To, że w wielu branżach warunki pracy wystawiają pracowników na zagrożenie ze strony groźnych dla zdrowia gazów, jest rzeczą powszechnie znaną. Dotyczy to szczególnie metalurgii,przemysłu chemicznego, paliwowego, wydobywczego czy samochodowego. Jednakże przeciętny Kowalski żyjący w dużym mieście i korzystający regularnie z podziemnych garaży przy budynkach użyteczności publicznej lub centrach handlowych również jest narażony na ryzyko kontaktu ze szkodliwymi gazami. Dlatego systemy detekcji LPG, CO oraz kilku innych gazów w podziemnych garażach, sprzężone z wydajnym systemem wentylacji mechanicznej, to dziśpodstawa bezpiecznego  korzystania z tych obiektów.

mikroprocesorowe detektory gazow w garazach podziemnych charakterystykaFot. 1. Podziemne parkingi muszą być wyposażone w systemy detekcji gazów sprzężone zsystemem wentylacji.

Konieczność stosowania detektorów tlenku węgla (CO), gazu propan-butan (LPG)oraz ewentualnie tlenków azotu (NO,N2O, NO2 i inne) we wszystkich podziemnych i wielostanowiskowych garażach narzuca Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 roku(Dz.U. nr 75, poz. 690 z późniejszymi zmianami), które mówi, iż mają stanowić one element składowy instalacji wentylacyjnej mechanicznej. Ich zadaniem w tej architekturze jest sterowanie wentylacją poprzez uruchamianie funkcji wywiewu– czyli wentylatorów wywiewnych – ze ściśle określoną mocą i wydajnością, w sytuacjiw której wykrywają ponadnormatywne,czy też raczej ponad progowe stężenie poszczególnych gazów.Nie sposób w tym miejscu nie wspomnieć o normie PN 50545-1, która określa wymagania dla wszystkich elektrycznych przyrządów do wykrywania i pomiaru gazów toksycznych i palnych w tunelach i garażach– niezależnie od tego czy zasilane są prądem 230 V AC czy też 12 V DC. Norma ta określam.in. nowe progi alarmowe, które nie są jak dawniej klasycznymi wartościami progowymi lecz wynikiem obliczenia średniej ważonej w określonej jednostce czasu, co wymusiło stosowanie cyfrowych technik obliczeniowych i zarazem określiło konkretny typ detektorów dla garaży i tuneli: wieloprogowe detektory mikroprocesorowe.

mikroprocesorowe detektory gazow w garazach podziemnych charakterystyka2Fot.2. Elektroniczna wyniesiona głowica pomiarowa dla systemu detekcji LPG umożliwia wczesne uruchomienie wentylacji w garażach.Fot. HEKATO

Zasada działania detektorów dla garaży

Przed scharakteryzowaniem nowoczesnych detektorów gazów dla podziemnych garaży wielkopowierzchniowych należy wspomnieć o tym, co stanowi „serce” tych urządzeń, czyli o sensorach – modułach zmieniających swoje parametry pod wpływem różnego rodzaju gazów. Cztery podstawowe rodzaje sensorów w detektorach to sensory katalityczne, elektrochemiczne,półprzewodnikowe oraz sensory absorpcyjne IR (Infra-Red, czyli działające w oparciu o podczerwień). Wszystkie one mają różną charakterystykę, budowę,zasadę działania, zakresy pomiarowe oraz selektywność, ale łączy je jedno – zmienność parametrów w miarę upływu czasu.

mikroprocesorowe detektory gazow w garazach podziemnych charakterystyka3 Fot.3.Detektor DE-TOX w wersji z komunikacją Modbus to odpowiedź na potrzeby podziemnych garaży.Fot. HEKATO

Dlatego ich regularna kalibracja jest rzeczą obowiązkową i na szczęście dziś dosyć prostą, gdyż upowszechniony już system wymiennych modułów z sensorem i niezbędną elektroniką umożliwił użytkownikom (administratorom)demontaż modułów z sensorami bez rozebrania całego detektora, szybką kalibrację i ponowny montaż już skalibrowanego lub też całkowicie nowego modułu. W przypadku systemu złożonego z kilkudziesięciu lub kilkuset detektorów w dużym podziemnym garażu ma to ogromne przełożenie na jakość i czas jego konserwacji.Detektory gazów stosowane w podziemnych garażach można dzielić według różnych klasyfikacji, jednak najczęstszym jest podział na detektory jednogazowe, które wykrywają tylko jeden konkretny gaz, oraz wielogazowe czyli takie, które są w stanie stwierdzić obecność i określić stężenie kilku różnych gazów – często dwóch lub trzech.

