Чувствительность дымового извещателя

Дымовые пожарные извещатели стали привычным дополнением к интерьеру во всех зданиях. Они должны срабатывать при появлении дыма, благодаря чему имеется возможность обеспечить эвакуацию людей в безопасную зону при пожаре. В отличие от тепловых извещателей и извещателей пламени, дымовые извещатели (по зарубежной терминологии – детекторы) срабатывают на этапе тления и в какой-то мере могут предотвратить отравление угарным газом. На нашем рынке представлен большой выбор отечественных дымовых пожарных извещателей по ГОСТ Р 53325–2009 и зарубежных дымовых детекторов по европейскому стандарту EN 54-7. Различия между зарубежными детекторами и большинством отечественных извещателей видны невооруженным глазом, причем не только по качеству пластика и дизайну, но и по конструкции, размерам и, конечно же, цене. Однако основные параметры, которые определяют скорость обнаружения очагов различного типа, практически не учитываются при выборе типа дымового извещателя.

 

 
Игорь Неплохов
Технический директор по ПС 
компании ADT Security Solutions, к.т.н.

Широкое применение дымовых извещателей в нашей стране началось сравнительно недавно, около 10 лет назад. В НПБ 110–99 с Изменением № 1 было введено требование, которое запретило использование тепловых извещателей на большинстве объектов: "Здания и помещения, перечисленные в пунктах 2.9, 2.12, 2.13, 2.15, 2.16, 2.19, 4.17, 4.18, 4.19, 4.20, 4.21, 4.29–4.33, 4.35–4.47, 4.38, 4.39, 4.41, при применении автоматической пожарной сигнализации следует оборудовать дымовыми пожарными извещателями". С тех пор здания жилые, общественного и административно-бытового назначения, предприятий торговли, культурно-зрелищного назначения, выставочные залы, помещения для хранения музейных ценностей, здания хранения архивов, уникальных изданий, отчетов, рукописей и другой документации особой ценности и многие-многие другие объекты стали защищаться исключительно дымовыми извещателями как обеспечивающими раннее обнаружение очага пожара. Начался массовый выпуск дымовых извещателей, однако, несмотря на название, вопрос об их способности обнаруживать тлеющие и открытые очаги пожара до сих пор остается открытым. Испытания на реальные дымы от стандартных тестовых очагов в нашей стране вводятся только сейчас, в отличие от Европы и США, где эти тесты по стандартам EN 54 и UL проводятся уже около 30 лет.

По НПБ 65–97 "Извещатели пожарные оптико-электронные. Общие технические требования. Методы испытаний" и далее по ГОСТ Р 53325– 2009 "Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования. Методы испытаний" дымовые извещатели испытываются только на стенде "Дымовой канал". В технической документации на дымовой извещатель с дискретным выходным сигналом "Пожар" должно быть указано конкретное значение чувствительности, которое должно находиться в пределах 0,05–0,2 дБ/м. В технической документации на дымовой извещатель с аналоговым выходным сигналом должен быть установлен диапазон значений чувствительности, в котором он обеспечивает измерение оптической плотности среды, при этом максимальная удельная оптическая плотность, контролируемая оптическим извещателем с аналоговым выходным сигналом, в нормальных условиях должна быть не менее 0,2 дБ/м. Однако, как правило, у извещателей с дискретным выходным сигналом (то есть у всех пороговых извещателей неадресных и адресных) указывается только диапазон 0,05–0,2 дБ/м, а не конкретное значение чувствительности, как у детекторов сертифицированных по UL.

Принцип действия

В дымовых оптико-электронных пожарных извещателях используется эффект рассеяния излучения на частицах дыма. Соответственно неотъемлемой частью всех извещателей такого типа является оптопара – излучатель и фотоприемник. В настоящее время это светодиод и фотодиод, расположенные в горизонтальной или вертикальной плоскости под определенным углом друг к другу. Светодиод, работающий в импульсном режиме для снижения тока потребления, периодически освещает центральную часть дымовой камеры, а фотодиод, направленный в эту зону, принимает отраженный сигнал (рис. 1). Когда в извещателях с дискретным выходом уровень отраженного от частиц дыма сигнала достигает установленного порога, формируется сигнал "Пожар". Конструкция дымовой камеры и расположение излучателя и фотоприемника должны не только исключать прямое попадание излучения светодиода на фотоприемник, но и снижать уровень фонового сигнала, отраженного от ее стенок. Для исключения ложных срабатываний извещателя при помеховых воздействиях фоновый сигнал должен быть в несколько раз меньше порога срабатывания. Невыполнение этого требования определяет также появление ложных срабатываний при незначительном запылении дымовой камеры даже при отсутствии помеховых воздействий и при низкой чувствительности дымового извещателя. 

