Пожарные извещатели - линейные или аспирационные? Часть 2

В первой части статьи были рассмотрены сложности эксплуатации линейных дымовых пожарных извещателей в отличии от аспирационных извещателей. Часто в процессе эксплуатации выясняется, что более дешевое решение с линейными дымовыми извещателям совершенно не работоспособно и требуется их замена на аспирационные извещатели. Во второй части статьи приведены результаты сравнительных испытаний аспирационного лазерного дымового извещателя VESDA, линейного дымового извещателя и точечных дымовых извещателей, проведенных в Университете Виктории (Мельбурн, Австралия).

Испытания проводились компанией Xtralis при участии Ассоциации Противопожарной защиты Австралии (Fire Protection Association Australia) и представителей компаний Notifier, Tyco Fire & Security и BlueFire. На испытаниях присутствовали проектировщики, пожарные консультанты, архитекторы, инсталляторы, эксплуатационщики, представители министерства обороны, правительства, страховщики и пожарные. Цель испытаний – сравнение возможности обнаружения дыма при использовании различных технологий обнаружения очага на начальном этапе развития в сложных условиях ангара: снижение плотности дыма при большой высоте помещения, влияние стратификации и наличие воздушных потоков. Площадь ангара 516 м2, длина 43 м, ширина 12 м, высота от 8 м до, максимум 8, 5 м в коньке (рис. 1). Ворота размером 6 х 5 м располагались на боковой стене и на торцевой стене. Неплотности в проемах и воротах ангара определяли наличие воздушных потоков, а слабая теплоизоляция крыши и стен в солнечный день приводила к возникновению вертикальных градиентов температуры и стратификации – расслоению воздуха: в верхней части помещения образовывался слой теплого воздуха, который препятствовал прохождению дыма от очага в зону расположения дымовых извещателей под потолком.

Рис. 1. Ангар, в котором проводились испытания дымовых точечных извещателей, линейного и аспирационного лазерного извещателя

Дымовые пожарные извещатели

Испытывался лазерный аспирационный извещатель VESDA LaserPLUS (VLP) с трубой, размещенной под крышей по центру ангара вдоль проветриваемого конька (рис. 2). Общая длина трубы около 50 м, количество дымозаборных отверстий – 6 шт., диаметр отверстий Ø3 мм, в заглушке - Ø3,5 мм. Расстояния между отверстиями по 7,2 м, от стены 3,5 м, максимальное время транспортировки 38 с. Аэродинамический расчет производился по программе ASPIRE2. Пороги аспирационного извещателя VESDA VLP были установлены с длительностью проверки 5 с на уровнях:

• Внимание: 0,05 %/м (0,0022 дБ/м)
• Действие: 0,08 %/м (0,0035 дБ/м)
• Пожар 1: 0,2 %/м (0,0087 дБ/м)
• Пожар 2: 2,0 %/м (0,0877 дБ/м).

Точечные дымовые детекторы были включены в режим 1 – максимальная чувствительность, порог срабатывания при удельной оптической плотности 1,4 %/м (0,06 дБ/м) с периодом верификации сигнала Пожар 5 с. Такая же длительность перепроверки наличия задымления была установлена в аспирационном извещателе VESDA VLP для корректного сравнения времени активации. Определенный период верификации сигналов тревоги рекомендуется выбирать в ангарах (складах), с целью защиты от аномальных изменений окружающей среды и фоновых уровней оптической плотности, из-за изменений эксплуатационных и экологических параметров. Линейный извещатель так же был настроен на максимальную чувствительность режим с порогом равным 35% (1,87 дБ) затухания с 10 секундным интервалом перепроверки.

Линейный дымовой извещатель был установлен на 0,5 м ниже уровня перекрытия под коньком и его оптическая ось проходила вблизи воздухозаборных отверстий аспирационного извещателя VESDA VLP, а точечные извещатели крепились непосредственно на трубу аспирационного извещателя вблизи каждого дымозаборного отверстия для получения корректных результатов сравнительных испытаний (рис. 2).

