УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ОБНАРУЖЕНИЯ, КОНТРОЛЯ И УСТРАНЕНИЯ ЗАГАЗОВАННОСТИ И ЗАДЫМЛЕННОСТИ ПОМЕЩЕНИЙ

Полезная модель относится к устройству автоматического обнаружения, контроля и устранения загазованности и задымленности помещений и может быть использована как при строительстве, так и при эксплуатации вновь построенных и ранее построенных зданий, сооружений и помещений.
Общая статистика по РФ случаев отравления людей газами и дымом, взрывов и пожаров, вызванных возникновением в помещениях загазованности по причине эксплуатации неисправного оборудования, нарушения герметизации газопроводов при проведении ремонтов и перепланировок, нарушения техники безопасности пользования газом и нарушение работы вентиляции в домах неуклонно растет, что неоднократно отмечено на разных государственных уровнях и средствах массовой информации. Неоднократно пути решения данной проблемы рассматривались при участии Аппарата Президента и Правительства Российской Федерации.
Предложенное техническое решение позволяет решить проблему возникновения и накопления загазованности и задымленности помещений, в которых установлено и эксплуатируется газоиспользующее оборудование, последствиями которых зачастую являются отравления людей, пожары и взрывы. При этом, причиной возникновения загазованности не всегда является неисправность газоиспользующего оборудования или негерметичность технологических трубопроводов, подводящих газ к оборудованию. Частыми причинами возникновения загазованности являются: - заливание конфорок газовой плиты жидкостью; прекращение горения конфорок в результате перебоя в подаче газа и последующая неконтролируемая подача газа через конфорку в атмосферу помещения после восстановления подачи газа (касательно на газовых плит, не имеющих в своем составе электроклапана, исключающего подачу газа к конфорке, температура которой ниже порогового значения); попадание продуктов сгорания газа из вентиляционного канала при образовании обратной тяги в помещении; накопление угарного газа в помещении при нарушении правильного функционирования вытяжной вентиляции (при сильных порывах ветра, нарушении конструкции вентиляционного канала при проведении незаконных перепланировок, занесении выхода вентиляции снегом или попадании в него стороннего предмета и т.д.).
При появлении и накоплении в помещении природных газов (метан, пропан), данное можно определить при помощи обоняния - хоть данные природные газы не имеют ни цвета, ни запаха, перед их подачей потребителю газы проходят процедуру одоризации - добавления в их состав сильно пахнущего вещества - одоранта (в основном, этилмеркаптан). Более опасно возникновение и накопление угарного газа, так как он не имеет ни цвета, ни запаха и не отражается резко на дыхании человека, наличие данного газа можно определить только по косвенным признакам - головокружение, тошнота и т.д., что обычно воспринимается людьми как элементарное недомогании на начальных стадиях болезни или как типичная усталость, - соответственно никаких действий не предпринимается. Если человек при этом спит - он изначально обречен на гибель. После нескольких минут нахождения человека в помещении с угарным газом - он теряет сознание, не оставляя себе ни единого шанса на спасение. Кроме изложенного, угарный газ является горючим, и при накоплении определенных концентраций происходит взрыв, который кроме разрушения помещения может унести еще жизни людей, находящихся в соседних помещениях или оказавшихся в непосредственной близости.
При изучении официально известного уровня техники, авторами выявлено большое количество технических решений, направленных на решение обозначенной проблемы, однако не обнаружено техническое решение, идентичное предлагаемому по своему набору функций и задач. Причем наибольшая часть решений заложена в составе систем, предлагаемых к установке на этапе строительства или комплексного капитального ремонта жилых домов с установкой или полной заменой ранее установленного оборудования, а установка в отдельные квартиры не представляется возможной ввиду технической несовместимости коммуникаций и нецелесообразности ввиду многократного увеличения стоимости установки по индивидуальному заказу. Соответственно, данные решения не подходят для ранее построенных домов.
Кроме того, функционал большинства систем рассчитан на выполнение только информационных задач (информирование спецслужб, хозяина, управляющей компании о возникновении инцидента), отслеживания хода распространения инцидента с передачей информации диспетчеру (необходимость постоянной обратной связи со специалистом) и не рассчитан на автоматическое принятие мер по устранению загазованности и/или задымления. Также, в основном, в системах используются датчики, контролирующие наличие в газовоздушной смеси природных газов (метан, пропан), при этом контроль возникновения задымленности и возникновения угарного газа, как самого опасного компонента, не предусмотрено функционалом.
