FI103368B - Paloilmoitin - Google Patents

Description

103368

Paloilmoitin

Tekniikan ala Tämä keksintö liittyy palohälytysjärjestelmään ja 5 erityisesti sellaiseen palohälytysjärjestelmään, jossa tulipalon esiintymisen ilmaiseminen suoritetaan laskemalla palon lähteen parametrit tai tiedot, kuten lämmönkehitty-misnopeus, savunmuodostusnopeus tai kaasunmuodostusnopeus, käyttämällä tulipaloa simuloivaa matemaattista mallia.

10 Tunnettu tekniikka

Tavanomaisessa palohälytysjärjestelmässä tulipalon ilmaisu hälytyksen antamista varten suoritetaan pohjimmiltaan sillä perusteella, että verrataan tulipaloon liittyviä sekundaarisia anturien ilmaisemia parametrejä, kuten 15 lämpötilaa, savukonsentraatiota tai CO-kaasun konsentraa-tiota tai näiden ajallista muutosnopeutta, ennalta asetettuihin yksilöllisiin kynnysarvoihin. Yksinkertaisimmassa järjestelmässä ilmaistaan tulipalon esiintyminen ja annetaan hälytys, kun anturien ilmaisemat arvot ylittävät en-20 naita määrätyt kynnysarvot. Tunnettu on myös järjestelmä, jossa tulipalon esiintyminen oletetaan, kun anturin ilmaiseman arvon derivoimisella saatu ajallinen muutosnopeus : ylittää ennalta asetetun arvon tai kun tulipaloa ennusta vat tulevat muutokset ennustetaan ensimmäisen tai toisen .25 kertaluvun funktioapproksimaatioilla anturien ilmaisemien arvojen menneistä muutoksista.

*···, Tavanomainen palohälytysjärjestelmä on siten perus- • · II! tunut sille periaatteelle, että tulipalon sekundaarisesta • · r ’ kehittämä lämpö, lämpötila, savu tai kaasu havaitaan antu- 30 reillä ja että tulipalon esiintyminen oletetaan suoraan • · * *·*.* näiden sekundaaristen parametrien perusteella.

• · · ·.* * Tulipalon kehittymisprosessi on kuitenkin vaihtele- //; va, ja palamistuotteet tai ympäristöolosuhteet osallistu- vat tulipalon etenemisprosessiin mutkikkaalla tavalla.

35 Täten sekundaarisesti tuotetun lämmön (lämpötilan), savun 2 103368 tai kaasun tila myös muuttuu eri tavoin ympäristöolosuhteiden muutosten mukaan siten, että kohdataan monia vaikeuksia, kun tulipalon esiintyminen on ilmaistava tarkasti ja viipymättä näiden vaihtelevien anturitietojen tai para-5 metrien perusteella.

Keksinnön paljastus Tämän keksinnön ensisijainen tavoite on aikaansaada uusi palohälytysjärjestelmä, jossa tulipalon esiintyminen voidaan ilmaista laskemalla primaariset palon lähteen pa- 10 rametrit, kuten lämmönkehittymisnopeus, savunmuodostusno- peus tai kaasunmuodostusnopeus palon lähteessä anturisig-naalin perusteella, kuten tulipalon sekundaarisesti tuottaman lämmön, savukonsentraation tai CO-kaasun konsentraa-tion perusteella käyttämällä tulipaloa simuloivaa mate- 15 maattista mallia.

Tämän keksinnön toinen tavoite on aikaansaada edellä mainittu palohälytysjärjestelmä, jossa ilmaisun luotettavuutta on edelleen parannettu useampien erilaisten primaaristen palon lähteen parametrien korrelaatioon perus-20 tuen.

Edellä mainittujen tavoitteiden saavuttamiseksi tämä keksintö laajimmassa mielessä on palohälytysjärjestelmä, joka käsittää: anturielimen, joka on sijoitettu paloilmoitusaluee-25 seen ja joka ilmaisee tulipaloon liittyvän fysikaalisen ilmiön, kuten lämpötilan, savukonsentraation tai CO-kaasun konsentraation; palon lähteen parametrien laskentaelimen, joka laskee primaariset palon lähteen parametrit, kuten lämmön-30 kehittymisnopeuden, savunmuodostusnopeuden tai kaasunmuo- dostusnopeuden palon lähteessä anturielimiltä saatavien ilmaisutietojen ja ennalta asetetun aritmeettisen operaa-tiokaavan parusteella; sekä tulipalon esiintymisen päättelyelimen, joka ilmai-35 see tulipalon palon lähteen parametrien laskentaelimen 3 103368 laskemien palon lähteen parametrien muutosnopeuksien perusteella.

