Nasávací hlásiče kouře

Požáry v budovách po celém světě způsobují velké ztráty. Pro zabránění ztrát vlivem požáru stavby dělíme na požární úseky pomocí konstrukcí s odpovídající požární odolností, abychom lokalizovali požár a ochránili lidské životy a zdraví lidí. Dalším důvodem k dělení na požární úseky jsou ekonomické ztráty. Podstatná jsou také nenahraditelná data, historicky významná díla a technologická zařízení, která jsou součástí požárních úseků. V těchto případech je nutno včas detekovat požár. V současnosti existuje velké množství zařízení k detekci požáru. Jsou mezi nimi jak levnější a jednodušší systémy, tak i ty dražší. Nejčastější využití nacházejí zařízení s nízkými pořizovací náklady a zároveň nenáročná na údržbu během provozu. Dražší zařízení nehledě na spoustu výhod jsou používána zřídka a jsou mezi nimi i nasávací hlásiče požáru.

Jedním z často se vyskytujících provozů, kde bývají instalovány nasávací hlásiče požáru, jsou místnosti serveroven. Jsou k tomu dva podstatné důvody: instalace drahých zařízení a nenahraditelná data. V tomto článku se zabýváme významnou otázkou související s instalací a funkčností hlásičů požáru – stanovením rozdílu v době reakce mezi ionizačním hlásičem a nasávacím hlásičem požáru v serverovně středních rozměrů pomocí programu Fire Dynamics Simulator (FDS).

Nasávací hlásiče požáru a ČSN 54-20

Hlásiče nasávací (aspirační, ASD – aspirating smoke detector) se instalují podle pokynů výrobce. Jejich provedení musí odpovídat ČSN EN 54-20. Umístění nasávacích hlásičů se provádí v závislosti na stanovené třídě citlivosti (A, B nebo C). Vzorkovací trubky a armatury musí mít potřebnou mechanickou pevnost a tepelnou odolnost podle ČSN EN 61386-1 ed. 2 nejméně ve třídě 1131 [1]. Toto označení pro deklarovanou odolnost trubkového systému v sobě nese informaci o čtyřech parametrech, resp. o čtyřech deklarovaných třídách: 1. číslice – odolnost vůči stlačení, 2. číslice – odolnost vůči nárazu, 3. číslice – rozsah nízkých teplot a 4. číslice – rozsah vysokých teplot.

Samotná ČSN EN 54-20 je českou verzí evropské normy EN 54-20, která byla zpracována Technickou komisí CEN/TC 72 Elektrická požární signalizace. Původní norma byla schválena 18. května 2006 a má status české technické normy. Následně byla v lednu 2007 představena česká verze a má stejný status jako oficiální norma.

Definice nasávacího hlásiče kouře je uvedená v normě ČSN EN 54-1 Elektrická požární signalizace – Část 1: Úvod a zní takto: „Nasávací hlásič je kouřový hlásič, do kterého je přes vzorkovací zařízení přiváděn vzduch a aerosoly k jednomu nebo několika elementům citlivým na kouř pomocí zabudovaného nasávacího přístroje (např. sacího ventilátoru nebo vývěvy)“ [2].

Dále norma rozlišuje 3 klasifikační třídy [3]:
A – Nasávací hlásič s velmi vysokou citlivostí – velmi časná detekce, aplikován nejčastěji pro detekci velmi zředěného kouře, například vstupujícího do klimatizačních kanálů, pro detekci extrémně zředěných koncentraci kouře; 
B – Nasávací hlásič se zvýšenou citlivostí – časná detekce, například detekce speciálního požáru uvnitř nebo v blízkostí zvláště hodnotných, napadnutelných nebo kritických objektů, jako jsou skříně počítačů nebo elektronických zařízení; 
C – Nasávací hlásič s normální citlivostí – standardní detekce, obecná detekce požárů v normálních místnostech nebo prostorách, poskytující například alespoň rovnocennou úroveň detekce jako systém bodového nebo lineárního typu hlásiče kouře.

Nedílnou časti normy jsou zkoušky, díky kterým dochází k certifikaci klasifikační třídy zkoušeného výrobku. Celkem je výrobek podroben 14 zkouškám: opakovatelnost, reprodukovatelnost, kolísání napájecích parametrů, suché teplo, chlad, vlhké teplo – konstantní (provozní zkouška a zkouška odolnosti), koroze oxidem siřičitým, ráz, úder, vibrace sinusové (provozní zkouška a zkouška odolnosti), elektromagnetická kompatibilita – zkoušky odolnosti, požární citlivost [3].

Princip, funkce a prvky nasávacího systému

Nasávací hlásič požáru provádí nucený odběr vzorku vzduchu ze sledovaného prostoru a následně jej kontroluje na obsah kouřových částic. Vyhodnocování vzorku probíhá pomocí optické metody v detekční zóně při použití světla o dvou vlnových délkách (modrého a infračerveného). Dále rozptýlené světlo pokračuje k přijímači světla a následuje vyhodnocení obsahu šumu v přijatém světle (obr. 1). Hlásiče jsou schopny s vysokou přesností určit rozměry částic i jejich koncentraci ve vzduchu a díky tomu rozlišit, zda jde o kouř, nebo prach. Celý systém se skládá ze tří prvků:
 nasávací trysky – slouží k odběru vzorku vzduchu,
 transportní potrubí – dopravuje vzorek k vyhodnocovací jednotce,
 ASD – nasávací kouřový hlásič – vyhodnocuje nasáté vzorky.

