Результат интеллектуальной деятельности: Способ адаптивного тушения пожара в помещении

Изобретение относится к противопожарной технике и предназначено для обнаружения очагов возгораний и последующего тушения.

Известен способ автоматического пожаротушения с управляемой площадью орошения [RU 74298 U1, МПК A62C 37/08 (2006.01), опубл. 27.06.2008], при котором образующиеся в ходе локального горения продукты сгорания в виде дыма улавливают одним из адресно-аналоговых дымовых пожарных извещателей. Сигнал от сработавшего адресно-аналогового пожарного извещателя передают по линии связи в прибор приемно-контрольный и управления пожарный, в котором по пришедшему сигналу определяют место возгорания или пожара, вероятные направление и скорость распространения огня. По этим данным вырабатывают команду об адресном срабатывании спринклера или группы спринклеров, находящихся над зоной возгорания. После срабатывания термочувствительных элементов спринклера (спринклеров) тушащую жидкость по трубопроводу подают в очаг возгорания и пожара, обеспечивая его тушение через открываемый спринклер (спринклеры).

Однако, при осуществлении этого способа высока вероятность срабатывания спринклера, расположенного вне зоны горения, так как из-за присутствующих в помещении воздушных потоков возможно ложное срабатывание пожарных извещателей, находящихся далеко от зоны горения. Как следствие, повышается степень повреждения материалов, подверженных горению. Кроме того, высока вероятность ложного срабатывания спринклеров, обусловленная обнаружением опасности только по одному фактору пожара (наличию дыма).

Известен способ адаптивного контроля пожарной опасности и адаптивного тушения пожара [RU 2604300 С2, МПК A62C3/00 (2006.01), опубл. 10.12.2016], взятый за прототип. Способ реализуют за счет непрерывного мониторинга контролируемого помещения на предмет пожарной опасности посредством автономных сигнально-пусковых устройств пожаротушения, которые самостоятельно измеряют информативные параметры среды, обрабатывают полученную информацию, вырабатывают управляющую команду на пиротехнический привод своего исполнительного органа. Автономные сигнально-пусковые устройства объединены при помощи общего интерфейса в единую информационно-исполнительную группировку, при этом каждое устройство группировки формирует последовательно идущие сигналы пожарной опасности соседним устройствам. Для снижения расхода воды при росте интенсивности пожара и/или изменении направления его распространения увеличивают по заданной программе количество сработавших спринклерных оросителей, порошковых модулей из числа исполнительных органов с повышенной готовностью с возможностью срабатывания других исполнительных органов, расположенных рядом.

Однако, при осуществлении этого способа не предусмотрено прекращение подачи воды для тушения в зависимости от параметров воздуха, характеризующих окончание пожара в контролируемом помещении, а также невозможен контроль взаимодействия воды с очагом пожара, свидетельствующего о начале процесса тушения.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание способа адаптивного тушения пожара в помещении.

Предложенный способ адаптивного тушения пожара в помещении, также как в прототипе, включает непрерывный мониторинг пожарной опасности, определение момента возгорания и включение на срабатывание оросителей.

Согласно изобретению газоанализатором, расположенным на потолке помещения над потенциально горючими материалами, постоянно измеряют концентрации кислорода, диоксида углерода, монооксида углерода в воздухе. Пожарными извещателями тепловыми, размещенными на потолке по углам помещения, измеряют температуру воздуха и скорость ее роста. Пожарными извещателями дымовыми, размещенными на потолке по углам помещения и над потенциально горючими материалами, измеряют концентрацию частиц дыма. Пожарными извещателями пламени, размещенными на потолке помещения над потенциально горючими материалами, определяют электромагнитное излучение пламени. Сравнивают измеренные значения с заданными порогами срабатывания. При их совпадении срабатывают пожарные извещатели. При повторном срабатывании любого из указанных пожарных извещателей в течение не более 60 секунд, либо при срабатывании не менее двух пожарных извещателей дымовых в течение не более 60 секунд, или при совпадении текущих значений концентраций газов с заданными, активируют подачу воды на оросители под давлением 2 бар, обеспечивая плотность орошения очага пожара 0,03 л/(м²⋅с). Одновременно с контролем, осуществляемым газоанализатором и пожарными извещателями, с помощью тепловизионной камеры, размещенной на потолке в углу помещения, постоянно отслеживают температуру поверхности всех потенциально горючих материалов, а камерой видеонаблюдения, размещенной на потолке в противоположном углу помещения напротив тепловизионной камеры, отслеживают изменение во времени нормализованной интенсивности изображения очага пожара. Когда температура поверхности очага пожара не превышает 200 °С, а нормализованная интенсивность изображения очага пожара не превышает 0,4 для древесины и 0,6 для линолеума на теплоизолирующей основе при скорости ее снижения не более 0,01 с^-1, останавливают процесс подачи воды через оросители.

