انواع دتکتور حرارتی

دتکتور حرارتی چیست و چگونه عمل می کند؟

دتکتور حرارتی یکی از تجهیزات اصلی سیستم اعلام حریق است که با افزایش دمای محیط در اثر وقوع آتش سوزی فعال می شود. این تجهیز زمانی عمل می کند که انرژی حرارتی ناشی از آتش، دمای یک المان حساس به حرارت داخل دتکتور را از حد مشخصی بالاتر ببرد و سیگنال هشدار صادر شود.

دتکتورهای حرارتی مستقل از نوع سیستم ارتباطی خود، چه آدرس پذیر (Addressable) و چه متعارف (Conventional)، از نظر مکانیزم عملکرد به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:

• دتکتور دمای ثابت (Fixed Temperature)
  این نوع دتکتور زمانی فعال می شود که دمای محیط به یک مقدار از پیش تعیین شده برسد.
• دتکتور افزایشی یا نرخ افزایش دما (Rate of Rise – ROR)
  این دتکتور به افزایش سریع دما در یک بازه زمانی کوتاه حساس است، حتی اگر دمای نهایی هنوز به حد ثابت نرسیده باشد.

انتخاب نوع مناسب دتکتور حرارتی، به شرایط محیط، نوع کاربری فضا و الزامات طراحی سیستم اعلام حریق بستگی دارد.

اجزای دتکتور حرارتی 

1. Heat Collector جمع کننده حرارت

صفحه یا بخش فلزی سوراخ دار که حرارت محیط را دریافت و به عنصر حساس منتقل می کند. این قسمت نقش اصلی در انتقال سریع گرما دارد.

2. Bi-metal بی متال

عنصر حساس حرارتی ساخته شده از دو فلز با ضریب انبساط متفاوت. با افزایش دما خم می شود و باعث فعال شدن کنتاکت و اعلام حریق می گردد. مغز متفکر دتکتور همین جاست.

3. Air Vents منافذ عبور هوا

شیارها یا سوراخ هایی که اجازه می دهند هوای گرم سریع تر وارد دتکتور شود و واکنش به افزایش دما با تأخیر انجام نشود.

4. Plastic Guardمحافظ پلاستیکی

قاب محافظ که از اجزای داخلی در برابر ضربه، گردوغبار و آلودگی محافظت می کند و در عین حال مانع جریان هوا نمیشود .

چرا در بعضی فضاها دتکتور حرارتی انتخاب بهتری است؟

در محیط هایی مثل آشپزخانه صنعتی، موتورخانه، پارکینگ، اتاق ژنراتور یا فضاهای دارای بخار و گردوغبار، دتکتور دود ممکن است هشدارهای کاذب بدهد یا به خاطر شرایط محیطی عملکرد مطلوبی نداشته باشد. در اینجا دتکتور حرارتی معمولاً گزینه منطقی تری است، چون نسبت به دود و ذرات معلق حساس نیست و مبنای تصمیم گیری آن تغییرات دماست.
البته باید واقع بین بود: دتکتور حرارتی معمولاً نسبت به دتکتور دود «دیرتر» هشدار می دهد، چون برای واکنش، منتظر افزایش دما می ماند. بنابراین انتخاب آن باید بر اساس نوع ریسک، سرعت رشد آتش و هدف حفاظت (حفاظت از اموال یا جان) انجام شود.

به طور کلی، دتکتور حرارتی چگونه عمل میکند؟

در اغلب دتکتورهای حرارتی، بخش هایی وجود دارد که هدفشان این است که گرمای محیط سریع تر و دقیق تر به عنصر حسگر برسد. قسمت جمع کننده حرارت معمولاً یک سطح فلزی (اغلب با طراحی مشبک یا سوراخ دار) است که گرما را دریافت می کند. منافذ عبور هوا هم کمک می کنند هوای گرم به جای گیر افتادن پشت بدنه، سریع تر وارد فضای داخلی شود و پاسخ دتکتور دیر نشود. قاب محافظ هم از قطعات داخلی در برابر ضربه، آلودگی و گردوغبار محافظت می کند بدون اینکه مسیر جریان هوا را کاملاً مسدود کند.
عنصر حسگر در بسیاری از مدل ها «بی متال» است؛ قطعه ای از دو فلز با ضریب انبساط متفاوت که با گرم شدن خم می شود و در نهایت باعث تغییر وضعیت کنتاکت و ارسال آلارم می گردد. در بعضی مدل ها هم به جای بی متال از حسگرهای الکترونیکی مثل ترمیستور استفاده می شود که تغییرات دما را به تغییر مقاومت الکتریکی تبدیل می کنند.

