Сравнительная оценка эффективности применения тепловых максимальных, дифференциальных и дымовых пожарных извещателей

Шаровар Ф. Сравнительная оценка эффективности применения тепловых максимальных, дифференциальных и дымовых пожарных извещателей // Системы безопасности связи и телекоммуникаций. 2003 . №1. C. 62-65

На протяжении многих лет проектирование и внедрение различных по степени сложности автоматических систем пожарной сигнализации для зданий и сооружений велось стереотипно (и в значительной степени формально) на основе морально устаревшего нормативного документа СНиП 2.04.09-84 "Пожарная автоматика зданий и сооружений". Не внес практически никакого прогресса в сложившийся стереотип мышления проектировщиков и работников ГПС введенный взамен СНиП 2.04.09-84. Раздел 12 НПБ 88-2001 новый нормативный документ - НПБ 88-2001, в котором установленные нормы и требования к размещению тепловых и дымовых пожарных извеща-телей по-прежнему содержат минимум сведений самого общего характера для проектировщиков. В результате для защиты одного и того же помещения нормативным документом накладываются одинаковые ограничения на применение пожарных из-вещателей, отличающихся по эффективности обнаружения пожара в десятки(!) раз

Вопросы эффективности

В НПБ 88-2001 для всех тепловых извещателей, независимо от их свойств и принципа действия (максимальные или дифференциальные), установлена одинаковая нормативная величина защищаемой ими площади, зависящая исключительно от трех условных градаций помещений относительно их высоты. Никакой дополнительной информации о различии в применении тех и других извещателей нет, в то время как дифференциальные тепловые извещатели, в силу их физического принципа действия и известных свойств, в большинстве случаев в десятки(!) раз эффективнее максимальных и в некоторых случаях эффективнее дымовых пожарных извещателей хотя бы потому, что переносчиком дыма является тот самый конвективный поток, на изменение температуры которого реагирует дифференциальный тепловой пожарный извещатель.

Автоматическая установка пожаротушения вводится в действие после обнаружения извещателями очага пожара, уже имеющего к этому моменту вполне конкретные теплофизические характеристики, главными из которых являются: тепловая мощность (тепловая энергия, выделяемая очагом горения в единицу времени) и площадь поверхности, в пределах которой локализована эта тепловая мощность, т.е. площадь горения.

Именно эти характеристики очага пожара предопределяют величину материального ущерба, уже причиненного пожаром к моменту его обнаружения установкой пожарной сигнализации. Суммарно этот ущерб складывается из стоимости сгоревших материальных ценностей плюс потери, образуемые от момента обнаружения до момента начала тушения, а также потери, образуемые в процессе тушения пожара. При этом кроме прямого ущерба имеет место также косвенный ущерб, и не только материальный. Поэтому вопрос раннего обнаружения маломощного очага загораний является одним из основных, а может быть, и главным вопросом в пожарной автоматике.

Автоматические пожарные извещатели, являющиеся первичным источником информации для систем пожарной сигнализации, пожаротушения, других устройств пожарной автоматики, должны реагировать на раннее появление избыточной температуры или продуктов распада термического очага, выделяющихся при возникновении такого очага, и формировать сигнал еще до возникновения открытого пожара.

