Линейные дымовые извещатели

Размещение линейных извещателей

Горение твердых горючих материалов, как правило, начинается с тления и сопровождается при термическом распаде значительным выделением дыма, который под действием тепловых потоков поступает в окружающее пространство. Сначала поток теплого воздуха и образующегося дыма под действием архимедовой силы поднимается вверх, затем он растекается в радиальных направлениях под потолком, а после достижения стен помещения, происходит накопление газодымовоздушной смеси в подпотолочном пространстве. При дальнейшем повышении локальной температуры в очаге пожара происходит увеличение выделения газообразных продуктов горения и появляется открытое пламя. Таким образом происходит развитие примерно 90% пожаров. Следовательно наибольшая эффективность работы дымовых линейных извещателей обеспечивается при их размещении в верхней части помещения под перекрытием (см. рис. 1).

 

Рисунок 1 - Распределение дыма в помещении.

Требования по расстановке линейных ПИ впервые появились в НПБ 88-2001 «Установки пожаротушения и сигнализации», введены в действие 1 января 2002 года и сохранены без изменений в действующей редакции НПБ 88-2001*. Максимальные расстояния между рядами точечных извещателей были заменены на максимальные расстояния между оптическими осями (см. таблицу 1).

 

Таблица 1 - Рекомендации по установке линейных извещателей в один ярус.

В помещениях высотой от 12 до 18 метров предписана двухъярусная установка линейных дымовых извещателей: первый ярус извещателей следует располагать на расстоянии 1,5-2 м от верхнего уровня пожарной нагрузки, но не менее 4 м от плоскости пола, второй ярус извещателей следует располагать на расстоянии не более 0,4 м от уровня перекрытия (см. таблицу 2). Максимальное расстояние между оптическими осями извещателей в обоих ярусах 7,5 метров.

 

Таблица 2 - Рекомендации по установке линейных извещателей в два яруса.

Указания НПБ 88-2001* достаточно фрагментарны, что можно объяснить сравнительно небольшим сроком развития отечественной нормативной базы в данном направлении. Учитывая динамику и направление развития нашей нормативной базы, небезинтересно как нормируется установка линейных ПИ в европейских странах. Подробное описание физических процессов, влияющих на установку дымовых линейных ПИ в помещениях различного типа приведены в европейских рекомендациях, основанных на Британском стандарте BS 5839-1:2001. Расстановка линейных ПИ здесь также связана с расстановкой точечных ПИ, но не так прямолинейно. По BS 5839-1:2001 п. 22.3 при использовании точечных дымовых извещателей в помещении с плоским потолком расстояние от любой точки защищаемого помещения ближайшего ПИ в проекции на горизонтальную плоскость не должно превышать 7,5 метров, т.е. дымовой ПИ контролирует площадь в виде круга радиусом 7,5 метров. Для линейного ПИ расстояние от любой точки защищаемого помещения оптической оси не должно превышать 7,5 метров, т.е. контролируется полоса шириной 15 метров: по 7,5 метров в каждую сторону от оптической оси. По НПБ 88-2001* при расстоянии между точечными дымовыми ПИ равном 9 метров (подразумевается квадратная решетка) один извещатель контролирует круг радиусом 6,36 метров, соответственно можно было бы допустить максимальное расстояние между оптическими осями линейных ПИ если не 15 метров, то для начала по крайней мере 12,5 метра, но никак не 9 метров. Кстати, требование по обеспечению требуемого максимального расстояния от точечного ИП упрощает проектирование в случае помещения произвольной конфигурации - не прямоугольного или вообще с не плоскими стенами.

