СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ВОЗГОРАНИЯ В ПОМЕЩЕНИИ И АДАПТИВНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПОЖАРА
METHOD FOR DETECTION OF FIRE IN ROOM AND ADAPTIVE FIRE LOCALIZATION

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к предупреждению пожаров, сдерживанию огня и тушению пожаров и может быть использовано для обнаружения возгораний в жилых, складских, офисных и специализированных помещениях с последующей локализацией и тушением пожара.
Известен способ адаптивного контроля пожарной опасности и адаптивного тушения [RU 2604300 С2, МПК А62С 3/00 (2006.01), опубл. 10.12.2016], реализуемый посредством автономных сигнально-пусковых устройств пожаротушения, которые самостоятельно измеряют информативные параметры среды, обрабатывают полученную информацию, вырабатывают управляющую команду на пиротехнический привод исполнительного органа. Автономные сигнально-пусковые устройства объединены при помощи общего интерфейса в единую информационно-исполнительную группировку, при этом каждое устройство группировки способно формировать последовательно идущие сигналы пожарной опасности соседним устройствам.
Для снижения расхода воды при росте интенсивности пожара и/или изменении направления его распространения увеличивают по заданной программе количество сработавших исполнительных органов из числа исполнительных органов с повышенной готовностью с возможностью срабатывания других исполнительных органов, расположенных рядом.
Однако область срабатывания исполнительных органов и плотность орошения очага возгорания не зависит от типа горючего материала. В связи с этим расход воды для тушения пожара может быть как недостаточным, так и избыточным.
Известен способ автоматического пожаротушения с управляемой площадью орошения [RU 74298 U1, МПК А62С 37/08 (2006.01), опубл. 27.06.2008], выбранный в качестве прототипа, при котором образующиеся в ходе локального горения продукты сгорания в виде дыма улавливают одним из адресно-аналоговых дымовых пожарных извещателей. Сигнал от сработавшего пожарного адресно-аналогового извещателя передают по линии связи в прибор приемно-контрольный и управления пожарный, в котором по пришедшему сигналу определяют место возгорания или пожара, вероятные направление и скорость распространения огня. По этим данным вырабатывают команду об адресном срабатывании спринклера или группы спринклеров, находящихся над зоной возгорания. После срабатывания термочувствительных элементов спринклера/спринклеров тушащую жидкость по трубопроводу подают в очаг возгорания и пожара, обеспечивая его тушение через открываемый спринклер/спринклеры.
Однако при наличии в контролируемом помещении воздушных потоков в первую очередь могут сработать пожарные извещатели, расположенные вне зоны возгорания, и тогда спринклерные оросители будут срабатывать в зоне, свободной от горения, что повышает расход жидкости и приводит к заливу всей площади помещения водой.
Техническим результатом предложенного нами изобретения является создание способа обнаружения возгорания в помещении и адаптивной локализации пожара.
Предложенный способ обнаружения возгорания в помещении и адаптивной локализации пожара, также как в прототипе, включает постоянный мониторинг воздуха с помощью пожарных извещателей, определение по пришедшему сигналу места возгорания и включение на срабатывание оросителей, находящихся над зоной возгорания.
2
2
2
2
2
2
Согласно изобретению задают зоны срабатывания оросителей в зависимости от преобладающего в них потенциально горючего материала. Одновременно для каждой зоны задают генерируемые оросителями плотности орошения горючих материалов для подавления их термического разложения, пороги срабатывания газовых пожарных извещателей в зависимости от типа помещения, от минимальных значений концентраций кислорода, диоксида углерода, монооксида углерода и водорода, образующихся при возгорании потенциально горючих материалов, а также пороги срабатывания комбинированных пожарных извещателей по температуре в зависимости от типа помещения. Пожарными извещателями постоянно измеряют температуру воздуха и концентрации в нем кислорода, диоксида углерода, монооксида углерода, водорода. При срабатывании одного пожарного извещателя через 60 с осуществляют повторный опрос всех пожарных извещателей, при этом сравнивают полученные значения с заданными для каждого горючего материала значениями концентраций дымовых газов. При совпадении текущих значений с заданными открывают соответствующую задвижку на трубопроводе с водой на срабатывание соответствующих оросителей, расположенных над зоной с горящим материалом, при этом регулируют давление воды, обеспечивая заданную плотность орошения не менее 11,2 л/м для тушения древесины; не менее 4,1 л/м для тушения древесно-волокнистых плит; не менее 15 л/м для тушения древесно-стружечных плит; не менее 1,25 л/м для тушения линолеума; не менее 2,2 л/м для тушения линолеума на тканевой основе; не менее 0,5 л/м для тушения поливинилхлоридных панелей, при этом продолжают измерение пожарными извещателями концентраций газов в воздухе. Если происходит рост концентрации кислорода и снижение концентрации диоксида углерода по сравнению с заданными порогами срабатывания пожарных извещателей, останавливают подачу воды через оросители.
