L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
Синергетика безопасности жизнедеятельности в жилом секторе
| Группа | Научная литература |
|---|---|
| Название на русском языке | Синергетика безопасности жизнедеятельности в жилом секторе |
| Авторы на русском языке | Белозеров В.В., Долаков Т.Б., Олейников С. Н., Периков А.В. |
Резюме
В монографии проведен анализ существующих методов и средств проектирования, строительства и функционирования инженерных систем жилых зданий, которые обеспечивают жизнедеятельность населения, в т.ч. безопасность и защищенность от аварий, пожаров и взрывов от утечек бытового газа.
Введены новые понятия – «пожарно-электрического вреда» и «пожарно-энергетического вреда». Показано, что «насыщение быта» электроприборами, разработка и бурное внедрение новейших информационно-коммуникационных технологий, а также тенденции «глобальной компьютеризации», требуют и дают возможность решения вопросов надежности и безопасности потребления энергоресурсов на принципиально новом уровне.
Рассмотрены вопросы взаимосвязи качества и количества потребляемых энергоресурсов с безопасностью (пожарной, электрической, газовой), на основе которых синтезированы модели самоорганизующихся систем обеспечения диагностики и предотвращения пожаров от бытовых электроприборов и взрывов от утечек бытового газа.
В разделе I (главы 1-3) «Методы и средства системного анализа пожаровзрывобезопасности жилых зданий», на основе закона больших чисел в форме Хинчина разработан метод пространственно-временного статистического анализа пожаров, который описывает динамику решения и выполнения оперативно-тактических задач (ОТЗ), гибели и травм населения, ущерба и уничтожения площадей, с помощью трансцендентных функций вида (рис. 1,2):
y = a · tb · exр(-c · t), (1)
где b/c – максимум функции, (b+√b) / c – «правая» точка перегиба, (b–√b) / c – «левая» точка перегиба.
Метод пространственно-временного статистического анализа пожаров позволил вывести новое уравнение оперативно-тактической деятельности пожарной охраны
(4)
в котором времена (t) описываются функцией плотности вероятности (2), а вероятности (P) – распределением Эрланга (3).
Результаты решения нового уравнения на Юге России (на массиве более 150 тыс. пожаров) полностью подтвердили адекватность их применения, и позволили ввести понятие “интервалов оперативной (-тактической) деятельности» гарнизона пожарной охраны (ИОД ГПО), как временных интервалов в окрестностях моды (максимума) функций плотности вероятности количества пожаров, ограниченный её точками перегиба, то есть значениями времен tLi и tRi, при которых d2yi / dti2 = 0.
Рис. 1. Гистограммы пожаров и потерь по времени свободного развития пожаров,
которые при интегрировании дают гамма-распределения (распределения Эрланга) пожаров, ущерба,
гибели, площадей и т.д. по временам выполнения ОТЗ и радиусам выезда пожарных:
(2)
(3)
Рис. 2. Гистограммы потерь от радиусов выезда на пожары
Тогда, интегрируя функции плотности вероятности соответствующих параметров (пожаров, ущерба, гибели) в указанных интервалах получаем количественную оценку фактической оперативно-тактической деятельности любого ГПО. Первообразные функции при этом получаются в виде:
(5)
где tSi – математичеcкие ожидания «i»-го параметра (ущерба, гибели и т.д.); tLi, tRi – значения времен ОТ функций плотности вероятности количества пожаров; ∆i – изменение искомого «i»-го параметра в ИОДе.
Сравнивая фактические параметры любого ГПО с его моделью, построенной в результате решения уравнений ОТД для данного ГПО, в т.ч. при «виртуальном» внедрении оперативно-профилактических мероприятий, можно оценить количественно, т.е. через изменение ущерба, гибели, травм, унчтоженных и поврежденных площадей, техники и т.д. – эффективность, «достоинства и недостатки» организации пожарной безопасности жизнедеятельности (неоптимальность размещения, недоукомплектованность пожарно-техническим вооружением и личным составом, недостаточность средств пожарной сигнализации и связи и т.п.).
Иными словами, изменения соответствующих параметров (пожаров, ущерба, гибели и т.д.) в ИОДах могут служить характеристиками оперативно-тактической деятельности каждого ГПО, при этом каждый параметр может быть проанализирован на предмет связи оперативно-тактической деятельности ГПО с его стратегической задачей – профилактикой пожаров (например, по корреляции причин и времён развития пожаров, по связи числа пожаров с нарушениями правил противопожарного режима, по зависимости ущерба, гибели и травм от времени воздействия опасных факторов пожара и т.п.).
Более того, метод пространственно-временного статистического анализа пожаров позволил не только «вскрыть недостатки систем» обеспечения пожарной безопасности жизнедеятельности населения, но и синтезировать метод «ретропрогноза» пожаров и социально-экономических потерь от них, при «виртуальном внедрении инноваций» в области противопожарной защиты и противопожарной профилактики, который описан в главе 3. Здесь же описана система адаптивного пожарно-энергетического налогообложения (САПЭН) и реинвестиционная модель, с помощью которой осуществлено моделирование «виртуального внедрения» на Юге России инновационной макросистемы обеспечения пожарной безопасности, которая позволяет достичь требуемого ГОСТ 12.1.004 уровня безопасности – 0,999999.