انواع دتکتور حرارتی و توضیح عملکرد آنها

دتکتورهای حرارتی از نظر منطق تصمیم گیری معمولاً در دو گروه اصلی قرار می گیرند: دتکتور دما ثابت و دتکتور افزایشی.

انواع دتکتور حرارتی دما ثابت چیست و چطور عمل می کند؟

این نوع دتکتور زمانی آلارم می دهد که دمای محیط به یک مقدار مشخص برسد یا از آن عبور کند. یعنی معیار اصلی، «عدد دما» است نه سرعت تغییر آن.

اگر بخواهیم روند عملکرد را ساده و قابل فهم توصیف کنیم، در شرایط عادی دما پایین تر از نقطه تنظیم است و مدار آلارم فعال نمی شود. با شروع آتش، دما بالا می رود و گرما از طریق مسیرهای طراحی شده وارد دتکتور می شود. وقتی دما به حد تعیین شده رسید، حسگر (مثل بی متال یا مدار الکترونیکی) تحریک می شود، کنتاکت تغییر وضعیت می دهد و سیگنال به پنل ارسال می گردد.

دتکتورهای دما ثابت معمولاً به دو شکل رایج دیده می شوند: مدل های مکانیکی که بر پایه بی متال کار می کنند و مدل های الکترونیکی که به کمک ترمیستور یا حسگرهای مشابه، دما را اندازه گیری و تحلیل می کنند.

1. دتکتور حرارتی دما ثابت مکانیکی
   این دتکتور بر پایه مکانیزم مکانیکی (بی متال یا آلیاژ حرارتی) عمل می کند و تنها زمانی فعال می شود که دمای محیط به مقدار از پیش تعیین شده برسد یا از آن عبور کند. دتکتور حرارتی مکانیکی به دلیل عدم حساسیت به دود، بخار و گردوغبار، در محیط های صنعتی و آشپزخانه ها عملکردی پایدار و بدون آلارم کاذب دارد.
2. دتکتور حرارتی دما ثابت الکترونیکی
   در این نوع دتکتور، افزایش دما توسط حسگر الکترونیکی (مانند ترمیستور) تشخیص داده می شود و پس از رسیدن دما به نقطه تنظیم، فرمان اعلام حریق به پنل ارسال می گردد.

عملکرد دتکتور حرارتی دما ثابت 

1- شرایط عادی 

• دمای محیط در محدوده مجاز قرار دارد.
• بی متال در حالت عادی و صاف است.
• کنتاکت الکتریکی باز می باشد.
• هیچ سیگنالی به پنل اعلام حریق ارسال نمی شود.
• هوا از طریق منافذ عبور هوا (Air Vents) وارد دتکتور شده و تبادل حرارتی طبیعی انجام می شود.

2- مرحله اول آتش سوزی 

• دمای محیط شروع به افزایش می کند.
• هوای گرم از طریق منافذ وارد دتکتور می شود.
• حرارت روی Heat Collector و بی متال تجمع پیدا می کند.
• بی متال گرم می شود اما هنوز به دمای عملکرد نرسیده است.
• کنتاکت همچنان باز باقی می ماند.
• در این مرحله هنوز آلارم فعال نشده است.

3- مرحله دوم آتش سوزی 

• دمای محیط از حد دمای از پیش تعیین شده عبور می کند.
• بی متال به دلیل اختلاف ضریب انبساط فلزات خم می شود.
• خم شدن بی متال باعث بسته شدن کنتاکت می گردد.
• مدار الکتریکی کامل می شود.
• سیگنال اعلام حریق به پنل ارسال می شود.
• آلارم سیستم فعال می گردد.

