Модель сплит-системы-извещателя-подавителя опасных факторов пожара и взрыва в индивидуальных жилых домах - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Модель сплит-системы-извещателя-подавителя опасных факторов пожара и взрыва в индивидуальных жилых домах

Завгородний Р.А. 1, Белозеров В.В. 1
1Донской государственный технический университет


 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Невозможно представить современное жильё без сплит-систем, которые создают комфортную среду в помещениях. «Интеллектуализация электроприборов», и сплит-систем в частности, расширяет варианты решения вопросов их надежности и безопасности [1].

Необходимость выработки более действенных способов предотвращения аварий и пожаров состоит в том, что современные технологии идут по пути интенсификации параметров технологических процессов (давления, температур, концентраций, скоростей и пр.) и прогноз отказов и аварий имеет тенденцию к их возрастанию по следующим причинам [2-5]:

- из-за увеличения единичной мощности и сложности агрегатов;

- из-за ужесточения технологических режимов (приближение темпов процессов и эксплуатационных параметров рабочих сред к предельно допустимым, т.е. аварийно-пожаро-взрывоопасным);

- из-за нестабильности качества (дисперсий наработки на отказ) заменяемых в процессе эксплуатации узлов и деталей, обусловленной несовершенством теории надежности и методов квалиметрии;

- из-за повышения требований к реакции “человека-оператора” техпроцесса на штатные и нештатные ситуации, возможности которого ограничены и объективно (сенсорная депривация, десинхронозы и т.п.), и субъективно (биоритмологическая коррекция, психологическая подготовка индивида).

Согласно исследованиям за последние 15 лет, на Юге России порядка 70% пожаров произошли в жилом секторе (рис.1), из них 42% - на кухнях и в комнатах [6].

Рис. 1 – Статистика пожаров по местам возникновения

Для обнаружения опасных факторов пожара и взрыва (ОФПВ) используются различные извещатели [7-13]:

- дымовые (ионизационные и оптические);

- тепловые (пороговые и аналоговые);

- пламенные (оптические и на основе ультрафиолетового или инфракрасного излучения);

- газовые (на бытовой газ и продукты горения, включая селективные линейные пожарные извещатели).

Наиболее эффективными извещателями ОФПВ являются комбинированные датчики, сочетающие в себе различные датчики.

Однако вышеперечисленные извещатели и способы обладают большой инерционностью, т. к. обнаруживают ОФПВ, когда те «дойдут» до чувствительного элемента датчика. А в связи с тем, что извещатели, как правило, устанавливаются на потолках, то “приход” дыма, температуры или газа к ним составляет иногда десятки минут. Поэтому, для ускорения обнаружения ОФПВ был разработан аспирационный способ, сущность которого заключалась в том, что те же датчики располагались в камере трубопровода (рис.2), через который постоянно прокачивался воздух защищаемых помещений [14].

Рис. 2 - Структурная схема аспирационной системы

Сплит-системы «прокачивают воздух» в помещении не хуже, чем это делает аспирационная система, в связи с чем, появилась идея установить в сплит-системах необходимые датчики, которые бы регистрировали ОФПВ.

Такая модель сплит-системы-извещателя-подавителя была создана и включала в себя защиту самого прибора от пожароопасных отказов с помощью модулей термоэлектронной защиты (таб.1,2), а также установку автономного дымового пожарного извещателя, датчика на бытовой газ и GSM-модема к контроллеру во внутреннем блоке [1, 15-16].

Таблица 1 - Технический и пожаробезопасный ресурс внутреннего блока с защитой

Наименование изделия, блока, класса и типа ЭРЭ

Ср. значения в изделии

Ср. интенсивность в группе

Вероятность в группе

Темп-ра восплам.

Рек. нагр.

Выво-дов

Кол-во ЭРЭ

Отказов номин.

Отказов фактич.

Воспламе-ния

Пож.опас. отказов

Кор. замык.

