20.02.2008. Дымовые пожарные извещатели - работа и перспективы

Основная нагрузка в оповещении операторов противопожарной системы о возникновении возгорания ложится сегодня на дымовые пожарные извещатели согласно нормативному документу НПБ 110-03 они должны быть на большинстве объектов, на которых происходит трудовая, учебная и иная деятельность коллектива людей. Но инсталляторы не слишком любят дымовые извещатели за ненадежную работу: большой процент срабатываний оказывается ложным. А ведь ложный сигнал о начале возгорания может принести много вреда. Для того чтобы сделать работу противопожарных систем более надежными, новый правовой документ НПБ 88-2001* (пункт 13.1) закрепляет положение о том, что тревожные сигналы начинают раздаваться только после срабатывания двух и более извещателей. Согласно пункту 13.3 в каждом помещении должно быть не менее трех дымовых извещателей на случай выхода части оборудования из строя. Однако использование большого количества извещателей неэстетично, дорого и трудоемко для инсталляции. Правда, из этого правила есть исключения, отраженные в пункте 13.2: сигналы управления СОУЭ 1,2 и 3-го типов (указанные в НПБ 104) могут быть инициированы срабатыванием одного извещателя. Документом рекомендовано использование в этом случае оборудования с высокой надежностью. Сегодня достаточно сложно уберечь дымовой извещатель но ложных срабатываний: большое количество электромагнитных помех, производимое сотовыми телефонами и вышками мобильной связи, негативно влияет на надежность пожарных датчиков. Дл того, чтобы защитить фотодиода и электронную схему извещателя, надо приложить немало усилий и обязательно применять оборудование соответствующее стандартам Европы. Однако оптические датчики порой срабатывают даже вследствие бытовых причин: приготовление пищи, испарения, искусственный дым на музыкальных шоу, сварка т.п. Поэтому многие инсталляторы с сожалением отказываются от дымовых извещателей и вынужденно переходят на низкоэффективные тепловые. В гостиничных комплексах, где требованиями предписано использование либо чисто дымовых, либо комплексных тепло-дымовых датчиков, посетителям рекомендуется обязательно зарывать дверь ванной при приеме водных процедур. Для примера: в Англии за 2004 год было зафиксировано около 280 тысяч ложных срабатываний датчиков, приводящих к ложным пожарным тревогам, которые нарушают режим работы предприятия или учреждения, приводят к затратам материальных и человеческих ресурсов и т.п. Поэтому в зарубежной практике проблеме ложных срабатываний посвящено множество исследований. Выявлено, что комбинированные пожарные извещатели, которые срабатывают только после обнаружения нескольких признаков пожара, конечно, более скрупулезно выявляют возгорания, но не менее, чем простые, подвержены ложным срабатываниям. Однако обнаружение нескольких признаков пожара по логике совокупности не дает уверенности в однозначном обнаружении возгорания: ведь тлеющее возгорание или стремительно развивающиеся возгорания с большим выделением тепла часто превышают допустимое пороговое значение, установленное в дымово-тепловом извещателе, только по одному из показателей. Срабатывание извещателя по совокупности обнаруженных факторов в этом случае было бы невозможным, несмотря на явное наличие пожара и необходимость формирования сигнала тревоги. Однако производители противопожарных систем активно взялись за исследования, имеющие своей целью создание принципиально нового, более надежного оборудования систем оповещения и управления эвакуацией. В частности. Это эксперименты тестового рода, которые моделировали ситуацию возникновения возгорания в помещениях с различной площадью и различной обстановкой, в частности, промышленных или бытовых условиях и т.п., которые могут заставить извещатель сработать. О результатах мы поговорим подробнее чуть позже. Европейские сертификационные испытания с целью проконтролировать надежность срабатываний дымовых датчиков проходят по четырем видам очагов возгорания согласно стандарту EN54-7. такие тесты помогают определить, насколько эффективным оказывается датчик в плане обнаружения очага возгорания и дымов различного происхождения на начальной стадии пожара. Российский же ГОСТ 1996 года выпуска (ГОСТ Р 50898-96 «Извещатели пожарные. Огневые испытания») содержит аналогичные европейскому стандарты тестирования по условным очагам. Однако, как ни странно, этот ГОСТ не является обязательным при сертификации российских дымовых извещателей, хотя пункт 4.1.13 из НПБ 65-97 «Извещатели пожарные дымовые оптико-электронные. Общие технические требования. Методы испытаний» содержит следующее указание: «Оптические извещатели должны соответствовать ГОСТ Р 50898», а пункт 5.10 НПБ 81-99 «Извещатели пожарные дымовые радиоизотопные. Общие технические требования. Методы испытаний» гласит, что «Радиоизотопные извещатели должны быть классифицированы по чувствительности к дымам различной природы в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50898». Естественно, что отсутствие стандартизации при сертификации ставит качество отечественных дымовых