Пожарная безопасность

Общие сведения о пожарной безопасности

Системы пожаротушения

Пожарные извещатели

Термокабель Protectowire

Современные тепловые пожарные извещатели: основные характеристики и особенности применения.

А.Н. Членов, д.т.н., профессор

Журнал Системы безопасности №1(55), 2004

Пожар - неконтролируемое горение, сопровождающееся, как правило, выделением значительной энергии и повышением температуры. Поэтому тепловые пожарные извещатели (ТПИ), появившиеся исторически первыми из автоматических средств обнаружения пожара, до настоящего времени удерживают лидирующие позиции на рынке. Технический прогресс заметен и в этой области пожарной автоматики - значительно расширилась номенклатура ТПИ, появились новые интересные разработки, использующие современную элементную базу и достижения схемотехники.

Определение и классификация

Напомним, что в общем случае пожарный извещатель по ГОСТ 12.2.047-86 - это устройство для формирования сигнала о пожаре. Автоматический тепловой пожарный извещатель - устройство, которое реагирует на определенное значение температуры и/или скорости ее нарастания, сопутствующее пожару. Этому определению в полной мере соответствуют так называемые "пороговые" извещатели, которые сами принимают решение о возникновении пожароопасной ситуации и формируют извещение о пожаре.

Основными классификационными признаками ТПИ являются:

• контролируемый характер повышения температуры;
• вид зоны обнаружения;
• температура срабатывания;
• инерционность;
• принцип действия;
• конструктивное исполнение.

Данные признаки частично отражены.в условном обозначении и обычно в первую очередь указываются в технической документации на извещатель. Соответствующие классификационные признаки приведены на рис. 1. Условное обозначение ТПИ имеет следующую структурную формулу: ИП-1Y₁-Y₂Y₃, где ИП - извещатель пожарный; 1 - цифра, характеризующая контролируемый признак пожара, т.е повышение температуры; Y₁, - две цифры, характеризующие принцип действия; У₂ - порядковый номер разработки извещателя этого типа, присваиваемый ФГУ ВНИИПО МЧС России, головной организацией по данному виду техники; Y₃ - класс извещателя.

В зависимости от контролируемого характера изменения температуры, свидетельствующего о появлении пожара, различают ТПИ максимальные, дифференциальные, максимально дифференциальные и с дифференциальной характеристикой. Максимальные ТПИ формируют извещение о пожаре при превышении температурой окружающей среды установленного порогового значения. Дифференциальные ТПИ срабатывают при превышении скоростью нарастания температуры установленного порогового значения. Максимально дифференциальные ТПИ совмещают функции максимального и дифференциального извещателей. ТПИ с дифференциальной характеристикой имеют температуру срабатывания, зависящую от скорости повышения температуры окружающей среды.

Извещатели максимальные, максимально дифференциальные и с дифференциальной характеристикой в зависимости от температуры и времени срабатывания подразделяются на десять классов: А1, А2, A3, В, С, D, E, F, G, Н. Дифференциальным извещателям присваивают класс R1. Извещателям с дифференциальной характеристикой дополнительно присваивают индекс R. Количественные характеристики по значению температуры (скорости повышения температуры) и связанному с ними допустимому диапазону времени срабатывания приведены в НПБ 85-00. Отметим только, что минимальное значение температуры срабатывания (для классов А1, А2) составляет 54 °С, а значение времени срабатывания для ТПИ всех температурных классов и видов при скорости нарастания температуры до 30 °С/мин должно быть не менее 20 с.

Вид зоны обнаружения характеризует размеры и форму контролируемой извещателем области по отношению ко всему защищаемому пространству. На практике используются ТПИ с точечной и линейной зоной обнаружения, реагирующие на тепловой фактор пожара в небольшой компактной зоне и в протяженной линейной зоне соответственно.

Инерционность (время срабатывания) определяется промежутком времени от начала воздействия заданного в нормативно-технической документации значения контролируемого параметра до срабатывания извещателя. Таким образом, инерционность ТПИ зависит от конструкции извещателя и его чувствительного элемента, а также от характеристик контролируемого воздействия (условий испытания). Например, при проведении сертификационных испытаний время срабатывания максимальных ТПИ определяют при воздействии на извещатель воздушного теплового потока со скоростью повышения его температуры 3 °С/мин и 30 °С/мин, дифференциальных, максимально-дифференциальных и с дифференциальной характеристикой 10 °С/мин и 30 °С/мин. При испытаниях по ГОСТ Р 50898-96 время срабатывания ТПИ в стандартном помещении определяется как интервал между появлением очага пожара и срабатыванием извещателя.

