12 января 2012
Тепловые пожарные извещатели
Часть 2
В. Баканов
главный конструктор ЧП «Артон»,
И . Неплохов
к.т.н., технический директор ООО «ЦЕНТР-СБ»
Тепловые извещатели, как
и другие автоматические
пожарные извещатели,
это первичный источник информации
для систем пожарной сигнализации,
пожаротушения и других средств по
жарной автоматики. А от эффективности выявления извещателями пожара
на самой ранней стадии зависит эффективность системы в целом.
Одной из важнейших характеристик
теплового извещателя является время задержки срабатывания (инерционность).
То есть это время, которое проходит в процессе роста температуры от момента достижения температуры окружающей среды значений статической температуры
срабатывания до фактического срабатывания извещателя [1]. Время срабатывания (tср) включает в себя время (Δt1), в течение которого с заданной скоростью
повышается температура окружающей
среды, и время задержки (Δt2), затрачиваемого на прогрев чувствительного элемента, то есть tср = Δt1 + Δt2.
Например, по ГОСТ Р533-252009 для
максимальных извещателей класса А2 статическая температура срабатывания должна находиться в диапазоне от +54 до
+70 °С. При повышении температуры со
скоростью 30 °С/мин от условно нормальной температуры использования 25 °С до
минимальной статической температуры
срабатывания 54 °С проходит время, равное 58 с. А при достижении температуры
70 °С – максимальной статической температуры срабатывания пройдет 90 с. А так
как максимальное значение tср определено стандартом как 144 с, то в зависимости
от конкретного значения температуры срабатывания время на прогрев Dt2 может на
ходиться в пределах от 54 до 86 с.
Но кроме задержки срабатывания тепловой извещатель класса А2 по европейскому стандарту EN 54-5 [2] имеет возможность срабатывать еще до достижения минимальной статической температуры срабатывания 54° С, если скорость
роста температуры превышает 1° С/мин.
Графики зависимости температуры срабатывания максимальных тепловых извещателей класса А2 от скорости роста температуры для разных нормативных
документов приведены на рисунках 1 и 2.
Красным цветом указаны зоны времен срабатывания, а горизонтальные черные линии отделяют зону статических температур срабатывания. Если считать, что
тепловой извещатель тем лучше, чем меньше его инерционность, то ГОСТ Р 53325-2009 запрещает применение на территории России более качественных тепловых
пожарных извещателей, соответствующих
европейскому, белорусскому или украинскому национальным стандартам. Конечно, все известные тепловые сенсоры обладают инерционностью в большей или
меньшей степени. Для обеспечения надлежащей работы максимальных тепловых
извещателей необходимо в них применять
малогабаритные тепловые сенсоры, имеющие малую массу и габаритные размеры,
а значит, и меньшее время прогрева, и как
следствие, меньшую инерционность. Наибольшее распространение получили тепловые сенсоры на основе биметаллов, с
эффектом «памяти формы», полупроводников и т.д.
В то же время сенсоры на термореле,
использующие зависимость величины магнитной индукции от температуры, с применением геркона все меньше появляются на рынке, потому что такие сенсоры
имеют значительную инерционность.
Большую инерционность имеют также тепловые сенсоры на основе проволочных
термометров сопротивления.
Более сложные тепловые извещатели, которые применяются в качестве сенсора миниатюрные терморезисторы и другие полупроводниковые элементы, а для
обработки сигнала – электронные блоки
с температурной компенсацией или микроконтроллеры, имеют возможность срабатывания с упреждением в соответствии
с EN 54-5, оставаясь при этом максимальными тепловыми извещателями. С другой
стороны максимально-дифференциальные тепловые пожарные извещатели, которые по определению должны срабатывать с упреждением, при первичной
проверке на соответствие температурному классу могут иметь инерционность, допускающую сработку извещателя после
прогрева воздуха на 20° С от начальной
температуры, если скорость роста температуры не менее 10° С/мин. Для проверки дифференциального канала таких извещателей в EN 54-5 предусматривается
дополнительная проверка параметров для
скоростей роста температуры 10, 20 и
30° С/мин, а начальной выбирается температура 5° С для извещателей класса A2R. Зависимости температуры срабатывания максимально-дифференциальных
тепловых извещателей класса А2R от скорости роста температуры приведены на
рисунке 3.
Как видно из графиков, представленных на рисунке 3, максимально-дифференциальный тепловой пожарный извещатель может сработать, если температура
окружающего воздуха в охраняемом помещении за время меньше чем 2 минуты
растет на 20° С (с 5 до 25° С). Но остается открытым вопрос: допускается ли сработка такого извещателя, если за то же
время температура изменится от минус
10° С до 10° С?
По верхнему временному пределу
инерционность срабатывания максималь-нодифференциальных тепловых извещателей ограничена временем достижения
температурой окружающего воздуха значения, равного максимальной статической температуры срабатывания для выбранного температурного класса и соответствующей скорости возрастания температуры.
