Ochrona Bezpieczeństwo - Systemy sygnalizacji pożarowej – funkcjonowanie urządzeń i przegląd komponentów

System sygnalizacji pożarowej ma za zadanie ostrzegać o sytuacji awaryjnej, aby ludzie znajdujący się w budynku mogli podjąć działania w celu ochrony swojej osoby i innych użytkowników obiektu. Takie systemy przeciwpożarowe są zainstalowane w biurach, fabrykach i budynkach użyteczności publicznej, są częścią naszej codziennej rutyny, ale często są niezauważane, dopóki nie nastąpi nagły przypadek, kiedy to mogą po prostu uratować ludzkie życie.

Niezależnie od metody wykrywania, jeśli alarm zostanie uruchomiony, sygnalizatory rozpoczną swoje działanie, aby ostrzec ludzi w budynku o powstaniu pożaru i ogłosić ewakuację. System sygnalizacji pożarowej może również współdziałać z systemem transmisji sygnałów alarmów pożarowych i uszkodzeniowych, który może następnie zaalarmować straż pożarną za pośrednictwem centrum monitorowania alarmów. W publikacji przybliżono strukturę i rodzaje systemów sygnalizacji pożarowej.

Centrala sygnalizacji pożarowej oraz elementy wykrywcze
„Mózgiem” całego systemu jest centrala sygnalizacji pożarowej. Jest to centralny komputer, do którego spływają wszystkie sygnały od czujek, podłączonych zazwyczaj przewodami. Zapewnia on wskazanie statusu pracy obsłudze. Urządzenie to można również skonfigurować tak, aby symulowało działanie w czasie alarmu, co można wykorzystać podczas okresowych ćwiczeń przeciwpożarowych (nazwanych w przepisach praktycznym sprawdzeniem organizacji oraz warunków ewakuacji), dzięki czemu wszyscy pracownicy będą wiedzieli, jakie czynności należy podjąć w przypadku powstania realnego zagrożenia.

„Sercem” systemu sygnalizacji pożarowej są elementy wykrywcze, od prostych ręcznych ostrzegaczy pożaru z łamliwą szybką do wyrafinowanych inteligentnych czujek dymu. Istnieje szeroki wachlarz różnych typów takich elementów, ale można je podzielić na grupy, w tym czujki ciepła, dymu, czujniki tlenku węgla, czujki wielosensorowe i ręczne ostrzegacze pożarowe. Czujka ciepła może kontrolować temperaturę tak, że po przekroczeniu zadanej wartości wyzwala się alarm, może analizować też szybkość zmian temperatury. Zwykle detektory ciepła działają podobnie jak bezpiecznik topikowy. Zawierają stop eutektyczny, który jest wrażliwy na ciepło. Po osiągnięciu określonej temperatury, stop zmienia się z ciała stałego w ciecz, co z kolei wyzwala alarm. Istnieją trzy podstawowe typy czujek dymu: jonizacyjne, działające na zasadzie rozpraszania światła oraz przesłaniania wiązki światła.

Jonizacyjna czujka dymu (rys. 1) zawiera zwykle dwie komory.
Pierwsza komora jest używana jako odniesienie do kompensacji zmian temperatury otoczenia, wilgotności lub ciśnienia. Druga zawiera radioaktywny izotop, zwykle źródło promieniowania alfa, które jonizuje powietrze przechodzące przez komorę, gdzie prąd przepływa między dwiema elektrodami. Kiedy dym przedostaje się do komory, przepływ prądu maleje. Spadek przepływu prądu w konsekwencji powoduje zainicjowanie alarmu.
W konstrukcji czujki dymu działającej na zasadzie rozpraszania światła (rys. 2) wykorzystywany jest efekt Tyndalla.
Fotokomórka i źródło światła są oddzielone od siebie zaciemnioną komorą tak, że źródło światła nie pada na fotokomórkę. Przedostanie się dymu do komory powoduje rozpraszanie światła ze źródła i padanie go na fotokomórkę. Sygnał z fotokomórki w konsekwencji powoduje zainicjowanie alarmu.
W czujce dymu działającej na zasadzie przesłaniania wiązki światła (rys. 3), dym zakłóca wiązkę światła między źródłem światła a fotokomórką.