Далее, в BS 5839-1:2001 в начале раздела 22 по установке и размещению ПИ приведены комментарии, в которых поясняется принцип работы точечных дымовых, тепловых, линейных и других типов извещателей. В частности отмечается, что дым и нагретые газы от очага возгорания по мере подъема смешиваются с чистым холодным воздухом и быстро увеличивается размер очага необходимый для активизации точечных дымовых и тепловых ПИ с ростом высоты помещения. Снижение влияния этого эффекта рекомендуется обеспечивать путем использования более чувствительных ПИ. Относительно линейных дымовых извещателей указывается, что рост высоты помещения оказывает на них меньшее влияние по сравнению с точечными ПИ, поскольку одновременно увеличивается размер задымленного пространства и увеличивается протяженность луча, проходящего через него. Эти положения учтены при определении максимальной высоты защищаемых помещений для различного типа ПИ (см. таблицу 3).

 

Таблица 3 - Максимальная высота защищаемых помещений для различного типа пожарных извещателей.

Таким образом, линейные извещатели допускается устанавливать для защиты людей в помещениях высотой до 25 метров, а для защиты имущества - до 40 метров, причем в один ярус, с максимальным расстоянием между оптическими осями 15 метров, без его уменьшения с увеличением высоты помещения. Более того это расстояние (в горизонтальной проекции) может быть даже увеличено максимум на 25% в случае наклонного потолка при угле наклона не менее 25°.

В помещениях с покатым потолком обязательно один из линейных извещателей устанавливается в самой верхней части помещения, поскольку дым накапливается в первую очередь именно здесь (см. рис. 2). В таких помещениях не допускается установка линейных извещателей поперек помещения, т.к. появление дыма на этом уровне произойдет через недопустимо большой промежуток времени. По BS 5839-1:2001 потолок считается наклонным, если перепад высот превышает 600 мм, при этом допускается увеличивать расстояние между оптическими осями в проекции на горизонтальную плоскость на 1% на каждый градус наклона, но максимум на 25% (см. рис. 2).

 

Рисунок 2 - Расстановка линейных извещателей на наклонном потолке.

Максимальное расстояние оптической оси от перекрытия не должно превышать 600 мм. В отличии от российских требований по BS 5839-1:2001 точечные извещатели должны устанавливаться таким образом, чтобы их чувствительные элементы располагались ниже потолка на расстоянии для дымовых от 25 до 600 мм, а для тепловых от 25 до 150 мм! В НПБ 88-2001* п.12.18* для всех точечных извещателей, кроме извещателей пламени, указано требование о максимальном расстоянии от потолка до нижней точки извещателя 0,3 м. В чем разница между тепловыми и дымовыми извещателями? В BS 5839-1:2001 описаны физические процессы, которые необходимо учитывать при использовании дымовых извещателей в высоких помещениях: при тлеющих пожарах не происходит значительного выделения тепла и если дым достигает высоты на которой располагается слой более теплого воздуха, то он начинает растекаться в горизонтальной плоскости не достигнув потолка (см. рис. 3).

 

Рисунок 3 - Влияние эффекта стратификации на работу дымового извещателя.

Этот эффект вызванный стратификацией, т.е. расслоением воздушных масс, проявляется визуально в виде «невидимого потолка», до которого доходит дым. Проявление этого эффекта зависит от вида помещения, климатических условий, вентиляции, кондиционирования, прогрева крыши и т.д. Учесть все эти факторы практически не возможно. Кроме того, даже для одного и того же объекта проявление этого эффекта будет зависеть и от времени года, времени суток, отопления и т.д. По этому не рекомендуется значительное снижение дымовых извещателей, так как со временем температура дыма повышается и слой дыма будет приближаться к потолку и быстрее достигнет дымовых ПИ, расположенных выше первоначально образованного слоя дыма. Если слой дыма образуется выше уровня установки ПИ, то определение пожара произойдет через больший промежуток времени, только после заполнения всего объема под перекрытием. Тепловые извещатели обнаруживают пожар на стадии открытого огня, при этом воздух в месте возгорания нагревается значительно выше и быстро достигает перекрытия. Соответственно более низкое расположение тепловых извещателей, на расстоянии более 150 мм не допускается из-за снижения их эффективности. На стадии открытого огня в большинстве случаев из-за сильного задымления помещений проблематично не только ликвидация пожара или снижения скорости его развития, но и эвакуация людей. В BS 5839-1:2001 отмечается более позднее обнаружение пожара тепловыми пожарными извещателями и ограничивается область их применения.