Esillä olevan keksinnön mukaisessa palohälytysjärjestelmässä tulipalon tilaa huoneessa analysoivan, tulipa-5 loa simuloivan matemaattisen mallin aritmeettis-looginen ohjelma soveltaa edellä mainittua kaavaa palon lähteen parametrien laskentaelimessä, ja primaariset palon lähteen parametrit, kuten lämmönkehittymisnopeus, savunmuodostus-nopeus tai kaasunmuodostusnopeus, voidaan laskea anturien 10 ilmaisemista sekundaarisista parametreistä, kuten lämpötilasta, savukonsentraatiosta tai CO-kaasun konsentraatios-ta, käänteisellä laskennalla edellä mainitusta kaavasta, ja tulipalon tarkka ilmaisu voidaan sitten tehdä näiden primaaristen palon lähteen parametrien muutosnopeuden pe-15 rusteella hälytyksen antamiseksi.

Nämä palon lähteen primaariset parametrit, so. lämmönkehittymisnopeus, savunmuodostusnopeus tai kaasunmuodostusnopeus, määritetään luonnostaan yksikäsitteisesti ilman palamistuotteiden tai ympäristöolosuhteiden vaiku-20 tusta, ja ne auttavat parantamaan palon parametrien laskentatarkkuutta, joka vuorostaan merkittävästi parantaa tulipalon ilmaisun luotettavuutta.

Esillä olevan keksinnön mukaan itse palon lähteen . ...j lämmönkehittymisnopeus, savunmuodostusnopeus, tai kaasun- . 25 muodostusnopeus voidaan laskea tulipaloon liittyvistä se- • « · kundaarisista ilmiöistä, kuten anturien ilmaisemista läm- Ύ.'. potilasta, savukonsentraatiosta tai CO-kaasun konsentraa- • · • · **; tiosta, tulipalon tilaa huoneessa analysoivan tulipaloa » » · *·* * simuloivan matemaattisen mallin käänteisellä laskennalla, 30 ja tulipalo voidaan ilmaista primaaristen palon lähteen • · parametrien muutosnopeuksien perusteella. Täten sellainen : riski, että tulipalolle päätellään väärä hälytyksen lähde, .·. : voidaan minimoida, joka parantaa merkittävästi tulipalon ilmaisemisen luotettavuutta.

• « · · • · « · • · 4 103368 Tämän keksinnön edellä mainitut ja muut piirteet ja edut ilmenevät lähemmin seuraavasta selityksestä ja siihen liittyvistä oheisista piirustuksista.

Piirustusten lyhyt selitys 5 Kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön erään suo ritusmuodon mukaisen palohälytysjärjestelmän sovitelmaa lohkokaavion muodossa.

Kuvio 2 esittää esillä olevassa suoritusmuodossa tulipalon ilmaisualgoritmissa käytettävää kaksikerroksista 10 vyöhykemallia.

Kuvio 3 on esillä olevan suoritusmuodon tulipalon ilmaisualgoritmin vuokaavio.

Kuviot 4a, 4b ja 4c esittävät anturivastetta puisen tuolin palamisen aikana sekä esillä olevan keksinnön mu-15 kaan määritettyä lämmönkehittymisnopeuden muutosta AQ, savunmuodostusnopeuden muutosta ACs ja kaasunmuodostusno-peuden muutosta AG ajan funktiona.

Kuviot 5a, 5b ja 5c esittävät anturivastetta ruoanlaiton aikana sekä esillä olevan keksinnön mukaan määri-20 tettyä lämmönkehittymisnopeuden muutosta AQ, savunmuodos tusnopeuden muutosta ACs ja kaasunmuodostusnopeuden muutosta AG ajan funktiona.

Kuviot 6a ja 6b esittävät anturivastetta puisen ; tuolin palamisen aikana useissa erikokoisissa huoneissa . 25 sekä esillä olevan keksinnön mukaan määritettyjä lämmönke- • · · hittymisnopeuden muutoksia AQ ajan funktiona.

