XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение. Очевидно, что никакие законы и требования не могут предвосхитить изменения опасности в техносфере (пожарной, электрической и т.п.). Только автоматический мониторинг, т.е. применение технических и программных средств контроля объекта может изменить существующую тенденцию роста числа аварий, пожаров и других чрезвычайных ситуаций (ЧС).

Согласно статистическим данным ВНИИ противопожарной обороны МЧС России, ежегодно около 70% пожаров происходит в жилом секторе страны [1]:

в 1-2 этажных зданиях – до 125 тыс. пожаров и до 10 тыс. погибших,

в 3-5 этажных зданиях – около 20 тыс. пожаров и около 2 тыс. погибших,

в 6-9 этажных зданиях – около 16 тыс. пожаров и до 1 тыс. погибших,

в 10-25 этажных зданиях – около 10 тыс. пожаров и около 500 погибших,

в зданиях более 25 этажей – около 30 пожаров и до 10 погибших.

Во многих странах мира (США, Германия, Польша, Россия и др.) в последние десятилетия получили распространение автономные пожарные извещатели (АПИ), устанавливаемые в защищаемых помещениях, которые выдают при обнаружении признаков пожара, прерывистый сигнал тревоги с уровнем звукового давления 85-90 дБ на расстоянии 1 м. от извещателя. Статистика свидетельствует, что применение АПИ, позволяет снизить число погибших на пожарах в жилом секторе в ночное время на 45% [2,3].

Поэтому цель настоящего исследования заключается в том, чтобы на основе анализа существующих методов и средств пожарной сигнализации и учета коммунальных услуг, выбрать способы и средства раннего обнаружения ОФПВ и учета коммунальных услуг, чтобы синтезировать на основе сплит-системы-извещателя автоматизированную микросистему контроля безопасности жизнеобеспечения квартиры/индивидуального жилого дома.

Материалы и методы исследования. Известны многие способы и устройства обнаружения загораний, реализующие эти способы [3]:

- дымовые пожарные извещатели (ионизационные и оптические);

- тепловые пожарные извещатели (пороговые и аналоговые);

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

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

Наиболее эффективными являются извещатели, сочетающие в себе фотоэлектрические, тепловые и газовые чувствительные элементы. Подобные типы мультидатчиков (рис. 1) применяются уже длительное время, используя простые (“или-или”) и комбинированные (“и-и-или-и”) способы принятия решения в случае срабатывания чувствительных элементов [3].

Рисунок 1 – Комбинированный пожарный извещатель

Однако все перечисленные способы и извещатели обладают существенным недостатком - большой инерционностью, т.к. обнаруживают ОФПВ, когда они «дойдут» до чувствительных элементов. А в связи с тем, что извещатели, как правило, устанавливаются на потолках, то «приход к ним» дыма, газа или температуры составляет от нескольких единиц до десятков минут [4]. Поэтому для раннего обнаружения опасных факторов пожара был разработан аспирационный способ и система его реализующая, обычно называемые «проточными», сущность которого заключалась в том, что использовались те же датчики, но они устанавливались в камере с трубопроводом (рис.2), охватывающем защищаемые помещения, и через них «прокачивался» воздух из них. Иными словами, если возникали ОФПВ, то они «втягивались в камеру с датчиками» и обнаруживались быстрее на порядок и более [5].

Рисунок 2 – Схема аспирационного способа

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.

Однако и в случае применения аспирационных систем, возникает проблема ложных срабатываний даже комбинированных извещателей, т.к. идентификация ОФПВ представляет собой сложную задачу.