Разберемся с понятиями

Принципиально важно отличать смысл понятий "очаг загорания" и "пожар". Под очагом загорания, в отличие от самого пожара, подразумевается еще относительно низкотемпературный процесс без открытого пламени, сосредоточенный на достаточно малой площади (30-50 см2), но способный выделять тепло и продукты горения. Назначение современной пожарной автоматики в том, чтобы не допустить переход очага загорания в пожар за счет его раннего обнаружения и своевременной ликвидации этого очага. Как уже отмечалось выше, для подавляющего большинства объектов по эффективности применения дифференциальные тепловые пожарные извещатели могут в десятки, а то и в сотни раз превосходить наиболее широко применяемые (в силу незначительной их стоимости) тепловые максимальные извещатели и, как будет показано ниже, в несколько раз могут быть эффективнее дымовых пожарных извещателей. Проектировщики и тем более монтажники часто не утруждают себя в обосновании выбираемого типа извещателя, поскольку ни НПБ 88-2001 их к этому не обязывает, да и никто из них не несет ответственности за последствия в случае пожара. Именно поэтому самое массовое применение в нашей стране и в СНГ, по инерции со времен СССР, нашли простейшие тепловые пороговые максимальные извещатели типа ИП105, ИП103-5, ИП10331 или им аналогичные. Основное их достоинство - это простота, дешевизна и возможность изготовления в кустарных условиях. Что же касается практической пользы, то во многих случаях она крайне низкая или близка к нулю. Этим обстоятельством, скорее всего, и объясняется разработка и введение в действие в 2001 г. ГУГПС изменений и дополнений к НПБ 110-99, существенно ограничивающих область применения тепловых пожарных извещателей.

Дым без огня?

Часто употребляемый афоризм "не бывает дыма без огня" мало соответствует физической сущности процесса появления дыма. Для появления дыма в подавляющем числе случаев достаточно некоторого тепла в горючей среде и не обязательно наличие огня - открытого пламени. Более того, во всех случаях с появлением открытого пламени выделяемое количество дыма уменьшается. В любом случае в начальной стадии появления и развития очага горения возникает соответствующей величины тепловой поток, а затем по мере увеличения теплоты очага горения, в зависимости от дымообразующей способности горючего материала, выделяется дым. Распространение дыма в закрытом помещении полностью подчиняется закономерностям движения в нем теплового потока. Следовательно, в целом ряде случаев тепловые дифференциальные извещатели способны обнаружить маломощный очаг загорания даже раньше, чем дымовые, т.е. могут быть более эффективными, чем дымовые (см. пример 1).

Пример 1_

Возьмем реальные, наиболее часто встречающиеся помещения высотой 3,5, 6 и 9 м, использующие горючий материал в виде древесины (или так называемые целлюлозосодержащие компоненты), для которого известны: линейная скорость распространения 102 м/с, массовая (приведенная) скорость выгорания 102 кг/мг, теплота сгорания 1,5x104 кДж/кг, коэффициент дымообразования 130 Неп х м2/кг. В качестве исходных данных примем нормы по размещению извещателей, изложенные в НПБ 88-2001:

? при высоте помещения 3,5 м контролируемая площадь одним извещателем 25 м2;

? при высоте помещения 6 м контролируемая площадь одним извещателем 20 м2;

? при высоте помещения 9 м контролируемая площадь одним извещателем 15 м2.

В результате произведенных расчетов по известной и согласованной в свое время ГУГПС и ВНИИ-ПО методике получены следующие данные для сравнения основных показателей применения тепловых извещателей порогового принципа действия типа ИП103-5, ИП10331 и извещателей дифференциального принципа типа ИП101-18, ИП101-23 (см. таблицу.).

Таблица. Сравниваемые основные показатели обнаружения

Высота помещения, м

3,5

6

9

Контролируемая площадь по НПБ 88-2001 , м2

25

20

15

Обнаруживаемая мощность очага, кВт

максимальные тепловые извещатели

913

1670

2535

дифференциальные и максимально дифференциальные извещатели

54,7

194

260

Обнаруживаемая площадь горения

максимальные тепловые извещатели

7,64

18

31,2

дифференциальные

дифференциальные извещатели

0,46

1,6

2,1

Как видно из таблицы, величина обнаруживаемой тепловой мощности очага горения дифференциальным (максимально-дифференциальным) извещателем при высоте потолка 9 м составит 260 кВт, а обнаруживаемая тепловая мощность очага горения тепловыми максимальными извещателями при этой же высоте помещения составит уже 2535 кВт. Как видно, разница здесь равна 2275 кВт (при высоте помещения 6 м эта разница составит 1476 кВт, при высоте 3,5 м -858 кВт). Более того, в первом случае необходимо ликвидировать очаг пожара мощностью 260 кВт на площади 2,1 м2, а во втором - очаг с тепловой мощностью уже 2535 кВт, на площади 31,2 м2. Если в первом случае можно потушить обнаруженный очаг пожара простыми подручными средствами, то во втором требуется профессиональное тушение.

