СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА И АЗОТА В ГАЗО-ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ ПОДАВАЕМОЙ СИСТЕМОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ЧИСТОТУ ВОЗДУХА, И УСТРОЙСТВО ЕГО РЕАЛИЗУЮЩЕЕ
METHOD FOR CONTROLLING PARAMETERS OF OXYGEN AND NITROGEN CONTENT IN GAS-AIR ENVIRONMENT SUPPLIED BY VENTILATION SYSTEM TO INCREASE FIRE SAFETY AND PROVIDE METEOROLOGICAL CONDITIONS AND AIR PURITY, AND DEVICE IMPLEMENTING IT

Принцип способа управления параметрами содержания кислорода и азота в газо-воздушной среде подаваемой системой вентиляции для повышения пожарной безопасности и обеспечивающий метеорологические условия и чистоту воздуха основан на том, что пониженное содержание кислорода в газо-воздушной среде помещения делает невозможным горение горючих материалов. Обеспечение метеорологических условий и чистота воздуха предусмотрена режимами работы штатно установленной системой вентиляции. Для того чтобы не нарушать режимы работы штатно установленной системой вентиляции и повысить пожарную безопасность, осуществляется разбавление воздуха, подаваемого по штатной системе вентиляции азотом, при этом снижается концентрация кислорода в подаваемой по системе вентиляции газо-воздушной среде непосредственно перед использованием, тем самым одновременно обеспечивая метеорологические условия и чистоту воздуха в помещении и повышая пожарную безопасность в этом помещении.
Область техники, к которой относится изобретение
Способ управления параметрами содержания кислорода и азота в газо-воздушной среде, подаваемой системой вентиляции для повышения пожарной безопасности, и обеспечивающий метеорологические условия и чистоту воздуха применяется для систем вентиляции помещений.
Настоящее изобретение предлагает способ и устройство его реализующее для повышения пожарной безопасности (предотвращение и тушение пожара), в котором осуществляется управление параметрами содержания кислорода и азота в газо-воздушной среде подаваемой штатно установленной системой вентиляции.
Эффективное предотвращение пожара наступает обычно при содержании кислорода в газо-воздушной среде ниже 17 объемных процентов, а эффективное тушение пожара наступает обычно при содержании кислорода в газо-воздушной среде 13 объемных процентов и ниже.
Основные технические противоречия, возникающие при создании такого рода техники, выражаются в том, что формирование пожаробезопасной газо-воздушной среды требует установки большого количества дополнительного оборудования и дополнительной газовой арматуры, а обеспечивается только в замкнутом, герметичном помещении и в отдельных случаях связано с изменением параметра давления в этом помещении, что делает невозможным работу штатно установленных систем вентиляции в предусмотренных режимах работы, которые обеспечивают борьбу с вредными выделениями в помещения - удаление избыточного тепла, избыточной влага, различных газов и паров вредных веществ, пыли.
Уровень техники
Известен способ и устройство его реализующее для предупреждения и/или тушения пожаров, в котором помещение заполняют газовой смесью с концентрацией кислорода от 10 до 14 об.% путем подачи обедненного кислородом воздуха в негерметизированное помещение с одновременным удалением не обедненного кислородом воздуха из помещения, причем избыточное давление газовой смеси в помещении поддерживают на уровне от 0,001 до 0,01 атм (патент на изобретение РФ №2201775). Недостаток известного устройства состоит в том, что заполнение помещения обедненным кислородом воздухом будет неравномерным, а в труднодоступных местах газообмен будет осуществлен не в полном объеме или вообще не осуществлен, также применение вышеуказанного способа полностью исключает возможность работы систем вентиляции на это помещение, что нарушит метеорологические условия и чистоту воздуха в этом помещении.
Известен способ и устройство его реализующее для предупреждения и/или тушения пожаров, в котором осуществляют непрерывную частичную инертизацию атмосферы в замкнутом объеме, а при возникновении пожара вводят обедненную кислородом смесь до достижения уровня полной инертизации (патент на изобретение РФ №2212262). Недостаток известного изобретения состоит в том, что его применение возможно только для замкнутых объемов и полностью исключает возможность работы систем вентиляции на этот объем, что нарушит метеорологические условия и чистоту воздуха в этом объеме.