Адресно-аналоговые оптические извещатели с аналоговым выходным сигналом измеряют уровень удельной оптической среды и передают эти значения на адресно-аналоговый пожарный приемно-контрольный прибор (ААППКП), что расширяет функциональные возможности системы (например, в части контроля состояния извещателей) и значительно повышает эффективность работы. Для обеспечения измерения минимальных концентраций дыма для анализа развития пожароопасной обстановки и формирования сигналов предтревоги, адресно-аналоговые извещатели должны отвечать ряду дополнительных требований. Реализация этих требований повышает стоимость приборов, но обеспечивает качественно более высокий уровень пожарной защиты по сравнению с пороговыми извещателями.

Измерение чувствительности

Чувствительность дымовых извещателей измеряется в дымовом канале (рис. 2). 

При испытаниях в дымовом канале по НПБ 65– 97 измерялась чувствительность извещателей при линейном увеличении концентрации продуктов горения (аэрозоля) со скоростью не менее 0,015 дБ/м в минуту и не более 0,1 дБ/м в минуту. В качестве материала дымообразования использовался тлеющий хлопчатобумажный фитиль и допускалось использование генератора аэрозоля с парафиновым маслом со средним диаметром частиц от 0,5 до 1,0 мкм и показателем преломления частиц (1,4±0,1).

По НПБ 65–97 измерение чувствительности извещателей, как и в европейском стандарте по дымовым извещателям EN 54-7, проводилось при скорости воздушного потока 0,2 м/с. А в настоящее время по ГОСТ Р 53325–2009 при измерении чувствительности извещателей скорость воздушного потока устанавливается в пределах 0,20–0,30 м/с. Таким образом допускается увеличение скорости воздушного потока в 1,5 раза, и тем самым ГОСТ Р 53325–2009 дает возможность сертификации существенно менее эффективных отечественных дымовых извещателей по сравнению с европейскими и американскими детекторами. Скорость воздушного потока в дымовом канале довольно просто "подкрутить", а вот скорость дыма от реального тлеющего очага увеличить невозможно – как обычно пишут на пожарном сайте 0-1.ру в таких случаях: "А пожару все равно".

Зависимость чувствительности от скорости воздушного потока

Для сравнения: в американском стандарте UL по дымовым детекторам чувствительность детектора в дымовом канале измеряется при скорости воздушного потока 0,152 м/с (30 футов/мин.)! По результатам экспериментальных исследований в реальных условиях эффективность обнаружения тлеющего очага зависит от так называемой критической скорости – минимальной скорости воздушного потока, при которой дым начинает поступать в дымовую камеру извещателя, преодолевая аэродинамическое сопротивление дымозахода. То есть для обнаружения пожара необходимо не только наличие дыма достаточной удельной оптической плотности в месте расположения дымового извещателя, но и величина скорости воздушного потока в направлении дымозахода извещателя больше критической. При скорости воздушного потока менее критической чувствительность извещателя практически равна нулю. В американском стандарте по пожарной сигнализации NFPA 72 приводится расчет расстановки дымовых детекторов по методу критический скорости воздушного потока. Натурные испытания по реальным тлеющим очагам показали, что если в месте размещения дымового детектора была достигнута критическая скорость движения дымогазовоздушной смеси от очага, то концентрация дыма достаточна для формирования сигнала тревоги у дымового порогового извещателя, сертифицированного по UL.

Таким образом, наукообразные разговоры о повышении эффективности отечественных дымовых извещателей за счет реализации различных алгоритмов обработки информации (типа "вычисления первой и второй производных", "распознавания образов" и т.п.) при наличии "пылезащищенных" дымозаходов со значительным аэродинамическим сопротивлением бессмысленны. Эти извещатели могут продемонстрировать свою эффективность только в дымовом канале при высоких скоростях воздушного потока, а на практике при малых концентрациях и соответственно при малых скоростях воздушного потока дым будет обтекать извещатель, не заходя в дымовую камеру и реального повышения эффективности по сравнению с дымовым извещателем с фиксированным порогом не будет. Очевидно, что извещатель с плохой аэродинамикой не в состоянии формировать сигналы предтревоги, несмотря на то что он сертифицирован как "адресно-аналоговый", и даже если имеется дополнительный порог на более низком уровне, поскольку малые концентрации дыма не обнаруживаются. Реально эти сигналы будут формироваться одновременно, причем значительно позже по сравнению с активацией дымового детектора с минимальным аэродинамическим сопротивлением дымозахода.

Обнаружение тестовых очагов

Натурные испытания точечных дымовых детекторов проводятся в соответствии с европейским стандартом EN 54-7. Аналогичные испытания введены в программу сертификационных испытаний дымовых извещателей в новую версию ГОСТ Р 53325. Испытания проводятся в помещении длиной 10 м, шириной 7 м и высотой 4 м, в центре которого на полу располагается тестовый очаг (рис. 3). На потолке на расстоянии 3 м от центра, в секторе 60 град. располагаются тестируемые извещатели и измерительные приборы. 

