سیستم اطفا حریق آیروسل

آتش‌سوزی یکی از بزرگ‌ترین تهدیدات برای امنیت و جان انسان‌ها، به‌ویژه در محیط‌های حساس و پرخطر است. با توجه به این خطرات، استفاده از سیستم‌های پیشرفته و مؤثر برای اطفا حریق امری ضروری است. یکی از نوآوری‌های مهم در این زمینه، سیستم اطفا حریق آیروسل است که به‌واسطه تکنولوژی منحصر به‌فرد خود، قابلیت مقابله با آتش را در محیط‌هایی که نیاز به دقت و سرعت بالایی دارند، فراهم می‌کند.

سیستم اطفا حریق آیروسل چیست؟

سیستم اطفا حریق آیروسل یک سیستم حالت پایدار است که از پراکندگی ذرات ریز جامد یا مایع در یک گاز تشکیل می‌شود. اما در تعریف حرفه‌ای، آیروسل به یک سیستم کلوئیدی گفته می‌شود که از گاز (معمولا هوا) به عنوان محیط پخش و از ذرات جامد یا مایع به عنوان مواد پراکنده استفاده می‌کند.

ماده‌ی موجود در سیستم اطفای حریق آیروسل جامد است و جزء ساطع شده از آن از طریق واکنش اکسایش کاهش، آیروسل است. اندازه‌ی ذرات در سیستم اطفا حریق آیروسل عمدتا در حد 5-10 تا 1-10 μm است که سیالیت گاز دارد و می‌تواند در اطراف موانع پخش شود. از آیروسل‌های رایج در محیط زیست می‌توان به ابرها، دود، مه و غیره اشاره کرد.

دسته بندی انواع سیستم اطفا حریق آیروسل

۱. بر اساس نحوه فعال‌سازی

سیستم‌های آیروسل از نظر شیوه راه‌اندازی به چند گروه تقسیم می‌شوند که هرکدام متناسب با نوع کاربری و زیرساخت فضا انتخاب می‌گردند:

 کپسول آیروسل الکتریکی: در این مدل، پس از تشخیص آتش توسط دتکتورها، سیگنالی از طریق پنل کنترل به کپسول ارسال می‌شود. ولتاژ ۲۴ ولت موجب فعال‌سازی کپسول شده و در مدت ۶ ثانیه، ماده آیروسل به‌طور کامل در محیط آزاد می‌گردد. این سیستم‌ها عموماً در فضاهای حساس و زیرساخت‌های هوشمند مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 کپسول آیروسل حرارتی: این نوع دارای سنسور داخلی با آستانه دمای ۴۷۵ درجه سانتی‌گراد است. زمانی که دمای محیط به این حد برسد، بدون نیاز به برق یا سیستم کنترلی، به‌صورت خودکار فعال می‌شود. این ویژگی موجب می‌گردد برای مکان‌های ایزوله یا فاقد دسترسی به برق مناسب باشد.

 کپسول آیروسل مکانیکی: این مدل با استفاده از فتیله‌ای که به شعله یا جرقه حساس است عمل می‌کند. به‌محض وقوع حریق، فتیله شعله‌ور شده و آیروسل ظرف حدود ۳ ثانیه تخلیه می‌گردد. کاربرد این نوع در فضاهایی با ریسک اشتعال ناگهانی بیشتر مشاهده می‌شود.

 نسل دوم آیروسل_ آیروسل نوع K: نسل‌های اولیه آیروسل بیشتر دستی یا نیمه‌خودکار بودن، اما سیستم‌های نسل دوم عملکرد سریع‌تری دارن و قابلیت هماهنگی بهتر با تجهیزات اعلام حریق رو دارن. این سیستم‌ها عموماً با پنل مرکزی هماهنگ می‌شن و می‌تونن بخشی از یک شبکه اعلام و اطفای یکپارچه باشند.

 نسل سوم آیروسل_آیروسل نوع S: این سیستم‌ها با بهینه‌سازی بیشتر در تولید ذرات، کاهش پسماند و آلودگی، و امکان کنترل و مانیتورینگ از راه دور عرضه شده‌اند. اغلب دارای تاییدیه‌های بین‌المللی هستند و از نظر زیست‌محیطی نیز عملکرد بهتری دارند. پاسخ‌دهی سریع‌تر و امنیت بالاتر از ویژگی‌های این نسل به‌شمار می‌رود.