مزایای دتکتور حرارتی دما ثابت:

مزیت اصلی دتکتور دما ثابت این است که در بسیاری از محیط های آلوده یا دارای بخار و گردوغبار، پایدار و قابل اعتماد عمل می کند و برخلاف دتکتور دود به راحتی دچار آلارم کاذب نمی شود.

محدودیت دتکتور دما ثابت:

محدودیت اصلی آن این است که در بسیاری از سناریوها نسبت به دتکتور دود دیرتر هشدار می دهد؛ بنابراین در طراحی های حساس، معمولاً به تنهایی کافی نیست و باید در کنار سایر تجهیزات و سناریوهای ایمنی دیده شود.

 محدودیت در سرعت واکنش
دتکتورهای حرارتی دما ثابت نسبت به دتکتورهای دود واکنش کندتری دارند و معمولاً برای حفاظت از اموال مناسب تر هستند و به تنهایی برای حفاظت جانی کافی نیستند.

انواع دتکتور حرارتی افزایشی (نرخ افزایش دما) چیست و چطور عمل می کند؟

دتکتور افزایشی به جای اینکه فقط منتظر رسیدن دما به یک عدد خاص بماند، به «سرعت افزایش دما» حساس است. یعنی اگر دما در مدت کوتاهی با شیب زیاد بالا برود، دتکتور می تواند حتی قبل از رسیدن به نقطه دمای ثابت، آلارم بدهد. این دتکتور زمانی فعال می شود که دمای محیط با نرخی از پیش تعیین شده که در زمان ساخت دستگاه تنظیم شده است افزایش یابد.

برای فهم بهتر، تصور کنید در یک محیط مثل موتورخانه یا آشپزخانه صنعتی، یک آتش ناگهانی رخ می دهد و دما سریع بالا می رود. در این شرایط، دتکتور افزایشی معمولاً سریع تر واکنش نشان می دهد چون دنبال «جهش دمایی» است.

این دتکتور برخلاف دتکتورهای دود، بر پایه تحلیل دما عمل می کند و رفتار آن کاملاً متفاوت است:

• ❌ نسبت به دود هیچ واکنشی ندارد
• ✅ تنها در صورت افزایش ناگهانی و غیرعادی دما فعال می شود

به همین دلیل، گزینه ای کاملاً مناسب برای فضاهایی است که وجود دود طبیعی یا بخار در آن ها اجتناب ناپذیر است؛ مانند موتورخانه ها، پارکینگ ها و آشپزخانه های صنعتی

 دتکتورهای حرارتی افزایشی (Rate of Rise) به دو نوع الکترونیکی و مکانیکی تقسیم می شوند.

1. دتکتور حرارتی افزایشی مکانیکی (Mechanical ROR)
   در نوع مکانیکی ROR معمولاً از سازوکار پنوماتیکی استفاده می شود. داخل دتکتور یک محفظه هوای درزبندی شده و یک نشتی کالیبره شده وجود دارد. در تغییرات آرام دما، هوای منبسط شده به آرامی از مسیر نشتی خارج می شود و فشار داخلی متعادل می ماند.
   اما وقتی افزایش دما ناگهانی باشد، سرعت انبساط هوا از توان تخلیه نشتی بیشتر می شود، فشار بالا می رود و دیافراگم جابه جا می شود. این حرکت باعث تغییر وضعیت کنتاکت و ارسال هشدار به پنل می گردد.
2. دتکتور حرارتی افزایشی الکترونیکی (Electronic ROR)
   در این مدل، تغییرات سریع دما توسط سنسور الکترونیکی و مدار پردازش تشخیص داده می شود. مدار، نرخ افزایش دما را تحلیل کرده و در صورت عبور از آستانه مجاز، فرمان آلارم به پنل ارسال می گردد.
   دتکتور حرارتی الکترونیکی با استفاده از ترمیستور عمل می کند. ترمیستور قطعه ای است که با تغییر دما، مقدار مقاومت الکتریکی آن تغییر می یابد و از این طریق افزایش سریع دما تشخیص داده می شود.

