Аспирационные извещатели: классификация и характеристики

01 Август 2007

И.Г. Неплохов,
начальник отдела технической поддержки
компании "Систем Сенсор Фаир Детекторс", к.т.н

На долю аспирационных систем в настоящее время приходится 7% европейского рынка пожарных детекторов, и имеется тенденция роста этого сегмента. Повышается интерес к аспирационным пожарным извещателям и в России, поскольку нередко это единственный тип извещателей, обеспечивающих высокий уровень пожарной защиты в сложных условиях размещения и эксплуатации. В 2006 г. ФГУ ВНИИПО МЧС России разработало и утвердило "Рекомендации по проектированию систем пожарной сигнализации с использованием аспирационных дымовых пожарных извещателей серий LASD и ASD" с учетом положений европейского стандарта EN 54-20

Общие положения
Пожарный дымовой аспирационный извещатель – это извещатель, в котором пробы воздуха и дыма через устройство для отбора проб транспортируются (обычно по трубам с отверстиями) к чувствительному к дыму элементу (точечному дымовому извещателю), расположенному в одном блоке с аспиратором, например, турбиной, вентилятором или насосом (рис. 1).
Основная характеристика аспирационного извещателя, как и любого дымового извеща-теля, – чувствительность (то есть минимальное значение удельной оптической плотности в одной из проб, при которой извеща-тель формирует сигнал "Пожар"). Она зависит от чувствительности используемого точечного дымового извещателя, а также от конструкции устройства для отбора проб, от числа, размеров и расположения отверстий и т.д. Важно обеспечить примерно одинаковую чувствительность по различным пробам, то есть баланс по чувствительности. Другая важная характеристика аспирационно-го извещателя, не учитываемая у точечного дымового извещателя, – время транспортировки, максимальный промежуток времени, необходимый для доставки пробы воздуха из точки забора в защищаемом помещении к чувствительному элементу.

Тестовое помещение
Для определения чувствительности аспира-ционного извещателя по стандарту EN 54-20 проводятся испытания по тестовым очагам в помещении размером (9–11)х(6–8) м и высотой 3,8–4,2 м (рис. 2), как и при испытаниях точечных дымовых извещателей по стандарту EN 54-7. На полу в центре помещения устанавливается тестовый очаг пожара, а на потолке в трех метрах от его центра в секторе 60° располагается труба аспирационного извещателя с одним воз-духозаборным отверстием, а также измеритель удельной оптической плотности среды m (дБ/м) и радиоизотопный измеритель концентрации продуктов горения Y (безразмерная величина).
Допускается проведение испытаний не более двух образцов аспирационных извещателей одновременно, при этом их воздухозаборные отверстия должны располагаться на расстоянии не менее 100 мм друг от друга, а также от элементов измерительной аппаратуры. Центр светового луча измерителя оптической плотности среды m должен находиться на расстоянии не менее 35 мм от потолка.

Рис. 2. План тестового помещения. (цифрами обозначены: 1 – измерители удельной оптической плотности m, концентрации дыма Y и точечные извещатели; 2 – воздухозаборное отверстие аспирационного извещателя; 3 – тестовый очаг)

Очаг TF-2 состоит из 10 сухих буковых брусков (влажность ~5%) размерами 75х25х20 мм, расположенных на поверхности электрической плиты диаметром 220 мм, имеющей 8 концентрических пазов глубиной 2 мм и шириной 5 мм (рис. 3). Причем внешний паз должен располагаться на расстоянии 4 мм от края плиты, расстояние между смежными пазами должно составлять 3 мм. Мощность плиты 2 кВт, температура 600 °С достигается примерно за 11 мин. Все тестируемые извещатели должны активизироваться при удельной оптической плотности m менее 2 дБ/м.
Допускается проведение испытаний не более двух образцов аспирационных извещателей одновременно, при этом их воздухозаборные отверстия должны располагаться на расстоянии не менее 100 мм друг от друга, а также от элементов измерительной аппаратуры. Центр светового луча измерителя оптической плотности среды m должен находиться на расстоянии не менее 35 мм от потолка

