Тенденції розвитку автономних пожежних сповіщувачів

Володимир Баканов,
головний конструктор ПП «АРТОН»

Пожежна сигналізація, як новий напрямок в технічному розвитку, з'явилася в середині XIX століття. Перший виріб, яке було запатентовано, як пристрій пожежної сигналізації, представляло собою вантаж, підвішений на мотузці, що горіла під час пожежі. При цьому вантаж падав і за рахунок енергії його падіння приводився в дію тривожний дзвінок. Такий варіант [1], див. Рис. 1, був запатентований в середині 19 століття в Англії.

Мал. 1

Більш досконала механічна пожежна сигналізація представляла собою пристрій, що нагадує будильник, молоточок якого зупинявся шнуром. Шнур простягався в усі кімнати будинку, уздовж стель, через шківи. Виготовлявся шнур з плавкого матеріалу або матеріалу, який повинен згоріти. На кінці шнура знаходився вантаж. При згорянні шнура, вантаж падав, важіль сигналізатора звільнявся, механічний пристрій (будильник) видавав сигнал тривоги. Саме таким був патент США на механічну пожежну сигналізацію на кілька «шлейфів», виданий в 1886 році. На рис. 2 показаний механізм такого пожежного «будильника».

Мал. 2

Вже до кінця 19 століття механічні сигнальні пристрої змінили електричні прилади різної конструкції. У багатьох з них використовувалися теплові сенсори, які знаходять застосування і в наш час (наприклад, біметалічні пластини і легкоплавкі вставки) [2]. Американські винахідники Френсіс Роббінс Аптон і Фернандо Діббла винайшли перший автоматичний пожежний сповіщувач електричного типу. Вони отримали патент США (№ 436961) 23 вересня 1890. На рис. 3, можна побачити малюнок з цього патенту під назвою «Портативна електрична пожежна сигналізація».

Мал. 3

В оригінальній конструкції, є чотири основні компоненти: електрична батарея, церковний купол, електромагніт в розімкнутої ланцюга і термостатичне пристрій. Термостатичне пристрій виявляє аномальну кількість тепла за допомогою «термостатичною котушки». Після того, як пристрій зафіксувало перевищення максимальної температури, контур між батареєю і електромагнітом замикається. При цьому, молоточок ударяє по дзвоновому куполу, попереджаючи людей, що знаходяться в приміщенні. Цей пристрій відповідає визначенню автономного пожежного сповіщувача з ГОСТ Р 53325 [3]:

«3.6 сповіщувач пожежний автономний: Автоматичний ІП, в корпусі якого конструктивно об'єднані автономне джерело живлення і всі компоненти, необхідні для виявлення пожежі і безпосереднього оповіщення про нього».

Зовсім інше питання: чи відповідає такий тепловий пожежний сповіщувач сучасним вимогам по інерційності? Скоріше не відповідає через значної маси самого сенсора. Така сигналізація спрацьовуватиме значно пізніше виділеного стандартом часу особливо для великих швидкостей зростання температури в часі.

В кінці 1930-х років, швейцарський фізик Вальтер Йегер працював над датчиком для виявлення отруйних газів. Він припускав, що частинки газу, потрапляючи в повітряну камеру датчика, будуть зв'язуватися з іонізованими молекулами повітря, в результаті чого буде змінюватися сила електричного струму всередині сенсора сповіщувача. На жаль, він зазнав невдачі: невелика кількість отруйного газу, концентрації якого було досить для того, щоб завдати шкоди людині, було недостатньо, щоб змінити провідність чутливого елемента.

Засмучений, Йегер закурив сигарету і незабаром з подивом виявив, що стрілка амперметра зафіксувала значних змін струму. Очевидно, частки диму, змогли зробити те, що не могли молекули отруйних газів. Експеримент Йегера був справжнім відкриттям, бо проклав шлях для винаходу і розвитку сучасних іонізаційних димових пожежних сповіщувачів.

