Данный материал содержит комплексный обзор систем раннего обнаружения огня (автоматической пожарной сигнализации), их назначения и принципов работы. Особое внимание уделено стадиям развития пожара и критической важности обнаружения возгорания на начальном этапе для своевременной эвакуации людей, эффективного пожаротушения и минимизации материального ущерба. Описан общий принцип работы системы от момента детекции до активации оповещения и автоматических средств пожаротушения.
пожар, тление, система раннего обнаружения, дымовые датчики, тепловые датчики, газовые анализаторы, спектральные датчики, эвакуация, продукты горения
В современном мире обеспечение безопасности зданий и сооружений от пожаров является критически важной задачей. Системы раннего обнаружения огня (автоматическая пожарная сигнализация) играют ключевую роль в этой системе защиты. Их основное предназначение - максимально быстро зафиксировать первые признаки возгорания, такие как дым, повышение температуры или открытое пламя, зачастую еще до того, как пожар достигнет стадии интенсивного развития.
Своевременное срабатывание этих систем позволяет инициировать план эвакуации, оповестить экстренные службы и активировать автоматические средства пожаротушения, тем самым минимизируя материальный ущерб и, самое главное, спасая человеческие жизни.
Развитие технологий привело к появлению широкого спектра высокочувствительных и интеллектуальных решений для мониторинга пожарной безопасности на самых разных объектах [1].
Развитие пожара в помещении или на открытом пространстве проходит через несколько последовательных стадий (фаз), каждая из которых имеет свои характерные особенности и продолжительность.
Традиционно выделяют три основные стадии развития пожара [2]:
1. Начальная стадия (Стадия возникновения и роста).
Это критически важный этап для систем раннего обнаружения огня. Начинается с момента появления источника зажигания. В течение первых 5–40 минут (продолжительность сильно зависит от типа горючего материала и наличия кислорода) происходит медленное повышение температуры и выделение основной массы дыма.
На этой стадии огонь еще относительно слаб, не оказывает значительного влияния на несущие конструкции здания, и его легко потушить первичными средствами пожаротушения (огнетушителем).
2. Основная стадия (Стадия разгара, или развитого горения)/
Если пожар не был потушен на начальной стадии, он переходит в фазу интенсивного горения. Происходит резкое нарастание температуры (достигает максимума, порядка 800–900 °C) и охват огнем все большей площади.
В замкнутых пространствах может произойти флэшовер (flashover) -мгновенное объемное воспламенение всех горючих поверхностей из-за высокой температуры и теплового излучения. Пребывание людей в помещении становится невозможным. Основная масса горючих веществ (80-90%) выгорает именно на этом этапе.
3. Конечная стадия (Стадия затухания или догорания)/
Интенсивность пожара снижается по мере исчерпания ресурсов для горения. Температура постепенно падает, пламя ослабевает, процесс горения переходит в медленное тление.
Это происходит из-за того, что либо закончилось топливо, либо критически снизилась концентрация кислорода. Хотя открытого огня уже может не быть, сохраняется высокая температура и опасность повторного возгорания (тления), а также обрушения ослабленных конструкций [3].
Раннее обнаружение пожара является фундаментальным принципом пожарной безопасности, и его важность невозможно переоценить. Обнаружение возгорания на начальном этапе дает ряд критических преимуществ.
На начальной стадии скорость распространения огня и дыма относительно низкая и чем раньше обнаружен пожар, тем больше времени у людей в здании на безопасную эвакуацию.
Большинство смертей при пожарах происходит не от огня, а от отравления продуктами горения (угарный газ) и недостатка кислорода. Раннее оповещение позволяет людям покинуть опасную зону до того, как концентрация дыма станет смертельной.
Пожар, обнаруженный на стадии тления или небольшого очага, наносит минимальный ущерб. Очаг возгорания можно быстро локализовать и потушить первичными средствами (огнетушитель, внутренний пожарный кран), что предотвращает переход пожара в стадию разгара (флэшовер), когда огонь мгновенно охватывает все помещение, и ущерб становится тотальным. Сотрудники объекта или жильцы могут справиться с огнем самостоятельно до приезда пожарной службы.
