XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019
О модели автоматизации применения сплит-систем для пожаровзрывозащиты квартир многоэтажных зданий и индивидуальных жилых домов
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
С егодня практически в каждом жилом доме или квартире (рис. 1) используются сплит-системы, которые создают комфортную среду в помещениях, где установлен внутренний блок.
Рис.1 – Сплит-системы в многоэтажном жилом здании и в индивидуальном доме
Как следует из проведенных ранее исследований [1-3], в ДГТУ была создана модель сплит-системы-пожарного извещателя (ССПИ) для индивидуальных домов и квартир многоэтажных жилых зданий, на основе технологии «интеллектуализации безопасности электроприборов» [4,5], путем доработки сплит-системы, которая включала в себя защиту самого прибора от пожароопасных отказов с помощью модулей термоэлектронной защиты, а также установку автономного дымового извещателя пожарного (ДИП) с GSM-модемом во внутреннем блоке ССПИ (рис.1), т.е. «превращения» его в аспирационный пожарный извещатель, который обеспечивает раннее обнаружение пожара и передает сигнал в пожарную часть, резко сокращая социально-экономические потери от пожаров [6].
Было доказано (таб.1,2), что в этом случае при небольшом снижении эксплуатационного ресурса, пожаробезопасный ресурс увеличивается на порядок, что делает его соизмеримым с техническим ресурсом сплит-системы [1,3].
Таблица 1
Эксплуатационный и пожаробезопасный ресурс внутреннего блока с защитой
|
Наименование изделия, блока, класса и типа |
Ср. значения в изделии |
Ср. интенсивность в группе |
Вероятность в группе |
||||||||||||
|
Т-ра воспл. |
Рек. Нагр. |
Выво-дов |
Кол-во ЭРЭ |
Отказов номин. |
Отказов фактич. |
Воспла-менения |
Пож. опас. отказов |
Кор. замык-я |
Обрыва |
Пробоя |
Воспла-менения |
Распр-я огна |
Пожара ЭРЭ |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
1. Внутр. Блок, в т. ч.: |
250.9 |
125 |
8,82Е-06 |
2,79Е-06 |
7,22Е-09 |
||||||||||
|
Диод |
256,3 |
0,35 |
2 |
16 |
2,10Е-07 |
2,92Е-06 |
1,68Е-08 |
2,54Е-07 |
0,047 |
0,264 |
0,040 |
1,10Е-06 |
2,22Е-03 |
2,45Е-09 |
|
|
Резистор |
253,0 |
0,55 |
2 |
58 |
4,50Е-08 |
1,08Е-06 |
1,87Е-09 |
2,92Е-08 |
0,027 |
0,192 |
0,000 |
1,123Е-07 |
2,56Е-04 |
3,14Е-11 |
|
|
транзистор |
316,1 |
0,35 |
3 |
11 |
8,40Е-07 |
2,56Е-06 |
4,20Е-09 |
7,87Е-07 |
0,077 |
0,227 |
0,230 |
2,76Е-07 |
6,88Е-03 |
1,90Е-09 |
|
|
конденсатор |
224,3 |
0,60 |
2 |
33 |
5,20Е-08 |
7,06Е-07 |
4,57Е-09 |
1,45Е-07 |
0,130 |
0,000 |
0,075 |
3,00Е-07 |
1,27Е-03 |
3,80Е-10 |
|
|
Оптрон |
256,3 |
0,35 |
2 |
4 |
2,10Е-07 |
7,30Е-07 |
4,20Е-09 |
6,35Е-08 |
0,047 |
0,264 |
0,040 |
2,75Е-07 |
5,56Е-04 |
1,53Е-10 |
|
|
Дроссель |
316,1 |
0,80 |
8 |
1 |
1,00Е-06 |
2,48Е-07 |