Стандарт BS 5839-1:2001 предусматривает возможность установки линейных извещателей на значительном удалении от перекрытия, более 600 мм. Этот вариант используется при необходимости дополнительного определения восходящего дыма внутри высокого пространства (например, атриума), при отсутствии возможности установки достаточного количества линейных ПИ под перекрытием. При таком расположении линейного извещателя защищаемое пространство составляет 12,5% от высоты установки в каждую сторону от луча (см. рис. 4).

 

Рисунок 4 - Установка линейных дымовых извещателей в средней части высокого помещения по BS 5839-1:2001.

С увеличением высоты дым расходится на большую площадь и его обнаружение обеспечивается при большем расстоянии между линейными ИП. И наоборот при сравнительно небольшом расстоянии от пола диаметр задымленного пространства меньше и для его обнаружения требуется более частая установка. Например, при установке нижнего яруса линейными ИП на высоте 4 метра по BS 5839-1:2001 линейные ПИ надо устанавливать через 1 метр, на высоте 12 метров - через 3 метра, на высоте 20 метров - через 5 метров, на высоте 30 метров - через 7,5 метров.

Соответственно вероятность обнаружения задымления линейными ПИ нижнего яруса, установленными на высоте 4 метра, при расстоянии между осями 7,5 метров можно оценить как 1/7,5 = 0,1333, т.е порядка 13%. Таким образом, нижний ярус линейных пожарных извещателей практически не повышает уровень противопожарной защиты, а только приводит к значительному удорожанию системы.

К сожалению объем статьи не позволяет обсудить все положения стандарта BS 5839-1:2001 из-за его значительного объема - более 130 страниц. Можно отметить еще одно незначительное расхождение в требованиях по установке точечных и линейных извещателей. В п. 12.18* НПБ 88-2001* приведено требование по установке точечных извещателей под перекрытием на расстоянии не менее 0,1 м от стен, а в п. 12.33 для линейных извещателей это расстояние увеличено в 5 раз: должно обеспечиваться расстояние от оптических осей до стен и окружающих предметов не менее 0,5 м. В стандарте BS 5839-1:2001 п. 22.3g для точечных извещателей указано о недопустимости их установки ближе 500 мм от стены, а в п. 22.3n об их расположении с обеспечением свободного пространства в полусфере с радиусом не менее 500 мм. С учетом протяженности контролируемой зоны линейного извещателя аналогичное требование в п. 22.5e содержит ограничение: не более 3 метров луча должно находиться ближе 500 мм от стен, перегородок, каких-либо конструкций и т.д.

Действительно, если расположение стен вблизи точечного ИП может значительно увеличить время определения пожароопасной ситуации из-за снижения воздухообмена в углах помещения, то в случае линейного извещателя этот эффект практически не проявляется, если вдоль незначительной части луча расположены предметы ближе 0,5 метров.

Эффективность линейного дымового извещателя

Некорректное тестирование линейного дымового извещателя даже опытными инсталляторами приводит к ложным выводам о его более низкой чувствительности по сравнению с точечным оптико-электронным извещателем. Действительно, если при поступлении дыма в оптическую камеру быстро происходит активизация обычного датчика, то аналогичное «задымление» светофильтра линейного извещателя не вызывает никакой реакции. Подобное тестирование не может показать работоспособность ни линейного ни точечного извещателя, т.к. задымление незначительного объема помещения вблизи извещателей даже отдаленно не воспроизводит физические процессы, сопровождающие реальное возгорание.