В нашей стране общепринятое моделирование температурного режима развития пожара осуществляется по уравнению [6]:

T = 345lg(8t+1) + Tо (1)

где T – температура, °С; t – время, мин., Tо - температура в помещении на момент загорания, °С;

Рисунок 3 – Графики «стандартного пожара»

Как следует из графика уравнения (1), производная от него (рис.3) не имеет ни максимумов, ни минимумов, т.к. является гиперболической функцией, асимптотически приближающейся к оси «t». Это не позволяет с помощью теплового сенсора однозначно выделить начальную стадию пожара, что приводит к многочисленным ложным срабатываниям тепловых пожарных извещателей [2, 3].

Таблица 1 – Нормированные значения ОФП

№, п/п	Опасный фактор пожара	Предельное значение
1.	Окись углерода (угарный газ) - СО	1,16 г/м3 (0,1% объема)
2.	Двуокись углерода (углекислый газ) - СО2	0,00011 г/м3
3.	Хлористый водород	0,000023 г/м3
4.	Температура	70°С
5.	Интенсивность теплового излучения	1,4 кВт/ м2
6.	Концентрация кислорода	15%
7.	Предельная видимость в дыму	20 м.

Нормированные значения (таб.1) опасных факторов пожара (ОФП) и графики функций их основных компонент (рис.4-6), полученные с помощью программы INТМОDЕL (численного решения системы дифференциальных уравнений методом Рунге-Кутта-Фельберга 4-5 порядка точности с переменным шагом), позволяют утверждать, что - если дополнить тот же мульти датчик (рис.1) кислородным сенсором, и осуществить синхронное сравнение соответствующих производных, то можно идентифицировать возникновение пожара на начальной стадии загорания, в связи с наличием экстремумов на ней [7].

Рисунок 4 – График зависимости среднеобъемной концентрации монооксида углерода

В то же время проведенными исследованиями установлено, что низкое качество потребляемой электроприборами электроэнергии (например, пониженное или повышенное напряжение, фазовый сдвиг тока и напряжения и т.д.) уменьшает технический ресурс бытовых электроприборов и создает условия для возникновения в них пожароопасных отказов, т.е. увеличивает вероятность пожаров по электротехническим причинам [8].

Рисунок 5 - График зависимости среднеобъемной концентрации кислорода

Рисунок 6 - График зависимости среднеобъемной оптической плотности дыма

Поэтому, для определения пожарно-электрического вреда (ПЭВ) от бытовых электроприборов, будет использован способ определения ПЭВ и опасных факторов пожара (ОФП) с помощью электросчетчика-извещателя (ЭСИ), осуществляющего раннее обнаружение ОФП, с помощью прокачивания воздуха защищаемых помещений через аспирационную систему с ним, синхронно измеряющего и оцифровывающего сетевое напряжение и потребляемый ток в реальном масштабе времени, с вычислением стандартных параметров качества электроэнергии, по которым вычисляются и отдельно визуализируются потребленная электроэнергия с допустимым качеством и недопустимым, значения которых умножаются на соответствующие вероятности пожаров и суммируются, определяя и визуализируя ПЭВ [9]. При этом раннее обнаружение ОФП отличается тем, что для достоверного обнаружения ОФП в помещениях, где размещена аспирационная система, в ЭСИ установлены, по меньшей мере, три разных датчика, синхронно реализующих три разных способа регистрации ОФП - тепловой, дымовой и газовый [10].

При дальнейшем совершенствовании в ЭСИ были введены – GSM модем, для оповещения «аварийных служб» (пожарной и электроаварийной»), и блок компенсации реактивной мощности, который подавлял ПЭВ, сглаживая «не качественность электроэнергии» и отключал электроснабжение, при пожароугрожаемом режиме (рис. 7), а также подключался к газовому счетчику с электромагнитным клапаном “Гранд-SPI”, в связи с чем, было введено понятие пожарно-энергетического вреда [2,7]:

ПЭВ = Рд∙Wд + Рнд∙Wнд + Рг∙Wг (2)

где Wг – общее количество газа, израсходованное потребителем за время t; Рг – вероятность взрыва и/или пожара из-за утечки бытового газа в газовых приборах; Wд – количество израсходованной электроэнергии при допустимых отклонениях; Wнд – количество израсходованной электроэнергии при недопустимых отклонениях; Рд – вероятность пожара электроприбора при допустимых отклонениях; Рнд – вероятность пожара электроприбора при недопустимых отклонениях.

