-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Havariemanagement mittels faseroptischer
Sensoren gemäß Oberbegriff
des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens (
DE 195
09 129 A1 ).
-
Aus
der
DE 36 28 083 C2 ist
eine Überwachungsanordnung
mit einem Lichtwellenleiter als Drucksensor bekannt, wobei der Lichtwellenleiter
im Boden einer zu überwachenden
Zone angeordnet ist.
-
Der
dort gezeigte Lichtwellenleiter weist Fasern auf, welche auf eine örtliche
radiale Kompression durch Veränderung
ihres Übertragungsverhaltens reagieren.
Das Übertragungsverhalten
der bekannten Lichtleitfaser wird durch ein Dämpfungsmeßgerät bestimmt, wobei die Dämpfung selbst
von Mikrokrümmungen
der Faser bei Druckeinwirkung herrührt.
-
Der
bekannte Lichtwellenleiter-Sensor ist in balkenförmigen Bauteilen eingebracht,
die zur Bildung von Bodenplatten parallel nebeneinander und/oder
hintereinander angeordnet sind, wobei jeder Balken eine Deckschicht
aus einem flexiblen Material aufweist. Mittels der bekannten Überwachungsanordnung
auf der Basis der Erfassung von Druckkräften auf oder im Boden kann
festgestellt werden, ob z. B. Lagergut auf einer Fläche befindlich
ist oder von dort entfernt wurde. Gegebenenfalls kann das Betreten
von Räumen überprüft werden.
-
Aus
der
DE 195 09 159
A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle
und Überwachung des
Zustandes von Rohren, Pipelines, Behältern oder dergleichen bekannt.
Dort wird die Umgebungstemperaturverteilung über Abschnitte längs und/oder umfangsmäßig und/oder
bodenbereichsnah bei den Rohren oder Behältern bestimmt. Diese Temperaturbestimmung
erfolgt mit einem langgestreckten, verteilten Temperatursensor,
insbesondere einem faseroptischen Sensorkabel, wobei bei festgestellter örtliche
Anomalie in der Temperaturverteilung auf eine Leckage geschlossen
und der Ort, die Ausbreitungsrichtung sowie die Leckagemenge aus
der Temperaturverteilung am jeweiligen Anomaliepunkt oder sich verändernden
Ort der Anomalie bestimmbar ist.
-
Bei
dem Verfahren nach
DE
37 42 331 C2 wird zur Temperaturmessung auf die temperaturabhängige Kopplung
zwischen zwei speziellen Lichtwellenleitern zurückgegriffen. Konkret wird Licht
aus einem ersten Lichtwellenleiter in einen zweiten Lichtwellenleiter
eingekoppelt, wobei der erste Lichtwellenleiter aus einem Glaskern
und einem Mantel aus organischem Material besteht. Durch die spezielle Gestaltung
der Lichtwellenleiter soll auch eine Tieftemperaturmessung möglich werden.
-
Es
ist jedoch mit den bekannten Überwachungsanordnungen
nicht möglich,
die bei einer Havarie auftretenden vielfältigen Erscheinungen, insbesondere
die Änderung
einer Temperaturverteilung in einem Raum eines Gebäudes oder
in mehreren Räumen
zu erfassen, um Anomalien zu erkennen, sowie geeignete Maßnahmen
zu deren Beseitigung einzuleiten.
-
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Havariemanagement in oder an Bauwerken mittels faseroptischer Sensoren
anzugeben, das bzw. die es gestattet, frühzeitig Anti-Havariemaßnahmen
einzuleiten, um das Entstehen von Schäden zu vermeiden bzw. die Auswirkung
bereits vorhandener Beeinträchtigungen
zu begrenzen.
-
Die
Lösung
der Aufgabe der Erfindung erfolgt verfahrensseitig mit einem Gegenstand,
wie er im Patentanspruch 1 beschrieben ist. Vorrichtungsseitig wird
auf die Merkmale des Patentanspruches 4 verwiesen. Die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale
umfassen mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung.
-
Der
Grundgedanke der Erfindung besteht primär darin, durch faseroptische
Sensoren, die sich integral an oder im Bauwerk befinden, eine laufende Messung
und Bestimmung der zeitlichen Änderungen
der vorhandenen linearen, flächigen
oder räumlichen
Temperaturfelder vorzunehmen und die primären Meßdaten, deren Meßorte zunächst nur
als Entfernung auf dem faseroptischen Meßkabel vom Meßgerät gegeben
sind, mit Hilfe speziell entwickelter Computermodelle in ein Modellkoordinantensystem (MKS)
zu überführen, das
die Gebäude
und das Gelände,
auf dem diese stehen, als eine Hierarchie von Raumzonen beschreibt
und den Verlauf der Meßkabel
integriert. Die aktuellen Meßwerte
werden über das
rechnerinterne Modell der Bauwerke mit im Modell enthaltenen Referenzmodellen
oder Bezugswerten über
normale Zustände
unter verschiedenen Bedingungen laufend verglichen, um hieraus Anomalie- oder
Havariewerte zu bestimmen.