'IV.' Kuviot 7a ja 7b esittävät lämmönkehittymisnopeudes- • · III ta ja savunmuodostusnopeudesta, jotka on määritetty puisen « ♦ · • · · • tuolin palaessa, kuten kuvioissa 4a, 4b ja 4c on esitetty, 30 johdetun korrelaatiotekijän R painotuksesta saatuja korre- • · • · · *.·.* laatioarvon RD ajallisia muutoksia sekä sen derivaatan • · · V · dRD/dt ajallisia muutoksia.

: Kuviot 8a ja 8b esittävät lämmönkehittymisnopeudes- ta ja savunmuodostusnopeudesta, jotka on saatu ruoanlaiton . 35 aikana, kuten kuvioissa 5a, 5b ja 5c on esitetty, johde- 5 103368 tun korrelaatiotekijän R painotuksesta saatuja korrelaa-tioarvon R„ ajallisia muutoksia sekä sen derivaatan dRD/dt ajallisia muutoksia.

Keksinnön paras suoritusmuoto 5 Kuviossa 1 esillä olevan keksinnön erään suoritus muodon mukainen palohälytysjärjestelmä käsittää useita antureita, jotka on sijoitettu valvottavan huoneen kattoon tai muuhun sellaiseen, nimittäin lämpötila-anturi 10, sa-vukonsentraatioanturi 12 ja CO-kaasun konsentraatioanturi 10 14, jotka ilmaisevat lämpötilan Q, savukonsentraation Cs ja CO-kaasun konsentraation G analogisella tavalla ja antavat ilmaistuihin arvoihin verrannolliset ilmaisusignaa-lit. Palohälytysjärjestelmä käsittää myös näytteityspiirin 16, joka vastaanottaa nämä ilmaisusignaalit antureilta 10, 15 12 ja 14. Ilmaisusignaalit näytteitetään kiintein aikavä lein näytteityspiirissä 16, ja piirissä oleva AD-muunnin muuntaa ne ulostuleviksi digitaalisiksi signaaleiksi.

Esillä olevassa suoritusmuodossa kukin anturi 10, 12 ja 14 on sijoitettu jokaiseen paloilmoitinalueeseen.

20 Jos kuitenkin on välttämätöntä, kaksi tai useampi samaa tyyppiä oleva vastaava anturi voidaan sijoittaa kuhunkin paloilmoitusalueeseen. Mitä anturien ja näytteityspiirin : 16 väliseen signaalinsiirtojärjestelmään tulee, vaikka ·;·· tässä suoritusmuodossa sovelletaan suoraan johdotettua . 25 järjestelmää, joka suoraan siirtää ilmaistun analogiasig- • · · naalin signaalilinjan välityksellä, niin mitä tahansa so- [11^ pivaa signaalinsiirtojärjestelmää, kuten kiertokyselyjär- • · Y.\ jestelmää, joka käsittää näytteityspiiristä suoritetun • · · *·* ' anturipuolen kiertokyselyn ja ilmaisusignaalin vastauslä- 30 hetyksen, voidaan soveltaa suoraan johdotetun järjestelmän sijasta.

• · · ·.· · Esillä oleva järjestelmä käsittää myös, näytteitys- .·. : piirin 16 aliasteessa, palon lähteen parametrien lasken- ____: tayksikön 18 ja alkuarvojen asetusyksikön 20 erilaisten • 35 alkuarvojen antamiseksi palon lähteen parametrien lasken- 6 103368 tayksikölle 18 tulipaloa simuloivan matemaattisen mallin suorittamista varten. Tulipaloa simuloivan matemaattisen mallin aritmeettis-looginen ohjelma on asennettu etukäteen palon lähteen parametrien laskentayksikköön 18. Taaksepäin 5 suoritettavalla eli käänteisellä matemaattisen mallin laskennalla lämmönkehittymisnopeus, savunmuodostusnopeus ja kaasunmuodostusnopeus lasketaan antureista lähtöisin olevista ilmaistuista tiedoista, so. lämpötilasta Θ, savu-konsentraatiosta Cs ja CO-kaasun konsentraatiosta G.

10 Alkuarvojen asetusyksiköstä 20 annetaan erilaisia alkuarvoja tulipaloa simuloivan matemaattisen mallin suorittamista varten laskentayksikölle 18, joka reagoi alku-arvoasetukseen paloilmoitusalueen olosuhteiden mukaan, johon alueeseen edellä mainitut anturit on asennettu, ja 15 laskee primaariset palon lähteen parametrit anturien il-maisutiedoista.

