Dym bez ognia, czyli o systemach wizyjnej detekcji pożaru i ważnych normach

Czas odgrywa istotną rolę w przeciwpożarowej ochronie obiektów. Szczególnie tych, w których znajduje się wiele osób, co zawsze stanowi pewną trudność podczas ewakuacji, ale także wtedy, gdy przechowywany jest w nich szczególnie wartościowy towar. W tego typu obiektach wykrycie zagrożenia pożarem na wczesnym etapie to czasami kwestia życia lub śmierci.

Hale magazynowe i wysokiego składowania to obiekty, które nie mogą się obejść bez systemu wczesnego wykrywania pożarów. Duże wysokości oraz możliwość pojawienia się ognia w dowolnym miejscu powodują, że taki system musi wykrywać dym na różnej wysokości, ale też w miejscach najbardziej prawdopodobnego pojawienia się ognia.

Podobną specyfikę mają wszystkie wysokie i jednocześnie rozległe obiekty, np. hale sportowe. Niższe, typu magazyn, można zabezpieczyć czujkami liniowymi albo punktowymi, ale nie zapewnią detekcji dymu w czasie umożliwiającym stłumienie zarzewia pożaru i uratowanie składowanych towarów.

Im wyżej sufit, tym więcej czasu trzeba, by dym lub ciepło z pożaru tlącego się na podłodze dotarły do wysoko umieszczonego czujnika. Może się też zdarzyć, że dym i ciepło nie dotrą do wysoko zamontowanych detektorów ze względu na zjawisko zwane stratyfikacją termiczną. Dym ochładza się w miarę unoszenia, zmniejszając swoją wyporność w stosunku do otaczającego powietrza. Stygnący dym przestaje się unosić, nie może więc dostać się do czujników.

Większość stosowanych obecnie systemów sygnalizacji pożaru wykorzystuje jednocześnie różne sposoby detekcji. Technologie te obejmują detektory jonizacji punktowej i fotoelektrycznej, zasysające powietrze czujki dymu czy np. liniowe detektory z wiązką projekcyjną, ale też optyczne czujki pożaru. Wszystkie te metody wykrywania dymu są stale ulepszane. Idea przyświecająca tym ulepszeniom jest oczywista – zapewnienie jak najszerszego zasięgu systemom przeciwpożarowym i szybszej reakcji na rzeczywiste źródła pożaru przy jednoczesnym wyeliminowaniu fałszywych alarmów. Ważna jest także optymalizacja kosztów instalacji takiego systemu – im łatwiejsza jego instalacja, testowanie i późniejsza konserwacja, tym taniej.

Zastosowanie systemów wizyjnych do wykrywania pożarów wydaje się idealne, ale takie rozwiązania mogą być traktowane wyłącznie jako pomocnicze. Niestety, nie mogą być jedynym systemem wykrywającym pożar, gdyż nie ma dla nich stosownych norm, co uniemożliwia podłączenie ich do SSP na takich samych prawach jak typowe czujki. A szkoda, bo systemy wizyjnego wykrywania pożarów mają znacznie więcej zalet niż rozwiązania konwencjonalne.

Systemy wizyjnego wykrywania pożarów

Wraz z pojawieniem się technologii systemów wizyjnego wykrywania pożaru (VFD – Video Fire Detectors) branża bezpieczeństwa i ochrony przeciwpożarowej odkryła nowy i skuteczny sposób wykrywania dymu i ognia na bardzo wczesnym etapie. VFD staje się coraz bardziej popularne w tych miejscach, dla których nie powstał dotychczas niezawodny system wykrywania pożaru. Mowa o obiektach o wysokim stopniu zagrożenia, często wysokich lub pozbawionych sufitu, ale też takich, gdzie występują różnego rodzaju utrudnienia, takie jak składowane środki chemiczne, kurz czy wilgoć. Nałożenie się kilku takich warunków powoduje, że użycie konwencjonalnych czujek liniowych, wiązkowych lub punktowych nie sprawdzi się, co oznacza olbrzymie trudności z wykryciem dymu lub ognia.

VFD wykorzystuje kamery dozoru wizyjnego i inteligentną analizę wideo, które są w stanie rozpoznać inicjujący dym lub ogień. Choć są do tego wykorzystywane kamery dozoru wizyjnego, to ich ustawienie i kadr muszą być zgodne z celem ich instalacji. Dym i ogień to zupełnie inne zjawiska w porównaniu z działalnością człowieka, co przekłada się również na specyficzne wymagania dla tych kamer. Po pierwsze, pole widzenia i kierunek obserwacji służące wykrywaniu dymu lub ognia są różne. Pole widzenia kamer VFD jest zoptymalizowane pod kątem dostrzegania ognia w najwcześniejszym możliwym stadium pożaru. Po drugie, dzięki swojej konstrukcji pozwalają na objęcie obserwacją całego obiektu bądź jego większej części, a nie tylko jego małego fragmentu, co ma miejsce w przypadku detektorów dymu lub ciepła, które siłą rzeczy działają punktowo.