Из приведенных в таблице конечных результатов применения тепловых дифференциальных и максимальных пожарных извещателей наглядно просматривается значительная разница по их эффективности.

Для реального помещения высотой 3,5 м и площадью 250 м2 (горючий материал -древесина) расчеты дают следующие результаты ( см. пример 2).

Пример 2

При установке 10 тепловых максимальных извещателей (контролируемая одним извещателем площадь - 25 м2, в соответствии с НПБ 88-2001) может быть обнаружен очаг пожара (загорание) с тепловой мощностью приблизительно 913 кВт, при этом площадь горения составит около 7,6 м2 (2,76x2,76 м2). Такое же количество дифференциальных тепловых извещателей с пороговой скоростью нарастания температуры окружающей среды 5-7?С/мин позволит обнаружить в таком же помещении загорание с тепловой мощностью не более 55 кВт, при этом площадь очага горения не превысит величины 0,5 м2 (0,7х 0,7 м2). Даже в случае применения 250 максимальных извещателей (в этом случае контролируемая одним извещателем площадь в среднем составит 1 м2) возможно обнаружение загорания лишь на уровне приблизительно 240 кВт, при площади горения около 2 м2.

Приведенный пример убедительно показывает, что применение 10 тепловых дифференциальных (максимально-дифференциальных) извещателей более эффективно, чем 250 максимальных извещателей (как по минимальной обнаруживаемой тепловой мощности (в 4,4 раза), так и по общей стоимости).

Другими словами, в одном и том же помещении в 25 раз меньшим количеством дифференциальных тепловых извещателей можно обнаружить в 5 раз меньший по тепловой мощности и площади горения очаг пожара, по сравнению с максимальными тепловыми извещателями с пороговой температурой 70?С.

Для сравнения по обнаружительной способности дымовых пожарных извещателей типа "ДИП-ЗМ" и тепловых дифференциальных извещателей типа ИП101-18, ИП101-23 примем в качестве исходного условия, что для помещения высотой 3,5 м и площадью 240 м2 по СНиП 2.04.09-84 требуется установить три извещателя типа "ДИП-ЗМ" (по 80 м2 на один извещатель), которые, как показывают расчеты по той же методике, способны обнаружить очаг пожара с тепловой мощностью не менее 150 кВт при площади горения около 1,3 м2 (для целлюло-зосодержащих материалов с достаточно высоким коэффициентом дымообразования 130 Неп. х м2/кг и высоким коэффициентом светоотражения, т.е. для материалов с наиболее благоприятными физическими характеристиками для оптико-электронных дымовых пожарных извещателей).

Результаты аналогичных расчетов показывают, что в помещении с такими же размерами и такой же горючей нагрузкой 3 тепловых дифференциальных извещателя способны обнаружить очаг пожара с тепловой мощностью в 2,5-3 раза меньшей, чей очаг пожара, обнаруживаемый 3 дымовыми пожарными извещателями типа "ДИП-ЗМ" или ему подобным. Этот вывод остается справедливым для подавляющего числа реальных помещений и тем более он справедлив для помещений, в которых содержатся (хранятся) горючие материалы, характеризующиеся более высокой, чем целлюлозосодержащие компоненты, теплотой сгорания, а также меньшей дымообразующей способностью и более низким, чем у целлюлозосодержащих материалов, коэффициентом свето-отражения их дыма (темные дымы резиносодержащих материалов, ГСМ и др.). Более того, все оптико-электронные дымовые пожарные извещатели имеют общий существенный недостаток, который состоит в том, что они полностью утрачивают работоспособность при запылении их оптических и фильтрующих сетчатых элементов. При этом полностью неработоспособное состояние (скрытый отказ) дымового пожарного извещателя внешне никак не проявляется, и он находится в неработоспособном состоянии до очередного регламентного технич&#