VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016
МОДЕЛЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
в 1-2 этажных зданиях – до 125 тыс. пожаров и до 10 тыс. погибших,
в 3-5 этажных зданиях – около 20 тыс. пожаров и около 2 тыс. погибших,
в 6-9 этажных зданиях – около 16 тыс. пожаров и до 1 тыс. погибших,
в 10-25 этажных зданиях – около 10 тыс. пожаров и около 500 погибших,
в зданиях более 25 этажей – около 30 пожаров и до 10 погибших.
Если ввести понятие «вероятности гибели от этажности здания», т.е. отношения числа погибших к этажности, то в высотных зданиях она в 4,16 раза выше, чем 1-2 этажных. И это несмотря на то, что в зданиях выше 10 этажей предусмотрены капитальные противопожарные меры (незадымляемые лестничные клетки и т.д.).
Следовательно, даже без системного анализа причин, можно сделать вывод, что существующие системы противопожарной защиты высотных зданий не адекватны их пожарной опасности, а пожарная безопасность проживающих в «высотках», обусловленная временем их эвакуации, обратно пропорциональна этажности здания.
Системный синтез решения проблемы требует самоорганизации трех процессов: раннего обнаружения загорания с соответствующим оповещением, наличия и доступности «незадымляемого пути эвакуации» и подавления/замедления распространения огня (до прибытия пожарных подразделений).
Известно, что самой «быстрой и надежной» системой пожарной сигнализации является аспирационная система, в которой, для достоверного обнаружения используются три разных датчика (тепловой, дымовой и газовый), а её трубопровод охватывает все помещения квартиры, в отверстия которого всасывается воздух, проходящий через камеру с указанными датчиками, чем и обусловлено раннее обнаружение пожара [2].
Также хорошо известно, что наименьший ущерб электроприборам, книгам, вещам, мебели и другим приборам и предметам быта наносит газообразный азот, который давно применяется для объемного тушения пожаров в библиотеках и на других объектах [3,4].
Так как наличие и доступность «незадымляемого пути эвакуации» в высотках имеется, то естественно возникает идея использовать трубопровод аспирационной системы, для закачивания через неё в каждую комнату газообразного азота и, подавления, таким образом, возникшего загорания.
Для реализации такой схемы необходимо и достаточно (рис.1):
во-первых, организовать «реверс» вентилятора аспирационной системы и увеличить его обороты, чтобы, по меньшей мере на порядок (10-50 л/с), обеспечить подачу азота,
во-вторых, скомплексировать с блоком датчиков аспирационной системы генератор азота, чтобы обеспечить флегматизацию воздуха во всем объеме квартиры (в среднем 200 куб. м.) до концентрации кислорода в нем не выше 10%,
в-третьих, оповестить жильцов о включении газовой системы пожаротушения и необходимости эвакуации.
Рис.1 – Блок схема аспирационной системы с генератором азота
В качестве генератора азота теоретически можно использовать любые – 40 литровые баллоны, малогабаритные мембранные установки и термомагнитные сепараторы [4-6]. Однако, с точки зрения безопасности, надежности, долговечности и экономичности, термомагнитные сепараторы воздуха находятся вне конкуренции по следующим причинам.
Совершенно очевидно, что помимо габаритов и необходимости специального контроля и перезаправки, баллоны с азотом в квартире (даже если предусмотреть для них специальный отсек в коридоре) – дополнительная опасность и не такая высокая эффективность, как у остальных, т.к. при вводе азота не происходит удаления кислорода из помещений, а происходит только химическое ингибирование [4].