По стандарту EN 54-7 сертификационные испытания проводятся на 20 образцах, а испытания по тестовым очагам проходят 4 наименее чувствительных детектора по испытаниям в дымовом канале. У нас почему-то предполагается проводить все испытания всего лишь на 6 извещателях, без указания того, на каких 4 извещателях проводить испытания по тестовым очагам, что будет значительно снижать достоверность полученных результатов.

То, что некоторые наши дымовые извещатели создавались для работы в дымовом канале, а не для обнаружения реальных очагов, уже выяснилось при проведении сравнительных испытаний по тестовым очагам отделом пожарной автоматики ФГУ ВНИИПО МЧС России (отражены в публикациях В.Л. Здора, заместителя начальника научно-исследовательского центра пожарно-спасательной техники, начальника отдела пожарной автоматики ФГУ ВНИИПО МЧС России).

Довольно большое количество точечных дымовых извещателей различных производителей были испытаны в дымовом канале при тлении хлопчатобумажного фитиля. Все извещатели по чувствительности уложились в допустимый интервал 0,05–0,2 дБ/м и были условно разделены на 2 группы:

  • первая – с высокой чувствительностью 0,07– 0,1 дБ/м;
  • вторая – с низкой чувствительностью более 0,1 дБ/м.

Затем были проведены испытания в тестовом помещении по тестовым очагам тления хлопка со свечением ТП-3 и горение n-гептана ТП-5. Очаг ТП-3 состоит примерно из 90 хлопковых фитилей длиной 800 мм и массой по 3 г, прикрепленных к металлическому кольцу диаметром 100 мм, подвешенному на штативе (рис. 4). 

Собранные в пучок концы фитилей поджигают открытым пламенем, затем пламя задувают до появления тления, сопровождающегося свечением. Испытания прекращаются при достижении удельной оптической плотности среды 2 дБ/м, которая должна быть достигнута через 280–750 с (рис. 5). 

Очаг ТП-3 характеризуется низким тепловыделением и соответственно малыми скоростями воздушных потоков под потолком. Температура в месте установки извещателей практически не изменяется в процессе испытаний.

Очаг ТП-5 – это 650 г n-гептана с добавлением 3% толуола по объему, в квадратном поддоне из стали размером 33х33х5 см (площадь очага около 0,1 кв. м). Поджигается n-гептан огнем, искрой и т.п. Развитие очага происходит таким образом, что изменение удельной оптической плотности находится в пределах, показанных на рис. 6. 

При испытаниях все четыре детектора должны активизироваться до достижения концентрации продуктов горения Y = 6 через 120–240 с. При развитии этого очага происходит значительное тепловыделение, повышение температуры должно составлять минимум 35 °С. Это определяет высокие скорости воздушных потоков, способных в отличие от случая тлеющих очагов преодолевать даже значительное аэродинамическое сопротивление дымовых камер. С другой стороны, развитие очага ТП-5 происходит в несколько раз быстрее тлеющего очага ТП-3.

Тестовый очаг – момент истины, или "А пожару все равно!"

Оказалось, что очередность сработки извещателей при испытаниях по тлеющему очагу ТП-3 определялась в большей степени конструкцией извещателя, а не величиной чувствительности, показанной в дымовом канале. Извещатели с мягко говоря "неудачной" конструкцией (с высоким аэродинамическим сопротивлением дымозахода, с обтекаемыми корпусами минимальных размеров и т.д.) при высокой чувствительности в дымовом канале срабатывали позже извещателей с более низкой чувствительностью, но с хорошей вентилируемостью дымовой камеры. А при испытаниях по открытому очагу горения n-гептана ТП-5 очередность сработки извещателей соответствовала величинам значений удельной оптической плотности, при которых они срабатывали в дымовом канале.

Таким образом, очевидно, что скорость воздушного потока в дымовом канале, при которой измерялась чувствительность извещателей, значительно выше реальных скоростей движения дыма от тлеющих очагов. Совершенно понятно также, что извещатели с пониженной чувствительностью и одновременно с плохой аэродинамикой не пройдут испытания на обнаружение тлеющих тестовых очагов ТП-2 (тление дерева) и ТП-3 (тление хлопка).

Следовательно, значения чувствительности извещателей, полученные при испытаниях в дымовом канале при скоростях воздушного потока 0,2–0,3 м/с, не дают адекватного представления об эффективности работы извещателей в реальных условиях. Более логичный выбор скорости воздушного потока в дымовом канале на уровне 0,152 м/с в американском стандарте UL. Проведение испытаний по тестовым очагам по новой версии ГОСТ Р 53325 может стать серьезным испытанием для наших дымовых пожарных извещателей, но и обеспечит существенное повышение эффективности работы пожарной автоматики.

Источник: http://www.aktivsb.ru/