Тестовые очаги для точечных дымовых извещателей
Точечные пожарные дымовые извещатели по стандарту EN54-12 испытываются по дымам от четырех тестовых очагов: TF-2 - тление древесины, TF-3 - тление хлопка, TF-4 - горение полиуретана и TF-5 - горение n-гептана.
Очаг TF-3 состоит примерно из 90 хлопковых фитилей длиной 800 мм и массой примерно 3 г каждый, подвешенных на проволочном кольце диаметром 100 мм, закрепленном на штативе на высоте 1 м над основанием из негорючего материала (рис. 4). Хлопковые фитили не должны иметь защитного покрытия, при необходимости они могут быть выстираны и высушены. Нижние концы фитилей поджигают так, чтобы появилось тление со свечением. Все тестируемые извеща-тели должны активизироваться при удельной оптической плотности m менее 2 дБ/м.
Очаг TF-4 состоит из трех уложенных один на другой матов из пенополиуретана, не содержащего добавок, повышающих огнестойкость, плотностью 20 кг/м3 и размерами 500х500х20 мм каждый. Воспламенение очага производится от пламени 5 см3 спирта в емкости диаметром 50 мм, установленной под одним из углов нижнего мата. Все тестируемые извещатели должны активизироваться при концентрации продуктов горения Y менеее 6.
Очаг TF-5 представляет собой 650 г n-гептана (чистотой не менее 99%) с добавлением 3% по объему толуола (чистотой не менее 99%) в квадратном поддоне из стали размером 330х330х50 мм. Активизация производится пламенем, искрой и т.д. Все тестируемые изве-щатели должны активизироваться при концентрации продуктов горения Y менее 6.

Классификация аспирационных извещателей
Аспирационные извещатели, в отличие от точечных дымовых, согласно стандарту EN54-20 разделяются по чувствительности на три класса:
• класс А – ультрачувствительные;
• класс В – высокой чувствительности;
• класс С – стандартной чувствительности.

Границы чувствительности для извещателей разных классов по различным типам тестовых очагов приведены в табл. 1. Аспирационные извещатели класса С эквивалентны по чувствительности точечным извещателям, и для их испытаний используются те же тестовые очаги Единственное отличие - окончание испытания определяется через 60 секунд после достижения граничных условий. Очевидно, это время теребуется для учета времени транспортировки пробы по трубе. Аспирационные извещатели классов А и В имеют значительно более высокую чувствительность по сравнению с извещате-лем класса С. Например, по тестовым пожарам

Таблица 1. Классы аспирационных извещателей по стандарту EN54-20

Тип тестового очага	Минимальная чувствительность m, дБ/м
	Класс A	Класс B	Класс C
TF2	0,05	0,15	2
TF3	0,05	0,15	2
TF4	-	-	1,27-1,73 (фактиче ски Y = 6)
TF5	0,1	0,3	0,92-1,24 (фактически Y = 6)