Použití

Hlásiče jsou převážně instalovány v místnostech, kde rychlost reakce hraje nezastupitelnou roli. Jedná se o tyto typy staveb nebo místnosti:

 nenahraditelné památky (muzea, kostely a galerie),
 technologická zařízení (laboratoře, výpočetní centra, elektrárny, strojovny, operační sály),
 objekty, kde jsou stěžejní podmínky evakuace (věznice, nemocnice),
 prostory, kde jsou uchovávána nenahraditelná data (serverovny, archivy),
 nedostupná místa pro lidi (šachty, rozvodny).

Řešený příklad

Řešený příklad je zaměřený na projektovaní nasávacího hlásiče požáru a porovnání času vyhlášení poplachu za použití ionizačního hlásiče kouře. Pro praktickou část byla zvolena serverovna středních rozměrů 6×4 m (obr. 2). Příklad je modelován v programu FDS. Jednotlivé skříně (racky) jsou rozmístěné do dvou řad a vytvářejí mezi sebou teplou uličku. V každé řádě je pět racků. Rozměry jednoho racku jsou 0,6×0,5×2,0 m. Nad každým rackem je 5 cm pod stropem umístěn otvor nasávacího hlásiče kouře. V polovině šířky místnosti a ve třetinách délky jsou umístěny bodové ionizační kouřové hlásiče. Pro modelování nasávacích hlásičů je podstatné použití skutečných hodnot, což je rychlost proudění a čas potřebný k transportu vzorku k vyhodnocovací jednotce. Z tohoto důvodu byl zvolen reálný výrobek Siemens FDA221 s nastavením pro klasifikační třídu B. Výrobce poskytl program Asyst (F-FXS2056) [7], díky kterému byly potřebné hodnoty spočteny. Dle technické dokumentace výrobce pro vyhlášení poplachu byla zvolena hodnota zakouření 0,2 %/m. Pro nastavení ionizačního hlásiče kouře jsou použity výchozí hodnoty z uživatelské příručky programu FDS – k vyhlášení poplachu dojde po překročení hodnoty zakouření 3,24 %/m [5].

Jako požární scénář jsme zvolili požár serveru. Průběh požáru serveru nebyl k dispozici, proto byl jako analogický použit průběh požáru TV setu [6]. Dle mého názoru nejlépe vystihuje požár serveru, kdy je během prvních tří minut výkon minimální (1 kW). Zdroj požáru je umístěn v levém krajním racku ve výšce 0,34 m (obr. 3, označen červeně). Poloha zdroje byla zvolena co nejníže a zároveň s nejdelším časem pro transport vzorku k vyhodnocovací jednotce nasávacího hlásiče požáru, který je v našem případě 9,3 sekundy. Hodnota byla stanovena pomoci programu Asyst (F-FXS2056).

Výsledky modelování jsou vidět v grafu na obr. 4. Nasávací hlásič požáru vyhlašuje poplach v čase 34 sekundy, kdy hodnota kouře překročí 0,2 %/m. Ionizační hlásič č. 1 vyhlašuje poplach o 17 sekund později – v čase 51 sekund. Ionizační hlásič č. 2 zareaguje v 175 sekundě.

Závěr

Ze získaných hodnot je vidět výrazně vyšší rychlost vyhlášení poplachu nasávacím hlásičem kouře v porovnání s ionizačními hlásiči. V řešeném přikladu byl očekáván větší časový rozdíl v reakci mezi použitými hlásiči. Nicméně v FDS modelu byla pro detekci požáru u obou typů hlásičů použita pouze limitní hodnota zakouření (% obs/m), zatímco pokročilé nasávací hlásiče jsou navíc doplněny o výpočetní algoritmus, který započítává i např. fluktuaci požáru (výkyv homogenity odebraného vzorku), což rychlost detekce ještě zvýší. Pro přesnější výsledky by bylo vhodné stanovit průběh požáru přímo pro server.

PAVEL KUZNETSOV

Literatura:
1) ČSN 34 2710. Elektrická požární signalizace – Projektování, montáž, užívání, provoz, kontrola, servis a údržba. Praha: ÚNMZ, 2011.
2) ČSN EN 54-1. Elektrická požární signalizace – Část 1: Úvod. Praha: ÚNMZ, 2011.
3) ČSN EN 54-20. Elektrická požární signalizace – Část 20: Nasávací hlásiče. Praha: ÚNMZ 2007 +O1: 2009.
4) Siemens Schweiz AG. Aspirating Smoke Detection. White paper, ASD technology. 2015.
5) McGRATTAN, Kevin, Simo HOSTIKKA, Randall McDERMOTT, Jason FLOYD, Craig WEINSCHENK a Kristopher OVERHOLT. Fire Dynamics Simulator User’s Guide. NIST Special Publication, 288.
6) SÄRDQVIST, Stefan. Television sets Y1/20-21. In: Initial fires – RHR, Smoke Production and CO Generation from Single Items and Room Fire Tests. B.m.: Swedish Fire Research Board (BRANDFORSK), 1993.
7) Siemens Switzerland Ltd. Building Technologies Division. ASD ASYST – TOOL V2: USER GUIDE, 2018.

Bc. Pavel Kuznetsov (*1993)
– studuje obor intergrální bezpečnost staveb na Fakultě stavební ČVUT. Příspěvek zazněl na konferenci Zapálení 2019, vedoucím práce je Ing. Pavla Pechová, Ph. D.