Комбинированные пожарные извещатели

Системы безопасности S&S", Groteck, №6, 2007

И.Г. Неплохов, к.т.н.

Начальник отдела технической поддержки компании

"Систем Сенсор Фаир Детекторс"

Успех при тушении пожара во многом зависит от того, как быстро было обнаружено возгорание. Однако разные типы очагов характеризуются различными сочетанием сопутствующих факторов. Например, некоторые материалы не имеют стадии тления, а при горении спиртов практически не выделяется дым. Естественно существует несколько типов пожарных извещателей (дымовые, тепловые, пламени, газовые и комбинированные). Но, когда доминирующий фактор пожара не определен "рекомендуется применять комбинацию пожарных извещателей, реагирующих на различные факторы пожара, или комбинированные пожарные извещатели"

Горение твердых горючих материалов, как правило, начинается с тления и при термическом распаде сопровождается значительным выделением дыма, который под действием тепловых потоков поступает в окружающее пространство. При дальнейшем повышении локальной температуры в очаге пожара начинают выделяться газообразные продукты горения, появляется открытое пламя. Однако некоторые материалы (например, пластмассы и жидкие горючие вещества) не имеют стадии тления, а при горении спиртов практически не выделяется дым. Для обнаружения различных типов очагов возгорания используют пожарные извещатели различного типа. В соответствии с НПБ 76-98 "Извещатели пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний" автоматические пожарные извещатели по виду контролируемого признака пожара подразделяют на дымовые, тепловые, пламени, газовые и комбинированные.

Эффективность пожарных извещателей по различным очагам пожара должна определяться по ГОСТ Р50898-96 "Извещатели пожарные. Огневые испытания". Каждый тип тестового очага характеризуется определенным сочетанием сопутствующих факторов (рис. 1). Сложность прогнозирования процессов возникновения и развития пожара обуславливает трудности определения одного основного фактора, который позволял бы сделать правильный выбор типа пожарного извещателя. По НПБ 88-2001*, п.12.8 в том случае, "когда доминирующий фактор пожара не определен, рекомендуется применять комбинацию пожарных извещателей, реагирующих на различные факторы пожара, или комбинированные пожарные извещатели". 

Целесообразность применения

Обычно экономически выгодно использовать один комбинированный извещатель вместо нескольких различного типа. Как правило, стоимость комбинированного извещателя значительно меньше стоимости совокупности соответствующих одноканальных извещателей. Кроме того, при использовании комбинированных извещателей сокращается объем монтажных работ, уменьшается расход кабеля, повышается надежность системы, снижается энергопотребление, улучшается внешний вид помещения и т.д.

Существующие сегодня комбинированные пожарные извещатели весьма разнообразны, они отличаются не только всевозможными комбинациями числа каналов, но и  типом обнаружения различных факторов пожара.  Наибольшее распространение получили комбинированные извещатели дымовые оптические/тепловые, максимально дифференциальные класса А1R (пороги 58 °С и 8 °С/мин). Они применяются в зонах, где наряду с тлеющими очагами возможно возникновение быстро развивающихся пожаров с выделением тепла. Эти извещатели достаточно эффективны при обнаружении практически всех тестовых пожаров по ГОСТ Р50898-96 (табл. 1). Добавление к дымовому извещателю 1 - 2  термисторов незначительно усложняет конструкцию (рис. 2). Схемотехнические изменения при использовании микропроцессоров практически сводятся к перепрограммированию микросхемы. Таким образом, стоимость комбинированного дымового/теплового извещателя может быть всего лишь на 10% выше стоимости дымового. Ведущие компании обычно используют унифицированные схемотехнические и конструктивные решения для выпуска серий пожарных извещателей, в состав которых входят дымовые, тепловые и комбинированные дымовые/тепловые извещатели.
 

Простейшие комбинированные извещатели формируют сигнал «Пожар» по превышению порога в любом из каналов, то есть реализуется логика работы «или».  Функционирование данного комбинированного извещателя аналогично работе отдельных одноканальных извещателей соответствующих типов при тех же условиях. Значительное улучшение характеристик можно получить при совместной обработке информации по различным каналам в дополнение к логике «или».

Выпускаются интеллектуальные комбинированные извещатели с аналого-цифровыми преобразователями, которые обеспечивают измерение текущих значений контролируемых факторов в широких пределах, что позволяет реализовать более сложную и эффективную логику работы. Например, сигнал «Пожар» может формироваться при достижении определенной средневзвешенной суммарной величины нескольких факторов еще до того момента, когда какой-либо из факторов в отдельности достигнет порогового значения. Так, в интеллектуальном дымовом/тепловом извещателе проводится измерение величины удельной оптической плотности дыма и скорости повышения температуры в относительных единицах. Даже при наличии сравнительно небольшой оптической плотности дыма повышение температуры со скоростью несколько градусов в минуту соответствует пожароопасной обстановке. Данная логика работы комбинированного извещателя позволяет значительно сократить время обнаружения возгораний, сопровождающихся одновременно несколькими факторами, и повысить способность обнаружения «быстрых» пожаров.

В комбинированном извещателе с оптическим дымовым каналом использование информации по тепловому каналу обеспечивает увеличение чувствительности по «черным» дымам при горении пластика, изоляции кабеля, ЛВЖ (очаги ТП-4, ТП-5) до уровня дымового ионизационного извещателя(табл. 1).