 سیستم‌های آیروسل اتوماتیک: این نوع سیستم‌ها به‌طور کامل خودکار عمل می‌کنند و شامل حسگر، محرک، و کپسول در یک مجموعه‌ هستند. بدون نیاز به اپراتور، در صورت تشخیص حریق فعال شده و مناسب فضاهای بدون نگهبان یا تجهیزات حساس می‌باشند.

۲. بر اساس غلظت و نوع ذرات

از لحاظ ساختار فیزیکی و نحوه پخش مواد خاموش‌کننده، آیروسل‌ها به دو گروه تقسیم می‌شن:

• آیروسل متراکم (Condensed): دارای ذرات بسیار ریز در حد 10 میکرومتر که در فضا به شکل متراکم منتشر می‌شن. این ذرات با جذب رادیکال‌های آزاد در زنجیره احتراق، آتش رو در مدت بسیار کوتاهی خاموش می‌کنن. این مدل پرکاربردترین نوع آیروسل در پروژه‌های حرفه‌ای است.

• آیروسل پراکنده (Dispersed): همان ذرات 10 میکرومتری اما تحت فشار بیشتر و با پخش گسترده‌تر در فضا آزاد می‌شن. در برخی کاربردهای خاص یا صنعتی که پوشش وسیع‌تری لازمه، از این مدل استفاده می‌شه.

۳. بر اساس نوع استفاده

آیروسل‌ها بسته به نحوه کاربرد به دو گروه کلی تقسیم می‌شن:

• آیروسل ثابت: به‌صورت دائمی در محل نصب می‌شن و با یکی از روش‌های فعال‌سازی (الکتریکی، حرارتی یا مکانیکی) فعال می‌شن. برای فضاهای بسته، تابلو برق، رک سرور، اتاق UPS، موتورخانه و… بسیار مناسب هستن. معمولاً بخشی از یک سیستم اعلام و اطفای یکپارچه به‌شمار میان.

• آیروسل قابل حمل: طراحی‌شده برای استفاده دستی در مواقع اضطراری. این مدل شبیه کپسول آتش‌نشانیه و فرد می‌تونه به‌سرعت اون رو در محل آتش‌سوزی فعال کنه. گزینه‌ای عالی برای خودرو، کارگاه‌های کوچک یا مصارف خانگی محسوب می‌شه.

کاربرد سیستم اطفا حریق آیروسل

• • موادی که می‌توانند بدون اکسیژن هوا اکسید شوند؛ از جمله نیتروسلولز، باروت و غیره. فلزات فعال مانند پتاسیم، سدیم، منیزیم، تیتانیوم و غیره. ترکیباتی که می‌توانند خود به خود تجزیه شوند مانند پراکسیدهای خاص، هیدرازین و غیره. هیدریدهای فلزی مانند پتاسیم فلوراید، سدیم هیدرید و غیره. مواد طبیعی مانند فسفر. اکسیدان‌های قوی مانند اکسید نیتروژن، فلوئور و غیره.

• • آتش عمیق مواد جامد قابل احتراق

• • آتش سوزی در مکان‌های شلوغ مانند تئاترها، سالن‌های نمایش و غیره.

• • آتش‌سوزی در مکان‌هایی که احتمال خطر انفجار وجود دارد، مانند کارگاه‌های دارای گرد و غبار انفجاری.

• محیط‌های فوق‌العاده تمیز مانند کارگاه‌های دارویی، مکان‌های پردازش تراشه، اتاق‌های پزشکی و غیره.

آیروسل بهترین انتخاب برای حفاظت از تجهیزات حساس، فضاهای بسته و مکان‌هایی با خطر آتش‌سوزی الکتریکی یا مایع قابل اشتعال است، اما برای فضاهای باز یا حریق‌های گسترده ناشی از مواد جامد یا گاز، گزینه‌های مکمل نیز لازم است.

عملکرد سیستم اطفا حریق آیروسل

احتراق زمانی رخ می‌دهد که چهار عنصر اصلی به‌طور همزمان حضور داشته باشند: مواد قابل احتراق، اکسیدکننده‌ها (مانند اکسیژن)، دمای کافی و واکنش‌های زنجیره‌ای مهارنشده. بنابراین، برای خاموش کردن آتش، کافی است یکی از این عناصر حذف یا مختل شود.