mikroprocesorowe detektory gazow w garazach podziemnych charakterystyka4Fot.4.Mikroprocesorowy elektrochemiczny detektor DE-TOX służy do ciągłej kontroli stężenia poziomu CO m.in. w garażach podziemnych.Fot. HEKATO

Detektory mikro procesorowe dla dużych podziemnych garaży– charakterystyka

Mikroprocesorowe detektory dla podziemnych garaży to stacjonarne urządzenia o najczęściej dwóch lub trzech progach alarmowych, służące do samodzielne go i ciągłego kontrolowania obecności danego gazu (lub kilku gazów) w jednym miejscu lub wykrywania i sygnalizacji pojawienia się określonego gazu w stężeniu szkodliwym dla człowieka w określonej przestrzeni.Wyposaża się je w opisane wcześniej wymienne moduły z sensorami różnego rodzaju, które można łatwo, co kilka lat(lub miesięcy), kalibrować lub wymieniać na nowe. Detektory te w dużych garażach wielostanowiskowych z reguły tworzą swoiste sieci, sterowane przez podłączoną do nich światłowodami centralkę główną,która dodatkowo „obudowana” jest takimi elementami instalacji jak choćby urządzenia alarmowe czy urządzenia wykonawcze i która – co narzucają przepisy prawa– zarządza zachowaniem wentylacji mechanicznej.

mikroprocesorowe detektory gazow w garazach podziemnych charakterystyka5Fot.5.Detektor DUOmaster CO-LPG G współracuje z typowymi centralkami i sterownikami. Zasilany jest prądem o napięciu 12 V lub 24 V.Fot. PRO-SERVICE

Tak stworzone systemy stacjonarne działają w sposób permanentny, monitorując wiele miejsc jednocześnie w oparciu o sensory jedno- jak i wielogazowe. Warto zauważyć, że obecnie zapis zdarzeń, przekazywanie alarmu do odpowiednich służb,uruchamianie wentylacji lub wstrzymywanie procesów odpowiadających za emisję wykrytych gazów, bądź sygnalizowanie awarii czy terminu kolejnej kalibracji, to zadania realizowane przez niemal wszystkie nowoczesne systemy stacjonarne, które od kilku lat opierają się na detektorach adresowanych,czyli takich, które komunikują się z centralką dwukierunkowo w oparciu np. o protokół Modbus.

mikroprocesorowe detektory gazow w garazach podziemnych charakterystyka7Fot.7. Centralka modularPAG ma budowę modułową i posiada wejścia analogowe w standardzie 4-20 mA lub cyfrowe w standardzie RS485 z zaimplementowanym protokołem ModBUS/RT. Fot. PRO-SERVICE

Uważny czytelnik zapewne zastanawia się nad znaczeniem przymiotnika „mikroprocesorowe”, który pojawił się w zestawieniu ze słowem „detektory”i który sugeruje obecność układów elektronicznych opartych na mikroprocesorach.W rzeczy samej tak jest. Najnowocześniejsze cyfrowe detektory gazów stosowane w podziemnych parkingach są niemalże samodzielnymi mikrokomputerami kontrolującymi w sposób ciągły – poprzez cykliczny pomiar – obecność gazów takich jak CO, CO2, LPG czy CNG i wyposażonymi w mikroprocesory, które sterują praktycznie wszystkimi funkcjami detektorów.Chodzi tu więc nie tylko o kontrolowanie samego cyklicznego pomiaru stężenia określonych gazów, ale też o takie funkcje,jak m.in. kompensacja termiczna, odczyt historii zdarzeń, kalibracja bez ingerencji wewnętrzne obudowy czy wymiana informacji z urządzeniami podłączonymi pod wyjścia(centralka, zewnętrzne sygnalizatory akustyczne i optyczne, sterownik układu wentylacji itd.).Warto zauważyć, że mikroprocesorowe detektory stosowane na podziemnych parkingach to najczęściej detektory selektywne,oparte na sensorach elektrochemicznych lub Infra-Red i coraz częściej pracujące w układach dwu- lub trzy gazowych.

mikroprocesorowe detektory gazow w garazach podziemnych charakterystyka8Fot.8.Detektor uniTOX.CO G posiada optyczną sygnalizację zasilania, przekroczenia progów alarmowych i awarii.

