Способы обнаружения пожара

- детекторы дыма (на основе ионизации или фотоэлектрического принципа);

- детекторы тепла (на основе фиксирования уровня подъема температуры или какого-то ее определенного показателя);

- детекторы пламени (на основе использования ультрафиолетового или инфракрасного излучения);

- детекторы газа (до недавнего времени - самые распространенные, из-за отсутствия других технологий для обнаружения пожара).

Закон Мерфи:

На склеивание вазы уходит больше времени, чем на то, чтобы ее разбить.

Суть любого метода обнаружения пожара -раннее выявление возгорания. В большинстве случаев при выборе типа извещателя предпочтение отдается именно дымовому, так как пожар обычно сопровождается выделением большого количества дыма и именно этот тип детектора способен предупредить людей, находящихся в горящем здании, об опасности. Дымовой извещатель на основе ионизации или фотоэлектрическом принципе обнаруживает определенные формы загрязнения воздуха, поэтому в некоторых обстоятельствах иные, кроме дыма, загрязнители воздуха могут ввести в заблуждение детектор и вызвать реакцию последнего, соответствующую условиям реального пожара. В этих случаях единственной альтернативой является использование детектора тепла, если, разумеется, нельзя прибегнуть к детектору пламени. Последний, кстати, применим лишь в весьма специфических условиях, характеризующихся наличием легковоспламеняющихся жидкостей или газов, по этой причине его применение весьма ограничено. Использование теплового извещателя, предоставляющего некоторую защиту, также вряд ли можно отнести к разряду удачных решений, поскольку пока он срабатывает, пожар успевает разрастись до угрожающих параметров.

В первых дымовых извещателях использовалась камера ионизации. Она способна обнаруживать даже небольшие частицы продуктов горения и демонстрирует весьма впечатляющие результаты в ходе проводимых испытаний, подавая соответствующий сигнал до того, как самый первый признак дыма обнаруживается человеком. Первые модели таких извещателей имели многочисленные недочеты: главным образом, эти модели были зависимы от изменениий влажности, давления, температуры и скорости движения воздуха, что служило причиной срабатывания датчика в безопасных условиях (или несрабатывания в опасных!). Использование дымовой камеры во время разработки новых извещателей минимизировало их зависимость от указанных параметров, и современные детекторы этого типа относительно малоуязвимы с точки зрения изменений внешних условий.

Развитие технологий означает, что стало экономически выгодно производить детекторы пожара, использующие фотоэлектрический принцип, и в течение последнего десятилетия эти извещатели постепенно вытеснили ионизационные детекторы. Фотоэлектрические детекторы относительно невосприимчивы к изменениям внешних условий, хотя и они могут быть введены в заблуждение дымом, который не всегда является продуктом пожара. По сравнению с ионизационными, фотоэлектрические датчики лучше реагируют на большое задымление.

Выбор типа детектора для большинства пользователей определяется тремя факторам: привычкой, ценой и местом установки. Именно привычка и цена обеспечивали популярность ионизационному детектору в течение стольких лет. Только в последние годы большинство производителей смогли наладить выпуск фотоэлектрических детекторов, конкурентных по цене с ионизационными, и по мере слома устоявшейся привычки пользователи все больше и больше склоняются к фотоэлектрическим детекторам. Однако в ряде стран этот процесс потребовал более продолжительного времени, поэтому там большинство из продаваемых детекторов по-прежнему составляют ионизационные.

Переход от ионизационных к фотоэлектрическим детекторам отображен на рис. 1, где приведена статистика продаж одной их ведущих европейских компаний за три года.

Мировые тенденции развития рынка пожарных извещателей, статистика продаж

В большинстве случаев при равной цене и отсутствии определенных пристрастий у пользователя место установки может оказаться самым важным фактором, влияющим на выбор типа извещателя. Во многих случаях применим любой тип детектора, однако условия установки все-таки могут повлиять на выбор типа детектора. Например, поблизости от кухни предпочтительно установить фотоэлектрический детектор, так как невидимый пар может побудить к срабатыванию ионизационный из-вещатель. Последний же тип извещателя лучше устанавливать там, где можно ожидать появления дыма от сигарет, поскольку ионизационный детектор менее склонен к срабатыванию именно в таких условиях.