Известно устройство - сигнализатор загазованности, содержащее измерительную схему с датчиком газа, блок автономного питания и исполнительное устройство, причем напряжение питания с блока автономного питания и напряжение, измеренное на датчике газа, с измерительной схемы, подаются через аналоговый коммутатор на аналого-цифровой преобразователь, и далее на арифметико-логическое устройство (RU №65235 U1, МПК G01N 27/12 (2006.01), G01N 27/16 (2006.01) опубликовано 27.07.2007).
Недостатком данного технического решения является то, что задачей устройства является только обнаружение загазованности помещения (наличие в газовоздушной смеси помещения метана) и подача звукового сигнала. Прекращение подачи газа в газоиспользующее оборудование и принятие мер по устранению загазованности устройством не предусмотрены. Также прибор не контролирует наличие в помещении угарного газа и дыма.
Известно устройство контроля загазованности помещений, включающее в себя блок питания, датчик загазованности, блок звуковой и световой сигнализации, блок управления внешней цепи, блок автоматического отключения подачи газа и схему управления этим блоком, вход которой подсоединен к выходу блока управления внешней цепи, а выход - к входу блока автоматического отключения подачи газа. В устройство дополнительно введены блок контроля выходного напряжения датчика загазованности, выполненный с возможностью запоминания аварийного состояния, и блок контроля работоспособности устройства, выполненный с возможностью сброса аварийного состояния, при этом выход датчика загазованности соединен с первым входом блока контроля выходного напряжения, а блок контроля работоспособности устройства соединен со вторым входом блока контроля выходного напряжения, выход которого соединен с первым входом блока звуковой и световой сигнализации и одним из входов блока управления внешней цепи (RU №77072 U1, МПК G08B (2006/01) опубликовано 10.10.2008 г.).
Недостатком данного технического решения является то, что алгоритм работы устройства и входящее в его состав оборудование не предусматривают выполнение работ по устранению загазованности помещения, также отсутствует блок автономного питания, что не обеспечивает работу устройства при перебоях подачи электроэнергии. Также прибор не контролирует наличие в помещении угарного газа и дыма
Известно устройство приточно-вытяжной вентиляционный прибор для энергосберегающей вентиляции небольших помещений, преимущественно квартир, включающий вмонтированный в наружную стену корпус с вентиляционным каналом, в котором установлены теплоемкий регенератор, реверсивный вентилятор для осуществления следующих поочередно подачи через регенератор наружу загрязненного комнатного воздуха и подачи в помещение свежего наружного воздуха, а также фильтр, клапанное устройство и воздухораспределительное устройство с основной вентиляционной решеткой, соединяющие вентиляционный канал с помещением, причем воздухораспределительное устройство разделено герметичной стенкой на две части, одна из которых сообщается с основной вентиляционной решеткой, а вторая соединена дополнительным воздуховодом и дополнительной вентиляционной решеткой на его конце со смежным помещением, а клапанное устройство выполнено таким образом, что при своей работе может соединять вентиляционный канал либо с основной, либо с дополнительной вентиляционной решеткой (RU №88778 U1, МПК F24F 7/00 (2006/01) опубликовано 20.11.2009 г.).
Недостатком данного технического решения является то, что система предназначена для проветривания помещения независимо от качества газовоздушной смеси в помещении, отсутствие автономного источника питания, необходимо ручное включение и отключения прибора пользователями, соответственно система предназначена для повышения комфорта, а не безопасности жильцов и посетителей.
Известно устройство контроля дыма в режиме реального времени с последующей передачей данных, которая включает подсистему мониторинга концентрации сажи, подсистему мониторинга параметров выбросов дымовых газов, скорость потока, давление, температуру, подсистему мониторинга газообразных загрязнителей, выборка в реальном времени и контроль за дымовыми газами, предварительная обработка, система управления и подсистемы сбора и обработки данных, сбор выходного сигнала подсистемы и обработка, хранение, отображение, запись и статистика, для обеспечения передачи данных в режиме реального времени, передачи на большие расстояния, программ обработки с предварительной обработкой дымовых газов, а также компьютерной связи центральной станции мониторинга окружающей среды, в изобретении используется современный датчик и технология обнаружения, компьютер и сетевые технологии, обработка сигналов и технология беспроводной передачи данных, что делает степень автоматизации системы высокой, рабочая нагрузка на обслуживание мала, стабильность хорошая, обработка данных выполняется быстро и просто (№ CN 1936995 А, МПК G01N 35/00; G08C 19/00; (IPC17): G01N 35/00; G08C 19/00, опубликовано 28.03.2007 г.).