В разделе II (главы 4,5) – «Методы и средства диагностики пожарно-энергетического вреда в жилом секторе», с использованием изложенного выше метода пространственно-временного анализа пожаров, позволяющего установить, что основной причиной пожаров в жилом секторе являются бытовые электрические и газовые приборы, представлен системный анализ существующих систем пожарной сигнализации (извещателей, датчиков и т.д.), на основе которого синтезирован электросчетчик-пожарный извещатель с аспирационной системой, который определяет пожарно-электрический вред от некачественной электроэнергии и осуществляет раннее обнаружение опасных факторов пожара в квартире или индивидуальном жилом доме. Предложенное решение защищено патентом на изобретение способа № 2622558, а электросчетчик-извещатель – патентом на полезную модель № 135437.
В главе 5 обосновано комплексирование электросчетчика-пожарного извещателя с газовым счетчиком Гранд-SPI, совмещенным с электромагнитным клапаном перекрытия газопровода, которое «превращается» в электро-газо-счетчик-извещатель (ЭГСИ) опасных факторов пожара и взрыва (ОФПВ) от утечки бытового газа, с возможностью определения уже пожарно-энергетического вреда по формуле:
ПЭВ = kДж·(РД·WД + РНД·WНД) + qгРГ·WГ, (6)
где ПЭВ – пожарно-энергетический вред за время t, РГ – вероятность пожара от газовых приборов, kДж – коэффициент перевода киловатт/час в Джоули (3,6 мДж), qг – теплотворная способность газа (35 мДж/м3) стальные обозначения те же, что в формуле, РД – вероятность пожара по электротехническим причинам при допустимых отклонениях параметров электроэнергии, РНД – вероятность пожара по электротехническим причинам при недопустимых отклонениях параметров электроэнергии, WД – кол-во потребленной электроэнергии при допустимых отклонениях её параметров, WНД – кол-во потребленной электроэнергии при недопустимых отклонениях её параметров.
Применение микроконтроллера и модулей ввода-вывода в ЭГСИ позволило повысить достоверность диагностики ОФПВ, путем введения электромагнитного клапана для периодического отключения/подключения трубопровода аспирационной системы от ЭГСИ, для регистрации и записи в память значения температуры, окиси углерода, задымленности и концентрации бытового газа в помещении, где установлен ЭГСИ (как правило, это прихожая), с целью сравнения и идентификации, как возникающих изменений в остальных защищаемых помещениях, так и момента «исчезновения ОФПВ», после отключения газа и электроэнергии, для предотвращения взрыва и пожара. Применение GSM-радиомодема позволило реализовать обмен данными о потреблении электроэнергии и газа с соответствующими снабжающими организациями и управляющими компаниями.
В разделе III (главы 6,7) – «Специфика, оптимизация и автоматизация обеспечения безопасности жизнедеятельности в жилых высотных зданиях», предложенные в предыдущих главах методы и средства, распространены на высотные жилые здания, строительство которых в последнее время преобладает. На примере Воронежской области показано, что, если ввести понятие «вероятности гибели от этажности здания», то в высотных зданиях она в 4,16 раза выше, чем 1–2 этажных. И это несмотря на то, что в зданиях выше 10 этажей предусмотрены капитальные противопожарные меры (незадымляемые лестничные клетки, электроснабжение плит, вместо газа и т.д.), а выше 25 этажей – вертикальное зонирование противопожарными отсеками.
Следовательно, существующие системы противопожарной защиты высотных зданий не адекватны их пожарной опасности. И в результате распространения методов и средств, изложенных соавторами, предложено модифицировать электросчетчик-извещатель «блоками подавления» опасностей, превратив его электросчетчик-подавитель (ЭСП), а именно:
- для подавления пожарно-электрического вреда введен блок компенсации реактивной мощности (КРМ), представляющий собой батарею конденсаторов, подключаемых контроллером через оптосимисторы, в соответствии с измеряемым коэффициентом мощности (рис. 3);
- для подавления загораний введен блок сепарации воздуха (БСВ), представляющий собой блок из трубопроводов с электромагнитными клапанами, один из которых – «кислородный» (всасывающий), а второй – «азотный» (нагнетающий), подключаемые/отключаемые к трубопроводу аспирационной системы по команде контроллера (рис.4).
Оба трубопровода на входе в БСВ имеют запорные электромагнитные клапаны, через которые подключаются трубопроводы, идущие по стоякам здания рядом с трубами водоснабжения и водоотведения от мембранного сепаратора воздуха (МСВ), устанавливаемого в помещении технического этажа и включаемого контроллером ЭСП, с одновременным оповещением жильцов квартиры об эвакуации, если обнаружены ОФП, причем из воздуха, высасываемого из защищаемых помещений, МСВ выделяет кислород, который выводится или в вентиляционную систему, или наружу здания, а сепарированный азот возвращается через трубопроводы аспирационной системы обратно, чем обеспечивается быстрое понижение концентрации кислорода в защищаемых помещениях до уровня, при котором горение невозможно.
