Подробности

Просмотров: 3661

Новейшее поколение пожарных извещателей: аспирационные извещатели

Первые пожарные извещатели, а появились они без малого двести лет назад, были способны реагировать только на высокую температуру. Это были натянутые под потолком шнуры, соединенные с колоколом пожарной тревоги. При пожаре шнур перегорал и звонил колокол. С изобретением электричества появились тепловые контактные датчики, которые в случае пожара включали электрические звонки. Использовался эффект расширения при нагревании твердых, жидких и газообразных веществ, изменение положения биметаллической пластины, контакты, спаянные легкоплавким сплавом и т.д. Такие извещатели срабатывают, когда очаг открытого огня составляет уже немалую площадь,— в этом случае чаще всего уже невозможно справиться с огнем подручными средствами, да и эвакуация людей проблематична из-за сильного задымления. В настоящее время извещатели подобного типа применяются мало, в основном они остаются в жилых домах, где по номам до сих пор устанавливаются в прихожих квартир. Этим и объясняется огромное число пожаров в жилом секторе.

Не бывает огня без дыма

Все же уточним перефразированную поговорку: почти не бывает. Исключения встречаются, о них мы еще поговорим. Но поскольку в большинстве случаев первым признаком возгорания является дым, лучше всего о надвигающейся беде способны предупредить именно дымовые извещатели.

Различные типы дымовых пожарных извещателей имеют и разные функциональные возможности. Простейшие системы передают сигнал на пожарный прибор, который включает сирену. Но определить, в каком из помещений произошло возгорание бывает достаточно сложно, к тому же часть помещений может быть закрыта. А ведь при ликвидации пожара дорога каждая секунда.

Значительно эффективнее адресные системы, применение которых позволяет по адресу сработавшего пожарного извещателя определить место возгорания.

Еще более совершенные системы — адресно-аналоговые. В них пожарный извещатель не фиксирует превышение порога контролируемого параметра, а сам является измерителем. Он может, например, может измерять уровень задымления и уровень температуры, и изменение этих величин в реальном масштабе времени анализируется в приемно-контрольном адресно-аналоговом приборе. Это позволяет отслеживать динамику развития пожара на самых ранних стадиях, при этом, вероятность ложных тревог чрезвычайно мала.

Возможности обработки информации в адресно-аналоговом приборе, который по сути является специализированной вычислительной машиной, практически неограниченны. Возможна адаптация по каждому помещению, автоматическое обучение, использование теории распознавания и т.д. Система формирует предварительные сигналы о подозрении на пожароопасную ситуацию задолго до срабатывания порогового датчика. Преимущества подобных систем очевидны: есть возможность обнаружить и ликвидировать очаг возгорания на ранней стадии, когда еще не требуется эвакуация людей. То есть, минимизируется как материальный ущерб, так и потери, связанные с эвакуацией людей, прерыванием производственного процесса и с собственно пожаротушением. При профессиональном пожаротушении, когда очаг открытого огня заливается тоннами воды, одновременно проливаются все помещения, расположенные ниже очага возгорания. По статистике ущерб от такого пожаротушения в разы превышает ущерб от самого пожара, и это — огромные материальные потери. Причем возможности пожарных машин с пожарными рукавами и автолестницами ограничены и для тушения пожара и эвакуации людей в высотном здании остаются только пожарные вертолеты. Поэтому в такие здания защищаются только адресно-аналоговыми системами.

Жилые помещения квартир в обычных домах в настоящее время оборудуются автономными дымовыми пожарными извещателями. Это самые простые извещатели, их не нужно подключать к системе, они работают от батарейки и сами подают тревожный сигнал. Если в помещении, где находится датчик в момент его срабатывания кто-то есть — то сигнал будет услышан. Понятно, что такие извещатели малоэффективны. У батарейки периодически истекает срок службы, и ее необходимо менять. Сами датчики нуждаются в квалифицированном обслуживании, иначе начинаются ложные срабатывания. А главное, не побоимся повториться, автономные извещатели не подключены к системе пожарной сигнализации, а, стало быть, при отсутствии в помещении человека, сигнал о возгорании по сути остается пустым звуком.

