Возможности беспроводных технологий в управлении системами пожаротушения

 

 

Возможности беспроводных технологий в управлении системами пожаротушения.

 

 

Существует несколько точек зрения на вопрос автоматического пожаротушения. Их можно разделить на «любительские» и «профессиональные».
К первым можно было бы серьезно не относиться, если бы именно они не определяли востребованность тех или иных технических средств безопасности через критерий «цена/качество». Причем с акцентом в первой части критерия.
Вторая точка зрения основывается на профессиональных знаниях и зачастую горьком опыте пожарных, рискующих своими жизнями и здоровьем и ежедневно сталкивающимися с последствиями «любительских» подходов к безопасности.

 

Противоречие между любительским и профессиональным подходами существует как факт, и всем приходится с этим считаться. Так, большинство «тушил» не рассчитывают на то, что автоматика при пожаре сделает за них всю работу самостоятельно, или вообще не обращают внимания на ее отсутствие или наличие. Эта ситуация недоверия сложилась не сегодня, а предпосылок для ее перелома и сейчас очень немного. Но, по крайней мере, они уже появились!
Что же сегодня делается для того, чтобы разорвать такое противоречие?
Для ответа на этот вопрос попробуем разобраться, что же такое пожар и как с ним бороться.

 

 Основы для понимания


Пожаром называется неконтролируемое горение вне установленного очага. Пожар приводит к гибели людей, потере материальных ценностей, наносит ущерб здоровью граждан, интересам общества, государства.
Существует следующая классификация пожаров:

- класс А – горение твердых веществ;
- класс В – горение жидких веществ;
- класс С – горение газообразных веществ;
- класс D – горение металлов;
- класс Е – горение электроустановок.
 
Развитие пожара во времени зависит от конкретных условий его протекания (газообмена, пожарной нагрузки и др.) и характеризуется тремя фазами:

 

    1-я фаза (начальная стадия) сопровождается повышением среднеобъемной температуры до величины порядка 200˚С;
    2-я фаза (основная стадия) характеризуется быстрым развитием всех параметров и опасных факторов пожара до максимальных значений;
    3-я фаза (конечная стадия) характеризуется догоранием материалов и их тлением.

 

Тушение пожаров осуществляется в результате воздействия огнетушащих веществ (ОТВ), т.е. веществ, физико-химические свойства которых позволяют создавать условия для прекращения горения. Смеси отдельных ОТВ называются огнетушащими составами.
Каждое ОТВ, воздействуя на очаг горения, определяет основной эффект тушения. Так, вода оказывает преимущественно охлаждающее действие; пены – изолирующее; порошки – ингибирующее, газы – флегматизирующее.
При выборе огнетушащего вещества исходят из возможности получения наилучшего огнетушащего эффекта при минимальных затратах. Применяемые ОТВ не являются универсальными и в ряде случаев несовместимы с горящими материалами.

В общем случае алгоритм построения системы противопожарной защиты объекта выглядит следующим образом [1]:

● выбор и подготовка исходных данных;
● расчет критического времени развития пожара;
● выбор огнетушащего вещества, способа пожаротушения и типа автоматической установки пожаротушения (АУПТ);
● обоснование основных параметров АУПТ;
● окончательный выбор АУПТ.

Сами установки пожаротушения можно условно разделить на две большие группы по способу хранения огнетушащего вещества – с централизованным и распределенным хранением.
Оба вида подразумевают достаточность количества ОТВ для ликвидации пожара. Однако основой успешного тушения является своевременность обнаружения очага и подача ОТВ в защищаемую зону с заданной интенсивностью.
Даже неспециалисту становится понятно, какое количество информации необходимо собрать об объекте защиты, грамотно обработать и полученные результаты воплотить в виде сложной технической системы из компонентов, зачастую выпущенных разными производителями. Ведь компаний, предлагающих комплексное решение всех сопутствующих вопросов, очень немного. А каждый объект защиты становится некоторым «произведением технического искусства», автор которого – главный инженер проекта!
 
Рекомендации, методики, расчетные формулы, информационные материалы и справочные данные для решения задачи противопожарной защиты существуют и прописаны в нормативных документах, но их практическое применение в абсолютном большинстве случаев вызывает сложности.
К сожалению, при проектировании систем противопожарной защиты почти никогда не принимаются во внимание базовые понятия о процессах обнаружения и тушения пожара. Происходит подмена анализа возможных причин и прогноза развития очага  бездумнымвыполнением требований нормативных документов.

 

Проблемы практического использования теоретических основ

 

В действующем сегодня Своде правил СП5.13130.2009 «Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования», являющемся настольной книгой любого специалиста по пожарной автоматике, есть п.4.3.
Он фактически говорит о выработке стратегии пожарной защиты конкретного объекта организацией-проектировщиком. Но вот сам процесс принятия решения, его обоснование остается «за кадром», особенно в тех случаях, когда формального отступления от требований СП5.13130.2009 не происходит.

