Сверхраннее обнаружение дыма. Новые возможности

Опубликовано пользователем Людмила Селецкая,
Avtoritet.net

Саутин Игорь Георгиевич, директор ООО «Конструкторское бюро «МЕТРОСПЕЦТЕХНИКА»

В статье «Концепция построения безопасной противопожарной автоматики» («Алгоритм безопасности». 2015. №4) уже был представлен новый принцип работы точечного пожарного дымового оптико-электронного извещателя, использующего для обнаружения дыма метод поглощения света так, как это реализуется у линейных пожарных извещателей, только в отличие от них при очень малом расстоянии между излучателем и приемником сигнала. В процессе работы над этим извещателем были обнаружены его дополнительные и очень интересные особенности, о которых и пойдет речь в данном материале.

В настоящее время сверхраннее обнаружение дыма может обеспечиваться только аспирационными пожарными извещателями. Однако высокая первоначальная стоимость этих изделий, специфический монтаж и дорогостоящее техническое обслуживание существенно сокращают возможности их эффективного применения. В то же время исследование дополнительных возможностей нового класса пожарных извещателей (ИП), использующих не классическую технологию обнаружения дыма методом рассеяния, а методом анализа поглощения света, позволило реализовать ранее недоступную функцию - обнаружение сверхранних признаков дыма на принципе выделения модуляции светового потока.

Изучение распространения дыма на ранних стадиях развития пожаров подтвердило, что практически всегда имеется начальная фаза его «клубления». Это происходит из-за неоднородного характера процесса формирования частиц дыма при тлении или возгорании, а также их дальнейшего неравномерного перемешивания с массами воздуха. С точки зрения физики можно говорить о возникновении распределенной пространственной структуры с неравномерной оптической плотностью, перемещающейся в пространстве. Другими словами, при появлении дыма относительно неподвижной точки наблюдения всегда будет формироваться переменный оптический сигнал, который можно выделить простейшим оптико-электронным преобразователем и передать в микропроцессор для дальнейшей обработки. Получаемый электрический сигнал имеет вполне конкретные индивидуальные спектрально-временные характеристики, что позволяет методом математической обработки гарантированно выделить его среди других видов внешних воздействий. Фактически, с точки зрения электроники, - это технология анализа параметров амплитудной модуляции сигнала. На практике, при уровнях сигнала, незначительно превышающих шумовой спектр измерений, оказалось возможным получить абсолютно достоверную информацию о появлении дыма. Дополнительно имеется возможность увеличить эффективность и достоверность этого метода, наблюдая за изменением оптической плотности одновременно в нескольких близкорасположенных точках пространства. Достигнутые на сегодняшний день результаты уже однозначно говорят о возможности создания очень простых пожарных извещателей сверхраннего обнаружения дыма на основе предлагаемой технологии.

К сожалению, существующие классические точечные дымовые пожарные извещатели перестроить на вышеуказанный алгоритм работы не представляется возможным. Причина заключается в их конструктивных особенностях, а именно в обязательном наличии закрытой от внешних источников света измерительной камеры. Дело в том, что при прохождении дыма через световые лабиринты происходит принудительное перемешивание и демпфирование воздушного потока, что вызывает резкое уменьшение полезной информации о «клублении» дыма, а также происходит существенное изменение его частотных свойств. При этом практически полностью теряется динамическая составляющая сигнала прохождения дыма, и он превращается в усредненное значение оптической плотности, которое возможно использовать только для вычисления статического уровня задымленно-сти. Кроме того, как это ни покажется странным, но конструкции всех классических пожарных извещателей создают очень сильное аэродинамическое сопротивление проникновению дыма в свою измерительную камеру. Сначала на пути дыма встает барьер в виде электростатического потенциала наэлектризованного пластмассового корпуса, который отталкивает одноименно заряженные частицы дыма. Далее воздушный поток тормозится мелкоячеистой защитной сеткой от биологических объектов. На финише, для попадания в измерительную камеру, дыму необходимо преодолеть мощное аэродинамическое сопротивление двух световых лабиринтов, которые также имеют свой электростатический потенциал. В такой ситуации становится понятным наличие некоторых уловок в сертификационных требованиях при испытании пожарных извещателей в стационарной дымовой камере, а именно - проверка чувствительности ИП осуществляется обязательно при наличии достаточно мощного воздушного потока, который принудительно заталкивает дым в измерительную камеру. Примерно то же самое происходит при огневых испытаниях, где создается тестовый пожар большой тепловой мощности с сильными восходящими воздушными потоками. Другими словами, абсолютно все классические дымовые пожарные извещатели оказываются не в состоянии обнаруживать малые концентрации дыма, когда кинетическая энергия его частиц относительно мала. Таким образом, сверхраннее обнаружение дыма не может быть реализовано на основе традиционных технологий.

