Расстановка пожарных извещателей: проблемные случаи.

Расстановка пожарных извещателей: проблемные случаи.

Требования по размещению пожарных извещателей приведены в НПБ 88-2001* «Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования». Однако в этом документе регламентированы только основные варианты расстановки извещателей для сравнительно простых случаев. На практике часто встречаются помещения с наклонными перекрытиями, с декоративными подвесными решетчатыми потолками, с приточно-вытяжной вентиляцией и т. д., которые должны быть грамотно защищены, несмотря на отсутствие конкретных указаний в НПБ 88-2001*. На все нетиповые случаи есть общее требование в п. 3. НПБ 110-03 «Перечень зданий, сооружений, помещений и оборудования, подлежащих защите автоматическими установками пожаротушения и автоматической пожарной сигнализацией»: «Тип автоматической установки тушения, способ тушения, вид огнетушащих средств, тип оборудования установок пожарной автоматики определяется организацией-проектировщиком в зависимости от технологических, конструктивных и объемно-планировочных особенностей защищаемых зданий и помещений с учетом требований действующих нормативно-технических документов». В НПБ 88-2001* также присутствуют общие требования, например, по п. 12.19 «размещение точечных тепловых и дымовых пожарных извещателей следует производить с учетом воздушных потоков в защищаемом помещении, вызываемых приточной или вытяжной вентиляцией», однако критерии оптимизации расположения извещателей не даны, только указано, что «при этом расстояние от извещателя до вентиляционного отверстия должно быть не менее 1 м».
Избежать грубых ошибок при проектировании во многих сложных случаях можно, используя дополнительные материалы, например, европейский стандарт BS 5839-1:2002 по системам обнаружения пожара и оповещения для зданий, ч. 1 «Нормы и правила проектирования, установки и обслуживания систем», где в каждом разделе и в каждом параграфе сначала излагаются физические процессы, а затем вытекающие из них требования, что позволяет быть уверенным в правильности выбранного решения в конкретном случае. Например, при расстановке автоматических пожарных извещателей необходимо учитывать специфику их работы в зависимости от типа:
«Работа тепловых и дымовых датчиков зависит от конвекции, которая переносит горячий газ и дым от очага к датчику. Расположение и шаг установки этих датчиков должны основываться на необходимости ограничения времени, затраченного на это движение и при условии достаточной концентрации продуктов сгорания в месте установки датчика. Горячий газ и дым в общем случае будут концентрироваться в самых высоких частях помещения, поэтому именно там должны быть расположены тепловые и дымовые датчики. 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, достаточный для активизации тепловых или дымовых датчиков. До некоторой степени этот эффект можно компенсировать при использовании более чувствительных датчиков. 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. К тому же при захвате конвекционной струей окружающего воздуха происходит охлаждение газов. Если потолок достаточно высок и окружающая температура в верхней части помещения высокая, температура газодымовой смеси может снизиться до температуры окружающей среды на уровне ниже потолка. Это возможно, если температура воздуха в помещении увеличивается с высотой, например в результате нагрева солнцем воздух на высших уровнях может быть более высоким, чем температура дыма. Тогда слой дыма сформируется на этом уровне прежде, чем достигнет потолка, как если бы в помещении был невидимый потолок на определенной высоте. Этот эффект известен как стратификация – расслоение. В этом случае и дым, и горячие газы не будут воздействовать на установленные на потолке датчики независимо от их чувствительности. Обычно трудно предсказать с достаточно высокой степенью достоверности уровень, на котором будет происходить стратификация. Это будет зависеть от конвективной тепловой мощности очага и от температурного профиля в пределах защищаемого пространства во время пожара, ни один из которых не известен количественно. Если датчики установлены на предполагаемом уровне стратификации, а стратификации не происходит или она происходит на более высоком уровне, обнаружение может быть опасно запоздалым, поскольку относительно узкая конвекционная струя может обойти датчики. В конце концов, так как очаг увеличивается и выделяется больше тепла, конвекционная струя преодолеет тепловой барьер и установленные на потолке датчики будут работоспособны, хотя и в более поздней стадии пожара, чем если бы никакая стратификация не произошла. (Однако больший очаг обычно обнаруживается, если высота потолка больше.) Таким образом, в высоком помещении, в котором стратификация является вероятной, хотя и могут быть использованы дополнительное датчики на более низких уровнях в надежде обнаружить стратифицированный слой, всегда должны использоваться датчики, установленные на потолке. Так как струя горячего газа является относительно узкой, радиус зоны контроля дополнительных детекторов должен быть уменьшен. Хотя для обычной защиты какой-либо зоны применяются приведенные выше рассуждения, локальные участки могут быть защищены дополнительными пожарными датчиками. Например, системы с тепловыми линейными датчиками могут быть особенно подходящими для того, чтобы защитить элементы энергоустановок или кабельную сеть. При использовании в этих целях датчик должен быть установлен насколько возможно близко к месту, где мог бы возникнуть огонь или перегрев, он должен быть расположен над защищаемой установкой или в тепловом контакте с ней.
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 горячих газов и дыма к датчику. 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. Это ограничение может быть менее важно в случае аспирационной системы, поскольку эта система активно втягивает пробы воздуха из движущегося слоя дыма и горячих газов. При установке тепловых и дымовых датчиков должна быть рассмотрена возможная структура воздушных потоков в помещении. Кондиционирование воздуха и вентиляционные системы с высоким уровнем воздухообмена могут неблагоприятно влиять на способности датчиков, создавая приток к ним свежего воздуха и отток нагретого воздуха, дыма и газов от горения или разжижая дым и горячие газы от очага. Датчики дыма могут быть установлены для контроля дыма в вентиляционных каналах. В основном такие датчики должны способствовать предотвращению распространения дыма вентиляционной системой, любая рециркуляция должна быть прекращена в случае пожара. Эти датчики могут быть подключены к системе пожарной тревоги, но, если датчики дыма имеют нормальную чувствительность, они не могут являться удовлетворительным средством обнаружения пожара в зоне, из которой поступает воздух, так как дым разбавляется извлеченным чистым воздухом…».
Из приведенной физической модели вытекают два основных принципа, которые учитываются при размещении дымовых и тепловых пожарных извещателей:
в случае плоских перекрытий при отсутствии помех и препятствий дымовой и тепловой извещатели защищают площадь в виде круга в горизонтальной плоскости;
необходимо регламентировать минимальное и максимальное расстояние извещателей от перекрытия. Рис.1. Простейшая схема размещения детектора дыма и тепла