Известен способ инертизации и устройство его реализующее для предотвращения и/или тушения пожаров, в котором атмосферу непрерывно инертизируют до базового уровня инертизации, а при необходимости ступенчато или при пожаре быстро увеличивают степень инертизации введением вытесняющего кислород газа из буферной емкости (патент на изобретение РФ №2266767). Недостаток известного изобретения состоит в том, что его применение возможно только для замкнутых объемов и полностью исключает возможность работы систем вентиляции на этот объем, что нарушит метеорологические условия и чистоту воздуха в этом объеме.
Известен способ и устройство его реализующее для предотвращения и/или тушения пожаров, в котором замкнутый объем непрерывно продувают предварительно приготовленным пригодным для дыхания составом, включающим азот или отличный от азота инертный газ или газовый состав, имеющий инертные свойства и от 12% до 18% кислорода, а при тушении огня в объем вводят состав, содержащий от 8% до 16,8% кислорода (патент на изобретение РФ №2301095). Недостаток известного изобретения состоит в том, что при быстрой инертизации замкнутых объемов могут возникать разрушительные скачки давления, также продувают предварительно приготовленным пригодным для дыхания составом будет неравномерным, а в труднодоступных местах газообмен будет осуществлен не в полном объеме или вообще не осуществлен, также применение вышеуказанного способа возможно только для замкнутых объемов и полностью исключает возможность работы систем вентиляции на этот объем, что нарушит метеорологические условия и чистоту воздуха в этом объеме.
Известно устройство для предотвращения повторного возгорания, обеспечивающее заполнение защищаемого объема инертизирующей смесью при возгорании, и поддержание уровня кислорода, предотвращающего повторное возгорание, с помощью генератора инертного газа (патент на изобретение РФ №2317835). Недостаток известного устройства состоит в том, что его применение возможно только для замкнутых объемов и полностью исключает возможность работы систем вентиляции на этот объем, что нарушит метеорологические условия и чистоту воздуха в этом объеме.
Известен способ инертизации и устройство его реализующее, в котором для предотвращения пожара или взрыва содержание кислорода в защищаемом объеме понижают, до базового уровня инертизации, обеспечивающего безопасное нахождение людей, а при уменьшении содержания кислорода ниже безопасного уровня в защищенную зону водят свежий воздух (патент на изобретение РФ 2372954). Недостаток известного устройства состоит, в недостаточной эффективности инертизации помещений, в которых люди отсутствуют и его применение возможно только для замкнутых объемов и полностью исключает возможность работы систем вентиляции на этот объем, что нарушит метеорологические условия и чистоту воздуха в этом объеме.
До настоящего времени не было создано способов, которые позволяют одновременно управлять параметрами содержания кислорода и азота в газо-воздушной среде помещения, при этом не нарушая режимов и процессов вентилирования этого помещения штатно установленной системой вентиляции, которая в свою очередь обеспечивает метеорологические условия и чистоту воздуха (борьбу с вредными выделениями: избыточное тепло, избыточная влага, различными газами и парами вредных веществ, пылью, продуктами горения и др.) в помещении. При всем вышесказанном заявленное изобретение еще и обеспечивает равномерное распределение в помещении газо-воздушной среды с заданными параметрами содержания кислорода и азота, не внося значительных изменений в конструкцию, так как задействует штатно установленную систему вентиляции, уже рассчитанную таким образом, чтобы осуществлять равномерный газообмен во всем объеме помещения.
Раскрытие сущности изобретения
В соответствии с описанными выше проблемами в данной области техники и недостатками известных решений являются:
- невозможность использования штатных систем вентиляции объектов в помещениях и соответственно нарушение требований и ГОСТов, предъявляемых к этим объектам (помещениям) в части обеспечение метеорологических условий и чистоту воздуха;
- противоречивость требований по эффективности и безопасности пожаротушения, связанных с неравномерными процессами газообмена при введении инертного газа в помещение;
- жесткими требованиями к герметичности помещений.
Техническая задача настоящего изобретения состоит в создании способа и устройства, модернизирующего штатно установленную систему вентиляции таким образом, чтобы штатно установленная система вентиляции обеспечивала вентилирование помещения во всех предусмотренных для системы вентиляции режимах работы и одновременно обеспечивала безопасное предотвращение пожара, пожаротушение с возможностью удаление продуктов горения во время пожара.