TF2 и TF3 показатели чувствительности аспирационного извещателя класса В выше в 13,33 раза, а класса А – в 40 раз выше, чем у извещателей класса С и точечных дымовых извещателей. Такие высокие характеристики достигаются за счет использования в качестве чувствительного к дыму элемента лазерных точечных дымовых извещателей с чувствительностью 0,02%/Ft (0,0028 дБ/м) и выше. Кроме того, отбор проб воздуха из контролируемого помещения и создание постоянного потока воздуха в одном направлении через дымовую камеру аспиратором ставят даже обычный оптический извещатель в более выгодное положение, чем при его установке на перекрытии, где эффективность значительно снижается из-за существенного аэродинамического сопротивления защитной сетки и дымовой камеры при низких скоростях движения воздуха. В условиях постоянного воздушного потока чувствительность дымового изве-щателя более стабильна, и ее величина практически не отличается от результатов измерений в аэродинамической трубе по НПБ 65–97, что упрощает проектирование систем пожарной сигнализации с использованием аспирацион-ных пожарных извещателей. Адресно-аналоговые аспирационные извеща-тели с программируемой чувствительностью могут относиться к нескольким классам (А/В/С). В соответствии с их диапазоном измерения удельной оптической плотности среды они могут формировать кроме сигнала "Пожар" один или несколько предварительных сигналов, например "Внимание" и "Предупреждение", на более ранних стадиях развития пожароопасной ситуации. Лазерный аспирационный изве-щатель, по сути, является высокоточным измерителем оптической плотности среды, поступающей в центральный блок, в широком диапазоне. Для адаптации к различным условиям эксплуатации и для программирования нескольких порогов обычно достаточно порядка 10 дискретов (табл. 2).

Таблица 2. Показания измерителя в зависимости от удельной оптической плотности

Дискреты измерителя	Удельная оптическая плотность m
Дискреты измерителя	% / Ft	дБ/м
0	0,00	0,0000
1	0,02	0,0028
2	0,03	0,0043
3	0,05	0,0071
4	0,10	0,0140
5	0,20	0,0290
6	0,50	0,0710
7	1,00	0,1430
8	1,50	0,2150
9	2,00	0,2880

Тестовые очаги для аспирационных извещателей классов А и В
Для измерения чувствительности аспирационных извещателей классов А и В используются тестовые очаги в несколько раз меньшего размера. В тестовых очагах TF2А и TF2В вместо 10 буковых брусков используются только 4 или 5 брусков (рис. 5), в очагах TF3А и TF3В вместо 90 фитилей - примерно 30-40.

Таблица 3. Размеры тестовых очагов TF5А, TF5В и TF5

Тестовый очаг	TF5А	TF5В	TF5
Размер, мм	100x100	175x175	330x330
Площадь, см2	100	306	1089
Объем n-гептана	200 мл	300 мл	650 г
Конец испытаний, m, дБ/м	0,1	0,3	1,1

Обеспечить более медленное развитие очага из пенополиуретана по сравнению тестовым очагом TF4 физически сложно, поэтому очаги TF4А, TF4В в стандарте EN54-20 отсутствуют. Значительно проще формируются тестовые очаги TF5А, TF5В с n-гептаном: уменьшаются размеры лотка и объем используемого n-гептана. По сравнению с площадью тестового очага TF5, площадь очага TF5В в 3,56 раза меньше, а площадь очага TF5А – в 10,89 раз меньше (табл. 3). Одного уменьшения величины тестовых очагов для испытаний высокочувствительных класса В и ультравысокочувствительных класса А аспира-ционных извещателей оказалось недостаточно. Для создания минимальных концентраций дыма под перекрытием в тестовом помещении устанавливается вентиляционная система (рис. 6) на уровне половины высоты помещения и на расстоянии 1 м от очага в горизонтальной проекции. При работе вентиляционной системы дым от тестового очага не скапливается под потолком, а равномерно распределяется по всему объему помещения. Таким образом, уменьшение величины тестового очага и распределение дыма по всему помещению позволили обеспечить медленное нарастание оптической плотности среды, что дало возможность измерять с высокой точностью чувствительность аспирационного извещателя на уровне менее 0,01 дБ/м. В качестве примера на рис. 7 приведены зависимости удельной оптической плотности для тестового очага TF3А. Необходимо отметить, что оптическая плотность при использовании тестовых очагов при измерении в дБ/м нарастает линейно, что позволяет оценить выигрыш во времени определения пожароопасной ситуации при увеличении чувствительности дымового извещателя.

