AT401585B - Verfahren zur auslösung eines brandalarms - Google Patents

Description

AT 401 585 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auslösung eines Brandalarms gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beim herkömmlichen Brandalarmsystem erfolgt die Unterscheidung eines Brands für die Alarmauslösung grundsätzlich aufgrund eines Vergleichs von sekundären Parametern, die einen Brand begleiten, z.B. der Temperatur, der Rauchkonzentration oder der CO-Gas-Konzentration, die mit Fühlern abgetastet werden, oder der Geschwindigkeit von deren zeitlicher Änderung mit voreingestellten individuellen Schwellwerten. Beim einfachsten System wird der Ausbruch eines Brands unterschieden und ein Alarm abgegeben, wenn die von den Fühlern abgetasteten Werte vorgegebene Schwellwerte überschreiten. Weiters ist ein System bekannt, bei dem der Ausbruch eines Brands angenommen wird, wenn die Geschwindigkeit einer zeitlichen Änderung, die man durch ein Differenzieren jenes Wertes erhält, den der Fühler abtastet, einen voreingestellten Wert überschreitet, oder wenn künftige Änderungen, die einen Brand vorhersehen, durch Funktionsannäherungen erster oder zweiter Ordnung von vergangenen Änderungen in jenen Werten vorhergesagt werden, die die Fühler abtasten.

Damit beruhte das herkömmliche Brandalarmsystem auf dem Prinzip, daß Wärme, Rauch oder Gas, die sekundär durch den Brand erzeugt werden, von den Fühlern abgetastet werden, wobei angenommen wird, daß der Brand direkt von diesen sekundären Parametern ausgegangen ist.

Der Vorgang einer Brandentstehung ist jedoch verschiedenartig, wobei die Verbrennungsprodukte oder die Umweltbedindungen beim Brandausbreitungsvorgang sehr komplex mitwirken. Die Zustände von sekundär erzeugter Wärme (Temperatur), Rauch oder Gas werden daher auch durch verschiedene Änderungen in den Umweltbedingungen verändert, so daß viele Schwierigkeiten zu erwarten sind, wenn das Auftreten eines Brands genau und schnell aus diesen verschiedenartigen Fühlerdaten oder Parametern unterschieden werden soll.

Durch die GB-A-2 190 777 für jeweils ein Signal eines von drei Sensorarten, wie Temperatur, Rauchkonzentration oder CO-Konzentration aufgrund eines empirischen Modells korrigierte Daten nach einem bestimmten Rechenmodell zu ermitteln.

Weiters wurde durch die DE-A1-28 18 211 vorgeschlagen, die Signale mehrerer Sensoren miteinander zu kombinieren, um Aussagen über den Brand zu erhalten.

Bei beiden Verfahren hängt die Sicherheit einer Branderkennung wesentlich davon ab, daß ein den jeweiligen Bedingungen entsprechendes Modell der Korrektur der von einer Art von Sensoren gelieferten Daten, bzw. der Verknüpfung der Daten verschiedener Sensoren gefunden wird. Dabei ist im ersteren Falle auch noch von Bedeutung ob im Falle eines Brandes die für diesen Fall wesentlichsten Signale korrigiert werden.

Es ergeben sich daher bei den bekannten Verfahren entsprechende Probleme, was dazu führt, daß eine entsprechend niedrige Grenze für die Auslösung einer Meldung festgelegt werden muß, wodurch es zu Fehlalarmen kommen kann.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem diese Nachteile vermieden sind und das sich durch ein hohes Maß an Sicherheit der Erkennung eines Brandes bei gleichzeitig verminderter Gefahr der Auslösung eines Fehlalarms auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist ein quantitative Bestimmung primärer Brandparameter aus der Kombination mehrerer Sensordaten mit Hilfe eines kontinuierlichen Brandmodells möglich.

Dabei ist es auch möglich einen beginnenenden Brand sehr rasch zu erkennen und einen entsprechenden Alarm auszulösen, da eben nicht gewartet werden muß, bis ein absoluter Grenzwert erreicht wird, sondern bereits dann ein Alarm ausgelöst wird, wenn sich für einen Brand charakteristische Parameter mit einer bestimmten Geschwindigkeit ändern.