مکانیسم عملکرد سیستم اطفای حریق آیروسل نیز بر همین اساس است. در سیستم آیروسل نوع S، عامل خاموش‌کننده به‌صورت جامد بوده و با تحریک الکتریکی فعال می‌شود. پس از راه‌اندازی، این عامل وارد یک واکنش اکسایش–کاهش می‌شود که طی آن حجم زیادی از ذرات آیروسل تولید می‌گردد.

ترکیب گاز و ذرات آیروسل تولیدشده عمدتاً شامل موارد زیر است:

• گاز نیتروژن (N₂)

• مقدار کمی دی‌اکسید کربن (CO₂)

• ذرات جامد ریز نمک پتاسیم (K₂CO₃ و ترکیبات مشابه)

این ذرات پس از آزاد شدن در فضا، با قطع واکنش‌های زنجیره‌ای احتراق، جذب گرما و ایجاد لایه‌ای خنثی‌کننده روی سطح سوخت، آتش را به‌سرعت مهار می‌کنند.

عملکرد اطفای حریق آیروسل به شرح زیر است:

مکانیزم خنک‌کننده و گرماگیر در سیستم اطفای حریق آیروسل

یکی از مهم‌ترین عملکردهای سیستم آیروسل، جذب حرارت و کاهش دمای شعله از طریق ذرات جامد نمک فلز (عمدتاً پتاسیم) است. این ذرات در دمای بالا وارد واکنش‌های فیزیکی گرماگیر می‌شوند، از جمله:

• ذوب شدن حرارتی

• تبدیل حالت به گاز

در نتیجه‌ی این فرآیندها، مقدار زیادی از انرژی گرمایی شعله جذب می‌شود که باعث کاهش دمای محیط آتش‌سوزی می‌گردد. سپس ذرات آیروسل روی سطح مواد قابل احتراق فرود می‌آیند و مانع از تبخیر مولکول‌های سوخت به حالت گازی می‌شوند.

این فرآیند باعث کاهش انرژی لازم برای پیرولیز (Pyrolysis)، یعنی تجزیه حرارتی مواد قابل اشتعال به رادیکال‌های آزاد می‌شود. در نهایت، با کاهش تولید رادیکال‌ها، سرعت واکنش‌های زنجیره‌ای احتراق به‌شدت کاهش یافته و آتش مهار می‌شود.

مکانیزم عملکرد شیمیایی سیستم اطفای حریق آیروسل

سیستم آیروسل از چندین مکانیسم شیمیایی به‌صورت هم‌زمان برای مهار آتش استفاده می‌کند. این مکانیزم‌ها شامل مراحل زیر هستند:

• بازدارندگی شیمیایی در فاز گازی:
  تحت تأثیر گرمای شعله، یون‌های فلزی تبخیرشده یا کاتیون‌های حاصل از تجزیه ترکیبات آیروسل وارد فاز گاز می‌شوند. این یون‌ها با رادیکال‌های آزاد فعال در واکنش‌های احتراق (مانند OH•، H•، O•) وارد واکنش شده و آن‌ها را به‌صورت پیوسته مصرف می‌کنند. این فرآیند موجب کاهش چشمگیر رادیکال‌های آزاد و در نتیجه مهار چرخه احتراق می‌شود.

• سرکوب شیمیایی در فاز جامد:
  ذرات جامد آیروسل بسیار ریز (در حد میکرومتر) بوده و سطح ویژه و انرژی سطحی بالایی دارند. این ویژگی باعث می‌شود تا بتوانند گروه‌های فعال احتراقی را جذب و خنثی کنند و به این ترتیب، رادیکال‌های آزاد را کاهش دهند. در واقع، این ذرات به‌عنوان کاتالیزورهای بازدارنده عمل می‌کنند.

• کاهش غلظت اکسیژن:
  گازهای نیتروژن (N₂) و دی‌اکسید کربن (CO₂) که همراه با آیروسل تولید می‌شوند، به‌طور محدود می‌توانند غلظت اکسیژن محیط احتراق را کاهش دهند. با این حال، اثر این مکانیسم نسبت به جذب حرارت، کاهش دما و مهار شیمیایی رادیکال‌ها بسیار ناچیز است و نقش فرعی در فرآیند اطفای حریق دارد.