По сравнению с прототипом реализуется своевременное прекращение подачи воды для тушения в зависимости от параметров воздуха, характеризующих окончание пожара в контролируемом помещении. Это снижает негативные последствия тушения пожара, а именно чрезмерное заливание площади помещения водой и повышает эффективность тушения очага пожара за счет снижения расхода воды. Адаптивное тушение обеспечивают использованием комбинации технических средств для идентификации стадий горения и тушения очага пожара. По сравнению с прототипом предложенный способ обеспечивает контроль взаимодействия воды с очагом пожара. Это позволяет определить начало процесса тушения и попадание воды непосредственно в очаг возгорания, а не на расположенные вблизи объекты, не охваченные огнем.

На фиг.1 показана общая схема системы для адаптивного тушения пожара в помещении.

На фиг.2 приведены графики изменения во времени нормализованной интенсивности изображения очага пожара из древесины.

На фиг.3 приведены графики изменения во времени нормализованной интенсивности изображения очага пожара из линолеума на теплоизолирующей основе.

В таблице 1 представлены комбинации используемых технических средств для идентификации стадий горения и тушения очага пожара: I - для идентификации начала подачи воды для тушения; II - для идентификации признаков пожара на стадии продолжения тушения; III - для идентификации момента прекращения подачи воды для тушения очага пожара.

Система для осуществления способа адаптивного тушения пожара в помещении содержит газоанализатор 1 (Г), пожарные извещатели дымовые 2, пожарные извещатели тепловые 3 и пожарные извещатели пламени 4 (фиг.1). Необходимое количество пожарных извещателей 2, 3 и 4 определяют, учитывая нормы и правила СП 484.1311500.2020. Требования по надежности, интервалам срабатывания и местам установки пожарных извещателей отражены в нормативных документах НБП 76-80, НБП 76-98 и СП 484.1311500.2020.

Пожарные извещатели дымовые 2 размещены на потолке по углам помещения и непосредственно над потенциально горючими материалами. Пожарные извещатели тепловые 3 размещены на потолке по углам помещения. Пожарные извещатели пламени 4 и газоанализатор 1 (Г) размещены на потолке помещения непосредственно над потенциально горючими материалами.

Газоанализатор 1 (Г) подключен к персональному компьютеру 9 (ПК). Пожарные извещатели 2-4 через шлейф пожарной сигнализации 5 подключены к устройству управления 6 (УУ), которое связано с узлом исполнительных органов 7 (УИО), насосной установкой 8 (НУ) и персональным компьютером 9 (ПК), к которому подключена камера видеонаблюдения 10.

Камера видеонаблюдения 10 расположена на потолке в углу помещения. В противоположном углу потолка помещения расположена тепловизионная камера 11, которая подключена к персональному компьютеру 9 (ПК).

На потолке помещения размещены ряды 12 оросителей 13. В каждом ряду 12 оросители 13 последовательно соединены между собой трубопроводом 14. Количество оросителей 13 и рядов 12 определяется с учетом норм и правил СП 5.13130.2009 так, чтобы обеспечивалась защита всей площади помещения. Ряды 12 оросителей 13 через узел исполнительных органов 7 (УИО) трубопроводом 14 соединены с баком 15, наполненным водой. К баку 15 подключена насосная установка 8 (НУ).