В главе 7 изложены результаты системного анализа функционирования управляющих компаний. Показано, что внедрение ЭСП и оптимизация структуры управляющих компаний на предмет их взаимодействия с аварийными службами (пожарной охраной, электро-тепло-снабжения, водоснабжения и водоотведения и др.) создает условия самоорганизации безопасной жизнедеятельности в высотных зданиях.
Результаты исследования позволяют сделать вывод, что пришла пора оптимизировать структуру инженерных систем жилых высотных зданий, с применением инновационных средств и решений, в т.ч. в области учета и управления потреблением энергоресурсов с помощью ЭСП, и с помощью ЭСП создавать АСУД на уровне управляющих компаний и служб жизнеобеспечения административно-территориальных единиц (АТЕ).
В разделе IV (глава 8), представленные в предыдущих главах методы и средства, распространены на объекты жилого сектора (индивидуальные дома и многоквартирные здания) в сельских районах, которые, как показывает статистика, являются в настоящее время наименее защищенными.
Системный анализ функционирования пожарной охраны Краснодарского края (государственной и добровольной) показал, что, наибольшее количество пожаров и ущерб от них в сельских районах, сосредоточены за пределами оперативно-тактических возможностей гарнизонов, т.к. пожарные не выезжают на каждый 4-й пожар (из-за отсутствия сигнализации и связи), на котором происходит гибель каждого 2-го и травмируется 2 из 3-х из пострадавших от пожаров, а также уничтожается каждая 8-я единица сельхозтехники, каждый 12-й кв. метр площадей, каждая 15-я голова крупного рогатого скота (КРС) и приносится 6-я часть прямых материальных потерь.
Рис. 3. Принципиальная схема блока КРМ для трехфазной сети жилых высотных зданий
Рис. 4. Блок-схема ЭСИ с блоком КРМ и БСВ
Углубленный статистический анализ пожаров показал, что 73,51% всех пожаров в сельских районах получают развитие в результате:
- позднего обнаружения (>10 мин.) – 40,67% пожаров, в которых погибает 49,57% и травмируется 13,09% пострадавшего населения, а ущерб составляет 46,69%;
- позднего прибытия (удаленность >5 км.) – 25,29% пожаров, в которых погибает 16,03% и травмируется 9,45% пострадавшего населения, а ущерб составляет 38,22%.
Принимая во внимание, что из-за количества и качества потребляемой электроэнергии, газа и угля в жилом секторе сельских районов Юга России, возникает более 70% пожаров и свыше 80% ущерба (рис.5 – приборы и предметы быта), необходимым для обеспечения пожарной безопасности жилья, по мнению автора, является применение электро-газо-счетчиков-извещателей, которые позволяют измерять пожарно-энергетический вред, предотвращая пожары и взрывы, возникающие из-за него.
Рис. 5. Источники пожаров и последствий от пожаров в жилом секторе
Таким образом, новый способ диагностики и подавления пожарно-энергетического вреда (ПЭВ) и опасных факторов пожара и взрыва (ОФПВ) от утечки бытового газа в жилых зданиях с помощью электро-газо-счетчика-извещателя, совмещенного с термомагнитным сепаратором воздуха, превращает его в электро-газо-счетчик-подавитель ПЭВ и ОФПВ, т.е. в элемент самоорганизации пожаровзрывобезопасности в жилых домах сельских населенных пунктов.
Книга предназначена для научно-педагогических работников, проектировщиков и разработчиков инженерных систем жилых зданий, инженерно-технических работников надзорных организаций и управляющих компаний. Книга будет полезна студентам, аспирантам и докторантам вузов и НИИ, занимающихся автоматизацией и информационными технологиями.
In article the collective monograph is presented («Synergetic of safe activity in the inhabited sector: monograph / V.V. Belozerov, T.B. Dolakov, S.N. Oleynikov, A.V. Perikov. – M.: Publishing house of Academy of Natural sciences, 2017. – 184 pages) in which the analysis of the existing tools and the systems of ensuring safe activity of the population in the inhabited sector is submitted. On the basis of results of the analysis synthesis of the automated system of diagnostics and suppression of fire and power harm allowing to prevent the fires, explosions and dangerous failures of household appliances and engineering systems in the inhabited sector duplicated independent is carried out. The book is intended for scientific and pedagogical workers, designers and developers of engineering systems of residential buildings, technical officers of the supervising organizations and management companies. The book will be useful to students, graduate students and doctoral candidates of the higher education institutions and scientific research institute which are engaged in automation and informational technologies.
МЕДАЛЬ «ЗА ВЕРНОСТЬ ТРАДИЦИЯМ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ» С УДОСТОВЕРЕНИЕМ