Чем грозит ВТО российскому извещателю?
Постараюсь изложить свое видение в том ключе, в котором это принято в России - более глубоко с теоретической точки зрения. Такого рода материал невозможно встретить на страницах западной прессы - он специально ориентирован на российскую аудиторию, большинство которой составляют технически эрудированные читатели, которые хотят разобраться в проблеме, обсуждая ее с глубоким пристрастием, и это мне импонирует. Остановлюсь на основных конструктивных и функциональных особенностях, в развитии которых за последние 2 - 3 года сделан значительный скачок. Понимая, что в и в Европе, и в России наибольшее распространение получили дымовые оптико-электронные извещатели, я не буду рассматривать прочие виды извещателей хотя специалисты заметят, что ионизационные извещатели лучше определяют черный дым и легкие продукты горения
|
Винчецо Нэста
Президент производственного предприятия Pittway Tecnologica System Sensor Europe |
Конструктивные особенности
Итак, начнем с конструктивных особенностей. Полагаю, что аудитория журнала понимает основные этапы развития пожара в помещении. Сначала поток горячих газов и образующегося дыма под действием архимедовой силы поднимается вверх. Затем он растекается в радиальных направлениях под потолком. После достижения стен помещения, происходит накопление газодымовоздушной смеси в подпотолочном пространстве.
Для развитого очага пожара характерны большие скорости тепловых потоков (несколько м/с и более), а также их значительная турбулизация. Количество частиц дыма прямо пропорционально массе горящего вещества и его дымообразующей способности. Видимый дым имеет размеры частиц более 0,4 мкм. Перемещение частиц дыма под действием тепловых потоков приводит к их столкновению и слипанию (коагуляции). При высокой концентрации частиц дыма и значительной турбулентности теплового потока коагуляция уже через небольшой промежуток времени приводит к началу оседания частиц большого размера.
Принцип действия оптико-электронных дымовых извещателей основан на обнаружении дыма по отражению светового излучения от частиц дыма. Луч света от прожектора или лазера невидимый в прозрачной среде становится видимым в дыме за счет отражения света от его частиц. Одновременно происходит ослабление излучения. Чем выше оптическая плотность среды, тем больше величина затухания излучения при прохождении одного и того же расстояния. Чувствительность дымового датчика - это величина оптической плотности среды, при которой срабатывает датчик. Традиционный оптический датчик в соответствии с российскими нормами пожарной безопасности (НПБ 65-97) должен иметь чувствительность пределах 0,05...0,2 дБ/м. Интервалы, указанные в ЕN54 (часть 7), близки к этим пределам. Европейские пороговые датчики обычно имеют чувствительность порядка 0,1 дБ/м, что гарантирует их высокую эффективность. Задымление с таким уровнем оптической плотности вызывает ослабление света всего лишь на 2,3 % на расстоянии 1 метр, на 12,2% на расстоянии 5 метров, т.е. датчик с такой чувствительностью срабатывает при незначительном задымлении, которое даже не заметно невооруженным глазом!
Для развитого очага пожара характерны большие скорости тепловых потоков (несколько м/с и более), а также их значительная турбулизация. Количество частиц дыма прямо пропорционально массе горящего вещества и его дымообразующей способности. Видимый дым имеет размеры частиц более 0,4 мкм. Перемещение частиц дыма под действием тепловых потоков приводит к их столкновению и слипанию (коагуляции). При высокой концентрации частиц дыма и значительной турбулентности теплового потока коагуляция уже через небольшой промежуток времени приводит к началу оседания частиц большого размера.
Принцип действия оптико-электронных дымовых извещателей основан на обнаружении дыма по отражению светового излучения от частиц дыма. Луч света от прожектора или лазера невидимый в прозрачной среде становится видимым в дыме за счет отражения света от его частиц. Одновременно происходит ослабление излучения. Чем выше оптическая плотность среды, тем больше величина затухания излучения при прохождении одного и того же расстояния. Чувствительность дымового датчика - это величина оптической плотности среды, при которой срабатывает датчик. Традиционный оптический датчик в соответствии с российскими нормами пожарной безопасности (НПБ 65-97) должен иметь чувствительность пределах 0,05...0,2 дБ/м. Интервалы, указанные в ЕN54 (часть 7), близки к этим пределам. Европейские пороговые датчики обычно имеют чувствительность порядка 0,1 дБ/м, что гарантирует их высокую эффективность. Задымление с таким уровнем оптической плотности вызывает ослабление света всего лишь на 2,3 % на расстоянии 1 метр, на 12,2% на расстоянии 5 метров, т.е. датчик с такой чувствительностью срабатывает при незначительном задымлении, которое даже не заметно невооруженным глазом!