Малогабаритная мембранная азотная установка (ММАУ), сепарируя азот из окружающего воздуха и, направляя его в трубы аспирационной системы, удаляет все остальные атмосферные газы (О2, СО2 и т.д.), например, в вытяжную систему, значительно ускоряя снижение концентрации кислорода в помещениях. Преимуществом перед баллонами с азотом является тот факт, что установка эксплуатируется только при пожаре и выключается тогда, когда достигнуто требуемое понижение концентрации кислорода, а также не требует никаких перезарядок и обслуживаний. Недостатком является тот факт, что для «выхода на рабочий режим» ММАУ необходимы десятки минут, и давление, при котором половолоконные мембраны работают эффективно, составляет 35 атмосфер, в связи с чем, требуется дросселирование, чтобы не разорвать трубы (полимерные) аспирационной системы, к тому же компрессор установки потребляет много электроэнергии [5].
Принцип ТМСВ, являющегося «бесконечным источником огнетушащего состава» (БИОТС) и кислорода, базируется на уравнении движения газа (уравнение Эйлера) в магнитном поле, через ν - поле вектора скоростей газа, p- давление газа, - магнитную поляризуемость отдельной молекулы и Н - напряженность магнитного поля [6]:
(1)
Рис. 2 - Схема расположения магнитов, вихревых воздухоохладителей и наноперегородки
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.
Рис. 3 - Винтовая конструкция сепаратора и пространственное распределение квадрата
вектора напряженности магнитного поля (в процентах).
Для кислорода, обладающего парамагнитными свойствами, средняя магнитная поляризуемость отдельной молекулы - положительна (+3396∙10-6), а для азота (N2 = -12∙10-6) и остальных газов, обладающих диамагнитными свойствами, магнитная поляризуемость отдельной молекулы - 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 уменьшения процесса диффузионного восстановления разности концентраций диамагнетиков и кислорода, посредине канала ТМСВ установлена наноперегородка из пористого алюминия, разделяющая его на «парамагнитный» - кислородный подканал и «диамагнитный» подканал с инертными газами. Разность температур между стенкой с магнитами и противоположной - устанавливается с помощью вихревых воздухоохладителей Азарова [6-8].
Таким образом, присоединяя «диамагнитный подканал» ТМСВ к вентилятору аспирационной системы, и, реверсируя его на приток, получим подавление загорания охлажденными диамагнитными компонентами воздуха (N2, CO2, Ar и пары воды). Парамагнитный подканал при этом заводится в вентиляционную систему дома, для сброса кислорода в атмосферу.
Литература
1. Мешалкин Е.А. Пожарная безопасность жилых зданий/Системы безопасности, 2013, № 1, с.106-109.
2. Системы и технические средства раннего обнаружения пожара: монография/ Федоров А.В., Членов А.Н., Лукьянченко А.А., Буцынская Т.А., Демехин Ф.В. - М: Академия ГПС МЧС России. 2009.-158с.
3. Назаров В.П., Теляшов Р.М. Применение инертных газов для противопожарной защиты нефтяных резервуаров при аварийных ситуациях - в сб. науч. трудов «Совершенствование средств и способов ликвидации пожаров, аварий и катастроф», - М., ВИПТШ МВД РФ, 1993, с.47-58.
4. Вертков С.И, Никольский М.Н. Установки объемного пожаротушения /Алгоритм безопасности, 2003, №2, с.18-21.
5. Ворошилов И.В., Мальцев Г.И., Кошаков А.Ю. Генератор азота – Патент РФ № 02450857 от 24.08.2010.
6. Белозеров В.В., Босый С.И., Новакович А.А., Толмачев Г.Н., Видецких Ю.А., Пирогов М.Г. Способ термомагнитной сепарации воздуха и устройство для его осуществления» - Патент РФ № 2428242 от 10.09.2011.
7. Белозеров В.В., Ворошилов И.В., Кальченко И.Е., Мальцев Г.И., Плахотников Ю.Г., Прус Ю.В., Олейников С.Н. Способ предотвращения или обнаружения и тушения торфяных пожаров и установка для реализации способа - Патент РФ на изобретение № 2530397 от 10.10.2014, Бюл.№ 28.
8. Азаров А. И. Конструктивно-технологическое совершенствование вихревых воздухоохладителей // Технология машиностроения. - 2004. - N 3. - С. 56-60.