В качестве устройства управления 6 (УУ) может быть использован приемно-контрольный прибор ППКПУ «Водолей» или приемно-контрольный охранно-пожарный прибор управления «Сигнал-20М». Узел исполнительных органов 7 (УИО) - узел управления дренчерный с электроприводом. Оросители 13 - оросители дренчерные водяные горизонтальные «Спецавтоматика» или микрорасходные форсунки типа туман ФМТ-100. В качестве насосной установки 8 (НУ) может быть использован насос типа CR или NB.

В качестве газоанализатора 1 (Г) может быть использован стационарный газоанализатор Хоббит-Т в исполнении И22Д2 с датчиками для измерения концентраций кислорода O₂, диоксида углерода CO₂, монооксида углерода CO или стационарный газоаналитический комплекс серии ТЕСТ-1.6С. В качестве пожарных извещателей дымовых 2 может быть использован извещатель пожарный дымовой оптико-электронный радиоканальный ИП-212-05, а в качестве пожарных извещателей тепловых 3 - извещатель пожарный тепловой ИП 101-1А-А1 или комбинированные пожарные извещатели (дым/тепло) ИП 212/101-64-A2R. В качестве пожарных извещателей пламени 4 - пожарный извещатель пламени Пульсар 1-01Н или Пульсар 1-01С.

Камера видеонаблюдения 10 представляет собой антивандальную купольную камеру видеонаблюдения ESVI IPC-DN2.1, 2.0Мп, 3.6, а тепловизионная камера 11 - тепловизионную камеру Генезис КТ или тепловизор Титан-363 IP.

В устройстве управления 6 (УУ), используя персональный компьютер 9 (ПК), задают пороги срабатывания пожарных извещателей 2-4. Для пожарных извещателей дымовых 2 задают порог срабатывания 0,05-0,2 дБ/м; для пожарных извещателей тепловых 3, которыми измеряют температуру воздуха в контролируемом помещении, задают скорость роста температуры воздуха не менее 1 °C/с при температуре воздуха 55 °C и выше. Пороги срабатывания пожарных извещателей пламени 4 задают в соответствии с их технической документацией.

В персональном компьютере 9 (ПК) задают пороги срабатывания газоанализатора 1 (Г) в зависимости типа помещения (допустимые /нормативные концентрации кислорода O₂, диоксида углерода CO₂, монооксида углерода CO). Соответственно, срабатывание газоанализатора 1 (Г) устанавливают при превышении этих норм. Например, для общественных помещений для газа CO устанавливают порог срабатывания 0,001%, для CO₂ - 0,1%, для O₂ - 18,5-20%.

Газоанализатор 1 (Г), пожарные извещатели 2-4, тепловизионная камера 11 и камера видеонаблюдения 10 постоянно контролируют помещение на предмет пожарной опасности. Сигналы от пожарных извещателей 2-4 по шлейфу пожарной сигнализации 5 поступают в устройство управления 6 (УУ), где происходит сравнение измеренных значений с заданными порогами срабатывания. При совпадении текущих значений с заданными порогами срабатывания происходит срабатывание пожарных извещателей 2-4. Значения концентраций газов O₂, CO₂, CO, измеренные газоанализатором 1 (Г), поступают в персональный компьютер 9 (ПК), где происходит их сравнение с заданными порогами срабатывания. При совпадении текущих значений концентраций газов O₂, CO₂, CO с заданными, соответствующий сигнал поступает в устройство управления 6 (УУ).