Palohälytysjärjestelmä käsittää myös tulipalon esiintymisen päättely-yksikön 22, joka vastaanottaa laskentayksikön 18 laskemat lähteen parametrit, so. lämmönke-20 hittymisnopeuden, savunmuodostusnopeuden ja kaasunmuodos-tusnopeuden, sekä hälytyksen näyttöyksikön 24, joka reagoi tulipalon esiintymisen päättely-yksiköltä 22 tuleviin hä-: lytyssignaaleihin ja antaa hälytyksen valinnaisissa muo- ·;·; doissa, kuten akustisessa ja/tai visuaalisessa muodossa.

. 25 Tulipalon esiintymisen päättely-yksikkö 22 ilmai- .:. see tulipalon esiintymisen ennalta asetetun alkutason ylittävien palon lähteen parametrien muutosnopeuksien pe-rusteella tai suorittamalla tulipaloa ennustavat aritmeet- • tiset operaatiot, kun alkutaso on ylitetty, ensimmäisen 30 tai toisen kertaluvun funktion mukaan käyttäen siihen asti • · · ‘.V saatuja palon lähteen parametrejä. Kun palon lähteen para- ·· » ·.· · metreihin perustuvat tulipalon esiintymisen päättelyn tu- : lokset on saatu tulipalon esiintymisen päättely-yksiköltä 22, tulipalon ilmaiseva ulostulo, so. hälytysssignaali, 7 103368 annetaan hälytyksen näyttöyksikköön 24, josta hälytys annetaan.

Kuvion 1 palon lähteen parametrien laskentayksikön 18 suorittaman palon lähteen parametrien aritmeettisen 5 operaation periaate selitetään yksityiskohtaisesti seuraa-vassa.

Useita fysikaalisiin tieteisiin perustuvia matemaattisia malleja on ehdotettu käytettäväksi huoneessa esiintyvän tulipalon ominaisuuksien analysointiin. Nämä 10 voidaan luokitella kenttäyhtälömalleihin ja vyöhykemalleihin.

Näillä matemaattisilla malleilla savukonsentraation tai lämpötilan virtaustila huoneessa saadaan palon lähteen kehittämän lämmön tai savun tilavuuteen perustuvan diffe-15 rentiaaliyhtälön ratkaisuna. Kenttäyhtälömallissa suljet tua tilaa, jonka kaikki sisään- ja uloskäynnit, ovet ja ikkunat on suljettu, käytetään vertailutilana, ja sisäpuolella oleva avaruus jaetaan satoihin pieniin aliavaruuk-siin, jotka kukin ovat kuutiomaisia ja joiden jokainen 20 sivu on kymmenien senttimetrien pituinen. Massanpysyvyys-yhtälöä, impulssin säilymisyhtälöä, tilayhtälöä ja reunaehtoa sovelletaan kuhunkin aliavaruuteen lämpötilan tai savukonsentraation määrittämiseksi huoneessa. Kenttäyhtä-lömallille on tunnusomaista, että koska konsentraatio kus-25 sakin pienemmässä aliavaruudessa lasketaan yksityiskohtai- sesti, niin tulipalon aikana ilmiöt, kuten lämpötila tai savukonsentraatio, voidaan määrittää tarkasti.

• · • · \\‘m Koska laskenta kenttäyhtälömallissa suoritetaan • · · *·* ' kullakin näistä sadoista aliavaruuksista, laskenta-aika 30 suurenee ja aiheuttaa ongelman tosiaikaisessa käsittelyssä • · ·.·,· sekä sen hankaluuden, että aritmeettisen operaation para- ·,· ’ metrien arvoja voidaan vain vaivoin muuttaa.

.·. : Vyöhykemallissa suljettu huonetila otetaan perus- * ’; vertailutilaksi, ja se jaetaan kahteen tai useampaan ker- . 35 rokseen. Vyöhykemallille on tunnusomaista, että se määrit- 8 103368 tää keskimääräisen lämpötilan tai keskimääräiset savukon-sentraatiot huonetilan ylemmässä kerroksessa. Koska se on yksinkertainen malli, laskenta-aikaa voidaan pienentää, ja tosiaikainen käsittely on mahdollista henkilökohtaisella 5 tietokoneella.