Erfindungsgemäß können die Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit.die Rauchentwicklungsgeschwindigkeit oder die Gasentwicklungsgeschwindigkeit der Brandquelle selbst aus den sekundären Erscheinungen berechnet werden, die den Brand begleiten. z.B. aus der Temperatur, der Rauchkonzentration oder der CO-Gas-Konzentration, die mit den Fühlern abgetastet werden, indem das mathematische Brandsimulationsmodell, das den Brandzustand im Raum analysiert, eine Rückrechnung duchführt, wobei der Brand aus den Änderungsgeschwindigkeiten der primären Brandquellenparameter unterschieden werden kann. Dadurch kann die Gefahr einer Fehlbeurteilung, bei der eine Fehlalarmquelle für einen Brand gehalten wird, minimiert werden, um die Betriebssicherheit der Brandunterscheidung wesentlich zu verbessern.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich eine weitere Verbesserung der Sicherheit der Erkennung eines Brands. Dabei kann durch die Merkmale des Anspruches 3 eine sehr weitgehende Vermeidung einer Auslösung eines Fehlalarms erreicht werden. 2

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Fig.1 den Aufbau eines Brandalarmsystems gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung als Blockschaltbild;

Fig.2 ein zweischichtiges Bereichsmodell, das bei einem Brandunterscheidungsalgorithmus bei dieser Ausführungsform verwendet wird;

Fig.3 das Flußdiagramm eines Brandabtastalgorithmus bei dieser Ausführungsform;

Fig.4a, 4b und 4c eine Fühlerkennlinie während des Brands eines Holzsessels sowie zeitliche Änderungen in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit Q, der Rauchentwicklungsgeschwindigkeit Cs, und der Gasentwicklungsgeschwindigkeit G, wie sie in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ausgewertet werden;

Fig. 5a, 5b und 5c eine Fühlerkennlinie während eines Kochvorgangs sowie zeitliche Änderungen in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit Q, der Rauchentwicklungsgeschwindigkeit Cs und der Gasentwicklungsgeschwindigkeit G, wie sie in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ausgewertet werden; Fig. 6a und 6b eine Fühlerkennlinie während des Brands eines Holzsessels in mehreren Räumen von unterschiedlicher Größe sowie zeitliche Änderungen der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit Q, wie sie in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ausgelegt wird;

Fig. 7a und 7b zeitliche Änderungen des Korrelationswerts Rd, den man durch die Gewichtung des Korrelationsfaktors R erhält, der von der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit und der Rauchentwicklungsgeschwindigkeit ermittelt wird, die man beim Brand des Holzsessels von Fig. 4a, 4b und 4c erhält, sowie zeitliche Änderungen der Ableitung dRD/dt; und

Fig. 8a und 8b zeitliche Änderungen des Korrelationswerts R0, den man durch die Gewichtung des Korrelationsfaktors R erhält, der von der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit und der Rauchentwicklungsgeschwindigkeit stammt, die man beim Kochvorgang von Fig. 5a, 5b und 5c erhält, sowie zeitliche Änderungen der Ableitung dRo/dt.

In Fig. 1 weist ein Brandalarmsystem gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung eine Vielzahl von Fühlern auf, die an der Decke oder ähnlichem eines Raums vorgesehen sind, der überwacht werden soll, d.h. einen Temperaturfühler 10, ein Rauchkonzentrationsfühler 12 und CO-Gas-Konzentrationsfühler 14, um die Temperatur Q, die Rauchkonzentration Cs sowie die CO-Gas-Konzentration G analog abzutasten und Abtastsignale abzugehen, die den abgetasteten Werten proportional sind. Weiters weist das Brandalarmsystem eine Abtaststufe 16 auf, um die Abtastsignale von den Fühlern 10, 12 und 14 zu empfangen. Die Abtastsignale werden in der Abtaststufe 16 mit festen Zeitintervallen abgetastet und von einem A/D-Umsetzer innerhalb der Stufe in digitale Ausgangssignale umsetzt.

Bei dieser Ausführungsform ist jeder Fühler 10, 12 und 14 in jedem Brandüberwachungsbereich vorgesehen. Wenn es jedoch notwendig ist, können auch zwei oder mehr gleichartige Fühler in jedem Brandüberwachungsbereich vorgesehen sein. Obwohl bei dieser Ausführungsform eine direkte Verdrahtung vorgesehen ist, die das abgetastete Analogsignal direkt über eine Signalleitung überträgt, kann, was das Signalübertragungssystem zwischen den Fühlern und der Abtaststufe 16 betrifft, jedes geeignete Signalübertragungssystem verwendet werden. Beispielsweise kann ein Wählsystem, das aus einem Anwählen der Fühlerseite von der Abtastseite 16 und einer Rückübertragung des Abtastsignals besteht, ebenfalls anstelle des direkt verdrahteten Systems verwendet werden.

Weiters weist dieses System hinter der Abtaststufe 16 eine Brandquellenparameter-Berechnungsstufe 18 sowie eine Anfangswert-Einstellstufe 20 auf, um der Brandquellenparameter-Berechnungsstufe 18 verschiedene Anfangswerte für die Ausführung des mathematischen Brandsimulationsmodells anzubieten. Ein logisches Rechenprogramm eines mathematischen Brandberechnungsmodells liegt vor der Brandquellenparamater-Berechnungsstufe 18. Durch eine Voroder Rückrechnung des mathematischen Modells werden die Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit, die Rauchentwicklungsgeschwindigkeit und die Gasentwicklungsgeschwindigkeit aus den abgetasteten Daten berechnet, die von den Fühlern stammen, d.h. aus der Temperatur e, der Rauchkonzentration Cs und der CO-Gas-Konzentration G.

