мультикритериальный пожарный извещатель что это
Системы пожарной сигнализации для объектов с массовым пребыванием людей
В соответствии с Правилами противопожарного режима в Российской Федерации объекты, на которых может одновременно находиться 50 и более человек, кроме жилых домов, относятся к объектам с массовым пребыванием людей. Соответственно, к объектам с массовым пребыванием людей относятся, за редким исключением, библиотеки, музеи, выставки, театры, кинотеатры, концертные залы, клубы, цирки, спортивные сооружения,торгово-развлекательные центры, гостиницы, дома отдыха и санатории, вокзалы и аэропорты, общеобразовательные учреждения, школы и детские сады, больницы, поликлиники и амбулатории, производственные объекты и научно-исследовательские учреждения и т.д.
В требованиях по обеспечению пожарной безопасности на объектах с массовым пребыванием людей большое внимание уделяется обеспечению эвакуации при возникновении пожара. Определено требование наличия инструкции о действиях персонала по эвакуации людей при пожаре, а также проведения не реже одного раза в полугодие практических тренировок лиц, осуществляющих свою деятельность на объекте. В помещениях с одним эвакуационным выходом не допускается одновременное пребывание более 50 человек, в зданиях IV и V степени огнестойкости одновременное пребывание более 50 человек допускается только в помещениях первого этажа и т.д. Однако не следует забывать, что обязательным условием успешной эвакуации людей при пожаре является своевременное включение оповещения при отсутствии ложных тревог. Частые ложные тревоги пожарной сигнализации не позволяют адекватно реагировать и быстро эвакуироваться в случае пожара, при этом обычно СОУЭ переводится в ручной режим управления, что определяет значительную задержку начала эвакуации. Время обнаружения очага и вероятность ложных тревог зависят от типа пожарного извещателя и приемно-контрольного прибора: дымовой, дымовой-тепловой, дымовой-газовый СО-тепловой, неадресный пороговый, адресно-аналоговый, мультисенсорный.
Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах (СОУЭ)
Свод правил СП 3.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре. Требования пожарной безопасности» определяет классификацию систем оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре. Всего насчитывается 5 типов СОУЭ, на простейших объектах используются СОУЭ 1-го и 2-го типа со звуковым способом оповещения сиренами, причем при 2-м типе СОУЭ дополнительно к сиренам должны быть установлены световые оповещатели «Выход». На более сложных объектах в плане эвакуации людей при пожаре используются СОУЭ 3–5-го типа с речевым способом оповещения, с трансляцией простых понятных текстов, удобных для восприятия. В зависимости от значения нормативного показателя и числа этажей здания может быть определен 3-й тип СОУЭ с одновременным речевым оповещением всего здания; на более сложных объектах уже 4-й тип СОУЭ с разделением пожарного оповещения зон здания по времени в зависимости от расположения очага, с эвакуационными знаками пожарной безопасности, указывающими направление движения, и с обратной связью зон пожарного оповещения с помещением пожарного поста-диспетчерской; на самых сложных объектах предусматривается 5-й тип оповещения дополнительно с возможностью реализации нескольких вариантов эвакуации из каждой зоны и с координированным управлением из одного пожарного поста-диспетчерской всеми системами здания, связанными с обеспечением безопасности людей при пожаре.
Например, физкультурно-оздоровительные комплексы и спортивно-тренировочные учреждения с помещениями без трибун для зрителей, бытовые помещения и бани с числом посетителей до 50 должны быть оборудованы СОУЭ 1-го типа, от 50 до 150 – СОУЭ 2-го типа, от 150 до 500 – СОУЭ 3-го типа и более 500 – СОУЭ 4-го или 5-го типа. Аналогично организации общественного питания при вместимости до 50 посетителей должны быть оборудованы СОУЭ 1-го типа, от 50 до 200 посетителей или более 2 этажей – СОУЭ 2-го типа, от 200 до 1000 посетителей – СОУЭ 3-го типа и более 1000 посетителей – СОУЭ 4-го или 5-го типа. Музеи, выставки, танцевальные залы и другие подобные учреждения в закрытых помещениях с числом посетителей до 500 и числом этажей не более 3 должны быть оборудованы СОУЭ 2-го типа, от 500 до 1000 или более 3 этажей – СОУЭ 3-го типа, более 1000 посетителей – СОУЭ 4-го или 5-го типа.