Технический результат настоящего изобретения состоит в решении вышеупомянутой технической задачи, то есть в предотвращении пожара и одновременном обеспечении борьбы с вредными выделениями в объекте (помещении) - избыточным теплом, избыточной влагой, различными газами и парами вредных веществ, пылью, продуктами горения и др. (работы системы вентиляции в предусмотренных для нее режимах), а при возникновении пожара технический результат настоящего изобретения состоит в пожаротушении и удалении продуктов горения во время пожара.
Указанные задачи достигаются тем, что способ управления параметрами содержания кислорода и азота в газо-воздушной среде подаваемой системой вентиляции для повышения пожарной безопасности и обеспечивающий метеорологические условия и чистоту воздуха предусматривает модернизацию штатно установленной на помещение системы вентиляции, таким образом, что в подаваемый по системе вентиляции воздух добавляется азот, от внешнего источника азота и вентилирование помещения осуществляется пожаробезопасной газо-воздушной средой с пониженным содержанием кислорода и повышенным содержанием азота. Разбавление подаваемого воздуха азотом осуществляется за счет установки по меньшей мере одного газового смесителя в поменьше мере одном воздуховоде штатно установленной системы вентиляции, к которому через дополнительно установленную арматуру подается управляемое количество азота от внешнего источника.
Содержание кислорода устанавливают в зависимости от обитаемости защищаемого помещения и заданных условий повышения пожарной безопасности. Предпочтительно, при нахождении людей в защищаемом помещении вентилирование осуществляется в предусмотренных режимах работы для штатной системы вентиляции газо-воздушной средой с содержанием кислорода не ниже 17 % по объему (Известно, что пребывание здорового человека в газо-воздушной среде с пониженным содержанием кислорода не ниже 17 % по объему и повышенным содержанием азота безопасно). При отсутствии людей в защищаемом помещении, вентилирование осуществляется в предусмотренных режимах работы для штатной системы вентиляции газо-воздушной средой с содержанием кислорода не выше 13% по объему. (Известно, что большинства горючих материалов и газовых смесей перестают воспламеняться при концентрации кислорода равной 13% по объему и ниже). При возникновении пожара в защищаемом помещении, вентилирование осуществляется в режиме работы для штатной системы вентиляции, обеспечивающем максимальный газообмен газо-воздушной средой с содержанием кислорода не выше 13% по объему. (Известно, что пламенное горение большинства горючих материалов и газовых смесей прекращается при концентрации кислорода равной 13% по объему и ниже). Вентилирование помещения газо-воздушной средой с содержанием кислорода не выше 13% по объему обеспечит удаление продуктов горения, тушение пожара и не повлечет за собой изменения давления в защищаемом помещении.
Скорость формирования пожаробезопасной среды зависит от кратности газообмена штатной системы вентиляции. Равномерность и полнота заполнения защищаемого помещения пожаробезопасной газо-воздушной средой с пониженным содержанием кислорода обеспечивается предъявляемыми требованиями к системе вентиляции.
Предпочтительно, реализация изобретения направлена на модернизацию объектов с предусмотренной и штатно установленной системой вентиляции на помещения этого объекта, использующей для вентилирования атмосферный воздух, предпочтительно с эпизодическим нахождением в них людей, такие как производственные помещения, агрегатные, электростанции, помещения с различным видом оборудования и техническими средствами, серверные, ангары, склады, хранилища и т.п.
Например, способ реализуется так:
Для формирования пожаробезопасной газо-воздушной среды по меньшей мере в одном участке воздуховода штатной системы вентиляции устанавливается по меньшей мере, один газовый смеситель (4) и подводится к нему управляемое количество азота. Узел управления устройством (1) контролирует и управляет параметрами газо-воздушной среды подаваемой по системе вентиляции и контролирует параметры газо-воздушной среды в защищаемом помещении. Узел управления устройством (1) сигнализирует через узел оповещения доступа в защищаемое помещение (7) о возможности безопасного пребывания людей в защищаемом помещении и управляет доступом в это помещение через узел управления дверей (6), так же осуществляет управление узлом сжатого азота (2), который генерирует и накапливает азот.