Verschiedene Anfangswerte, um das mathematische Brandsimulationsmodell auszuführen, werden von der Anfangswert-Einstellstufe 20 der Berechnungsstufe 18 angeboten, die gemäß den Bedingungen auf die Anfangswerteinstellung des Brandüberwachungsbereichs anspricht, in dem die oben erwähnten Fühler vorgesehen sind, um die primären Brandquellenparameter aus den Fühlerabtastdaten zu berechnen.

Weiters weist das Brandalarmsystem eine Brandbeurteilungsstufe 22 auf, um die von der Berechnungsstufe 18 berechneten Quellenparameter zu empfangen, d.h. die Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit, die Rauchentwicklungsgeschwindigkeit und die Gasentwicklungsgeschwindigkeit, wobei eine Alarmanzeigestufe 24 auf Alarmsignale der Brandbeurteilungsstufe 22 anspricht, um einen Alarm, beispielsweise als akustischen und oder optischen Alarm, auszulösen.

Die Brandbeurteilungsstufe 22 unterscheidet das Auftreten eines Brands aufgrund der Änderungsgeschwindigkeit der Brandquellenparameter, die einen vorgegebenen Anfangspegel überschreitet, oder durch 3

AT 401 585 B die Ausführung von brandvorhersagenden Rechenvorgängen, wenn der Anfangspegel überschritten wird, in Überereinstimmung mit einer Funktion erster oder zweiter Ordnung, wobei die bisher gewonnenen Brandquellenparameter verwendet werden. Wenn man die Ergebnisse von Brandbeurteilungen, die auf den Brandquellenparametern beruhen, in der Brandbeurteilungsstufe 22 erhält, wird einen Brandunterscheidungsausgang, d.h. ein Alarmsignal, an die Alarmanzeigestufe 24 abgegeben, von der ein Alarm ausgelöst wird.

Das Prinzip des Rechenvorgangs der Brandquellenparameter, der in der Brandcuellenparameter-Berechnungsstufe 18 von Fig. 1 ausgeführt wird, wird später ausführlich erläutert.

Verschiedene mathematische Modelle, die auf physikalischen Gesetzen beruhen, wurden bisher vorgeschlagen, um die Eigenschaften des Brands zu analysieren, der in einem Raum aufgetreten ist. Diese Modelle können in ein Körpermodell und ein Bereichsmodell eingeteilt werden.

Mit diesen mathematischen Modellen kann der Strömungszustand der Rauchkonzentration oder der Temperatur in Raum durch die Lösung einer Differentialgleichung bestimmt werden, die auf dem Volumen der Wärme oder des Rauchs beruht, das von der Brandquelle erzeugt wird. Beim Körpermodell wird als Bezugswert ein abgeschlossener Raum verwendet, bei dem alle Einlässe und Auslässe, Türen und Fenster geschlossen sind, wobei der Innenraum in hunderte von kleinen Subräumen unterteilt wird, von denen jeder aus einem Würfen besteht, bei dem jede Seite 10cm lang ist. Eine Massenerhaltungsgleichung, eine Momentenerhaltungsgieichung, eine Energieerhaltungsgleichung, eine Zustandsgleichung und eine Randbedingung werden bei jedem Subraum angewandt, um die Temperatur oder die Rauchkonzentrationsströmung in diesem Raum zu finden. Charakteristisch für das Körpermodell ist, daß die Erscheinungen während des Brands, z.B. die Temperatur oder die Rauchkonzentration, genau erfaßt werden können, da die Konzentration in jedem kleineren Subraum ausführlich berechnet wird.

Da im Körpermodell eine Berechnung für jeden von hunderten Subräumen ausgeführt wird, wird die Rechenzeit erhöht, so daß sie bei einer Echtzeitverarbeitung ein Problem darstellt und den Nachteil besitzt, daß die Werte der Parameter für den Rechenvorgang nur schwierig geändert werden können.

Bei einem Bereichsmodell wird ein abgeschlossener Raum grundsätzlich als Bezugsgröße genommen und senkrecht in zwei oder mehrere Schichten unterteilt. Für das Bereichsmodell ist charakteristisch, daß die mittlere Temperatur oder die mittleren Rauchkonzentrationen in der der oberen Schicht im Raum gefunden werden. Da es sich um ein einfaches Modell handelt, kann die Rechenzeit herabgesetzt und eine Echtzeitverarbeitung mit einem Einzelrechner (personal Computer) vorgenommen werden.

