Статья '«Интеллектуализация» сплит-систем для обеспечения безопасности квартир многоэтажных зданий и индивидуальных жилых домов' - журнал 'Электроника и электротехника' - NotaBene.ru
по
Journal Menu
> Issues > Rubrics > About journal > Authors > About the Journal > Requirements for publication > Peer-review process > Article retraction > Ethics > Online First Pre-Publication > Copyright & Licensing Policy > Digital archiving policy > Open Access Policy > Article Processing Charge > Article Identification Policy > Plagiarism check policy > Editorial Board > Council of Editors
Journals in science databases
About the Journal
MAIN PAGE > Back to contents
Electronics and Machinery
Reference:

"Intellectualization" of split-systems to ensure the safety of apartments in high-rise buildings and individual houses

Belozerov Valerii Vladimirovich

Doctor of Technical Science

General Director at LLC “Scientific Technological Production Center OKTAEDR”; Professor at the department of Automation of Production Processes, Don State Technical University

344091, Russia, Rostov-on-Don, ul. Kashirskaya, 22-41

safeting@mail.ru
Other publications by this author
 

 
Gerasimenko Dmitrii Vasil'evich

head of the testing center NTP AVIATEST

344113, Russia, Rostovskaya oblast', g. Rostov-Na-Donu, pr. Kosmonavtov, 9, kv. 101

gerasimenko28@gmail.com

DOI:

10.7256/2453-8884.2019.1.30147

Received:

28-06-2019


Published:

29-07-2019


Abstract: Using the analysis of the advantages and disadvantages of a previously developed split-system-fire detector model, in which thermoelectronic protection modules, smoke and gas sensors are installed that detect dangerous fire factors and leakage of household gas, the need to use multi-split systems with two or three internal units is proved one of which is mandatory installed in a room with gas appliances (oven, gas heating installation, etc.) and is combined with a gas meter having an electromagnet A thermomagnetic separator of air (TMSA) is installed in each indoor unit, which separates and removes oxygen through the drain hose to the outside, and returns inert gases (nitrogen, carbon dioxide, etc.) to the room, which ensures explosion prevention or fire suppression. The novelty lies in the use of TMSA, protected by the patent for invention RUS 2428242, to suppress the dangerous factors of fire and explosion (FEPD) in case of leakage of household gas. The results indicate the effectiveness of the use of multi-split systems modified in this way, for their fire and explosion protection.The value of the proposed modernization lies in the massive use of split-systems, which allows to radically solve the problem of fire protection of the residential sector.


Keywords:

split system, module of thermionic protection, independent fire announcer, inhabited sector, thermomagnetic separator of air, fire hazards, technical resource, fire-prevention defense, safety, gas meter

This article written in Russian. You can find original text of the article here .

1. Введение

Статистика возникновения и распространения пожаров, а также последствий от них в жилом секторе Юга России показал, что от бытовых приборов происходит 71,17% пожаров, в т.ч. более половины по электротехническим причинам [4,5]:

- от электроустановочных изделий – 16,32%;

- от электроприборов – 21,76% (осветительные и нагревательные – 4,1%, телевизоры - 2,33%, холодильники – 0,58% и т.д.).

При этом около половины мест возникновения пожаров находится внутри жилых объектов [5]:

24,98% пожаров возникает в основных помещениях;

7,2% - в туалетах и кухнях;

6,22% - на чердаках и крышах;

4,97% - на верандах и балконах;

2,96% - в подвалах;

1,8% - в коридорах.

Следовательно, если «превратить» бытовые электроприборы (телевизоры, холодильники, кондиционеры и т.д.) в автономные пожарные извещатели, то появляется возможность своевременно обнаружить 38,08% пожаров, а, следовательно, уменьшить на 24,98% ущерб от пожаров, где такие приборы установлены [5,6].

Системный анализ пожаров в жилом секторе показал, что для сокращения потерь от них необходимо, прежде всего, повышать безопасность самого прибора, исключая возможность загорания, а также совершенствовать систему раннего обнаружения пожаров и оповещения пожарной охраны.

Разработки технологий «интеллектуализации безопасности» бытовых электроприборов были начаты 20 лет назад (для холодильников, телевизоров, электросчетчиков и т.д.), путем установки в них автономных пожарных извещателей (АПИ) и модулей термоэлектронной защиты (МТЭЗ), которые обеспечивали пожарную безопасность самих электроприборов и оповещение по радиоканалу пожарной службы в случае пожара в помещении, где они были установлены [7-13].