-
Im
Falle erkannter Anomalien oder einer Havarie erfolgt das Auslösen von
Maßnahmen
zur Beseitigung der Anomalie- oder Havariesituation, indem beispielsweise
gefährdete
Stromkreise abgeschaltet, Versorgungsleitungen geschlossen, Fluchtwege
geöffnet,
Havarieräume
abgeschlossen u. s. w. werden. Beispielhaft kann bei Erkennung von Überhitzungen mittels
der faseroptischen Temperaturmessungen über eine Computer-Aided-Facility-Management (CAFM)-Lösung oder
ein computerbasiertes Lagerverwaltungssystem automatisch auf gefährdete Bereiche
geschlossen und Maßnahmen
zur Entfernung von brennbaren oder explosiven Materialien eingeleitet
werden.
-
Erfindungsgemäß erfolgt
mittels der erhaltenen Anomalie- oder Havariewerte über ein
CAFM- oder Gebäude-Automatisierungssystem
und eine Modellierung von Verkehrswegen im Gebäude eine Routen-Optimierung
für die
Personen-Evakuierung und eine auf den vorgegebenen, jeweiligen Havariefall
abgestellte Ansteuerung von optischen und/oder akustischen Signalgebern,
wobei die Signalgeber der Lenkung von Menschenströmen, Markierung
von Fluchtwegen, Öffnen
und Schließen
von Sicherheitstüren
oder Fluchtwegen od. dgl. dienen und die optischen und/oder akustischen
Signale den zu evakuierenden Personen übermittelt werden. Gleichzeitig können erfindungsgemäß die laufend
erhaltenen Temperaturfelder zur optimalen Steuerung von Lüftung und
Klima eines entsprechend ausgerüsteten Gebäudes verwendet
werden.
-
Es
liegt im Sinne der Erfindung, die erfaßten linearen, flächigen oder
räumlichen
Temperaturfelder mit weiteren ortsaufgelösten Meßwerten zu kombinieren. Zweckmäßigerweise
kann auf an sich bekannte Lichtwellenleiter-Drucksensoren zurückgegriffen
werden, die im Boden bzw. in Geschoßzwischendecken der Gebäude verlegt
sind. Auf der Basis der Druckmeßwerte
kann festgestellt werden, in welchem Gebäudeteil sich Personen und/oder
Güter aufhalten,
wodurch wiederum bestimmt werden kann, inwieweit bestimmte Gebäudeabschnitte
bevorzugt zu evakuieren bzw. zu räumen sind.
-
Alle
vorstehend genannten Meßwerte
und Daten laufen in ein erfindungsgemäßes CAFM- und/oder Gebäude-Automatisierungssystem
ein. Dieses System dient primär
der optimalen Ausnutzung bzw. Auslastung des Gebäudes sowohl hinsichtlich des
Verwendungszweckes von Räumen oder
Gebäudeabschnitten
als auch des Einsatzes von Energie zur Beheizung, Beleuchtung, Lüftung und
so weiter.
-
Die
vorrichtungsseitig vorgeschlagenen faseroptischen Sensoren in Form
von Lichtwellenleitern zur verteilten Temperaturmessung sind fest
in Bauwerken integriert oder fest in diesen Bauwerken angeordnet.
Zusätzlich
sind die faseroptischen Sensoren so verlegt, daß Veränderungen an elektrischen Leitungen,
die sich in Kabeltrassen befinden, frühzeitig erkannt werden können. Ebenso
wird vorgeschlagen, die faseroptischen Sensoren in der Nähe von Rohrleitungen
anzuordnen, die dem Transport von flüssigen oder gasförmigen Stoffen
dienen.
-
Es
hat sich gezeigt, daß erfindungsgemäß besonders
vorteilhaft bei horizontal verlegten Rohrleitungen zum Transport
flüssiger
oder gasförmiger Medien
der faseroptische Temperatursensor in einem Abstand von bis zu 20
cm unterhalb der jeweiligen Leitung in der sogenannten 6-Uhr-Stellung
als gestreckter Sensor anzuordnen ist.
-
Bei
geneigt oder vertikal verlegten Rohrleitungen kann der faseroptische
Sensor spiralförmig die
Leitung umgebend verlegt werden.
-
Vorzugsweise
ist die Ummantelung des Lichtwellenleiters mit einer nicht entflammbaren, nicht
brennbaren und schwer schmelzbaren Umhüllung versehen. Durch ein geeignetes
Beschichten wird der Lichtwellenleiter bis zu Temperaturen von 500°C einsatzfähig.