مزایا و معایب سیستم اطفا حریق آیروسل

مزایا

سیستم های اطفاء حریق آیروسل با مزایای مختلفی همراه هستند که از جمله‌ی آنها می‌توان به این موارد اشاره کرد:

• • بدون آسیب به بدن انسان

• • راندمان و اثر اطفای حریق بالا

• • مصرف میزان کمتر مواد اطفای حریق

• • صرفه‌جویی در وزن و فضا

• • سازگار با محیط زیست

• • نصب آسان

• • هزینه‌های نگهداری بسیار پایین

• • صرفه‌جویی در هزینه‌ها

معایب

• سیستم اطفاء حریق آیروسل فقط برای فضاهای سرپوشیده، بسته یا نیمه‌بسته مناسب است.

• در فضاهای باز، به دلیل رقیق شدن سریع ذرات، آیروسل به غلظت مؤثر برای اطفای حریق نمی‌رسد.

• سیستم آیروسل نوع S یک‌بار مصرف است و فقط یک‌بار شارژ می‌شود.

• عمر مفید سیستم آیروسل نوع S حدود ۱۰ سال است.

مقایسه سیستم‌ اطفا حریق آیروسل با سایر سیستم‌های اطفا حریق

هر یک از سیستم‌های اطفا حریق (آبی، گازی و آیروسل) بسته به نوع محیط و نیاز خاص هر فضا مزایا و معایب خاص خود را دارند. سیستم اطفا حریق آیروسل برای محیط‌های حساس و پیچیده گزینه‌ای بسیار مناسب است، زیرا هم از نظر ایمنی و هم از نظر کارایی در مهار حریق، مزایای بسیاری دارد. با این حال، در فضاهای بزرگ‌تر یا برای آتش‌سوزی‌های وسیع، ممکن است سیستم‌های اطفا حریق آبی یا اطفا حریق گازی گزینه‌های بهتری باشند.

نکات ایمنی استفاده از سیستم اطفا حریق آیروسل

اگرچه سیستم‌های اطفا حریق آیروسل از کارایی بالایی در مهار آتش برخوردارند، اما استفاده از آن‌ها مستلزم رعایت برخی ملاحظات ایمنی است:

• دمای بسیار بالا هنگام تخلیه:
  سیستم‌های آیروسل از طریق واکنش شیمیایی گرمازا فعال می‌شوند. دمای ظرف در لحظه تخلیه ممکن است تا ۲۲۰۰ درجه سانتی‌گراد (۴۰۰۰ درجه فارنهایت) افزایش یابد. این دمای بالا در برخی موارد می‌تواند باعث احتمال شعله‌ور شدن مجدد شود. برخی از مدل‌ها با بهره‌گیری از واحدهای خنک‌کننده، دمای خروجی را کاهش داده و این خطر را به حداقل می‌رسانند.

• عدم آسیب به تجهیزات (با احتیاط):
  آیروسل‌ها به‌طور کلی اثر مخربی بر تجهیزات ندارند، اما ذرات نسبتاً درشت موجود در آن ممکن است بر روی سطوح حساس باقی بمانند. بنابراین توصیه می‌شود در نصب سیستم، فاصله مناسبی از تجهیزات الکترونیکی حساس حفظ شود.

• خطر برای سلامتی در فضاهای اشغال‌شده:
  آیروسل در صورت استنشاق، ممکن است برای انسان خطرناک باشد و همچنین می‌تواند باعث اختلال در دید شود. این مسئله در فضاهای پرجمعیت می‌تواند فرآیند تخلیه اضطراری را مختل کند. بنابراین استفاده از این سیستم در مکان‌های شلوغ یا دارای تردد انسانی توصیه نمی‌شود.

• لزوم تخلیه کامل قبل از ورود مجدد:
  در صورتی که سیستم آیروسل در فضاهای بسته و خالی (مانند محفظه موتور CNG) فعال شود، باید تا پایان کامل تخلیه و تهویه فضا صبر کرد و سپس وارد محل شد.

در فضاهایی با حضور افراد یا تجهیزات حساس، استفاده از عوامل اطفای تمیز (Clean Agents) مانند FM-200 یا Novec-1230 پیشنهاد می‌شود که علاوه بر ایمنی برای انسان، هیچ اثری روی تجهیزات باقی نمی‌گذارند.