Однако, наиболее подходящими для встраивания подобных систем, как показали исследования последних лет, являются сплит-системы, т.к. в них реализован режим «прокачивания через себя» воздуха из помещения, где они установлены, как это делают самые быстродействующие аспирационные пожарные извещатели [4,6].

Это позволяет не устанавливать в помещениях трубопроводы с вентилятором и камерой с датчиками, а «добавить» во внутренний блок, например, дымовой пожарный извещатель и использовать существующий «интеллект управления», дополнив его соответствующими модулями [6].

2. Состояние проблемы

Сегодня практически в каждой квартире или жилом доме (рис. 1) установлены сплит-системы, с помощью которых создаются комфортные среды в помещениях, где установлены внутренние блоки.

Рисунок 1 – Сплит-системы в многоэтажном жилом здании и в индивидуальном доме

Как следует из проведенных ранее исследований, на основе технологии «интеллектуализации безопасности электроприборов» в ДГТУ была создана модель сплит-системы-пожарного извещателя (ССПИ) для индивидуальных домов и квартир многоэтажных жилых зданий [14,15].

Для построения модели была исследована сплит-система фирмы Samsung RAC - AQV 09 12 VBCN, которая состояла [14]:

- из внешнего блока, устанавливаемого на специальных кронштейнах снаружи индивидуальных домов или квартир в многоэтажных зданиях;

- из внутреннего блока, устанавливаемого на стене в кондиционируемом помещении;

- из переносного пульта управления, оснащаемого автономной батарейкой, осуществляющего управление внутренним блоком с помощью инфракрасного канала (ИК-приемник во внутреннем блоке, ИК-передатчик в пульте управления).

Описание: image002.jpg

1- компрессор;

2 - четырехходовой клапан;

3 - теплообменник-конденсатор;

4 - звукоизоляция;

5 - вентилятор;

6 - кожух;

7 - выходная решетка;

8 - двухходовой клапан;

9 - трехходовой клапан;

10 - поддон;

11 - сливной патрубок;

12 - теплообменник-испаритель;

13 - вентилятор тангенциального типа;

14 - решетка;

15 - входной фильтр;

16 - направляющие жалюзи;

17 - створки;

18 - лицевая панель;

19 - светодиоды;

20 - датчики температуры;

21 - плата управления;

22 - монтажная плата;

23 - пульт дистанционного управления

Рисунок 2 - Схема и составные части сплит-системы

Для выполнения задач обнаружения и подавления опасных факторов пожара и взрыва (ОФПВ) при утечке бытового газа, сплит-система была доработана следующим образом [15,16]:

во-первых, для контроля среднеобъемной температуры, и отключения электропитания блока в случае пожароопасного отказа в нем с помощью симистора, рядом с компрессором (1) внешнего блока был встроен модуль термоэлектронной защиты (МТЭЗ – МТ1);

во-вторых, для контроля среднеобъемной температуры и отключения электропитания блока в случае пожароопасного отказа в нем с помощью симистора, между вентилятором тангенциального типа (13) и монтажной платой (22) внутреннего блока был встроен МТЭЗ (МТ-2);

в-третьих, на монтажную плату (22) были встроены дымовой пожарный извещатель ИП 212-63А-GSM и датчик на бытовой газ;

в-четвертых, для подавления загорания или взрыва из-за утечки бытового газа с помощью инертных газов сепарируемых из воздуха, во внутреннем блоке сплит-системы вместо вентилятора (13) тангенциального типа необходимо применить термомагнитный сепаратор воздуха (ТМСВ), который имеет микро-компрессор.

В этом случае было доказано (таб.1,2), что при небольшом снижении технического ресурса сплит-системы, пожаробезопасный ресурс увеличивается на порядок, что делало его соизмеримым с его техническим ресурсом [6,17].

Так для внутреннего блока было получено снижение технического ресурса до 10 лет, а увеличение пожаробезопасного - до 40 лет (таб.1).

Для внешнего блока технический ресурс уменьшился до 7 лет, а пожаробезопасный ресурс увеличился до 3 лет.

Таблица 1

Технический и пожаробезопасный ресурс внутреннего блока с защитой

1_1

Таблица 2

Технический и пожаробезопасный ресурс внешнего блока с защитой

22_01

С точки зрения обнаружения утечки бытового газа и взрывобезопасности, в соответствии с Техническими регламентами [18,19] и датчики газа, и запорная арматура должны быть аттестованы в установленном порядке. Поэтому был выбран газовый счетчик «Гранд-SPI» (рис.3) с электромагнитным клапаном перекрытия газопровода, который предназначен для коммерческого учёта количества потребляемого природного газа индивидуальными потребителями [20].