Widać to po ofercie najważniejszych producentów detektorów na rynku europejskim, którzy w kategorii „garaże i parkingi” regularnie oferują detektory LPG/CNG lub CO/CO2 bądź łączące trzy najistotniejsze zagrożenia,czyli CO/LPG/CNG bądź CO/CO2/LPG.Przy tym wszystkim z uwagi na zróżnicowaną wagę poszczególnych gazów należy zawsze dokładnie przemyśleć kwestię detektorów łączących sensory różnych gazów– inwestorzy powinni być świadomi tych zróżnicowanych właściwości gazów i wynikających z tego możliwości ich detekcji na różnych wysokościach od poziomu posadzki w garażu podziemnym i jeśli sięgają po rozwiązania z taką kombinacją,to powinny to być wyłącznie wyroby najwyższej jakości. Niemniej za każdym razem detektory mikroprocesorowe to urządzenia całkowicie automatyczne, pozbawione elementów służących regulacji jakiegokolwiek parametru (co nie jest jednoznacznie pozytywnym aspektem, gdyż prowadzi m.in. do wzrostu kosztów kalibracji), działające dwu- lub trójprogowo (stopniowanie alarmu w miarę wzrostu stężenia gazów rejonie wykrywania) i produkowane zarówno w wersjach z zasilaniem 230 V jak też 12 V i 24 V.

mikroprocesorowe detektory gazow w garazach podziemnych charakterystyka9Fot.9.Progowe detektory nadmiaru spalin (CO, CO2, NO2) oraz gazów wybuchowych (LPGCNG) dedykowane są do podziemnych garaży.Fot. GAZEX

Zdecydowana większość detektorów garażowych i parkingowych z chwilą wykrycia zagrożenia, czyli de facto przekroczenia ustalonych progów dopuszczalnego stężenia określonych gazów, uruchamia alarmową sygnalizację akustyczną i optyczną i uaktywnia wyjścia sterujące dla wywołania określonych działań w obrębie systemu wentylacji. Jest tu jednak pewna pułapka, ujawniająca się szczególnie w przypadku bardzo rozległych i wielo sektorowych parkingów i garaży. Mianowicie w przypadku gdy wykrycie wzrostu stężenia CO lub LPG następuje tylko w jednym sektorze, sterowniki zarządzają „przewietrzenie”całego obiektu, co dla wielu odległych od miejsca detekcji sektorów – zupełnie czystych z punktu widzenia pracujących w nich detektorów – nie ma kompletnie sensu i jest wyłącznie generowaniem kosztów.Dlatego architektura systemów detekcji gazów i wentylacji, zalecana dla wielo sektorowych parkingów, to architektura podzielona na pod sektory z lokalnymi centralkami  pracą lokalnych urządzeń wykonawczych wentylacji. Dzięki jej zastosowaniu każda detekcja szkodliwych gazów w określonym sektorze obiektu wywołuje wentylowanie wyłącznie zagrożonego sektor aż pominięciem pozostałych.

mikroprocesorowe detektory gazow w garazach podziemnych charakterystyka10Fot.10.DINster3xRS kontroluje i wizualizuje stany detektorów, oraz steruje urządzeniami zewnętrznymi.Fot. PRO-SERVICE

Wracając do samej konstrukcji detektorów adresowanych do podziemnych garaży,trzeba zauważyć, iż na rynku dominuje trend konstruowania jednoczęściowych detektorów,stanowiących zwartą bryłę obudowaną w sposób szczelny przy gwarancji IP na poziomie minimum 54. Te kompaktowe urządzenia mieszczą w sobie wszystko na raz: zasilacz, sensory gazów, elektronik  układami sterującymi oraz sygnalizatory dźwiękowe (mała syrena) i optyczne (diody).Wymiary mikroprocesorowych detektorów gazów są – jak to już zostało zasugerowane– dość niewielkie, gdyż typowe urządzenie dla garaży podziemnych, to co najwyżej półkilogramowy, obudowany wytrzymałymi pokrywami – na przykład z tworzywa ABS – detektor o wysokości 20 cm,szerokości 8-10 cm i głębokości około 8 cm,z dwupunktowym mocowaniem do podłoża.Warto wrócić jeszcze do kwestii projektowania systemów detekcji szkodliwych gazów w podziemnych garażach i roli centralek.