Das Bereichsmodell besitzt weiters die Vorteile, daß Parameter, z.B. die Raumabmessungen (Deckenfläche und Höhe), die Umgebungstemperatur, die Geschwindigkeit des Wärmeverlustes oder der Wärmefreisetzung pro Zeiteinheit, frei eingestellt, verändert oder leicht umgeformt werden können, wobei die Höhe der Grenzschicht oder Zwischenschicht zwischen der oberen und unteren Schicht gefunden werden kann, und daß der Zustand der gefährdeten Schicht im Raum grob erfaßt werden kann. Es kann jedoch nicht gesagt werden, daß das Bereichsmodell hinsichtlich der Genauigkeit dem Körpermodell überlegen ist, da der endliche differenzierte Rechenvorgang und die Anzahl von Thermen, die beim Rechenvorgang verwendet werden, aufgehoben werden, um die Rechenzeit zu verbessern.

Bei der Brandquellenparameter-Berechnungsstufe 18 dieser Ausführungsform kann das Körpermodell verwendet werden, wenn ein ausführlicher und genauer Rechenvorgang notwendig ist, während das Bereichsmodell immer dann verwendet werden kann, wenn eine Echtzeitverarbeitung notwendig ist.

Die folgende Beschreibung erfolgt im Zusammenhang mit einem Fall, bei dem ein Bereichsmodell verwendet wird, bei dem eine Echtzeitverarbeitung vorgenommen werden kann, um den Brandausbruch zu erkennen, obwohl die Genauigkeit etwas abgesenkt wird, da die Daten, die bei der Abtastung eines Brandausbruchs bereitstehen, der Ausgang des Fühlers sind, der im Raum vorgesehen ist.

Es wurden verschiedene Verfahren verwendet, um das Bereichsmodell praktisch verwenden zu können. Es fehlt jedoch ein Beispiel einer praktischen Anwendung als unabhängige Theorie. Mit dieser Ausführungsform wird ein zweischichtiges Modell ASET-B(2) (zur Verfügung stehende Sicherheitsausgangszeit, Available Safe Egress Time) angewandt, bei dem es sich um eines der Programme des mathematischen Modells handelt, das von L.Y. Cooper(,) analysiert und von W.D. Walton aufgrund der Theorie ausgearbeitet wurde.

Hinweise: (1) Cooper, L.Y., Ein mathematisches Modell zur Bestimmung der zur Verfügung stehenden Sicherheitsausgangszeit bei Bränden, Fire and Materials, Band 6, Nr. 3 und 4. Seite 135-144; 1982, September. Dezember. (2) Walton, W.D., ASET-B. Ein Raumbrandprogramm für Einzelrechner, National Bureau of Standards (US), NBSIR 85-3114; April 1985, Seite 1-35.

Bei dieser Ausführungsform wird eine Rückrechnung des mathematischen Modells aufgrund der Abtastdaten von mehreren Fühlerarten durchgeführt, um Änderungen in der Wärme-, Rauch- oder Gasmen- 4

AT 401 585 B ge bei der Brandquelle aufzufinden und den Brandausbruch aufgrund der Ergebnisse des Rechenvorgangs zu unterscheiden.

Ein Bereichsmodel als Brandsimulations-Berechnungsmodell, wie es von der Brandquellenparameter-Berechnungsstufe 18 berechnet wird, ist in Fig. 2 vereinfacht dargestellt.

Das Bereichsmodell von Fig. 2 besteht aus einem zweischichtigen Bereichsmodell. Da es sich um ein einfaches Modell handelt, um die mittlere Temperatur eh oder die mittlere Rauchkonzentration Csh der oberen Schicht 28 zu finden, werden die Bedingungen wie folgt eingestellt.

Es wird angenommen, daß alle Öffnungen mit Ausnahme eines geringen Abströmens über die Fußbodenfläche, d.h. die Einlässe und Auslässe, Türen oder Fenster geschlossen sind, der atmosphärische Druck im Raum konstant ist und ein Ansteigen des atmosphärischen Drucks im Raum durch das Abströmen über die Fußbodenfläche außer acht gelassen werden kann.

Weiters soll angenommen werden, daß der Brand aufgrund eines Brandherds auf der Fußbodenfläche auftritt. Die Wärme oder heißer Rauch, die aufgrund dieser Brandquelle entstehen, steigen durch den Auftrieb auf und erreichen die Decke. Eine zu diesem Zeitpunkt erzeugte Rauchfahne 26 steigt auf und nimmt die kalte Luft der Umgebung mit, wobei der Warmluftstrom, der die Decke erreicht, verteilt wird und die Seitenwandfläche erreicht, um eine warme Schicht auszubilden, d.h. eine obere Schicht 28. Damit wird zwischen der oberen Schicht und einer unteren Luftschicht 30 eine Zwischenschicht 32 erzeugt, die allmählich zur Fußbodenfläche absinkt, wenn der Brand mit der Zeit fortschreitet.

Weiters wird angenommen, daß bei einem derartigen zweischichtigen Bereichsmodell die Temperatur und die Rauchkonzentration in der wärmeren oberen Schicht 28 und der unteren Schicht 30 gleichförmig ausgebildet sind, die auf der Umgebungstemperatur liegt, und daß ein Wärmeaustausch in der Zwischenschicht über die Rauchfahne 26 erfolgt.