Яркими примерами некорректного построения систем являются следующие технические решения:

Использование единого (хотя и нормативно допустимого) типа пожарных извещателей (ПИ) для организации реакции всех составляющих системы противопожарной защиты (АУПТ, системы оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ), дымоудаления (ДУ) и т.п.).
Редко в каком проекте можно увидеть расчет времени наступления опасных факторов пожара (ОФП). А ведь именно он определяет процесс развития пожара и позволяет представить всю картину необходимого взаимодействия инженерных систем в нештатной ситуации. Без такого расчета грамотный алгоритм защиты реализовать затруднительно.

Как следствие, часто происходит формирование сигналов пуска средств тушения, ОТВ которых представляет собой мелкодисперсные составы (аэрозоль, порошок, водяной туман), по сигналу дымовых ПИ. Такая ситуация приводит к «лавинному» эффекту срабатывания автоматической установки пожаротушения (АУПТ) не только (и не столько) в зоне возниковения пожара, сколько в тех зонах защиты, куда распространилось облако ОТВ. Это, как минимум приводит к нанесению существенного материального ущерба и как максимум к потере возможности ликвидации пожара на объекте. Бывают и иные ситуации, когда из-за неверного выбора ПИ автоматика срабатывает несвоевременно и неэффективно.
Программирование логики работы системы защиты, основанной на ложных предпосылках.

Это обусловлено либо отсутствием верного прогноза возникновения и развития пожара, либо некоторыми переменами в технологическом процессе объекта, происходящими в ходе его ежедневной эксплуатации. Ведь уведомлять проектную или обслуживающую систему АПЗ организацию, например, о перемещении склада из одного конца помещения в другой директора заводов как-то не привыкли…

Подобных примеров можно привести много. Они просто подчеркивают сложность решаемой задачи, но ни в коей мере не оправдывают появления нежизнеспособных технических решений. Пока такие решения появляются и реализуются, противоречие между «любительским» и «профессиональным» подходом существует.

Пусть техническое совершенство различных компонентов систем безопасности непрерывно растет, но задачей современных систем управления техническими средствами противопожарной защиты должна являться не только возможность надежной реализации заданных функций, но и активное взаимодействие с динамическими параметрами очага пожара, обеспечиваемое наличием гибких обратных связей и возможностью использования различных алгоритмов взаимодействия для разных сценариев развития ситуации.
Иначе можно сказать, что современная система противопожарной защиты должна перестать быть жестко ориентированной на ликвидацию конкретного предполагаемого очага, а должна стать адаптивной.

 

 Пути развития идеологии

 

Рассматривая основы для построения адаптивной системы, удобно опереться на следующую классификацию структур передачи информации о пожаре
(Рис. 1):

 

К известным недостаткам этих вариантов в случае взаимодействия с АУПТ добавляется фактор необходимости их работы в условиях развивающегося пожара минимум до момента прохождения по проводной сети командного импульса к исполнительным устройствам системы пожаротушения. Очевидно, что время воздействия ОФП на структуру передачи команд управления существенно больше, чем на структуру получения информации. Чем дальше от момента обнаружения пожара отстоит момент активного воздействия, тем выше вероятность фатального повреждения структуры. Причем эта зависимость совсем не линейна…
Реализация схемы c) является более надежной, но только в том случае, когда ей соответствует и схема подвода мощности для исполнительных элементов. В противной ситуации – АПС реализована по схеме c), а силовая цепь – по схемам а) или b) – конечная надежность всей системы остается низкой.

Нельзя не отметить и постоянный рост затрат на защиту проводных линий связи при отсутствии гарантированного результата.
Наиболее полно для реализации адаптивной системы подходит гибкая и надежная структура d), т.е. беспроводная с динамической маршрутизацией. Причина даже не в том, что ее надежность при обмене данными выше структур а)- c), а в использовании именно беспроводной технологии.

Особенность радиосигнала состоит в его свойстве присутствовать во всем защищаемом объеме одновременно. Соответственно этот сигнал может использовать любое размещаемое в этом пространстве специализированное уст-ройство. Таким образом, возникает потенциальная возможность прямого взаимодействия контролируемой среды (беспроводные ПИ) с размещенными в ней средствами коррекции ее параметров (модули тушения).

Первым примером реализации такого подхода может послужить беспроводная система модульного пожаротушения на базе оборудования АУП «Гарант-Р», взаимодействующая с тепловым полем пожара
(рис. 2)

 

Роль центрального прибора в этом случае сводится к двум задачам:

 

- контроль исправности состояния оборудования в дежурном режиме;


- отображение и архивирование ситуации при пожаре для последующего анализа.


А вот базовая функция – принятие решений, формирование воздействий и динамический контроль ситуации, в т.ч. и по результатам воздействия – должна быть передана тем устройствам, которые непосредственно контролируют и управляют ситуацией в своем локальном пространстве.

 

 Следующий шаг

 

Отдельного внимания при реализации адаптивной системы требуют алгоритмы взаимодействия компонентов. Эта задача – принципиально иная, нежели традиционно решаемые производителями пожарного оборудования. Здесь недостаточно обеспечить точность и надежность отдельных устройств – извещателей, приборов и средств обмена информацией. Современные технические средства уже обладают положительными качествами в полной мере. Теперь важно научить их взаимодействовать между собой!