Fotokomórka mierzy ilość światła, które otrzymuje. Zmiana na wyjściu fotokomórki w konsekwencji powoduje zainicjowanie alarmu. Ten rodzaj detekcji może być stosowany do ochrony dużych obszarów, gdy źródło światła i fotokomórka znajdują się w pewnej odległości od siebie.

Detektory tlenku węgla znane są również jako czujki pożarowe CO i są to czujniki elektroniczne służące do sygnalizowania powstania pożaru poprzez wykrywanie poziomu tlenku węgla w powietrzu (przykład czujki wielosensorowej wykrywającej m.in. CO na rys. 4).Jak wiadomo, tlenek węgla to trujący gaz powstający podczas spalania. W tym przypadku detektory te nie są tym samym, co detektory tlenku węgla stosowane w mieszkaniach do wykrywania niebezpiecznego stężenia tlenku węgla wytwarzanego w wyniku niepełnego spalania w urządzeniach, takich jak piecyki gazowe, kotły grzewcze czy kominki. Czujki pożarowe tlenku węgla wykorzystują ten sam typ czujnika, co czujniki domowe, ale są bardziej czułe i szybciej reagują. Detektory tlenku węgla mają ogniwo elektrochemiczne, które wykrywa tlenek węgla, nawet gdy nie ma dymu ani żadnych innych produktów spalania. Detektory wielosensorowe (rys. 5) odbierają sygnały wejściowe z czujników optycznych i termicznych, i przetwarzają je za pomocą zaawansowanego algorytmu.
Zostały zaprojektowane tak, aby były czułe na szeroką gamę pożarów. Po odpytaniu przez centralę, czujka zwraca wartość w oparciu o połączone odpowiedzi z czujników optycznych i termicznych.
Ręczny ostrzegacz pożarowy lub przycisk pożarowy (rys. 6) to urządzenie, które umożliwia aktywację alarmu poprzez podniesienie plastikowej osłonki i wciśnięcie guzika (a czasem złamanie kruchego fragmentu szkiełka na obudowie). Systemy sygnalizacji pożarowej można podzielić na cztery główne typy: „konwencjonalne”, „adresowalne”, „inteligentne systemy pożarowe” i „systemy bezprzewodowe”. W konwencjonalnym systemie sygnalizacji pożarowej (przykład centrali na rys. 7) okablowanie fizyczne służy do łączenia kilku czujek i przycisków pożarowych, z których sygnały są przesyłane z powrotem do głównej jednostki sterującej.Wymienione elementy rozmieszczone są w strefach, aby ułatwić zlokalizowanie przyczyny alarmu, co jest ważne zarówno dla straży pożarnej, jak i dla ochrony obiektu. Każda strefa jest wskazywana w centrali pożarowej za pomocą lampki kontrolnej, wyświetlacza tekstowego lub w niektórych przypadkach obu tych sposobów. Im budynek jest podzielony na większą liczbę stref, tym dokładniejsze będzie zlokalizowanie elementu, który wykrył pożar. Panel sterowania jest podłączony do co najmniej dwóch obwodów sygnalizatorów, które mogą zawierać sygnalizatory akustyczne lub inne urządzenia dźwiękowe. To właśnie te urządzenia służą do ogłoszenia alarmu po wykryciu zagrożenia. Zasada wykrywania systemu adresowalnego (przykłady central na rys. 8) jest taka sama, jak systemu konwencjonalnego, z tym wyjątkiem, że każda czujka otrzymuje ustawiony adres zwykle za pomocą przełącznika typu dip-switch, a na panelu sterowania można dokładnie określić, która czujka lub ręczny ostrzegacz pożarowy wywołał alarm. Obwód detekcyjny jest okablowaną pętlą, a do każdej z nich można podłączyć do 99 urządzeń. Często pętla jest wyposażona w moduły izolujące tak, że jest ona podzielona na sekcje w celu zapewnienia, że zwarcie lub pojedyncza usterka spowoduje utratę tylko niewielkiej części systemu, co umożliwi pozostałej jego części normalne działanie. W poprzednich dwóch systemach (konwencjonalnym i adresowalnym), czujki nie są uważane za „inteligentne”, ponieważ mogą dawać jedynie sygnały wyjściowe reprezentujące wartość wykrytych zjawisk. To jednostce sterującej pozostawia się decyzję, czy wystąpił pożar, usterka, alarm wstępny lub inne stany.