2
2
2
По сравнению с прототипом обнаружение возгорания в помещении и его локализацию предложенным способом производят не по наличию продуктов сгорания в виде дыма, а по показателям газовых и комбинированных пожарных извещателей. Так как даже при частичной деструкции горючих материалов происходит выделение дымовых газов, и для каждого типа горючего материала комбинации значений концентраций газов (кислорода О, монооксида углерода СО, водорода Н и диоксида углерода СО) отличаются, то это позволяет идентифицировать тип горючего материала и зону его нахождения в помещении. Адаптивную локализацию пожара обеспечивают использованием предложенных значений плотности орошения для каждого конкретного типа горючего материала. Это повышает эффективность тушения очага возгорания, снижает расход воды, а также исключает заливание водой зон контролируемого помещения, не охваченных огнем.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема установки для осуществления способа обнаружения возгорания в помещении и адаптивной локализации пожара и пример локального разделения помещения на зоны в зависимости от преобладающего в них потенциально горючего материала.
На фиг. 2 представлена структурная схема установки для обнаружения возгорания в помещении и адаптивной локализации пожара.
На фиг. 3 представлены значения плотностей орошения различных горючих материалов в помещении, достаточных для их тушения.
2
2
На фиг. 4 показаны зависимости концентраций дымовых газов от длительности их выделения при горении различных горючих материалов: кривые 1-3 получены при горении древесины; кривые 4-6 получены при горении линолеума; кривые 7-9 получены при одновременном горении древесины и линолеума; при этом кривые 1, 4 и 7 демонстрируют зависимости концентраций СО от длительности его выделения; кривые 2, 5 и 8 демонстрируют зависимости концентраций СО от длительности его выделения; кривые 3, 6 и 9 демонстрируют зависимости концентраций Н от длительности его выделения.
2
2
В таблице 1 приведены значения концентраций диоксида углерода СО, монооксида углерода СО, водорода Н, соответствующие началу термического разложения горючих материалов.
Для осуществления способа обнаружения возгорания в помещении и адаптивной локализации пожара использована установка, которая содержит N пожарных извещателей (газовых) 1, и М пожарных комбинированных извещателей 2, которые закреплены на потолке или на стене контролируемого помещения (фиг. 1).
Требования по надежности, интервалам срабатывания и местам установки пожарных извещателей 1 и 2 отражены в нормативных документах НБП 76-80, НБП 76-98 и СП 484.1311500.2020. Необходимое количество N и М соответствующих пожарных извещателей 1 и 2 определяют, учитывая нормы и правила СП 484.1311500.2020.
Пожарные извещатели 1 и 2 через шлейф пожарной сигнализации подключены к процессору 3 (фиг. 2), который содержит последовательно соединенные блок контроля, управления и программирования 3.1 (БКУП), блок аналого-цифровых преобразований 3.2 (БАЦП), блок функциональных измерений и корреляций с заданными информативными параметрами 3.3 (БФИК). Пожарные извещатели 1 и 2 подключены к блоку контроля, управления и программирования 3.1 (БКУП) и к блоку аналого-цифровых преобразований 3.2 (БАЦП). Блок функциональных измерений и корреляций с заданными информативными параметрами 3.3 (БФИК) связан с блоком контроля, управления и программирования 3.1 (БКУП), который связан с прибором управления исполнительными органами 4 (ПУИО), который связан с узлом исполнительных органов 5 (УИО) и насосной установкой 6 (НУ).
На потолке помещения размещены ряды 7 оросителей 8. В каждом ряду 7 оросители 8 последовательно соединены между собой трубопроводом 9. Количество оросителей 8 и рядов 7 определяется с учетом норм и правил СП 5.13130.2009 так, чтобы каждый из оросителей 8 находился над потенциально горючими материалами, например, над деревянным столом.
