EP0418411B1 - Brandmeldeanlage mit einem Kombinationsmelder - Google Patents

Brandmeldeanlage mit einem Kombinationsmelder Download PDF

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EP0418411B1
EP0418411B1 EP89117329A EP89117329A EP0418411B1 EP 0418411 B1 EP0418411 B1 EP 0418411B1 EP 89117329 A EP89117329 A EP 89117329A EP 89117329 A EP89117329 A EP 89117329A EP 0418411 B1 EP0418411 B1 EP 0418411B1
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fire
temperature
humidity
measured
alarm
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Siemens AG
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    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00—Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/18—Prevention or correction of operating errors
    • G08B29/183—Single detectors using dual technologies
    • G—PHYSICS
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    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
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    • G08B29/18—Prevention or correction of operating errors
    • G08B29/20—Calibration, including self-calibrating arrangements
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    • G—PHYSICS
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    • G08B29/24—Self-calibration, e.g. compensating for environmental drift or ageing of components
    • G08B29/26—Self-calibration, e.g. compensating for environmental drift or ageing of components by updating and storing reference thresholds

Definitions

  • the invention relates to a fire alarm system with a fire alarm center, primary alarm lines and smoke detectors connected to it, which detect different fire parameters, the smoke density being measured with a smoke sensor and the heat or temperature being measured with a temperature sensor and being stored for further processing.
  • a physical fire parameter either smoke or temperature
  • a physical fire parameter is generally used for the early detection of damage fires in order to determine the alarm. This can more easily lead to malfunctions or deceptions, for example caused by cigarette smoke.
  • the parameter under consideration does not change or changes only slightly. For example, when burning alcohol, a liquid fire, no aerosol formation, i.e. no smoke occurs, a smoke detector does not respond. A heat detector would recognize such a combustion process, but relatively late.
  • liquid fires such as alcohol
  • the temperature change is not always detected early, ie quickly enough.
  • hydrogen is released, which combines with the atmospheric oxygen to form water, which in turn accumulates in the form of water vapor in the surrounding atmosphere. It is therefore an object of the invention to detect damage fires early and reliably with the aid of multi-criteria detectors and also to take account of the water vapor formation that occurs.
  • a moisture sensor is additionally arranged in the fire detector, with which the relative atmospheric humidity is measured and temporarily stored
  • a microcomputer and at least one read-only memory in which the water vapor saturation curve is stored are provided are that using the microcomputer and the stored data of the saturation curve from the measured temperature and the measured relative humidity, the absolute humidity is calculated and saved as a new and additional fire parameter, namely absolute humidity, for further processing, and that the three fire parameters smoke density, temperature and absolute humidity, can be related by means of a linking device in such a way that fire alarm criteria for the formation of an alarm signal are derived therefrom.
  • the fire events described at the outset can be detected early, for example if there is a rise in temperature and a simultaneous rapid increase in the absolute humidity due to the combustion of a certain liquid, such as eg alcohol, can be recognized.
  • a certain liquid such as eg alcohol
  • the fire parameter smoke density is also advantageously recorded, and from the three fire parameters, namely also the additional fire parameter absolute humidity, by means of suitable ones in a read-only memory stored detection algorithms in the event of fire form an early and safe alarm signal.
  • the calculation of the absolute air humidity and the combination of the various measured values to form an alarm signal can either be carried out in a fire detector, which is designed as a combination detector, or else in the fire alarm center, with the individual detector measured values being periodically transmitted to the alarm center.
  • FIG. 1 shows the measured value curve for the fire parameters temperature T, absolute humidity AF and smoke density RD of an optical smoke detector over a time axis.
  • the same scale factors are used for the measurement axis for all drawings.
  • the time axis is based on 14 minutes. It can be seen very clearly here that the three fire parameters increase relatively evenly.
  • FIG. 1 A typical cigarette fire over a time axis of 25 minutes is shown in FIG.
  • Fig. 4 a spirit fire is now shown over the time axis of thirty minutes. Here you can see very clearly that this fire has a very strong part in the temperature increase T and a very strong part in the increase in the absolute humidity AF. The percentage of smoke density RD is negligible.
  • the fire characteristic curve when boiling water is shown in Fig. 5.
  • the timeline has a scale of 90 minutes.
  • a high proportion of the absolute humidity AF can be seen.
  • a slight heat development in the course of the measured value of the temperature T can also be seen.