Перший, по-справжньому доступний, домашній пожежний сповіщувач був сконструйований Двейном Д. Перселла в 1965 році і був окремий пристрій, яке отримувало живлення від батарейки і забезпечувало іонізацію повітря за допомогою ізотопу під назвою Америцій-241. Такий автономний пожежний сповіщувач міг легко бути встановленi будь-якою людиною. Масове виробництво було налагоджено компанією Перселла, Statirol Corporation, в місті Лейквуд, Колорадо. Перші сповіщувачі виготовлялися зі сталі і нагадували за формою осине гніздо. Модель 710 ионизационного автономного пожежного сповіщувача компанії Statirol представлена ​​на рис. 4 [1].

Мал. 4

Стало це можливим тому, що під час роботи над атомною бомбою, Гленн Сиборг з групою інших талановитих хіміків відкрили нові хімічні елементи з номера 90 по 102 в періодичній таблиці Менделєєва. За допомогою ізотопу Америцій-241 (№ 95 в періодичній таблиці), вони змогли розробити нову конструкцію іонізуючої камери, без застосування полів високої напруги. У той час люди застосовували досягнення, набуті в результаті роботи над проектом «Манхеттен», і не думали про наслідки впливу радіації. У 1962 році комісія з ядерної енергії США почала продаж нового товару: Америцій-241 за ціною 1500 $ за грам. Такої кількості речовини було досить для виготовлення приблизно 4 мільйонів димових пожежних сповіщувачів.

Сьогодні всім відомо, що іонізаційні сповіщувачі містять радіоактивні речовини, а рівень радіації від них перевищує фоновий рівень [4]. Тому їх виробництво, експлуатація, а головне, утилізація у всіх країнах світу стикається з безліччю труднощів, які відсутні в оптико-електронних димових извещателях. У извещателях цього типу використовується ефект розсіювання випромінювання інфрачервоного світлодіода частинками диму. Модель камери димового сенсора, який діє на цьому принципі, показана на рис. 5.

Мал. 5

У цій камері світлодіод і фотодіод розташовуються таким чином, щоб виключити пряме попадання випромінювання на фотодіод (рис. 5, а). З появою в камері димового сенсора диму частина випромінювання відбивається від частинок диму і потрапляє на фотодіод (рис. 5, б). Тут спостерігається так званий ефект дифузного розсіяння в каламутній середовищі - ефект Джона Тиндаля [5]. Теоретичне обґрунтування цього ефекту досконально було розроблено Густавом Мі в 1908 році і отримало назву Мі-теорія [6] - теорія розсіювання (дифракції) плоскої електромагнітної хвилі на однорідної сфері довільного розміру. Подібне можна спостерігати при проходженні світла від прожектора через хмару.

Питома оптична щільність середовища (в децибелах на метр), при якій сповіщувач формує сигнал пожежної тривоги, називається чутливістю. Чим менше рівень оптичної щільності середовища викликає спрацьовування сповіщувача, тим вище його чутливість. Мати чутливість вище, ніж 0,05 дБ / м сповіщувача заборонено стандартами, інакше дуже велика буде ймовірність помилкових спрацьовувань такого сигналізатора диму. Зазвичай, автономний пожежний сповіщувач, який відповідає ГОСТ Р 53325 (пожежний сигналізатор диму за європейським стандартом EN 14604 [7]), має чутливість близько 0,1 дБ / м. А чисте подвійне віконне скло зменшує світловий потік приблизно на 1 дБ. Людина своїми очима з фіксованого відстані 1 м не завжди може помітити різницю в такому ослабленні. Таким чином, автономний пожежний димовий сповіщувач може виявити зміна оптичної щільності повітря на порядок краще, ніж це може зробити людина неозброєним оком. Продукція, яка відповідає вимогам наведеного стандарту, випускається як російськими підприємствами, так і зарубіжними, які провели сертифікацію на відповідність ГОСТ Р 53325 і поставляють продукцію в Російську Федерацію. Зовнішній вигляд таких виробів (ВПС-3.4, ІП212-43, IP 212-22, IP 212-112) представлений на рис. 6-9.

