Расстановка пожарных извещателей: отечественные и зарубежные нормы. Часть 1
Автор: Игорь Неплохов, эксперт, кандидат технических наук
За прошедшие три года многие нормативные положения, определяющие размещение пожарных извещателей, успели поменяться два раза. На смену НПБ 88-2001* «Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования» в ноябре 2008 г. вышел новый свод правил СП 5.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования», в котором впервые были регламентированы варианты расстановки извещателей в помещениях с наклонными перекрытиями, с декоративными подвесными решетчатыми потолками и т. д. Введенное в действие с 20 июня 2011 г. изменение № 1 к своду правил СП 5.13130.2009 внесло существенные коррективы, причем некоторые требования вернулись из НПБ 88-2001*. Необходимо также отметить принципиальные различия в требованиях по расстановке пожарных извещателей в наших и зарубежных нормативных документах. Наши нормы в отличие от зарубежных содержат лишь требования, какого-либо разъяснения физических процессов нет. Это порождает различные толкования, нередко ошибочные, к тому же основные положения не имеют теоретического обоснования. Нет формальных оснований для выбора наиболее эффективного решения с учетом физических процессов обнаружения факторов пожара в конкретных условиях. Как правило, не производится оценка вероятности эвакуации людей и материального ущерба в случае возникновения пожара при проектировании систем пожарной автоматики. Следовательно, предстоит длительный процесс гармонизации наших норм в области пожарной безопасности, и с большой вероятностью можно ожидать в ближайшее время выпуск изменения № 2 к своду правил СП 5.13130.2009, затем изменения № 3 и т. д. Например, вполне возможно будет существенно скорректирован п. 13.3.7 из СП 5.13130.2009, по которому «расстояния между извещателями, а также между стеной и извещателями, приведенные в таблицах 13.3 и 13.5, могут быть изменены в пределах площади, приведенной в таблицах 13.3 и 13.5». В первой части статьи рассматривается расстановка точечных пожарных извещателей в простейшем случае, на плоском горизонтальном потолке при отсутствии каких-либо препятствий для распространения продуктов горения от очага.
Физические процессы
В европейском стандарте BS 5839 по системам обнаружения пожара и оповещения для зданий, часть 1 «Нормы и правила проектирования, установки и обслуживания систем», в каждом разделе и в каждом параграфе сначала излагаются физические процессы, на которые следует обращать внимание, а затем, как следствие, требование. Например, почему необходимо учитывать специфику работы и тип автоматических пожарных извещателей при их расстановке.
«Работа тепловых и дымовых датчиков зависит от конвекции, которая переносит горячий газ и дым от очага к детектору. Расположение и шаг установки этих детекторов должны основываться на необходимости ограничения времени, затраченного на это движение, и при условии достаточной концентрации продуктов сгорания в месте установки детектора. Горячий газ и дым в общем случае будут концентрироваться в самых высоких частях помещения, поэтому именно там должны быть расположены тепловые и дымовые детекторы. Так как дым и горячие газы от очага поднимаются вверх, они разбавляются чистым и холодным воздухом, который поступает в конвективную струю. Следовательно, с увеличением высоты помещения быстро возрастает размер очага, необходимый для активации тепловых или дымовых детекторов. До некоторой степени этот эффект можно компенсировать при использовании более чувствительных детекторов. Линейные дымовые датчики с оптическим лучом менее чувствительны к эффекту высокого потолка, чем датчики точечного типа, поскольку с увеличением задымленного пространства пропорционально увеличивается длина луча, на которую воздействует дым …
На эффективность автоматической системы обнаружения пожара будут влиять преграды между тепловыми или дымовыми датчиками и продуктами горения. Важно, чтобы тепловые и дымовые датчики не были установлены слишком близко к преградам для потока нагретого газа и дыма к детектору. Вблизи стыка стены и потолка располагается «мертвое пространство», в котором обнаружение тепла или дыма не будет эффективно. Так как горячий газ и дым растекаются горизонтально параллельно потолку, аналогично имеется застойный слой вблизи потолка, это исключает установку с расположением чувствительного элемента теплового или дымового датчика вровень с потолком...».