Вообще в системах пожарной сигнализации работают различные типы пожарных извещателей: пороговые, адресные, адресно-аналоговые, дымовые оптико-электронные, ионизационные, линейные, тепловые, комбинированные, с радиоканалом, аспирационные и т.д. Ультрачувствительные лазерные точечные пожарные извещатели используются для защиты дорогостоящего оборудования и музейных ценностей. В обычном дымовом извещателе используется оптическая пара из светодиода и фотодиода, расположенных под углом. Принцип действия основан на рассеивании в дымовой камере света от светодиода при появлении дыма. С чем это можно сравнить? Все, наверно, видели, как луч прожектора проходит через облако: пока луч света проходит через прозрачную среду — никаких отражений нет и его не видно, как только луч попадает в облако — то на частицах влаги происходит отражение и видна структура луча. Тот же самый принцип используется в оптико-электронном извещателе, но сконцентрировать луч и реализовать более высокую яркость от светодиода достаточно сложно, ведь одновременно растет и сигнал, отраженный от стенок дымовой камеры. Кроме того, есть ограничения и в токе потребления, система должна проработать по крайней мере 24 часа в дежурном режиме и 3 часа в режиме ПОЖАР при питании от резервного источника питания, т.е. от аккумулятора.

В лазерных извещателях вместо светодиода используется миниатюрный лазер, яркость луча которого примерно в 100 раз выше, чем светодиода, а фокусировка обеспечивает практически полное отсутствие отражений от стенок дымовой камеры. За счет этого чувствительность при использовании лазера увеличивается в те же 100 раз.

Такие пожарные извещатели, конечно, намного дороже обычных, но в помещениях, где требуется очень высокая степень защиты, они применяются достаточно широко.

Интересны достаточно новые технические решения, когда система принудительно отбирает воздух из контролируемого помещения по трубкам с отверстиями для дымозахода. Это так называемые аспирационные дымовые пожарные извещатели. Обычный точечный пожарный извещатель всегда имеет определенную инерцию срабатывания, ведь для того, чтобы воздух с дымом вошел в дымовую камеру датчика, требуется некоторое время. Это приводит к снижению реальной чувствительности, которое может достигать 10 раз, при неудачной конструкции дымового извещателя. Т. е. концентрация дыма внутри датчика будет долгое время ниже пороговой, хотя плотность дыма в помещении в несколько раз превышает чувствительность, которую он показывает при принудительном вентилировании на сертификационных испытаниях. Причем влияние этого эффекта учитывается в нормативах при испытаниях по тестовым пожарам, но от этого не легче. Скорость заполнения датчика дымом в основном зависит от соотношения площади дымозахода и объема корпуса. Дым не может быстро заполнить дымовую камеру через несколько маленьких отверстий или через узкую щель в корпусе. Точно так же невозможно быстро проветрить большую комнату открыв одну форточку.

Когда воздух отбирается из помещения через трубку с помощью вентилятора, инерционный эффект пропадает, и чувствительность существенно повышается. При использовании ультрачувствительного лазерного извещателя такая система может контролировать до 1600 квадратных метров (по российским нормативам) обеспечивая забор воздуха через большое число отверстий, длина трубки может достигать 70 — 100 метров. При этом формируется несколько сигналов на различных этапах развития пожароопасной ситуации. И как адресно-аналоговой системе предварительные сигналы о пожарной опасности позволяют ликвидировать возгорание подручными средствами с минимальным ущербом и без эвакуации людей. Опрос в таких системах, как в адресно-аналоговых и адресных опросных, происходит практически мгновенно, обычно с периодом 3 — 5 сек., максимум 10 — 15 сек. За это время пожарная ситуация не может резко измениться, поэтому эффективность работы остается достаточно высокой.

Линейные дымовые пожарные извещатели, как правило, используются для защиты больших площадей и высоких помещений. В отличие от точечных пожарных извещателей, они контролируют зону от приемника до передатчика, которая достигает 100 метров. На рынке уже появились и однокомпонентные линейные пожарные извещатели. В одном блоке такого датчика находится приемник и передатчик, а в конце контролируемой зоны расположен пассивный рефлектор, который не требует ни питания, ни подвода шлейфа, ни юстировки. То есть, обеспечивается экономия на монтаже, на кабеле, на юстировке.