Рис. 2. Размещение аспирационного, линейного и точечных дымовых извещателей (вид сверху)

Пожарная панель управления PROACTIV контролировала режим каждого типа пожарных извещателей в отдельности и фиксировала формирование сигналов «Пожар» от них в журнале событий. В качестве тестовых очагов использовались модифицированные очаги: горение дерева по стандарту UL 268, горение Н-гептпана по стандартам UL 268 / EN54-9 и дымовая шашка по стандарту AS 4391. Для усложнения условий эксперимента были проведены дополнительные тесты при открытых воротах.

ТЕСТОВЫЕ ОЧАГИ

Огневые испытания проводились по небольшим очагам горения и дымовыделения трех типов:

• Тестовые дымовые шашки
• Горение Н-гептана
• Горение буковых брусков.

Расположение очага между двумя максимально удаленными отверстиями отбора проб аспирационного извещателя VLP (рис. 2) моделирует наихудший сценарий с точки зрения времени его активации, поскольку требует максимального времени транспортировки дыма по трубе (время транспортировки примерно равно 38 с). В то же время два точечных дымовых детектора находились на небольшом расстоянии от очага, в горизонтальной проекции 3,6 м, что соответствует наилучшему сценарию с точки времени их активации. Луч линейного дымового извещателя проходил непосредственно над очагом, что также является наилучшим вариантом расположения для обнаружения.

Огневые испытания проводились в условиях попеременно открытых и закрытых роликовых ворот и повторялись в нескольких сериях. Подробные описания каждого типа испытаний приведены в следующих разделах.

Тестовый очаг – дымовая шашка

Данный тестовый очаг Hot Smoke Test соответствует требованиям стандарта AS 4391-1999, он разработан организацией Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) и компанией Xtralis и используется в качестве стандартного метода тестирования систем обнаружения пожара в больших открытых пространствах. В качестве источника дыма используются дымовые шашки, которые обеспечивают постоянную скорость образования дыма. Например, на рис. 3 показаны дымовые шашки по 13 г, горение одной такой шашки происходит в течении 40 с, при этом образуется 18 м3 дыма. Кроме того, для создания вертикального конвекционного потока дыма рядом с дымовой шашкой размещается инфракрасный радиационный нагреватель (рис. 4). Для сравнительных испытаний, были использованы дымовые шашки различной величины, начиная с 3 г (S102) и заканчивая 18 г (S104) и нагреватель с максимальной тепловой мощностью 6 кВт.

Рис. 3. Тестовые дымовые шашки и дымовые спички

Рис. 4. Тестовый очаг – дымовая шашка

Тестовый очаг – горение Н-гептана

Данный тестовый очаг приведен в стандартах UL 268 и EN54-9 TF5. Он имитирует горение легко воспламеняющейся жидкости, с постоянной скоростью тепловыделения (HRR) и с образованием черного дыма. Для сравнительных испытаний использовалось 100 мл н-гептана, который горел в круглой емкости диаметром 150 мм (рис. 5).

Рис. 5. Тестовый очаг – горение н-гептана

Тестовый очаг – горение дерева

Данный тестовый очаг определен в стандарте UL 268. Этот очаг первоначально формируется как тлеющий с дальнейшим переходом в открытое горение. Очаг представляет собой небольшой штабель из сухих буковых брусков длиной 152 мм и сечением 19 х 19 мм, уложенных в 3 слоя по 6 брусков. Поджиг очага производится снизу штабеля при использовании небольшого количества спирта (рис. 6). Максимальная мощность очага при использовании 18 брусков составляет примерно 5 кВт, и при сокращении количества брусков до 9 шт. – примерно 2 кВт.