Vyöhykemallilla on lisäetuina, että parametrit, kuten huoneen mitat (katon pinta-ala ja korkeus), ympäris-tölämpötila, lämmönhäviämisnopeus tai lämmönkehittymisno-peus aikayksikköä kohti voidaan asettaa tai sitä voidaan 10 muuttaa vapaasti tai muuntaa helposti, etäisyys korkeus-suunnassa rajakerrokseen eli ylemmän ja alemman kerroksen väliseen rajapintaan voidaan määrittää, ja että huoneen vaaranalaisen kerroksen tila voidaan karkeasti saada selville. Vyöhykemallia ei kuitenkaan voida sanoa kenttämal-15 liin verrattuna tarkkuudeltaan paremmaksi, koska äärel listen erotusten aritmeettista operaatiota sekä aritmeettista operaatiota käyttävien termien lukumäärää supistetaan laskenta-ajan parantamiseksi.

Esillä olevan suoritusmuodon palon lähteen paramet-20 rien laskentayksiköllä 18 voidaan siten käyttää kenttäyh-tälömallia aina kun yksityiskohtainen ja tarkka aritmeettinen operaatio on välttämätön, kun taas vyöhykemallia voidaan käyttää aina kun tosiaikainen käsittely on välttä-mätön.

25 Seuraava selitys on tehty tapaukselle, jossa käy- • · · tetään vyöhykemallia, jossa voidaan suorittaa tosiaikainen toiminta tulipalon alun ilmaisemiseksi, vaikka tarkkuus • · vähän alenee, koska tulipalon esiintymisen ilmaisemiseksi • · · ’·1 ' käytettävissä olevat tiedot ovat huoneeseen sijoitetun 30 anturin ulostulona.

• · ·.·.1 Vyöhykemallin saamiseksi hyötykäyttöön on käytetty • · · V · erilaisia menetelmiä. Puuttuu kuitenkin sellainen esimerk- .·. : ki hyötykäytöstä, joka olisi teorialtaan riippumaton.

• « · • · • · » I · • · « · · · • · 9 103368

Esillä olevassa suoritusmuodossa sovelletaan kaksikerros-mallia ASET (Available Safe Egress Time) -B(2), joka on eräs L. Y. Cooperin(1) analysoiman matemaattisen mallin ohjelmista ja jonka W. D. Dalton on teorian pohjalta kehittä-5 nyt.

Viitteet: (1) Cooper, L.Y., A Mathematical Model for Estimating Available Safe Egress Time in Fires, Fire and Mate- 10 rials, Vol. 6, n:ot 3 ja 4, ss. 135 - 144; 1982, syyskuu/j oulukuu.

(2) Walton, W.D., ASET-B, A Room Fire Program for Personal Computers, National Bureau of Standards (U.S.), NBSIR 85-3144; 1985, huhtikuu, ss. 1 - 35.

15

Esillä olevassa suoritusmuodossa matemaattisen mallin käänteinen aritmeettinen operaatio suoritetaan siis useanlaatuisista antureista saatujen ilmaisutietojen perusteella palon lähteen lämmön, savun tai kaasun määrän 20 muutosten määrittämiseksi ja tulipalon esiintymisen ilmaisemiseksi aritmeettisen operaation tulosten perusteella.

• · 1 • · · « • · · • · · · • · · • · • · • · · • · · • · · • · · · • · · • · · • · • · · • · · • · · 10 103368

Kuviossa 2 on kaaviollisesti esitetty palon lähteen parametrien laskentayksikön 18 laskema, tulipalon simuloinnin laskentamallina käytetty vyöhykemalli.

Kuviossa 2 esitetty vyöhykemalli on kaksikerroksi-5 nen vyöhykemalli. Koska se on yksinkertainen malli, joka on sovitettu määrittämään ylemmän kerroksen 28 keskimääräinen lämpötila 9h tai keskimääräinen savukonsentraatio CSh, ehdot asetetaan seuraavalla tavalla.

Oletetaan että kaikki aukot, lukuunottamatta vä-10 häistä vuotoa lattian pinnalta, so. sisään- ja uloskäynnit, ovet tai ikkunat, ovat suljetut, että ilmakehän paine huoneessa on vakio ja että ilmakehän paineen suureneminen huoneessa voidaan jättää huomioonottamatta johtuen lattian pinnalta tapahtuvasta vuodosta.

