Nietypowe przypadki detekcji pożaru

mł. bryg. mgr inż. Waldemar Wnękkpt. mgr inż. Przemysław Kubica

Celem stosowania systemów sygnalizacji pożarowej jest szybkie, bezbłędne wykryciepożaru i alarmowanie o tym fakcie. Realizacja tego zadania wymaga od projektantaodpowiedniego doboru czujek pożarowych, które zagregują we wczesnej fazie pożaru, ajednocześnie nie będą powodować fałszywych alarmów. O doborze czujek w głównej mierzedecydują:

materiały znajdujące się w zabezpieczanym pomieszczeniu; geometria pomieszczenia; specyficzne warunki panujące w pomieszczeniu (kurz, wentylacja itp.)

W tradycyjnych pomieszczeniach np. biurowych, czy pokojach hotelowych wybórrodzaju czujek nie stanowi specjalnego problemu. Jednak w miarę komplikacji obiektuzabezpieczanego wykonanie poprawnie działającego systemu sygnalizacji pożarowej stanowicoraz trudniejsze wyzwanie. W sukurs przychodzą producenci systemów oferjuąc rozwiazaniana miarę potrzeb.

Niedogodności spotykane podczas projektowania

Do najczęstszych utrudnień, jakiem muszą stawiać czoła projektanci, należą: wysokie pomieszczenia, np.: atria, magazyny wysokiego składowania,

kościoły; intensywna klimatyzacja pomieszczeń, np.: serwerownie, centrale

telekomunikacyjne; zapylenie powietrza w pomieszczeniu, np.: obiekty przemysłowe, w

szczególności młyny, zakłady przemysłu drzewnego; obecność niewielkich owadów, np.: hotele, domy letniskowe w pobliżu lasu; duża wilgotność powietrza, np.: ogrody botaniczne, sauny; zabezpieczenie budynku od zewnątrz, np.: drewniane obiekty zabytkowe,

skanseny, kościoły; wysoka estetyka lub zabytkowy charakter wnętrz.

W pomieszczeniach wysokich występuje zjawisko chłodzenia gazów pożarowych .Dym unosi się do góry dzięki różnicy temperatur. Cieplejsze gazy posiadają mniejszą gęstość,w związku z czym siła wyporu nadaje im przyspieszenie ku górze. W miarę unoszenia sięgazy pożarowe oddają ciepło do otoczenia i przy dostatecznie wysokich pomieszczeniachmogą w ogóle nie dotrzeć do czujki umieszczonej pod sufitem. Dodatkowo w górnej częścipomieszczeń znajduje się zawsze warstwa cieplejszego powietrza, która utrudnia penetracjęprzez gazy chłodniejsze. Efekt ten intensyfikowany jest zwłaszcza w lecie, kiedy promieniesłoneczne nagrzewają dach budynku. W związku z powyższym w początkowej fazie pożaru,gdy szybkość generacji ciepła jest stosunkowo niewielka, gazy pożarowe docierają do pewnejwysokości pomieszczenia, a następnie rozprzestrzeniają się w kierunkach poziomych.Zjawisko to spotykane jest w literaturze pod nazwą stratyfikacji. Zastosowanie punktowychczujek dymu lub ciepła w tego rodzaju pomieszczeniach spowoduje wykrycie pożaru zniedopuszczalnie długim opóźnieniem. Dlatego w aktualnej polskiej normie [1] dotyczącejprojektowania systemów sygnalizacji pożarowej przewiduje się maksymalne wysokości dlapunktowych czujek ciepła i dymu odpowiednio 8 m i 11 m.

1

Nieustanna cyrkulacja powietrza w pomieszczeniu powoduje, że w przypadku pożarunie powstaje klasyczny stożek dymu. Dym rozprowadzany jest równomiernie po całympomieszczeniu, tym samym jego stężenie jest wielokrotnie mniejsze. Rozmieszczenie czujekw oparciu o metodykę wykorzystującą promień działania czujki może spowodować znaczneopóźnienie wykrycia pożaru. Taka sytuacja ma miejsce w tzw. serwerowniach, gdzienagromadzona jest duża ilość komputerów wymagających ciągłego chłodzenia. Chłodzenierealizowane jest przez zewnętrzne klimatyzatory, które wprowadzają w ruch powietrze wcałym pomieszczeniu, jednocześnie nadając mu odpowiednią temperaturę, wilgotność i składchemiczny.