а) этап тления

б) этап открытого горения

Рис. 6. Тестовый очаг – горение дерева

РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕСТОВ

В таблицах 1 – 5 приведено время активации дымовых извещателей в различных условиях и в различное время суток. При сравнении полученных результатов в различное время суток необходимо учитывать, что испытания проводились в феврале в Австралии в Мельбурне, т.е. в разгар лета. При отсутствии сработки извещателей в течении 10 мин. в соответствующей графе ставился прочерк.

Таблица 1. Результаты испытаний – серия 1 (25 февраля, день)

Очаг	VESDA VLP		Точечные	Линейный	Примечания
	Действие	Пожар 1	Пожар	Пожар
Бруски (9 шт.)	225 с	315 с	-	-	Ворота закрыты
Н-гептан (100 мл)	85 с	180 с	-	-	Ворота закрыты
Дымовая шашка (3 г)	72 с	90 с	90 с	-	Ворота закрыты, нагреватель 5 кВт
Дымовая шашка (9 г)	96 с	100 с	115 с	-	Ворота закрыты, Нагреватель 3 кВт

Таблица 2. Результаты испытаний – серия 2 (26 февраля, утро)

Очаг	VESDA VLP		Точечные	Линейный	Примечания
	Действие	Пожар 1	Пожар	Пожар
Бруски (9 шт.)	180 с	192 с	-	-	Ворота закрыты
Н-гептан (100 мл)	78 с	155 с	-	-	Ворота закрыты
Дымовая шашка (3 г)	97 с	150 с	-	-	Ворота открыты
Бруски (9 шт.)	135 с	300 с	-	-	Ворота открыты

Таблица 3. Результаты испытаний – серия 3 (26 февраля, день)

Очаг	VESDA VLP		Точечные	Линейный	Примечания
	Действие	Пожар 1	Пожар	Пожар
Бруски (9 шт.)	210 с	280 с	-	-	Ворота закрыты
Н-гептан (100 мл)	115 с	175 с	-	-	Ворота закрыты
Дымовая шашка (3 г)	86 с	-	-	-	Ворота открыты

Таблица 4. Результаты испытаний – серия 4 (27 февраля, утро)

Очаг	VESDA VLP		Точечные	Линейный	Примечания
	Действие	Пожар 1	Пожар	Пожар
Бруски (9 шт.)	200 с	213 с	-	-	Ворота закрыты
Н-гептан (100 мл)	75 с	130 с	-	-	Ворота закрыты
Дымовая шашка (3 г)	66 с	81 с	-	-	Ворота открыты
Дымовые шашки (3+9+18 г)	#	56 с	165 с	190 с	Ворота открыты

# тест признан не действительным поскольку до начала испытаний уровень фона по показаниям лазерного аспирационного извещателя VESDA VLP составлял 0,035 %/м.

Таблица 5. Результаты испытаний – серия 5 (29 февраля, день)

Очаг	VESDA VLP		Точечные	Линейный	Примечания
	Действие	Пожар 1	Пожар	Пожар
Дымовая шашка (3 г)	73 с	84 с	87 с	-	Ворота закрыты
Дымовая шашка (9 г)	96 с	124 с	-	-	Ворота открыты
Н-гептан (100 мл)	99 с	250 с	-	-	Ворота открыты
Бруски (9 шт.)	169 с	180 с	-	-	Ворота закрыты
Бруски (18 шт.)	190 с	520 с	-	-	Ворота открыты

На рис. 7 - 9 приведены графики удельной оптической плотности дыма для некоторых тестовых очагов по результатам измерений лазерным аспирационным извещателем VESDA VLP.