По стандарту BS 5839-1:2002 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. Данные радиусы защищаемой площади определяют несколько большие расстояния между извещателями при расстановке по квадратной решетке (рис. 1) по сравнению с требованиями НПБ 88-2001*. Значительная экономия числа извещателей (примерно в 1,3 раза) достигается в больших помещениях при использовании расстановки извещателей по треугольной решетке (рис. 2). Рис.2. Расстановка извещателей в больших помещениях

В настоящее время на практике данные положения можно применять только при использовании аспирационных извещателей. В Рекомендациях ФГУ ВНИИПО МЧС России по проектированию систем пожарной сигнализации с использованием аспирационных дымовых пожарных извещателей серий LASD и ASD указано, что «при защите помещений произвольной формы максимальные расстояния между воздухозаборными отверстиями и стенами определяются исходя из того, что площадь, защищаемая каждым воздухозаборным отверстием, имеет форму круга радиусом 6,36 м (рис. 3).

Расстояние до перекрытия
По британскому стандарту BS5839 пожарные извещатели ОПС должны быть установлены на потолке, так чтобы их чувствительные элементы были расположены ниже потолка в пределах:
1) 25 мм – 600 мм для дымовых датчиков;
2) 25 мм – 150 мм для тепловых датчиков.
Непосредственно у перекрытия остается прослойка чистого воздуха, что и определяет минимальное расстояние от чувствительного элемента дымового и теплового извещателя до перекрытия, равное 25 мм. По этой же причине запрещена установка извещателей заподлицо. В НПБ 88-2001* подобное требование указано пока только для линейного дымового пожарного извещателя п. 12.29. « оптическая ось проходила на расстоянии не менее 0,1 м от уровня перекрытия» и для линейных тепловых пожарных извещателей п. 12.37: « расстояние от извещателя до перекрытия должно быть не менее 15 мм». По НПБ 88-2001* п. 12.18* для всех точечных пожарных извещателей «при подвеске извещателей на тросе должны быть обеспечены их устойчивое положение и ориентация в пространстве. При этом расстояние от потолка до нижней точки извещателя должно быть не более 0,3 м». В стандарте BS5839 указаны различные максимальные расстояния от перекрытия для дымового и для теплового датчика. Дымовые извещатели обеспечивают раннее обнаружение пожара, на этапе тления материалов, и возможно размещение на расстоянии порядка 300 мм от перекрытия даже при отсутствии эффекта стратификации. В отличие от дымовых извещателей тепловые детекторы не обнаруживают тлеющие пожары, а на стадии открытого огня происходит значительное повышение температуры, соответственно, эффект стратификации отсутствует и увеличение расстояния между перекрытием и термочувствительным элементом на расстояние более 150 мм приведет к недопустимо позднему обнаружению пожара, т. е. сделает их практически неработоспособными.