Учет внешних условий

В настоящее время на выбор типа извещателя влияют новые факторы, а они как раз и под талкивают к тому, чтобы отдать предпочтение фотоэлектрическим технологиям. Эти факторы: получение разрешения на применение изделий, содержащих источники радиоактивного излучения; транспортировку и свободное перемещение ионизационных детекторов и стоимость их утилизации. В большинстве стран становится все труднее получать разрешение на ионизационные детекторы, а положения, регулирующие все, что связано с перевозкой радиоактивных материалов, все более жесткие и соответственно более затратные. Эти два фактора напрямую связаны с экологической безопасностью, и вполне разумным представляется введение ограничений на изделия, содержащие источники радиоактивного излучения, там, где им есть адекватная альтернатива.

Другим важным фактором, на который в прошлом зачастую смотрели сквозь пальцы, является стоимость утилизации ионизационного детектора. Конечно, один такой детектор можно просто бросить в помойное ведро, однако требования к утилизации таких приборов постоянно возрастают. А уж если речь идет об установке целой системы, то затраты на утилизацию никак нельзя сбрасывать со счетов. Если в системе имеется много ионизационных детекторов, их нельзя просто выбросить, как мусор. Для утилизации, разумеется небесплатной, их необходимо вернуть изготовителю. Обычно изготовитель берет по $10-15 за каждый детектор, и эта цифра постоянно растет. Такие затраты, как правило, не афишируются перед покупателем системы, однако в конце концов их все же приходится нести. Поэтому фактор реальных затрат в течение срока службы становится все более весомым при принятии решения о типе приобретаемого извещателя.

Следующим фактором, заслуживающим внимания, являются требования по очистке детектора. В целях поддержания чувствительности и предотвращения ложного срабатывания оба типа детекторов, будь то ионизационный или фотоэлектрический, требуют периодической очистки. В случае с фотоэлектрическим детектором это достигается весьма легко: достаточно его разобрать, промыть, протереть и продуть струей воздуха -и детектор чист. С ионизационным же детектором делать этого нельзя в силу существующих ограничений доступа к радиоактивным источникам. Источники ионизации наиболее эффективно чистить при их погружении в чистящую среду. Однако в результате само чистящее вещество может оказаться радиоактивно загрязненным и для его утилизации потребуются специальные условия. Соответственно требования по очистке ионизационных детекторов гораздо более обременительны с точки зрения затратного фактора.

Умер ли ионизационный детектор? И да, и нет

По мере совершенствования технологии, выравнивания цен или проявления преимуществ в пользу фотоэлектрического детектора становится очевидным, почему большинство стран и пользователей отдают предпочтение именно ему. Большинство изготовителей детекторов дыма более не разрабатывают ионизационных детекторов для обновления своего ассортимента. Итак, ионизационные детекторы должны в конце концов прекратить свое существование. Однако впору задаться вопросом: правильный ли это подход и может ли фотоэлектрический детектор во всех случаях заменить ионизационный?

И ответ здесь: "Нет"! Там, где существующие условия способствуют ложному срабатыванию именно фотоэлектрического детектора, а не ионизационного, фотоэлектрический неприменим. Изготовители осознали существование данной проблемы и поэтому в качестве альтернативы внедрили прибор, рассчитанный на множество критериев и оснащенный многими датчиками. Наиболее эффективным является датчик, сочетающий в себе фотоэлектрические и тепловые чувствительные элементы. Подобные типы муль-тидатчиков были в ходу уже длительное время, однако они использовали очень простую систему принятия решения "или-или", когда сигнал подается, в случае срабатывания фотоэлектрического или теплового датчиков.

Совершенствование технологии дало возможность внедрить в пожарные извещатели микропроцессоры, что определило применение интеллекта к сигналам, производимым в камерах чувствительности. Экономный по затратам мультидатчик, имеющий в своем составе все чувствительные элементы, стал сейчас реальностью - такие приборы можно с успехом использовать там, где наиболее подходящим представлялся ионизационный детектор. Совершенствование камер чувствительности фотоэлектрических детекторов означает, что их работа в условиях наличия пламени, что раньше считалось "вотчиной" ионизационных детекторов, намного улучшилась.