Методика проведения натурных испытаний пожарных извещателей и критерии оценки результатов приведены в европейском стандарте по дымовым извещателям точечным EN54 ч. 7 и линейным EN54 ч. 12, а также в российском ГОСТ Р50898-96 «Извещатели пожарные. Огневые испытания». Существует шесть типов тестовых пожаров: ТП-1 - открытое горение древесины, ТП-2 - тление древесины, ТП-3 - тление хлопка, ПТ-4 - горение полиуретана и ТП-5 - горение гептана, ТП-6 - горение спирта. Дымовые точечные извещатели испытываются по четырем тестовым пожарам ТП-2, ТП-3, ТП-4, ТП-5. Каждый тестовый очаг не только состоит из определенного материала, но и имеет вполне определенную конфигурацию и размеры. Очаг ТП-2 состоит из 10 высушенных буковых брусков (влажность ~5%) размерами 75 х 25 х 20 мм, расположенных на поверхности электрической плиты диаметром 220 мм, имеющей 8 концентрических пазов глубиной 2 мм и шириной 5 мм, внешний паз должен располагаться на расстоянии 4 мм от края плиты, расстояние между смежными пазами должно составлять 3 мм (см. рис. 5), мощность плиты должна быть примерно 2 кВт. Очаг ТП-3 состоит из примерно из 90 хлопковых фитилей длиной 800 мм и массой примерно 3 г каждый, прикрепленных к проволочному кольцу диаметром 100 мм, подвешенному на штативе (см. рис. 6).

 

Рисунок 5 - Вид тестового очага ТП-2 (тление дерева) 1 - электрическая плита, 2 - термопара, 3 - деревянные бруски.

 

Рисунок 6 - Вид тестового очага ТП-3 (тление хлопковых фитилей).

Собранные в пучок концы фитилей поджигают открытым пламенем, затем пламя задувают до появления тления, сопровождающегося свечением.

Очаг ТП-4 состоит из трех матов из пенополиуретана (без добавок, повышающих огнестойкость) плотностью 20 кг/м³ и размерами 500 х 500 х 20 мм каждый, уложенные один на другой, которые воспламеняются при помощи 5 мл спирта в емкости диаметром 50 мм, установленной под углом нижнего мата. Очаг ТП-5 - это 650 г гептана с добавлением 3 % толуола в квадратном поддоне из стали размерами 330 х 330 х 50 мм.

Испытания проводятся в помещении длиной 9 - 11 метров, шириной 6 - 8 метров и высотой 3,8 - 4,2 метров, в центре которого на полу располагается тестовый очаг пожара. Тестируемые точечные извещатели располагаются на потолочном перекрытии по окружности на расстоянии 3 м от его центра в секторе 60° (см. рис. 7). Здесь же установлены измеритель оптической плотности среды m (дБ/м), радиоизотопный измеритель концентрации продуктов горения Y (относительные единицы) и измеритель температуры Т (°С). Два тестируемых линейных извещателя располагаются симметрично и их оптические оси находятся на расстоянии 2,5 метров от центра помещения (см. рис. 7).

 

Рисунок 7 - Расположение линейных и точечных извещателей в испытательном посещении.

На рис. 8 показано испытательное помещение компании Систем Сенсор, в котором проводятся натурные испытания пожарных извещателей на тестовые пожары. Все помещение совершенно черное от копоти и для получения изображения фотографию пришлось максимально осветлить.

 

Рисунок 8 - Испытательное помещение компании Систем Сенсор.

В таблице 4 приведены результаты испытаний дымовых линейных извещателей 6500 c чувствительностью 40% (2,22 дБ) при расстоянии между приемопередатчиком и рефлектором 5 метров.

 

Таблица 4 - Результаты испытаний дымовых линейных извещателей.

Результаты испытаний подтверждают отсутствие зависимости чувствительности линейного извещателя 6500 от вида дыма. Он одинаково хорошо реагирует как на «светлые» дымы, выделяющиеся при тлении дерева и текстильных материалов, так и на «черные» дымы, выделяющиеся при горении пластика, изоляции кабеля, резинотехнических изделий, битумных материалов и т.д. В отличие от точечных дымовых оптико-электронных извещателей, фиксирующих уровень рассеяния инфракрасного излучения на частицах дыма в оптической камере, величина которого зависит от типа дыма. Для сравнения в таблице 5 приведены результаты испытаний дымовых точечных оптико-электронных извещателей. Эти испытания проводились в разное время, вследствие чего имеются различия в скоростях нарастания оптической плотности среды, концентрации взвешенных частиц и температуры.