Рис. 1. Модель распределения дыма по NFPA 72
В американском стандарте по пожарной сигнализации NFPA 72 пояснения, справочные данные и примеры расчетов даны в приложениях, объем которых почти в 1,5 раза превышает объем основного текста стандарта. В NFPA 72 указывается, что в случае плоского горизонтального потолка и при отсутствии дополнительных воздушных потоков дым образует цилиндр определенной высоты с центром в проекции очага (рис. 1). С удалением от центра падает удельная оптическая плотность среды и температура, что определяет ограничение задымленного пространства на первом этапе развития очага.
Требования по размещению точечных детекторов по BS 5839
По стандарту BS 5839 радиус защиты для детекторов дыма составляет 7,5 м, для тепловых детекторов – 5,3 м в горизонтальной проекции. Таким образом, легко определить расстановку извещателей в помещении любой формы: расстояние от любой точки помещения до ближайшего дымового ИП в горизонтальной проекции должно быть не более 7,5 м, от теплового – не более 5,3 м. Данная величина защищаемой площади определяет установку по квадратной решетке дымовых извещателей через 10,5 м, а тепловых – через 7,5 м (рис. 2). Значительная экономия числа извещателей (примерно в 1,3 раза) достигается в больших помещениях при использовании расстановки извещателей по треугольной решетке (рис. 3).
Рис. 2. Размещение дымовых и тепловых детекторов по BS 5839
Рис. 3. Расстановка дымовых детекторов по треугольной решетке
Рис. 4. Расстановка дымовых детекторов в прямоугольном помещении
В протяженных помещениях также считается, что дымовой извещатель контролирует площадь на расстоянии не более 7,5 м в горизонтальной проекции. Например, в помещении шириной 6 м максимальное расстояние между извещателями 13,75 м и в 2 раза меньше расстояние от извещателя до стены, что составляет 6,88 м (рис 4). И лишь относительно коридоров, ширина которых не превышает 2 м, действует положение: только точки, ближайшие к центральной линии коридора, требуют рассмотрения, соответственно, допускается устанавливать дымовые детекторы с интервалом 15 м и на расстоянии 7,5 м от стены.
Требования по размещению точечных детекторов по NFPA 72
По NFPA 72 в общем случае на горизонтальных гладких потолках точечные детекторы размещаются по квадратной решетке с шагом S, расстояние по перпендикуляру от стены до детектора должно быть не более S/2. Кроме того, указывается, что любая точка потолка должна отстоять от ближайшего извещателя не дальше чем 0,7S. Действительно, диаметр окружности площади, защищаемой одним детектором при их расстановке по квадратной решетке с шагом S, равен диагонали квадрата S х S, величина которой S√2. Соответственно, радиус защищаемой зоны равен S√2/2, что примерно равно 0,7S.
Причем для тепловых детекторов шаг квадратной решетки S рассчитывается, исходя из обеспечения обнаружения очага мощностью QCR, за время tCR, чтобы ко времени начала тушения tDO или включения АУПТ его величина не превышала заданной мощности QDO, например, не более 1055 КВт (1000 Btu/sec). В расчетах принимается квадратичная зависимость роста мощности очага от времени (рис. 5). В приложениях даны примеры расчетов и справочные данные по различным видам материалов и изделий.
Рис. 5. Зависимость мощности очага пожара от времени
При исходной величине шага квадратной решетки S = 30 футов, т. е. 9,1 м, принимается, что детектор защищает площадь в виде круга радиусом 6,4 м (9,1 м х 0,7). Исходя из этой концепции, в NFPA 72 приведены примеры размеров прямоугольников, которые вписываются в окружность радиусом 6,4 м (рис. 6) и могут быть защищены одним детектором, расположенным в центре:
Рис. 6. Прямоугольники, вписанные в окружность радиусом 6,4 м
А = 3,1 м х 12,5 м = 38,1 м2 (10 ft х 41 ft = 410 ft2)
В = 4,6 м х 11,9 м = 54,3 м2 (15 ft х 39 ft = 585 ft2)
С = 6,1 м х 11,3 м = 68,8 м2 (20 ft х 37 ft = 740 ft2)
D = 7,6 м х 10,4 м = 78,9 м2 (25 ft х 34 ft = 850 ft2)
Максимальная площадь очевидно соответствует квадрату, вписанному в окружность 9,1 м х 9,1 м = 82,8 м2 (30 ft х 30 ft = 900 ft2). Размещение детекторов в помещениях прямоугольной формы рекомендуется посредством разбиения их площади на прямоугольники, которые вписываются в круг радиуса 6,4 м (рис. 6).