| Рис. 1. Дымовая камера при отсутствии дыма | Рис. 2. Дымовая камера с частицами дыма |
Дымовая камера извещателя
Обнаружение дыма происходит в дымовой камере датчика при помощи светодиода и фотодиода (рис. 1 и 2). При отсутствии дыма излучение от светодиода не попадает на фотодиод (рис. 1), при появлении дыма излучение отражается от его частиц и принимается фотодиодом (рис. 2)
Дымовая камера и ее оптическая пара - это сердце отпико-электронного датчика, его важнейший конструктивный элемент, постоянно совершенствующийся в результате многолетних теоретических и экспериментальных исследований. Большинство требований, предъявляемых к конструкции дымовой камеры, вытекают из принципа действия датчика и условий его применения и являются настолько очевидными, насколько и трудно выполнимыми.
Физика распространения дыма определяет боковое направление его приближения к извещателю, поэтому все современные европейские извещатели имеют дымозаход в чувствительную камеру датчика сбоку. Это один из обязательных признаков современной разработки извещателя. Чувствительная камера со сплошной боковой стенкой, т.е. вертикально вентилируемая менее эффективна из-за высокого аэродинамического сопротивления при горизонтальных воздушных потоках. Потоки воздуха с частицами дыма могут обтекать вертикальную камеру сбоку не заходя в нее. Дымовым камерам с вертикальным дымозаходом присущи и другие недостатки, которые можно обсудить отдельно. Так как априори неизвестно место возгорания, то датчик должен иметь одинаковую чувствительность при поступлении дыма с любого направления.
На рис. 3 показана идеальная, абсолютно круглая дымовая камера без "мертвых зон". По тому, насколько конструктив камеры приближен к этому идеалу, можно судить об уровне понимания производителя и об его возможностях технологической реализации.
Особую трудность при проектировании камеры представляет факт несимметричного расположения оптической пары: излучателя и фотоприемника. Европейские производители разработали и запатентовали ряд технических решений, позволяющих максимально приблизиться к круглой форме дымовой камеры. К форме пластинок дымовой камеры, расположенных по ее периметру, также предъявляется несколько противоречивых требований, например:
Дымовая камера и ее оптическая пара - это сердце отпико-электронного датчика, его важнейший конструктивный элемент, постоянно совершенствующийся в результате многолетних теоретических и экспериментальных исследований. Большинство требований, предъявляемых к конструкции дымовой камеры, вытекают из принципа действия датчика и условий его применения и являются настолько очевидными, насколько и трудно выполнимыми.
Физика распространения дыма определяет боковое направление его приближения к извещателю, поэтому все современные европейские извещатели имеют дымозаход в чувствительную камеру датчика сбоку. Это один из обязательных признаков современной разработки извещателя. Чувствительная камера со сплошной боковой стенкой, т.е. вертикально вентилируемая менее эффективна из-за высокого аэродинамического сопротивления при горизонтальных воздушных потоках. Потоки воздуха с частицами дыма могут обтекать вертикальную камеру сбоку не заходя в нее. Дымовым камерам с вертикальным дымозаходом присущи и другие недостатки, которые можно обсудить отдельно. Так как априори неизвестно место возгорания, то датчик должен иметь одинаковую чувствительность при поступлении дыма с любого направления.
На рис. 3 показана идеальная, абсолютно круглая дымовая камера без "мертвых зон". По тому, насколько конструктив камеры приближен к этому идеалу, можно судить об уровне понимания производителя и об его возможностях технологической реализации.
| Рис. 3. Пример идеально круглой конструкции дымовой камеры |
- обеспечение достаточно свободного пропускания воздушного потока с удержанием определенного объема дыма внутри дымовой камеры;
- максимальное снижение уровня отраженного излучения светодиода от внутренней поверхности дымовой камеры;
- уменьшение изменения чувствительности датчика при оседании пыли на внутренней поверхности дымовой камеры;
-
исключение влияния внешних источников света.