Уменьшение концентрации (разбавление) дыма
При наличии нескольких отверстий для забора проб концентрация дыма в пробе воздуха снижается пропорционально объему чистого воздуха, поступающего в трубу через остальные отверстия (рис. 8). Рассмотрим случай с 10 воздухозаборными отверстиями. Для упрощения расчета предположим, что через каждое отверстие проходит одинаковый объем воздуха. Допустим, что дым с удельной оптической плотностью 2%/м поступает в трубу через одно воздухозаборное отверстие, а через остальные 9 отверстий поступает чистый воздух. Дым в трубе разбавляется чистым воздухом в 10 раз, и его плотность при поступлении в центральный блок уже составляет 0,2%/м. Таким образом, если порог срабатывания дымового извещателя в центральном блоке установлен на уровне 0,2%/м, то сигнал от из-вещателя появится при превышении оптической плотности дыма 2%/м по одному из отверстий. В табл. 4 приведены данные для оценки влияния разбавления дыма для различного числа возду-хозаборных отверстий в трубе.
Чем больше число воздухозаборных отверстий в трубе, тем сильнее проявляется эффект снижения чувствительности аспирационного извещателя. В действительности расчет разбавления дыма чистым воздухом сложнее, чем это описано выше. Необходимо учитывать размер, число и расположение воздухозаборных отверстий, наличие угловых соединений, тройников и капилляров в системе труб, диаметр и т.д. Кроме того, для выравнивания воздушных потоков по отверстиям, а соответственно и чувствительности, в конце трубы устанавливается заглушка с отверстием, площадь которого в несколько раз больше воздухозаборных отверстий, что также должно учитываться при расчете.
При проектировании системы пожарной сигнализации с использованием аспирационных пожарных извещателей необходимо использовать компьютерную программу расчета для конкретного типа оборудования На практике обычно дым поступает одновременно через несколько соседних отверстий. Это так называемый кумулятивный эффект, который наиболее сильно проявляется в высоких помещениях. Следовательно, при увеличении высоты помещения не требуется уменьшать расстояние между трубами и между отверстиями в трубах. По британскому стандарту BS 5839-1:2001 аспирационные извещатели стандартной чувствительности класса С допускаются для защиты помещений высотой до 15 м, изве-щатели высокой чувствительности класса В – до 17 м, ультравысокой чувствительности класса А – до 21 м. Одно воздухозаборное отверстие защищает площадь в горизонтальной проекции в виде круга радиусом 7,5 м.

Таблица 4. Влияние уменьшения концентрации дыма на чувствительность аспирационного извещателя

Число отверстий в трубе	Порог срабатывания в центральном блоке
Число отверстий в трубе	0,1%/м (0,0043 дБ/м), %/м (дБ/м)	0,2%/м (0,0087 дБ/м), %/м (дБ/м)	0,5%/м (0,022 дБ/м), %/м (дБ/м)
5	0,50 (0,022) класс А	1,00 (0,044) класс А	2,50 (0,110) класс В
10	1,00 (0,044) класс А	2,00 (0,088) класс В	5,00 (0,223) класс С
15	1,50 (0,066) класс В	3,00 (0,132) класс В	7,50 (0,339) класс С
20	2,00 (0,088) класс В	4,00 (0,177) класс С	10,00 (0,458) класс С
25	2,50 (0,110) класс В	5,00 (0,223) класс С	12,50 (0,580) класс С