Рис. 7. Размещение детекторов в прямоугольных помещениях
В помещении непрямоугольной формы точки размещения детекторов могут определяться как пересечения окружностей радиусом 6,4 м с центрами в наиболее удаленных от центра углов помещения (рис. 7). Затем проверяется отсутствие точек вне кругов радиуса 6,4 м с центрами в точках размещения извещателей и при необходимости устанавливаются дополнительные извещатели. Для помещения, приведенного на рис. 8, оказалось вполне достаточно 3 точечных детекторов.
Рис. 8. Размещение детекторов в непрямоугольных помещениях
Запуск пожаротушения по британскому стандарту
В сложных системах, где ложное срабатывание может привести к значительному материальному ущербу, применяются дополнительные меры, в том числе и работа по 2 детекторам. Например, в британском стандарте BS 7273-1 по газовому пожаротушению во избежание нежелательного пуска газа в случае автоматического режима работы системы алгоритм работы, как правило, должен предполагать определение пожара одновременно двумя отдельными детекторами. Причем активизация первого детектора должна, по крайней мере, приводить к индикации режима «Пожар» в системе пожарной сигнализации и к включению оповещения в пределах защищаемой площади. При этом расстановка детекторов, естественно, должна обеспечивать контроль каждой точки защищаемого помещения двумя детекторами с возможностью идентификации активации каждого из них. Кроме того, в этом случае система пожарной сигнализации и оповещения должна быть спроектирована таким образом, чтобы при единичном обрыве или коротком замыкании шлейфа она обнаруживала пожар на защищаемой площади и, по крайне мере, оставляла возможность включения пожаротушения вручную. То есть если максимальная площадь, контролируемая одним детектором, составляет X м2, то при однократном отказе шлейфа каждый пожарный датчик должен обеспечивать контроль площади максимум 2X м2. Другими словами, если в штатном режиме обеспечивается двойной контроль каждой точки помещения, то при одинарном обрыве или коротком замыкании шлейфа должен обеспечиваться одинарный контроль, как в стандартной системе.
Это требование достаточно просто технически реализуется, например, при использовании двух радиальных шлейфов с установкой извещателей «парами» или одного кольцевого шлейфа с изоляторами короткого замыкания. Действительно, при обрыве или даже при коротком замыкании одного из двух радиальных шлейфов второй шлейф остается в работоспособном состоянии. При этом расстановка извещателей должна обеспечивать контроль всей защищаемой площади каждым шлейфом в отдельности (рис. 9).
Рис. 9. Расстановка извещателей «парами» с включением в два шлейфа
Более высокий уровень работоспособности достигается при использовании кольцевых шлейфов в адресных и адресно-аналоговых системах с изоляторами короткого замыкания. В этом случае при обрыве кольцевой шлейф автоматически преобразуется в два радиальных, локализуется место обрыва, и все детекторы остаются в работоспособном состоянии, что сохраняет функционирование системы в автоматическом режиме. При коротком замыкании адресно-аналогового шлейфа отключаются только устройства между двумя соседними изоляторами короткого замыкания. В современных адресно-аналоговых системах изоляторы короткого замыкания устанавливаются во все детекторы и модули, так что даже при коротком замыкании шлейфа функционирование не нарушается.