Мал. 6 ІПД3-4 Рис. 7 ІП212-43

Мал. 8 ІП 212-22 Рис. 9 ІП 212-112

Незважаючи на те, що ГОСТ Р 53325 передбачає обов'язкову наявність автономного джерела живлення у автономного пожежного сповіщувача, але не пред'являє до цього джерела практично ніяких технічних вимог. Виходить так, що на російському ринку можуть бути представлені автономні сповіщувачі, які можуть працювати від одного комплекту батарей неважливо, як довго: добу, місяць або рік. Фахівці галузі на форумі [8] висловлюють з цього приводу суперечливі думки.

Якщо говорити про тенденції в розвитку пожежних сповіщувачів диму, то слід зазначити, що головним завданням залишається збільшення тривалості роботи вироби від одного комплекту батарей. Противагою цьому є застосування пожежних сповіщувачів диму без основного джерела живлення - з живленням від мережі змінного струму.

У таких країнах, як США і Ізраїль, широко застосовуються сигналізатори, що живляться від мережі змінного струму з резервним джерелом, так що при проектуванні будинку відразу закладається необхідна проводка для електроживлення і солідарного включення таких сигналізаторів для організації локальної мережі в межах однієї будівлі. Прикладами такого рішення можуть служити зарубіжні сигналізатори, фотографії яких представлені на рис. 10-12.

Мал. 10 Рис. 11 Рис. 12

Ключова перевага конструкції таких сигналізаторів - відсутність необхідності заміни батарей, оскільки зарядка вбудованого акумулятора здійснюється від мережі змінного струму. Саме ця особливість викладена в європейському стандарті EN14604. Але такий варіант вирішення має і свої недоліки. Для використання подібних сигналізаторів диму необхідно в проекті кожного житлового приміщення передбачати закриту електропроводку мережі змінного струму до місць розташування сигналізаторів і можливого їх об'єднання в локальну мережу. Істотно піднімає вартість таких сигналізаторів не тільки мережевий АС-DC перетворювач, а й герметизований акумулятор з гарантованим 10 річним терміном служби, тоді як типові акумулятори відпрацьовують до відмови зазвичай 3-5 років. Також з'являються на ринку і вироби китайського виробництва з гальванічною батареєю, у якій термін служби не перевищує одного року, а підключення до мережі змінного струму виконано з грубими порушеннями європейських нормативів з електробезпеки. Але, швидше за все, це тимчасова, а не постійно діюча тенденція.

Тому сучасні реалії такі, що більшість автономних пожежних сповіщувачів працюють від батарей. Коли заряд батареї закінчується, сповіщувач починає видавати сигнал, нагадуючи про необхідність заміни. При цьому власник пристрою може повести себе і таким чином: стару батарею зняти, а установку нової «залишити на майбутнє». Саме тому в соціальній рекламі (рис. 13) країн, де держава не ставиться байдуже до загибелі співгромадян, приділяється певне місце пропаганді перевірок працездатності сигналізаторів диму, що застосовуються в житлових приміщеннях [9].

Мал. 13. Напис на білборді: «Мертві батарейки замінити було б простіше».

Сайт World Health Ranking [10] відстежує статистику загибелі населення країн всього світу з різних причин. В тому числі, від пожеж. Так, з 192 країн Росія отримала 19 місце з показником 6.0 на кожні 100000 жителів країни. Україна займає 55 місце, так як має показник 4.3. Це менше, ніж у Росії, але значно більше, ніж у Польщі - 1,3 або у Італії - 0,2. За деякою логікою, пожежні стоять перед дилемою, де краще встановити пожежну сигналізацію - там, де за неї заплатять, або там, де гинуть люди? Відповідаючи на це питання, доводиться констатувати, що, на жаль, і судячи з наведених цифр, «дикий капіталізм» перемагає. І мова не йде про голий раціоналізм: порівняння вартості людського життя і вартості технічних засобів пожежної сигналізації. Швидше слід говорити про державну політику боротьби зі стихією, яка забирає життя людей, і про ті заходи обережності, які просто необхідно використовувати кожному, хто реально дбає про пожежну безпеку.