Неадресные пороговые системы
В общем случае эффективность противопожарной защиты определяется выбранным типом системы пожарной сигнализации. Традиционные неадресные системы имеют ограниченные возможности. Основные недостатки: отсутствие контроля работоспособности извещателей, нестабильность чувствительности и высокий уровень ложных тревог. При каком уровне задымления сработает дымовой пороговый извещатель и сработает ли вообще когда-либо – неизвестно, измерить чувствительность дымового извещателя теоретически возможно, но оборудование для проведения такой процедуры на несколько порядков дороже тестируемой системы. На практике даже грубое тестирование каждого дымового извещателя при помощи аэрозоля не проводится. По сигналу «Пожар» на приемно-контрольном приборе определяется только номер шлейфа, в котором сработал пожарный извещатель. Соответственно, масса драгоценного времени неизбежно теряется на выяснение, в каких помещениях находятся пожарные извещатели, включенные в данный шлейф, и на поиск среди них помещения, в котором возник пожар. Осаждение пыли на стенках дымовой камеры определяет неизбежность ложной тревоги в неадресной системе. Несмотря на значительные затраты на оборудование и еще большие на монтаж с учетом выполнения требования установки не менее трех неадресных извещателей в каждом помещении, такие системы широко распространены. Однако с учетом стоимости монтажа трех розеток для неадресных извещателей по сравнению с одной базой адресно-аналогового извещателя уже даже сравнительно небольшая неадресная система практически выравнивается по стоимости с адресно-аналоговой системой. В неадресных системах средних размеров дополнительно возрастают затраты на кабель шлейфов и на их монтаж. Если в адресно-аналоговых системах емкость одного шлейфа обычно составляет несколько сотен пожарных извещателей и модулей, то в неадресных системах каждые 20–30 извещателей включаются в отдельный шлейф и подключаются к приемно-контрольному прибору отдельным кабелем. Затраты на кабель и прокладку шлейфов в больших системах возрастают в разы.
Еще один существенный недостаток неадресных систем – это низкий уровень защиты от обрыва и от короткого замыкания шлейфов. Не только при коротком замыкании, но и при обрыве шлейфа прибор не в состоянии принять сигнал «Пожар» ни от одного пожарного извещателя, подключенного к прибору. При отключении оконечного резистора шлейфа прибор формирует сигнал «Неисправность» и блокирует прием сигналов «Пожар» от извещателей, хотя все они остаются подключенными к прибору. Такое функционирование отечественных неадресных приемно-контрольных приборов значительно снижает уровень пожарной защиты.
Очевидно, с учетом низкого уровня эксплуатационных характеристик использование неадресных систем должно быть ограничено небольшими объектами с числом пожарных извещателей не более 100 для снижения вероятности ложных тревог, с СОУЭ 1–2-го типа. На более сложных объектах с числом извещателей примерно от 100 до 1000, с СОУЭ 3–4-го типа требуются адресно-аналоговые системы с автоматическим контролем работоспособности извещателей, а объекты с большим числом извещателей с СОУЭ 4–5-го типа рекомендуется защищать адресно-аналоговыми системами с мультикритериальными извещателями для обеспечения высокой чувствительности при низкой вероятности ложных тревог.
В адресно-аналоговой системе определяется точное местоположение пожароопасной ситуации, что позволяет оперативно пресечь ее развитие. В отличие от пороговых систем в адресно-аналоговой системе предусмотрено формирование сигнала «Предтревога» на ранней стадии развития очага, что позволяет его ликвидировать даже без проведения эвакуации. В адресно-аналоговых извещателях контролируется чувствительность в процессе эксплуатации, возможна ее адаптация к условиям эксплуатации и автоматическое переключение уровня чувствительности в рабочие и нерабочие часы (режим «день/ночь»). Контролируется аналоговая величина извещателей и компенсируется дрейф в процессе эксплуатации, следовательно, исключается возможность загрубления чувствительности. Вблизи границ диапазона компенсации формируется извещение о необходимости проведения технического обслуживания извещателя без формирования ложной тревоги, в отличие от неадресных извещателей. В адресно-аналоговых системах емкость одного шлейфа обычно составляет несколько сотен пожарных извещателей и модулей, а одна панель обеспечивает возможность подключения нескольких шлейфов с несколькими тысячами адресно-аналоговых извещателей и адресных модулей. Как правило, используются кольцевые шлейфы с изоляторами короткого замыкания в извещателях и в модулях, таким образом, не только при обрыве, но и при коротком замыкании шлейфа все устройства остаются работоспособными. Кольцевой шлейф автоматически преобразуется в два радиальных шлейфа с индикацией места возникновения неисправности, то есть указывает, между какими двумя устройствами произошло короткое замыкание шлейфа или обрыв.