2,27Е-09 |
1,98Е-07 |
0,500 |
0,100 |
0,300 |
1,49Е-07 |
1,70Е-03 |
2,59Е-10 |
|
|
микросхема |
368,7 |
0,85 |
14 |
1 |
1,30Е08 |
1,92Е-08 |
5,56Е-09 |
1,13Е-08 |
0,370 |
0,240 |
0,220 |
3,64Е-08 |
9,94Е-05 |
3,62Е-12 |
|
|
вентилятор |
306,5 |
0,80 |
2 |
1 |
2,25Е-06 |
5,51Е-07 |
8,08Е-09 |
4,41Е-07 |
0,500 |
0,100 |
0,300 |
5,30Е-07 |
3,86Е-03 |
2,04Е-09 |
|
|
Модуль МТ-2,вт.ч.: |
12 8,57Е-07 2,04Е-05 2,24Е-09 |
||||||||||||||
|
-микросхемы |
368,7 |
0,85 |
14 |
1 |
1,30Е-08 |
1,92Е-08 |
5,56Е-10 |
1,13Е-08 |
0,370 |
0,240 |
0,220 |
4,87Е-06 |
9,94Е-05 |
4,84Е-10 |
|
|
-тиристоры |
507,8 |
0,35 |
3 |
1 |
5,00Е-07 |
1,18Е-07 |
3,36Е-10 |
1,02Е-08 |
0,047 |
0,264 |
0,040 |
2,95Е-05 |
8,97Е-05 |
2,64Е-10 |
|
|
-стабилитроны |
256,3 |
0,35 |
2 |
1 |
2,10Е-07 |
1,82Е-07 |
1,05Е-09 |
1,59Е-08 |
0,047 |
0,264 |
0,040 |
9,20Е-05 |
1,39Е-04 |
1,28Е-09 |
|
|
-резисторы |
253,0 |
0,55 |
2 |
5 |
4,50Е-08 |
9,34Е-08 |
1,61Е-10 |
2,52Е-09 |
0,027 |
0,192 |
0,000 |
1,41Е-05 |
2,21Е-05 |
3,12Е-11 |
|
|
-конденсаторы |
224,3 |
0,60 |
2 |
2 |
5,20Е-08 |
2,18Е-08 |
1,41Е-10 |
4,48Е-09 |
0,130 |
0,000 |
0,075 |
1,24Е-05 |
3,92Е-05 |
4,86Е-11 |
|
|
-разьемы |
358,2 |
0,65 |
4 |
1 |
1,00Е-06 |
1,90Е-07 |
5,20Е-10 |
1,81Е-08 |
0,095 |
0,000 |
0,000 |
4,56Е-07 |
1,58Е-04 |
7,22Е-11 |
|
|
-позистор |
507,8 |
0,65 |
5 |
1 |
1,25Е-06 |
2,32Е-07 |
3,31Е-11 |
2,20Е-08 |
0,095 |
0,000 |
0,000 |
2,90Е-07 |
1,93Е-04 |
6,61Е-11 |
|
|
Провода |
232,5 |
0,65 |
1 |
12 |
1,50Е-08 |
6,60Е-07 |
9,41Е-11 |
1,27Е-08 |
0,192 |
0,027 |
0,000 |
6,17Е-08 |
1,11Е-04 |
6,85Е-12 |
|
|
Монтажные соединения (пайки) |
274,6 |
0,65 |
1 |
331 |
2,00Е-08 |
1,60Е-06 |
2,49Е-08 |
8,02Е-07 |
0,400 |
0,400 |
0,100 |
1,63Е-06 |
7,01Е-03 |
1,14Е-08 |
|
|
Всего по блоку: |
149 |
1,13Е-05 |
2,49Е-05 |
2,09Е-08 |
|||||||||||
|
Стандартное отклонение |
8,7Е-07 |
2,7Е-09 |
|||||||||||||
|
Безотказность / пожарная устойчивость: |
0,89843329 |
0,99999998 |
|||||||||||||
|
Технический / пожаро-безопасный ресурс, лет: |
9,34 |
-:- |
10,89 |
42,4 |
-:- |
54,9 |
|||||||||
Таблица 2
Эксплуатационный и пожаробезопасный ресурс внешнего блока с защитой
|
Наименование изделия, блока, класса и типа |
Ср. значения в изделии |
Ср. интенсивность в группе |
Вероятность в группе |
|||||||||||||
|
Т-ра воспл. |
Рек. Нагр. |
Выво-дов |
Кол-во ЭРЭ |
Отказов номин. |
Отказов фактич. |
Воспла-мения |
Пож. опас. отказов |
Кор. замык. |
Обрыва |
Пробоя |
Воспла-менения |
Распр-я огня |
Пожара ЭРЭ |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
||
|
1. Внешн. Блок, в т. ч.: |
255,59 |
181 |
1,03Е-05 |
3,86Е-06 |
2,03Е-07 |
|||||||||||
|
Резистор |
253,0 |
0,55 |
2 |
86 |
4,50Е-08 |
1,61Е-06 |
2,77Е-09 |
4,34Е-08 |
0,027 |
0,192 |
0,000 |
2,57Е-07 |
3,80Е-04 |
9,78Е-11 |
||
|