Но самое главное, по сравнению с точечными пожарными извещателями, в линейных происходит суммирование сигнала по всей зоне, где проходит луч, к тому же нет потерь времени на вентиляцию дымовой камеры. С увеличением высоты помещения удельная оптическая плотность (концентрация дыма) уменьшается за счет его распространения по большей площади — в этом случае необходимо большее количество точечных извещателей. А эффективность работы линейных извещателей практически не снижается, потому, что сигнал проходит через всю толщу дыма, а в однокомпонентном извещателе с рефлектором даже два раза. Это как слой воды толщиной в 1 метр кажется совершенно прозрачным, в то время как слой в 10, 20, 30, а тем более 100 — 200 метров дает приличное затухание света, появляется определенный цвет. Этот эффект позволяет обеспечивать эффективную защиту атриумов, спортивных сооружений, торговых и выставочных залов. По европейским нормам линейники допускается использовать для защиты людей в помещениях высотой до 25 метров, для защиты имущества — до 40 метров. С расстановкой через 9 — 15 метров, при этом с увеличением высоты установки не требуется более частая их установка. В российских нормах, по каким-то причинам, расстояние между оптическими осями линейных извещателей уменьшено до расстояния между рядами точечных дымовых датчиков, т.е. до 9 метров с уменьшением до 7,5 метров при увеличении высоты. Максимально допустимая высота защищаемого помещения 18 метров, как защищать атриумы и стадионы высотой больше 18 метров?

Сколько в датчике интеллекта

Развитие микроэлектроники, безусловно, сказалось на уровне разработок современных пожарных извещателей. Судите сами: простейшие извещатели фиксируют превышение уровня сигнала над порогом нескольких импульсов подряд — это, по сути, простейшая обработка сигнала, которая не дает защиты от ложных срабатываний. Кроме того, есть нюансы в работе дымовых извещателей: пыль на стенках дымовой камеры способствует увеличению фонового сигнала на выходе фотодиода, соответственно, увеличивается и вероятность ложных срабатываний. Если датчик пороговой системы не очищать от пыли, система вообще может стать неработоспособной по данному шлейфу.

О пыли, этой действительно важной проблеме в работе многих известных систем, следует сказать особо. Накопление пыли внутри дымовой камеры приводит к ложным срабатываниям, если извещатель стоит на сквозняке — этот процесс происходит достаточно быстро. Если помещение не очень пыльное и нет сильных воздушных потоков, то этот процесс замедляется. В простейших неинтеллектуальных датчиках отследить и проконтролировать процесс накопления пыли практически невозможно, поэтому в соответствии с регламентом датчики приходится разбирать и чистить, что, естественно требует материальных затрат. Современные интеллектуальные извещатели компенсируют запыление в процессе эксплуатации, они намного больше защищены от ложных срабатываний, позволяют в процессе эксплуатации определить уровень запыления. То есть, можно спрогнозировать, когда тот или иной извещатель необходимо почистить. Самые продвинутые в этом плане адресно-аналоговые системы позволяют в автоматическом режиме спрогнозировать сроки технического обслуживания, то есть контрольный прибор компенсирует медленное изменение уровня сигналов, которые он получает от каждого датчика, и с учетом границы диапазона компенсации и времени эксплуатации, автоматически вычисляет и выводит данные на дисплей контрольного прибора прогнозируемую дату технического обслуживания.

Использование микропроцессоров позволило стабилизировать чувствительность, избежать ложных срабатываний, дало возможность даже в пороговых системах менять чувствительность в зависимости от объекта, в котором находится пожарный извещатель.

Кроме того, современная микропроцессорная техника обеспечивает малые токи потребления. Датчик с максимальным интеллектом на сегодняшний день может потреблять порядка 50 микроампер, хотя первые дымовые извещатели потребляли порядка 300 микроампер, даже не имея какой бы то ни было сложной логической обработки сигнала.