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 [4-7].

Поэтому, помимо применения на газопроводе в квартире/индивидуальном доме счетчика «Грант-SPI», во внутренний блок сплит-системы добавлен датчик утечки бытового газа, подключаемый к контроллеру, который также может включать и выключать электромагнитный клапан «Грант-SPI» (рис.4) через технологический разъем [20].

Описание: Описание: http://www.all-pribors.ru/pics/original/56433-14-0000.jpg

Рисунок 3 - Газовый счётчик Гранд-SPI

.png_04

Рисунок 4 – Схема подключения внешнего датчика утечки бытового газа

Известно, что газообразный азот наносит наименьший ущерб электроприборам, книгам, мебели и другим предметам быта при тушении пожаров, поэтому, используя «аспирационные свойства» сплит-системы, во внутренний блок вместо вентилятора встраивался ТМСВ [4-7].

ТМСВ представляет собой трубу, свернутую в спираль (рис.5), на внешней стороне которой установлены постоянные магниты, а на внутренней - вихревые охладители Азарова [16].

.png_05

а) б)

Рисунок 5 – ТМСВ: а) – единичный виток; б) – сепаратор в сборе

Вдоль канала ТМСВ вставлена наноперегородка из пористого алюминия (рис.6), разделяющая его на «парамагнитный» - кислородный подканал и «диамагнитный» подканал (с инертными газами - азот, углекислый газ и др.), и препятствующая их обратной диффузии [16].

.jpg_04

Рисунок 6 – 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, – магнитную поляризуемость отдельной молекулы и Н – напряженность магнитного поля [15,16]:

1_04 (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_05, (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 [16].

Укрупненный алгоритм работы модернизированной таким образом сплит-системы можно представить следующим образом [15,16]:

- при обнаружении дыма или утечки бытового газа контроллер внутреннего блока, куда включены датчики начинает выдавать звуковой сигнал с уровнем 45 децибелл, в зависимости от вида опасности;

- если сигнал тревоги не прерывается с пульта управления в течение 1 минуты (например, при ложном срабатывании или быстро устраненной опасности), то по каналу связи GSM передается сообщение в соответствующую службу (пожарную и/или газоаварийную) и SMS-сообщение владельцу квартиры/индивидуального жилого дома;

- по истечении ещё 1 минуты, подтверждающей, что в квартире/индивидуальном жилом доме отсутствуют жильцы, включается ТМСВ, который понижает концентрацию кислорода в защищаемых помещениях, подавляя загорание или предотвращая взрыв бытового газа, работая до прибытия соответствующей аварийной службы (пожарной или газоаварийной), которые его отключают и устраняют опасность.

3. Методология и результаты исследования

Однако анализ функционирования модернизированной таким образом сплит-системы показал, что она не выполняет в полном объеме пожаро-взрыво-защиту квартиры в многоквартирном жилом здании или индивидуальном жилом доме, из-за следующих недостатков:

во-первых, одним внутренним блоком, который устанавливается, как правило, в жилой комнате или спальне, невозможно осуществить раннее обнаружение ОФПВ при утечке бытового газа в помещении, где установлены газовые приборы (печка, колонка и др.);

во-вторых, расположенный в жилой комнате внутренний блок, в котором установлен ТМСВ, не может понизить концентрацию кислорода во всех остальных помещениях квартиры/индивидуального дома, в том числе в помещении, где установлены газовые приборы, до уровня, при котором взрыв или распространение огня становятся невозможными.

в-третьих, без отключения электроснабжения квартиры или индивидуального дома в момент обнаружения ОФПВ, невозможно гарантировать, что от искры в электроустановочных изделиях (например, искры в розетке при автоматическом включении/выключении компрессора холодильника и т.д.) взрыв при утечке бытового газа не произойдет;

в-четвертых, без автономного питания внутреннего блока невозможно гарантированно обнаружить и подавить ОФПВ в случае пропадания электроснабжения, из-за неработоспособности внутреннего блока.

Очевидное устранение первого и второго недостатка – установка в квартире/индивидуальном жилом доме мульти сплит-системы, имеющей при одном внешнем блоке - два, три, и более внутренних блоков (рис.7), один из которых и будет устанавливаться в помещении (рис.8) с газовыми приборами (кухня и т.д.).