Возможность обработки текущих значений контролируемых факторов мультисенсорных извещателей в адресно-аналоговой системе в реальном времени позволяет использовать мультикритериальные режимы и тем самым еще больше повысить точность идентификации пожароопасной ситуации (рис. 1) с обнаружением разных стадий развития очага. Например, дымовой-газовый СО-тепловой извещатель может обнаруживать стадии скрытого тления, открытого тления и переход в открытый очаг. На рис. 1 для примера показана реакция извещателя 830PC на тлеющий фитиль. Такое задымление соответствует максимуму диапазона измерения удельной оптической плотности, равной 6%/м (0,27 дБ/м) или 255 дискретов, и концентрации СО – 102 ppm или 255 дискретов, при повышении температуры на несколько градусов до 27 °С, что соответствует 86 дискретам.
Рис. 1. Тление фитиля
Рис. 2. Аналоговые величины контролируемых факторов
Мультикритериальные дымовые-тепловые извещатели
Глобальное направление развития пожарных извещателей – сокращение времени обнаружения, расширение спектра очагов загораний и повышение достоверности сигнала «Пожар». Отправная точка – это классический дымовой оптико-электронный извещатель. Несмотря на присущие этой технологии недостатки, он обнаруживает 4 типа очага: ТП2 – тление древесины, ТП3 – тление со свечением хлопка, ТП4 – горение полимерных материалов (пенополиуретана), ТП5 – горение легковоспламеняющейся жидкости с выделением дыма – Н-гептана (по ГОСТ Р 53325–2012). Значительное улучшение его технических характеристик обеспечивается посредством анализа изменений оптической плотности среды во времени, исходя из многолетних экспериментальных исследований. Такие алгоритмы позволяют настолько снизить вероятность ложных тревог при воздействии пара, пыли и аэрозолей, что при их проверке тестовым аэрозолем необходимо отключать этот алгоритм.
Еще один недостаток дымового оптико-электронного извещателя – это пониженная чувствительность по дымам с мелкими частицами, которые очень хорошо раньше обнаруживали радиоизотопные дымовые извещатели. Открытые очаги быстро развиваются и представляют особую опасность, причем загорание многих материалов, например пластиков и легковоспламеняющихся жидкостей, происходит без стадии тления. Данная проблема устраняется при дополнении информации дымового канала анализом изменения температуры во времени. Таким образом образуется мультикритериальный дымовой извещатель с тепловым каналом, который ни в коем случае не следует путать с комбинированным дымовым-тепловым извещателем, у которого каналы работают независимо друг от друга с формированием сигнала «Пожар» по логике «ИЛИ».
На рис. 3 показана реакция дымового и теплового канала, а так же результат мультикритериальной обработки с анализом информации теплового канала по технологии IQ8Quad OT на развитие тестового очага ТП4 – горение пенополиуретана. Представленные зависимости показывают значительный выигрыш по времени обнаружения очага мультикритериальным извещателем.
Рис. 3. Обнаружение тестового очага ТП4 – горение пенополиуретана дымовым-тепловым мультикритериальным детектором по технологии IQ8Quad OT
Рис. 4. Тестовый очаг ТП1 – горение дерева
Рис. 5. Обнаружение тестового очага ТП1 – горение дерева мультикритериальным дымовым-тепловым детектором по технологии IQ8Quad OTblue
Корреляционная обработка информации по технологии IQ8Quad OTblue позволяет обнаружить и тестовый очаг ТП1 – горение дерева, который не обнаруживается ни тепловым, ни дымовым извещателем в отдельности (рис. 5). Использование данной технологии позволило повысить чувствительность оптико-электронного дымового извещателя по открытым очагам до уровня радиоизотопных дымовых извещателей, без снижения чувствительности по тлеющим очагам.