Сущность устройства управления параметрами содержания кислорода и азота в газо-воздушной среде подаваемой системой вентиляции для повышения пожарной безопасности и обеспечивающий метеорологические условия и чистоту воздуха поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана структурная схема устройства.
Устройство управления параметрами содержания кислорода и азота в газо-воздушной среде подаваемой системой вентиляции для повышения пожарной безопасности и обеспечивающий метеорологические условия и чистоту воздуха, включает в себя:
- узел управления устройством 1;
- узел сжатого азота 2;
- узел запорно-регулирующей арматуры подачи азота 3;
- газовый смеситель 4;
- узел газовых анализаторов 5;
- узел управления дверей 6;
- узел оповещения доступа в защищаемое помещение 7;
- узел пультов управления 8.
Узел сжатого азота (2) получает азот из атмосферного воздуха, накапливает и посредством узла запорно-регулирующей арматуры подачи азота (3) подает заданное количество азота на газовый смеситель (4).
Узел запорно-регулирующей арматуры подачи азота (3) - регулирует количество подаваемого азота по меньшей мере, на один газовый смеситель (4). Газовый смеситель (4) формирует газо-воздушную среду с пониженным содержанием кислорода. Узел газовых анализаторов (5) контролирует параметры и передает на узел управления устройством (1) данные о параметрах газо-воздушной среды после газового смесителя (4) и в защищаемом помещении. Узел управления дверей (6) управляет открытием и закрытием дверей защищаемого помещения. Узел контроля и оповещения доступа в защищаемое помещение (7) информирует людей о безопасности посещения защищаемого помещения и контролирует нахождение людей в защищаемом помещении. Узел пультов управления (8) управляет режимами работы устройства.
Узел управления устройством (1) принимает данные о режиме работы устройства от узла пультов управления (8), о параметрах газо-воздушной среды после газового смесителя (4) и в защищаемом помещении от узла газовых анализаторов (5), о режиме работы узла сжатого азота (2), о состоянии дверей в защищаемое помещение от узла управления дверей (6), о параметрах работы узла запорно-регулирующей арматуры подачи азота (3). Узел управления устройством (1) в зависимости от полученных данных и заданного режима работы выдает управляющий сигнал на узел сжатого азота (2), узел запорно-регулирующей арматуры подачи азота (3), узел управления дверей (6), узел контроля и оповещения доступа в помещение (7).
Один из вариантов работы устройства управления параметрами содержания кислорода и азота в газо-воздушной среде подаваемой системой вентиляции для повышения пожарной безопасности и обеспечивающий метеорологические условия и чистоту воздуха:
1. В режиме «отключен». Система вентиляции защищаемого помещения работает в штатном режиме. Узел запорно-регулирующей арматуры подачи азота (3) не подает азот в газовый смеситель (4), вентилирование защищаемого помещения осуществляется в предусмотренном для штатно установленной системы вентиляции режиме. Узел управления устройством (1) выдает управляющий сигнал на узел управления дверей (6) на беспрепятственное посещение защищаемого помещения. Узел управления устройством (1) выдает управляющий сигнал на узел оповещателей доступа в защищаемое помещение (7), который в свою очередь информирует людей о безопасности посещения защищаемого помещения.
2. В режиме «ограниченного пребывания» (Известно, что пребывание здорового человека в газо-воздушной среде с пониженным содержанием кислорода не ниже 17% по объему и повышенным содержанием азота не более 4 часов безопасно). Система вентиляции защищаемого помещения работает в предусмотренном для штатно установленной системы вентиляции режиме. Заданный параметр объемного содержания кислорода 17% и выше. Узел запорно-регулирующей арматуры подачи азота (3) подает заданное количество азота в газовый смеситель (4) для достижения заданной концентрации кислорода в газо-воздушной среде, подаваемой на защищаемое помещение. Узел газовых анализаторов (5) контролирует параметры и передает на узел управления устройством (1) данные о параметрах газо-воздушной среды подаваемой по системе вентиляции после газового смесителя (4) и данные о параметрах газо-воздушной среды в защищаемом помещении, при отклонении от заданных параметров узел управления устройством (1) подает управляющий сигнал на узел запорно-регулирующей арматуры подачи азота (3), в зависимости от отклонений от заданных параметров, до выхода на заданный режим. Узел управления устройством (1) выдает управляющий сигнал на узел управления дверей (6) на беспрепятственное посещение защищаемого помещения. Узел управления устройством (1) выдает управляющий сигнал на узел оповещения доступа в защищаемое помещение (7), который в свою очередь информирует людей о безопасности посещения защищаемого помещения только на протяжении четырех часов.