__05

Рисунок 7 – Мульти сплит-система

.png_07

Рисунок 8 – Схема размещения мульти сплит-системы в квартире

Устранение третьего недостатка целесообразно выполнить по аналогии с МТЭЗ – с помощью, управляемого от контроллера внутреннего блока, модуля отключения электроснабжения (с мощным симистором или магнитным пускателем), который необходимо расположить в электрощите индивидуального жилого дома/квартиры.

Устранение четвертого недостатка осуществляется встраиванием в каждый внутренний блок аккумулятора с соответствующим преобразователем питания, в т.ч. зарядки от электросети.

При наладке такой мульти сплит-системы внутренний блок, устанавливаемый в помещении с газовыми приборами назначается «ведущим блоком» и соединяется с газовым счетчиком со встроенным датчиком утечки газа и электромагнитным клапаном, который устанавливается на трубе газового ввода. Клапан перекрывает газоснабжение, как по сигналу датчика самого счетчика, так и по сигналу с контроллера «ведущего внутреннего блока», при обнаружении опасных факторов пожара и/или взрыва (в т. ч. по сигналам других внутренних блоков). После чего контроллер «ведущего блока» отключает электроснабжение квартиры/индивидуального дома через модуль отключения; и, переходя на питание от аккумулятора, включает ТМСВ, удаляя кислород из защищаемого помещения через дренажный канал наружу, тем самым, предотвращая взрыв от утечки бытового газа и/или распространение огня, а остальные внутренние блоки мульти сплит-системы, размещаемые в других помещениях квартиры/индивидуального дома, и соединяемые сигнальным проводом с «ведущим блоком», аналогично обнаруживают и подавляют ОФПВ в помещениях, где они установлены, передавая сигнал на отключение газоснабжения и/или энергоснабжения «ведущему блоку», при этом пульты управления внутренними блоками мульти-сплит-системы дополняются функцией (кнопкой) «сброс оповещения», т.к. контроллеры внутренних блоков с GSM-радиомодемами реализуют следующие типы тревожных сигналов и алгоритмы их функционирования [21]:

- звуковые, и/или речевые, и светодиодные мигающие сигналы оповещения по видам ОФПВ в месте расположения внутреннего блока (утечка бытового газа, отключение электроэнергии, загорание, эвакуация), которые можно отключить кнопкой «сброс оповещения» на пульте управления, если кто-то из лиц, находящихся в защищаемых помещениях смог принять меры по ликвидации ОФПВ, при этом SMS-сообщение владельцу и управляющей компании будет отправлено в обязательном порядке через GSM-радиомодем;

- звуковые и/или речевые, и светодиодные мигающие сигналы оповещения по видам ОФПВ в месте расположения внутреннего блока с передачей SMS-сообщения через GSM-радиомодем и сохранением квитанции его доставки в памяти, при отсутствии «сброса оповещения» (отсутствия лиц в защищаемых помещениях или недостаточностью принятых мер после первого «сброса»), при утечке бытового газа - в газоаварийную службу, а при пожаре – в пожарную охрану, а также в управляющую компанию и владельцу.

4. Выводы

В отличие от известных аспирационных систем автоматической пожарной сигнализации и автоматических установок газового пожаротушения с ограниченным запасом огнетушащих составов (азота, углекислого газа и т.д.), требующих прокладки в защищаемых помещениях соответствующих трубопроводов с отверстиями, в статье предложен метод пожаровзрывозащиты индивидуальных жилых домов и квартир с помощью мульти сплит-систем, который дает возможность осуществить обнаружение ОФПВ соответствующими датчиками, установленными во внутренних блоках, через которые прокачивается воздух для выполнения функций вентиляции и кондиционирования. Обнаружение производится на первых этапах возгорания, и вместо ограниченного запаса огнетушащего состава во внутренних блоках мульти-сплит-систем устанавливаются ТМСВ, которые, включаясь при обнаружении ОФПВ, отделяют с помощью магнитного поля кислород (парамагнетик) и выводят его через дренажную трубу наружу, возвращая в защищаемые помещения оставшиеся газы (диамагнетики), которые являются инертным огнетушащим составом (азот, углекислый газ и т.д.), резко снижая концентрацию кислорода, предотвращая, тем самым, взрыв от утечки бытового газа и/или подавляя загорание, отключая газоснабжение и электроснабжение квартиры/индивидуального жилого дома, до прибытия аварийных служб (газоаварийной, пожарной), которые вызываются с помощью GSM-модема [21].

References
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
Link to this article

You can simply select and copy link from below text field.


Other our sites:
Official Website of NOTA BENE / Aurora Group s.r.o.