  • a very sensitive heat detector could possibly trigger a false alarm, but this can be prevented here with a multi-criteria detector according to the invention if an extremely strong course of the absolute humidity is detected in relation to the weak temperature course.
  • the three fire parameters smoke density, temperature and absolute air humidity are taken into account in the fire alarm system according to the invention.
  • the acquisition of the measured values and the processing expediently take place with an intelligent, microprocessor-supported combination detector which periodically records these values.
  • the smoke density is measured according to the principle of optical backscattering and a measurement value for the smoke density is made available for further processing with a downstream electronic circuit.
  • the moisture sensor for detecting the relative air humidity is expediently formed by a capacitance which generates a frequency-analog signal with the aid of an oscillator circuit.
  • the downstream microcomputer measures this frequency with a quartz-controlled time base counter and uses this to determine the value of the relative air humidity from a linearization table that is stored in a read-only memory.
  • the sensor for the ambient temperature can be formed by a temperature-dependent resistor, for example an NTC resistor (thermistor), which uses a second oscillator circuit to generate a second frequency-analog signal.
  • the microcomputer measures this frequency with a quartz-controlled time base counter and uses this to determine the value of the ambient temperature using a second linearization table.
  • the absolute humidity is calculated using the water vapor saturation curve, which e.g. is in the form of a table.
  • the corresponding maximum possible water content is assigned to the corresponding temperature.
  • the instantaneous absolute humidity is multiplied by the relative humidity.
  • the absolute humidity is determined in the combination detector. This measured value of the absolute humidity is linked with the determined temperature and smoke density measured values with the aid of a detection algorithm located in the combination detector to form an alarm signal which is output to the fire alarm control panel.
  • the absolute humidity can also be calculated and the alarm signal generated in the fire alarm control panel itself.
  • the combination detector transmits its periodically determined measured values of the relative humidity, the temperature and the smoke density to the fire alarm control panel.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Brandmeldeanlage mit einer Brandmeldezentrale, Meldeprimärleitungen und daran angeschlossenen Rauchmeldern, die verschiedene Brandkenngrößen erfassen, wobei mit einem Rauchsensor die Rauchdichte und mit einem Temperatursensor die Wärme bzw. die Temperatur gemessen und zur Weiterverarbeitung gespeichert wird.
  • Bei den bekannten automatischen Brandmeldeanlagen wird im allgemeinen für die frühzeitige Erkennen von Schadensfeuern meistens eine physikalische Brandkenngröße, entweder Rauch oder Temperatur, zur Alarmentscheidung herangezogen. Dies kann leichter zu Störungen oder Täuschungen führen, beispielsweise hervorgerufen durch Zigaretten-Rauchschwaden. Es gibt auch Brandarten, bei denen sich die betrachtete Kenngröße nicht oder nur wenig ändert. So tritt beispielsweise beim Verbrennen von Spiritus, ein Flüssigkeitsbrand, keine Aerosolbildung, also kein Rauch auf, so spricht ein Rauchmelder nicht an. Ein Wärmemelder würde einen solchen Verbrennungsvorgang erkennen, jedoch verhältnismäßig spät. Man hat daher entweder den zu erwartenden Gefahren entsprechende Melder eingesetzt oder man verwendet auch sogenannte Mehrkriterienmelder, die sowohl die Rauchdichte als auch die Temperatur erfassen. Ein derartiger Melder ist beispielsweise in der DE-OS 33 37 330 beschrieben.
  • Wie bereits erwähnt, sind gerade Flüssigkeitsbrände, wie beispielsweise Spiritus, schwer zu detektieren, da einerseits keine Aerosolbildung auftritt und andererseits die Temperaturänderung nicht immer frühzeitig, d.h. schnell genug, erfaßt wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei allen Verbrennungsvorgängen, insbesondere bei Flüssigkeitsbränden wie beispielsweise bei Spiritus, Wasserstoff freigesetzt wird, der sich mit dem Luftsauerstoff zu Wasser verbindet, das sich wiederum in Form von Wasserdampf in der umgebenden Atmosphäre anreichert. Aufgabe der Erfindung ist es daher, mit Hilfe von Mehrkriterienmeldern Schadensfeuer frühzeitig und sicher zu erkennen und dabei die entstehende Wasserdampfbildung mit zu berücksichtigen.