Я не перечислил и половины причин, почему дымовая камера имеет такую сложную конструкцию. При этом размер дымовой камеры не может быть меньше определенной величины и чувствительная зона не должна превращаться в точку. Кроме того, при проектировании извещателя необходимо обеспечить независимость дымоопределения от направлений воздушных потоков. Поэтому, открыв любой извещатель ведущих европейских производителей, можно удивится, насколько сложна аэродинамическая конструкция, разработанная специалистами в этой области. Такое конструктивное решение, оттачивается и совершенствуется поколениями разработок. В последних разработках конструкция обеспечивает герметизацию элементной базы, защищая ее от воздействий окружающей среды.
Кроме того, очень важно обеспечить оптимальные диаграммы направленности светодиода и фотодиода и их юстировку - точное взаимное расположение в пространстве. Что это значит?
Когда в дымовой камере появляется дым, он становится виден фотодиоду. Естественно, чтобы увидеть свет прожектора в облаке вы должны смотреть в его сторону, а не в противоположную. Аналогично в датчике светодиод должен "освещать" максимально центральную часть чувствительной камеры и фотодиод также должен "смотреть" в ее центр. При отсутствии дыма в дымовой камере фотодиод должен принимать минимальный уровень излучения от светодиода. Чем больше отношение уровня сигнала фотодиода при его срабатывании к уровню сигнала при отсутствии дыма, тем выше его защита от помех. Для исключения прямого попадания излучения светодиода на фотодиод между ними устанавливается перегородка, которая может трансформироваться в выступ. На рис. 4, 5 показаны диаграммы направленности излучения и приема светодиода фотодиода современного европейского датчика.
Рис. 4. Диаграмма излучения фотодиода Рис. 5. Диаграмма приема фотодиода
Сравнительно узкие диаграммы оптимальной формы обеспечивают высокий уровень излучения светодиода в направлении центральной части дымовой камеры и приема излучения фотодиодом сигналов из этой же области. Технология изготовления светодиодов и фотодиодов оптопары обеспечивает юстировку их оптических осей и стабильность формы диаграмм направленности.
Экономичность извещателя
Одним из важнейших параметров извещателя является его экономичность. Извещатель как компонент шлейфа системы преимущественно определяет общее его токопотребление. Излучатель - одно из основных устройств в извещателе, потребляющий энергию. Большинство производителей применяют его в импульсном режиме с целью снижения токопотребления. Однако следует заметить, что в подобной гонке никак нельзя упускать из виду уровень разумной целесообразности: периодичность и скважность импульсов питания излучателя должна гарантированно обеспечивать возможность своевременного дымоопределения. Низкое токопотребление может скорее настораживать и не является показателем уровня разработки извещателя.
Технологичность современных извещателей
Отдельно хотелось бы остановиться на технологичности современных извещателей. В России иногда технологическое упрощение производства является причиной появления "мертвых зон" в конструкции дымовой камеры. Это совершенно недопустимо и не дает возможности пройти тесты на соответствие EN54. Развитие современной электронной промышленности, прогрессивные технологии поверхностного монтажа позволяют значительно удешевить стоимость компонентов и применять микропроцессорные устройства даже в группе недорогих извещателей. Это дало возможность частично передать задачи, которые ранее выполняли контрольные панели на оконечные устройства - извещатели. Например, в самых последних, даже пороговых извещателях, появилась функция автокомпенсации уровня запыленности дымовой камеры, реализованная с помощью микропроцессора. Это достаточно сложный алгоритм, учитывающий факторы влияния накопления пыли в дымовой камере на чувствительность датчика и предобработку сигнала уровня оптической плотности среды (рис. 6).
Хотелось бы коснутся еще одной проблемы, абсолютно нетипичной и даже не обсуждаемой в Европе: защиты запотолочного пространства. Логично устанавливать извещатель на потолке, однако я знаю, что в России обсуждается возможность установки одного извещателя, контролирующего как подпотолочное, так и запотолочное пространство. Это выглядит сомнительным, ведь дым в запотолочном пространстве растекается радиальными потоками вверху, не попадая в извещатель, расположенный "на полу" запотолочного пространства. Мы с удивлением наблюдаем, что этот вариант может вообще обсуждаться.
Кроме обязательных требований, сформулированных в EN 54, а России - НПБ, многие производители задумываются о ежедневной работе по эксплуатации и сервисному обслуживанию извещателей. И в помощь заказчику разрабатывают набор дополнительных сервисных опций (например, дистанционное лазерное тестирование), с помощью которых можно оперативно оценить состояние извещателей (без помощи стремянки), многофункциональные пульты управления, позволяющие контролировать запыленность дымовой камеры, а также программировать режимы работы извещателя, его чувствительность, адрес и прочие функции.
