XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

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.

Код для цитирования: Скопировать