Некоторое исключение здесь могут составлять бескамерные пожарные извещатели с открытой виртуальной измерительной камерой, однако они имеют ряд существенных эксплуатационных недостатков, которые ограничивают их применение. Работая на принципах рассеивания света, такие ИП собирают информацию об оптической плотности дыма с достаточно большого объема, который определяется виртуальным пересечением диаграмм направленности оптических элементов. При этом происходит усреднение и, соответственно, ослабление динамических характеристик полезного сигнала «клубления» дыма, то есть возможная чувствительность сверхраннего обнаружения дыма в пожарных извещателях этого типа существенно ограничивается.

Рис. 1. Динамический сигнал при горении ПВХ-изоляции

Рис. 2. Динамический сигнал при тлении х/б фитиля

Рис. 3. Динамический сигнал при тлении бука

Графики на рисунках 1-3 наглядно демонстрируют динамические характеристики модуляции дымов разных типов при проведении огневых испытаний в камере ВНИИПО. Данные получены от нового пожарного извещателя с периодом опроса 1 секунда. Здесь хорошо видны большие возможности для математической обработки получаемых результатов измерения с целью сверхраннего обнаружения дыма при одновременном блокировании ложных срабатываний.

Дальнейшее развитие предлагаемой технологии предусматривает добавление новых параметров для анализа пожароопасных ситуаций. Проводимые сейчас исследования говорят о значительном вкладе в поведение дыма таких факторов, как влажность воздуха и атмосферное давление, которые необходимо учитывать в будущем для улучшения параметров пожарных систем. Также предполагается введение многоспектрального анализа состава дыма, поскольку современные технологии уже позволяют проводить измерение его параметров в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового спектра.

Практическое применение предлагаемого метода наиболее интересно в части пожарной защиты закрытых объемов, в которых отсутствует принудительная конвекция воздушных потоков. Примером здесь могут служить шкафы электрооборудования, в которых существующие пожарные извещатели могут обнаруживать пожар по критерию уровней задымления с большой задержкой, что может оказаться неприемлемым. Так, при выявлении первых признаков дыма может формироваться команда на отключение наиболее опасных с точки зрения развития пожарной ситуации силовых цепей электрооборудования и продолжение дальнейшего мониторинга защищаемого объекта. Кроме того, имеется еще одно интересное направление использования новой технологии, которое заключается в создании приборов контроля курения в запрещенных местах. Проведенные испытания подтверждают наличие значительных преимуществ при ее использовании в части скорости обнаружения дыма и эффективности применения по сравнению с детекторами курения, использующими электрохимические газоанализаторы, которые наиболее часто используются в таких изделиях.

Подводя итог, можно говорить о достаточном уровне готовности предлагаемой технологии для закрепления требований ее применения на законодательном уровне, так как это существенно увеличит возможности и безопасность пожарных систем нового поколения.

Подписывайтесь на рассылку Новости СМИ.

  • В отличие от точечных и линейных аспирационные дымовые извещатели не имеют нормативного ограничения на максимальный уровень чувствительности, а их принцип действия и конструктивные особенности позволяют эффективно защитить самые сложные объекты. Например, зоны с высокими скоростями воздушных потоков, запотолочные и подпольные пространства с экстремально высокими или низкими температурами, пыльные и взрывоопасные зоны, помещения с ограниченным доступом, помещения с высокими потолками, куполообразной формы, с балками и т. д. Возможна скрытая установка труб в запотолочном пространстве, в строительных конструкциях или в декоративных элементах помещения с прозрачными капиллярными трубками для образования выносных воздухозаборных точек.