Без державної політики важко в корені змінити сумну статистику жертв стихії пожеж. Тому вже давно у всіх передових країнах існує обов'язкове нормативною вимогою щодо обладнання житлових приміщень пожежними сигналізаторами диму. У 60-х роках минулого століття після численних пожеж 38 американських штатів прийняли закони про пожежних сигналізаторах і зобов'язали встановлювати їх у всіх будинках. До 1995 року близько 93% будинків в США були вже обладнані такими виробами. Аналогічні закони були прийняті в Канаді, Австралії, Естонії, Франції та в інших країнах.

Так в дослідженнях американських вчених [11] зазначено, що в 2009 році, коли кількість обладнаних пожежною сигналізацією будівель досягла значення 95%, рівень загибелі людей знизився на 56%, а економічний збиток від пожеж - на 59% відносно рівня 1977 року. Необхідно відзначити, що значне поліпшення цієї сумної статистики відбувається на тлі значного прискорення процесів розвитку пожеж в будинках, так як в приміщеннях все більше і більше застосовується штучних матеріалів, які мають високі швидкості горіння і при цьому виділяють токсичні речовини. До таких результатів прийшли дослідники американської лабораторії UL [12]. Чи не заважає, на мій погляд, вивчити і досвід країн Прибалтики.

Якщо говорити про тенденції розвитку пожежних сповіщувачів диму, то слід зазначити, що головним завданням залишається тривалість роботи вироби від одного комплекту батарей. Основною проблемою домашньої пожежної сигналізації є навіть не її відсутність, а то, що люди часто безтурботні і не піклуються про її працездатності. Щоб замінити батарейку, яка «села», необхідно поставити драбину, зняти сповіщувач зі стелі (іноді за допомогою викрутки), замінити батарейку, яку заздалегідь купили, а потім встановити всі на місце. Все це вимагає деякого часу, праці, кваліфікації і навіть певного планування.

Все більше місця на світовому ринку автономних димових сповіщувачів займають вироби, які працюють від одного комплекту батарей 5 років і більше.

З таким підходом до організації електроживлення був розроблений найменший у світі автономний пожежний сповіщувач SLL 602R АТОМ (рис. 14), який працює від одного комплекту батарей не менше п'яти років. Діаметр сповіщувача всього 49 мм, а висота 40 мм. Харчується виріб від змінної літієвої батареї напругою 3 В типорозміру СR2.

Мал. 14

Виробляє це «чудо техніки» спільне датсько-новозеландське підприємство. Вартість виробу становить близько 20 фунтів стерлінгів. Винахідник цього продукту, Пітер Сміт, бачить широкі перспективи розвитку свого бізнесу [13].

Як показує світовий досвід, найбільш перспективними серед димових пожежних сповіщувачів сьогодні сигналізатори, що мають вбудований постійне джерело живлення не менше ніж на 10 років роботи. Всесвітньо відомий німецький випробувальний центр VdS вже провів сертифікацію більше двох десятків подібних виробів [14]. Один з них - пожежний сповіщувач диму HDv 3000 OSF фірми detectomat GmbH - в квітні 2012 року демонструвався в Москві на виставці MIPS 2012. Саме такі вироби є сьогодні найбільш перспективними для захисту житлових приміщень, адже протягом всього терміну служби в виробах не потрібно міняти батарейки .