Принцип действия отражает физическую природу процесса преобразования информации о значении контролируемого фактора, осуществляемую чувствительным элементом ТПИ. Основой чувствительного элемента могут являться легкоплавкие сплавы, ферромагнитные материалы, термопары, биметаллические пластины, полупроводниковые термосопротивления и др. Многообразие официально зарегистрированных принципов действия ТПИ отображено на рис. 1, но оно далеко не исчерпывается приведенным перечнем. По конструктивному исполнению производимые ТПИ можно разделить на обычные извещатели, основной характеристикой которых является степень защиты оболочки, и извещатели, имеющие специальное взрывозащищенное исполнение.

Рис.1. Классификация тепловых пожарных извещателей

Важным дополнительным классификационным признаком является также селективная чувствительность тепловых пожарных извещателей к тестовым очагам пожара по ГОСТ Р 50898-96. Тестовый очаг пожара - горение строго определенных материалов, при котором в стандартном помещении обеспечиваются заданные параметры среды. Для каждого такого очага характерно определенное сочетание сопутствующих факторов (признаков), что позволяет использовать тестовые очаги при испытаниях пожарных извещателей (табл. 1).

Таблица 1. Селективная чувствительность тепловых пожарных извещателей к тестовым очагам пожара

Тип тестового пожара по ГОСТ Р 50898-96	ТП-1	ТП-2	ТП-3	ТП-4	ТП-5	ТП-6
Класс пожара по ГОСТ 27331	А2	А1	А1	А2	В2	В2
Характеристика пожара	открытое горение древесины	пиролиз древесины	тление хлопка	открытое горение пластмассы	горение гептана	горение спирта
Основные сопутствующие факторы	дым, пламя, тепло	дым	дым	дым, пламя, тепло	дым, пламя, тепло	пламя, тепло
Характеристика обнаружения пожара тепловым пожарным извещателем	хорошее	плохое	плохое	хорошее	хорошее	очень хорошее

Определено три класса со следующими предельными значениями изменения температуры ΔТ в зоне установки ТПИ, при которых он срабатывает в процессе испытаний:

• класс А - ΔТ составляет 15 °С;
• класс В - ΔТ составляет 30 °С;
• класс С - ΔТ составляет 60 °С.

Результаты классификации, которые должны указываться в технической документации, дают потребителю информацию по применимости данного типа ТПИ для обнаружения определенных классов пожаров.

Основные технические параметры

Приведенные выше характеристики ТПИ составляют основу параметров назначения извещателя как технического средства обнаружения пожара. Кроме них важными для практического применения ТПИ являются параметры, характеризующие возможность работы извещателя в системе сигнализации с конкретными типами приемно-контрольных приборов, требования электропитания, диапазон допустимых климатических условий окружающей среды, параметры надежности, помехозащищенности, эргономические, экономические и другие показатели. Многие из них указываются в сопроводительной технической документации. Основным документом на ТПИ являются технические условия (ТУ), где приводятся все необходимые параметры и характеристики на ТПИ, а также методы их испытаний. К сожалению, этот документ практически недоступен потребителю, а в других сопроводительных документах часто указаны не все требуемые параметры, отсутствует методика входного контроля извещателя. Это затрудняет правильное применение различных ТПИ на конкретных объектах.

Особенности применения

Основным документом, регламентирующим применение ТПИ на российских объектах, является НПБ 88-01*, который заменил в этой части СНИП 2.04.09-84.

Тепловые пожарные извещатели эффективны для обнаружения пожара в помещениях с большим количеством горючего материала и тогда, когда в зоне контроля в случае возникновения пожара на его начальной стадии предполагается значительное тепловыделение. Если при этом зона контроля представляет собой протяженный объект сложной геометрической формы, целесообразно использовать ТПИ с линейной зоной обнаружения.