Хотелось бы отметить, что российские НПБ 65-97 очень схожи с обязательными требованиями европейских нормативов EN 54, часть 7, хотя многие очень важные функциональные особенности и критерии их оценки упущены. Не удивляйтесь, во всем мире нормативы несколько отстают от прогресса. Но мы уверены, что в будущих версиях этих нормативах появятся улучшения. Как пример, можно привести работу ВНИИПО. Его специалисты, о которых мы много слышали, разработали новые НПБ 85-2000 по тепловым извещателям, которые практически полностью соответствуют современной классификации тепловых пожарных извещателей и требованиям к их испытаниям. Таким образом, процесс гармонизации российских и европейских нормативов уже идет.
Надеюсь, что эта статья и приведенные материалы помогут правильно сориентироваться российским производителям и потребителям в условиях быстро меняющегося современного рынка безопасности. Во время своего последнего визита в Россию я с большим интересом изучил новый каталог "Пожарная безопасность - 2003". Я получил качественно новое представление о состоянии рынка безопасности России: представлено много громких и известных во всем мире имен, чувствуется активность и профессиональный рост российских компаний. Благодарю редакцию журнала "Системы Безопасности" за проявленный интерес и предоставленную возможность познакомить читателей с европейскими тенденциями развития ключевых компонентов систем пожарной сигнализации - пожарных извещателей. Думаю, что это особенно актуально в преддверии вступления России в ВТО. То, что сегодня является нормой в Европе, завтра придет и станет нормой и в России.
 |
| Рис. 6. Снижение вероятности ложных срабатываний за счет автоматической компенсации запыленности дымовой камеры |
Хотелось бы коснутся еще одной проблемы, абсолютно нетипичной и даже не обсуждаемой в Европе: защиты запотолочного пространства. Логично устанавливать извещатель на потолке, однако я знаю, что в России обсуждается возможность установки одного извещателя, контролирующего как подпотолочное, так и запотолочное пространство. Это выглядит сомнительным, ведь дым в запотолочном пространстве растекается радиальными потоками вверху, не попадая в извещатель, расположенный "на полу" запотолочного пространства. Мы с удивлением наблюдаем, что этот вариант может вообще обсуждаться.
Кроме обязательных требований, сформулированных в EN 54, а России - НПБ, многие производители задумываются о ежедневной работе по эксплуатации и сервисному обслуживанию извещателей. И в помощь заказчику разрабатывают набор дополнительных сервисных опций (например, дистанционное лазерное тестирование), с помощью которых можно оперативно оценить состояние извещателей (без помощи стремянки), многофункциональные пульты управления, позволяющие контролировать запыленность дымовой камеры, а также программировать режимы работы извещателя, его чувствительность, адрес и прочие функции.
Хотелось бы отметить, что российские НПБ 65-97 очень схожи с обязательными требованиями европейских нормативов EN 54, часть 7, хотя многие очень важные функциональные особенности и критерии их оценки упущены. Не удивляйтесь, во всем мире нормативы несколько отстают от прогресса. Но мы уверены, что в будущих версиях этих нормативах появятся улучшения. Как пример, можно привести работу ВНИИПО. Его специалисты, о которых мы много слышали, разработали новые НПБ 85-2000 по тепловым извещателям, которые практически полностью соответствуют современной классификации тепловых пожарных извещателей и требованиям к их испытаниям. Таким образом, процесс гармонизации российских и европейских нормативов уже идет.
Надеюсь, что эта статья и приведенные материалы помогут правильно сориентироваться российским производителям и потребителям в условиях быстро меняющегося современного рынка безопасности. Во время своего последнего визита в Россию я с большим интересом изучил новый каталог "Пожарная безопасность - 2003". Я получил качественно новое представление о состоянии рынка безопасности России: представлено много громких и известных во всем мире имен, чувствуется активность и профессиональный рост российских компаний. Благодарю редакцию журнала "Системы Безопасности" за проявленный интерес и предоставленную возможность познакомить читателей с европейскими тенденциями развития ключевых компонентов систем пожарной сигнализации - пожарных извещателей. Думаю, что это особенно актуально в преддверии вступления России в ВТО. То, что сегодня является нормой в Европе, завтра придет и станет нормой и в России.