Systemy wykrywania gazów. Detekcja gazu jako element bezpieczeństwa budynków

Istniejące przepisy nakładają na projektantów i dysponentów budynków obowiązek zabezpieczania ich przed rozmaitymi niebezpieczeństwami, które mogłyby powodować zagrożenie dla ich funkcjonowania, a także wpływać na zdrowie i życie ludzi, którzy w nich przebywają. Wśród warunków, jakie muszą spełniać obiekty budowlane, znajduje się wiele wymogów dotyczących różnych czynników od odpowiedniej wentylacji, nasłonecznienia wnętrza czy dopuszczalnego poziomu hałasu i temperatury aż po bezpieczeństwo pożarowe. W ramach instalacji ppoż. wykonuje się nie tylko instalacje wykrywające dym i ogień czy rozpoczynające akcję gaśniczą, ale również specjalne systemy detekcji gazów. Przekonajmy się, jakie jest ich znaczenie oraz zobaczmy, w jaki sposób się je projektuje, montuje i eksploatuje.

 

Niebezpieczeństwa powodowane przez gazy

Choć atmosfera gazowa w postaci powietrza atmosferycznego jest naturalnym środowiskiem wielu organizmów żywych, w tym człowieka, to wszelkie znaczniejsze odchylenia od jej optymalnego składu mogą grozić poważnymi zaburzeniami w ich funkcjonowaniu, a nawet śmiercią. Szczególnie niebezpieczny jest wzrost stężenia dwutlenku węgla, jednak równie katastrofalne skutki może przynieść pojawienie się innych substancji lotnych. Gazy to bardzo zróżnicowana grupa substancji, a wiele z nich w mniejszych lub większych stężeniach może stanowić poważne zagrożenie ze względu na związki chemiczne, z których się składają. Obecność substancji lotnych może powodować zagrożenie wybuchem, zapaleniem się, a także wywoływać zatrucia lub uduszenia.

Pojawienie się gazów najczęściej wiąże się z nieszczelnościami instalacji służących do ich przesyłu, jednak może być również spowodowane nieprawidłowym działaniem urządzeń, które je wykorzystują. W obiektach przemysłowych gazy mogą również powstawać w wyniku zachodzących reakcji chemicznych, zarówno zamierzonych i wchodzących w skład wykonywanych procesów technologicznych, jak i przypadkowych, następujących wskutek wycieku czy kontaktu aktywnych chemicznie związków.

Dzięki znajomości działania gazów i zagadnień związanych z ich rozprzestrzenianiem się i gromadzeniem, a także ilości prowadzącej do powstania groźnych następstw wyznaczono dokładne normy stężenia, których przekroczenie może być niebezpieczne. Kluczowe jest tu tzw. najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS), czyli ilość substancji, która może oddziaływać na przebywających w ich obecności ludzi bez wpływu na ich zdrowie i życie oraz najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe, które wskazuje, jaka krótkotrwale działająca dawka substancji nie będzie groźna. Ważne jest również tzw. stężenie pułapowe, które w żadnych warunkach nie może być przekroczone. W przypadku substancji grożących eksplozją ważna jest też tzw. granica wybuchowości, czyli stężenia, po którego przekroczeniu przy stałej temperaturze może dojść do wybuchu.

 

Stosowanie i rozmieszczenie systemów detekcji gazów

W związku z dość powszechnym stosowaniem gazów, które mogą stanowić potencjalne niebezpieczeństwo, zarówno w działalności przemysłowej, rolniczej czy obsłudze obiektów handlowych i rekreacyjnych, jak i w domach mieszkalnych czy budynkach użyteczności publicznej przepisy nakładają na dysponentów obiektów budowlanych obowiązek montażu odpowiednich systemów zabezpieczających przed wybuchem i wykrywających zmiany składu atmosfery. Przykładami miejsc, w których taka instalacja będzie niezbędna, mogą być parkingi podziemne, kotłownie w domach jednorodzinnych wykorzystujących gaz płynny, czy pomieszczenia do ładowania akumulatorów wózków widłowych. Projekt instalacji tego typu powinien być dopasowany do istniejących zagrożeń i uwzględniać rodzaj gazu. Dokumentacja pozwalająca na montaż urządzeń musi być zatwierdzona przez rzeczoznawcę specjalizującego się w systemach przeciwpożarowych.