-
Die
Temperaturerfassung erfolgt derart, daß an mindestens einem Ende
des langgestreckten faseroptischen Sensors ein Laserimpuls eingespeist wird
und daß die
vom Sensor bzw. Lichtwellenleiter rückgestreute Strahlung untersucht
wird. Aufgrund der gegebenen Wechselwirkungen läßt sich die Temperatur und
der Ort längs
des Lichtwellenleiters spektral und laufzeitabhängig auswerten, wobei die Längenkoordinaten
des Lichtwellenleiters entsprechenden Temperaturwerten zugeordnet
werden können. Hierdurch
ist die gewünschte
Erfassung Von linearen, flächigen
oder räumlichen
Temperaturfeldern möglich.
-
Beim
anzuwendenden Meßverfahren
wird auf die Auswertung des rückgestreuten
Raman-Streulichtes eines Lichtwellenleiters zur Temperaturmessung
zurückgegriffen.
Diese Temperaturmessung beruht auf dem an sich bekannten DTS-Meßverfahren
(Distributed Optical Fibre Temperature-Sensing), bei dem, wie vorerwähnt, das
Licht eines Lasers in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.
Bei der Ausbreitung des Laserlichtes innerhalb des Lichtwellenleiters
erfolgt eine Streuung an den Molekülen desselben, wobei die Intensität des rückgestreuten
Lichtes in Abhängigkeit
von der Laufzeit in vorgebenem Maße abfällt. Aufgrund der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit
des emittierten Lichtes im Lichtwellenleiter kann aus dem ermittelten
zeitlichen Verlauf die Intensität
des Rückstreulichtes
und der vom Licht jeweils zurückgelegte
Weg bestimmt werden.
-
Bedingt
durch die Wechselwirkungen des Laserlichtes mit optischen Phononen,
d. h. Schwingungsquanten einer elastischen Deformationswelle in
einem Festkörper,
entsteht die Raman-Rückstreuung.
Die Intensität
des Raman-Rückstreulichtes
ist direkt von der Temperatur am jeweiligen Ort der Entstehung des
Streulichtes abhängig.
-
In
dem Falle, wenn Laserlicht in den Lichtwellenleiter eingekoppelt
und die Intensität
des Raman-Streulichtes laufzeitabhängig ausgewertet wird, kann
die ortsabhängige
Temperaturverteilung wie gewünscht
ermittelt werden.
-
Mittels
der vorstehend beschriebenen Erfindung ist es möglich, frühzeitig Gefahren in Gebäuden zu
erkennen und/oder die ermittelten Meßwerte zur Steuerung von Klima,
Luft und Kälte
für ein übergeordnetes
Gebäude-Management
zu nutzen. Dies erfolgt durch Einsatz faseroptischer Sensoren, so
daß physikalische
Zustände
in den entsprechenden Gebäuden
oder Bauwerken laufend überwacht
werden können.
Neben der Temperatur können
auch die Deckenlast, die Feuchte oder weitere Meßwerte Grundlage der laufenden
Auswertung bilden. Durch zusätzliche
Druckerfassung in Verbindung mit der Temperaturüberwachung kann der Aufenthaltsort
mindestens größerer Gruppen
von Personen bestimmt werden und es können unter Berücksichtigung
der jeweils momentanen klimatischen Verhältnisse Steuerungsaufgaben
gelöst
werden. Im Gefahrenfall kann mit der vorbeschriebenen Sensorik festgestellt
werden, wo sich beispielsweise noch Personen befinden, die gezielt
geborgen werden müssen.
-
Letztendlich
können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
sowie der zugehörigen
Vorrichtung unter Rückgriff
auf die ermittelten Anomalie- oder Havariewerte ganz gezielt Fluchtwege
freigegeben werden oder Rettungsmannschaften gezielt zum Einsatz kommen,
wobei unter Nutzung eines CAFM- und/oder Gebäude-Automatisierungssystems
eine Routen-Optimierung möglich
ist.
-
Die
vorgeschlagenen faseroptischen, verteilt angeordneten Sensoren liefern
Signale, die in eine vorhandene Gebäudedatenbank eingehen, so daß die entsprechenden
Havariekontroll-, Steuerungs- und Überwachungsaufgaben wahrgenommen
werden können.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bzw. des entsprechenden Verfahrens kann auch zur Erhöhung der
Reaktorsicherheit oder zur Steuerung von akustischen Eigenschaften,
z. B. eines Konzertsaales, je nach Besucheranzahl und Auslastung
der Räumlichkeiten,
erfolgen. Hierbei kann beispielsweise auch berücksichtigt werden, inwieweit
anwesende Personen, die als Wärmequelle dienen,
zu berücksichtigen
sind, so daß eine
Optimierung der Luft- und Klimatechnik denkbar ist. Durch Anpassung
der Referenzmodelle an jeweilige Verwendungs- und Nutzungssituationen
kann die Genauigkeit der Erfassung einer Havarie bzw. eines anomalen
Zustandes erhöht
werden. Darüber
hinaus ist es möglich,
den Verlauf einer sich ausbreitenden Temperaturanomalie zu bestimmen.