Очевидно, что использующиеся в России системы с одним двухпороговым шлейфом не отвечают данному требованию. При обрыве и при коротком замыкании такого шлейфа формируется сигнал «Неисправность», и пожар не обнаруживается до устранения неисправности, не формируется сигнал «Пожар» по одному извещателю, что не дает возможности включить пожаротушение вручную после его получения.
Наши нормы: прошлое и настоящее
Наши требования по расстановке пожарных извещателей впервые были определены четверть века назад в СНиП 2.04.09-84 «Пожарная автоматика зданий и сооружений». В этом документе были указаны нормативные расстояния между дымовыми и тепловыми точечными извещателями при установке по квадратной решетке, которые с тех пор не изменялись. По 4.1 СНиП 2.04.09-84 установки пожарной сигнализации должны были формировать импульс на управление установками пожаротушения, дымоудаления и оповещения о пожаре при срабатывании не менее двух автоматических пожарных извещателей, устанавливаемых в одном контролируемом помещении. В этом случае каждую точку защищаемой поверхности требовалось контролировать не менее чем двумя пожарными извещателями. Причем максимальное расстояние между дублирующими извещателями равнялось половине нормативного, соответственно, извещатели в системах пожаротушения устанавливались «парами» (рис. 9), что обеспечивало строгое выполнение двойного контроля площади помещения и близкое по времени срабатывание извещателей при пожаре.
Управление технологическим, электротехническим и другим оборудованием, блокируемым с установкой пожарной сигнализации, допускалось осуществлять при срабатывании одного пожарного извещателя. А на практике в простых установках пожарной сигнализации оповещение включалось от одного извещателя с одинарным контролем площади помещений и расстановкой извещателей на нормативных расстояниях. В отдельном пункте содержалось общее требование: «В одном помещении следует устанавливать не менее двух автоматических пожарных извещателей». И до сих пор выполнение этого требования подразумевает как бы резервирование пожарных извещателей, которое реально обеспечивается только в небольших помещениях, площадь которых не превышает нормативную для одного извещателя. Причем иллюзия резервирования создает почву для практически полного отсутствия технического обслуживания, и тем более нет требований о периодическом контроле чувствительности извещателей, соответственно, не выпускается тестовое оборудование. Например, в помещении размером 9 м х 27 м с 3 неадресными дымовыми извещателями для обеспечения резервирования один извещатель должен иметь радиус защищаемой зоны более 14 м и обеспечить контроль всего помещения, т. е. 243 м2. Любой из крайних извещателей может бесконтрольно отказать, и неисправность может быть не обнаружена в течение нескольких лет.
А на практике однотипное оборудование имеет примерно одинаковую наработку на отказ, что определяет почти одновременный выход из строя всех извещателей в помещении и в здании. Например, происходит потеря чувствительности всех дымовых извещателей из-за снижения яркости светодиодов оптопары. Причем такой массовый отказ отечественных пожарных извещателей определен «Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования. Методы испытаний», так как «средняя наработка на отказ извещателей пожарных должна быть не менее 60 000 часов», т. е. менее 7 лет, а «средний срок службы извещателя пожарного должен быть не менее 10 лет».
Указанная в таблицах 4 и 5 СНиП 2.04.09-84 «площадь, контролируемая одним извещателем», в сегодняшнем СП 5.13130.2009 совершенно справедливо указана как «средняя площадь, контролируемая одним извещателем». Однако за 25 лет у нас так и не была определена максимальная площадь, защищаемая одним извещателем в виде круга радиусом 0,7 от нормативного расстояния. Вместо этого в СП 5.13130.2009 появился весьма странный по содержанию пункт 13.3.7, по которому «расстояния между извещателями, а также между стеной и извещателями, приведенные в таблицах 13.3 и 13.5, могут быть изменены в пределах площади, приведенной в таблицах 13.3 и 13.5»?! То есть не как в NFPA 72 прямоугольники, вписанные в окружность радиуса 0,7 от нормативного расстояния, а любое соотношение сторон прямоугольника с постоянной площадью. Например, для дымовых извещателей при высоте помещения до 3,5 м и шириной 3 м расстояния между извещателями можно увеличить до 85/3 = 28,3 м! Тогда как по NFPA 72 средняя площадь, контролируемая извещателем, в этом случае сокращается до 38 м2, и расстояния между извещателями не должны превышать 12,5 м (рис. 6), к тому же в СП 5.13130.2009 остался п. 13.3.10, по которому «при установке точечных дымовых пожарных извещателей в помещениях шириной менее 3 м расстояния между извещателями, указанные в таблице 13.3, допускается увеличивать в 1,5 раза», т. е. только до 13,5 м.