В микросхеме должна быть энергонезависимая память, в которой сохраняется величина компенсации на случай отключения питания. Если позволяет объем в нее также можно записать информацию о типе датчика, уровень чувствительности, дату выпуска, дату технического обслуживания и т.д. Конечно, необходимо организовать канал для считывания и перезаписи информации, это можно делать, например через индикаторный светодиод извещателя. Есть много других дополнительных функций, например, возможность изменения режимов индикации дежурного режима, можно также, считывая текущие значения контролируемых параметров, контролировать насколько уровни дыма и тепла близки к порогу срабатывания при воздействии, например, сигаретного дыма, при включении электрических плит, и уже в зависимости от результатов скорректировать чувствительность в ту или иную сторону, не выходя при этом за пределы норм пожарной безопасности.

Современные тепловые пожарные извещатели кроме максимального порога, при достижении пороговой температуры выдается сигнал «пожар», обычно фиксируют пожароопасную ситуацию и скорости нарастания температуры. К примеру, если за минуту температура поднялась на 8 градусов, формируется сигнал тревоги.

Комбинированные датчики используют дымовой и тепловой каналы. При анализе микропроцессор учитывает данные по обоим каналам. То есть если происходит увеличение температуры, не достаточное для срабатывания теплового канала, но имеется небольшое задымление, которое отдельно тоже не достигает порога, недостаточно для формирования, то совокупность информации позволяет сформировать сигнал «пожар».

Чем выше интеллектуальный уровень как самого датчика, так и системы в целом, тем больше возможностей оперативного определения и устранения неисправностей.

Способы подачи сигнала о неисправностях в пороговых неадресных датчиках, например, мигание светодиода, не очень эффективны. К тому же повышается потребление электроэнергии по шлейфу. А мигание нескольких светодиодов вообще может вызвать ложное срабатывание системы. Более совершенны в этом отношении — адресные опросные системы, где каждые 3 — 5 секунд осуществляется опрос каждого пожарного извещателя с контрольного прибора, при этом фиксируется его состояние (дежурный режим/пожар), наличие, связь, уровень запыления, загрязнения. Если состояние отличается от дежурного режима адрес извещателя с соответствующим сообщением выводится на дисплей прибора.

В адресно-аналоговых системах обеспечен максимально высокий уровень защиты, полный контроль системы, подключение и функционирование пожарной автоматики любого уровня сложности. Причем, в одном шлейфе ставятся и адресно-аналоговые извещатели, и адресные ручные извещатели, и адресные оповещатели и адресные модули управления и контроля пожарной автоматики и инженерными системами. В этих системах обычно используются петлевые шлейфы и изоляторы короткого замыкания, за счет чего они намного более устойчивы к отказам. Например, при обрыве шлейфа петля преобразуется в два радиальных шлейфа, ни одно устройство не отключается, а на дисплее в виде текстовой информации сообщается вид неисправности и место, где она произошла.

И все же некоторые материалы и вещества горят практически без выделения дыма, например, спирты. На этот случай существуют пожарные извещатели пламени, которые фиксируют непосредственно излучение от очага возгорания. Это, пожалуй, единственный тип пожарных извещателей, который не выпускается Систем Сенсором. Извещатели пламени используются на некоторых производствах, где известно место возможного возгорания, и контролируют определенную площадь. Для снижения ложных срабатываний от внешней засветки их делают многодиапазонными.

Необходимо также отметить ионизационные извещатели. Первые дымовые извещатели в России были изотопными, устрашающего вида, кое-где они стоят до сих пор. После чернобыльских событий их почти везде заменили на дымовые оптико-электронные, которые эффективны по серым дымам от тления дерева и хлопка и хуже реагируют на дымы от горения полиуретана и гептана.

