В последние годы в России участились случаи пожаров и гибели населения от них в многоквартирных высотных жилых зданиях, несмотря на то, что они, как правило, строятся без газоснабжения, с вводом в квартиры 3-фазного энергоснабжения для электроплит и электродуховок, а также капитальных противопожарных мер (незадымляемые лестничные клетки, противопожарное зонирование и т.д.) [1].
Это свидетельствует о том, что указанных противопожарных мер недостаточно, чтобы обеспечить вероятность безопасного проживания в них не хуже, чем 0,999999, как это требует ГОСТ 12.1.004 [2].
Дело в том, что низкое качество потребляемой бытовыми электроприборами электроэнергии (например, пониженное или повышенное напряжение, фазовый сдвиг тока и напряжения и т.д.) уменьшает их технический ресурс и создает условия для возникновения в них пожароопасных отказов [3], т.е. увеличивает вероятность аварий и пожаров по электротехническим причинам [4].
Казалось бы, очевидным решением в этом случае является оснащение квартир электросчетчиками, которые, во-первых, определяют качественность электроэнергии, а во-вторых, автоматически «сглаживают не качественность» с помощью блока компенсации реактивной мощности (КРМ). При этом автоматическая компенсация осуществляется с помощью синхронного измерения текущего значения коэффициента мощности в определенные моменты времени (вычислением фазного угла и его косинуса по трем значениям силы тока – Ii и напряжения в сети – Ui) по формуле [5, 6]
(1)
путем подключения конденсаторов из батареи в блоке КРМ (рис.1) с помощью оптосимисторов, в т.ч. для 3-х фазной сети (рис. 2) [7].
Рис. 1. Блок КРМ
Рис. 2. Принципиальная схема блока КРМ для трехфазной сети
При этом, если в такой электросчетчик устанавливаются датчики дыма, температуры и газов, которые сопрягаются с аспирационной системой (рис.3), то получаем извещатель раннего обнаружения загорания и утечки газа [6–8].
Рис. 3. Блок-схема электро-газо-счетчика–извещателя (ЭГСИ) с КРМ
Исследования показали [1,3–7], что газообразный азот, введенный на ранней стадии в зону загорания с одновременным отключением электрооборудования, может подавить источник загорания и предотвратить распространение огня. И наименьший ущерб при тушении пожаров наносит именно газообразный азот, который давно применяется для объемного тушения пожаров в библиотеках и на других объектах, и от которого не повреждаются ни электроприборы, ни книги, ни мебель, ни декоративные и отделочные материалы и вещи, а также соседние с пожаром помещения и предметы быта в них, и самое главное – азот не вреден для человека, в отличие от других огнетушащих составов.
Таким образом, возникает идея объединить ЭГСИ с КРМ с генератором азота, который при возникновении загорания подключается к аспирационной системе (рис. 4) и предотвращает пожар, путем подачи азота в защищаемые помещения.
Рис. 4. Блок-схема ЭГСИ КРМ с аспирационной системой и генератором азота
В качестве генератора азота в многоквартирных высотных жилых домах, в соответствии с СП 5.13130 «Системы пожарной сигнализации и установки пожаротушения автоматические, автономные», целесообразно использовать нанотехнологию мембранной сепарации азота из окружающего воздуха. Эта нанотехнология хорошо известна и широко используется, в т. ч. за рубежом, представляя собой кнудсеновскую диффузию, в соответствии с которой компоненты разделяемой смеси проникают через поры мембраны с различными скоростями, в связи с чем, коэффициент разделения смеси зависит от молекулярных масс [9]:
(2)
где n1 и n2 – числа молей компонентов соответственно, с молекулярными массами M2 и M1.
Азотная мембрана представляет собой тонкую трубку толщиной в несколько долей микрометра, обеспечивающую газоразделение (рис. 5 «а»). Сотни метров таких трубок размещаются в мембранных модулях (рис. 5 «б»), которые собираются в компактную установку с соответствующим компрессором (рис. 5 «в»).
В многоквартирных высотных жилых домах такую установку целесообразно установить в подвале или на техническом этаже [10], с разводкой «азотного» и «кислородного» трубопроводов параллельно с трубами тепло-водо-снабжения и водоотведения (рис. 5 «г»).
а
б
в
г
Рис. 5. Мембранные нанотехнологии: а – мембрана; б – модуль; в – установка; г – разрез «высотки»
Таким образом, внедрение предлагаемых решений комплексирования ЭГСИ с КРМ и блоком сепарации, подключаемых к мембранной азотной установке, превращает их в микросистему противопожарной защиты многоквартирных высотных жилых домов, в которых достигается требуемая вероятность безопасности их жильцов [10, 11].