Die Simulation erkennt aus der früher ergriffenen Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit des Verbrennungsmaterials die Temperatur 9h der oberen Schicht 28 und den Abstand Z vom Brandherd zur Zwischenfläche 32.

Damit können der Abstand Z vom Brandherd zur Zwischenschicht 32 der oberen Schicht 28, die mittlere Temperatur 0h der oberen Schicht 28 und die Rauchkonzentration Csh gefunden werden, indem die unten erwähnten Differentialgleichungen gelöst werden. Die Anfangsbedingungen, die mit der Anfangswert-Einstellstufe 20 eingestellt werden, sind gleichzeitig mit den Differentialgleichungen dargestellt. Was die CO-Gas-Konzentration Gh betrifft, werden die Gleichungen angewandt, die ähnlich wie für die Rauchkonzentration Csh sind.

Gleichung (1): (it 0<Z<Zo) (mit -F<Z<0) (mit Z=-F) (mit 0<Z<Zo) (mit -F<Z<0) (mit CKZiZo) (mit -F<.Z<.0) '-C1.AQ -C2.AQ1/3.Z5/3 dz/dt = -C1.AQ . 0

Gleichung (2): *ehfci4Q -(©h/eo-l).C2^Qi/3.Zs/3]/(Zo-Z) dBh/dt = < 6h.Cl .AQ/(Zo+Z)

Gleichung (3): dCsh/dt 1sh/©o(ACa-Csh.C2.4Q1/3·Ζ5/3)/(Ζο-Ζ) eh/eo.ACsh/(Zo-Z)

Anfangsbedingungen (t = 0): Z = Zo = H-F; 5

AT 401 585 B öh = öo(1 + Zo~53.AQo23.C1/C2); Csh = ACs ACso.Zo~5/3.AQo~,/3/C2 (wobei ACs/ACso = 1) s deh/dt = 0o(C1 .AQo2'3C2) [2AQf/AQo + 5(C1 .AQo + C2.AQo’i3.Zo53)]/(6.Zo8'3); dCsh/dt = (C1 .AQo2/3C2)[5 + {Zo/(C1 ,AQo)}(3.ACsf/ACsoAQf/AQo + 5.C2. AQo1,3.Zo2 3)] (6.Zo8/3); 10 15 20 25 30 35 40 45 50 wobei gilt: C1 = (1-LC)/(p.CP.0o.S); C2 = (O.21/S)[(1-LR)g/(p.CP.0o)],/3 AQf = dAQo/dt; Csf = dACso/dt, (t = 0) AQ : Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit: ACs : Rauchentwicklungsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit: AQo : Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit zur Anfangszeit; ACso : Rauchentwicklungsgeschwindigkeit zur Anfangszeit; S : Fußbodenfläche des abgeschlossenen Raums; H : Deckenhöhe; F : Höhe des Brandherds; CP : spezifische Wärme der Luft; LR : Anteil des Strahlungswärmeverlustes; LC : Anteil des Konvektionswärmeverlustes; 0o : Umgebungstemperatur; g : Gravitationsbeschleunigung; p : Luftdichte. Bei einem derartigen zweischichtigen Bereichsmodell werden Änderungen in der Temperatur oder der Rauchkonzentration als Änderungen in der Geschwindigkeit der Wärmefreisetzung pro Zeiteinheit oder als Änderungen in der Geschwindigkeit der Rauchentwicklung pro Zeiteinheit ergriffen, wobei die Änderungen in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit als Änderungen pro Flächeneinheit für den Abstand der Zwischenfläche 32 ergriffen werden. Wenn weiters eine erweiterte Eulersche Gleichung verwendet wird, um die Differentialgleichungen zu lösen, kann der Rechenvorgang mit einer höheren Geschwindigkeit ausgeführt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die am Temperaturfühler 10 abgetastete Temperatur Θ und die am Fühler 12 abgetastete Rauchkonzentration als mittlere Temperatur 0h bzw. als mittlere Rauchkonzentration Csh der oberen Schicht 28 im zweischichtigen Modell betrachtet, um die Änderungen in der Geschwindigkeit der Wärmefreisetzung und der Rauchentwicklung pro Zeiteinheit zu berechnen. Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm des Brandabtastalgorithmus aufgrund der Gewichtung der Brandquellenparameter bei der Ausführungsform von Fig. 1. Nunmehr wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Vor der Inbetriebsetzung des Systems werden in einem Schritt S1 mit der Anfangswert-Einstellstufe 20 in der Brandquellenparameter-Berechnungsstufe 18 Anfangswerte eingestellt. Während der Anfangswerteinstellung werden alle Anfangsnäherungswerte mit Ausnahme von C1, C2, AQL. ACsL, der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit AQ und der Rauchentwicklungsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit ACs, die durch die Anfangsbedingungen der Differentialgleichungen (1), (2) und (3) für das zweischichtige Bereichsmodell vorgesehen sind, mit einem internen Rechenvorgang eingegeben oder eingestellt. Nach dem Einstellen der Anfangswerte im Schritt S1 befindet sich das System im Betriebszustand, wobei das Programm zu einem Schritt S2 weitergeht, in dem von der Abtaststufe 16 die vom Temperaturfühler 10 abgetasteten Daten der Temperatur 0, die vom Rauchkonzentrationsfühler 12 abgetasteten Daten der Rauchkonzentration Cs und die vom C02-Gas-Konzentrationsfühler 14 abgetasteten Daten der Gaskonzentration G mit festen Zeitintervallen abgetastet werden. Daraufhin wird in Schritten S3 bis S6 eine Änderung in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit AQ ermittelt. Damit wird im Schritt S3 der Anfangswert von AQ eingestellt Im Schritt S4 werden die mittlere Temperatur 0h in der oberen Schicht und der Abstand zur Rauchschicht Zh zu diesem Zeitpunkt mit dem Rechenvorgang des oben erwähnten ASET-B berechnet. Im Schritt S5 wird dann der Absolutwert der Differenz zwischen der mittleren Temperatur eh, die mit ASET-B berechnet wurde, und der 6 55