Сегодня уже реально существуют оба необходимых компонента для создания и реализации таких алгоритмов.
С одной стороны – это математический аппарат для проработки задачи взаимодействия компонентов. Он сложен, т.к. сама задача многофакторна и нелинейна. Но основой для алгоритмизации могут являться зонные и полевые модели, позволяющие на основании научно-обоснованного прогноза динамики ОФП проводить оптимизацию действий систем пожаротушения, дымоудаления и механической вентиляции с учетом реальных параметров возникновения, распространения и развития пожара, теплофизических и химических свойств конкретной горючей нагрузки и теплофизических свойств материала строительных конструкций.

С другой – это реально существующие технические средства, позволяющие контролировать значения ОФП в реальном времени в любой точке размещения.

Вот только некоторые из возможностей, которые могут реализовываться адаптивной системой пожаротушения с использованием беспроводного информационного обмена с динамической маршрутизацией:

 

● Тушение пожара в начальный период его развития становится существенно легче и дешевле.

 

Очевидно, что с увеличением числа точек контроля повышается достоверность пространственного анализа. Если 10 из 10 точек дают изменение параметра – это может быть как признаком пожара, так и, например, нагревом кровли вследствие восхода солнца. Но те же 10 из уже 100 точек не только фиксируют факт флуктуации теплового поля, но и  локализуют место. Динамика изменений периметров позволяет экстраполировать ситуацию развития пожара и принять меры по его ликвидации на более ранней стадии. Это минимизирует время свободного развития и, следовательно, наносимый пожаром ущерб.

Решение о тушении может быть принято по совокупности анализируемых значений ОФП, причем до того, как ОФП в любой из точек контроля достигнут нормированного значения срабатывания ПИ.

 

● Перестает быть проблемой тушение разливов жидкостей.

 

При использовании АУПТ с ограниченным запасом ОТВ, к которым относятся модульные системы, становится важна синхронизация пуска зон тушения.    Это особенно актуально при воздействии на динамичные очаги пожара с высокими линейными скоростями распространения. К таким очагам, как правило, относятся классы пожаров «В» и «С». Если вследствие аварии происходит растекание ГЖ или ЛВЖ на большой площади с последующим воспламенением, то одновременность воздействия на всю поверхность традиционные системы обеспечить, как правило, не могут. Задержка запуска соседних зон приводит к существенному снижению работы АУПТ, вплоть до полной несостоятельности.

 

● Многократно повышается надежность АСПЗ.

 

Понятие расчета надежности автоматической системы введено в методику определения расчетных величин пожарного риска. Учитывается такой показатель как вероятность эффективной работы системы противопожарной защиты (рпз).
Теория надежности автоматических систем однозначно определяет снижение надежности в случае увеличения числа используемых в системе компонентов, надежность каждого из которых конечна. Современные технические средства позволяют достаточно просто наращивать структуру почти до бесконечности. Вот и вероятность отказа системы может возрасти почти до 1. Результат – сложные технические системы, в которых в любой момент времени присутствуют один или несколько неисправных компонентов. Для каких-то систем (см. структуры а) – с)) отказ может быть фатальным, для каких-то (структура d)) критичным, как правило, не является. Но сама возможность построения структуры d) закладывается конструктивно в оборудование. Такое оборудование способно создавать локальные зоны «принятия решений» самостоятельно, без поддержки единого центра управления.

В то же время оборудование для создания структур а) – с) развивается широчайшим образом, в т.ч. и в направлении увеличения числа компонентов. При этом такой метод повышения надежности, как обязательное резервирование жизненно важных узлов, в нормативных документах до сих пор не нашел отражения.

 

● Контролируется эффективность работы системы автоматического тушения.

 

Некоторая несообразность в требованиях к системам тушения сегодня наблюдается в отсутствии автоматического контроля результатов их применения. Действующие нормативные документы не ставят такой задачи, хотя обратная связь в любой системе автоматического регулирования – базовое требование к ее работоспособности.

Контроль эффективности работы АПЗ позволяет не только регулировать адаптивные алгоритмы, но и формировать рекомендации по оперативному реагированию для наземных сил и средств, фактически исключая риск разведки горящего объекта.

Экономическая оценка мониторинга, например, тепловых полей на складе стеллажного хранения бытовой техники, проведенная лишь через критерий ущерба за время свободного развития пожара до начала его тушения пожарными подразделениями, часто показывает окупаемость затрат на такую систему АПЗ за несколько минут.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Данная статья изначально задумывалась, как аналитическая, но в ходе работы над ней автор отказался от сравнения присутствующего на рынке оборудования АПЗ по ряду формализованных признаков.
Кажется более важным не продвижение на рынок конкретного оборудования, а формализация общей тенденции развития с учетом открывающихся технологических возможностей.   
Системное решение задачи противопожарной защиты позволяет не только сократить ущерб, снизить капитальные вложения, но и сохранить реальные жизни людей и их здоровье.

 

А.М. Мацук
Заместитель генерального директора ГК "Этернис"

Наши партнеры
  • Гарант
  • ТД Тинко
  • Луис+
  • ТМ
  • ИД Безопасность