Ближайшее будущее
Все последнее десятилетие развитие наших норм определяется борьбой с ложными срабатываниями отечественных пожарных извещателей, к тому же и без регулярного обслуживания. Причем требования по защите извещателей от внешних воздействий, которые давно уже не отвечают условиям эксплуатации, повышать не планируется. Зато наши ДИПы самые дешевые в мире, правда, и сертифицированы они могут быть только у нас по ГОСТ Р 53325-2009. Даже в ближнем зарубежье перешли на европейские стандарты серии EN54, объем испытаний и требования в которых на порядок выше. Но одновременно упрощаются требования по установке: эффективная защита и высокая надежность исключают обязательное требование установки не менее двух извещателей любого типа, и даже извещатели без автоматического контроля работоспособности устанавливаются по одному в помещении. Для пожарной сигнализации расстановка извещателей производится, исходя из одинарного контроля каждой точки защищаемой площади, при пожаротушении – двойного.
Но мы, оказывается, реализовали еще не все способы повышения достоверности сигналов «Пожар». В проекте новой редакции ГОСТ 35525 сигнал «Пожар» от любого порогового пожарного извещателя воспринимается ППКП как ложный и может идентифицировать его только как «Внимание». Сформировать сигнал «Пожар 1» допускается только либо от одного извещателя, если будет подтвержден режим «Пожар» после перезапроса, либо от 2 извещателей без перезапроса, при их активаци за время не более 60 с. Сигнал «Пожар 2», который требуется по п. 14.1 свода правил СП 5.13130.2009 для формирования сигналов на управление в автоматическом режиме установками пожаротушения, дымоудаления, оповещения или инженерным оборудованием, в общем случае должен формироваться только по двум сигналам «Пожар 1» за время не более 60 с. Причем этот алгоритм по формированию ППКП сигналов «Пожар 1» и «Пожар 2» должен выполняться при работе с пороговыми извещателями любого типа: тепловыми максимальными и максимально-дифференциальными, дымовыми линейными, пламя и термокабелем, поскольку другие алгоритмы для этих извещателей не предусмотрены.
. Таким образом, защита от ложных срабатываний имеет у нас наивысший приоритет и ее повышение проводится за счет снижения уровня пожарной безопасности. Когда будет сформирован сигнал «Пожар 2» при реализации данного алгоритма? В большинстве случаев никогда и по нескольким причинам. Свод правил СП 5.13130.2009 в данном случае предписывает установку извещателей с шагом вполовину от нормативного. То есть извещатели находятся на различном расстоянии от очага, и их активация с разницей в 1 – 2 мин. маловероятна. Для технически грамотной реализации предложенного алгоритма извещатели должны находиться в непосредственной близости, т. е. должны устанавливаться «парами», а с учетом отказа одного из них – «тройками», причем с одинаковой ориентацией к воздушному потоку для исключения разброса по чувствительности от направления воздушного потока, как это показано на рис. 10 средствами фотошопа.
Рис. 10. Расстановка пожарных извещателей «тройками»
Кроме того, для одновременного срабатывания извещателей необходимо в «тройки» устанавливать извещатели с совершенно одинаковой чувствительностью. Даже допустимое расхождение извещателей по чувствительности в 1,6 раза будет определять разницу в срабатывании в несколько минут при тлеющих очагах. Следовательно, будет необходимо с высокой точностью измерять чувствительность каждого извещателя и указывать ее на этикетке. Производитель должен будет подбирать упаковки извещателей с одинаковой чувствительностью. Естественно, необходимо обеспечить стабильность уровня чувствительности в процессе эксплуатации не только за счет схемотехнических решений и выбора элементной базы. Должны быть обеспечены совершенно одинаковые условия эксплуатации, вплоть до одинакового запыления дымовой камеры. Очевидно, что для дымовых извещателей придется ввести обязательную прецизионную компенсацию запыления. И т. д.