طراحی سیستم اطفا حریق آیروسل

طراحی سیستم آیروسل به ترتیب مراحل زیر است:

1. تحلیل ریسک: تعیین کلاس آتش‌سوزی (A, B, C, F)، بررسی تردد و تجهیزات حساس.

2. اندازه‌گیری فضا: محاسبه دقیق حجم، بررسی تهویه و درزبندی.

3. انتخاب نوع آیروسل: الکتریکی (با پنل)، حرارتی (دمای بالا)، مکانیکی (شعله).

4. محاسبه ظرفیت: تعیین مقدار آیروسل موردنیاز (g/m³) بر اساس کلاس آتش.

5. جانمایی تجهیزات: نصب در سقف یا دیوار بالا با توجه به پوشش کامل و ایمنی تجهیزات.

6. سیستم کنترل: استفاده از دتکتورها، هشدار تخلیه و اتصال به پنل (در مدل الکتریکی).

7. بررسی تهویه: طراحی سیستم خروج ذرات پس از اطفا و تعیین زمان بازگشت ایمن.

8. نگهداری: بازبینی دوره‌ای و تست منظم عملکرد سیستم.

انتخاب سیستم اطفا حریق آیروسل مناسب

1. ایزوله بودن فضا
   محیط‌های بسته و بدون نشت هوا بهترین عملکرد را برای آیروسل دارند. در فضاهای باز یا دارای تهویه قوی، اثربخشی کاهش می‌یابد و نیاز به ظرفیت بالاتری خواهد بود.

2. حجم فضای تحت حفاظت
   طول، عرض و ارتفاع فضا باید دقیق اندازه‌گیری شود، چون مقدار آیروسل مورد نیاز معمولاً به گرم بر مترمکعب محاسبه می‌شود.

3. سقف کاذب و کف کاذب
   اگر فضا دارای سقف یا کف کاذب است، باید برای این نواحی نیز جداگانه کپسول آیروسل در نظر گرفته شود.

4. تراکم تجهیزات در فضا (مثل رک‌های سرور)
   وجود تجهیزات زیاد باعث می‌شود پخش یکنواخت ذرات با چالش مواجه شود، پس ممکن است نیاز به کپسول‌های بیشتری یا چیدمان دقیق‌تری باشد.

5. نوع مواد موجود در فضا
   بسته به اینکه مواد قابل اشتعال موجود از چه نوعی هستند (مایع، جامد، گاز)، باید کپسولی انتخاب شود که برای کلاس آتش‌سوزی مربوطه مناسب باشد (A, B, C).

6. تعداد فن‌ها و مسیرهای تهویه
   فن‌های فعال در زمان اطفاء ممکن است عامل خاموش‌کننده را از فضا خارج کنند. در این صورت یا باید فن‌ها قطع شوند یا از کپسول با ظرفیت بالاتر استفاده شود.

7. در دسترس بودن مسیرهای نصب و نگهداری
   کپسول باید در محلی نصب شود که به‌راحتی قابل بازبینی، تست و نگهداری باشد. همچنین در زمان تخلیه، گاز مسیر آزاد برای پخش شدن داشته باشد.

قیمت سیستم اطفا حریق آیروسل

قیمت سیستم اطفاء حریق آیروسل متغیر است و به عوامل متعددی بستگی دارد. مهم‌ترین عامل، حجم فضایی است که قرار است تحت پوشش قرار گیرد؛ هرچه فضا بزرگ‌تر باشد، به تعداد بیشتری کپسول آیروسل نیاز است. نوع سیستم نیز تأثیر مستقیم دارد، آیروسل‌های الکتریکی معمولاً هزینه بیشتری نسبت به مدل‌های حرارتی یا مکانیکی دارند. همچنین برند و کشور سازنده نقش مهمی در قیمت نهایی دارد، به‌طوری‌که برندهای معتبر خارجی معمولاً قیمت بالاتری نسبت به گزینه‌های داخلی یا آسیایی دارند.

به‌طور کلی، سیستم آیروسل برای فضاهای کوچک و ایزوله، راه‌حلی اقتصادی‌تر نسبت به سایر گزینه‌هاست، اما در پروژه‌های بزرگ یا فضاهای دارای تجهیزات گران‌قیمت، محاسبه دقیق و مشاوره تخصصی توصیه می‌شود که می‌توانید با برقراری تماس با مشاوران مجموعه آرات، اطلاعات مورد نیاز را کسب کنید.