Тестовые испытания

В Европе тестовые очаги пожаров для испытаний были разработаны для разбивки детекторов пожара по категориям в зависимости от их характеристик, проявленных в управляемых условиях, предназначенных имитировать многие различные виды пожаров, которые могут происходить в реальных условиях. Каждый дымовой извещатель, прошедший пожарные испытания на соответствие стандарту, считается годным прибором общего назначения. На рис. 2 приведены показатели категорий пожаров по европейской классификации. Для того чтобы дымовой извещатель был сертифицирован по европейским нормам, он должен вписываться в нормативы, определенные для испытаний категорий TF2, TF3, TF4 и TF5. Как видно из рис. 2, фотоэлектрический детектор лучше всего подходит для категории TF2, в то время как ионизационный - для испытаний по категориям TF4 и TF5. Пожары категорий и TF4, и TF5 вызывают образование меньшего количества вредных частиц, но одновременно значительного объема тепла, поэтому включение теплочувствительного элемента вместе с фотоэлектрической камерой, настроенных на требуемые алгоритмы, дает возможность получить детектор, аналогичный по своим характеристикам ионизационному детектору при пожарах категорий TF4 и TF5, но превосходящий последний при категории TF2, поскольку он является фотоэлектрическим. Общие характеристики комбинированного фототермального детектора лучше, чем просто ионизационного или просто фотоэлектрического, что подтверждено его показателями в испытаниях по пожарам других категорий (TF1 и TF6), которые не включены в европейские стандарты на детекторы дыма.Комбинированный фототермальный детектор способен пройти оба этих пожарных испытания, что не под силу отдельно взятому ионизационному или фотоэлектрическому детектору.

Мировые тенденции развития рынка пожарных извещателей

Ложные сигналы

Мы установили, что комбинированный фототермальный детектор с правильными алгоритмами превосходит и ионизационный, и фотоэлектрический, но можно ли его применять в тех местах, где ионизационный предпочитался бы фотоэлектрическому для исключения слишком большой вероятности ложных сигналов?

Давно известно, что лучшим оружием противодействия подаче ложных сигналов является применение задержки по времени срабатывания, так как феномен всех ложных сигналов кроется в их временном характере. Пожары с пламенем в своем развитии значительно более быстры, как и создаваемые ими угрозы для жизни, по сравнению с тлеющими пожарами; именно пламя создает высокую температуру. Следовательно, у комбинированного фототермального детектора алгоритмы определения пожара должны иметь существенную задержку по времени в ситуациях, когда не наблюдается сколько-нибудь значительного изменения температуры. Явление ложного сигнала, воздействующее на детектор дыма, никакого тепла не генерирует, вот почему до того как были разработаны детекторы с мультидатчиками, тепловые детекторы были единственной альтернативой дымовым там, где наблюдались проблемы с ложными сигналами. Создание режима задержки по времени в фотоэлектрических детекторах - единственная возможность для их использования в тех местах, где их альтернативой мог бы стать ионизационный детектор.

Фототермальные детекторы могут с успехом заменить ионизационные в более сложных средах, поэтому в ближайшие годы можно прогнозировать дальнейшее падение продаж ионизационных детекторов. В конце концов придет время, когда производство последних станет попросту экономически невыгодным.

Тенденции на будущее - обнаружение газа?

Из нашего жизненного опыта мы знаем, что мы тем лучше работаем, чем полнее работают наши чувства; наше восприятие окружающего мира усиливается, когда каждое из этих чувств выступает в комбинации с другими для принятия более осознанного решения в потенциально опасной ситуации. То же самое справедливо для детектора: чем больше сенсоров он содержит, тем лучше его способность обнаружения пожара. Любые алгоритмы, реализованные в пожарном детекторе, должны постоянно обеспечивать компромисс между обнаружением пожара и подачей ложного сигнала. Чем больше сенсоров в датчике, тем больше шанс иметь 100% обнаружений пожара со 100%-ным исключением ложных тревог.