عملکرد دتکتور حرارتی افزایشی (ROR)

1-شرایط عادی (Normal Conditions)

• دمای محیط در حالت طبیعی قرار دارد.
• هوای داخل محفظه هوا (Air Chamber) به صورت جزئی گرم می شود.
• به دلیل وجود نشتی کالیبره شده (Vent)، هوای منبسط شده به آرامی از دریچه خارج می شود.
• فشار داخل محفظه ثابت می ماند.
• دیافراگم (Diaphragm) در جای خود باقی می ماند.
• کنتاکت الکتریکی باز است و هیچ سیگنالی ارسال نمی شود.

نتیجه: سیستم در حالت پایدار و بدون آلارم است.

2- مرحله اول آتش سوزی (During Fire – Stage 1)

• آتش سوزی آغاز می شود.
• دمای محیط به صورت ناگهانی و با سرعت بالا افزایش می یابد.
• هوای داخل محفظه به سرعت گرم شده و شروع به انبساط سریع می کند.
• در این مرحله:
  • نشتی کالیبره شده هنوز به طور کامل جبران نکرده
  • اما دیافراگم هنوز حرکت نکرده است.
• کنتاکت همچنان باز باقی می ماند.

نتیجه: سیستم افزایش سریع دما را حس می کند، اما هنوز به نقطه تحریک نرسیده است.

3- مرحله دوم آتش سوزی (During Fire – Stage 2)

• افزایش دما از نرخ مجاز طراحی شده عبور می کند.
• انبساط هوا در محفظه بسیار سریع تر از توان تخلیه نشتی کالیبره شده می شود.
• فشار داخل محفظه به طور ناگهانی بالا می رود.
• فشار هوا:
  • دیافراگم را به سمت بالا هل می دهد
  • دیافراگم باعث بسته شدن کنتاکت الکتریکی می شود.
• مدار کامل شده و سیگنال اعلام حریق ارسال می گردد.

نتیجه: دتکتور فعال می شود و آلارم به پنل ارسال می گردد.

مزایا دتکتور حرارتی افزایشی:

مزیت مهم دتکتور افزایشی واکنش سریع تر نسبت به مدل دما ثابت در آتش های تند و ناگهانی است.

محدودیت دتکتور حرارتی افزایشی:

اما محدودیت مهم آن این است که اگر آتش به صورت آهسته شکل بگیرد و دما تدریجی بالا برود، ممکن است به اندازه کافی تحریک نشود و کارایی آن کاهش پیدا کند. این دقیقاً همان جایی است که شناخت سناریوی حریق و شرایط کاربری ساختمان اهمیت پیدا می کند.

دتکتور حرارتی ذاتاً ایمن چیست و چه تفاوتی با دتکتور حرارتی ضدانفجار دارد؟

در برخی محیط ها مثل پالایشگاه ها، پتروشیمی ها، سکوهای نفت و گاز، مخازن سوخت یا فضاهایی که احتمال وجود گازها و بخارات قابل اشتعال هست، بحث فقط «اعلام حریق» نیست؛ باید مطمئن بود خودِ تجهیز باعث جرقه یا انفجار نمی شود.

در اینجا دو رویکرد رایج وجود دارد: «ذاتاً ایمن» (Intrinsically Safe) و «ضدانفجار» (Explosion Proof / Flameproof).

در روش ذاتاً ایمن، مدار به گونه ای طراحی می شود که انرژی الکتریکی آن آن قدر محدود باشد که حتی در بدترین حالت خرابی هم نتواند جرقه یا حرارت کافی برای اشتعال ایجاد کند.  به بیان ساده، خودِ تجهیز ذاتاً خطرناک نمی شود، نه این که فقط به کمک محافظ ایمن شده باشد. در محیط هایی که گازهای قابل انفجار، بخار بنزین، الکل، حلال ها یا گردوغبار انفجاری وجود دارد، تجهیزات معمولی ممکن است جرقه بزنند یا باعث انفجار شوند. اما تجهیز ذاتاً ایمن، حتی در صورت قطع سیم، اتصال کوتاه یا خرابی داخلی هم قادر به ایجاد انفجار نیست.

معمولاً برای اتصال این تجهیزات به پنل اعلام حریق، از مانع ذاتاً ایمن (Intrinsic Safety Barrier) استفاده می شود تا ولتاژ و جریان واردشده به مدار میدان در محدوده امن باقی بماند.