Jednak w kolejnym typie systemu, jakim jest inteligentny system sygnalizacji pożarowej (przykład centrali najnowszej generacji na rys. 9), każda czujka posiada własny procesor, który ocenia otoczenie i informuje centralę o ewentualnym pożarze, usterce lub konieczności czyszczenia głowicy czujki.

Zasadniczo systemy inteligentne są znacznie bardziej złożone i zawierają znacznie więcej udogodnień niż systemy konwencjonalne lub adresowalne. Ich głównym celem jest zapobieganie wystąpieniu fałszywych alarmów. Inteligentne systemy sygnalizacji pożarowej są dostępne w wersjach z 2, 4 i 8 pętlami, co oznacza, że duże pomieszczenia mogą być monitorowane z jednej centrali.

Ostatnim rozważanym typem systemu, jest bezprzewodowy system sygnalizacji pożarowej. Zestaw radiowy przeznaczony do wczesnego wykrywania źródła pożaru w obiektach, w których z różnych przyczyn nie jest możliwe prowadzenie okablowania, pokazano na rys. 10.

Tak zaprojektowane systemy (lub fragmenty całego systemu) stanowią skuteczną alternatywę dla tradycyjnych, przewodowych systemów sygnalizacji pożarowej do wszystkich zastosowań. Wykorzystują bezpieczną, niewymagającą licencji komunikację radiową do łączenia czujników i urządzeń ze sterownikami. Jest to prosta koncepcja, która zapewnia wiele unikalnych korzyści i jest w pełni inteligentnym systemem wykrywania pożaru bez konieczności stosowania okablowania.

Przyszłość Systemów Sygnalizacji Pożarowej na świecie
Cytując członka Komitetu Technicznego NFPA ds. systemów sygnalizacji do ochrony życia i mienia, Thomasa P. Hammerberga, nowoczesne technologie zwiększają efektywność operacyjną infrastruktury budowlanej, więc systemy sygnalizacji pożarowej będą musiały również podlegać zmianom. Szczególnie interesująca koncepcja, która może szybko się urzeczywistnić to aplikacja IoT (Internetu rzeczy) w instalacjach SSP.

Chociaż technologia zmienia się niezwykle szybko, branża alarmów przeciwpożarowych reaguje stosunkowo wolno. Oczywiście postępy zostały poczynione, ale nie w tempie zbliżonym do innych systemów. Polegały one przede wszystkim na spełnieniu aktualnych amerykańskich standardów UL i wymagań normowych dotyczących tego rodzaju urządzeń przeciwpożarowych. Normy te są aktualizowane co trzy lata, ale większość stanów USA nie przyjmuje ich od razu, więc branża SSP zawsze nadrabia zaległości. Częściowo problem może wynikać z obawy przed samymi zmianami.

Istotne zmiany zapoczątkowało wydanie w 2010 r. normy NFPA 72: National Fire Alarm and Signaling Code (w Polsce obowiązuje Norma Europejska EN 54). Standard ten dotyczy nie tylko alarmów przeciwpożarowych. Zmieniono układ treści, aby ułatwić korzystanie z niego użytkownikom niezaznajomionym z tematyką zagrożeń pożarowych. W 2013 roku stowarzyszenie IAFC (International Association of Fire Chiefs) zaproponowało szereg zmian mających na celu zmniejszenie liczby fałszywych alarmów. Jedną z kluczowych zmian było zezwolenie na instalowanie tylko adresowalnych systemów sygnalizacji pożarowej. Jest to logiczne, gdyż można uzyskać znacznie więcej informacji z urządzenia adresowalnego, co jest potrzebne do poprawy jakości i niezawodności przyszłych systemów sygnalizacji pożarowej. Jeśli problem nie jest odpowiednio zidentyfikowany, nie można go rozwiązać w drodze interwencji. W edycji 2016 dużą zmianą było dodanie obwodów klasy N (sieci Ethernet).