Поскольку тепловое поле в защищаемом помещении может иметь значительную температурную неоднородность, а из-за возможных кратковременных воздействий - помехи (в том числе температурных флуктуации), введены ограничения на минимальную температуру и время срабатывания, указанные выше. При выборе теплового пожарного извещателя температура срабатывания максимальных и максимально-дифференциальных извещателей должна быть не менее чем на 20 °С выше максимально допустимой температуры воздуха в помещении. В зоне контроля не должно быть перепадов температуры, не связанных с возникновением пожара, которые способны вызвать срабатывание ТПИ.

В соответствии с рекомендациями НПБ 88-01* тепловые пожарные извещатели могут применяться на подавляющем большинстве имеющихся видов объектов: производственных, складских, административно-хозяйственных, жилых и др. Проще указать, где их применение нецелесообразно. Это помещения с вычислительной техникой, радиоаппаратурой, АТС, места с массовым пребыванием людей, пространства за подвесными потолками, где более эффективны дымовые пожарные извещатели, а также производства щелочных металлов, металлических порошков, где целесообразно применять извещатели пламени.

Основой для формирования требований по размещению ТПИ явились исследования российских ученых и зарубежный опыт, касающийся динамики распределения температуры при пожаре на его начальной стадии. Максимальное значение приращения температуры ΔТ в помещении при пожаре для различного радиального расстояния от оси пламени до точки контроля определяется мощностью (теплопроизводительностью) очага пожара, высотой помещения Н, а также местом расположения точки контроля (в свободном помещении, у стены или в углу помещения). ΔТ уменьшается при увеличении расстояния при r > 0,15 Н. Ограждающие поверхности (стены, перегородки) приводят к увеличению ΔТ относительно свободного помещения, но в то же время препятствуют распространению тепловых потоков. С ростом высоты Н избыточная температура уменьшается. Поэтому площадь, контролируемая одним точечным ТПИ, а также максимально допустимое расстояние между соседними извещателями, извещателем и стеной существенно зависит от высоты защищаемого помещения (табл. 2).

Таблица 2. Площадь, контролируемая тепловым пожарным излучателем

Высота защищаемого помещения, м	Средняя площадь, контролируемая одним извещателем, куб.м	Максимальное расстояние, м
		Между извещателями	От извещателя до стены
до 3.5	до 25	5.0	2.5
свыше 3.5 до 6.0	до 20	4.5	2.0
свыше 6.0 до 9.0	до 15	4.0	2.0

На практике размещение извещателей в значительной степени зависит от конфигурации помещения. Ряд практических требований по размещению ТПИ при наличии конструктивных особенностей помещения (выступающих строительных конструкций, штабелей материалов, стеллажей и др.) и характерных источников помех (воздушных потоков от приточной или вытяжной вентиляции, теплоизлучающих светильников и т.п.) приведен в НПБ 88-01*. Однако рассмотренные варианты далеко не исчерпывают все встречающиеся на практике случаи, поэтому решение, принимаемое при размещении извещателей в "нетиповом" случае, должно в первую очередь учитывать максимальную эффективность сигнализации, от которой зависит пожарная безопасность объекта.

Нормативная база

Перечень основных российских стандартов и норм в области пожарной сигнализации, непосредственно касающихся ТПИ, приведен в табл. 3. Он может быть полезен различным потребителям: от разработчиков и производителей ТПИ до проектировщиков систем пожарной сигнализации.

Таблица 3. Основные российские стандарты и нормы в области пожарной сигнализации

документ	наименование
ГОСТ 12.2.047-86	Пожарная техника. Термины и определения
ГОСТ 14254-96	Степени защиты, обеспечиваемые оболочками
ГОСТ 27331-87	Пожарная техника. Классификация пожаров
ГОСТ Р 50898-96	Извещатели пожарные. огневые испытания
НПБ 57-97	Приборы и аппаратура автоматических установок пожаротушения и пожарной сигнализации. помехоустойчивость и помехоэмиссия. общие технические требования. Методы испытаний.
НПБ 85-00	Извещатели пожарные тепловые. Технические требования пожарной безопаасновсти. методы испытаний
НПБ 88-01*	Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования
НПБ 76-98	Извещатели пожарные. общие технические требования. Методы испытаний

Следующая страница: Противопожарные системы: два столетия эволюции