|
Итоги охоты за двумя зайцами, или Почему нигде в мире нет "двухсторонних" датчиков
Журнал "БДИ", № 2 (53) 2004
Так называемый "двухсторонний" датчик врезается в подвесной потолок, и по уверению авторов, якобы обеспечивает пожарную защиту одновременно запотолочного пространства и основного помещения (рис. слева). По сравнению с установкой в соответствии с действующими нормативами (рис. справа) экономия значительная и по числу датчиков, и по числу шлейфов. Почему же нигде в мире не выпускаются датчики на два объема? Да и в России только несколько производителей указывают в документации возможность подобной установки.
Конструкция "двухстороннего" датчика
Для контроля двух объемов пожарный извещатель (ПИ), врезается в подвесной потолок, таким образом, чтобы один дымозаход ПИ располагался в верхнем объеме, а другой в нижнем. При этом, должно обеспечиваться:
1. Эффективный дымозаход в основном (нижнем) объеме;
2. Эффективный дымозаход в верхнем объеме;
3. Беспрепятственное прохождение воздуха из верхнего объема в нижний через дымовую камеру, и наоборот, камера ведь одна!
4. Отсутствие влияния этих процессов друг на друга.
Реализовать данные требования при использовании одной дымовой камеры невозможно: направленный воздушный поток, проходящий из одного объема в другой, будет обязательно препятствовать встречному дымозаходу. ПИ, установленный на подвесном потолке в запотолочном пространстве, находится "на полу" и при отсутствии направленных потоков дым попадет в него только после заполнения всего объема. А при наличии встречного воздушного потока и вовсе не попадет. Таким образом, мы не получаем эффективной защиты запотолочного пространства, теряя в то же время эффективность защиты основного объема помещения.
Теоретически конструкция многих зарубежных извещателей с незначительной доработкой отвечала бы большинству приведенных требований. Например, новейшие серий "ПРОФИ", "Леонардо" и ЕСО1003 System Sensor построенные на основе специализированных микросхем обеспечили, кроме интеллекта, повышения помехоустойчивости и стабильности параметров, уменьшение в 4 - 5 раз числа электронных компонентов и площади монтажной платы. Это позволило полностью изменить конструкцию пожарного извещателя: светодиод и фотодиод оптопары расположены непосредственно на печатной плате, в центральную часть которой "врезана" высокая горизонтально вентилируемая дымовая камера (рис. 1). Дополнительное отверстие в центре верхней части корпуса обеспечило бы поступление дыма из запотолочного пространства непосредственно в центральную наиболее чувствительную часть дымовой камеры, при этом у извещателя сохранился бы действующий горизонтальный дымозаход в основном объеме помещения. "Модернизированные" дымовые извещатели ИП212-73 (ПРОФИ-О) и ИП212-60А (Леонардо-О) с монтажным комплектом для подвесных потолков RMK400 System Sensor были бы куда более эффективны, чем существующие датчики "на два объема".
Сравните конструкции дымовых извещателей "на два объема" с конструкцией "ПРОФИ-О". Пионер в этом направлении - ИП 212-3СУ [2] имеет вертикально вентилируемую дымовую камеру, верхний дымозаход в виде узкой боковой щели шириной около 0,7 мм, закрытый панелью подвесного потолка и вертикальный дымозаход с торца датчика в основной части помещения (рис. 2). Недостаток такой конструкции очевиден: основной поток воздуха из верхнего объема проходит вне рабочей части дымовой камеры, причем пыль, накапливающаяся на подвесном потолке, со временем полностью закроет верхний дымозаход. С другой стороны, эффективность контроля основного помещения снижается из-за отсутствия горизонтального дымозахода в нижнем объеме. И еще вопрос, насколько результаты сертификационных испытаний по чувствительности ИП 212-3СУ (а они проводятся на ПИ с двумя дымозаходами), применимы к ПИ с одним дымозаходом?
