Detektory gazów jako sterowniki wentylacji

Rodzaje sensorów

Detektory gazów stosowane w układach ostrzegania i sterowania wentylacją w garażach zawierają sensory – elementy reagujące na dany gaz. Wymaga się od nich wysokiej czułości, selektywności, krótkiego czasu reakcji, małej histerezy i długiego okresu stabilności – czyli pracy pomiędzy kalibracjami.

Okres ten może się wahać od 6 miesięcy do nawet 3 lat, zależy to od rodzaju sensora. W oferowanych na rynku systemach do sterowania wentylacją i ostrzegawczych stosowane są głównie sensory półprzewodnikowe, elektrochemiczne i optyczne.

Prosta budowa oraz trwałość i stosunkowo wysoka czułość sensorów półprzewodnikowych spowodowały ich szerokie stosowanie. Sygnalizują one koncentrację gazów już od poziomu kilkudziesięciu ppm [6].

Sensory elektrochemiczne są wprawdzie bardziej czułe, ale wymagają częstszych przeglądów i bardzo starannej kalibracji. Ponadto są znacznie droższe od półprzewodnikowych i ich żywotność jest o wiele mniejsza. Sensory optyczne to urządzenia wykorzystujące technikę pomiaru z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego. Ich żywotność jest długa, a dokładność detekcji wysoka [7].

Detektory CO

Za najlepszy wskaźnik jakości powietrza zanieczyszczonego spalinami w garażach uznawany jest tlenek węgla. Do sterowania wentylacją w garażach należy stosować detektory tlenku węgla, które cechuje trwałość, mała wrażliwość na inne gazy i czynniki środowiskowe oraz na ujemne i wysokie temperatury otoczenia. Dokładność detekcji wartości progowych w całym przedziale temperatury otoczenia nie powinna być gorsza niż ±15%.

Czujniki nie powinny wymagać częstych kalibracji (nie częściej niż raz na 12 miesięcy). Należy je montować równomiernie w całym garażu z dala od źródeł ciepła, w miejscu niezagrożonym udarem mechanicznym i wolnym od silnych pól magnetycznych, przy uwzględnieniu wytycznych projektanta budynku i zaleceń montażowych producenta urządzeń. Detektory CO w garażach montuje się na wysokości ok. 1,8–2 m nad poziomem podłogi, z dala od otworów nawiewnych i wywiewnych.

Przekroczenie średnich wartości CO powinno spowodować załączenie urządzeń wentylacyjnych z wydajnością zdolną do skutecznego usunięcia gazów. A przekroczenie kolejnego stopnia stężenia powinno nie tylko zintensyfikować wentylację, ale też uruchomić sygnalizację. Sygnały muszą być krótkie i zawierać jednoznaczne ostrzeżenie i nakaz opuszczenia garażu, a także zakaz wejścia do niego.

Standardowy sygnał może zostać bowiem zignorowany przez osoby przebywające w garażu, a także przez służby eksploatacyjne lub porządkowe odpowiadające za bezpieczeństwo. Gdy garaż jest podzielony na strefy z niezależną wentylacją, każda z nich powinna być wyposażona w osobny system detekcji CO i ostrzegania.

Detektory LPG

Detektory LPG są wykorzystywane jako sterowniki uruchamiające wentylację mechaniczną w przypadku wycieku gazu propan­‑butan. Ich stosowanie wymagane jest przez prawo w garażach zamkniętych, w których dopuszcza się parkowanie samochodów zasilanych gazem propan-butan i w których poziom podłogi znajduje się poniżej poziomu terenu.

Kontrola polega na pomiarze stężenia LPG w powietrzu. Z chwilą przekroczenia ściśle określonej wartości progowej (stanowiącej niewielki procent dolnej granicy wybuchowości) detektor uruchamia wyjścia sterujące wentylacją i sygnalizacją alarmową.

Na rynku dostępne są detektory LPG, które mogą być włączone do instalacji detekcji tlenku węgla, można też z nich wykonać oddzielną instalację. Nie mogą być one montowane wyżej niż 30 cm od poziomu posadzki, w pobliżu drzwi i otworów nawiewnych i wywiewnych. Detektory LPG zlokalizowane w garażach wyposaża się w specjalne osłony ochronne.