Эффект в части распознавания помеховых воздействий в виде пыли и пара с более крупными частицами, по сравнению с дымами, достигается при формировании дополнительной оптопары с анализом рассеянного и отраженного сигналов от одного светодиода (рис. 6). Такой извещатель обнаруживает уже 6 тестовых очагов – с ТП1 по ТП6. В качестве примера на рис. 7 показана реакция на тестовый очаг ТП5 – горение Н-гептана (рис. 8) теплового канала, дымовых каналов прямого и обратного рассеяния и мультикритериального по технологии IQ8QuadO2T.
Рис. 6. Формирование оптопар с прямым и обратным рассеянием
Рис. 7. Обнаружение тестового очага ТП5 – горение Н-гептана мультикритериальным двойным дымовым-тепловым детектором по технологии IQ8QuadO2T
Рис. 8. Тестовый очаг ТП5 – горение Н-гептана
Мультикритериальные дымовые-тепловые-газовые СО-извещатели
Отличные результаты по защите от ложных срабатываний с одновременным сокращением времени обнаружения пожароопасной ситуации обеспечивает в извещателе сочетание дымового, теплового и газового СО сенсоров. Сенсор угарного газа СО обеспечивает раннее обнаружение скрытых, медленно развивающихся, тлеющих очагов. При скрытом тлении углеродосодержащих материалов при ограничении доступа кислорода образуется угарный газ СО при сравнительно небольшом уровне задымления. С другой стороны, газовый сенсор СО обеспечивает хорошую защиту от ложных тревог при воздействии пара, аэрозолей, театрального дыма, пыли и т.д. Повышение оптической плотности среды при отсутствии угарного газа СО позволяет идентифицировать помеховые воздействия, не связанные с пожароопасной обстановкой, поскольку тлеющие очаги всегда сопровождаются образованием значительной концентрацией угарного газа СО.
Сочетание дымового и теплового сенсоров позволяет реально сократить время обнаружения открытых очагов, что очень важно ввиду их быстрого развития. Сочетание сравнительно небольших концентраций дыма при повышении температуры окружающей среды – достоверный признак ранней стадии горения пластических, ЛВЖ и других материалов, не имеющих стадии тления. Это описание возможностей мультисенсорных извещателей в общих чертах, в реальности в адресно-аналоговых панелях используются значительно более сложные экспертные алгоритмы обработки текущих значений контролируемых факторов, формирующиеся по результатам многолетних экспериментальных исследований, которые проводят все ведущие производители в своих испытательных центрах. И в настоящее время наиболее эффективным точечным пожарным извещателем, обеспечивающим раннее обнаружение широкого спектра очагов в различных условиях эксплуатации, считается именно мультикритериальный дымовой-тепловой-газовый СО-извещатель. Причем современные технологии позволяют его реализовать в корпусе стандартных размеров (рис. 9).
Рис. 9. Мультикритериальный дымовой-тепловой-газовый СО-извещатель
Необходимо отметить, что реакция на тлеющие очаги у мультикритериального дымового-теплового-газового СО-извещателя значительно быстрее по сравнению с дымовым каналом и с газовым СО-каналом. Например, на рис. 10 показаны выходные аналоговые величины теплового канала, дымового канала, газового СО-канала и мультикритериального дымового-теплового-газового СО-извещателя при развитии тестового очага ТП3 – тление со свечением хлопка (рис. 11). Мультикритериальному дымовому-тепловому-газовому СО-извещателю требуется для формирования сигнала «Пожар» по тлеющему очагу в 2 раза меньше времени, чем дымовому извещателю, и в 1,5 раза меньше, чем газовому СО-извещателю. Вместе с тем, необходимо отметить, что за рубежом пожарные одноканальные газовые СО-извещатели не выпускаются из-за отсутствия реакции на открытые очаги, из-за ложных тревог при воздействии различных газов, в том числе монооксида углерода СО не пожарного происхождения и по другим причинам.