15 Oletetaan myös, että tulipalo esiintyy lattian pinnalla olevassa palopesäkkeessä. Tästä palopesäkkeestä vapautuva lämpö tai savu kohoaa nosteen vaikutuksesta, ja saavuttaa katon pinnan. Tällöin kehittyvä savupilvi 26 nousee kulkeutuessaan sivusuunnassa ympäristön kylmään 20 ilmaan, ja katon saavuttava kuuma ilmavirta diffusoituu ja saavuttaa sivuseinän pinnan muodostaen kuuman kerroksen, so. ylemmän kerroksen 28. Ylemmän kerroksen ja alemman ilmakerroksen 30 välille täten kehittynyt rajapinta 32 laskeutuu vähitellen kohti lattian pintaa, kun tulipalo *:* 25 ajan mittaan etenee.

• * · · ^ :***: Lisäksi oletetaan että tällaisessa kaksikerroksi- • · · ;‘j*; sessa vyöhykemallissa lämpötila ja savukonsentraatio ovat tasaiset sekä kuumemmassa ylemmässä kerroksessa 28 että ,·.·. alemmassa kerroksessa 30, joka on ympäristön lämpötilassa, • · * I.*.^ 30 ja että kerrosten välinen lämmönvaihto tapahtuu savupilven *. 26 välityksellä.

Simulointi määrittää, palavan materiaalin aikaisem-min saadusta lämmönkehittymisnopeudesta aikayksikköä 11 103368 kohti, ylemmän kerroksen 28 lämpötilan 0h sekä etäisyyden Z palopesäkkeestä rajapintaan 32.

Täten etäisyys Z palopesäkkeestä ylemmän kerroksen 28 rajapintaan 32, ylemmän kerroksen 28 keskimääräinen 5 lämpötila 0h ja savukonsentraatio Csh voidaan määrittää ratkaisemalla alempana mainitut differentiaaliyhtälöt. Alkuarvojen asetusyksikön 20 asettamat alkuehdot on esitetty yhdessä differentiaaliyhtälöiden kanssa. Mitä C0-kaasun konsentraatioon Gh tulee, siihen sovelletaan saman-10 laisia yhtälöitä kuin savukonsentraatiolla Csh.

Yhtälö (1): r -Cl * AQ - C2* ZiQ1/3 · Z1^3 ( kun 0 < Z < Zo ) 15 dz/dt = < -Cl * Δ0 ( kun -F< Z < 0 ) 0 ( kun Z = -F ) 20 Yhtälö (2): f 0h [C1*AQ - (0h/0o-l)*C2*AQ1/3-z5/3]/(Zo-Z) J ( kun 0 < Z < Zo ) : d0/dt = < ·:· 25 .···. 0h*Cl - AQ/(Zo+Z) ( kun -F£ Z < 0 ) • · \ • · · • · · • · · • · ·

Yhtälö (3): • · 30 / 0h/0o(ACs-Csh-C2*AQ1/3-Z5/3)/(Zo-Z) »*!*· • · · ( kun 0 < Z s Zo ) dCsh/dt = \ 0h/0o*ACsh/( Zo-Z) ( kun -F«S Z < 0 ) 12 103368

Alkuehdot (t = 0): Z = Zo = H-F; 5 0h = 0o(1+Zo_5/3-AQo2/3*C1/C2);

Csh = ACs/ACso* Zo-5/3·AQo-1/3/C2 (jossa ACs/ACso-1) 10 d0h/dt = 0o(C1*AQo2/3/C2)[2 AQf/AQo+5(Cl· Δ QO+C2 * ΔΟο1/3 * Zo5/3)]/(6·Zo8/3); dCsh/dt = (Cl*AQo2/3/C2)[5+{Zo/(Cl^Qo)}(3-ACsfMCso χ 5 AQf/Δ0ο+5♦C2 -Δ0ο1/3 * Zo2/3)]/(6 *Zo8/3); jossa:

Cl = (l-LC)/(p*CP*eo*S); C2 = (O,21/S)[(l-LR)g/(p-CP*0o)]1/3; 20 AQf = dAQo/dt;

Csf = dAcso/dt, (t=0); Δ0 : lämmönkehittymisnopeus aikayksikköä kohti; ACs : savunmuodostusnopeus aikayksikköä kohti; ΔΟο : lämmönkehittymisnopeus alkuhetkellä; ··· 25 ACso : savunmuodostusnopeus alkuhetkellä; • · m · 1 : suljetun tilan lattiapinta-ala; • « · H : katon korkeus; • · 4 F : tulipesäkkeen korkeus; CP : ilman ominaislämpö; 30 LR : säteilyn lämpöhäviöosuus; • · · *·* LC : konvektion lämpöhäviöosuus; 0o : ympäristölämpötila; g : gravitaatiokiihtyvyys; p : ilman tiheys.