Перфорированные потолки
В аэропортах, в крупных торговых центрах и т. д. часто используются декоративные решетки, чтобы закрыть воздуховоды и кабели, размещенные под перекрытием. Например, потолки типа «Грииии». Как в этом случае нужно устанавливать пожарные извещатели? В стандарте BS 5839-1:2002 указано, что датчики, установленные на основном потолке, могут использоваться для защиты области ниже перфорированного фальшпотолка, если одновременно выполняются условия:
1) площадь перфорации составляет больше чем 40% из любой секции потолка 1m x 1m;
2) минимальный размер каждой перфорации в любом сечении не менее 10 mm;
3) толщина фальшпотолка не более чем в три раза превышает минимальный размер каждой ячейки перфорации.
Во всех других случаях датчики должны быть установлены ниже фальшпотолка, и если необходима защита запотолочного пространства, дополнительные датчики должны быть установлены на основном потолке в запотолочном пространстве.
При выполнении приведенных условий практически не происходит разделения помещения на два пространства, дым проходит через перфорацию фальшпотолка и обнаруживается извещателями, установленными на перекрытии. Эти условия с большим запасом выполняются для потолка типа «Грильято», для большей убедительности рекомендуется рассматривать его как декоративную решетку, практически не создающую препятствия для распространения дыма.

Наклонные перекрытия
Отсутствие в наших нормах понятия наклонного, негоризонтального перекрытия может привести к грубым ошибкам при проектировании. Максимально допустимое расстояние от чувствительного элемента детектора до перекрытия определяет критерий оценки горизонтальности перекрытия, причем без использования каких-либо значений угла наклона. Если перепад высот потолка при использовании детекторов дыма не превышает 600 мм, то дым скапливается в верхней части помещения и потолок считается горизонтальным независимо от площади помещения. Аналогично для тепловых детекторов, если перепад высот не превышает 150 мм, потолок также считается горизонтальным независимо от размеров помещения. При больших перепадах высот дым с теплым воздухом стекает вверх по уклону в направлении конька, и заполняется верхняя часть объема. В этом случае первый ряд пожарных извещателей устанавливается по коньку, а остальные ряды параллельно по скатам первому. Возможно размещения извещателей на более низком уровне, при этом чувствительные элементы дымового извещателя должны быть расположены не ниже 600 мм от верхней части перекрытия, а тепловые не ниже 150 мм (рис.4). Рис.4. Защита помещения со скатами под разными углами BS 5839-1:2002

Кроме того, покатый участок перекрытия, как правило, увеличивает скорость подъема потока дыма и теплого воздуха в направлении вершины, сокращая таким образом время задержки до срабатывания детектора. Соответственно, в BS 5839-1:2002 допускается увеличить расстояние между детекторами в верхнем ряду: для каждого градуса угла наклона ската допускается увеличивать расстояние между детекторами на 1%, но максимум на 25%. Если скаты перекрытия имеют разные углы наклона, то расстояние между извещателями, установленными вдоль конька, выбирается исходя из меньшего значения, определенного по меньшему углу наклона (рис. 4). В данном примере между извещателями по коньку допускается увеличить на 18%, т. е. до 12,39 м. Остальные извещатели устанавливаются исходя из стандартной величины радиуса защищаемой площади, равного 7,5 м в горизонтальной проекции. При этом рекомендуется обращать особое внимание при определении расположения следующих рядов детекторов, чтобы не допускать зазоров между кругами извещателей различных рядов и разных радиусов.
Конечно, нам эти нюансы нельзя использовать на практике, но критерий наклонного перекрытия вполне применим. По НПБ 88-2001* п. 12.18*, уже упоминавшемуся выше, для всех точечных пожарных извещателей « расстояние от потолка до нижней точки извещателя должно быть не более 0,3 м». Таким образом, в помещении 9 х 9 м при перепаде высот порядка 0,6 м возможна установка извещателя в центре помещения, а при большем перепаде высот его рекомендуется располагать на более высокой части перекрытия. При этом следует выполнять требование, указанное в п. 12.18*: «При установке точечных пожарных извещателей под перекрытием их следует размещать на расстоянии от стен не менее 0,1 м». Отметим, что в BS 5839-1:2002 это расстояние для горизонтальных перекрытий составляет 0,5 м.
Аналогично требованиям относительно точечных дымовых извещателей при установке линейных дымовых извещателей в стандарте BS 5839-1:2002 необходимо обеспечить расстояние от луча до горизонтального перекрытия в пределах от 25 мм до 600 мм. В помещении с негоризонтальным перекрытием, т. е. при перепаде высот потолка более 600 мм, требуется защитить пространство вдоль конька крыши. В этом случае по BS 5839-1:2002 расстояние между оптическими осями линейных извещателей также может быть увеличено на 1% для каждого градуса наклона до максимального значения 25% (рис. 5). Рис.5. Защита помещения c наклонным потолком