На рисунке 4 представлены зависимости температуры срабатывания максимально-дифференциальных тепловых извещателей класса А2R от скорости роста
температуры по ГОСТ Р 53325-2009.
Из представленных графиков видно,
что температура срабатывания максималь-нодифференциального извещателя при
определенных скоростях возрастания температуры должна будет находиться в более узких пределах, чем между минимальной и максимальной температурами
сработки по соответствующему температурному классу, как это предписывает п.
4.5.1.2 указанного стандарта. Кроме того,
российским нормативом допускается сработка таких извещателей при повышении
температуры окружающего воздуха только на 10° С (с 25 до 35° С) при тех же скоростях возрастания температуры.
Если исходить из выявленной тенденции, то при старте с температуры окружающего воздуха 45° С должна ли уменьшиться еще в два раза температура
нагрева воздуха, чтобы минимальная температура срабатывания извещателей стала 50° С? И при старте с отрицательной
температуры, например, 15° С, должна
ли возрасти температура так, чтобы минимальная температура срабатывания извещателей стала 15° С?
На эти вопросы нет ответов ни в российском, ни в европейском нормативных
документах. И если задаться целью создания максимально-дифференциального извещателя с минимальной инерционностью, то придется делать извещатели с
разными значениями времени минимальной инерционности в зависимости от региона поставки.
Несмотря на выявленные отличия, максимально-дифференциальные извещатели по ГОСТ Р 53325-2009 очень близки по
параметрам к максимально-разностным
извещателям по белорусскому НПБ 103 и
к извещателям классов А1R, А2R, ..., GR
по украинскому ДСТУ EN 54-5. «Тепловые
пожарные извещатели динамического типа», о которых идет речь в украинском
стандарте ДСТУ-Н CEN / TS 54-14 [3] по
существу, по применению компонентов
систем пожарной сигнализации по существу являются теми же самыми максимально-дифференциальными извещателями.
Отличие тепловых извещателей динамического типа, как и извещателей «с дифференциальной характеристикой» по НПБ
85-2000, от максимально-дифференциальных извещателей заключается в схемно-конструкторской реализации, а не в
выполняемой функции.
Имеющиеся явные преимущества максимально-дифференциальных тепловых
извещателей перед простыми максимальными извещателями никак не подтверждаются нормативными документами по применению тепловых точечных пожарных извещателей как по российскому своду правил СП 5.13130 [4], так и по украинскому ДБН В.2.5-56 [5]. Для всех типов
тепловых точечных пожарных извещателей в этих документах установлена одинаковая нормативная величина площади охраняемого объекта. Причем, эта площадь
существенно меньше площади, охраняемой дымовым пожарным извещателем.
В украинском стандарте ДСТУ-Н CEN /
TS 5414 есть только замечание о том, что
«тепловые пожарные извещатели динамического типа пригодны для применения в условиях, когда температура окружающей среды низкая или меняется лишь
медленно, однако максимальные тепловые пожарные извещатели пригодны для
использования в условиях, когда окружающая температура может быстро меняться в течение коротких промежутков времени». Никаких других преференций для
тепловых точечных извещателей не имеется и в этом нормативном документе, хотя известно [6], что максимально-дифференциальные тепловые извещатели в силу
их физического принципа действия в
большинстве случаев в десятки раз (!)
эффективнее, чем обычные максимальные тепловые извещатели. В некоторых
случаях по эффективности они могут конкурировать с дымовыми пожарными извещателями хотя бы потому, что дым переносится тем самым конвективным
потоком, на изменение температуры в котором и реагирует максимально-диффе
ренциальный тепловой пожарный извещатель. Результаты расчетов приведены
д.т.н., профессором Ф. И. Шароваром, автором известной монографии по компонентам и системам пожарной сигнализации [7] в статье [6]. В ней наглядно
показаны преимущества максимально-дифференциальных тепловых пожарных
извещателей по сравнению с максимальными. Например, 10 дифференциальных тепловых извещателей в помещении площадью 250 м2 обнаруживают загорание с
тепловой мощностью не более 55 кВт, при
этом площадь очага горения не превысит
величины 0,5 м2 (0,7 м х 0,7 м). Тогда как
10 максимальных тепловых извещателей
класса А2 обнаруживают очаг пожара с
тепловой мощностью порядка 0,9 МВт, при
этом необходимо учитывать, что тушение
очагов пожара с тепловой мощностью более 1 МВт при помощи огнетушителей
практически невозможно.