Обры-ва

Про-боя

Воспла-менения

Распр-я огня

Пожара ЭРЭ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

1.внутр блок, в т.ч.:

250,90

 

 

125

 

8,82E-06

   

 

 

 

2,79E-06

 

7,22E-09

диод

256,3

0,35

2

16

2,10E-07

2,92E-06

1,68E-08

2,54E-07

0,047

0,264

0,040

1,10E-06

2,22E-03

2,45E-09

резистор

253,0

0,55

2

58

4,50E-08

1,08E-06

1,87E-09

2,92E-08

0,027

0,192

0,000

1,23E-07

2,56E-04

3,14E-11

транзистор

316,1

0,35

3

11

8,40E-07

2,56E-06

4,20E-09

7,87E-07

0,077

0,227

0,230

2,76E-07

6,88E-03

1,90E-09

конденсатор

224,3

0,60

2

33

5,20E-08

7,06E-07

4,57E-09

1,45E-07

0,130

0,000

0,075

3,00E-07

1,27E-03

3,80E-10

оптрон

256,3

0,35

2

4

2,10E-07

7,30E-07

4,20E-09

6,35E-08

0,047

0,264

0,040

2,75E-07

5,56E-04

1,53E-10

дpоссель

316,1

0,80

8

1

1,00E-06

2,48E-07

2,27E-09

1,98E-07

0,500

0,100

0,300

1,49E-07

1,7E-03

2,59E-10

микросхема

368,7

0,85

14

1

1,30E-08

1,92E-08

5,56E-10

1,13E-08

0,370

0,240

0,220

3,64E-08

9,94E-05

3,62E-12

вентилятор

306,5

0,80

2

1

2,25E-06

5,51E-07

8,08E-09

4,41E-07

0,500

0,100

0,300

5,30E-07

3,86E-03

2,04E-09

Модуль термозащиты МТ-2,в т.ч.:

     

12

 

8,57E-07

         

2,04E-05

 

2,24E-09

- микросхемы

368,7

0,85

14

1

1,30E-08

1,92E-08

5,56E-10

1,13E-08

0,370

0,240

0,220

4,87E-06

9,94E-05

4,84E-10

- тиристоры

507,8

0,35

3

1

5,00E-07

1,18E-07

3,36E-10

1,02E-08

0,047

0,264

0,040

2,95E-06

8,97E-05

2,64E-10

- стабилитроны

256,3

0,35

2

1

2,10E-07

1,82E-07

1,05E-09

1,59E-08

0,047

0,264

0,040

9,20E-06

1,39E-04

1,28E-09

- резисторы

253,0

0,55

2

5

4,50E-08

9,34E-08

1,61E-10

2,52E-09

0,027

0,192

0,000

1,41E-06

2,21E-05

3,12E-11

- конденсаторы

224,3

0,60

2

2

5,20E-08

2,18E-08

1,41E-10

4,48E-09

0,130

0,000

0,075

1,24E-06

3,92E-05

4,86E-11

- разъемы

358,2

0,65

4

1

1,00E-06

1,90E-07

5,20E-11

1,81E-08

0,095

0,000

0,000

4,56E-07

1,58E-04

7,22E-11

- позистор

507,8

0,65

5

1

1,25E-06

2,32E-07

3,31E-11

2,20E-08

0,095

0,000

0,000

2,90E-07

1,93E-04

5,61E-11

Провода

232,5

0,65

1

12

1,50E-08

6,60E-08

9,41E-10

1,27E-08

0,192

0,027

0,000

6,17E-08

1,11E-04

6,85E-12

Монтажные соединения(пайки)

274,6

0,65

1

331

2,00E-08

1,60E-06

2,49E-08

8,02E-07

0,400

0,400

0,100

1,63E-06

7,01E-03

1,14E-08

Всего по блоку:

     

149

 

1,13E-05

         

2,49E-05

 

2,09E-08

Стандартное отклонение

         

8,7E-07

             

2,7E-09

Безотказность / пожарная устойчивость:

   

0,89843329

     

0,99999998

Технический / пожаро-безопасный ресурс, лет:

 

 

9,34

- : -

10,89

 

 

 

42,4

- : -

54,9

Таблица 2 - Технический и пожаробезопасный ресурс внешнего блока с защитой

Наименование изделия, блока, класса и типа ЭРЭ

Ср. значения в изделии

Ср. интенсивность в группе

Вероятность в группе

Темп-ра восплам.