Auch im Falle von Störungen
einzelner Sensoren oder Sensorabschnitte kann durch das Setzen eines
neuen Referenzmodells die Aussagefähigkeit des Verfahrens erhalten
bleiben.
-
Die
Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben
werden.
-
Beim
Ausführungsbeispiel
wird davon ausgegangen, daß in
einem großflächigen,
mehrstöckigen
Gebäude,
das über
eine autarke Lüftungs-
und Klimatechnik verfügt,
eine Vielzahl von langgestreckten faseroptischen Sensoren zur verteilten
Temperaturerfassung angeordnet ist.
-
Die
Sensoren selbst befinden sich unter Putz verlegt in vorgegebenen
Abschnitten der Gebäudewände und/oder
des Bodens und der Decke. Zusätzlich
sind Sensoren in Kabeltrassen angeordnet und verlaufen dort parallel
oder spiralförmig
entlang der eigentlichen Medienstränge.
-
Für jeweilige
Nutzung und Auslastungsfälle bzw.
unter Beachtung unterschiedlicher klimatischer Gegebenheiten werden
Temperatur-Referenzmodelle in einer Datenbank abgelegt, die Bestandteil
eines rechnerinternen Modells zur Lüftungs- und Klimasteuerung
sowie zum Havariemanagement des Bauwerkes sind.
-
An
einem zentralen Gebäude-Automatisierungs-
und/oder CAFM-System
können
laufend der Zustand, die Auslastung und der Klima- bzw. Lüftungszustand
des Gebäudes
bzw. der einzelnen Räume
des Gebäudes überwacht
werden.
-
Im
Falle auftretender Temperaturanomalien kann der Entstehungsort der
Anomalie und/oder die Ausbreitung der Anomalie bestimmt werden.
Gleichzeitig ist rechtzeitig das Auslösen eines Alarms möglich. Im
Gegensatz zu herkömmlichen
Branddetektoren sind Fehlalarme nahezu ausgeschlossen. Insbesondere
können
durch die Anordnung der Sensoren in besonders gefährdeten
Kabeltrassen Entstehungsbrände
leicht erkannt werden, was mit bisherigen Mitteln nicht oder lediglich
zu einem zu späten Zeitpunkt
möglich
ist.
-
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
erfolgt eine graphische Darstellung der in das Modellkoordinatensystem
des Gebäudes überführten Temperaturmeßwerte unter
Rückgriff
auf das erwähnte
Computer-Aided-Facility-Management-System. Diese Darstellung wird
z. B. durch Einblenden numerischer Meßwerte in einer entsprechenden
Grafik jeweils in unmittelbarer Nähe zum Meßort mit Verweis auf den Meßort vorgenommen
oder es erfolgt ein Einblenden eines Symbols in der Grafik in unmittelbarer
Nähe zum
Meßort
mit Verweis auf den Meßort.
Letztendlich kann auch eine flächenhafte
Darstellung der Meßwerte
mittels Falschfarbenkodierung vorgenommen werden, wodurch sich in
leichter Weise Zonen und ihre Gefährdung erkennen lassen.
-
Beim
Ausführungsbeispiel
wird davon ausgegangen, daß die
faseroptischen, langgestreckten Temperatursensoren durch weitere
Sensorik ergänzt werden.
Hier sind im Boden verlegte Drucksensoren, ebenfalls als Lichtwellenleiter
ausgeführt,
denkbar. Durch diese weitere Sensorik kann festgestellt werden,
ob sich Personen und/oder gefährdete
Güter in bestimmten
Gebäudeabschnitten
befinden.
-
Mit
dem Erkennen einer Gefährdungssituation
erfolgt zweckmäßigerweise
selbsttätig
ein Abschalten von Versorgungssträngen im gefährdeten Bereich, z. B. Gasleitungen
oder Leitungen zur elektrischen Stromversorgung. Gleichzeitig kann
beim Ausbreiten der Havarie mit Gefährdung von Personen ein optischer
und/oder akustischer Alarm ausgelöst werden, der mit entsprechenden
an sich bekannten Sicherheitsvorrichtungen im Gebäude zusammenwirkend
einen jeweils optimalen sicheren Fluchtweg markiert. Zusätzlich können Fluchttüren geöffnet und
Brandschutztüren
zu gefährdeten
Bereichen automatisch geschlossen werden.