Автоматизация пожаровзрывозащиты жилого сектора с помощью сплит-систем

Кулягин Иван Александрович научный сотрудник ООО "НПТ Центр ОКТАЭДР" 344000, Россия, Ростовская область, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1 Kulyagin Ivan Aleksandrovich research associate of LLC Scientific Production and Technological Center OCTAEDR 344000, Russia, Rostovskaya oblast', g. Rostov-Na-Donu, ul. Pl. Gagarina, 1 bacsan@list.ru Другие публикации этого автора

Белозеров Владимир Валерьевич кандидат технических наук доцент, кафедра Автоматизация производственных процессов, Донской государственный технический университет 344091, Россия, Ростовская область, г. Ростов-На-Дону, ул. Каширская, 24/1, оф. 13 Belozerov Vladimir Valer'evich PhD in Technical Science associate professor of the Department of Automation of Industrial Processes at Don State Technical University 344091, Russia, Rostovskaya oblast', g. Rostov-Na-Donu, ul. Kashirskaya, 24/1, of. 13 isagraf@mail.ru

Введение

Как следует из представленной ранее модели сплит-системы-пожарного извещателя (ССПИ) для индивидуальных домов и квартир ^[1], на основе технологии «интеллектуализации безопасности» была осуществлена доработка сплит-системы фирмы Samsung RAC - AQV 09 12 VBCN ^[2], которая включала в себя защиту самого прибора от загорания с помощью модулей термоэлектронной защиты (МТ-1 и МТ-2), а также установку автономного дымового извещателя пожарного (ДИП) с GSM-модемом во внутреннем блоке ССПИ (рис.1), т.е. «превращения» её в аспирационный пожарный извещатель обнаружения опасных факторов пожара (ОФП) и передачи сигнала в пожарную часть ^[3].

Рис. 1 - Структурная схема сплит-систем

Для выполнения задач предотвращения и подавления опасных факторов пожара и взрыва (ОФПВ), было осуществлено совершенствование модели ССПИ следующим образом:

во-первых, путем установки (рядом с ДИП-GSM: ИП 212-63А-GSM) датчика на бытовой газ, для обнаружения его утечки, с целью перекрытия подачи с помощью электромагнитного клапана на газовой трубе в квартире/индивидуальном доме,

во-вторых, путем подавления загорания или взрывоопасности среды (из-за утечки бытового газа), с помощью инертных газов сепарируемых из воздуха, термомагнитным сепаратором воздуха (ТМСВ), размещаемого во внешнем или внутреннем блоке ССПИ.

Модель обнаружения утечки бытового газа

В соответствии с Техническими регламентами ^[4,5] и датчики газа, и запорная арматура, электромагнитный клапан в частности, должны быть аттестованы в установленном порядке. Поэтому был выбран газовый счетчик «Гранд-SPI» (рис.2) с электромагнитным клапаном перекрытия газопровода, который предназначен для коммерческого учёта количества потребляемого природного газа индивидуальными потребителями ^[6].

Рис. 2 - Газовый счётчик Гранд-SPI

Обмен данными газового счетчика и управление электромагнитным запорным клапаном от внешних устройств осуществляется посредством встроенного GSM-модема или проводами (рис.3) с технологического разъема ^[6].

Рис. 3 – Схема подключения внешнего датчика утечки бытового газа

Однако, как следует из статистики взрывов и пожаров в жилом секторе, их причинами не редко являются утечки бытового газа из внешних газопроводов, путем натекания его в квартиры первых этажей, и последующего взрыва/загорания, от искрообразования в электроустановочных изделиях ^[3,7]. Поэтому, помимо установки в квартире «Грант-SPI», во внутреннем блоке сплит-системы рядом с ДИП-GSM установлен датчик утечки бытового газа (аналогичный, применяемому в «Грант-SPI») с управлением электромагнитным клапаном от технологического разъема (рис.3).