Для сравнения можно отметить, что
дымовые пожарные извещатели обнаруживают тестовые очаги горения nгептана и полиуретана площадью 0,25 м2 (0,5 м
х 0,5 м), правда на расстоянии 3 м от очага, а не на максимальном 6,36 м. Не надо
забывать и то, что существует категория
помещений, где на протяжении довольно
длительного промежутка времени может
быстро изменяться температура, в то же
время оставаясь в диапазоне температур
использования. К таким помещениям
относятся: кухни, котельные, чердачные
помещения с металлическим покрытием
и т.д. Здесь категорически нельзя применять максимально-дифференциальные
извещатели из-за большой вероятности
ложных сработок. Конечно, для этих помещений рекомендованными будут максимальные извещатели класса S по EN 54-5.
Целесообразно таким извещателям дать
свое название, например, «максимально-инерционные», тогда их легко будет отличить от дифференциальных извещателей
по белорусскому НПБ103, которые обозначаются таким же индексом S.
Зависимость температуры срабатывания максимально-инерционных тепловых
извещателей класса А2S от скорости роста температуры приведены на рисунке 5.
При применении максимально-инерционных тепловых извещателей важно
помнить, что они не должны срабатывать
при резких перепадах температуры в
пределах нормально-максимальной температуры среды. Но при таких перепадах температуры на кухнях и в подобных помещениях возможна конденсация
влаги, а это в свою очередь приводит к
новым требованиям по IP и по работе в
условиях повышенной относительной
влажности.
При выборе тепловых извещателей
необходимо обращать внимание на то, чтобы оболочка извещателя обеспечивала
свободное прохождение потока воздуха к
тепловому сенсору. Важно также, чтобы
конструкция изделия обеспечивала расположения теплового сенсора на расстоянии не менее 15 мм от монтажной поверхности извещателя, тогда воздушным
потокам не будет мешать холодный слой
воздуха у холодной поверхности, на которой смонтирован извещатель.
Подытоживая вышеизложенное,
сформулируем требования к тепловым пожарным извещателям с учетом европейских норм:
- Тепловые пожарные максимально-дифференциальные извещатели, которые
формируют сигнал о пожаре при нарастании температуры в помещении со скоростью, превышающей 8-10 °С/мин, обладают универсальностью и способностью
обнаружить очаг возгорания на ранней
стадии его возникновения и являются более эффективными в применении для абсолютного большинства объектов, чем
максимальные тепловые пожарные извещатели.
- Из всего многообразия максимальных тепловых пожарных извещателей наиболее целесообразно использовать извещатели с наименьшей инерционностью
или даже с упреждающим срабатыванием при больших скоростях роста температуры, если в рабочем режиме в защищаемых помещениях не бывает резких
изменений температуры.
- Применение обычных двух-режимных максимальных тепловых пожарных
извещателей целесообразно ограничить
помещениями с высокой степенью огнестойкости и высотой потолка не более
3,5 м, содержащими малоценные материалы, которые имеют относительно малую линейную скорость распространения горения и малую массовую скорость выгорания, а также помещениями, в которых
неприменимы ни дымовые извещатели
(в связи с низким коэффициентом дымо-образования горючих материалов или при
сильной технологической запыленности
воздушной среды в помещении), ни тепловые максимально-дифференциальные
извещатели (в связи с наличием в помещении нестационарных интенсивных тепловых потоков со скоростью более
10° С/мин).
- Максимально-инерционные тепловые пожарные извещатели имеют свою
область применения – кухни, котельные –
то есть помещения со значительными перепадами температуры, повышенной влажностью воздуха и т.д.
Уникальные возможности максимально-дифференциальных тепловых пожарных извещателей реализуются при меньших затратах и большей эффективности.
Однако для этого необходимо внести со
ответствующие коррективы в действующие нормативные документы.
ЛИТЕРАТУРА:
- Фоменко А. А. Точечные максимальные
тепловые пожарные извещатели: осо бенности построения и применения.
// Системы безопасности. – 2007. –
№ 5. – С. 85.
- EN 54- 5: 2000 Fire alarm systems –
Part 5: Heat detectors – Point detectors.
- ДСТУ- Н CEN / TS 54 -14:2009. Систе мы пожарной сигнализации и опове щения. Часть 14: Руководство по
планированию, проектированию,
монтажу, вводу в эксплуатацию, экс плуатации и техническому обслужи ванию.
- СП5.13130.2009. Свод правил. Систе мы противопожарной защиты. Уста новки пожарной сигнализации и по жаротушения автоматические.
Нормы и правила проектирования.
- ДБН В.2.5- 56: 2010. Инженерное обо рудование зданий и сооружений. Сис темы противопожарной защиты.
Системы противопожарной защиты.
- Шаровар Ф. И. Сравнительная оценка
эффективности применения тепло вых максимальных, дифференциаль ных и дымовых пожарных извещате лей. // Системы безопасности Groteck.
– 2003. – №1. – С. 62.
- Шаровар Ф. И. Устройства и системы
пожарной сигнализации. Изд. 2 е. М.:
Стройиздат, 1985 г.