Причем наши 2-пороговые ППКП выдают один сигнал одним реле, как бы его ни назвали, либо по одному, либо по двум извещателем и уже, как правило, с перезапросом. Причем длительность перезапроса, как ни странно, нормами не ограничена и уже встречается 2 мин. и более. Следовательно, по срабатыванию первого извещателя даже после перезапроса в наших 2-пороговых ППКП выходной сигнал не формируется, следовательно, вентиляция, кондиционирование, тепловые завесы и т. д. не отключаются, что существенно влияет на распределение дыма и будет определять значительную задержку срабатывания второго извещателя, если он расположен на большом расстоянии от первого. При открытых очагах происходит быстрое повышения температуры в помещении, и при значительных затратах времени на перезапросы вполне вероятно, что режим «Пожар» не будет подтвержден извещателем из-за высокой температуры. Необходимо учитывать, что у большинства пожарных извещателей диапазон рабочих температур не превышает 60 градусов С.
А что произойдет при ложном срабатывании? Практика показывает, что некачественные извещатели «ложнят» в нормальных условиях, даже несмотря на перезапрос. Кроме того, любой дымовой извещатель при отсутствии технического обслуживания при высоком уровне запыления дымовой камеры уходит в сработку, несмотря на пересбросы. По данному алгоритму по истечении 60 с последующие сигналы от других извещателей считаются ложными срабатываниями. Таким образом, один неисправный извещатель нарушает работу всего шлейфа, а возможно, и всех шлейфов в зависимости от построения ППКП. Причем это известное свойство всех пороговых приборов и непонятно, почему оно не учтено в нормах. Почему нет ограничения времени устранения неисправности в пороговых пожарных системах? В «Методике определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности» вероятность эффективного срабатывания системы пожарной сигнализации допускается принимать равной 0,8. Это означает, что в течение срока службы, равного 10 лет, она полностью не работоспособна 2 года, или в среднем 2,4 месяца каждый год. А по статистике эффективность работы установок пожарной сигнализации при пожарах еще ниже: в 2010 году из 981 установки при пожаре задачу выполнили только 703, то есть сработали с вероятностью ниже 0,72! Из оставшихся 278 установок 206 не сработали, 3 не выполнили задачу (в сумме 21,3%) и 69 (7%) были не включены. В 2009 году еще хуже, из 1021 установки задачу выполнили только 687, с вероятностью 0,67!!! По остальным 334 установкам: 207 не сработали, 3 не выполнили задачу (в сумме 20,6%) и 124 (12,1%) не были включены. Почему бы не распространить действие СП 5.13130.2009 приложения «Определение установленного времени обнаружения неисправности и ее устранения» на пороговые системы? Ведь здесь речь идет не об одном помещении с одним адресно-аналоговым извещателем, а от нескольких помещений до целых объектов без автоматической противопожарной защиты. Как изменится сложившаяся ситуация при введении в действие новой редакции ГОСТ 35525? «Ложняк» окончательно победит пожар?
Так что, похоже, развитие пожарных систем в данном направлении подходит к логическому завершению. Затраты на дешевые извещатели будут слишком дорого обходиться. В проект новой редакции ГОСТ 35525 в программу сертификационных испытаний введены огневые испытания пожарных извещателей по тестовым очагам. Наконец-то выяснится, какой уровень пожарной защиты обеспечивают наши пожарные извещатели. Причем если требования по перезапросам в ППКП останутся в ГОСТ 35525, то и испытания в обязательном порядке необходимо проводить с двумя максимальными по времени перезапросами для имитации обнаружения пожара нашими защищенными от ложняков приборами.
Продолжение читайте здесь>>
Источник: Журнал ТЗ № 5 2011