Недостатком данного технического решения является то, что оно рассчитано на промышленные предприятия, отделы охраны окружающей среды и требует контроля и непрерывной обратной связи от диспетчера. Кроме того, функционал системы рассчитан на непрерывное отслеживание развития инцидента или аварийной ситуации, принятие мер на ее устранение не предусмотрено.
Известно устройство аварийная система освещения с сигнализацией о пожаре, газе и загрязнении окружающего воздуха с автоматическим мониторингом и перезарядкой аккумулятора с использованием шины и микропроцессорной схемы, входные и выходные сигналы которой регулируют программирование (US 5493272 А, МПК G08B 25/04; G08B 25/06; G08B 29/14; Н05В 37/02; (IPC1-7): G08B 26/00, опубликовано 20.02.1996 г.)
Недостатком данного технического решения является то, что оно не устраняет задымленность и загазованность.
Известен теплообменник, установленный вне здания, например, балкон квартиры и способный циркулировать и обменивать внутренний и наружный воздух для внутренней вентиляции с вентилятором подачи воздуха, заслонкой OA, вытяжным вентилятором и заслонкой RA, Кондиционер по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащий: канал подачи воздуха, соединенный с одной стороной теплообменника и соединенный с потолком каждой комнаты, чтобы обеспечить проникновение наружного воздуха в помещение; Вентиляционное устройство, имеющее комбинацию выхлопных каналов, позволяющих легко выпускать вентиляционный канал; контроллер для установки его рабочей фазы при электрическом соединении с вентилятором; средства измерения, подключенные к контроллеру для обнаружения возникновения пожара и аварии утечки газа; панель управления устройством для автоматического управления вентиляционным устройством путем непосредственного вмешательства с контроллером в качестве сигнала, посылаемого из средства измерения; и ретранслятор для автоматического уведомления о возникновении катастрофы, такой как пожар или взрыв газа, посредством дополнительного сигнала от чувствительного средства, панель управления устройством может дополнительно включать в себя блок ввода сигнала пожара для приема каждого сигнала, передаваемого от чувствительного блока, блок передачи входного сигнала для передачи сигнала передачи, вводимого через блок ввода сигнала пожара, в общий теплообменник, блок привода вытяжного вентилятора для подачи внешнего питания на вытяжной вентилятор для увеличения выходной мощности вытяжного вентилятора (KR 100884890 В1 МПК F24F 11/02; F24F 7/00; F24F 7/08, опубликовано 23.02.2009 г.).
Недостатком данного технического решения является большие затраты на монтаж дополнительного оборудования с необходимостью выполнения непредусмотренных проектом здания технологических отверстий и установки наружного устройства. А главное, когда обнаружена утечка газа, то система активирует приборы для принудительного вытягивания газовоздушной смеси из помещения, создавая при этом обратную тягу из вентиляционной шахты, что в свою очередь приводит заполнение квартиры угарным газом и продуктами сгорания газа от газоиспользующего оборудования помещений, использующих тот же вентиляционный канал. Кроме того, в случае включения системой функции подачи уличного воздуха одним блоком системы и параллельной вытяжки газовоздушной смеси из помещения вторым блоком, при возгорании или тлении в помещении, указанное будет способствовать возгоранию и возрастанию пожара.
Наиболее близким аналогом, заявляемого технического решения является устройство защиты помещений от взрыва бытового газа, содержащее по меньшей мере один датчик предельно-допустимой концентрации газо-воздушной смеси, соединенный с взрывобезопасным блоком, включающим реле, связанное с вытяжным вентилятором, генератором аварийного сигнала и автономным источником питания, при этом датчик установлен под источником бытового газа (RU №34024 U1, МПК G08B 17/00, F24C 15/20, опубликовано 20.11.2003 г.).
Недостатком данного технического решения является то, что в его функционале отсутствует постоянный контроль наличия контакта между датчиками загазованности и реле, так как в случае потери контакта устройство перестает выполнять свою функцию, при этом пользователь помещения не будет уведомлен об этом. Кроме того, отсутствуют индикаторы наличия контакта с вытяжным вентилятором, при обрыве контакта блок не приведет в действие вытяжную вентиляцию в случае обнаружения загазованности и задымленности. При обнаружении кратковременного превышения концентрации отслеживаемых компонентов (например, кратковременное образование обратной тяги из вентиляционного канала), которое устраняется менее чем за минуту посредством вытяжной вентиляции, система расценивает данный факт как происшествие и автоматически передает сигнал на пульт диспетчерской службы при каждом таком срабатывании. Это может привести к ложным вызовам аварийных служб. Кроме того, прибор не контролирует наличие в помещении угарного газа. При повышении в газовоздушной смеси помещения концентрации газа выше допустимого значения, вентилятор начитает свою работу и продолжает ее пока не будет отключен вручную, что приводит к дополнительному расходу электроэнергии, а при длительном отсутствии хозяина квартиры или помещения к выходу из строя самого вентилятора.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение эксплуатационных качеств устройства автоматического обнаружения, контроля и устранения загазованности и задымленности помещений.