Рек. нагр.

Выво-дов

Кол-во ЭРЭ

Отказов номин.

Отказов фактич.

Воспламе-ния

Пож.опас. отказов

Кор. замык.

Обры-ва

Про-боя

Воспла-менения

Распр-я огня

Пожара ЭРЭ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

1.внешний бл, в т.ч.:

255,59

 

 

181

 

1,03E-05

   

 

 

 

3,86E-06

 

2,03E-07

Резистор

253,0

0,55

2

86

4,50E-08

1,61E-06

2,77E-09

4,34E-08

0,027

0,192

0,000

2,57E-07

3,80E-04

9,78E-11

Конденсатор

224,3

0,60

2

63

5,20E-08

1,70E-06

1,10E-08

3,48E-07

0,130

0,000

0,075

1,02E-06

3,04E-03

3,10E-09

Транзистор

316,1

0,35

3

7

8,40E-07

1,63E-06

2,67E-09

5,01E-07

0,077

0,227

0,230

2,48E-07

4,38E-03

1,09E-09

Диод

256,3

0,35

2

13

2,10E-07

2,37E-06

1,36E-08

2,06E-07

0,047

0,264

0,040

1,27E-06

1,81E-03

2,29E-09

позистор

507,8

0,65

5

7

1,25E-06

1,64E-06

2,34E-10

1,56E-07

0,095

0,000

0,000

2,17E-08

1,36E-03

2,96E-11

реле

507,8

0,65

5

1

1,25E-06

2,73E-07

3,89E-11

2,59E-08

0,095

0,000

0,000

3,61E-09

2,27E-04

8,21E-13

оптрон

256,3

0,35

2

3

2,10E-07

5,47E-07

3,15E-09

4,76E-08

0,047

0,264

0,040

2,92E-07

4,17E-04

1,22E-10

вентилятор

306,5

0,80

2

1

2,25E-06

5,51E-07

8,08E-09

4,41E-07

0,500

0,100

0,300

7,50E-07

3,86E-03

2,89E-09

Модуль термозащиты МТ-1,в т.ч.:

     

13

 

1,21E-06

         

2,07E-07

 

1,05E-10

- транзисторы

316,1

0,35

3

2

8,40E-07

4,66E-07

7,64E-10

1,43E-07

0,077

0,227

0,230

7,09E-08

1,25E-03

8,89E-11

- стабилитроны

256,3

0,35

2

1

2,10E-07

1,82E-07

1,05E-09

1,59E-08

0,047

0,264

0,040

9,74E-08

1,39E-04

1,36E-11

- резисторы

253,0

0,55

2

7

4,50E-08

1,31E-07

2,26E-10

3,53E-09

0,027

0,192

0,000

2,09E-08

3,09E-05

6,48E-13

- конденсаторы

224,3

0,60

2

1

5,20E-08

1,09E-08

7,06E-11

2,24E-09

0,130

0,000

0,075

6,56E-09

1,96E-05

1,29E-13

- разъемы

358,2

0,65

4

1

1,00E-06

1,90E-07

5,20E-11

1,81E-08

0,095

0,000

0,000

4,83E-09

1,58E-04

7,64E-13

- реле

507,8

0,65

5

1

1,25E-06

2,34E-07

6,39E-11

2,22E-08

0,095

0,000

0,000

5,93E-09

1,95E-04

1,15E-12

Провода

232,5

0,65

1

7

1,50E-08

3,85E-08

5,49E-10

7,39E-09

0,192

0,027

0,000

5,09E-08

6,48E-05

3,30E-12

Монтажные соединения(пайки)

274,6

0,65

1

405

2,00E-08

3,59E-06

1,33E-07

1,79E-06

0,400

0,400

0,100

1,24E-05

1,56E-02

1,93E-07

Всего по блоку:

     

201

 