 

Таблица 5 - Результаты испытаний дымовых точечных оптико-электронных извещателей.

Таким образом, даже при сравнительно невысоких потолках (4 метра) и незначительной протяженности оптического луча (5 метров) линейный извещатель активизируется при меньших уровнях удельной оптической плотности среды по сравнению с точечными оптико-электронными извещателями. Причем если для точечного ИП условия проведения испытаний соответствуют условиям эксплуатации на большинстве объектов с незначительными отклонениями, то для линейных извещателей эти условия наиболее неблагоприятные для его работы. С увеличением протяженности защищаемой зоны при фиксированном уровне чувствительности в абсолютных единицах затухания линейный извещатель будет активизироваться соответственно при меньших значениях удельной оптической плотности. С увеличением высоты помещения преимущества еще больше усиливаются, т.к. рассеивание дыма на большой высоте влияет на линейный ПИ в меньшей степени, чем на обычный точечный.

Необходимо также отметить, что все современные линейные извещатели имеют несколько порогов чувствительности и компенсацию запыления оптики, что позволяет учесть условия эксплуатации, исключить ложные срабатывания и снизить расходы на техническое обслуживание.

Более высокие уровни чувствительности рекомендуется устанавливать в сравнительно чистых помещениях и для защиты небольших зон на большой высоте, например, в атриумах и в световых фонарях. При достаточно протяженных зонах и в пыльных помещениях рекомендуется устанавливать более низкие уровни чувствительности, что обеспечит больший диапазон автокомпенсации запыления оптического фильтра и рефлектора. При достижении границы диапазона автоматической компенсации формируется отдельный сигнал "Обслуживание», указывающий на необходимость проведения технического обслуживания (см. рис. 9).

 

Рисунок 9 - Компенсация запыления оптических элементов линейного извещателя.

Полным анахронизмом в наше время являются линейные извещатели без автокомпенсации запыления оптических систем. По мере их загрязнения будет повышаться чувствительность такого извещателя, соответственно появятся ложные срабатывания, исключение которых потребует частых чисток оптики. Увеличение объема технического обслуживания при установке линейных ПИ на значительной высоте может достаточно быстро скомпенсировать выигрыш на стоимости оборудования.

Линейные извещатели последнего поколения напротив для исключения ложных срабатываний, вызванных увеличением оптической плотности в контролируемом помещении в рабочие часы, имеют так называемые адаптивные пороги (см. рис. 10).

 

Рисунок 10 - Компенсация изменения оптической плотности среды в течение суток.

В отличии от фиксированного порога в этом случае медленные изменения оптической плотности в течении суток компенсируются в заданных пределах. Например, в линейном извещателе 6500 кроме четырех фиксированных уровней чувствительности 25%, 30%, 40%, 50% затухания имеются два адаптивных уровня 30% - 50% и 40% - 50%.

Другой очень важный момент, которому не всегда уделяется достаточно внимания это юстировка линейного извещателя, особенно в случае двух отдельных блоков приемника и передатчика, когда трудоемкость этой операции достаточно высока. Некачественное выполнение этого этапа настройки линейного ПИ создает массу проблем при его эксплуатации и может сделать систему полностью неработоспособной. На порядок снижается трудоемкость юстировки при использовании однокомпонентного линейного ПИ, когда требуется настроить положение оптики только приемо-передатчика, а рефлектор на противоположной стороне помещения устанавливается с тонностью ±10°. После юстировки положение приемника и передатчика должно обеспечивать прием максимального сигнала на данной дальности.

Сигнал передатчика можно представить виде луча прожектора, и при точной первоначальной установке его положения незначительные изменения положения не вызывают заметного снижения сигнала и не приводят к изменению чувствительности. Обычно допускается изменение положения компонент линейного ПИ в пределах порядка ±0,5° (см. рис. 11).

 

Рисунок 11 - Максимально допустимые отклонения оптической оси линейного извещателя.