Сущность полезной модели как технического решения выражается в совокупности существенных признаков, представленных в независимом пункте формулы полезной модели.
Технический результат совпадает с решаемой задачей и достигается за счет того, что датчик 1, подключенный к микроконтроллеру 2, извещает о наличии в газовоздушной смеси помещения не только метана, пропана и дыма, но и угарного газа. При поступлении сигнала о наличии минимальной концентрации дыма, природного и угарного газа в помещении, микроконтроллер 2 включает светозвуковую сигнализацию 6 срабатывания устройства, светодиодный индикатор 7 срабатывания устройства и вытяжной вентилятор 4 и обеспечивает работу вытяжного вентилятора 4 до устранения наличия концентрации любого из выявляемых компонентов в газовоздушной смеси помещения сверх порогового значения. Светозвуковая сигнализация 6 срабатывания устройства автоматически выключается после устранения загазованности и задымленности или посредством имеющейся функции ручного выключения, светодиодный индикатор 7 срабатывания устройства снабжен только функцией ручного отключения.
Наличие датчика 1 позволяет устройству своевременно обнаруживать возникновение загазованности (метан, пропан, угарный газ) и задымленности помещений для подачи микроконтроллером 2 сигнала на включение принудительного вытягивания газовоздушной смеси из помещения. Предусмотрены как отдельная установка датчика 1 с присоединением его к микроконтроллеру 2 посредством соединительных элементов 9, например - шлейфов, так и расположение непосредственно на микроконтроллере 2, что позволит исключить разрыв цепи на данном участке.
Наличие светозвуковой сигнализации 6 срабатывания устройства позволяет своевременно оповестить присутствующих в помещении людей о выявлении в газовоздушной смеси помещения загазованности или задымленности и выполнении устройством работ по их устранению.
Наличие функции автоматического и ручного выключения светозвуковой сигнализации 6 срабатывания устройства расширяет функциональные возможности устройства.
Наличие светодиодного индикатора 7 срабатывания устройства позволяет информировать владельца и посетителей помещения о возникшем или возникавшим за время их отсутствия превышениям концентрации отслеживаемых компонентов в газовоздушной смеси помещения, что является сигналом для вызова специалистов газовой службы для обследования внутридомовых газопроводов, газоиспользующего оборудования и исправности вытяжной вентиляции, а также служит рекомендацией для проверки оборудования помещений, расположенных этажами ниже и использующих тот же вентиляционный канал.
Наличие функции ручного отключения светодиодного индикатора 7 срабатывания устройства позволяет обнулить результат (показатели).
Наличие микроконтроллера 2 позволяет обеспечить обработку сигналов от датчика 1 и устранение контролируемых компонентов в газовоздушной смеси помещения, находящихся свыше максимально допустимого пропорционального значения (нижний и верхний пределы взрываемости, воспламенения и самовоспламенения), посредством автоматического принудительного вытягивания воздуха из помещения в вентиляционную шахту или на улицу (в зависимости от места и способа установки вытяжного вентилятора 4) и позволяет прекратить работу вытяжного вентилятора 4 и светозвуковой сигнализации 6 срабатывания устройства после устранения загазованности и задымленности, что обеспечивает экономию электроэнергии и увеличивает эксплуатационный срок службы вытяжного вентилятора 4.
Наличие индикаторов наличия электрического контакта 5 в цепи позволяет отслеживать наличие постоянного контакта между микроконтроллером 2 и вытяжным вентилятором 4. При отдельной установке датчика 1 с использованием соединительных элементов 9, например - шлейфа, на данный соединительный элемент 9 также устанавливается индикатор наличия электрического контакта 5 в цепи.
При этом микроконтроллер 2, индикаторы наличия электрического контакта 5 в цепи, светозвуковая сигнализация 6 срабатывания устройства, светодиодный индикатор 7 срабатывания устройства и автономный источник питания 8 размещены внутри взрывобезопасного блока 3 управления.