1,52E-05

             

3,95E-07

Стандартное отклонение

         

1,0E-06

             

4,7E-08

Безотказность / пожарная устойчивость:

   

0,86794895

     

0,99999956

Технический / пожаро-безопасный ресурс, лет:

   

7,06

- : -

8,06

     

2,26

- : -

2,87

В результате исследований было установлено (таб.1,2), что, при незначительном снижении технических ресурсов блоков сплит-системы, их пожаробезопасные ресурсы заметно возрастают и становятся сравнимыми с техническими ресурсами. Было решено интегрировать термомагнитный сепаратор воздуха (ТМСВ) [20] в ССПИ, а также осуществить его сопряжение со счетчиком на бытовой газ с электромагнитным клапаном (рис. 3), который, помимо управления им от собственного датчика утечки газа, может перекрыть подачу газа и по сигналу контроллера ССПИ [16].

Рис. 3 - Газовый счетчик с электромагнитным клапаном

Однако, при анализе функционирования такой сплит-системы было установлено, что модель не в полной мере выполняет защиту жилья от пожаров и взрывов по следующим причинам [17-18]:

- одним внутренним блоком, который устанавливается в комнате, невозможно осуществить раннее обнаружение ОФПВ при утечке бытового газа в помещении, где установлены газовые приборы (печка, колонка и др.);

- без отключения электроснабжения квартиры или индивидуального дома в момент обнаружения ОФПВ, невозможно гарантировать, что от искры в электроустановочных изделиях (например, искры в розетке при автоматическом включении/выключении компрессора холодильника и т.д.) взрыв при утечке бытового газа не произойдет;

- расположенный в комнате внутренний блок, в котором установлен ТМСВ, не сможет понизить концентрацию кислорода во всех помещениях квартиры/индивидуального дома до уровня, при котором взрыв или распространение огня становятся невозможными.

Однако, вышеперечисленные недостатки можно исправить с помощью мульти-сплит-системы, где каждый внутренний блок дополняется аккумулятором аварийного питания и устройством его зарядки.

Для построения модели была исследована мульти сплит-система фирмы Samsung RAC - AQV 09 12 VBCN (рис.3), которая состоит из [1, 19]:

- из внешнего блока, устанавливаемого на специальных кронштейнах снаружи индивидуальных домов или квартир в многоэтажных зданиях;

- из внутренних блоков, устанавливаемых в комнатах (зал, спальня, кухня, личная комната);

- из переносного пульта управления, оснащаемого автономной батарейкой, осуществляющего управление внутренним блоком с помощью инфракрасного канала (ИК-приемник во внутреннем блоке, ИК-передатчик в пульте управления).

При этом «кухонный блок» в обязательном порядке соединяется с газовым счетчиком с электромагнитным клапаном отключения газа при его утечке.

Рис. 4 - Структурная схема сплит-системы

Рис. 5 - Схема электрическая сплит-системы

Внутренние блоки сплит-системы устанавливаются в каждом помещении. Их задача обнаруживать и подавлять ОФПВ без управления газо- или электроснабжением.

Рис. 6 - Пример размещения мульти-сплит-системы в индивидуальном жилом доме

Заключение. Благодаря сплит-системам-извещателя-подавителя опасных факторов можно на порядок повысить уровень пожарной безопасности и сократить количество взрывов в индивидуальных жилых домах, что поможет минимизировать материальные ущербы, а также сократить количество смертей.

Список цитированной литературы

Кулягин И.А. Модель интеллектуализации сплит-систем для обеспечения пожарной безопасности //Международный студенческий научный вестник – 2017.- № 5-1, с. 120-122.

Белозеров В.В., Гаврилей В.М. Концепция мониторинга ноосферы и прогнозирование аварий и пожаров // Проблемы предотвращения и тушения пожаров на объектах народного хозяйства: материалы ХI науч.-практ.конф.- М.:ВНИИПО, 1992, с.32-35.