Таблица 1. Эффективность обнаружения тестовых очагов пожара по ГОСТ Р50898-96

Мультикритериальные извещатели

Основной недостаток комбинированного извещателя с логикой работы «ИЛИ» – это ложные тревоги, вероятность которых не может быть меньше суммы вероятностей ложных тревог по каждому каналу.

Определенные условия эксплуатации, при которых в нормальном режиме происходит изменение оптической плотности среды, -- появление пара, аэрозолей, искусственных дымов, использующихся для создания спецэффектов в ходе зрелищных мероприятий в закрытых помещениях и т.д., вызывают формирование ложных тревог у дымовых и у комбинированных извещателей с дымовым каналом. Это значительно сужает область применения таких извещателей и уменьшает возможность раннего обнаружения очагов на этапе тления. В последние годы были разработаны малогабаритные устройства для измерения концентрации угарного газа СО, основанные на использовании электрохимических элементов с низким токопотреблением, что позволило включать их в состав комбинированных пожарных извещателей.

Одноканальный газовый СО пожарный извещатель эффективен при обнаружении только тлеющих очагов (рис. 3), однако в комбинации с дымовым и тепловым каналом возможна защита от ложных тревог в зонах со сложными условиями. Повышение оптической плотности среды при отсутствии газа СО расценивается как наличие помеховых факторов, не связанных с пожаром. Одновременный контроль оптической плотности, концентрации СО и температуры позволяет значительно расширить возможности раннего обнаружения пожара по дыму и одновременно обеспечить высокую достоверность сигнала «Пожар». 

Для оценки эффективности трехканальных пожарных извещателей компания LPCB (крупнейший европейский сертификационный центр) в 2005 г. Даже выпустила специальный стандарт LPS 1279: ISSUE Draft1.0 «Точечные мультисенсорные пожарные детекторы, использующие оптические или ионизационные дымовые сенсоры и электрохимические СО-сенсоры и опционально, тепловые сенсоры», который устанавливает для них расширенный объем испытаний.
Качественно новый уровень защиты дают мультикритериальные извещатели, которые анализируют одновременно 4 параметра окружающей среды: оптическую плотность, температуру, концентрацию угарного газа СО и инфракрасное излучение в режиме реального времени. Данная комбинация сенсоров с эффективными алгоритмами обработки информации позволяет выявить пожароопасную ситуацию на ранней стадии и исключить ложные срабатывания практически при любых помехах, не связанных с пожаром, в промышленных и бытовых условиях. Например, анализ спектра инфракрасного излучения по характерным особенностям позволяет различить очаг возгорания  углеродоводородосодержащих материалов и сварку в контролируемой зоне. В данных извещателях используются критерии распознавания пожароопасных ситуаций и помех, выработанные при проведении многочисленных экспериментальных исследований.
 

Как и одноканальные, комбинированные пожарные извещатели выпускаются нескольких типов: безадресные, адресные и адресно-аналоговые.

Безадресные комбинированные извещатели включаются в шлейф пожарного или охранно-пожарного приемно-контрольного прибора по 2-проводной или 4-проводной схеме подключения. Безадресные системы имеют ряд существенных недостатков: значительное время локализации очага и сравнительно низкий уровень защиты объекта, высокая стоимость монтажа, большие затраты на обслуживание и т.д. Эти недостатки определяют постепенное снижение интереса к ним даже на небольших объектах.

В последние годы более популярными становятся адресные системы с автоматическим определением (с точностью до каждого пожарного извещателя) расположения очага. С выходом НПБ 88-2001, допускающего по п. 12.17 установку в помещении одного адресного извещателя с автоматическим контролем работоспособности, все больший объем на рынке занимают системы, отвечающие данным требованиям. Кроме высокого уровня защиты объекта и возможности контроля состояния извещателей, использование таких систем обеспечивает снижение трудоемкости монтажа, в несколько раз уменьшает расход кабеля за счет разветвленного шлейфа, а также обеспечивает значительную экономию затрат на техническое обслуживание.

Самый высокий уровень пожарной защиты обеспечивают адресно-аналоговые пожарные извещатели комбинированные и мультикритериальные. Деление на пороговые пожарные извещатели, формирующие сигнал "Пожар", и аналоговые, передающие на приемно-контрольный прибор величину контролируемого фактора, указано в НПБ 65-97, п.4.1.1: оптические извещатели "по виду выходного сигнала разделяют на два типа: - с дискретным выходным сигналом;  - с аналоговым выходным сигналом". По п.4.1.5 "в технической документации на извещатель с дискретным выходным сигналом должно устанавливаться конкретное значение чувствительности", а по п.4.1.6 "на оптический извещатель с аналоговым выходным сигналом должен устанавливаться диапазон значений чувствительности". Информация об уровне контролируемых факторов, полученная от комбинированных извещателей, обрабатывается по сложнейшим алгоритмам в адресно-аналоговом приборе, который представляет собой специализированную ЭВМ, центр обработки данных, которая осуществляется в режиме реального времени. Такая ЭВМ обеспечивает максимальную скорость принятия решений и управления подсистемами пожарной автоматики, оповещения и эвакуации, инженерными системами, с отображением состояния объекта в виде текстовых сообщений. Адресно-аналоговые мультисенсорные извещатели позволяют создавать интерактивные системы с автоматической адаптацией к сложным условиям эксплуатации при наличии помех. Мультикритериальные извещатели, кроме формирования аналоговых выходных сигналов, передаваемых по каждому каналу, могут создавать аналоговый сигнал пропорциональный уровню развития пожароопасной ситуации, определенный по всем контролируемым факторам, и учитывающий выявленные помехи.

Таблица 2.

Таблица 2. (продолжение)