اما در روش ضدانفجار، فرض بر این است که امکان جرقه یا انفجار داخل محفظه وجود دارد، ولی بدنه تجهیز آن قدر مقاوم و مهندسی شده است که انفجار داخلی را «مهار» کند و اجازه ندهد شعله یا فشار به محیط اطراف منتقل شود. این تجهیزات معمولاً سنگین تر و بدنه ضخیم تری دارند و بیشتر در تجهیزات قدرت یا شرایط خاص به کار می روند.

این محفظه ها معمولاً از آلومینیوم ریخته گری شده یا فولاد ضدزنگ ساخته می شوند و دارای جرم و استحکام کافی هستند تا در صورت نفوذ گازها یا بخارات قابل اشتعال به داخل محفظه و ایجاد جرقه توسط تجهیزات الکترونیکی یا سیم کشی داخلی، انفجار را به طور ایمن درون خود نگه دارند و از انتقال آن به محیط اطراف جلوگیری کنند.

پس اگر بخواهیم خیلی ساده جمع بندی کنیم: ذاتاً ایمن تلاش می کند اصلاً انفجار رخ ندهد، ضدانفجار اجازه وقوع را می دهد اما آن را در محفظه نگه می دارد.

تفاوت ذاتاً ایمن و ضدانفجار:

کاربردهای رایج دتکتور حرارتی افزایشی ذاتاً ایمن

• پالایشگاه ها
• پتروشیمی ها
• سکوهای نفت و گاز
• مخازن سوخت
• اتاق پمپ های بنزین
• کارخانه های شیمیایی

یعنی، این نوع دتکتور در محیط های خطرناک استفاده می شود که در آن ها به صورت دائم یا بالقوه، گازها یا بخارات قابل انفجار وجود دارند. دتکتورهای حرارتی ذاتاً ایمن باید از نظر فنی با پنل کنترل سیستم اعلام حریق سازگار باشند تا به درستی عمل کنند.

طبقه بندی دتکتورهای حرارتی در استاندارد EN54-5

استاندارد EN54-5 برای دتکتورهای حرارتی یک سیستم طبقه بندی ارائه می کند که معمولاً با ترکیب حروف و پسوندها دیده می شود؛ مثل A1R یا CS. این کدها به شما می گویند دتکتور چه محدوده عملکردی دارد و آیا به نرخ افزایش دما هم واکنش نشان می دهد یا فقط دما ثابت است. به طور کلی، پسوند R یعنی دتکتور قابلیت تشخیص بر اساس Rate of Rise را هم دارد و پسوند S یعنی در دماهای پایین تر از حداقل پاسخ استاتیک فعال نمی شود (که عملاً به رفتار دما ثابت نزدیک است).

نکات مهم نصب و طراحی که باید جدی گرفته شوند

در طراحی و جانمایی دتکتورهای حرارتی، رعایت استانداردهای مرتبط مثل NFPA 72 یا الزامات EN لازم است. همچنین در بسیاری از منابع، پوشش دتکتور حرارتی نقطه ای در شرایط معمول حدود ۵۶ مترمربع در نظر گرفته می شود، اما این عدد همیشه ثابت نیست و به ارتفاع سقف، جریان هوا، نوع کاربری و شرایط محیطی وابسته است.

در نهایت مهم ترین نکته این است: انتخاب دتکتور حرارتی، یک تصمیم صرفاً سلیقه ای یا صرفاً اقتصادی نیست. باید بر اساس سناریوی واقعی حریق، شرایط محیطی، احتمال آلارم کاذب، و هدف حفاظت انجام شود.

دتکتور حرارتی یک گزینه قابل اعتماد برای محیط هایی است که در آن ها دتکتور دود ممکن است دچار خطا شود. اگر هدف شما تشخیص بر اساس رسیدن دما به یک مقدار مشخص است، دتکتور دما ثابت انتخاب منطقی تری است. اگر احتمال آتش های ناگهانی و رشد سریع دما وجود دارد، دتکتور افزایشی (ROR) می تواند واکنش سریع تری ارائه دهد. در محیط های خطرناک هم باید تفاوت «ذاتاً ایمن» و «ضدانفجار» را جدی گرفت و متناسب با کلاس بندی منطقه و طراحی سیستم، تجهیزات درست را انتخاب کرد.