Ряды 7 последовательно соединенных оросителей 8 через соответствующие задвижки 10 (3), которые подключены к прибору управления исполнительными органами 4 (ПУИО) и к блоку контроля, управления и программирования 3.1 (БКУП), соединены трубопроводом 9 через узел исполнительных органов 5 (УИО) с баком 11, наполненным водой. К баку 11 подключена насосная установка 6 (НУ), которая соединена с блоком контроля, управления и программирования 3.1 (БКУП).
В качестве узла исполнительных органов 5 (УИО) может быть использован узел управления дренчерный с электроприводом, в качестве оросителей 8 - оросители дренчерные водяные горизонтальные «Спецавтоматика», в качестве задвижек 10 (З) - задвижки клиновые фланцевые с электроприводом VANTA 24-006-908, в качестве насосной установки 6 (НУ) - насос типа CR, NB. Прибор управления исполнительными органами 4 (ПУИО) - приемно-контрольный прибор ППКПУ «Водолей» или прибор приемно-контрольный охранно-пожарный ППКОП 01149-4-1-Яхонт-4И. Процессор 3, включая блок контроля, управления и программирования 3.1 (БКУП), блок аналого-цифровых преобразований 3.2 (БАЦП), блок функциональных измерений и корреляций с заданными информативными параметрами 3.3 (БФИК), может быть выполнен на базе микроконтроллера PIC 18F2320-1/SO или логического контроллера К-2000/М, или цифрового газового контроллера GC-05 с RS-485 шиной.
2
2
2
В качестве пожарных извещателей 1 могут быть использованы извещатели пожарные газовые ИП 435-1 для измерения концентраций СО, ЕЕ820 для измерения концентраций СО, МА-9-1195 для измерения концентраций О, ADT-23-3440 для измерения концентраций Н или извещатель пожарный дымовой аспирационный одноканальный FL0111E-HS-RU серии FAAST LT-200. В качестве комбинированных пожарных извещателей 2 могут быть использованы комбинированные пожарные извещатели (дым/тепло) ИП 212/101-4-A1R или комбинированные аспирационные извещатели Vesda.
Контролируемое помещение делят на зоны, например, А, В или С (фиг. 1) в зависимости от преобладающего в данной зоне помещения потенциально горючего материала: древесины, древесно-стружечных плит, древесно-волокнистых плит, линолеума, линолеума на тканевой основе, поливинилхлоридных панелей.
2
2
2
2
2
2
В блоке контроля, управления и программирования 3.1 (БКУП) предварительно задают плотности орошения для тушения потенциально горючих материалов в конкретной зоне контролируемого помещения, например, А, В, С (фиг. 3): 11,2 л/м для древесины; 4,1 л/м для древесно-волокнистых плит; 15 л/м для древесно-стружечных плит; 2,2 л/м для линолеума на тканевой основе; 1,25 л/м для линолеума; 0,5 л/м для поливинилхлоридных панелей. Эти значения плотностей орошения были получены на модельных очагах класса А размерами 150×150 мм, изготовленных из указанных горючих материалов, при использовании дренчерных оросителей, формирующих однородный поток капель размером до 150 мкм. В качестве тушащей жидкости использовали водопроводную воду, которую заливали в бак объемом 7 л. В баке нагнетали избыточное давление 0,5-2 бар (50-100 кПа), которое измеряли манометром с погрешностью не более 5 кПа. На трубопроводе открывали задвижки, после чего воду под давлением подавали через трубопровод на оросители.
2
2
2
Одновременно с заданием плотности орошения потенциально горючих материалов в блоке контроля, управления и программирования 3.1 (БКУП) задают пороги срабатывания пожарных извещателей 1 газовых в зависимости от минимальных значений концентраций газов, образующихся при возгорании присутствующих в помещении потенциально горючих материалов, а также от типа помещения: например, для общественных помещений для таких дымовых газов, как Н и СО порог срабатывания составляет 10 ppm (0,001%), для CO - 1000 ppm (0,1%), для O - 18%. Для комбинированных пожарных извещателей 2, с помощью которых измеряют температуру воздуха в контролируемом помещении, пороги срабатывания задают в зависимости от предельно допустимой температуры воздуха в контролируемом помещении, учитывая ГОСТ Р 53325-2009: например, при температуре воздуха в контролируемом помещении 25°С предельно допустимой температурой является значение температуры воздуха 50°С. Минимальную температуру срабатывания комбинированных пожарных извещателей 2 устанавливают на значение 54°С, а максимальную - на 65°С.