Конденсатор |
224,3 |
0,60 |
2 |
63 |
5,20Е-08 |
1,70Е-06 |
1,10Е-08 |
3,48Е-07 |
0,130 |
0,000 |
0,075 |
1,02Е-06 |
3,04Е-03 |
3,10Е-11 |
||
|
Транзистор |
316,1 |
0,35 |
3 |
7 |
8,40Е-07 |
1,63Е-06 |
2,67Е-09 |
5,01Е-07 |
0,077 |
0,227 |
0,230 |
2,48Е-07 |
4,38Е-03 |
1,09Е-09 |
||
|
Диод |
256,3 |
0,35 |
2 |
13 |
2,10Е-07 |
2,37Е-06 |
1,36Е-08 |
2,06Е-07 |
0,047 |
0,264 |
0,040 |
1,27Е-06 |
1,81Е-03 |
2,29Е-09 |
||
|
позистор |
507,8 |
0,65 |
5 |
7 |
1,25Е-06 |
1,64Е-06 |
2,34Е-10 |
1,56Е-07 |
0,095 |
0,000 |
0,000 |
2,17Е-08 |
1,36Е-03 |
2,96Е-11 |
||
|
реле |
507,8 |
0,65 |
5 |
1 |
1,25Е-06 |
2,73Е-07 |
3,89Е-11 |
2,59Е-08 |
0,095 |
0,000 |
0,000 |
3,61Е-09 |
2,27Е-04 |
8,21Е-13 |
||
|
оптрон |
265,3 |
0,35 |
2 |
3 |
2,10Е-07 |
5,47Е-07 |
3,15Е-09 |
4,76Е-08 |
0,047 |
0,264 |
0,040 |
2,92Е-07 |
4,17Е-04 |
1,22Е-10 |
||
|
вентилятор |
306,5 |
0,80 |
2 |
1 |
2,25Е-06 |
5,51Е-07 |
8,08Е-09 |
4,41Е-07 |
0,500 |
0,100 |
0,300 |
7,50Е-07 |
3,86Е-03 |
2,89Е-09 |
||
|
Модуль МТ-2,вт.ч.: |
12 1,21Е-06 2,07Е-07 1,05Е-10 |
|||||||||||||||
|
-транзисторы |
316,1 |
0,35 |
3 |
2 |
8,40Е-07 |
4,66Е-07 |
7,64Е-10 |
1,43Е-07 |
0,077 |
0,227 |
0,230 |
7,09Е-08 |
1,25Е-03 |
8,89Е-11 |
||
|
-стабилитроны |
256,3 |
0,35 |
2 |
1 |
2,10Е-07 |
1,82Е-07 |
1,05Е-09 |
1,59Е-08 |
0,047 |
0,264 |
0,040 |
9,74Е-08 |
1,39Е-04 |
1,36Е-11 |
||
|
-резисторы |
253,0 |
0,55 |
2 |
7 |
4,50Е-08 |
1,31Е-07 |
2,26Е-10 |
3,53Е-09 |
0,027 |
0,192 |
0,000 |
2,09Е-08 |
3,09Е-05 |
6,48Е-13 |
||
|
-конденсаторы |
224,3 |
0,60 |
2 |
1 |
5,20Е-08 |
1,09Е-08 |
7,06Е-11 |
2,24Е-09 |
0,130 |
0,000 |
0,075 |
6,56Е-09 |
1,96Е-05 |
1,29Е-13 |
||
|
-разъемы |
358,2 |
0,65 |
4 |
1 |
1,00Е-06 |
1,90Е-07 |
5,20Е-11 |
1,81Е-08 |
0,095 |
0,000 |
0,000 |
4,83Е-09 |
1,58Е-04 |
7,64Е-13 |
||
|
-реле |
507,8 |
0,65 |
5 |
1 |
1,25Е-06 |
2,34Е-07 |
6,39Е-11 |
2,22Е-08 |
0,095 |
0,000 |
0,000 |
5,93Е-09 |
1,95Е-04 |
1,15Е-12 |
||
|
Провода |
232,5 |
0,65 |
1 |
7 |
1,50Е-08 |
3,85Е-08 |
5,49Е-10 |
7,39Е-09 |
0,192 |
0,027 |
0,000 |
5,09Е-08 |
6,48Е-05 |
3,30Е-12 |
||
|
Монтажные соединения (пайки) |
274,6 |
0,65 |
1 |
405 |
2,00Е-08 |
3,59Е-06 |
1,33Е-07 |
1,79Е-06 |
0,400 |
0,400 |
0,100 |
1,24Е-05 |
1,56Е-02 |
1,93Е-07 |
||
|
Всего по блоку: |
201 |
1,52Е-05 |
3,95Е-07 |
|||||||||||||
|
Стандартное отклонение |
1,0Е-06 |
4,7Е-08 |
||||||||||||||
|
Безотказность / пожарная устойчивость: |
0,86794895 |
0,99999956 |
||||||||||||||
|
Технический / пожаро-безопасный ресурс, лет: |
7,06 |
-:- |
8,06 |
2,26 |
-:- |
2,87 |
||||||||||
Так для внутреннего блока было получено снижение технического ресурса до 10 лет, а увеличение пожаробезопасного - до 60 лет (таб.1).
Для внешнего блока технический ресурс уменьшился до 7 лет, а пожаробезопасный ресурс увеличился до 3 лет.