Белозеров В.В., Иванников В.Л., Топольский Н.Г., Шпак Л.А. Новые средства оценки пожарной опасности и предотвращения пожаров в изделиях электронной техники и электроустановках // «Проблемы пожарной безопасности АЭС»: сб. тр. семинара, Нетежин, 28.09-02.10.92/ Хмельницкая АЭС. - М.: Интератомэнерго, 1992, с.18-27.

Баранов П.П., Белозеров В.В., Ворович И.И., Кураев Г.А., Панич А.Е., Труфанов В.Н., Топольский Н.Г. Методология оценки и управления безопасностью техносферы //«Техносферная безопасность»: материалы 7-й Всерос. науч.-практ. конф.- Ростов н/Д: РГСУ (ЮРО РААСН), 2002, с.67-73.

Белозеров В.В., Босый С.И., Мотин В.Н., Панич А.Е. Вероятностно-физические модели надежности, качества и безопасности в высоких технологиях приборостроения //«Техносферная безопасность. Надежность. Качество. Энергосбережение.»: материалы Всерос. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д: РГСУ (ЮРО РААСН), 2003, с.519-530.

Белозеров В.В. Методы, модели и средства автоматизации управления техносферной безопасностью: дисс…на соиск. ст. д-ра тех. наук. - М.: АГПС МЧС России, 2012. – 422с.

Членов А.Н. Автоматические пожарные извещатели. - М.: НИЦ "Охрана" ВНИИПО МВД России, 1997. -51с.

Вицинский С.А., Нилов О.М. Устройство обнаружения возгорания в пневмотранспорте - Патент SU на изобретение № 1795894 от 24.06.91.

Родионов И.Д., Калинин А.П., Родионов А.И. Способ и устройство оптической локации с помощью сенсора ультрафиолетового излучения - Патент РФ на изобретение № 2433424 от 30.10.2009.

Попов Е.А., Емельянов Ю.М., Рахманов Е.В., Сапрыкин В.В., Зайцев А.В. Извещатель пламени - патент РФ на изобретение № 2398609 от 29.08.2006.

Рожин В.В., Халикова Г.А., Щеглова М.М. Пожарный извещатель - Патент РФ на изобретение № 2336573 от 14.12.2006.

Счетчики газа Гранд–SPI /Руководство по эксплуатации: ТУАС.407299.002 РЭ – Ростов н/Д: ООО «Турбулентность Дон», 2015. – 24с.

Щипицин С. Тенденции развития пожарных извещателей //Безопасность. Достоверность. Информация. -2004, №3(54), с.38-43.

Рекомендации по применению аспирационных дымовых извещателей VESDA /части 1,2 и 3- М.: ВНИИПО МЧС России, 2003.

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.

Кулягин И.А., Белозеров Вл.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.

Абросимов Д.В., Белозеров В.В., Тихомиров С.А., Филимонов М.Н. Способ пожаровзрывозащиты индивидуальных жилых домов и квартир с помощью сплит систем – патент РФ на изобретение № 2703884 от 27.05.2019, опубл. 22.10.2019 Бюл. № 30.

Белозеров В.В. «Интеллектуальная» система вентиляции и кондиционирования воздуха в квартирах многоэтажных зданий и индивидуальных домов с нанотехнологиями защиты от пожаров и вззрывов //Нанотехнологии в строительстве.- 2019.- Том 11, № 6.- С. 650-666.- DOI: 10.15828/2075-8545-2019-11-6-650-666.

Кулягин И.А. АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО И ПОЖАРОБЕЗОПАСНОГО РЕСУРСОВ СПЛИТ-СИСТЕМ С МОДУЛЕМ ТЕРМОЭЛЕКТРОННОЙ ЗАЩИТЫ. // Материалы X Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум» URL: http://www.scienceforum.ru/2018/3129/769

Белозеров В.В., Видецких Ю.А., Викулин В.В., Гаврилей В.М., Мешалкин Е.А., Назаров В.П., Новакович А.А., Прус Ю.В. «БАКСАН-ПА»: автомобиль скорой пожарной помощи //Современные наукоемкие технологии. - 2006.- № 4.-С.87-89.

Просмотров работы: 220