2
2
2
Пожарными извещателями 1 постоянно измеряют концентрации газов O, CO, СО, Н в воздухе контролируемого помещения, а комбинированными пожарными извещателями 2 - температуру воздуха.
2
2
2
При возгорании в какой-либо зоне на начальной стадии возгорания в результате тления горючего материала образуется оксид углерода СО, концентрация которого в воздухе по мере увеличения интенсивности возгорания увеличивается. Концентрация водорода Н увеличивается соразмерно с увеличением концентрации оксида углерода. При переходе от тления к пламенному горению концентрации СО и Н падают, а концентрация углекислого газа CO повышается.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Изменение концентраций газов СО, CO, Н во времени для каждого из горючих материалов при их возгорании различно (фиг. 4), что позволяет идентифицировать тип горючего материала, как при его отдельном возгорании, так и при возгорании группы материалов. Возгорание горючих материалов идентифицируют при следующих значениях концентраций газов (таблица 1): древесины - при минимальных значениях концентраций 0,22% окиси углерода СО, 0,03% водорода Н и 0% диоксида углерода CO; древесностружечных плит - при максимальных значениях концентраций 2,74% диоксида углерода CO и 0,06% водорода Н; древесно-волокнистых плит - при максимальных значениях концентраций 2,06% диоксида углерода CO, 0,68% окиси углерода СО и 0,06% водорода Н; поливинилхлоридных панелей - при минимальных значениях концентраций 0,2% окиси углерода СО и 0% диоксида углерода CO; линолеума - при максимальном значении концентрации 0,05% водорода Н и минимальном значении концентрации 0% диоксида углерода CO; линолеума на тканевой основе - при максимальном значении концентрации 0,05% водорода Н и минимальном значении концентрации 0,09% диоксида углерода CO.
2
2
2
Сигналы от пожарных извещателей 1 и 2 по шлейфу пожарной сигнализации поступают в процессор 3 (П). При превышении заданных в блоке контроля, управления и программирования 3.1 (БКУП) порогов срабатывания пожарных извещателей происходит их срабатывание. При срабатывании только одного пожарного извещателя 1 или 2 через 60 с осуществляют повторный опрос всех пожарных извещателей 1 и 2. При этом сигналы от пожарных извещателей 1 и 2 поступают в блок аналого-цифровых преобразований 3.2 (БАЦП), затем в блок функциональных измерений и корреляций с заданными информативными параметрами 3.3 (БФИК), где происходит обработка информации и сравнение текущих значений температуры и комбинаций значений концентраций газов O, CO, СО, Н (таблица 1) для каждого потенциально горючего материала с предварительно заданными значениями в блоке контроля, управления и программирования 3.1 (БКУП). В зависимости от показателей воздуха с использованием процессора 3 (П) по заранее заданному в блоке контроля, управления и программирования 3.1 (БКУП) алгоритму идентифицируют типа материала и место его расположения.
При совпадении совокупности полученных текущих значений с совокупностью заданных параметров с помощью блока контроля, управления и программирования 3.1 (БКУП) вырабатывают соответствующий условиям пожара управляющий сигнал и передают его на прибор управления исполнительными органами 4 (ПУИО) и от него в узел исполнительных органов 5 (УИО) и на насосную установку 6 (НУ). Прибор управления исполнительными органами 4 (ПУИО) подает сигнал на узел исполнительных органов 5 (УИО) и на соответствующую задвижку 10 (З), открывая ее, а затем на насосную установку 6 (НУ), осуществляя ее пуск, при этом регулируют давление воды в трубопроводе 9, обеспечивая нужную плотность и длительность орошения горящего материала оросителями 8.
2
2
Увеличение концентрации O в воздухе помещения и снижение концентрации CO по сравнению с заданными порогами срабатывания пожарных извещателей 1 свидетельствуют об эффективном использовании заданной плотности орошения, снижении интенсивности пожара и окончании горения горючего материала. В таком случае, по команде с процессора 3 (П), а именно, от блока контроля, управления и программирования 3.1 (БКУП), с помощью прибора управления исполнительными органами 4 (ПУИО) воздействуют на насосную установку 6 (НУ) и останавливают подачу воды по трубопроводу 9 из бака 11 на оросители 8, после чего закрывают соответствующие задвижки 10 (З).