  • Diese Aufgabe wird bei einer eingangs geschilderten Brandmeldeanlage gemäß dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß im Brandmelder zusätzlich ein Feuchtesensor angeordnet ist, mit dem die relative Luftfeuchtigkeit gemessen und zwischengespeichert wird, daß ein Mikrorechner und zumindest ein Festwertspeicher, in dem die Wasserdampfsättigungskurve gespeichert ist, vorgesehen sind, daß mittels des Mikrorechners und den gespeicherten Daten der Sättigungskurve aus der gemessenen Temperatur und der gemessenen relativen Luftfeuchtigkeit die absolute Luftfeuchtigkeit berechnet und als neue und zusätzliche Brandkenngröße, nämlich absolute Feuchte, zur Weiterverarbeitung gespeichert wird, und daß die drei Brandkenngrößen Rauchdichte, Temperatur und absolute Feuchte, über eine Verknüpfungseinrichtung derart in Beziehung gesetzt werden, daß daraus Brand-Alarmkriterien zur Bildung eines Alarmsignals abgeleitet werden.
  • Bei einer Brandmeldeanlage mit automatischen Brandmeldern, die beispielsweise zusätzlich zur Erfassung der Brandkenngröße Temperatur auch noch die absolute Luftfeuchtigkeit erfassen, können eingangs geschilderte Brandereignisse frühzeitig erkannt werden, wenn beispielsweise bei einem Temperaturanstieg und gleichzeitigem schnellen Anstieg der absoluten Luftfeuchtigkeit auf die Verbrennung einer bestimmten Flüssigkeit, wie z.B. Spiritus, erkannt werden kann. Dabei wird man in vorteilhafter Weise neben der Brandkenngröße Temperatur auch die Brandkenngröße Rauchdichte mit erfassen und aus den drei Brandkenngrößen, nämlich auch noch der zusätzlichen Brandkenngröße absolute Feuchte, mittels geeigneter, in einem Festwertspeicher gespeicherten Detektionsalgorithmen im Brandfall ein frühzeitiges und sicheres Alarmsignal bilden.
  • Die Berechnung der absoluten Luftfeuchtigkeit und die Verknüpfung der verschiedenen Meßwerte zu einem Alarmsignal können entweder in einem Brandmelder, der als Kombinationsmelder ausgebildet ist, selbst erfolgen, oder aber auch in der Brandmeldezentrale, wobei die einzelnen Meldermeßwerte periodisch zur Zentrale übertragen werden.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Erläuterung zu der Zeichnung. Dabei zeigen
    • Fig. 1 bis 4 den qualitativen Anteil der drei Brandkenngrößen Rauchdichte RD, absolute Luftfeuchtigkeit AF und Temperatur T bei unterschiedlichen Brandarten, und
    • Fig. 5 die obengenannten drei Brandkenngrößen bei einem Versuch mit kochendem Wasser.
  • In Fig. 1 ist für einen Heptanbrand der Meßwertverlauf für die Brandkenngrößen Temperatur T, absolute Feuchte AF und Rauchdichte RD eines optischen Rauchmelders über eine Zeitachse dargestellt. Für alle Zeichnungen sind für die Meßwertachse die gleichen Maßstabsfaktoren zugrunde gelegt. In Fig.1 basiert die Zeitachse auf 14 Minuten. Man sieht hier sehr deutlich, daß die drei Brandkenngrößen verhältnismäßig gleich verteilt ansteigen.
  • In Fig. 2 ist ein typischer Zigarettenbrand über eine Zeitachse von 25 Minuten gezeigt. Hier sieht man sehr deutlich einen sehr starken Anstieg der Rauchdichte RD, während ein sehr minimaler Temperaturanstieg T und auch ein sehr geringer Anstieg der absoluten Feuchte AF zu erkennen ist.
  • In Fig. 3 ist über die Zeitachse von dreißig Minuten der Anstieg der einzelnen Meßwerte dargestellt, welcher durch einen Holzschwelbrand hervorgerufen ist. Hier ist ein extrem starker Anstieg bzw. der Anteil Rauchdichte RD zu erkennen, ein langsamer und geringer Anstieg der Temperatur T ebenso wie der absoluten Feuchte AF.
  • In Fig. 4 ist nun über die Zeitachse von dreißig Minuten ein Spiritusbrand dargestellt. Hier sieht man sehr deutlich, daß dieser Brand einen sehr starken Anteil an der Temperaturerhöhung T und einen sehr starken Anteil an der Zunahme der absoluten Feuchte AF hat. Der Anteil an der Rauchdichte RD ist verschwindend gering.