Рисунок 7 – Блок-схема ЭСИ с блоком компенсации реактивной мощности

Результаты исследования и их обсуждение. В настоящем исследовании планируется «превратить» сплит-систему в извещатель, путем сопряжения контроллера внутреннего блока сплит-системы с ЭСИ, но без аспирационной системы, датчики которой «перенести» во внутренние блоки сплит-системы, куда подключить и газовый счетчик (рис.8 «а»), и аналогичные датчики горячей и холодной воды с запорными клапанами (рис.8 «б»), имеющими порты для передачи данных (разъемы, SIM и SMART карты), для чего во внутреннем блоке установить более мощный контроллер с модулями ввода-вывода и GSM-модем.

а) б)

Рисунок 8 – Газовый счётчик Гранд-SPI и счётчики воды «Гранд СВ ТЛМ»

Заключение. На основе анализа функционирования инженерных систем зданий жилого сектора выявлены основные причины возникновения пожаров, описаны существующие методы обнаружения пожаров, а также выбраны счетчики коммунальных услуг, данные которых будут «собираться» контроллером сплит-системы-измещателя и с помощью GSM-модема передаваться в «аварийные службы», осуществляя тем самым раннее обнаружение ОФПВ и предотвращение пожаров и взрывов, путем отключения электро- и газоснабжения.

Одновременно будет решена задача передачи данных о потреблении газа, электроэнергии, холодной и горячей воды с помощью GSM-модема в ресурсоснабжающие/управляющие компании (электро-, газо- и водоснабжения).

Список литературы

1. Мешалкин Е.А. Пожарная безопасность жилых зданий //Системы безопасности.- 2013.- № 1, с.106-109.

2. Прогнозирование, анализ и оценка пожарной безопасности / Е.И. Богуславский, В.В. Белозеров, Н.Е. Богуславский. – Ростов н/Д: РГСУ, 2004. – 151с.

3. Членов А.Н., Фомин В.И., Буцынская Т.А., Демехин Ф.В. Новые методы и технические средства обнаружения пожара – М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. – 175 с.

4. Шаровар Ф.И. Принципы построения устройств и систем автоматической пожарной сигнализации. - М.: Стройиздат, 1983. - 335 с.

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

6. Кошмаров Ю. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении – М.: АГПС МВД РФ, 2000. – 118 с.

7. Белозеров В.В.. Денисов А.Н.. Долаков Т.Б.. Ворошилов И.В.. Никулин М.А.. Олейников С.Н.. Белозеров Вл.В. «Способ раннего и достоверного обнаружения опасных факторов пожара с подавлением пожарно-электрического вреда в жилых помещениях» — Заявка на изобретение RU 2021112049 от 27.04.2021.

8. Белозеров В.В., Топольский Н.Г., Смелков Г.И. Вероятностно-физический метод определения пожарной опасности радиоэлектронной аппаратуры //Научно-техническое обеспечение противопожарных и аварийно-спасательных работ: Материалы ХII Всероссийской науч.-практ.конф. – М.: ВНИИПО, 1993. – С. 23–27.

9. Белозеров В.В., Олейников С.Н. Способ определения пожарно-электрического вреда и опасных факторов пожара с помощью электросчетчика-извещателя //Патент RU 2622558 от 16.06.2017, заявка № 2012138274 от 07.09.2012 - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=38283125 (дата обращения 14.01.2022).

10. Олейников С.Н. Электросчетчик-извещатель пожарно-электрического вреда //Патент на полезную модель RU 135437 U1 от 10.12.2013. Заявка № 2013117242/08 от 16.04.2013.

Код для цитирования: Скопировать