Inną znaczącą, niedawną zmianą jest sposób monitorowania systemów sygnalizacji pożarowej. Urządzenia transmisji alarmu podłączone do linii telefonicznych zastępowane są monitoringiem za pomocą telefonii komórkowej, sieci bezprzewodowej czy Internetu. Sprzęt używany do niektórych z tych metod monitorowania był przeznaczony tylko dla IT, a nie do przekazywania alarmów.

Oprócz wykorzystywania technologii pomagającej w ograniczaniu fałszywych alarmów, dąży się do budowy bardziej wydajnych i mniej kosztownych systemów, zarówno z punktu widzenia samej instalacji, jak i konserwacji. Obwody klasy N, jeśli są używane, są instalowane jak obwody IT w systemach komputerowych. Norma NFPA 72 zezwala na wspólny przesył informacji dla urządzeń zapewniających bezpieczeństwo użytkowników obiektów i innych, więc używanie obwodów do więcej niż jednego celu może mieć ekonomiczne uzasadnienie.

Kolejna zmiana w 2019 r. to dodanie nowej definicji „jednostki informacyjnej systemu budynku”. Jest nim komputerowe urządzenie elektroniczne, które jest przeznaczone do przekazywania informacji o budynku i wykonywania funkcji kontroli systemów, w tym wyświetlania stanu systemu przeciwpożarowego i sterowania nim. Obecnie jest to zwykle komputer zainstalowany w tym samym pomieszczeniu, w którym znajduje się centrala sygnalizacji pożarowej służąca do sterowania systemami alarmowymi oraz zarządzania infrastrukturą wewnętrzną budynku. Skoro komputery rządzą teraz światem, to może systemy SSP staną się częścią systemu komputerowego w przyszłości? Istnieją przecież już czujki dymu, które po aktywacji mogą wysłać sygnał do smartfona.

Testowanie sprzętu przeciwpożarowego również może się radykalnie zmienić. Norma NFPA 72 już teraz umożliwia automatyczne testowanie sprzętu, o ile jest wymieniony na liście urządzeń przeciwpożarowych. Adresowalne centrale sygnalizacji pożarowej mogą monitorować i regulować czułość czujki dymu zdalnie. Co najmniej jeden producent produkuje system sygnalizacji pożarowej, który umożliwia dźwiękowym systemom ostrzegawczym przeprowadzenie autotestu i sprawdzenie, czy poziomy słyszalności są takie same, jak podczas ich instalacji. To rozwiązałoby olbrzymi problem w branży alarmowej, ponieważ nikt nie chce włączać sygnalizacji alarmu pożarowego w budynkach, w których pracują ludzie.

Alarmy pożarowe przyszłości powinny mieć zdolność dostarczania dokładniejszych informacji użytkownikom budynków, a także straży pożarnej, poprawiając bezpieczeństwo pożarowe i chroniąc ludzkie życie poprzez lepsze wykorzystanie technologii, łącząc się z innym sprzętem, takim jak systemy bezpieczeństwa lub urządzenia do masowego powiadamiania, w celu szerszego wykorzystania i obniżenia kosztów w całym okresie funkcjonowania systemu. Trudno uwierzyć, że iPhone’y istnieją dopiero od 14 lat, a przecież smartfony przyczyniły się do zmiany sposobu postrzegania świata. Należy sądzić więc, że widzimy tylko wierzchołek góry lodowej w systemach przeciwpożarowych przyszłości.

Zakończenie
W publikacji przybliżono działanie systemów przeciwpożarowych montowanych w wielu budynkach, z którymi spotykamy się na co dzień, i które służą do ostrzegania osób znajdujących się w budynku o sytuacji awaryjnej związanej z pożarem. Omówiono główne typy czujek: czujki ciepła, czujki dymu, czujki tlenku węgla, czujki wielosensorowe oraz ręczne ostrzegacze pożarowe. Ostatecznie przeanalizowano funkcjonowanie różnego typu systemów sygnalizacji pożarowej: konwencjonalnego, adresowalnego, inteligentnych systemów pożarowych i systemów bezprzewodowych. Dokonano predykcji rozwoju elektronicznych urządzeń przeciwpożarowych jako wytworów techniki przyszłości, jednakże cytowane wytyczne NFPA odnoszą się do normalizacji w USA, a zaprezentowane rozwiązania nie są tożsame z założeniami obowiązującej w naszym kraju Normy Europejskiej EN 54.