Кроме того, при раннем обнаружении автоматические системы пожаротушения срабатывают быстрее и подавляют огонь в зародыше, используя минимальное количество воды или газа, что также снижает сопутствующий ущерб. Быстро потушенный пожар означает минимальный простой в работе предприятия, меньшие затраты на восстановление и быстрое возобновление нормальной деятельности.
Таким образом, системы раннего обнаружения - это не просто оборудование, а ключевой элемент стратегии выживания как для людей, так и для бизнеса в случае возникновения чрезвычайной ситуации.
Принцип работы системы раннего обнаружения пожара (автоматической пожарной сигнализации) основан на непрерывном мониторинге защищаемого пространства и состоит из трех основных этапов:
Система непрерывно контролирует условия окружающей среды посредством разных видов пожарных детекторов. Как только хотя бы один датчик фиксирует нарушение установленных норм, мгновенно подается сигнал на главный управляющий блок.
Все датчики подсоединены к центральной панели контроля и приема сигналов (прибору ПКП), выполняющему роль главного координатора всей системы. Именно этот прибор получает поступающие от детекторов сигналы, проводит их обработку и управление дальнейшей реакцией системы безопасности.
Как только центральная панель подтверждает факт возгорания, она автоматически активирует комплекс мер по защите людей и имущества: речевое оповещение, световые указатели эвакуации, блокировка лифтов и т.д. Сообщение о пожаре автоматически передается на пульт централизованного наблюдения пожарной охраны [4].
Система может автоматически инициировать работу систем дымоудаления, запустить автоматические установки пожаротушения.
Таким образом, ключевой принцип работы системы - это скорость реакции и автоматизация процесса от обнаружения до активного противодействия пожару.
Выбор конкретного типа датчиков для системы зависит от характеристик объекта, потенциальных рисков и требований нормативных документов
Датчики дыма являются наиболее распространенным и эффективным типом устройств для раннего обнаружения пожара, особенно на его начальной стадии (стадии тления), когда выделяется большое количество дыма, но еще нет открытого огня или высокой температуры.
Существует несколько типов дымовых извещателей, различающихся по физическому принципу обнаружения дыма:
1. Оптико-электронные (фотоэлектрические) извещатели - самый распространенный и надежный тип. Внутри корпуса извещателя находится оптическая камера с источником света (обычно светодиод) и фотоприемником (фотодиодом), расположенными под углом друг к другу так, что в обычном состоянии луч света не попадает на приемник.
Принцип работы дымового датчика основан на следующем механизме: при попадании частиц дыма внутрь камеры прибора они вызывают рассеивание направленного луча света.
Часть отраженного излучения достигает чувствительного элемента - фотоприёмника, вызывая регистрацию тревожного сигнала. Такие датчики отличаются высокой восприимчивостью именно к большим частицам продуктов горения [5].
2. Ионизационные (радиоизотопные) извещатели используются гораздо реже из-за определенных ограничений. Внутри камеры извещателя находится небольшое количество радиоактивного вещества (например, америций-241), которое ионизирует воздух, создавая слабый постоянный электрический ток между двумя электродами.
При попадании частиц дыма в камеру они связывают ионы, нарушая этот ток. Снижение тока фиксируется как сигнал тревоги.
Эти датчики хорошо реагируют на мелкие, невидимые глазу частицы дыма, характерные для быстрого горения. Но при этом они содержат радиоактивный элемент, хотя и в минимальных безопасных количествах, что усложняет их утилизацию. А также они могут давать ложные срабатывания от пара или сигаретного дыма [6].
3. Дымовые датчики являются универсальными типами и подходят для установки в большинстве типов помещений. Важно помнить, что их не рекомендуется устанавливать в местах с постоянным наличием пара, пыли или дыма от приготовления пищи (кухни, ванные комнаты, производственные цеха), где высок риск ложных срабатываний.
4. Тепловые пожарные извещатели - это устройства, предназначенные для обнаружения возгорания путем регистрации повышения температуры окружающей среды. Они являются важным компонентом систем пожарной сигнализации и делятся на несколько основных типов по принципу действия.