3. В режиме «пожаробезопасно» (Известно, что пламенное горение большинства горючих материалов и газовых смесей прекращается при концентрации кислорода равной 13% по объему и ниже. Система вентиляции защищаемого помещения работает в штатном режиме. Заданный параметр объемного содержания кислорода - 13% по объему. Узел запорно-регулирующей арматуры подачи азота (3) подает заданное количество азота в газовый смеситель (4) для достижения заданной концентрации кислорода в газо-воздушной среде защищаемого помещения. Узел газовых анализаторов (5) контролирует параметры и передает на узел управления устройством (1) данные о параметрах газо-воздушной среды подаваемой по системе вентиляции после газового смесителя (4) и данные о параметрах газо-воздушной среды в защищаемом помещении, при отклонении от заданных параметров узел управления устройством (1) подает управляющий сигнал на узел запорно-регулирующей арматуры подачи азота (3), в зависимости от отклонений от заданных параметров, до выхода на заданный режим. Узел управления устройством (1) выдает управляющий сигнал на узел управления дверей (6) на препятствие посещению защищаемого помещения. Узел управления устройством (1) выдает управляющий сигнал на узел оповещателей доступа в защищаемое помещение (7), который в свою очередь информирует людей о запрете посещения защищаемого помещения.
4. В режиме «пожаротушение» (Известно, что пламенное горение большинства горючих материалов и газовых смесей прекращается при концентрации кислорода равной 13% по объему и ниже). Система вентиляции защищаемого помещения вентилирует помещение в режиме работы для штатной системы вентиляции, обеспечивающем максимальный газообмен этого помещения. Заданный параметр объемного содержания кислорода - 13% по объему и ниже. Узел запорно-регулирующей арматуры подачи азота (3) подает заданное количество азота в газовый смеситель (4) для достижения заданной концентрации кислорода в газо-воздушной среде защищаемого помещения. Узел газовых анализаторов (5) контролирует параметры и передает на узел управления устройством (1) данные о параметрах газо-воздушной среды подаваемой по системе вентиляции после газового смесителя (4) и данные о параметрах газо-воздушной среды в защищаемом помещении, при отклонении от заданных параметров узел управления устройством (1) подает управляющий сигнал на узел запорно-регулирующей арматуры подачи азота (3), в зависимости от отклонений от заданных параметров, до выхода на заданный режим. Узел управления устройством (1) выдает управляющий сигнал на узел управления дверей (6) на беспрепятственное покидание защищаемого помещение. Узел управления устройством (1) выдает управляющий сигнал на узел оповещения доступа в защищаемое помещение (7), который в свою очередь информирует людей о пожаре в защищаемом помещении и необходимости немедленной эвакуации из него.
Смена режима работы осуществляется с узла пультов управления (8). Также возможны другие варианты работы устройства.
Таким образом, использование заявленного изобретения и устройства его реализующего, не внося значительных изменений в конструкцию и оборудование защищаемого помещения, позволяет обеспечить:
- снижение вероятности возгорания (пожара) в защищаемом помещении;
- повышение пожарной безопасности защищаемого помещения;
- обеспечение метеорологических условий и чистоту воздуха в помещении (вентилирования защищаемого помещения с заданной кратностью газообмена штатно установленной системой вентиляции, тем самым обеспечивать борьбу с вредными выделениями - удаление избыточного тепла, избыточной влага, различных газов и паров вредных веществ, пыли);
- равномерное распределение газо-воздушной среды с заданными параметрами по защищаемому помещению (обеспечивается требованиями, предъявляемыми к системе вентиляции);
- пожаротушение в защищаемом помещении;
- удаление продуктов горения при пожаре из защищаемого помещения штатной системой вентиляции, при этом снижая объемное содержание кислорода в газо-воздушной среде этого защищаемого помещения.