Rys.1. Serwerownia. W podłodze widoczne otwory klimatyzacyjne

Pomieszczenia, w których w noramalnych warunkach występują duże zaniczyszczeniapowietrza cząstki stałymi unoszącymi się w powietrzu stanowią spory problem, jeżeli mająbyć zabezpieczone czujkami dymu. Zawieszone w powietrzu kurze i pyły stanowiąpotencjalne źródło fałszywych alarmów dla tego rodzaju czujek. Zastosowanie czujek ciepłapozwoli na uniknięcie kłopotliwych fałszywych alarmów, ale z kolei obniży czułość systemu,często poza granice akceptowalności.

Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku pomieszczeń penetrowanych przezniewielkie owady, które potrafią przedostać się do wnętrza czujki i wprowadzić ją w stanalarmu. Badania tego zjawiska dowodzą, że owady potrafią pokonać otwory o średnicach 150mikronów [2]. Siatka ochronna tradycyjnej punktowej czujki dymu nie może mieć tak małychotworów, gdyż obniżałoby to czułość czujki, zwłaszcza po osadzenia się kurzu i zabrudzeń.Zjawisko fałszywego pobudzania czujek przez owady nasila się szczególnie w okresie letnimw obiektach usytuowanych blisko natury, silosach zbożowych itp.

Problematycznym zagadnieniem dla projektantów może być zabezpieczenie obiektów,w których występuje duża wilgotność powietrza. Sytuacja ta dotyczy obiektów takich jakogrody botaniczne, szklarnie, sauny. W normalnych warunkach użytkowania wilgotność jestna tyle duża, że woda wykrapla się niemal na każdym materiale stałym, zwłaszcza w górnychobszarach pomieszczenia. Montaż tradycyjnych czujek w takim środowisku spowodujeszybkie uszkodzenie układów elektronicznych, zagraża częstymi zwarciami i nieprawidłowąpracą całego systemu. Kolejnym czynnikiem utrudniającym zabezpieczenie takichpomieszczeń jest mgła wodna, powstająca gdy wilgotność powietrza przekroczy punkt rosy.Pojawienie się mgły może wprowadzić tradycyjną czujkę dymu w stan alarmu.

2

Zabezpieczenie obiektu od zewnątrz dotyczy w szczególności budynków drewnianych,których właściciel liczy się możliwością celowego podpalenia. Najczęściej w takichokolicznościach system sygnalizacji pożaru w wykorzystywany jest również do uruchamianiaurządzenia gaśniczego, dlatego jego praca powinna być niezawodna. Realizacja tego zadanianie należy do najprostszych, ponieważ warunki atmosferyczne stanowią zagrożeniebezpośrednio dla detektorów, ponadto należy uwzględnić występowanie wiatru, który utrudnidotarcie dymu do czujki.

Pomieszczenia zabytkowe, w których estetyka odgrywa pierwszoplanową rolę,wymuszają na projektancie odpowiednie wkomponowanie zarówno samej czujki, jak i liniidozorowej. Przy czym dążenie do jak najmniejszej ingerencji w charakter wnętrza nie możeodbywać się kosztem czułości systemu. Znany jest przypadek, gdy projektant chcąc jaknajbardziej ukryć czujkę, umieścił ją w kominku (sic!).

Rozwiązania techniczneAsortyment produktów oferowanych przez firmy związane z systemami sygnalizacji

pożarowej stale się rozszerza i można bez dużej przesady stwierdzić, że techniki detekcji są wstanie sprostać niemal wszystkim oczekiwaniom projektantów systemów. Wśród rozwiązań,które zostały rozpropagowane w ostatnich latach warto zwrócić szczególną uwagę na:

czujki zasysające (aspiracyjne, próbkujące) czujki bezprzewodowe liniowe czujki ciepła czujki z detektorami gazów czujki punktowe z filtrami powietrza

Idea działania czujek zasysających polega na pobraniu próbki powietrza zpomieszczenia chronionego i dostarczeniu jej do detektora dymu. Czujka składa się z układururek zasysających z otworami próbkującymi, przez które doprowadzających powietrze doszczelnej komory, w której znajduje się detektor dymu. Przepływ powietrza poprzez rurkiwymusza wentylator zainstalowany w tej samej komorze. Urządzenie wyposażone jest wsystem monitorowania przepływu powietrza, pozwalający wykryć pęknięcie rurki bądźzatkanie otworów próbkujących.