Контроль воздушного потока
Крайне важно обеспечить контроль воздушного потока, проходящего через дымовой датчик, в блоке аспирационного извещателя. Снижение воздушного потока говорит о засорении отверстий в трубах, повышение – о появлении утечки в соединении труб или о механическом повреждении трубопровода. В этих случаях происходит нарушение работоспособности – снижение чувствительности.
Контроль изменения уровня воздушного потока в аспирационном извещателе равносилен контролю состояния шлейфа (на обрыв и короткое замыкание) при использовании точечных пожарных из-вещателей. Кроме того, есть необходимость хранения значения "нормального" воздушного потока в энергонезависимой памяти на случай отключения питания. Для возможности измерения отклонения воздушного потока от нормы следует обеспечить высокую стабильность производительности аспиратора в течение всего срока службы аспи-рационного извещателя, т.е. не менее 10 лет. Таким образом, несмотря на кажущуюся простоту построения аспирационного извещателя, его практическая реализация невозможна без знаний законов аэродинамики, использования высоких технологий и специальных компьютерных программ.
По требованиям стандарта EN54-20 аспирационный извещатель должен формировать сигнал "Неисправность" при изменении воздушного потока на +20%. В ходе испытаний первоначально при помощи анемометра измеряется величина воздушного потока в трубе, когда подача воздуха осуществляется по трубе в штатном режиме. После этого перед блоком устанавливаются только анемометр и два винтеля (рис. 9). Вентиль 2 устанавливается в среднее положение, а при помощи вентиля 1 устанавливается первоначальный воздушный поток с точностью +10%. После этого вентилем 2 увеличивают воздушный поток на 20%. В обоих случаях контролируется формирование сигнала "Неисправность".

Требования к установке аспирационных извещателей
Требования, предъявляемые к установке аспирационных извещателей, приведены в Рекомендациях ФГУ ВНИИПО МЧС России. Одна зона, защищаемая одним каналом аспирационного пожарного извещателя, может включать до десяти изолированных и смежных помещений суммарной площадью не более 1600 м2, расположенных на одном этаже здания, при этом, в соответствии с требовваниями НПБ 88-2001*, изолированные помещения должны иметь выход в общий коридор, холл, вестибюль и т.п.

Таблица 5. Максимальные расстояния в горизонтальной проекции между воздухозаборным отверстием, стеной, соседними отверстиями

Класс чувствительности аспирационного извещателя	Максимальная высота защищаемого помещения, м	Максимальное расстояние между воздухозаборными отверстиями, м	Максимальное расстояние от воздухозаборных отверстий до стены, м
Класс С, стандартная чувствительность	15	9,0	4,5
Класс В, высокая чувствительность	17	9,0	4,5
Класс А, ультравысокая чувствительность	21	9,0	4,5

Максимальная высота защищаемого помещения, а также максимальные расстояния в горизонтальной проекции между воздухозаборным отверстием, стеной и между соседними отверстиями приведены в табл. 5. При защите помещений произвольной формы максимальные расстояния между воздухозаборными отверстиями и стенам определяются исходя из того, что площадь, защищаемая каждым воздухозаборным отверстием, имеет форму круга радиусом 6, 36 м. (рис. 10). Минимальное расстояние от воздухозаборных отверстий до стен и окружающих предметов не регламентируется.
При установке труб аспирационных дымовых пожарных извещателей в помещениях шириной менее 3 м., под фальшполом, над фальшпотолком и в других пространствах высотой менее 1,7 м. допускается увеличение в 1,5 раза указанных в табл. 5 расстояний между соседними отверстиями, а также между воздухозаборным отверстием и стеной.
Трубы аспирационного извещателя с отверстиями для забора воздуха должны быть, как правило. расположены под перекрытием на расстоянии не более 0,6 м. от его уровня. Допускается встраивание трубы аспирационного извещателя в строительные конструкции или элементы отделки помещения при сохранении доступа к воздухозаборным отверстиям. Трубы аспирационного извещателя могут распологаться за фальшпотолком с забором воздуха через дополнительные капиллярные трубки длиной до 1,5 м., проходящие через фальшпотолок. Благодаря принудительному отбору воздуха входы капиллярных трубок или непосредственно трубы с воздухонаборными отверстиями могут быть расположены в углах, образованных стеной и потолком.