Prawidłowy dobór elementów systemu oraz właściwe podłączenie i ich lokalizacja są konieczne ze względu na specyfikę rozprzestrzeniania się gazów, oraz ich właściwości. Projekt musi więc uwzględniać najważniejsze cechy gazów. Liczyć będą się m.in. obecność dodatkowych czynników wpływających na poziom zagrożenia, np. dopływ tlenu podtrzymującego palenie, wysokość temperatury czy obecność silnie nagrzewających się powierzchni. Ważny będzie również ciężar gazu – gazy cięższe od powietrza, takie jak np. dwutlenek węgla, propan czy butan będą gromadziły się w dolnych częściach pomieszczeń i przenikały do niższych kondygnacji, te, które są lżejsze, choćby amoniak będą miały tendencję do gromadzenia się pod stropem i przedostawania się ku górze. Gazy, których ciężar jest zbliżony do powietrza, będą się zwykle gromadziły w środkowej strefie pomieszczenia, a przy wzroście stężenia zaczną rozchodzić się w górę i w dół.

Konfiguracja przestrzenna systemów detekcji gazów musi też uwzględniać kształt pomieszczeń oraz występowanie w nich barier mogących wpływać na rozchodzenie się substancji lotnych. Ważne będzie rozmieszczenie wlotów i wylotów systemów wentylacyjnych oraz klimatyzacyjnych i obecność w budynku dodatkowych substancji chemicznych lub urządzeń emitujących wysoką temperaturę albo powodujących zapylenie czy też zmieniających przepływ powietrza.

 

Z czego składa się system detekcji gazów?

Każdy system detekcji gazu musi składać się z trzech podstawowych elementów – detektorów gazu umieszczanych w pobliżu instalacji gazowej lub rejonów, w których może dojść do pojawienia się gazu; centrali sterującej oraz urządzeń, których zadaniem jest reakcja na stwierdzoną obecność gazu. Warto pamiętać, że system powinien być nie tylko zaprojektowany, ale także zainstalowany przez osoby posiadające odpowiednie uprawnienia, jak również poddawany okresowym przeglądom i konserwacjom, w tym m.in. szczególnie ważnej kalibracji sensorów.

Detektory gazu to czujniki, których zadaniem jest stwierdzenie przekroczenia dopuszczalnego w danym miejscu stężenia gazu. Reagują one na wzrost stężenia gazu powyżej określonych progów, w zależności od swego przeznaczenia i możliwości technicznych. Rozróżnianie poziomów stężeń daje możliwość adekwatnej do stopnia zagrożenia reakcji, a jednocześnie zmniejsza ilość fałszywych alarmów.

Czujniki gazu mogą działać w oparciu o różne rozwiązania. Można spotkać czujniki półprzewodnikowe, katalityczne, podczerwone oraz elektrochemiczne, które wykorzystują inny sposób wykrywania wzrostu stężenia gazu. W detektorze półprzewodnikowym czynnikiem wywołującym alarm jest zmiana oporu pojawiająca się wskutek pochłonięcia cząsteczek gazu. Takie czujki sprawdzają się m.in. przy kontrolowaniu stężenia czadu. Sensory katalityczne uaktywniają się różnicy oporu między dwoma przewodnikami, z których jeden jest pokryty katalizatorem ulegającym utlenieniu w obecności cząsteczek gazu. To rozwiązanie jest często używane w miejscach pojawiania się gazów palnych i wybuchowych. Czujniki podczerwone działają za sprawą pochłaniania przez cząsteczki gazu odpowiedniego zakresu emitowanych fal. Detektory działające na podczerwień wykrywają m.in. wzrost stężenia dwutlenku węgla, propanu, butanu i metanu. Sensory elektrochemiczne wykorzystują obecność elektrolitu, który pochłaniając cząsteczki gazu, zmienia natężenie przepływającego prądu. Czujniki elektrochemiczne są stosowane zwykle tam, gdzie istnieje niebezpieczeństwo pojawienia się gazów silnie toksycznych.

Zadaniem centrali systemu detekcji gazów jest odbiór sygnałów płynących z czujników oraz ich analiza. W razie potrzeby moduł centrali przekazuje odpowiednie impulsy do podłączonych do niego urządzeń. Rolą centrali jest także pokazywanie stanu poszczególnych czujników. Może również współpracować z innymi systemami, np. wentylacją czy urządzeniami oddymiającymi. Informacje o przekroczeniu określonego progu stężenia centrala systemu detekcji przekazuje do urządzeń ostrzegawczych w razie niskiego poziomu gazu lub sygnalizatorów alarmowych w razie dużego przekroczenia. Wśród urządzeń podłączonych do systemu znajdują się też na ogół zawory odcinające dopływ gazu albo w zależności od rodzaju gazu i zagrożenia uruchamiające urządzenia wymuszające przepływ powietrza.