Optymalnym rozwiązaniem jest taka osłona, która zapobiegnie uszkodzeniu detektora nawet po całkowitym oderwaniu go od ściany. Zerwane zostają wówczas tylko przewody łączące detektor z instalacją, a detektor w osłonie nawet po najechaniu na niego kół samochodu nie ulega uszkodzeniu i może być ponownie zamontowany.

Detektory CO₂

W garażach parkuje coraz więcej samochodów osobowych z silnikami wysokoprężnymi, które mają niską emisję tlenku węgla i detektory mogą nie zareagować, pomimo że powietrze będzie zanieczyszczone substancjami szkodliwymi dla zdrowia, m.in. CO₂, tlenkami azotu, sadzą i węglowodorami.

W takich garażach sterowanie wentylacją powinno wykorzystywać także detektory dwutlenku węgla. Gaz ten zawsze pojawia się w spalinach i jest dokładnie mierzony za pomocą sensorów optycznych pracujących w podczerwieni.

Detektory wielogazowe

Dostępne są też detektory dwugazowe − CO i CO₂. W jednej obudowie znajdują się sensory, zasilacz i układy sterujące [8]. Z chwilą przekroczenia określonych średnich wartości stężenia CO lub chwilowych stężeń CO₂ przekazują one sygnał przez wyjścia sterujące.

Detektory dwugazowe CO i CO₂ mogą mieć wymienne moduły: z sensorem półprzewodnikowym tlenku węgla oraz sensorem CO₂ optycznym – co usprawnia konserwację, upraszcza kalibrację i obniża koszty eksploatacji. Umieszczenie dwóch różnych sensorów w jednej obudowie jest w tym przypadku możliwe, gdyż pomiarów CO i CO₂ dokonuje się na tej samej wysokości – powyżej 160 cm od poziomu podłogi, tj. na wysokości, z której czerpiemy powietrze do oddychania.

Zupełnie inne są zasady montażu układów CO/LPG, gdyż propan-butan jest ciężkim gazem i zalega nisko – detektory LPG montuje się nie wyżej niż 30 cm, a CO powyżej 160 cm. Oferowane są też detektory trójgazowe – CO/NO₂/LPG do współpracy z układami detekcji w garażach i parkingach podziemnych. Wysokość ich montażu jest taka, jak w przypadku detektorów CO/LPG – moduł z sensorem CO u góry, a z sensorami NO₂ i LPG u dołu.

Detektory metanu 

Na razie nie ma zbyt wielu samochodów osobowych z silnikami zasilanymi sprężonym gazem ziemnym – CNG (metanem) oraz regulacji dotyczących parkowania takich samochodów w garażach. Ale przy projektowaniu i budowie lub modernizacji instalacji wentylacyjnych w garażach zamkniętych można przewidzieć miejsce na detektory CNG. 

Montaż detektorów metanu musi uwzględniać fakt, że jest to gaz lekki, który migruje pod strop i tam się gromadzi. To właśnie odległość od stropu, a nie od podłogi, wyznacza miejsce montażu tych detektorów. Tlenek i dwutlenek węgla nie są gazami wybuchowymi i także migrują ku górze, ale nie tak szybko jak metan. Dla ich detekcji najbardziej miarodajny jest pomiar na poziomie, z którego czerpiemy powietrze do oddychania. 

Eksploatacja 

Parametry pomiarowe sensorów zmieniają się, dlatego urządzenia te wymagają okresowej kalibracji. Sensor poddawany jest wówczas działaniu odpowiedniej mieszaniny kalibracyjnej gazu z powietrzem w ściśle określonych przez producenta warunkach. Skuteczną kalibrację prowadzą wyspecjalizowane firmy. 

Są detektory, których konstrukcja pozwala na kalibrację sensorów w czasie pracy systemu, bez konieczności otwierania urządzeń, ale wymaga to odpowiedniego wyposażenia [8]. Niektóre firmy dla ułatwienia eksploatacji oferują detektory wyposażone w wymienne moduły sensorów. Wystarczy wymienić moduł na inny, wcześniej skalibrowany, nie wymaga to demontażu detektora z instalacji. Jest to szybsze, pewniejsze i tańsze niż kalibracja, a użytkownik systemu może to wykonać sam [8]. 