Выводы
Аспирационные извещатели класса В обеспечивают повышение чувствительности системы более чем в 10 раз, а класса А - в 10 раз по сравнению с точечными дымовыми извещателями. Рекомендации по проектированию систем пожарной сигнализации с использованием аспирационных дымовых пожарных извещателей, разработанные ФГУ ВНИИПО МЧС России, определяют широкие возможности по защите аспирационными извещателями объектов различного типа.

Таблица 6. Технические характеристики аспирационных дымовых пожарных извещателей

Производитель

Продукт

Длина трубы, м

Длина трубы с одинарным Т-образным разветвителем, м

Число отверстий, макс.

Чувствительность, макс., %/м

Чувствительность, мин., %/м

Графический дисплей

Автообучение по потоку и по чувствительности

Уровни тревоги

Объединение в сеть

Ток потребления при 24 В, макс, мА

Диапазон рабочих температур, °C

Степень защиты IP

Размеры (ВхШхГ), мм

Одноканальные устройства

Airsense

Micra 25

0,03

Нет

Есть

Pre-Alarm, Auxiliary, Fire1, Fire2

Есть

250

-10...+60

IP50

135х175х80

Micra 100

100

2х50

0,03

Нет

Есть

Pre-Alarm, Auxiliary, Fire1, Fire2

Есть

400

-10...+60

IP50

300х180х85

Esser

ARS 70

100

2х100

0,6

Нет

Зависит от панели

Через панель

285

0...+50

IP53

360х285х126

Securiton

ASD516

100

2х100

0,3

1,2

Опция

Нет

Pre-Alarm, 1,2,3 Alarm

Нет

285

0...+50

IP53

360х285х126

Siemens

AD1

100

2х75

0,3

Нет

Зависит от панели

Через панель

160

-30...+60

IP33, опция IP54

250х160х120

System Sensor

ASD-7251-1

2х50

0,065

6,5

Есть

Только по потоку

Зависит от панели

Через панель

460

-10...+60

IP50, опция IP65

254х180х112

LASD-1

2х50

0,065

6,5

Есть

Только по потоку

Alert, Action, Fire

Через панель

460

-10...+60

IP50, опция IP65

254х180х112

VESDA

LaserFocus VLF-250

2х15

0,025

Есть

Pre-Alarm, Auxiliary, Fire1, Fire2

Опция

220

0...+40

IP30

255х185х90

LaserFocus VLF-500

2х30

0,025

Есть

Pre-Alarm, Auxiliary, Fire1, Fire2

Опция

490

0...+40

IP30

255х185х90

Wagner

Prosense 1

100

2х70

0,15

0,8

Нет

Fire1

Опция

200

-20...+60

IP20, опция IP54

292х200х113

Topsense 1

100

2х70

0,05

1,5

Есть

Нет

Alert, Action, Fire

Опция

200

-20...+60

IP20, опция IP54

292х200х113

Supersens

120

2х70

0,0025

0,2

Есть

Только по потоку

Alert, Action, Fire

Опция

245

-20...+60

IP20, опция IP54

366х240х132

Двухканальные устройства

Siemens

AD2

100

2х75

0,3

Нет

Зависит от панели

Через панель

260

-30...+60

IP33, опция IP54

400х300х120

System Sensor

ASD-7251-2

2х50

0,065

6,5

Есть

Только по потоку

Зависит от панели

Через панель

460

-10...+60

IP50, опция IP65

254х180х112

LASD-2

2х50

0,065

6,5

Есть

Только по потоку

Alert, Action, Fire

Через панель

460

-10...+60

IP50, опция IP65

254х180х112

Wagner

Prosense 2

100

2х70

0,15

0,8

Нет

Fire1

Опция

200

-20...+60

IP20, опция IP54

292х200х113

Topsense 2

100

2х70

0,05

1,5

Есть

Нет

Alert, Action, Fire

Опция

200

-20...+60

IP20, опция IP54

292х200х113

Источники: техническая документация, Web-сайты, информация от потребителей

Журнал "Системы безопасности", №1 (73) 2007 года