Rys.2 Schematy systemów zasysających firmy Schrack-Seconet [3]

3

Rys.3 Czujka zasysająca firmy Cerberus

Zanim próbka powietrza dotrze do detektora dymu podlega procesowi filtracji. Układfiltrów musi być tak dobrany, aby zostały usunięte wszelkie zanieczyszczenia ale pozostałycząsteczki dymu. Ponadto na przewodach zasysających mogą być zamontowane skraplaczepary, urządzenia antydetonacyjne oraz dodatkowe filtry. Zastosowanie filtrów powoduje, żemożna zastosować detektory o bardzo dużej czułości, co w tradycyjnych punktowychczujkach dymu jest niewskazane ze względu na liczne fałszywe alarmy. Czułość czujekzasysających, mierzona jako procent osłabienia promieniowania na długości jednego metra,może być nastawiona już na poziomie 0,005 [%/m]. Dzięki filtrom eliminowany jest problemzanieczyszczeń powietrza oraz owadów wchodzących do czujki, stąd czujki zasysające zpowodzeniem są stosowane do zabezpieczania m.in. młynów w Wielkiej Brytanii.

Możliwość pracy w zakresie podwyższonej czułości oraz zasysanie próbek powietrzasprawiły, że czujki te stanowią niejako standardowe zabezpieczenie pomieszczeń, w którychpracują klimatyzatory. Rozrzedzony dym nie byłby w stanie pobudzić tradycyjnej czujkidymu, dodatkowo efekt zasysania powoduje, że dym szybciej dotrze do detektora czujkizasysającej.

Czujki zasysające znakomicie nadają się do zabezpieczania dużych przestrzeni,pojedyncza czujka może zabezpieczać powierzchnię nawet 2000 m2 [4]. Przy czym, jeżeliotwory próbkujące będą rozmieszczone w różnych przestrzeniach, czujka nie rozróżni, wktórym pomieszczeniu nastąpił pożar. Aby precyzyjnie określić miejsce pożaru, jedna z firmopracowała system pracy czujek zasysających w układzie macierzowym, który może byćźródlem sporych oszczędności w przypadku zabezpieczania rozległych hal. Skrzyżowaniekażdych dwóch rurek zasysających odpowiada jednej punktowej czujce.

Rys.5 Czujki zasysające w układzie macierzowym [4]

4

Pionowe prowadzenie rurek zasysających sprawia, że można ten rodzaj detekcjizastosować do ochrony wysokich przestrzeni. Rozmieszczenie otworów próbkujących naróżnych wysokościach pozwoli na wykrycie pożaru mimo stratyfikacji dymu. Wysokiepomieszczenia typu atrium zazwyczaj zabezpieczano za pomocą liniowych czujek dymu naświatło pochłonięte, które umieszczano na różnych wysokościach. Metoda wykorzystującaczujki zasysające jest o tyle dogodniejsza, że w przypadku czynności serwisowych komora zdetektorem może być dostępna z poziomu podłogi, natomiast serwisant liniowej czujkiumieszczonej pod sufitem ma bardzo utrudnione zadanie. Co więcej, duże atria wykonane zeszkła i stali w gorące dni mogą wykazywać nieznaczne odkształcenia termiczne, w wynikuktórych nastąpi wzajemne przesunięcie nadajnika i odbiornika czujki liniowej, skutkującesygnalizacją stanu uszkodzenia czujki.

Rys.6 Stratyfikacja dymu w atrium [4]

Brak detektorów w przestrzeni zabezpieczanej predysponuje czujki zasysające dozabezpieczania obiektów zabytkowych i innych, gdzie estetyka wnętrza odgrywa nadrzędnąrolę. Wkomponowanie rurki zasysającej w określonych przypadkach może być łatwiejsze niżzamaskowanie punktowej czujki i przewodów linii dozorowej.