VFD może być też instalowane poza obszarem zagrożonym pożarem, co znacznie ułatwia dostęp w celu wykonania konserwacji. Kamery VFD mogą być instalowane w niemal każdym środowisku, ponieważ produkowane są dla nich różne obudowy ochronne, umożliwiające ich stosowanie w środowiskach agresywnych, także tam, gdzie występuje potencjalnie łatwopalna atmosfera lub otoczenie niosące ryzyko korozji. Produkowane są też obudowy iskroszczelne wymagane w strefach ATEX, gdzie istnieje wysokie ryzyko zagrożenia wybuchem.

Wizyjna detekcja pożaru w naturalny sposób zapewnia objęcie nadzorem obszaru od podłoża po powałę budynku. Dym nie musi pojawić się w zasięg detektora, by system mógł go wykryć. System wizyjny po prostu dym „widzi”. Według wielu badań VFD wykrywa dym i ogień szybciej niż konwencjonalne systemy detekcji. Nawet jeśli są to tylko sekundy, to może mieć to znaczenie. Szczególnie, jeśli chodzi o wykrywanie pożaru w miejscach, w których występują materiały lotne lub wybuchowe. To sprawia, że systemy wizyjne są dobrym wyborem w miejscach takich jak magazyny, wewnętrzne składowiska i sortownie odpadów, hale produkcyjne, laboratoria, zakłady chemiczne, rafinerie i kotłownie.

Systemy wizyjnego wykrywania pożaru są już na tyle dojrzałe, że wskaźnik fałszywych alarmów jest stosunkowo niski. Skutecznie analizują obraz wideo, aby odróżnić dym lub ogień od innych nieprawidłowości, takich jak osoby poruszające się w polu widzenia, zwierzęta, pojazdy lub przedmioty. Operatorzy mogą monitorować obrazy w czasie rzeczywistym i reagować, gdy system aktywuje alarm. Zapewnienie dozoru zdalnego jest nie do przecenienia – operatorzy mogą dzięki temu ocenić charakter i wielkość pożaru, a także etap jego rozwoju bez narażania zdrowia i życia. Na podstawie nagrań sprzed incydentu mogą sprawdzić czy w miejscu zdarzenia znajdowali się ludzie i lepiej ocenić sytuację. W ten sposób mogą również lepiej wykorzystać posiadane zasoby. Po incydencie materiał wizyjny można wykorzystać do analizy i zapobiegania przyszłym zdarzeniom, a także do celów ubezpieczeniowych.

Bez normy nie ma odbioru

Stosownych polskich norm dla opisanych wcześniej rozwiązań nie ma, a bez tego, jak już wcześniej wyjaśniłem, nie mogą być podłączone do SSP tak samo jako czujki konwencjonalne. Co w takim razie powinien zrobić projektant lub konsultant proponujący takie rozwiązanie? Najlepsze moim zdaniem jest sięgnięcie po normy EN54-10, ale też ISO 7240 – 29, FM3232, UL268B oraz VdS 3878 i VdS 3847. Wszystkie jednocześnie? Oczywiście, nie. Należy uwzględniać te pasujące do specyfiki konkretnych urządzeń.

Większość systemów detekcji opartych na kamerach wykorzystuje obrazy widma widzialnego w celu wykrywania dymu lub ognia. Niektóre rozwiązania są połączone z oświetlaczami podczerwieni, aby działać w ciemności. Inne korzystają z obrazów termowizyjnych do detekcji podwyższonej temperatury. Dla każdego z tych rozwiązań stosuje się inne metody badań i certyfikacji. W Polsce obowiązują europejskie normy zharmonizowane z dyrektywą 89/106/EWG, w których na próżno szukać wytycznych dla VFD.

EN 54-10 (Systemy sygnalizacji pożarowej. Część 10: czujki płomienia – czujki punktowe) określa wymagania, metody badań oraz kryteria działania punktowych, kasowalnych czujek płomienia, które funkcjonują z wykorzystaniem promieniowania płomienia (czujki podczerwieni IR, czujki nadfioletu UV i czujki wielopasmowe), przeznaczonych do stosowania w systemach sygnalizacji pożarowej, instalowanych w budynkach. Nie jest to jednak dokument jasno wskazujący na wykorzystanie kamer. Jest on na tyle ogólny, że kamery termowizyjne można jednak uznać za czujki płomienia, pracujące w systemie podczerwieni, reagujące tylko na promieniowanie o długości fali większej niż 850 nm, pod warunkiem że są wyposażone w indywidualny, zintegrowany optyczny wskaźnik działania, umożliwiający identyfikację wysyłającej alarm czujki. Czujka taka podczas testów musi wysłać sygnał alarmowania w czasie 30 s po narażeniu jej na promieniowanie pochodzące od dwóch pożarów testowych (tacka zawierająca n-heptan i tacka zawierająca spirytus skażony). W ramach EN 54-10 wyróżnione zostały 3 klasy:

Jeśli wszystkie testowane czujki wyślą alarm, test kończy się wynikiem pozytywnym. Wystarczy, by zawiodła jedna, a test nie zostanie zaliczony. Co warto zaznaczyć, EN 54-10 dotyczy wyłącznie rozwiązań stosowanych wewnątrz pomieszczeń.

Normy opracowane po sąsiedzku

Niemiecki instytut VdS Schadenverhütung w 2022 r. wprowadził w ramach normy VdS 3878 precyzyjne wytyczne dotyczące charakterystyki działania kamer termowizyjnych w zastosowaniach pożarowych oraz metod ich testowania. Zgodnie z wytycznymi VdS kamery te nie są (!) czujkami pożarowymi. Przy okazji warto wiedzieć, że nie ma dla nich innych norm europejskich.

Kamery czułe na podczerwień wykrywają nieprawidłowości temperatury w monitorowanym obszarze i na wczesnym etapie, a tym samym służą jako uzupełnienie systemów wykrywania pożaru i systemów alarmowych. Norma VdS 3878 wyraźnie wskazuje, jak ma być przeprowadzony test na zgodność urządzenia z jej wytycznymi, w którego ramach jednym z zadań jest podgrzanie urządzenia emitującego ciepło o 10 stopni Kelvina powyżej progu alarmowego. Urządzenie referencyjne jest następnie umieszczane w obszarze przechwytywania i sprawdzane, czy został uruchomiony sygnał alarmowy. Wykonywane są również testy temperatury reakcji statycznej polegające na wprowadzeniu alarmu przy zwiększającej i zmniejszającej się temperaturze źródła promieniowania i zakres progów alarmowych. Niestety, nie jest testowana czułość na zmieniające się warunki środowiskowe (np. zmiany temperatury, wilgotności, wstrząsy itp.). Urządzenie nie musi, ale może mieć wbudowany czerwony wskaźnik optyczny, który może być używany do wskazywania ogólnego stanu alarmowego do momentu zresetowania.

VdS 3878 również wprowadza 3 klasy produktów, przy czym są to klasy środowiskowe:

Usterka systemu musi być przekazana za pośrednictwem złącza wyjścia usterki najpóźniej w ciągu 3 min. Z kolei awaria głowicy uchylno-obrotowej (która może stanowić element VFD) systemu chłodzącego lub ścieżki transmisji musi zostać zgłoszona w ciągu 100 s.

Natomiast dla systemów pracujących w zakresie widma widzialnego VdS opracował inną normę – 3847 – dotyczącą kamer wideo do wizualnego monitorowania pożarów wewnątrz budynków.

I podobnie jak w przypadku VdS 3878 również ta norma określa, że kamery wideo nie są czujkami pożarowymi, a jedynie wspomagają wykrywanie dymu lub płomieni. Mogą więc być uzupełnieniem systemów sygnalizacji pożaru, nawet jeśli w zamyśle projektanta miałyby być systemem głównym.

VdS 3847 dzieli VFD na trzy typy pod kątem oceny parametru pożarowego:

Zestawienie pożarów testowych (z podziałem na rodzaj spalanego materiału) oraz dominujące czynniki towarzyszące (zgodnie z ISO/TS 7240-9)

Pomiar czasu reakcji jest wykonywany przez wykonanie pożarów testowych (od TF1 do TF8) zgodnie z normą EN 54-7 przy średnim natężeniu światła ok. 150 luksów. Testowy pożar jest rejestrowany za pomocą kamery z odległości ok. 4 m przy szerokości obszaru pola widzenia kamery wynoszącym 70 st. Tak zarejestrowany obraz jest następnie wyświetlany na ekranie wysokiej rozdzielczości umieszczonym na wprost obiektywu kamery, tak by ekran wypełniał cały obszar widzenia kamery. Zadaniem takiego zabiegu jest utrzymanie jak największej powtarzalności procesu dla testowanych urządzeń. Z kolei czułość na rzeczywiste pożary wykonywana jest przy najbardziej niekorzystnym ustawieniu kamery do badania. Czas sygnalizacji nie może przekraczać 30 s. Interesujące jest, że VdS 3847 zakłada wykonanie ponownych testów po badaniach środowiskowych.