Другой извещатель на два объема - ИП212-41М, является "модернизацией" ранее выпускавшегося ДИП-41 с боковым дымозаходом и горизонтально вентилируемой камерой, как и у абсолютного большинства современных оптико-электронных извещателей. При установке ИП212-41М в подвесной потолок дымозаход в основном помещении полностью сохраняется. А вот возможность контроля запотолочного пространства, даже теоретически, более чем сомнительна. Вся "модернизация" заключалась в добавлении в верхней стенке корпуса извещателя двух параллельных щелей 2 х 45 мм (рис. 3), которые открывают доступ только к печатной плате! Ни дымовая камера, ни печатная плата, ни другие части корпуса конструктивных изменений не претерпели. Реально дым из верхнего объема попадет в дымовую камеру ДИП-41М, когда сгорит часть подвесного потолка и дым заполнит все помещение, если к тому времени не сгорит шлейф пожарной сигнализации и датчик не рухнет на пол …
Нормативная база
До середины 90-х годов XX века вопрос пожарной защиты пространства, расположенного за фальшпотолком, никак не регламентировался нормативными документами, выпускавшимся контролирующими органами (Госстрой, ГУГПС). Только в НПБ 110-96 "Перечень зданий, сооружений, помещений и оборудования, подлежащих защите автоматическими установками пожаротушения и обнаружения пожара", введенных в действие с января 1997 года, пространства за подвесным потолком и под съемными полами и т.п., используемые для прокладки электрокабелей, были отнесены к кабельным сооружениям с обязательной защитой автоматическими установками тушения или обнаружения пожара. Рекомендаций относительно типа пожарного извещателя для защиты пространств за подвесными потолками дано не было и исходя из минимума дополнительных затрат практически везде в запотолочном пространстве стали ставить тепловые максимальные извещатели - самые дешевые и абсолютно бесполезные в большинстве случаев. Максимальные тепловые ПИ не обеспечивают раннего определения возгорания, они активизируются только при наличии очага открытого огня достаточно большого размера (несколько квадратных метров), что определяет значительные материальные потери как от огня, так и от тушения пожара.
В настоящее время нормативные требования полностью изменились: область использования тепловых извещателей значительно ограничилась после введения в действие в 2001 году Изменения № 1 к НПБ 110-99 "Перечень зданий, сооружений, помещений и оборудования, подлежащих защите автоматическими установками пожаротушения и автоматической пожарной сигнализацией". В НПБ 110-03 определены пассивные методы защиты запотолочного пространства. В п. 3 НПБ 110-03 перечислены виды объектов, которые следует оборудовать дымовыми пожарными извещателями - это практически все объекты за исключением специализированных. В НПБ 88-2001 "Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования", вступивших в силу с января 2002 г., для защиты пространств за подвесными потолками рекомендовано использовать только дымовые пожарные извещатели (приложение 12, п. 3.1.).
Но в 90-х годах в запотолочном пространстве устанавливались только тепловые максимальные ПИ, что и определило возможность проведения на базе Санкт-Петербургского Университета МВД России в декабре 1998 года сравнительных испытаний тепловых максимальных ПИ и дымовых извещателей ИП212-3С, установленных в подвесном потолке. Слабость нормативной базы, разработанной на тот момент в отношении защиты запотолочного пространства и пренебрежение принципами "чистоты эксперимента" при проверке новых технических решений способствовали появлению временного решения в виде письма (не нормативного документа!): "О возможности защиты пространства за подвесным потолком извещателями ИП 212-3С".
В действующих в 1985 - 2001 г.г. СНиП 2.04.09-84 (п. 4.3) "Пожарная автоматика зданий и сооружений" и в действующих в настоящее время НПБ 88-2001* (п. 12.18*) содержится требование: "Точечные пожарные извещатели… следует устанавливать, как правило, под перекрытием. При невозможности установки извещателей непосредственно под перекрытием допускается их установка на стенах, колоннах… При этом расстояние от потолка до нижней точки извещателя должно быть не более 0,3 м". Это требование, автоматически запрещает установку извещателей на подвесном потолке, расположенном на расстоянии более 0,3 м от основного потолка. Почему установлено такое жесткое ограничение на размещение извещателей?.. Но сначала несколько слов о ГОСТ Р 50898-96 Извещатели пожарные. Огневые испытания, методики которого использовались при испытаниях ИП212-3С.
Тестовые очаги пожара по ГОСТ Р 50898-96
В ГОСТ Р 50898-96, введенном в действие с 1 января 1997 года, изложены методики проведения натурных испытаний пожарных извещателей и даны критерии определения пригодности пожарного извещателя (ПИ) к обнаружению различных видов пожара. Испытания проводятся в помещении с размерами (10±1)м х (7±1)м и высотой (4±0,2)м. Тестовый очаг располагается в центре помещения на полу, на потолке размещаются измерители оптической плотности среды m, концентрации продуктов горения Y, температуры Т, и тестируемые пожарные извещатели (рис. 4).