датчиков под сомнение. Стандарт EN54-7 предписывает следующее виды тестовых очагов для точечных дымовых извещателей: TF2, или тление древесины; TF3, или тление хлопка; TF4, или горение полиуретана; TF5, или горение гептана. Тестовые очаги представляют собой небольшого размера и определенной конструкции сооружение, которое состоит из указанного в стандарте материала. Например, тестовый очаг TF2 формируется из десяти буковых брусков, влажность древесины которого около пяти процентов. Размеры брусков - 75 на 25 на 20 миллиметров. Их особым образом располагают на нагретой поверхности электроплитки мощностью около 2 киловатт с диаметром горелки 220 миллиметров. Тестовый очаг TF3 состоит из 90 хлопковых фитилей, которые обладают длиной 800 миллиметров и весят около трех граммов штука. Они прикрепляются к кольцу диаметром 100 миллиметров, собираются на конце в пучок и подвешиваются на штативе. После концы пучка поджигают и задувают так, чтобы они тлели. Тестовый очаг TF4 представляет собой 3 пенополиуретановых неогнестойких мата, плотность которых составляет 20 кг/м3, а линейные размеры 500 на 500 на 20 миллиметров каждый. Маты укладываются «бутербродиком» один на другой и поджигаются с помощью 50-миллиметровой в диаметре плошки со спиртом (5 мл), которая помещается под одним из углов первого мата. Тестовый очаг TF5 представляет собой квадратный стальной поддон 330 на 330 на 5 миллиметров, в который засыпано 650 граммов n-гептана. Содержимое воспламеняют с помощью искрового разряда или открытого пламени. К помещениям, в которых проводятся тестовые испытания, также применяются специальные требования. Согласно им высота потолков в них должна быть 4 метра, а общая площадь – 70 квадратных метров. Тестовый очаг должен размещаться строго по центру помещения. Подвергаемые исследованиям точечные извещатели и приборы, замеряющие показатели относительной оптической плотности среды, температуры и концентрацию продуктов горения располагаются по окружности диаметром в 3 метра от центра очага в сегменте 60 градусов. Комплексные пожарные извещатели испытываются также по не вошедшим в ранее указанную классификацию дополнительным тестовым очагам TF1 (горение древесины) и TF6 (горение спирта). Первый из них представляет собой уложенные в семь слоев 70 брусков из бука размерами 250 на 20 на 10 миллиметров на основании 500 на 500 миллиметров, поджигаемые так же, как очаг TF4 в центре штабеля. Тестовый очаг TF6 – два литра медицинского спирта в той же емкости и поджигаемый тем же способом, что и очаг TF5. В итоге открытые очаги (TF1,4,5) выделяют тепло и невидимые высококонцентрированные мини-частицы, а тлеющие очаги TF2 и TF3 частицы большего размера и лучше видны, однако тепла почти нет. При сгорании очага TF6 выделяется только тепло. В плане выделения таких продуктов горения, как газы CO или CO2, которые может обнаружить прибор в ходе тестирования, то их число даже после окончательного прогорания всех тестовых очагов не превышает норм по стандарту EN54-7, то есть использование чисто газового датчика неэффективно. То есть возгорание размером с тестовый пожар таким датчиком засечено не будет, что абсолютно недопустимо. Согласно НПБ 71-98 «Извещатели пожарные газовые. Общие технические требования. Методы испытаний» концентрация газа СО, на которую среагирует газовый извещатель, должна быть в диапазоне 20-80 ррm, а газа СО2 – 1000-1500 ррm. При таком уровне чувствительности газовый датчик уловит только СО от тестового очага TF3 (тление хлопка), а датчик, регистрирующий появление СО2, - очаги TF1 (горение древесины) и TF5 (горение гептана), а также очаг TF6 (горение спирта). При этом в сравнении с дымовыми радиоизотопными и оптико-электронными извещателями, срабатывающими гораздо раньше, чем прогорит весь очаг TF2 - TF5, то есть при значительно меньшей концентрации СО и СО2, газовые датчики однозначно проигрывают. Зато дополнительный контроль состава газа помогает не допустить ложные срабатывания в результате распространения искусственного дыма, используемого в шоу, и пара. Также определить, очаг возгорания это или помеха, можно с помощью инфракрасного излучения. Например, свечение сварки образует отдельные импульсы с высокой амплитудой, а очаг горения гептана характеризуется совсем невысокими показателями, которые постепенно увеличиваются. А в случае, когда горят продукты нефтяного производства или углеводороды, в инфракрасном спектре видны низкочастотные мерцающие вспышки пламени в интервале от 1 до 10 килогерц. После анализа различного типа очагов и помех, приводящих к ложным срабатываниям пожарных датчиков, было определено, что эффективно отделить настоящее возгорание от воздействий помеховых факторов можно только с помощью анализа четырех характеристик окружающей среды: температуры, оптической плотности, инфракрасного спектра и концентрации монооксида углерода (СО). Современные модели адресно-аналоговых дымовых извещателей могут производить анализ оптической плотности по дымовому и температуры по тепловому каналам, однако в них не имеется аппаратных средств для измерения количества в среде СО и