5. Максимальные (пороговые) извещатели срабатывают при достижении заранее заданного порогового значения температуры (например, от +54 до +70 °C для стандартных моделей). В их основе часто лежит легкоплавкий элемент или биметаллическая пластина, которая деформируется или размыкает цепь при нагреве.
6. Дифференциальные извещатели реагируют не на конкретную температуру, а на скорость ее нарастания (температурный градиент). Они содержат два термочувствительных элемента: один быстро нагревается при конвективном потоке тепла от пожара, другой - медленнее. При значительном расхождении показаний датчик подает сигнал тревоги [7].
Существует и комбинированный тип, который срабатывает как при достижении пороговой температуры, так и при быстром темпе ее роста.
Главным преимуществом является устойчивость к ложным срабатываниям.
Тепловые извещатели не реагируют на дым, пар, пыль или аэрозоли, что делает их идеальными для установки в производственных помещениях, кухнях или котельных. Но их нельзя использовать в помещениях с естественными перепадами температуры и располагать возле отопительных приборов или окон [7].
Тепло поднимается к потолку в последнюю очередь, уже на стадии развитого горения, что делает эти датчики менее эффективными для раннего оповещения по сравнению с дымовыми, и они часто используются в качестве дополнения к другим типам датчиков. Или как основной элемент там, где применение дымовых или пламенных извещателей невозможно из-за специфики среды [3].
7. Пламенные пожарные извещатели -это устройства, предназначенные для сверхбыстрого обнаружения пожара путем регистрации электромагнитного излучения (света), испускаемого открытым пламенем или тлеющими материалами в определенном спектральном диапазоне.
Эти извещатели реагируют непосредственно на само горение, а не на его вторичные признаки. Пламенные извещатели действуют как «глаза» системы безопасности, улавливая уникальную «подпись» огня.
Их преимущество в высокой скорости реагирования – миллисекунды, они могут контролировать большие площади и работать на значительном расстоянии от очага возгорания, что важно для больших ангаров и складских помещений [2].
7. Многоспектральные инфракрасные извещатели - наиболее совершенный тип. Они используют несколько сенсоров для анализа излучения на разных длинах волн одновременно. Это позволяет им «видеть» уникальное мерцание пламени (фликкер-эффект) и отличать пожар от других источников тепла или солнечного света, что минимизирует частоту ложных срабатываний. Но любое препятствие (стена, колонна, шкаф), закрывающее извещателю «обзор» пламени, делает его бесполезным [4].
Пламенные извещатели незаменимы в местах, где высок риск быстроразвивающихся пожаров или где другие типы датчиков неэффективны:
- резервуарные парки с легковоспламеняющимися жидкостями и газами (нефтебазы, АЗС);
- ангары для самолетов;
- производственные цеха с открытым технологическим оборудованием (печи, горелки);
- крупные склады с высокими потолками и стеллажным хранением;
- взрывоопасные зоны и промышленные объекты химической отрасли.
8. Газовые пожарные извещатели - это специализированные устройства, которые обнаруживают возгорание, регистрируя изменение химического состава воздуха, в частности, аномальное повышение концентрации определенных газов, выделяющихся в процессе термического разложения или горения материалов.
Газовые (аспирационные) извещатели или Системы сверхраннего обнаружения пожара (ССОП) используют различные типы сенсоров (как правило, электрохимические или полупроводниковые) для непрерывного анализа окружающего воздуха.
Они непрестанно берут пробы воздуха из защищаемого помещения через сеть тонких трубок и анализируют их в центральном блоке с помощью высокоточного лазерного детектора.
ССОП используются там, где требуется сверхраннее обнаружение, например, в серверных, центрах обработки данных, чистых комнатах, музеях. Их основная задача обнаружить продукты горения в воздухе и передать сигнал тревоги на контрольную панель.
В контексте пожарной сигнализации они чаще всего реагируют на:
- угарный газ (CO): самый важный газ для раннего обнаружения, который выделяется в больших количествах уже на стадии медленного тления (неполного сгорания), часто задолго до появления видимого дыма или значительного тепла.