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Temperatur e, die mit dem Temperaturfühler 10 abgetastet wird, mit einem vorgegebenen Wert < verglichen, wobei die Schritte S3 bis S5 wiederholt werden, bis die Differenz gleich oder kleiner als der Wert e ist, z.B. 0,001, um den Anfangseinstellwert von AQ allmählich zu erhöhen. Im Schritt S6 wird der Wert von ΔΟ, wenn die Bedingung des Schritts S5 erfüllt ist, als Wert für die Wärmefreisetzungsgeschwin-5 digkeit zu diesem Zeitpunkt eingestellt.

Daraufhin geht das Programm zu einem Schritt S7 weiter, in dem die Rauchentwicklungsgeschwindigkeit ACs und die Gasentwicklungsgeschwindigkeit AG eingestellt werden.

In einem Schritt S8 wird die zu diesem Zeitpunkt bereits gefundene Temperatur eh dazu verwendet, um den Rechenvorgang von ASET-B durchzuführen, um die Rauchkonzentration Csh und die Gaskonzentration io Gh zu finden. In einem Schritt S9 wird geprüft, ob der Absolutwert der Differenz zwischen Cs und Csh sowie der Absolutwert der Differenz zwischen G und Gh nicht größer als ein vorgegebener Wert < sind, z.B. 0,001. Wenn diese Bedingung nicht angetroffen wird, werden die Schritte S7 bis S9 wiederholt, um AG und ACs allmählich zu erhöhen. Die Werte von ACs und AG werden zu diesem Zeitpunkt, wenn die Bedingung von S9 erfüllt ist, als Rauchentwicklungsgeschwindigkeit und Gasentwicklungsgeschwindigkeit zu diesem r5 Zeitpunkt eingestellt (Schritt S10).

Daraufhin geht das Programm zu einem Schritt S11 weiter, in dem analysiert wird, ob die Änderung in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit ΔΟ, die im Schritt S6 eingestellt wurde, und die Änderungen in der Rauchentwicklungsgeschwindigkeit ACs und in der Gasentwicklungsgeschwindigkeit AG, die im Schritt S10 eingestellt wurden, die vorher eingestellten Brandunterscheidungskriterien (Alarmauslösepegel) überschrei-20 ten. Wenn eine Analyse der Ergebnisse des Rechenvorgangs im Schritt S11 zeigt, daß diese Ergebnisse den Alarmauslösepegel überschreiten, geht das Programm zu einem Schritt S12, in dem ein vorhersagender Rechenvorgang ausgeführt wird, der die bisher erhaltenen Änderungen in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit ΔΟ, in der Rauchentwicklungsgeschwindigkeit ACs und in der Gasentwicklungsgeschwindigkeit AG verwendet. Die Newtonsche Regressionsinterpolationsformel kann beispielsweise für einen derarti-25 gen vorhersagenden Rechenvorgang verwendet werden. Neben der oben erwähnte Vorhersage können die Änderungen in der Differenz erster Ordnung und/oder der Differenz zweiter Ordnung bis zum Zeitpunkt einer vorgegebenen Anzahl von Abtastungen vor dem momentanen Zeitpunkt, wenn das Ergebnis des Rechenvorgangs den Anfangspegel überschreitet, oder ein Korrelationswert und/oder ein gewichteter Korrelationswert zwischen entsprechenden Ergebnissen der Rechenvorgänge mit Hilfe eines Rechenvor-30 gangs für eine Brandunterscheidung in einem Schritt S12 gefunden werden.

In einem Schritt S13 wird das Auftreten eines Brands in Übereinstimmung mit dem Ergebnis beurteilt, das man im Schritt S12 erhält.