анализа инфракрасного излучения. При этом извещатели не должны увеличиваться в размерах и использовать для питания как можно меньше энергии. Чтобы чувствительный элемент, улавливающий уровень СО в воздухе работал исправно, его необходимо защитить от паров воды, этанола, газов SO2 и NO2. для этого производители датчиков создали анализатор СО с двумя резервуарами, который срабатывает очень быстро и нуждается в минимальном токе потребления. На основе этих разработок был создан принципиально новый компактный мультикритериальный детектор и разработана схема размещения сенсоров, достаточная для того, чтобы обеспечить необходимые для адекватной работы динамические характеристики. Для достижения высоких значений чувствительности извещателя все его каналы связаны со средой, это помогает добиться небольших размеров и низкого потребления энергии. Линейные размеры такого датчика следующие: высота – 80 миллиметров, диаметр – 102 миллиметра, энергопотребление – 300 микроампер при 24 вольтах в дежурном режиме, в режиме пожара - 7 миллиампер. Тестирование мультикритериальных детекторов 2251CTLE производилось на тестовых очагах в описанном ранее стандартном испытательном помещении и специально смоделированном маленьком помещении, которые часто встречаются в условиях функционирования датчиков. Скорость концентрации газов и других продуктов горения на малой площади обычно возрастает в несколько раз. Кроме испытаний на горящие и тлеющие очаги была проделана серия экспериментов с помеховыми воздействиями. Количество тестовых пожаров – 29, тест на ложное срабатывание вследствие воздействия помеховых факторов – 21. Тестовые пожары производились по следующим пунктам: Испытательное помещение: EN54 - гептан в уменьшенном количестве; EN54 - гептан в уменьшенном количестве с работающими галогенными лампами – тест на инфракрасное излучение; EN54 - тлеющее дерево в уменьшенном количестве; EN54 - хлопок в уменьшенном количестве; UL268 - горящее дерево; UL268 - тлеющее дерево; UL268 –гептан; UL268 – бумага. Малое помещение: горящий гептан; тлеющее мусорное ведро; горящее мусорное ведро; тлеющий картон; тлеющее дерево; мусорное ведро, горящее под столом; горящая бумага; тлеющий ковер; горящая тряпка, намоченная растительным маслом; провода на горячей плите. После анализа большого количества причин ложных срабатываний пожарных датчиков были выбраны следующие условия для тестирования мультикритериальных датчиков на восприимчивость к ложным факторам горения: приготовление тостов из белого хлеба; приготовление промасленных тостов в духовом шкафу; водяной туман; использование аэрозоля в малом помещении; выпадение конденсата; пропан на полу малого помещения; столб пыли от вентилятора в малом помещении; долговременное приготовление картофеля во фритюрнице; искусственный дым в малом помещении; водяной туман в продувке в контейнере; намасленный противень в духовом шкафу и т.п. По сравнению с обыкновенными адресно-аналоговыми извещателями, мультикритериальный датчик не реагировал на большинство факторов, создающих ложные тревоги у оптических датчиков. В частности, в случае использования дискотечного искусственного дыма в стандартном помещении оптико-электронный датчик сработан через 15 секунд после начала теста, дымово-тепловой – через 21 секунду, ионизационный дымовой – через 37 секунд, а мультикритериальный остался работать в дежурном режиме, так как определил воздействие дыма как помеховое и не включил тревогу. Тестовые исследования подтвердили высокую устойчивость мультикритериальных датчиков к помеховым воздействиям, при этом чувствительность к факторам пожара остается на той же высоте, что и у аналоговых датчиков и даже превышает ее: в частности, все тестовые пожары были обнаружены на ранней стадии. Все четыре сенсора работают очень слаженно, определяя даже общепризнанно трудные для фиксирования оптико-электронными датчиками возгорания на границе шкалы в области отрытого огня. Мультикритериальный детектор 2251CTLE не соответствует европейской классификации EN54, поэтому его сертификация производится по стандарту LPS 1279, содержащему перечень СО, оптико-электронных и тепловых комбинированных датчиков, а также по пятой и седьмой части стандарта EN54, охватывающего тепловые и оптико-электронные датчики. Таким образом, после испытания инфракрасного канала охвачены были все аспекты работы нового мультикритериального датчика, и ему был присвоен статус сертифицированной продукции. Выводы Описанные в нашей статье мультикритериальные пожарные детекторы – это принципиально новое противопожарное оборудование, которое обладает высокой эффективностью работы наряду с низкой вероятностью ложных срабатываний, применяя для анализа данные, собранные с помощью четырех видов сенсоров. Эта информация оказывается достаточной для распознавания пожароопасной ситуации и исключает реакцию датчика на помеховые факторы. Применение мультикритериальных датчиков в составе адресно-аналоговых противопожарных систем позволит быстро обнаружить очаг возгорания и не отвлекаться на ложные тревоги в сложных, подверженных возникновению помех зонах.