Рис. 10. Обнаружение тестового очага ТП3 – тление со свечением хлопка мультикритериальным дым-тепло-газовым СО извещателем по технологии IQ8Quad OTG
Рис. 11. Тестовый очаг ТП3 – тление со свечением хлопка
Таким образом, на объектах с массовым пребыванием людей для обеспечения высокого уровня защиты от пожара с практически нулевым уровнем ложных тревог идеальным решением является использование мультикритериальных дымовых-тепловых-газовых СО пожарных извещателей в адресно-аналоговой системе.
Пожарные извещатели. Термины, определения, принцип действия
В статье предпринимается попытка провести систематизацию различных классов пожарных извещателей, основываясь на терминах и определениях, приведенных в отечественной и зарубежной нормативной базе. Показано, что адресно-аналоговый извещатель может являться комбинированным, мультикритериальным или мультисенсорным в зависимости от режима обработки аналоговых величин контролируемых факторов.
Комбинированные пожарные извещатели по ГОСТ Р 53325
Мультисенсорные и мультикритериальные пожарные извещатели в ГОСТ Р 53325 не определены. Кроме того, необходимо отметить, что введение в определение комбинированного пожарного извещателя конкретной логики работы оставляет неопределенными широкий класс современных и значительно более эффективных по сравнению с примитивными извещателями с логикой «ИЛИ», которые используют корреляционную обработку различных факторов пожара, элементы теории распознавания образов, функции максимального правдоподобия и т.д.
Комбинированные пожарные детекторы по NFPA 72-2013
Определение в американском стандарте NFPA 72 значительно расширяет понятие комбинированного извещателя: «3.3.66.4* Комбинированный детектор. Устройство либо реагирует более чем на один фактор пожара или используется более одного принципа обнаружения одного из этих факторов. Типичными примерами являются сочетание теплового детектора с детектором дыма или комбинация скорости нарастания и фиксированной температуры в тепловом детекторе. Это устройство прописывается для каждого используемого типа сенсора. (SIG-IDS)». Как видно из приведенного определения, в комбинированном извещателе возможно не только использование контроля различных факторов, но и различные способы обнаружения одного фактора пожара. В определении приведен пример максимально-дифференциального пожарного извещателя, который по ГОСТ 53325 не является комбинированным. К комбинированным пожарным извещателям по NFPA 72 также относятся дымовые извещатели с использованием различных технологий обнаружения дыма, например двухволновые дымовые извещатели с инфракрасным и синим светодиодами или с различными углами оптопар.
Мультикритериальные пожарные детекторы по NFPA 72-2013
Однако они не реагируют на открытые очаги, что является их существенным недостатком, который значительно ограничивает область применения газовых СО-извещателей. Для устранения этого недостатка в режиме Compensated СО производится оценка результатов измерения концентрации СО с учетом изменения температуры окружающей среды. Данный мультикритериальный газовый СО-детектор с тепловым сенсором позволяет обнаруживать открытые очаги с эффективностью дымового извещателя при отсутствии ложных срабатываний от пыли, пара, аэрозолей и т.д.
Адресно-аналоговые пожарные извещатели по ГОСТ Р 53325
В американском стандарте NFPA 72 приведено в 50 раз больше терминов и определений, чем в ГОСТ Р 53325, но определение адресно-аналогового пожарного извещателя есть только в ГОСТ Р 53325: «3.6 извещатель пожарный аналоговый: Автоматический ПИ, обеспечивающий передачу на приемно-контрольный прибор информации о текущем значении контролируемого фактора пожара». Для упрощения обработки результатов измерений в панели обычно формируются линейные шкалы контролируемого фактора в дискретах. На дисплее панели или тестера-программатора текущие значения аналоговых величин отображаются в стандартных единицах и в дискретах. Например, на рис. 3 показаны отсчеты по дымовому-СО-тепловому адресно-аналоговому извещателю в дежурном режиме: температура 24 °С (078 дискретов), удельная оптическая плотность 0 %/м (012 дискретов), концентрация угарного газа СО 0 ррт (024 дискрета), компенсация пыли в дымовой камере 2% (013 дискретов).