При срабатывании одного из пожарных извещателей 2, 3 или 4 через 60 секунд осуществляют их повторный опрос. При повторном срабатывании одного из пожарных извещателей 2, 3 или 4, либо при срабатывании не менее двух пожарных извещателей дымовых 2 в течение не более 60 секунд или поступлении от персонального компьютера 9 (ПК) в устройство управления 6 (УУ) сигнала о совпадении текущих значений концентраций газов, измеренных газоанализатором 1 (Г), с заданными, устройство управления 6 (УУ) вырабатывает сигнал, свидетельствующий о возникновении возгорания, и подает управляющий сигнал в узел исполнительных органов 7 (УИО) и на насосную установку 8 (НУ), осуществляя ее пуск. При этом устанавливают давление воды в трубопроводе 14, равное 2 бар. В результате воду по трубопроводу 14 подают в очаг пожара 16, обеспечивая его тушение распыленным потоком воды 17 через оросители 13 с плотностью орошения 0,03 л/(м²⋅с).

Одновременно с контролем, осуществляемым газоанализатором 1 (Г) и пожарными извещателями 2-4, с использованием тепловизионной камеры 11, размещенной на потолке в углу помещения, постоянно отслеживают температуру поверхности всех потенциально горючих материалов, находящихся в контролируемом помещении, а также, используя камеру видеонаблюдения 10 и персональный компьютер 9 (ПК), в режиме реального времени отслеживают изменения нормализованной интенсивности изображения очага пожара 16.

Когда температура поверхности очага пожара 16, измеренная тепловизионной камерой 11, не превышает 200 °С, а нормализованная интенсивность изображения очага пожара 16 (фиг.2) не превышает 0,4 для древесины и 0,6 для линолеума на теплоизолирующей основе при скорости снижения нормализованной интенсивности изображения не более 0,01 с^-1, процесс подачи воды через оросители 13 останавливают.

Для прекращения подачи воды через оросители 13 с помощью персонального компьютера 9 (ПК) передают сигнал в устройство управления 6 (УУ), которое в свою очередь воздействует на насосную установку 8 (НУ) и узел исполнительных органов 7 (УИО), останавливая подачу воды по трубопроводу 14 из бака 15 на оросители 13.

Осуществление способа было проверено на модельных очагах пожара класса А размерами до 300 см², которые изготавливали из потенциально горючих материалов: древесины и линолеума на теплоизолирующей основе. Был использован изолированный от внешней среды бокс из стекломагнезитового листа размерами 1,5×1×1,25 м, в котором, в соответствии с расположением, указанным на фиг.1, были размещены пожарные извещатели пламени 4, пожарные извещатели дымовые 2, пожарные извещатели тепловые 3, тепловизионная камера 11 и камера видеонаблюдения 10, а также газоанализатор 1 (Г).

Угол обзора пожарных извещателей пламени 4 составлял 120°; время их срабатывания - 4,5 с. Инерционность дымовых пожарных извещателей 2 составляла 5-9 с. Время срабатывания тепловых пожарных извещателей 3 составляло 358-100 с при повышении температуры со скоростью 30°C/мин, а температурный порог их срабатывания составлял 54-65 °C.

Для просмотра и последующего сохранения данных с камеры видеонаблюдения 10 использовали установленное на персональном компьютере 9 (ПК) программное обеспечение «Xeoma». Дополнительно в программном обеспечении «Mathematica» использовали программный код, позволяющий в режиме реального времени с заданным интервалом опроса определять нормализованную относительно максимально возможного значения интенсивность изображения очага пожара, зарегистрированную камерой видеонаблюдения 10.

В процессе горения модельных очагов определяли температуру воздуха в изолированном боксе; время тушения модельного очага, время срабатывания пожарных извещателей; концентрации CO, CO₂, O₂; нормализованную интенсивность изображений очага пожара.

Было установлено, что пожарные извещатели пламени 4 срабатывают при высоте пламени не менее 0,02 м при расположении очага пожара от них на расстоянии не более чем 2 м, высоте пламени не менее 0,05 м при расположении очага пожара от них на расстоянии 2-5 м, и при высоте пламени не менее 0,15 м при расположении очага пожара от них на расстоянии более чем 5 м; пожарные извещатели тепловые 3 срабатывают при скорости роста температуры воздуха в окрестностях пожарного извещателя не менее 1 °C/с при температуре газовой среды 55 °C и выше; дымовые пожарные извещатели 2 срабатывают при концентрации дыма в воздухе не менее 2 г/м³ для линолеума и 24 г/м³ для древесины.