Coraz częściej obiekty są wznoszone i wyposażane w instalacje w standardzie tzw. inteligentnego budynku. Układ wentylacji z detektorami gazów „wpinany” jest wówczas do systemu zarządzania budynkiem BMS (Building Management System). Rozwiązania takie mają swoje plusy, ale trzeba też mieć świadomość, że system detekcji musi być niezawodny i niezależny od innych systemów sterowania czy nadzoru nad budynkiem.

Należy zatem unikać takich rozwiązań, w których pomiędzy systemem detekcji a wentylacji i ostrzegania występują elementy pośredniczące w przekazywaniu sygnałów wykonawczych, gdyż każdy dodatkowy element to potencjalny spadek niezawodności systemu zabezpieczającego przed wybuchem lub trującymi gazami. 

Systemy BMS mogą być jednak pomocne w eksploatacji systemów detekcji gazów – w przekazywaniu informacji o ewentualnych uszkodzeniach detektorów, zbliżających się okresach kalibracji, cyklicznym powtarzaniu się przekraczania progów alarmowych i czasie pracy wentylacji lub sekcji wentylacji. 

Do współpracy systemu detekcji z BMS stosuje się głównie detektory adresowane. Każdy taki detektor ma ściśle określony adres (miejsce w systemie) i centralka systemu detekcji może przekazywać informacje z tych detektorów także do systemu BMS. 

Adresowane detektory stosuje się również w układach niewspółpracujących z BMS, gdyż mają one m.in. funkcje usprawniające ich eksploatację. W przypadku awarii detektora nie trzeba sprawdzać wszystkich po kolei, jak w systemie detektorów autonomicznych, można też otrzymać informację o przebiegu pracy i okresach kalibracji.

W eksploatacji detektorów ważne jest też ograniczanie ryzyka ich uszkodzeń (adekwatne miejsce montażu dla funkcji), a nawet stosowanie osłon zapobiegających uszkodzeniom mechanicznym, jak w przypadku detektorów LPG w garażach, które muszą być montowane nisko i są narażone nie tylko na kontakt ze zderzakami samochodów, ale też na zwykły wandalizm.

Prawidłowa eksploatacja systemu detekcji wymaga okresowej kontroli poprawności jego działania. Użytkownik takiego systemu powinien zostać wyposażony przez firmę instalującą w szczegółowy opis procedur okresowego sprawdzania systemu oraz postępowania w razie sygnalizacji awarii. W ramach czynności sprawdzających należy symulować stany alarmowe i sprawdzać działanie wszystkich elementów systemu. 

W dużych garażach zamkniętych systemy należy sprawdzać raz na kwartał, a po kontroli powinien zostać sporządzony protokół. Co pewien określony w instrukcji czas przeszkolony personel powinien przeprowadzać badania kontrolne, w trakcie których testowane są parametry systemu detekcji, szczególnie pod kątem prawidłowości zadziałania progów alarmowych przy określonym stężeniu. Z badań tych powinien zostać sporządzony protokół, który stanowi także przedłużenie okresu ważności badań [4].

Niezależnie od rodzaju systemu musi się on cechować wysoką skutecznością i tym samym nie może zależeć od reakcji człowieka lub jej braku. Musi działać automatycznie i sterować wentylacją oraz podawać jednoznaczne i zrozumiałe dla wszystkich komunikaty o zagrożeniu. Każde z dostępnych na rynku rozwiązań ma swoje plusy i minusy, a wybór powinien uwzględniać zadania, jakie stawia się systemowi, funkcje obiektu lub pomieszczenia oraz warunki eksploatacji.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwiet­nia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, ze zm.).
2. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 listopada 2002 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (DzU nr 217/2002, poz. 1833, ze zm.).
3. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 21 kwietnia 2006 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU nr 80/2006, poz. 563).
4. Sowiński P., Sterowanie wentylacją mechaniczną w garażach, „Rynek Instalacyjny” nr 3/2003.
5. Maziarz W., Półprzewodnikowe czujniki gazów, http://layer.uci.agh.edu.pl/pl/dydaktyka/lab-sens/OPIS_cw_4-Po%B3przewodnikowe_czujniki_gazowe.pdf.
6. Nieradka G., Mocny W., Pomiar stężenia dwutlenku węgla przy wykorzystaniu absorpcji promieniowania podczerwonego techniką NDIR, II Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna „Ekologia w elektronice”, Warszawa 2002.
7. Materiały firmy Gazex.
8. Materiały firmy Sensor Tech.
9. Materiały firmy Pro-Service.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!