Fig. 4a, 4b und 4c zeigen Diagramme, in denen zeitliche Änderungen in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit ΔΟ, in der Rauchentwicklungsgeschwindigkeit ACs und in der Gasentwicklungsgeschwindig-35 keitn AG, die man von der Brandquellenparameter-Brechnungsstufe 18 dieser Ausführungsform erhält, mit der Fühlerabtasttemperatur Θ, dem Abstand L der Zwischenfläche der oberen Schicht, der abgetasteten Rauchkonzentration Cs und der abgetasteten Gaskonzentration G dargestellt sind, wie sie von der Brapdquellenparameter-Berechnungsstufe 18 dieser Ausführungsform anläßlich eines Brandversuchs gemessen wurden, bei dem ein Sessel (Materialien; Stoff, Urethanschaum und Holz) in der Mitte des 40 Fußbodens eines Raums verbrannt wurde, der eine Fußbodenfläche von 6,7 x 4,3 = 28,81 m2 und eine Deckenhöhe von 2,5m besaß.

Fig. 5a, 5b und 5c zeigen ähnliche Diagramme für einen Versuch mit einer Fehlalarmquelle, bei dem anhand eines Beispiels eines Kochvorgangs in einer Küche neun Teller mit Fisch im gleichen Raum wie bei Fig. 4 gegrillt wurden. 45 Aus einem Vergleich der Ergebnisse von Fig. 4 für einen Brand und der Ergebnisse von Fig. 5 für eine Fehlalarmquelle folgt, daß die zeitlichen Änderungen in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit ΔΟ von Fig. 4a bei einem Brand eine scharfe Spitze an jenem Zeitpunkt zeigen, wenn die Temperatur θ plötzlich durch das Fortschreiten des Brands ansteigt. Im Gegensatz dazu kann bei der Änderung in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit ΔΟ bei der Fehlalarmquelle von Fig. 5a keine derartige Spitze beobachtet werden, so Damit kann das Auftreten eines Brands aus der Korrelation unterschieden werden, wenn sowohl die Temperatur θ als auch die Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit AQ linear ansteigen. Im Falle eines Brands steigen die Änderung in der Rauchentwicklungsgeschwindigkeit ACs in Fig. 4b und die Änderung in der Gasentwicklungsgeschwindigkeit AG von Fig. 4c korrelativ zu Spitzenwerten im Hinblick auf die Änderung in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit ΔΟ von Fig. 4a, so daß eine genauere Brandunterscheidung 55 durch eine Überprüfung der Korrelation zwischen zumindest zwei der drei Parameter erfolgen kann, d.h. der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit ΔΟ, der Rauchentwicklungsgeschwindigkeit ACs und der Gasentwicklungsgeschwindigkeit aG.

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Im Gegensatz dazu besteht bei einer Fehlalarmquelle, wie sie Fig. 5 zeigt, keine Korrelation zwischen den Änderungen in der Rauchentwicklungsgeschwindigkeit ACs und in der Gasentwicklungsgeschwindigkeit AG einerseits und der Änderung in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit ΔΟ', woraus die Fehlalarmquelle genau erkannt werden kann. Weiters ist es möglich, den Brand und die Fehlalarmquelle aufgrund der 5 Tatsache zu unterscheiden, daß die Rauchentwicklungsgeschwindigkeit ACs und die Gasentwicklungsgeschwindigkeit AG für den Fehlalarm dem Änderungsbild für den Brand von Fig. 4 ähnlich sind, wobei jedoch bei einem Fehlalarm die Größe der Änderung schwächer als im Brandfall ist.

Fig. 6a und 6b zeigen die Ergebnisse von ähnlichen Versuchen, bei denen zeitliche Änderungen in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit AQ über der Temperatur θ für verschiedene Raumgrößen aufgetragen io sind. Die Ergebnisse zeigen eine zufriedenstellende Übereinstimmung in den berechneten Änderungen in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit AQ ungeachtet von Änderungen in der Raumgröße. Es ist damit ersichtlich, daß die gleiche Änderung in der Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit AQ mit dieser Ausführungsform für den gleichen Brand erhalten werden kann, ohne daß die Raumgröße berücksichtigt wird. Dies gilt auch für die Geschwindigkeit der Rauchentwicklung ACs und die Geschwindigkeit der Gasentwicklung AG. 75 Eine bestimmte Ausführungsform einer Brandbeurteilungsstufe 22 von Fig. 1 wird unten erläutert.

Bei dieser Ausführungsform wird das Auftreten eines Brands durch den korrelativen Rechenvorgang in der Brandbeurteilungsstufe 22 unterschieden, wobei zwei Parameter verwendet werden, die man in der Brandquellenparameter-Berechnungsstufe 18 erhält, d.h. die Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit AQ, die Rauchentwicklungsgeschwindigkeit ACs und die Gasentwicklungsgeschwindigkeit AG. 20 Der Korrelationsfaktor R wird zuerst durch die folgende Gleichung (4) festgelegt: R = Sxy/V Sx.Sy (4) wobei Sxy, Sx und Sy durch folgende Formeln ausgedrückt werden: 25 sx jJ’cxi - x>>

Sy -Y)2 (5)

Sxy i-Sixi*Yi _ n-x·* wobei mit X, Y eine beliebige Kombination von zwei Ausdrücken von AQ, ACs und AG; mit X.Y zeitlich 40 gemittelte Werte; und mit n die Anzahl der verwendeten Daten ( = m2 - m1 + 1) bezeichnet sind.