Современный ионизационный дымовой извещатель по внешнему виду совершенно не отличаются от оптико-электронных, наличие в нем радиоактивности можно обнаружить дозиметром только после полной его разборки, что не требуется даже при проведении технического обслуживания. К тому же, они имеют рекордно низкий ток потребления — менее 30 микроампер. Принцип действия достаточно прост: в дымовую камеру помещается изотоп Америция-241 очень низкой интенсивности, который воздействует только на молекулы воздуха в дымовой камере и разбивает их на ионы. Камера максимально продуваемая в горизонтальном направлении, защищена только сеткой, верхняя и нижняя ее части выполнены из металлических пластин, к которым подведено напряжение и за счет образования ионов создается ток определенной величины. Как только в камеру попадают частицы дыма, происходит объединение ионов на их поверхности, ток снижается до определенной величины и формируется сигнал «пожар». Соответственно для радиоизотопного извещателя не важен цвет дыма, и он лучше работает при возгорании кабеля, пластмасс.

Ионизационные дымовые извещатели широко используются для защиты промышленных объектов от возгорания электроники, кабельных каналов. Есть ведомственные нормативные документы, по которым кабельные трассы должны защищаться именно радиоизотопными пожарными извещателями. Кроме того, влияние пыли на этот извещатель намного ниже. Например, при обработке дерева выделяется белая пыль, которая оседает на стенках дымовой камеры, и через одну — две недели оптико-электронный извещатель начинает давать ложные срабатывания. Радиоизотопный извещатель в таких условиях может достаточно долго функционировать. На рынке так же представлены дымовые радиоизотопные пожарные извещатели во взрывозащищенном исполнении. Эти датчики дают реальную пожарную защиту во взрывоопасных зонах. Обнаружение пожара на этапе тления материала, до появления открытого огня позволяет избежать взрыва и всех его последствий.

Сертификат не догма

Благодаря жестким требованиям соблюдения нормативной базы, на рынке нет изделий, не имеющих сертификата. Но этот важный и необходимый документ, увы, не несет всей информации, необходимой потребителю при выборе той или иной системы. Безусловно, одним из показателей качества является цена. Хорошее, качественное, оборудование не может стоить дешево. Кстати, цены на системы пожарной сигнализации стабильны уже довольно продолжительное время. Думаю, что это — следствие понимания ведущими игроками, что повышение цены неизбежно приведет к сужению рынка и падению спроса на эту продукцию. Ведь конкуренция в этом сегменте рынка достаточно большая. Большое число российских и западных компаний предлагают качественное оборудование, и искусственно завышать цены достаточно сложно.

В то же время появляется много новых фирм, которые разрабатывают и начинают выпускать первые свои системы. Например, за последние три года появилось порядка двадцати пяти новых дымовых извещателей. Правда, некоторые компании идут по пути копирования известных решений, естественно что-то попутно упрощая и удешевляя, используя неспециализированную элементную базу, что не может не сказаться на качестве продукта.

Очень сильное влияние на развитие рынка оказывает, как ни странно, пресловутый российский менталитет. Достаточно большой объем продаж в нашей стране — простые, дешевые и, увы, не самые эффективные и надежные системы. Логика подобного подхода потребителей понятна: главное — сдать объект пожарному инспектору. Причем, часто выбор производится по стоимости оборудования, хотя с учетом монтажа, кабеля и настройки системы для многих объектов более дешевой является интеллектуальная адресно-опросная система: разветвленный шлейф минимальной длины и монтаж одного датчика в помещении вместо двух или трех неадресных.

В нашей стране вообще почему-то сложилось отношение к пожару как к стихийному бедствию, которое нельзя предотвратить.Не случайно по сравнению со странами Европы, число пожаров, человеческих жертв и сумма ущерба у нас в несколько раз больше. Правда, в европейских странах действуют и экономические рычаги: если объект защищен современной адресно-аналоговой системой, которая дает и предварительные сигналы о возникновении пожароопасной ситуации, то сумма страховых взносов намного ниже, чем при использовании пороговой системы, когда увеличивается риск страховой компании. А при использовании экзотических решений «удешевляющих» систему, которые не редко встречаются у нас, объект не будет застрахован ни одной страховой компанией. В результате, например в прошлом году в Венеции было зафиксировано порядка 400 пожаров. Но ни одного крупного!

Источник: Все о вашей безопасности №2, 2005