Automation Fire and Explosion Protection of the Inhabited Sector with the Help of Split Systems

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 Other publications by this author

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.