Модель подавления загорания и взрывоопасности от утечки бытового газа

Известно, что газообразный азот наносит наименьший ущерб электроприборам, книгам, мебели и другим предметам быта при тушении пожаров, поэтому, используя «аспирационные свойства» ССПИ, во внутренний блок сплит-системы встраивается термомагнитный сепаратор воздуха ^[7-10].

Термомагнитный сепаратор воздуха (ТМСВ) представляет собой трубу, свернутую в спираль (рис.4), на внешней стороне которой установлены постоянные магниты, а на внутренней - вихревые охладители ^[9,10].

а) б)

Рис. 4 – ТМСВ: а) – единичный виток; б) – сепаратор в сборе

Вдоль канала ТМСВ установлена наноперегородка из пористого алюминия (рис.5), разделяющая его на «парамагнитный» (кислородный подканал) и «диамагнитный» подканалы (с инертными газами - азот, углекислый газ и др.), и препятствующая их обратной диффузии ^[10].

Рис. 5 – Схема расположения магнитов, воздухоохладителей и наноперегородки

ТМСВ, являющийся генератором инертного газа, базируется на уравнении движения газа (уравнение Эйлера) в магнитном поле, через ν – поле вектора скоростей газа, p– давление газа, α – магнитную поляризуемость отдельной молекулы и Н – напряженность магнитного поля ^[9,10]:

(1)

Подставляя в формулу (1) уравнение состояния идеального газа pV=NkT, и выражая плотность газа через его давление p = nkT = ρkT/m, получим выражение для плотности молекул газа в виде распределения Больцмана

(2)

где U= – αH²/2 – потенциальная энергия отдельной молекулы газа, обладающей пара– или диамагнитными свойствами, находящейся во внешнем неоднородном магнитном поле.

Кислород является парамагнетиком, поэтому магнитная поляризуемость отдельной молекулы – положительна (+3396∙10–6), а остальные атмосферные газы, в т.ч. азот (N₂ = –12∙10–6) – диамагнетики, у которых магнитная поляризуемость, молекул - отрицательна. Поэтому плотность кислорода увеличивается в области сильного магнитного поля в соответствии с уравнением (2), а плотность азотной компоненты – уменьшается, в зависимости от квадрата напряженности магнитного поля внутри канала сепаратора. Для улучшения отделения кислорода, между «парамагнитным» и «диамагнитным» подканалами поддерживается разность температур с помощью вихревых воздухоохладителей Азарова ^[10,11].

Итоговая блок-схема прелагаемой модификации представлена на рис.6, а алгоритм работы – на рис.7.

Рис.6 – Блок-схема ССПИ с предлагаемой доработкой

Рис.7 – Алгоритм обнаружения и подавления пожаровзрывоопасности

Таким образом, применение доработанных предлагаемым образом сплит-систем позволит реализовать раннее обнаружение загорания или утечки бытового газа и подавить их сепарированным из воздуха инертным газом (азотом, углекислым газом и др.) до прибытия «аварийных служб», обеспечивая следующие типы тревожных сигналов и алгоритмы их функционирования:

- звуковые и светодиодные мигающие сигналы оповещения по видам ОФПВ в месте расположения ССПИ (утечка бытового газа, загорание), которые можно отключить кнопкой «сброс оповещения», если кто-то из лиц, находящихся в квартире/индивидуальном доме смог принять меры по ликвидации ОФПВ, при этом SMS-сообщение владельцу защищаемых помещений и управляющей компании будет отправлено в обязательном порядке;

- звуковые и светодиодные мигающие сигналы оповещения по видам ОФПВ в месте расположения ССПИ и передачу SMS-сообщения через GSM-радиомодем с сохранением квитанции его доставки в памяти, при отсутствии через установленный интервал времени «сброса оповещения» (отсутствия лиц в квартире/индивидуальном доме), при утечке бытового газа - в газоаварийную службу, в управляющую компанию и владельцу, а при пожаре - в пожарную охрану, в управляющую компанию и владельцу.