Der mit der Gleichung (4) berechnete Korrelationsfaktor R wird für eine Gewichtung mit dem Absolutwert |D| eines zusammengesetzten Vektors D multipliziert, der von zwei werten bestimmt wird, die bei der Korrelationsberechnung verwendet werden, um eine gewichteten Korrelationswert RD zu erhalten. Der Absolutwert |D| des zusammengesetzten Vektors, der für die Gewichtung verwendet wird, kann durch 45 folgende Gleichung bestimmt werden: |D| = |Ui + Vj| (6) wobei mit U und V jeder von zwei Brandquellenparametern AQ, ACs und AG bezeichnet ist, die so getrennt mit optimierten Maßstabfaktoren umgesetzt wurden, und wobei i und j die Einbeitsvektoren der entsprechenden Dimensionen sind.

Da sich der Korrelationsfaktor R und der zusammengesetzte Vektor D zeitlich ändern, wird der gewichtete Korrelationswert RD als Zeitfunktion durch folgende Formel ausgedrückt: 55 Ro(t) = R(t) + |D| (7)

Damit wird der wert des Korrelationsfaktors R, der zu einem bestimmten Zeitpunkt berechnet wird, in Abhängigkeit vom Absolutwert |D| des zusammengesetzten Vektors der beiden abgetasteten Werte U und V 8

Claims (3)

1. AT 401 585 B gewichtet, wobei der Korrelationswert RD gefunden wird, bei dem es sich um den Korrelationsfaktor R handelt, der für die größeren Werte von U und V stärker gewichtet ist. Fig. 7a zeigt zeitliche Änderungen im gewichteten Korrelationswert R0, die aus den Gleichungen (4) bis (7) stammen, wobei die Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit ΔΟ und die Rauchentwicklungsgeschwindigkeit ACs während des Brands von Fig. 4a und Fig. 4b verwendet werden. In Fig. 7a zeigt der Korrelationswert Rd eine plötzliche Änderung in der Spitze. Damit kann ein Brand erkannt werden, wenn der Korrelationswert Rd einen vorgegebenen Schwellwert RL überschreitet. Fig. 7b zeigt differenzierte Daten des Korrelationswerts Rq von Fig. 7a. Ausgeprägte Änderungen, die ausreichen, um einen Brand zu erkennen, sind in diesen differenzierten Daten gleichfalls dargestellt. Fig. 8a zeigt den Korrelationswert Rd, der in Übereinstimmung mit den Formeln (4) bis (7) im Hinblick auf die Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit AQ und die Rauchentwicklungsgeschwindigkeit ACs gefunden wurde, wenn wie in Fig. 5a und 5b kein Brand aufgetreten ist. In diesem Fall bleibt der Korrelationswert RD auf einem niedrigeren Pegel als der Schwellwert RL, so daß die Fehlalarmquelle erkannt werden kann. Fig. 8b zeigt zeitliche Änderungen in den differenzierten Werten des Korrelationswerts RD von Fig. 8a. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit ΔΟ, die Rauchentwicklungsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit ACs und die CO-Gas-Entwicklungs-geschwindigkeit AG als primäre Brandquellenparameter berechnet. Da jedoch von der Brandflamme Ionen erzeugt werden, können lonenfühler im Brandüberwachungsbereich vorgesehen sein, wobei die Änderung in der Geschwindigkeit pro Zeiteinheit der ionenproduktion von der Brandquelle auf ähnliche Weise aus den abgetasteten Daten des lonenfühlers als primäre Brandquellenparameter berechnet werden kann, um sie als zusätzliche Daten für die Brandunterscheidung zu verwenden. Patentansprüche 1. Verfahren zur Auslösung eines Brandalarms aufgrund der Auswertung von zwei oder mehreren in einem Überwachungsbereich von Sensoren erfaßten Brandparametern wie Temperaturänderung, Rauchkonzentration oder CO-Gas*Konzentration, dadurch gekennzeichnet, daß durch Kombination der unterschiedlichen Sensorsignale zumindest eine sich kontinuierlich ändernde Brandkenngröße bestimmt wird, und daß die Alarmauslösung erfolgt, wenn die Änderungsgeschwindigkeit dieser Brandkenngröße(n) einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Sensorsignale nach einem Simulationsmodell erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelation von zumindest zwei Brandkenngrößen ausgewertet wird, um eine zuverlässige Alarmauslösung zu gewährleisten. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 9