Адресно-аналоговое построение системы обеспечивает максимально широкие возможности в выборе программ обработки аналоговой информации извещателей при использовании огромных вычислительных возможностей панели. В отличие от комбинированного извещателя с формированием сигнала тревоги в извещателе с жесткой логикой работы, в адресно-аналоговой панели информация от извещателя может обрабатываться в различных режимах в зависимости от условий эксплуатации и вида пожарной нагрузки с возможностью переключения режимов работы в рабочие и нерабочие часы, которые условно называются «День» и «Ночь». Соответственно, адресно-аналоговый извещатель не может быть однозначно определен как мультикритериальный или как комбинированный. Классификация с адресно-аналогового извещателя переносится на режим обработки информации в панели. К примеру, аналоговые величины удельной оптической плотности среды и температуры оптического дымового-теплового извещателя могут обрабатываться в панели в следующих режимах:
Можно обратить внимание, что в режиме 6 информация об изменении температуры используется двояко: при формировании мультикритериального режима обработки дымового канала и отдельно по стандартному алгоритму теплового извещателя класса A2S. Таким образом, в режиме 6 реализуется одновременно и комбинированный, и мультикритериальный извещатель.
Чем отличается класс тепловых извещателей A2S по европейскому стандарту EN54-5 от класса тепловых извещателей А2 по ГОСТ Р 53325? Этот вопрос касается различий методов борьбы с ложными срабатываниями. Тепловые детекторы с индексом S являются прямой противоположностью дифференциальных тепловых извещателей с индексом R. Если дифференциальные тепловые извещатели должны активизироваться при достаточно быстром нарастании температуры до достижения их максимального порога, то детекторы с индексом S не должны срабатывать при резких скачках температуры, пока ее значение не достигает порога, что подтверждается соответствующими испытаниями. Например, детекторы класса A2S сначала выдерживают при температуре 5 °С, а затем помещают в воздушный поток с температурой 50 °С. То есть воздействие на детектор класса A2S скачка температуры величиной 45 °С не должно вызывать ложного срабатывания. В адресно-аналоговой системе данный режим реализуется программно, в режиме 5 тепловой максимальный на 60 °С, класс A2S по EN54-5 панель не реагирует на любые скачки температуры, пока ее значение не достигнет величины 60 °С. Такой режим рекомендуется использовать в зонах, где возможны значительные перепады температуры в нормальных условиях, таких как котельные, кухни и тому подобное.
Мультисенсорные пожарные детекторы по NFPA 72-2013
К мультисенсорному детектору предъявляются требования высокой точности измерения величин контролируемых факторов в реальном масштабе времени. Для обеспечения этого требования дымовая камера должна иметь хорошую вентилируемость при малых скоростях воздушных потоков. Любая дымовая камера имеет какое-то аэродинамическое сопротивление и для исключения обтекания воздушными потоками пожарного извещателя корпус извещателя имеет вертикальные пластинки, которые направляют воздушные массы в дымовую камеру, к сенсору СО и к термистору (рис. 5).
Кроме того, термистор должен быть практически безынерционным, то есть иметь минимальную массу для точного измерения изменения температуры. Без выполнения этих требований обеспечить раннее обнаружение загораний невозможно, поскольку на начальных этапах развития пожароопасные ситуации сопровождаются незначительными выделениями тепла и слабыми воздушными потоками. Пожарные извещатели обтекаемой формы с малой площадью дымозахода и с тепловыми сенсорами значительной массы длительное время не обнаруживают ни наличие дыма, ни повышение температуры, причем недостатки конструкции не могут быть компенсированы схемотехническими решениями.
Адресно-аналоговое построение позволяет использовать широкий набор режимов обработки аналоговых величин контролируемых факторов вплоть до формирования на базе одного извещателя трех виртуальных разнотипных извещателей с различными адресами:
Достоверное обнаружение
Таким образом, мультикритериальные и мультисенсорные алгоритмы обработки информации, которые базируются на результатах экспериментальных исследований, позволяют значительно расширить возможности дымовых и газовых СО-извещателей с тепловыми сенсорами.
Самые широкие возможности по выбору режимов работы имеют адресно-аналоговые извещатели, они могут быть сконфигурированы не только в виде мультикритериальных, мультисенсорных и комбинированных извещателей, но и в виде нескольких виртуальных извещателей с различными адресами и режимами работы.
В качестве универсального извещателя для различных условий эксплуатации и видов пожарной нагрузки с обеспечением раннего достоверного обнаружения пожароопасной обстановки можно использовать 3-канальный адресно-аналоговый пожарный извещатель дымовой-газовый СО-тепловой.