем вентиляции, подпора воздуха и т.д.

Резюме

Газовые пожарные извещатели – это приборы следующего поколения, и поэтому они еще требуют от отечественных и зарубежных компаний, занимающихся противопожарными системами, новых научно-исследовательских изысканий по разработке теории газовыделения и распространения газов в помещениях разных по назначению и эксплуатации, а также проведению практических экспериментов для разработки рекомендаций по рациональному размещению таких извещателей.