1 – положение на потолке тестируемых ПИ, измерителей оптической плотности среды и концентрации продуктов горения; 2 – положение на полу тестового очага пожара.
Стандарт регламентирует использование 6 типов тестовых очагов пожара (ТП), причем в п.7.9 определено, что тепловые ПИ проверяют только на воздействие ТП-6, а дымовые - на воздействие всех видов ТП, кроме ТП-6. Для каждого типа ТП заданы максимальные величины оптической плотности среды m (дБ/м), концентрации продуктов горения Y (относительные единицы) и температуры Т (0С), соответствующие времени окончания испытаний, так же указаны предельно допустимые времена срабатывания ПИ, соответствующие минимальной скорости развития пожара:
-ТП-1 (горение древесины) - Y = 6, время срабатывания не более 370 с;
-ТП-2 (тление древесины) - m = 2, время срабатывания не более 840 с;
-ТП-3 (тление со свечением хлопка) - m = 2, время срабатывания не более 640 с;
-ТП-4 (горение полимерных материалов) - Y = 6, время срабатывания не более 180 с;
-ТП-5 (горение легковоспламеняющейся жидкости с выделением дыма) - Y = 6, время срабатывания не более 240 с;
-ТП-6 (горение легковоспламеняющейся жидкости без выделения дыма) - Т = 600С, время срабатывания не более 510 с.
При испытаниях фиксируется время активизации каждого образца ПИ и соответствующие значения контролируемых параметров. Считается, что пожарные извещатели не выдержали испытание по данному виду ТП, если они не активизировались при достижении максимальных значений контролируемых параметров. По результатам испытаний на тестовые очаги пожаров потребитель получает наглядную и достоверную информацию об эффективности данного типа ПИ при определении возгорания различных материалов в реальных условиях.
Оценка времени срабатывания 3СУ в подвесном потолке
Испытания проводились для обоснования возможности установки ИП 212-3С на расстоянии до 1 метра от потолочного перекрытия, в нарушение действующих в то время СНиП 2.04.09-84. По результатам испытаний была опубликована статья "Защита межпотолочного пространства" (журнал "БДИ", №4, 1999 г.). В качестве тестового очага пожара использовался очаг ТП-3 - 90 хлопковых фитилей длиной 800 мм и массой примерно 3 г каждый, прикрепленных к проволочному кольцу диаметром 100 мм, подвешенному на штативе (рис. 5).
В ГОСТ Р 50898-96 нет ни одного типа очага ТП, предназначенного для испытаний одновременно и тепловых и дымовых ПИ, следовательно подобные испытания не являются полностью корректными, поскольку выбор очага ТП сразу предопределяет и выбор типа ПИ. Использование ТП-3 изначально определил результат в пользу дымовых извещателей: когда все датчики ИП212-3С сработали, температура от тления хлопковых фитилей в запотолочном пространстве увеличилась всего на 20С и, соответственно, не привела к срабатыванию тепловых ПИ. При этом другой тип ТП нельзя было разместить в запотолочном пространстве - открытое горение привело бы к разрушению разделительной перегородки, имитирующей подвесной потолок, и вызвало реальный пожар до окончания эксперимента. Также следует иметь в виду, что данный тип пожара характерен для жилых зданий, горение же изоляции лучше имитируется тестовым очагом ТП-4, при котором происходит выделение тепла (таблица 1). И в этом случае результаты могли быть иными. В статье было сказано, что "все датчики ИП 212-3С, врезанные в потолок, срабатывали до полного сгорания тестового очага", т.е. время срабатывания явно превышало максимально допустимые 640 с для ТП-3 по ГОСТ Р 50898-96.