- водород: также выделяется при некоторых видах горения и тления.
- углекислый газ (CO2): хотя он всегда присутствует в воздухе и выделяется людьми при дыхании, его резкий скачок может указывать на горение.
- метан, пропан и другие горючие газы: отдельная категория датчиков, которая используется для предотвращения взрывов и регистрации утечек газа, которые могут привести к пожару, но не обязательно являются индикатором уже начавшегося пожара [4,8].
CO-извещатели могут обнаружить пожар даже раньше, чем оптические дымовые датчики, так как угарный газ распространяется быстрее и появляется раньше видимого дыма при тлении. Угарный газ невидим, не имеет запаха и смертельно опасен для человека, поэтому функция оповещения о его превышении жизненно важна.
Минусом данных датчиков является избирательность. Они реагируют только на определенный тип газа и могут пропустить пожары, которые не выделяют достаточного количества целевого газа.
Поэтому они редко используются как самостоятельная система пожарной сигнализации; обычно дополняют дымовые или тепловые извещатели.
В заключение можно подчеркнуть, что системы раннего обнаружения огня являются фундаментальным и незаменимым элементом современной стратегии пожарной безопасности.
Их основная ценность заключается в способности выиграть самый важный ресурс во время чрезвычайной ситуации - время. Эффективность системы достигается за счет применения разнообразных технологий обнаружения.
Каждый тип сенсора имеет свою область применения и сильные стороны (например, скорость реакции на тление у дымовых и газовых датчиков, или устойчивость к помехам у тепловых).
Правильный выбор оборудования, часто в виде мультисенсорных комбинаций, позволяет создать надежный барьер против всех стадий развития пожара.
Конечная цель этих комплексных технических решений - не просто соответствие нормативам, а минимизация материального ущерба и, что самое главное, обеспечение безопасной и своевременной эвакуации людей, тем самым спасая человеческие жизни.
1. Лепешкин О. М. Теория горения и взрыва: учеб. пособие / О. М. Лепешкин, А. С. Доронин. СПб., 2023. – 165 с.
2. Пожарная безопасность предприятия. Курс пожарно-технического минимума: Учебно-справочное пособие / С.В. Собурь. – 15-е изд., с изменениями. – М.: ПожКнига, 2014. – 480 c.,
3. Пожарная безопасность общественных и жилых зданий: Справочник / Под ред. д.т.н., проф. Собуря С.В. – 4-е изд., перераб. – М.: ПожКнига, 2012. – 160 с.
4. Терехин С.Н., Шидловский Г.Л., Иванов А.Н., Кеда Д.П., Кутузов В.В., Талировский К.С. Методы и технологии обнаружения пожаров в зданиях и сооружениях: учебное пособие. – СПб: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2020. – 172 с.
5. Жидко Е.А., Кирьянов В.К. Эмпирические методы измерения погрешностей при взаимосвязанном развитии внешней и внутренней среды хозяйствующих субъектов/ Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. 2013. № 4 (13). С. 53-60.
6. Жидко Е.А., Леонов П.М., Попова Е.С. Разработка модели идентификации конфликтного компонента и метода ситуационного управления информационными ресурсами информационно-телекоммуникационной системы критически важного объекта в условиях информационного противоборства: монография. Воронеж, 2019. 117 с.
7. Разиньков С. Н., Жидко Е. А., Лукин М.Ю. Экспериментальное местоопределение источников радиоизлучения по многократным оценкам угловых координат в беспилотных комплексах мониторинга/ С.Н. Разиньков, Е.А. Жидко, М.Ю. Лукин // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2018. Т. 16. № 6. С. 57-63.
8. Nikolenko, S.D. Flexural strength of fiber reinforced concrete structures / S.D. Nikolenko, S.A. Sazonova, V.F. Asminin, T.V. Zyazina, N.V. Mozgovoj // В сборнике: Journal of Physics: Conference Series. II International Scientific Conference on Metrological Support of Innovative Technologies (ICMSIT II-2021). Krasnoyarsk, 2021. - С. 22075.