  • Im letzten Beispiel ist in Fig.5 der Brandkenngrößenverlauf beim Abkochen von Wasser gezeigt. Die Zeitachse weist einen Maßstab von 90 Minuten auf. Eine Rauchentwicklung ist hier nicht gegeben, was durch den äußerst geringen Anteil an der Rauchdichte RD zu erkennen ist. Selbstverständlich ist ein hoher Anteil der absoluten Feuchte AF zu erkennnen. Es ist auch eine geringe Wärmeentwicklung im Meßwertsverlauf der Temperatur T ersichtlich. Ein sehr empfindlich eingestellter Wärmemelder könnte hierbei evtl. schon einen Fehlalarm auslösen, was jedoch mit einem erfindungsgemäßen Mehrkriterienmelder hier verhindert werden kann, wenn im Verhältnis zum schwachen Temperaturverlauf ein äußerst starker Verlauf der absoluten Feuchtigkeit erfaßt wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Brandmeldeanlage werden die drei Brandkenngrößen Rauchdichte, Temperatur und absolute Luftfeuchtigkeit berücksichtigt. Die Erfassung der Meßwerte und die Verarbeitung geschieht zweckmäßigerweise mit einem intelligenten, mikroprozessorgestützten Kombinationsmelder, der diese Werte periodisch erfaßt. Dabei wird die Rauchdichte nach dem Prinzip der optischen Rückwärtsstreuung gemessen und mit einer nachgeschalteten elektronischen Schaltung ein Meßwert für die Rauchdichte zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt.
  • Der Feuchtesensor zur Erfassung der relativen Luftfeuchte ist zweckmäßigerweise von einer Kapazität gebildet, die mit Hilfe einer Oszillatorschaltung ein frequenzanaloges Signal erzeugt. Der nachgeordnete Mikrocomputer mißt diese Frequenz mit einem quarzgesteuerten Zeitbasiszähler und ermittelt hieraus über eine Linearisierungstabelle, die in einem Festwertspeicher hinterlegt ist, den Wert der relativen Luftfeuchtigkeit.
  • Der Sensor für die Umgebungstemperatur kann von einem temperaturabhängigen Widerstand, beispielsweise NTC-Widerstand (Heißleiter), gebildet sein, der mit Hilfe einer zweiten Oszillatorschaltung ein zweites frequenzanaloges Signal erzeugt. Der Mikrocomputer mißt diese Frequenz mit einem quarzgesteuerten Zeitbasiszähler und ermittelt daraus über eine zweite Linearisierungstabelle den Wert der Umgebungstemperatur.
  • Die absolute Feuchte errechnet sich mittels der Wasserdampfsättigungskurve, die z.B. in Form einer Tabelle vorliegt. In dieser Tabelle wird der entsprechenden Temperatur der zugehörige maximalmögliche Wassergehalt zugeordnet. Multipliziert mit der relativen Feuchte ergibt sich die momentane absolute Feuchte.
  • Im Kombinationsmelder erfolgt die Ermittlung der absoluten Feuchte. Dieser Meßwert der absoluten Feuchte wird mit den ermittelten Temperatur- und Rauchdichte-Meßwerten mit Hilfe eines im Kombinationsmelder befindlichen Detektionsalgorithmus zu einem Alarmsignal verknüpft, das an die Brandmeldezentrale ausgegeben wird.
  • Beispielsweise kann aber auch die Berechnung der absoluten Feuchte und die Bildung des Alarmsignals in der Brandmeldezentrale selbst erfolgen. Dabei überträgt der Kombinationsmelder seine periodisch ermittelten Meßwerte der relativen Feuchte, der Temperatur und der Rauchdichte an die Brandmeldezentrale.
  • Wie eingangs schon erwähnt, kann die örtliche Zunahme der absoluten Luftfeuchte auf einen möglichen Brandfall hindeuten. Es ist bekannt, daß bei fast jedem Verbrennungsvorgang auch Wasserstoff freigesetzt wird, der sich mit dem Luftsauerstoff zu Wasser verbindet, daß sich in Form von Wasserdampf in der umgebenden Atmosphäre anreichert. Durch die Auswahl von einer oder geeignete Kombinationen von zwei oder aller drei Brandkenngrößen, nämlich Rauchdichte, Temperatur und absolute Luftfeuchtigkeit, kann erfindungsgemäß zwischen Brandfall und Nichtbrandfall unterschieden werden. Die Möglichkeit, mehrere voneinander unabhängige Brandkenngrößen zu kombinieren, reduziert die Anzahl der falschen Alarme.