5

Rys.7 Schemat rozmieszczenia detektorów w zabytkowym kościele [4]

Rys.8 Otwór próbkujący czujki zasysającej

Innym rozwiązaniem znajdującym zastosowanie w obiektach zabytkowych jestzastosowanie bezprzewodowych czujek punktowych. Ukrycie przewodów linii dozorowejniejednokrotnie zmuszało projektantów do nadludzkiego wysiłku intelektualnego i nie zawszekończyło się sukcesem. Technika bezprzewodowa eliminuje problem okablowania, pozostajetylko dobór kolorystyki samej czujki, umożliwiający zamaskowanie na tle sufitu. Czujkibezprzewodowe poza detektorem dymu posiadają wbudowany układ nadawczo/odbiorczyoraz baterię zasilającą. Komunikacja z centralą odbywa się poprzez bramkę radiową

6

instalowaną w linii dozorowej. Jeżeli komunikacja z bramką radiową jest niemożliwa,wówczas czujki komunikują się za pośrednictwem innych czujek w systemie. W zależnościod producenta parametry systemów bezprzewodowych mogą różnic się miedzy sobą. Systemyfirmy Schrack-Seconet, przedstawione na schemacie, umożliwiają współpracę jednej bramkiradiowej z trzydziestoma czujkami bezprzewodowymi, zasięg nadajnika w budynku wynosi40 m, co daje projektantowi dużą swobodę. Firma posiada w swojej ofercie równieżbezprzewodowy ręczny ostrzegacz pożarowy, współpracujący z bramką radiową na takichsamych zasadach jak czujki. System może być monitorowany za pomocą zewnętrznegokomputera.

Rys.9 Schemat pracy czujek bezprzewodowych w linii dozorowej [3]

Wykrycie pożaru za pomocą czujek temperatury następuje z pewnym opóźnieniem wstosunku do innych rodzajów czujek. Niemniej jednak, zastosowanie liniowych czujektemperatury stanowi bardzo dobry sposób detekcji pożarów zewnętrznych. Wykorzystywanem.in. do zabezpieczania instalacji i zbiorników w przemyśle petrochemicznym, tunelidrogowych, kanałów kablowych, drewnianych obiektów zabytkowych. Liniowe czujkitemperatur charakteryzują się duża odpornością na warunki atmosferyczne. W zależności odsposobu detekcji można wyróżnić czujki wykorzystujące zmianę parametrów elektrycznych,pneumatyczne oraz czujki światłowodowe. W pieszym przypadku funkcję detektora pełnitermoczuły kabel, który pod wpływem temperatury zmienia np. swoją oporność. Zmianaparametru elektrycznego rejestrowania jest przez urządzenie monitorujące. Zasada działaniaczujek pneumatycznych opiera się na monitorowaniu zmian ciśnienia w elementachdetekcyjnych. Elementami detekcyjnymi mogą być np. miedziane rurki wypełnionepowietrzem, jak ma to miejsce w przypadku systemów firmy Schrack. Znane są równieżdetektory w postaci rurek z tworzywa sztucznego, które pod wpływem zwiększonejtemperatury topi się całkowicie tracąc szczelność. Takie czujki po każdym zadziałaniuwymagają wymiany. Najbardziej zaawansowane technicznie jest rozwiązanie wykorzystująceświatłowody. Znajomość praw rozchodzenia się wiązki laserowej w światłowodzie pozwalana pomiar temperatury, określenie miejsca wystąpienia zagrożeń kierunku rozchodzenia sięognia i szerokości strefy. Możliwość lokalizacji miejsca pożaru stanowi podstawowy atut tejczujki w porównaniu do pozostałych liniowych czujek ciepła. Oferowane przez firmęCerberus światłowodowa czujka FibroLaser II, posiada możliwość zabezpieczania długości4000 m, umożliwiając określenie miejsca pożaru z dokładnością do 1,5 m [5].