W styczniu 2024 r. została opublikowana norma ISO 7240-29 – Systemy wykrywania i sygnalizacji pożaru – Część 29: Wizyjne czujki detekcji pożaru. Norma określa wymagania, metody testowania i kryteria wydajności dla wizyjnych czujek pożarowych, działających w paśmie światła widzialnego. Ogólnie rzecz biorąc, normy produktowe określają minimalne oczekiwania dotyczące wydajności i testują spójność reakcji urządzeń na warunki stresowe.

ISO 7240-29 wymaga, by czułość urządzenia wystawianego na szczególne warunki (np. zimno, wibracje, SO2 i EMC) była potwierdzana okresowo powtarzanymi testami. Ocena czułości polega m.in. na sprawdzeniu, ile dymu lub płomienia potrzeba, aby uruchomić alarm. Stosowany jest też zestaw testów pożarowych dających odpowiedź na pytanie, czy czujka reaguje na „typowe” pożary, które powinna wykrywać (patrz tabela: Typy pożaru). Norma wprowadza wyraźne rozróżnienie między detekcją dymu (typ A) i płomienia (typ B) przez odpowiednio reagujące urządzenia, definiując jedne jako czujki typu A, a drugie jako czujki typu B. Co istotne, uwzględnia także czujki reagujące na oba zjawiska (typ AB).

Podobnie jak inne normy EN 54 i ISO 7240 część 29 nie podaje żadnych wytycznych dotyczących fałszywych alarmów. Zawiera jednak klauzulę stwierdzającą, że „czujniki powinny być odporne na zjawiska, które mogą powodować niepożądane alarmy”. Odnosi się to jednak do szeregu krytycznych usterek, które mogą uniemożliwić działanie VFD. Mogą to być np. utrata ostrości, zanieczyszczenie środowiska optycznego (np. obiektywu, szyby obudowy itp.), zasłonięcie pola widzenia lub zamknięcie przysłony obiektywu. ISO 7240-29 wymaga pracy przy poziomach oświetlenia 15–10 tys. luksów. Górna granica dotyczy zastosowań zewnętrznych. Badany jest również wpływ sztucznego światła na VFD, w tym np. światło fluorescencyjne, halogenowe, wysokociśnieniowe i niskociśnieniowe światło sodowe, LED, laserowe, a nawet spawanie łukowe. We wszystkich przypadkach VFD nie może sygnalizować pożaru ani usterki.

Zgodnie z normą alarm musi być sygnalizowany za pomocą czerwonej diody LED. Jest to standardowa cecha wszystkich urządzeń detekcyjnych z serii EN 54 i ISO 7240. Jednakże wyjątkowo w przypadku VFD czerwona dioda LED nie jest wymagana, jeśli obraz jest dostarczany na bieżąco użytkownikom. To ustępstwo zostało poczynione przy założeniu, że oprogramowanie użytkownika wyświetla obraz z kamery z wyraźnym wskazaniem stanu pożaru i jego lokalizacją.

System wizyjnego wykrywania pożarów ma wiele zalet, których brakuje technologiom konwencjonalnym:

• może wykrywać pożar bezpośrednio u źródła, praktycznie z dowolnej odległości. Dzięki systemom wizyjnym alarm jest wzbudzany zanim dym dosięgnie czujki;
• generuje mniej fałszywych alarmów. Systemy „przewrażliwione” stają się bezużyteczne, gdyż ludzie mają tendencję do ignorowania alarmów, jeśli te zbyt często są nieprawdziwe. Im mniej fałszywych alarmów, tym większą czujność zachowują operatorzy, traktujący wówczas każde powiadomienie z należytą powagą;
• daje operatorowi pole do interpretacji. Ponieważ detekcja jest tak szybka i umożliwia weryfikację wizualną, VFD zapewnia operatorowi cenny czas na podjęcie uzasadnionej decyzji.

Coraz więcej specjalistów ds. bezpieczeństwa pożarowego przyznaje, że VFD wypełnia lukę na rynku, ponieważ oferuje sposób na zabezpieczenie obszarów, dla których do tej pory nie było rozwiązania. Niemniej pewną niedogodnością tego rozwiązania jest brak wyraźnie określonych, choćby przez Polski Komitet Normalizacyjny, norm dla urządzeń i systemów przez nie tworzonych. Projektanci mogą podpierać się normami opracowanymi przez naszych zachodnich sąsiadów, co nie zmienia faktu, że nawet zaawansowany system VFD musi być uzupełniony o konwencjonalne czujki dymu i ognia. Mimo braku norm liczne systemy VFD funkcjonują z dużym powodzeniem. Wdrożenia bez norm są, jak widać, równie możliwe, jak dym bez ognia.

Jan T. Grusznic

redaktor „a&s Polska”

Zobacz przykłady kamer do systemów wizyjnego wykrywania pożaru!