Рис. 7. Очаг горение н-гептана, серия 2

Рис. 8. Очаг тление-горение буковых брусков 9 шт., серия 4

Рис. 9. Очаг дымовая шашка 30 г, серия 4

Данные, приведенные в таблицах 1 - 5 наглядно подтверждают, что в отличии от линейного и от точечных дымовых детекторов, лазерный аспирационный извещатель VESDA VLP обнаруживает в кратчайшее время все очаги даже в сложных условиях. Кроме того, можно отметить последовательное формирование сигналов «Действие» и «Пожар 1». Сигнал «Действие» при воздействии дыма от очага из 9 буковых брусков при закрытых воротах в различных тестах формировался в пределах от 169 до 225 секунд, соответственно среднее время обнаружения составляет 197 сек. В условиях наличия воздушных потоков при открытых воротах, то есть в реальных условиях эксплуатации склада, частицы дыма быстрее достигают дымозаборных отверстий и активация лазерного аспирационного извещателя VESDA VLP происходила быстрее по сравнению вариантом с закрытыми дверями. Тесты, проведенные при этих условиях, показали снижение среднего времени формирования сигнала предварительной тревоги до 117 секунд.

При обнаружении дыма от тестовой дымовой шашки при наличии радиационного ИК нагревателя с постоянной мощностью тепловыделения время активации извещателя VESDA VLP было более стабильным и не зависело от положения ворот. Сигнал предварительной тревоги формировался в пределах от 66 до 97 секунд, при среднем значении 79 секунд.

Точечные дымовые детекторы ни при каких условиях не обнаруживали тестовые очаги горения дерева и горения н-гептана. Была зафиксирована активация точечных дымовых извещателей только при воздействии дыма от тестовых дымовых шашек и то только в 3 испытаниях из 7. Линейный дымовой извещатель удалось активировать только в одном тесте по дымовой шашке максимальной величиной 30 г (3 + 9 + 18 г) в 4-й серии, который к тому же был признан недействительным из-за высокого фона оптической плотности до начала испытания (0,035%/м).

При всех испытаниях, независимо от типа очага и положения ворот в ангаре лазерный аспирационный извещатель VESDA VLP формировал сигнал предтревоги в пределах от 1 до 4 минут. Принимая во внимание небольшой размер очагов во всех тестах (от 2 до 20 кВт), аспирационный извещатель VESDA VLP оказался способным обеспечить реально сверхраннее обнаружение на начальной стадии формирования очага. Формирование сигналов предварительной тревоги на этой стадии развития пожароопасной ситуации обеспечивает запас времени достаточный для обнаружения и исключения возможности дальнейшего развития дежурным персоналом при использовании подручных средств, например, ручных огнетушителей. Сверхраннее выявление пожарной опасности и при наличии нескольких уровней тревоги в аспирационном извещателе VESDA VLP позволяют максимально снизить потери от ложных тревог, обеспечивается высокая достоверность сигнала тревоги. А самое главное, защита объекта лазерным аспирационным извещателем VESDA снижает риски угрозы развития очага в большой пожар, риски для безопасности жизни, материальный ущерб, косвенные убытки и обеспечение непрерывности бизнеса.

В заключение необходимо напомнить, что испытания проводились в условиях ангара сравнительно небольшой высоты 8 – 8,5 м и уже эффективное обнаружение обеспечивал только лазерный аспирационный извещатель VESDA. Но по действующим нормативам точечные дымовые извещатели могут устанавливаться в помещениях высотой до 12 м, а линейные – до 21 м, сложно представить каких размеров должен достичь реальный очаг пожара для активации этих извещателей в таких условиях. Причем, если тестовые очаги физически ограничены в размерах, то при пожаре увеличение площади очага во времени имеет квадратичную зависимость. Очевидно полученные результаты не могут быть распространены на все аспирационные извещатели, а относятся только к лазерным извещателям с чувствительностью порядка 0,005 %/м, для обеспечения возможности повышения чувствительности с учетом степени разбавления дыма в зависимости от числа дымозаборных отверстий.

Видеоролик испытаний Warehouse fire test demonstration, comparing smoke detector performance http://www.youtube.com/watch?v=_WnK9FobXzI

Игорь Неплохов, к.т.н.
Технический директор ГК "ПОЖТЕХНИКА" по ПС
Опубликовано в журнале "Грани безопасности", №3 (86), 2015 г.