Использование предлагаемого устройства обеспечивает безопасность зданий и сооружений и людей, находящихся в данных и соседствующих объектах, а также находящихся в непосредственной близости в момент потенциального инцидента или аварии, так как своевременно принятые меры по недопущению образования в газовоздушной смеси помещений опасных концентраций контролируемых компонентов и задымлений предотвращают отравления людей, пожары и взрывы в помещениях.
Все вышеперечисленные существенные признаки позволили повысить эксплуатационные качества устройства автоматического обнаружения, контроля и устранения загазованности и задымленности помещений.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МПК, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется схемой.
Устройство автоматического обнаружения, контроля и устранения загазованности и задымленности помещений содержит датчик 1, соединенный с микроконтроллером 2 взрывобезопасного блока 3 управления, связанным с вытяжным вентилятором 4, необходимым для обеспечения принудительного оттока газовоздушной смеси из помещения, индикатора(-ов) наличия электрического контакта 5 в цепи, светозвуковой сигнализации 6 срабатывания устройства, светодиодного индикатора 7 срабатывания устройства с функцией ручного отключения, автономный источник питания 8, кабель 10 электрического питания, подающий электроэнергию во взрывобезопасный блок 3 управления, при этом датчик 1 установлен в помещении, где установлено газоиспользующее оборудование и подключен к микроконтроллеру 2 напрямую или выносится от взрывобезопасного блока 3 управления с использованием соединительного элемента 9, например шлейфа.
Устройство работает следующим образом: датчик 1, построенный на базе полупроводникового газоанализатора и предназначенный для обнаружения в газовоздушной смеси наличия и концентрации метана, бутана, пропана, угарного газа и дыма, ведет постоянный анализ состава газовоздушной смеси помещения и передает на блок обработки данных микроконтроллера 2 аналоговый сигнал, пропорциональный содержанию контролируемых компонентов в воздухе, при этом в микроконтроллере 2 установлены пороговые значения допустимых концентраций по каждому из отслеживаемых газов, наличие дыма в любой концентрации уже расценивается микроконтроллером 2 как превышение. Если наличие контролируемых компонентов не превышает нижнего порогового значения, то микроконтроллер 2 не подает управляющий сигнал на вентилятор, т.е. часть устройства, отвечающая за вытягивание газовоздушной смеси из помещения, находится в состоянии бездействия, при этом светодиодные индикаторы наличия электрического контакта 5 цепи на участке цепи датчик 1 - микроконтроллер 2 (в случае выноса датчика) и участка цепи микроконтроллер 2 - вытяжной вентилятор 4 подают сигнал наличия контакта между элементами на данных участках устройства. Сигнал может быть, как постоянным (непрерывное горение), так и периодическим кратковременным (например, 1 раз в 30 секунд). В случае достижения минимального порогового значения концентрации одного из элементов в газовоздушной смеси помещения (пропан: 200-5000 ppm; Бутан: 300-5000 ppm; Метан: 500-20000 ppm; Водород: 300-5000 ppm, дым - минимальная концентрация, при которой возможно его обнаружение датчиком 1), микроконтроллер 2, на основании сигнала, полученного от датчика 1, обрабатывает сигнал и подает управляющий сигнал о необходимости вытягивания газовоздушной смеси из помещения на вытяжной вентилятор 4, светозвуковую сигнализацию 6 срабатывания устройства и светодиодный индикатор 7 срабатывания устройства. Источник автономного питания 8 элементов устройства, подключенный к сети электропитания, обеспечивает подачу электроэнергии для питания элементов от встроенного аккумулятора при перебоях или отключении сетевой электроэнергии. При срабатывании устройства, кроме светозвуковой сигнализации 6 срабатывания устройства, также подается сигнал на светодиодный индикатор 7 срабатывания устройства. После устранения загазованности или задымленности в помещении, светозвуковая сигнализация 6 срабатывания устройства и вытяжной вентилятор 4 выключаются, а светодиодный индикатор 7 срабатывания устройства остается включенным до ручного сброса, для того, чтобы владелец или посетитель помещения был уведомлен о факте срабатывания, если на момент срабатывания устройства он отсутствовал. Данное устройство может уведомлять владельца квартиры или помещения о наличии загазованности и задымления посредством сотовой связи, тем самым позволяя своевременно принять меры для предотвращения возгорания и пожара на ранних стадиях.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить эксплуатационные качества устройства автоматического обнаружения, контроля и устранения загазованности и задымленности помещений. Устройство может быть изготовлено на стандартном оборудовании из известных материалов с использованием современных технологий.