  • В статье описаны ситуации, когда обнаружение дыма никакими другими способами, кроме применения аспирационных систем, не может быть реализовано. А также на специфических объектах, где другие способы не отвечают самому принципу пожарной безопасности из за невозможности обеспечить не только раннее, но и просто разумное время обнаружения пожара. Некоторые условия эксплуатации создают нерешаемые проблемы для точечных и линейных дымовых пожарных извещателей, но не являются препятствием работы для аспирационных извещателей.

  • Дымовые пожарные извещатели широко используются во всем мире для защиты от пожара. Они обеспечивают раннее обнаружение на этапе тления очага. В отличие от тепловых извещателей дымовые реально защищают жизнь людей, обнаруживая пожароопасную ситуацию до заполнения помещения дымом и ядовитыми газами. Недостаток простейших дымовых извещателей - это ложные тревоги от пыли, пара, аэрозолей и т. д. В настоящее время для защиты от этих воздействий разработаны и используются на практике различные технологии, одна из которых - идентификация дыма по размеру частиц. Этот способ основан на зависимости уровня сигнала от длины волны излучателя и реализуется при работе одновременно в двух диапазонах.

  • Было бы все просто, если бы где-то можно было взять книгу, посвященную ИПДОТ, в которой изложено все, что с ним связано. Прочитали и сразу во всем разобрались. Но такой книги в природе не существует, ее пока никто не написал и вряд ли будет писать. Вместо нее есть только отдельные статьи разных лет, разбросанные по разным журналам.
    В данной статье я попытаюсь обобщить в кратком виде основные проблемы ИПДОТ, поднятые в разное время разными авторами, т.е. свести все, что уже опубликовано, в одно место, а заодно и напомнить об этих материалах.

  • Взрывоопасные зоны присутствуют не только на специализированных производствах, практически на каждом промышленном объекте есть взрывоопасные зоны. Очевидно, уровень защиты взрывоопасных зон должен быть не ниже, чем защита обычных зон. Однако часто взрывоопасные зоны защищаются малоэффективными тепловыми пороговыми извещателями, что обосновывается сложными условиями эксплуатации. Во взрывоопасной среде, задолго до прогнозируемого срабатывания теплового извещателя, от открытого очага произойдет взрыв, да и в отсутствии взрывоопасной среды в зоне класса 2 сигнал «Пожар» будет сформирован при величине очага значительных размеров.

  • Последняя итерация извещателя ИП 212-3СУ – это воплощение 20-летнего опыта конструирования и эксплуатации пожарных извещателей.Новая модель защищена патентами на промышленный образец «Извещатель пожарный» № 83228 от 29 июня 2011 г. и на полезную модель «Оптический датчик дыма» № 122510 от 05 июля 2012 г.

  • Дымовые оптико-электронные пожарные извещатели широко используются для защиты от пожара. Они обеспечивают раннее обнаружение пожара на этапе тления очага и по НПБ110-03 должны использоваться для защиты большинства объектов

  • Дымовые пожарные извещатели стали привычным дополнением к интерьеру во всех зданиях. Они должны срабатывать при появлении дыма, благодаря чему имеется возможность обеспечить эвакуацию людей в безопасную зону при пожаре. В отличие от тепловых извещателей и извещателей пламени, дымовые извещатели (по зарубежной терминологии – детекторы) срабатывают на этапе тления и в какой-то мере могут предотвратить отравление угарным газом. На нашем рынке представлен большой выбор отечественных дымовых пожарных извещателей по ГОСТ Р 53325–2009 и зарубежных дымовых детекторов по европейскому стандарту EN 54-7. Различия между зарубежными детекторами и большинством отечественных извещателей видны невооруженным глазом, причем не только по качеству пластика и дизайну, но и по конструкции, размерам и, конечно же, цене. Однако основные параметры, которые определяют скорость обнаружения очагов различного типа, практически не учитываются при выборе типа дымового извещателя.

  • Компания «ДЕАН» представляет продукцию предприятия «АРТОН», которая давно известна в России, причем с хорошей стороны. Номенклатура постоянно обновляется и расширяется, в настоящее время доступно более сорока наименований изделий охранно-пожарного назначения производства «Артон». Это извещатели дымовые точечные, автономные, двухточечные (на два объема) и линейные, тепловые максимальные и с дифференциальной характеристикой и ручные извещатели, модули согласования шлейфов и т.д.