Давно известно, что определение типа газа может быть альтернативной технологией для детектора пожара. Были проработаны технические решения и детекторы СО, недавно с успехом вышедшие на мировой рынок. Их изготовители заявляют о превосходстве этого класса детекторов по параметру ложных тревог. Однако как односенсорные устройства они не могут отвечать всем критериям обнаружения пожара: выигрыш в подавлении ложных тревог оборачивается проигышем в эффективности обнаружения пожара.

Пожарные испытания показали, что наиболее приемлемыми для обнаружения газами являются CO и CO2. К сожалению, как видно из рис. 3, ни при каком тестовом пожаре по европейским нормам (EN54)* не выделяется достаточное количество газов CO или CO2 для гарантированного выявления пожара только одним газовым датчиком. Для эффективной работы газового датчика максимально возможные уровни газа в нормальных условиях должны быть значительно меньше, чем при обнаружении пожароопасной ситуации. Это не выполняется для показанных уровней газа, поэтому каждый датчик придется настроить на существенно больший порог, что приведет к тому, что датчик не отреагирует на тестовые пожары, а если его установить на достаточно низком уровне для прохождения испытания, может случиться так, что датчик станет реагировать на окружающий воздух и подавать ложные сигналы.

Мировые тенденции развития рынка пожарных извещателей, статистика продаж

Комбинированные дымовые, тепловые и газовые детекторы

Исследовательская лаборатория ВМФ США провела ряд пожарных испытаний, часть которых преследовала цель установить концентрацию веществ при ложных сигналах, другая часть - при подаче сигнала о пожаре. Конечно, иногда различие между ложным и настоящим сигналами было всего лишь делом уровня и времени; например, сгорающий тост обычно будет классифицирован как ложный сигнал, если только он не оставлен в тостере и не загорелся. Используя данные исследований ВМФ, мы можем разбить на категории способность комбинированных датчиков проводить различие между настоящим пожаром и ложным сигналом; мы также пришли к выводу, что мультидатчик, имеющий в своем составе хотя бы один элемент: газовый, фотоэлектрический или тепловой, обладает существенными преимуществами по своим характеристикам.

На рис. 4 показаны испытания с помеховым воздействием - горячим душем. Наблюдаются существенные изменения теплового режима, CO2 и фотоэлектрических датчиков; однако с примененными алгоритмами уровень сигнала для комбинации (на графике он должен превысить отметку 2,5 по правой шкале) не преодолен, что является хорошим примером синергических преимуществ.

Мировые тенденции развития рынка пожарных извещателей, статистика продаж

На рис. 5 показан небольшой пожар с горящим гептаном, тест на который обычно очень труден для фотоэлектрического детектора. Это пламя не производит ощутимых изменений ни температуры, ни CO2. Однако совмещение фотоэлектрического выхода и выхода СО2 оказывается достаточным для превышения их комбинацией порога, то есть для достижения требуемого результата.

Мировые тенденции развития рынка пожарных извещателей, статистика продаж

Краткий вывод из пожарных испытаний лаборатории ВМФ на рис. 6 показывает характеристики комбинированных датчиков по сравнению с характеристиками монодатчиков; как видно, преимущества первых значительны.

Во многих случаях самым главным критерием выбора типа пожарного датчика является цена, то есть предпочтение отдается самым дешевым датчикам. По сравнению с ионизационными, фотоэлектрические детекторы представляются более "продвинутыми" с точки зрения их стоимости и рабочих характеристик для подавляющего большинства пользователей. Если к системе пожарной сигнализации предъявляются повышенные требования, либо возможны ложные сигналы при использовании одного типа сенсора, тогда предпочтительнее использовать мультисенсорную систему. В расчете на период эксплуатации стоимость такой системы окажется ниже стоимости системы с моносенсором благодаря меньшим потерям от нарушения работы объекта и простоя производства, вызываемых ложными сигналами. Комбинация газового, фотоэлектрического и термального элементов предоставляет на сегодняшний день наилучший вариант защиты, однако стоимость данных приборов ограничит их применение случаями, где анализ сопоставления выгод от применения таких приборов с их стоимостью оправдает использование этой аппаратуры.