7

Rys.10 Liniowe czujki ciepła wykorzystujące zmianę parametrów elektrycznych

Rys.11 Liniowa pneumatyczna czujki ciepła [3]

Fałszywe alarmy generowane przez czujki stanowią zmorę użytkowników systemówsygnalizacji pożarowej. Producenci podejmują rozmaite próby ograniczenia tegoniepożądanego zjawiska. Działania producentów skupiają się zarówno na opracowaniuoprogramowania analizującego informacje przekazywana od detektorów zjawisk pożarowych,jak i na implementowaniu nowych typów detektorów. Interesującą propozycję stanowiwielosensorowa czujka firmy Bosch Security Systems - Magic.Sens OTC 410 LSN. Czujka taposiada w jednej obudowie optyczny sensor dymu, sensor temperatury oraz czujnikchemiczny, wykrywający gazowe produkty spalania tlenek węgla i tlenki azotu.

Rys.12 Wielosensorowa czujka dymu [6]

Ciekawy sposób eliminacji fałszywych wywoływanych przez owady przedstawiliBrytyjczycy. Mianowicie wykorzystali obroże, które zakłada się zwierzętom domowym wcelu pozbawienia ich sierści pcheł. Okazało się, że wszelkie owady omijają czujki otoczone

8

takimi obrożami. Trwają prace nad rozwinięciem tego pomysłu i wprowadzeniu go dozastosowań praktycznych.Prezentując sposoby minimalizacji fałszywych pobudzeń czujek nie sposób pominąć ofertęfirmy Notifire. Firma wprowadziła na rynek punktowe, laserowe czujki dymu - VIEW,charakteryzujące się bardzo dużą czułością, wielokrotnie przekraczającą czułość tradycyjnychczujek rozproszeniowych. Czułość czujek laserowych, mierzona jako procent osłabieniapromieniowania na długości jednego metra, może być nastawiona na jednym z dziewięciupoziomów: 0,06; 0,10; 0,16; 0,33; 0,66; 1,65; 3,24; 4,85; 6,41 [%/m]. Problem fałszywychalarmów, który przy tak wysokich czułościach odgrywa niebagatelną rolę, ograniczany jestpoprzez odpowiednie oprogramowanie czujki. W związku z tak dużą czułością orazodpornością na fałszywe alarmy, producent poleca czujki laserowe do zabezpieczaniaserwerowni, jako rozwiązanie alternatywne do czujek zasysających.

Ekstremalnie zapylone pomieszczenia Notifire proponuje zabezpieczać czujkamipunktowymi typu FILTREX. Czujki te wykorzystują detektor rozproszeniowy, układ filtróworaz wentylator. Całość zamknięta jest w jednej obudowie. Powietrze zanim zostanie poddaneanalizie w detektorze dymu, zostaje podwójnie filtrowane w celu usunięcia cząstek stałychoraz pary wodnej. Przepływ powietrza wymuszany jest przez wentylator. Czujka posiadazdolność kontroli zabrudzenia filtrów.

Rys.13 Czujka Filtrex [7]

Przegląd technik detekcji pożaru obrazuje jak wielkie możliwości posiadająwspółcześni projektanci. Na podstawie przytoczonych rozwiązań można wnioskować, żeszybkie i pewne wykrycie pożaru nie powinno stanowić problemu nawet w najbardziejwymagających obiektach. I o ile istnieją potencjalne możliwości techniczne ku temu, topozostaje jeszcze nieodłączna kwestia ekonomicznego wymiaru bezpieczeństwa. Jak wewszystkich dziedzinach życia jakość jest proporcjonalna do ceny. Pocieszające jest to, żedynamiczny rozwój techniczny oraz zdrowa konkurencja między firmami wymusza ciągłewdrażanie nowych rozwiązań, dzięki czemu to dzisiaj kosztuje stosunkowo dużo, jutro możebyć po przystępnej cenie.

Literatura:[1] PN-E-08350-14 - Systemy sygnalizacji pożarowej. Projektowanie, zakładanie, odbiór,eksploatacja i konserwacja instalacji.[2] Fire Engineer Jurnal „No flies on us” January 2004[3] Materiały informacyjne firmy Schrack-Seconet[4] Materiały informacyjne firmy AirSense Technology Ltd[5] Materiały informacyjne firmy Cerberus[6] Materiały informacyjne firmy Bosch Security Systems[7] Materiały informacyjne firmy Elacompil

9