Шляхом створення автономних сповіщувачів з 10-річним терміном роботи від одного комплекту батарей пішли також інженери українського підприємства «АРТОН». Вони створили виріб з вбудованою незмінною батареєю на весь термін експлуатації виробу. Зовнішній вигляд автономного сповіщувача ASD-10 [15] від цього виробника представлений на рис. 15 і 16.

Мал. 15 Рис. 16

Розміри ASD-10 значно менше відомих сьогодні сертифікованих виробів з автономним живленням на 10 років безперервної роботи. Підтвердженням унікальності даного сповіщувача є той факт, що він зайняв перше місце і отримав медаль «Виріб року» в номінації «Охоронні системи. Рішення для приміщень і територій - пожежна безпека »на конкурсі« Інноваційні розробки »в Литві. Також даний пристрій було показано на виставках МІПС-2013 Москві і «Безпека-2014» в Києві.

За технічним рішенням, використовуваним в даному сигналізаторі диму, вже оформлено кілька заявок на об'єкти інтелектуальної власності. Отримано патенти України №81664 та Росії №144364 на корисну модель, яка застосована в цьому виробі. Європейські експерти з пожежної сигналізації визнали ASD-10 найменшим в світі сигналізатором з незмінною батареєю живлення на 10 років безперервної роботи. З урахуванням того факту, що моральний термін життя будь-яких радіоелектронних пристроїв становить 5-7 років, такі автономні пожежні сповіщувачі будуть служити до тих пір, поки нові більш досконалі вироби їх не замінять.

Сейчас ASD-10 віпускається серійно. Для цього було розроблено і впроваджено у виробництво кілька одиниць автоматизованого нестандартного обладнання, завдяки якому забезпечується висока стабільність параметрів виробу відповідно до вимог нормативних документів. А виявити зразки з прихованими дефектами ще до проведення приймально-здавальних випробувань дозволяє автоматизована система технологічного тренування сигналізаторів. Таким чином, використання сучасних технологій забезпечує відповідність якості виробленого сповіщувача європейського рівня.

література

1. Пожежна сигналізація. З історії винаходу та впровадження в США, By lev on 5.12.2012, http://pozhproekt.ru/articles/pozharnaya-signalizaciya-iz-istorii-izobreteniya-i-vnedreniya
2. Баканов В. "Особливості вибору, застосування та побудови теплових пожежних сповіщувачів. Частина 3. Шляхи вдосконалення" ж. "Пожежна безпека", № 9, 2011, с. 32, http://www.arton.com.ua/files/publfiles2/publ_pb_9_2011.pdf
3. ГОСТ Р 53325-2012 Техніка пожежна. Технічні засоби пожежної автоматики. Загальні технічні вимоги. Методи випробувань.
4. Америцій -241 з датчика диму, com/watch?v=OZSyQ3X5lVo> https://www.youtube.com/watch?v=OZSyQ3X5lVo
5. Велика радянська енциклопедія, т. 25, с. 559
6. Борн М., Вольф Е. "Основи оптики", М., Наука, 1970, с. 716
7. EN 14604: 2005 Smoke alarm devices.
8. cfm?thread=1&thread_id=58179> http://forum.sec.ru/index.cfm?thread=1&thread_id=58179
9. заміни батарейки http://pozhproekt.ru/blog/zameni-batarejki
10. http://www.worldlifeexpectancy.com/cause-of-death/fires/by-country/
11. Karter, MJ, "Fire Loss in the United States During 2009" NFPA Fire Analysis and Research Division, Quincy, Mass., August 2010
12. Fabian, TZ, and Gandhi, PD, "Smoke Characterization Project: Technical Report," UL, Northbrook, Ill., April 2007
13. http://www.stuff.co.nz/technology/gadgets/5296520/Worldsssmallesttalarmmgoessoff
14. http://vds.de/en/certifications/vds-approved-products-companies-and-experts/smoke-alarm-devices-with-increased-requirements/
15. http://www.arton.com.ua/products/fire_detectors/smoke_alarms/asd_10/