В нашей практике расстояние между оптическими осями не только не может быть уменьшено, но и вряд ли может быть измерено в горизонтальной проекции, так как в таблице 6 НПБ 88-2001* указаны максимальные расстояния непосредственно между оптическими осями извещателей без учета возможно их размещения на наклонном перекрытии. Рис.6. Защита помещения на среднем уровне

При отсутствии возможности установки линейных дымовых детекторов под перекрытием, например, в атриумах со стеклянной куполообразной крышей, по BS 5839-1:2002 допускается их размещение на уровне ниже 600 мм от потолка. Однако при таком размещении детекторов защищаемая площадь значительно сокращается и составляет до 12,5% от высоты установки в каждую сторону от оптической оси (рис. 6. ) Дым с увеличением высоты расходится на большую площадь, следовательно, экономичнее устанавливать линейные оптические детекторы на максимально возможной высоте. Так, например, при установке на высоте 4 м для надежного обнаружения очага расстояние между оптическими осями должно быть не более 1 м, при установке на высоте 20 м – соответственно не более 5 м.
Перекрытия с балками
В больших производственных помещениях обычно на перекрытии имеются балки значительной высоты. Расстановка извещателей в этом случае должна производиться в соответствии с п. 12.20. НПБ 88-2001*: «Точечные дымовые и тепловые пожарные извещатели следует устанавливать в каждом отсеке потолка шириной 0,75 м и более, ограниченном строительными конструкциями (балками, прогонами, ребрами плит и т. п.), выступающими от потолка на расстояние более 0,4 м. Если строительные конструкции выступают от потолка на расстояние более 0,4 м, а образуемые ими отсеки по ширине меньше 0,75 м, контролируемая пожарными извещателями площадь, указанная в таблицах 5, 8, уменьшается на 40%. При наличии на потолке выступающих частей от 0,08 до 0,4 м контролируемая пожарными извещателями площадь, указанная в таблицах 5, 8, уменьшается на 25%».
При этом не указано, по каким осям следует уменьшать расстояние между извещателями. Балки препятствуют распространению дыма в поперечном направлении, и, следовательно, по этому направлению необходимо сокращать расстояния, обеспечивая заданное сокращение контролируемой площади. Расстояния между извещателями вдоль балок сокращать не имеет смысла, так как между балками дым распространяется даже быстрее, так как проявляется эффект ограничения пространства как в коридоре, где расстояния между извещателями допускается увеличивать в 1,5 раза. Рис.7. Потолок с балками, M — расстояние между извещателями

В BS 5839-1:2002 более подробно рассмотрены два варианта: линейные балки (рис. 7) и соты (рис. 8). Рис.8. Потолок в виде сот

Требования BS 5839-1:2002 по допустимым расстояниям между извещателями поперек балок в зависимости от высоты потолка, высоты балок приведены в таблице 1.
Таблица 1

Где, H – высота потолка; W – ширина ячейки; D – высота балки.

Для потолка в виде сот в зависимости от соотношения высоты балки и ширины ячейки пожарные извещатели устанавливаются либо на потолке, либо на балке (таблица 2). Здесь фигурирует граница высоты балки 600 мм (в отличие от наших 400 мм), но и учитывается относительная высота балки – дополнительная граница, 10% от высоты помещения.
Таблица 2

Где, H – высота потолка; W – ширина ячейки; D – высота балки.