Если юстировка не выполнена полностью, то передатчик устанавливается в положение, когда максимум сигнала находится несколько в стороне от приемника, а непосредственно на его оптическую систему обращен скат «прожектора». В этом случае даже незначительные изменения положения передатчика, что неизбежно в процессе эксплуатации, вызывают значительные изменения уровня сигнала в любую сторону. Если изменение положения передатчика привело к снижению сигнала, то извещатель встает в ПОЖАР, и не реагирует на сброс, т.к. после сброса производится сравнение пониженного за счет разъюстировки уровня сигнала с уровнем сигнала при чистой оптической среде и выдается подтверждение сигнала ПОЖАР. Если изменение положения передатчика привело к увеличению сигнала, то извещатель должен сформировать сигнал НЕИСПРАВНОСТЬ, который также не должен сбрасываться без переюстировки. В приемном тракте установлена величина снижения сигнала, соответствующая заданной чувствительности, относительно уровня сигнала при оптически чистой среде. Увеличение сигнала при сохранении фиксированного порога приводит к снижению чувствительности и фиксируется как НЕИСПРАВНОСТЬ.

После проведения юстировки обязательно необходимо убедиться в соответствии реальной чувствительности ПИ установленному уровню. Эту процедуру рекомендуется повторять при изменении условий эксплуатации, например при значительном снижении или повышении температуры, при загрязнении оптических систем и т.д. Большинство двухкомпонентных линейных ПИ комплектуются оптическими фильтрами для имитации затухания сигнала примерно на 0,5 дБ выше и ниже порога, что обеспечивает достаточную точность измерений. Значительно упрощается контроль чувствительности однокомпонентного линейного извещателя: для ослабления сигнала блокируется соответствующая площадь рефлектора по шкале в процентах затухания. Этот способ реализован в однокомпонентном извещателе 6500 Систем Сенсор (см. рис. 12). Таким образом, можно с высокой точностью измерить чувствительность извещателя 6500 на любом из четырех порогов 25%, 30%, 40%, 50%.

 

Рисунок 12 - Рефлектор линейного извещателя 6500.

Часто возникает вопрос: почему для имитации затухания сигнала на 30% необходимо закрывать более половины площади рефлектора, а для 50% - примерно 3/4 площади? Ошибки здесь нет, так как в однокомпонентном линейном извещателе, в отличии от однокомпонентного извещателя, сигнал проходит контролируемую зону два раза: от приемопередатчика до рефлектора и обратно. Соответственно, при реальном задымлении ослабляющем сигнал на 3 дБ (на 50%), к приемо-передатчику вернется сигнал ослабленный на 6 дБ (на 75%). Простой расчет для рефлектора без шкалы, например, уровень чувствительности 30%, значит ослабление сигнала на 30%, соответственно до рефлектора дойдет 70% сигнала, т.е. 0,7 от первоначального уровня, и на обратном пути тоже останется 0,7 от отраженного от рефлектора, а всего вернется 0,7х0,7=0,49 или 49%, затухание составит 1-0,49=0,51, т.е. 51%. Этот эффект показывает еще одно преимущество однокомпонентного линейного извещателя: его потенциальная чувствительность в два раза выше, чем у двух компонентного, а реально при установлении одинаковой чувствительности выше помехозащищенность из-за увеличения в два раза порога.

В заключение можно отметить, что современный линейный дымовой пожарный извещатель обеспечивает высокий уровень противопожарной защиты только при грамотной установке и настройке. Высокая стоимость оборудования при использовании однокомпонентных линейных извещателей с пассивным рефлектором компенсируется за счет снижения расходов на кабель, на монтажные, пуско-наладочные работы и на техническое обслуживание. Экспериментальные исследования подтверждают высокую эффективность линейных дымовых извещателей при обнаружении тления древесины, текстильных материалов, при горении пластика, горючих жидкостей, битумных материалов, что обеспечивает универсальность применения.

Об авторе: Неплохов И. Г. к.т.н., System Sensor Fair Detector