Claims (6)

  1. Brandmeldeanlage mit einer Brandmeldezentrale, Meldeprimärleitungen und daran angeschlossenen Brandmeldern, die verschiedene Brandkenngrößen erfassen, wobei mit einem Rauchsensor die Rauchdichte und mit einem Temperatursensor die Wärme bzw. Temperatur gemessen und zur Weiterverarbeitung gespeichert wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß im Brandmelder zusätzlich ein Feuchtesensor angeordnet ist, mit dem die relative Luftfeuchtigkeit gemessen und zwischengespeichert ist, daß ein Mikrorechner und zumindest ein Festwertspeicher, in dem die Wasserdampfsättigungskurve gespeichert ist, vorgesehen sind, daß mittels des Mikrorechners und den gespeicherten Daten der Sättigungskurve aus der gemessenen Temperatur und der gemessenen relativen Luftfeuchtigkeit die absolute Luftfeuchtigkeit berechnet und als neue und zusätzliche Brandkenngröße, nämlich absolute Feuchte, zur Weiterverarbeitung gespeichert wird, und daß die drei Brandkenngrößen Rauchdichte, Temperatur und absolute Feuchte über eine Verknüpfungseinrichtung derart in Beziehung gesetzt werden, daß daraus Brand-Alarmkriterien zur Bildung eines Alarmsignals abgeleitet werden.
  2. Brandmeldeanlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Brandkenngröße absolute Feuchte und/oder die Alarmableitung entweder im Brandmelder selbst oder in der Brandmeldezentrale durchgeführt werden, wobei die entsprechenden Meßwerte Rauchdichte, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit bzw. absolute Feuchte periodisch oder das Alarmsignal zur Brandmeldezentrale übertragen werden.
  3. Brandmeldeanlage nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung der drei Brandkenngrößen Rauchdichte, Temperatur und absolute Feuchte mit dem Mikrorechner und mit Hilfe eines in einem dafür vorgesehenen Festwertspeicher gespeicherten Detektionsalgorithmus durchgeführt und gegebenenfalls ein Alarmsignal erzeugt wird.
  4. Brandmeldeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdampfsättigungskurve in Form einer Tabelle gespeichert ist, und daß aus der Tabelle entsprechend der gemessenen Temperatur der zugehörige, maximal mögliche Wassergehalt ermittelt und mit der relativen Luftfeuchtigkeit multipliziert und als Feuchtemeßwert für die momentane absolute Luftfeuchtigkeit gespeichert wird.
  5. Brandmeldeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Brandmelder als Kombinationsmelder mit einem Rauchsensor, einem Temperatursensor und einem Feuchtesensor ausgebildet ist, daß der Rauchsensor von einer Streulicht-Meßeinrichtung mit einer nachgeschalteten elektronischen Schaltung gebildet ist, die einen analogen Rauchdichte-Meßwert abgibt, daß der Temperatursensor von einem temperaturabhängigen Widerstand mit einer nachgeschalteten ersten Oszillatorschaltung gebildet ist, die ein erstes frequenzanaloges Signal für die Temperatur erzeugt, daß der Feuchtesensor von einer veränderbaren Kapazität mit einer nachgeschalteten zweiten Oszillatorschaltung gebildet ist, die ein zweites frequenzanaloges Signal für die relative Luftfeuchtigkeit erzeugt, und daß der nachgeordnete Mikrorechner mit zumindest einem quarzgesteuerten Zeitbasiszähler die jeweiligen frequenzanalogen Signale für Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit mißt und über jeweilige, im Speicher hinterlegte Linearisierungstabellen den Wert der Umgebungstemperatur und den Wert der relativen Luftfeuchtigkeit ermittelt und für die Weiterverarbeitung zwischenspeichert.
  6. Brandmeldeanlage nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Meßwerte für die Rauchdichte, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit bzw. absolute Feuchte sequentiell und des Alarmsignals nach dem Pulsmeldeverfahren mit dem Prinzip der Kettensynchronisation erfolgt.
EP89117329A 1989-09-19 1989-09-19 Brandmeldeanlage mit einem Kombinationsmelder Expired - Lifetime EP0418411B1 (de)

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EP0418411A1 EP0418411A1 (de) 1991-03-27
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