Для получения количественных оценок используем зависимости времени срабатывания извещателей ИП212-3С на потолочном перекрытии, на тросах и в фальшпотолке на 0,3 м от потолочного перекрытия, приведенные в статье. Для упрощения анализа на рис. 6, в отличии от оригинала, начало координат совмещено с положением очага пожара. На начальной стадии пожара дым от очага ТП поднимается до потолка и далее распространяется тонким слоем вдоль него. Соответственно, первыми активизируются извещатели, расположенные непосредственно на потолочном перекрытии: два ближайших к очагу через 2 минуты, два дальних - через 5 минут. Характер кривой совпадает с теоретической зависимостью: начало кривой - практически квадратичная зависимость, так как дым, достигнув потолка, расходится в горизонтальной плоскости во всех направлениях и оптическая плотность среды обратно пропорциональна квадрату расстояния от очага ТП. Когда дым достигает боковых стен помещения, зависимость начинает приближается к линейной, практически линейная зависимость снижения оптической плотности среды от расстояния до очага может быть получена при проведении испытаний в узком длинном коридоре.
Зависимость времени срабатывания ПИ от расстояния извещателя до очага ТП и от типа установки извещателя: 1 - на потолочном перекрытии; 2, 3 - на тросе и врезанные в подвесной потолок на расстоянии 0,3 м от перекрытия.
На втором этапе пожара дым начинает накапливаться в верхней части помещения и постепенно происходит увеличение его слоя. Извещатели, расположенные на расстоянии 0,3 м от потолка, срабатывают практически в одно время (рис. 6). Это указывает на одновременное по всей площади помещения увеличение слоя дыма под потолком. Время срабатывания ИП212-3С составляет уже 10 - 11 минут, т.е. на пределе требований ГОСТ Р 50898-96 для ТП-3. Причем время 640 с соответствует наименьшей скорости увеличения задымления, при максимальной скорости - допустимое время срабатывания ПИ должно быть не более 280 с. Испытания прекращаются при достижении оптической плотности среды 2 дБ/м. Таким образом, установка дымового ИП даже, казалось бы, на незначительном расстоянии, на 0,3 м от потолка, приводит к качественному изменению процесса обнаружения задымления. В зависимости от расположения ПИ относительно очага возгорания время обнаружения пожара возрастает в 2 - 5 раз (рис. 6). С учетом линейного характера увеличения оптической плотности среды от времени (рис. Л.5 ГОСТ Р 50898-96), при установке ПИ на расстоянии 1 м, получим увеличение время определения пожара уже в 6 - 15 раз! Причем эти коэффициенты практически не зависят от типа дымового извещателя.
Для определения реального времени срабатывания ИП212-3С в подвесном потолке необходимо учесть, что на испытания были представлены извещатели с максимально допустимой по чувствительностью - 0,05 дБ/м (указано в статье). Такая чувствительность на практике может быть реализована только в адресно-аналоговых системах. В пороговых извещателях с высокой степенью защиты от внешних влияний устанавливается чувствительность до 0,1 дБ/м, при наличии компенсации запыления дымовой камеры может быть повышена до 0,07 дБ/м. Некоторые российские производители дымовых ПИ для снижения вероятности ложных срабатываний загрубляют чувствительность до 0,2 дБ/м (наихудшая чувствительность по НПБ 65-97) и более. В последней модификации саратовского ИП212-41М предусмотрена возможность регулировки чувствительности в пределах от 0,05 до 0,35 дБ/м при помощи потенциометра на задней стенке датчика.
Таким образом, для оценки реального времени срабатывания ИП212-3С значения, приведенные на рис. 6 необходимо увеличить в 2 - 4 раза. Соответственно, реальное время срабатывания ИП 212-3С в условиях ТП-3 с чувствительностью 0,1 - 0,2 дБ/м, установленных на расстоянии 0,3 м от потолочного перекрытия может достигать 20 - 40 минут, т.е. превышает в 2 - 4 раза максимально допустимое время по ГОСТ Р 50898-96. Для оценки времени срабатывания при расстоянии до подвесного потолка на 1 метре эти величины необходимо увеличить еще примерно в 3 раза! А когда сработает ИП212-41М с чувствительностью 0,35 дБ/м?
Это объясняет, почему при проведении экспериментов другими производителями дымовых ПИ не было получено "положительного" результата. При установке датчика в подвесном потолке его время срабатывания, по сравнению с установленном на потолке, увеличивается примерно в 10 раз и превышает все разумные пределы времени определения возгорания.
Результаты экспериментальных исследований ВНИИПО
Позднее в СПбФ ФГУ ВНИИПО МЧС России в рамках госбюджетной темы "ПОЖТЕСТ-Санкт-Петербург" были проведены повторные испытания 3-СУ. Подвесной потолок был выполнен сплошным во всем испытательном помещении и в этом случае наблюдалось практически полное отсутствие срабатывания пожарных извещателей ИП 212-3С при воздействии дыма от тестового пожара ТП-3.