W bardzo dużych obiektach– których stale w Polsce przybywa – systemy składają się albo z jednej, albo też kilku jednostek centralnych i setek detektorów.To określenie nie jest przypadkowe, gdyż do nowoczesnej centralki od renomowanego producenta (to ważne by był renomowany– należy unikać zawodnych wyrobów„No-Name” od nieznanych producentów),można podłączyć 500 lub nawet więcej detektorów,zasilanych na przykład prądem o napięciu 12 V z samej centrali lub z własnych zasilaczy. Takie centralki przypominają szafy sterownicze dla systemów automatyki i mają często budowę modułową dla łatwej rozbudowy systemu w przyszłości.Dzięki temu, że detektory wysyłają do nich informacje pomiarowe i diagnostyczne, centralki zapewniają wizualizację wszystkich stanów detektorów i realizują odpowiednie dla danej sytuacji funkcje sterownicze poprzez moduły wyjść (komunikacja m.in.poprzez łącze RS-485 i protokół Modbus).W ten sposób realizowane są takie zadania jak współpraca z systemami wentylacji,tablicami i lampami ostrzegawczymi, sygnalizatorami akustycznymi, ale też i z systemami przeciwpożarowymi.

mikroprocesorowe detektory gazow w garazach podziemnych charakterystyka11Fot.11.Uniwersalny moduł sterująco-zasilający UMS-3 do współpracy z detektorami i modułami alarmowymi montuje się na szynie. Fot. Gazex

Kilka uwag końcowych

Sensory umieszczane w wymiennych modułach detektorów garażowych, mają jedną poważną wadę, która objawia się postępującą degradacją zdolności do wykrywania gazów wraz z upływem czasu, co prowadzi do nieuchronnego przekłamania pomiarów detektora. Ignorowanie tego zjawiska generuje niebezpieczną dla ludzi sytuację,w której detektor zbyt późno, bądź wcale nie sygnalizuje obecności szkodliwego gazu.Dlatego administratorzy systemów detekcji szkodliwych gazów – wszystkich, nie tylko tych w podziemnych garażach – muszą kategorycznie przestrzegać zasad dotyczących kalibracji i wykonywać ją zgodnie ze wskazówkami producentów detektorów (modułów),którzy zawsze precyzyjnie określają warunki jej przeprowadzenia – tak, aby zapewnić prawidłowe wskazania modułu.Podczas kalibracji sensor wystawiany jest na działanie mieszaniny określonego gazu z powietrzem.

Precyzja przygotowania tej mieszaniny oraz metoda podania jej na sensor jest ściśle określona przez producenta i kategorycznie należy się trzymać podanych przez niego wskazań. Proces kalibracji to dobra okazja do weryfikacji warunków,w jakich dany detektor pracuje i do ewentualnego dokonania korekt w ustawieniach parametrów pracy całego systemu. Zdarza się, że wykwalifikowany fachowiec dochodzi do wniosku, iż wymagana jest wymiana modułu z sensorem na inny, zawierający bardziej odpowiedni rodzaj sensora dla warunków panujących w podziemnym garażu,bądź na moduł wyposażony w sensory oparte na dwóch (czasem trzech) różnych metodach pomiaru stężenia gazu.Tak jak w każdej innej lokalizacji, taki w podziemnych garażach dla dziesiątek i setek samochodów, systemy detekcji gazów powinny być dopasowane do specyficznych obiektów. Wspierane przez urządzenia uzupełniające takie jak m.in. czujniki przeciwpożarowe czy czujniki temperatury,wilgotności i ciśnienia, oraz przez urządzenia wykonawcze (zawory, sygnalizatory akustyczno-optyczne) tworzą struktury o bardzo szerokich możliwościach, które należy umieć wykorzystać.

Zdarza się jednak dość często, że tak duże możliwości wykorzystywane są w sposób niepełny, czasem zaledwie pięćdziesięciu procentach i dzieje się to na skutek albo przeszacowania potrzeb obiektu, albo na skutek braku wiedzy i umiejętności osób odpowiedzialnych za instalację. Dlatego projektowanie i montaż systemów detekcji gazów wybuchowych i toksycznych należy zlecać wyspecjalizowanym podmiotom, które posiadają odpowiednie możliwości techniczne, wiedzę,umiejętności, specjalistyczne oprogramowanie projektowe oraz – co bardzo ważne– uprawnienia.

Łukasz Lewczuk

Na podstawie materiałów publikowanych m.in. przez:Przedsiębiorstwo Gazex,

Hekato Electronics Sp. z o.o.,

Alter S.A.,

Pro-Service Sp. z o.o.oraz Alarm-Ex Sp. z o.o.i Safety Day Michalina Drozdowska