1 5 лет назад учеными Ростовского государственного университета, в рамках гранта по безопасности автотранспорта [5] был разработан метод термомагнитной сепарации воздуха [6] и на термомагнитный сепаратор воздуха (ТМСВ) был получен патент РФ на изобретение [7], на основе которых, модель ССПИ была дополнена [2] счетчиком на бытовой газ с электромагнитным клапаном, перекрывающим подачу бытового газа при его утечке (рис.2), и ТМСВ (рис. 3).
Рис.2 – Газовый счетчик и электромагнитным клапаном (а) и ТМСВ (б)
а) б)
Рис.3 – Виток (а) и термомагнитный сепаратор воздуха в сборе (б)
Анализ модифицированной таким образом ССПИ [2] показал, что модель не выполняет в полном объеме пожаро-взрыво-защиту квартиры в многоквартирном жилом здании или индивидуальном жилом доме, по следующим причинам:
во-первых, одним внутренним блоком, который устанавливается в комнате, практически невозможно обнаружить опасные факторы пожара и взрыва (ОФПВ) при утечке бытового газа на кухне;
во-вторых, без отключения электроснабжения квартиры/индивидуального дома в момент обнаружения ОФПВ, невозможно гарантировать, что от искры в электроустановочных изделиях взрыв не произойдет;
в-третьих, расположенный в комнате внутренний блок, в котором установлен ТМСВ, не успеет понизить концентрацию кислорода во всех помещениях квартиры/индивидуального дома до уровня, при котором взрыв или распространения огня станет невозможным.
Для устранения указанных выше причин, принимая во внимание выпуск мульти сплит-систем с 2-мя и более блоками при одном - внешнем (рис.4), модель ССПИ была доработана следующим образом.
Чтобы осуществить раннее обнаружение ОФПВ, один из внутренних блоков с ТМСВ и датчиками ОФПВ устанавливается на кухне, и в нем предусматривается симистор (триак), который отключает электроснабжение в квартире/индивидуальном доме, при обнаружении ОФПВ. А для того, чтобы все внутренние блоки продолжали работать при отключении электроэнергии, в каждый из них встраивается аккумулятор с соответствующим преобразователем, обеспечивающим работу внутреннего блока при пропадании электроэнергии, а также заряжающий его при её наличии.
Рис.3 – Мульти сплит-системы
Остальные внутренние блоки, располагающиеся в остальных жилых комнатах квартиры/индивидуального дома (рис.4), модифицируются так же, как ССПИ по той же блок-схеме и алгоритмам работы (рис.5).
Таким образом, «интеллектуализация» мульти сплит-системы позволяет создать надежную и автономную систему пожаровзрывозащиты квартиры в многоквартирном жилом здании или в индивидуальном жилом доме.
Рис.4 – Планировка квартиры/индивидуального дома с мульти ССПИ
Рис.5 – Алгоритм работы внутреннего блока ССПИ
Список литературы:
1. Кулягин И.А. Модель интеллектуализации сплит-систем для обеспечения пожарной безопасности //Международный студенческий научный вестник – 2017.- № 5-1, с. 120-122.
2. Кулягин И.А., Белозеров В.В. Автоматизация пожаровзрывозащиты жилого сектора с помощью сплит-систем // Электроника и электротехника. — 2018. - № 3. - С.59-65. DOI: 10.7256/2453-8884.2018.3.27744.
3. Кулягин И.А. Интеллектуализация безопасности электротехнических установок (на примере сплит-систем) //Электроника и электротехника.- 2018.- № 1, с.19-26; DOI: 10.7256/2453-8884.2018.1.25832.
4. Богуславский Е.И., Белозеров В.В., Богуславский Н.Е. Прогнозирование, оценка и анализ пожарной безопасности /под ред. проф. Богуславского Е.И., рек. УМО Минобразования РФ для строительных ВУЗов – Ростов н/Д: РГСУ, 2004.-151с.
5. Азаров А.Д., Бадалян Л.Х., Баранов П.П., Белозеров В.В., Белозеров В.В., Гапонов В.Л., Денисенко П.Ф., Загускин С.Л., Рейзенкинд Я.А., Пащинская В.В., Строкань Г.П. МОДЕЛЬ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ /отчет о НИР № ТОО-13.0-2500 и ТОО-13.0-2501 от 02.02.2000 (Министерство образования и науки РФ).- 255с.
6. Белозеров В.В., Бушкова Е.С., Денисенко П.Ф., Кравченко А.Н., Лыженков В.Н., Пащинская В.В. Модель сепарации и подавления токсичности автотранспортных средств //Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды.-2001.- № 5. - С.104-107.
7. Белозеров В.В., Босый С.И. и др. Способ термомагнитной сепарации воздуха и устройство для его осуществления // Патент на изобретение RUS 2428242 12.10.2006