Эти экспериментальные исследования, проведенные в ФГУ ВНИИПО МЧС России с учетом реальных условий эксплуатации, также дали отрицательный результат: "С целью получения ответа на вопрос - может ли извещатель, установленный на фальшпотолке одновременно обнаруживать дым как в запотолочном, так и основном пространстве, специалистами ВНИИПО был проведен ряд испытаний так называемых извещателей двухстороннего действия… Если в запотолочном пространстве присутствует горизонтальный поток воздуха, то через извещатель будет засасываться воздух из основного помещения. В результате, если в запотолочном пространстве возникнет возгорание, то дым от этого возгорания не попадет в извещатель, так как засасывание воздуха идет из основного помещения. И соответственно наоборот, если в предпотолочном пространстве существует горизонтальный поток воздуха, то воздух засасывается из запотолочного пространства, что будет препятствовать обнаружению дыма в основном помещении. Таким образом, воздушные горизонтальные потоки значительно снижают эффективность обнаружения загораний дымовыми извещателями. После получения таких результатов, а также учитывая опыт эксплуатации извещателей двухстороннего действия на различных объектах было принято решение больше никаких заключений о возможности их применения не давать. Более того, в ближайшее время планируется отразить в нормативных документах… положение о нецелесообразности применения извещателей двухстороннего действия" - Здор В.Л., начальник отдела пожарной автоматики ФГУ ВНИИПО МЧС России. (Алгоритм Безопасности. - 2003.- N2).
Таким образом, в реальных условиях, установка дымового извещателя между двумя объемами делает его неработоспособным независимо от его чувствительности и величины запотолочного пространства. По этой причине в конструкции зарубежных дымовых извещателей не допускается наличия каких-либо отверстий, которые при его установке на подвесном потолке связывали бы два объема. Появление воздушного потока из-за потолка, например, при разгерметизации приточной вентиляции, или вследствие нагрева воздуха запотолочного пространства осветительными приборами, препятствует дымозаходу из основного помещения. В реальных условиях установка одного дымового ПИ на два объема мало чем отличается от установки одного ПИ на два помещения.
Мнение ГУГПС МЧС России
Если же воспользоваться элементарной логикой и здравым смыслом, а также обратиться к вступившему в силу с января 2002 г. НБП 88-2001 "Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования" (взамен СНиП 2.04.09-84), то становится очевидным, что этот миф спустя несколько лет развеян. Монтаж дымовых пожарных извещателей в подвесном потолке для одновременной защиты надпотолочного и подпотолочного пространства противоречит сразу нескольким пунктам ныне действующих норм пожарной безопасности и потому невозможен.
Приведем официальный ответ зам. Начальника ГУГПС МЧС России генерал-майора внутренней службы В.П. Молчанова на запрос относительно правомерности применения дымовых пожарных извещателей для одновременной защиты двух пространств: "... монтаж дымовых пожарных извещателей в подвесном потолке для одновременной защиты надпотолочного и подпотолочного пространств противоречит требованиям п. 12.18, 12.19 и 12.23 НПБ 88-01".
Многолетний опыт производителей, монтажных организаций, да и самих потребителей во всем мире показывает, что запотолочное пространство требует защиты отдельными дымовыми пожарными извещателями, расположенными на перекрытии (потолке) над фальшпотолком.
Выводы
1. Результаты испытаний, проведенных в декабре 1998 г. с тепловыми максимальными ПИ, установка которых в запотолочном пространстве не соответствует современной нормативной базе, и с извещателями ИП212-3С с увеличенной в несколько раз чувствительностью, показали недопустимо низкую эффективность их работы по ГОСТ Р 50898-96.
2. Размещение дымового пожарного извещателя на расстоянии 300 мм от потолочного перекрытия значительно снижает эффективность системы пожарной сигнализации (время срабатывания ПИ увеличивается в 2 - 5 раз), а установка дымового извещателя на расстоянии 1 м делает систему пожарной сигнализации практически неработоспособной (время срабатывания ориентировочно увеличивается в 6 - 15 раз).
3. Установка дымового извещателя между двумя объемами не обеспечивает одновременной защиты двух пространств, независимо от характеристик пожарного извещателя и величины запотолочного пространства.
|