При повторном срабатывании одного из пожарных извещателей 2-4 в течении не более 60 секунд, либо при срабатывании не менее двух пожарных извещателей дымовых 2 в течение не более 60 секунд, или совпадении текущих значений концентраций газов CO, CO₂, O₂, измеренных газоанализатором 1 (Г), с заданными порогами срабатывания, осуществляли подачу воды в модельный очаг пожара 16. Для этого использовали оросители 13 ФМТ-100 с размером генерируемых капель до 150 мкм. Воду заливали в бак объемом 7 л. В баке нагнетали избыточное давление 2 бар, которое измеряли манометром с погрешностью не более 0,05 бар. Воду под давлением через трубопровод 14 подавали на оросители 13, обеспечивая плотность орошения 0,03 л/(м²⋅с) очага пожара 16.

Из всего видеопотока, передаваемого на персональный компьютер 9 (ПК) с камеры видеонаблюдения 10 с частотой 1 Гц в программное обеспечение «Mathematica», импортировали видеограммы. На каждом кадре выделяли область, содержащую модельный очаг пожара 16. Определяли среднюю интенсивность I₀ данной области на каждом кадре, как среднее арифметическое значение интенсивности пикселей, содержащихся в выделенной области. После этого для каждого видеокадра вычисляли нормализованную относительно максимального значения интенсивность изображения модельного очага пожара 16:

I=I₀/I_max,

где I_max=256 count - максимально возможная интенсивность при разрядности камеры видеонаблюдения 10, соответствующей значению 8 бит.

Если нормализованная интенсивность изображения очага пожара из древесины не превышала 0,4 (фиг.2), а нормализованная интенсивность изображения очага пожара из линолеума на теплоизолирующей основе не превышала 0,6 (фиг.3) при скорости снижения во времени нормализованной интенсивности изображения, стремящейся к нулю и не превышающей значения 0,01 с^-1, а температура поверхности модельного очага пожара снижалась ниже 200 °C, останавливали подачу воды через оросители.

Используя полученные результаты определили комбинации технических средств, необходимых и достаточных для ранней идентификации возгораний и реализации способа адаптивного тушения пожара в помещении (таблица 1). Определили, что для идентификации начальной стадии термического разложения очага пожара и начала подачи воды для тушения (I в таблице 1) необходимо использовать пожарные извещатели дымовые 2, газоанализатор 1 (Г) и тепловизионную камеру 11. Замедление пламенного горения очага пожара в процессе его тушения (II в таблице 1) можно идентифицировать по сигналам, исходящим от пожарных извещателей пламени 4, пожарных извещателей тепловых 3, пожарных извещателей дымовых 2, газоанализатора 1 (Г), камеры видеонаблюдения 10 и тепловизионной камеры 11. Для идентификации стадии прекращения пламенного горения очага пожара в процессе его тушения (II в таблице 1) необходимо осуществлять контроль помещения пожарными извещателями пламени 4, пожарными извещателями дымовыми 2, газоанализатором 1 (Г), камерой видеонаблюдения 10, и тепловизионной камерой 11. Для идентификации полного прекращения термического разложения очага пожара и прекращения подачи воды для тушения (III в таблице 1) необходимо использовать показания газоанализатора 1 (Г), камеры видеонаблюдения 10 и тепловизионной камеры 11.

Для первой и второй групп помещений регламентируется (по СП 485.1311500.2020) интенсивность орошения очага пожара водой в диапазоне 0,08-0,12 л/(м^2⋅с) при максимальной продолжительности подачи воды не менее 30-60 минут.При таком нормативе максимальный удельный объем воды на единицу площади очага пожара достигает значений 144-432 л/м².

Предлагаемый способ адаптивного тушения пожара в помещении позволил снизить данный показатель для древесины - до 8,7 л/м², для линолеума - до 0,9 л/м². Таким образом, способ адаптивного тушения пожара в помещении способствует предотвращению чрезмерного залива помещения водой.