13 103368 Tällaisessa kaksikerroksisessa vyöhykemallissa lämpötilan tai savukonsentraation muutokset määritetään lämmönkehittymisnopeuden muutoksina aikayksikköä kohti tai savunmuodostusnopeuden muutoksina aikayksikköä kohti 5 ja, mitä etäisyyteen rajapintaan 32 tulee, lämmönkehittymisnopeuden muutokset aikayksikköä kohti määritetään muutoksina pinta-alayksikköä kohti. Lisäksi jos käytetään kehittynyttä Eulerin yhtälöä differentiaaliyhtälöiden ratkaisemiseen, sen aritmeettiset operaatiot voidaan 10 suorittaa suuremmalla nopeudella.

Esillä olevassa suoritusmuodossa lämpötila-anturilla 10 ilmaistu lämpötila Θ ja savukonsentraation anturilla 12 ilmaistu savukonsentraatio käsitellään vastaavasti, kuten kaksikerrosmallissa ylemmän kerroksen 28 keskimää-15 räinen lämpötila 0h ja keskimääräinen savukonsentraatio Csh laskettaessa lämmönkehittymisnopeus ja savunmuodos-tusnopeus aikayksikköä kohti.

Kuvio 3 esittää tulipalon ilmaisun algoritmin vuokaaviota, joka algoritmi perustuu kuvion 1 suoritusmuo-20 dossa käytettävään palon lähteen parametrien estimointiin.

Kuviossa 3, ennen järjestelmän aktivoimista, alkuarvojen asetusyksikkö 20 asettaa alkuarvot palon lähteen parametrien laskentayksikölle 18 vaiheessa SI. Tämän alkuarvojen asetuksen aikana kaikki approksimoivat alku- ··· 25 arvot, lukuunottamatta arvoja Cl, C2, AQL, ACsL, lämmönke- ···· hittymisnopeutta aikayksikköä kohti AQ ja savunmuodostus- • » « nopeutta aikayksikköä kohti ACs, jotka on esitetty differentiaaliyhtälöiden (1), (2) ja (3) alkuehtoina kaksiker-roksisella mallilla, syötetään tai sisäinen aritmeettinen • ♦ · M 30 operaatio asettaa ne.

• i * *·* * Sen jälkeen kun alkuarvot on asetettu vaiheessa 1, järjestelmä on aktiivisessa tilassa, ja ohjelma etenee ·;"· vaiheeseen S2, jossa lämpötila-anturilta 10 saatavat ,1. lämpötilan Θ ilmaistut arvot, savukonsentraation anturilta 14 103368 12 saatava savukonsentraatio Cs ja CO-kaasun konsentraati-on anturilta 14 saatava kaasukonsentraatio G näytteitetään kiintein aikavälein näytteityspiirissä 16.

Sitten vaiheissa S3 - S6 määritetään lämmönkehit-5 tymisnopeuden muutos aikayksikköä kohti AQ. Vaiheessa S3 siis asetetaan AQ:n alkuarvo. Vaiheessa S4 ylemmän kerroksen keskimääräinen lämpötila 0h ja etäisyys savukerrok-seen Zh tänä ajanhetkenä lasketaan edellä mainitun ASET-B:n aritmeettisen operaation avulla. Sitten vaiheessa S5 10 ASET-B:n laskeman keskimääräisen lämpötilan 0h ja lämpötila-anturin 10 ilmaiseman lämpötilan Θ välisen erotuksen itseisarvoa verrataan ennalta määrättyyn arvoon e, ja vaiheet S3 - S5 toistetaan, kunnes tämä erotus tulee yhtäsuureksi tai pienemmäksi kuin arvo e, esim. 0,001, 15 AQ:n alussa asetetun arvon suurentamiseksi asteittain. Vaiheessa S6 AQ:n arvo, kun vaiheen S5 ehto on täytetty, asetetaan lämmönkehittymisnopeuden arvoksi tänä ajanhetkenä.

Ohjelma etenee sitten vaiheeseen S7, jossa asete-20 taan savunmuodostusnopeus ACs ja kaasunmuodostusnopeus AG.

Vaiheessa S8 tänä ajanhetkenä jo määritettyä lämpötilaa 0h käytetään suoritettaessaa ASET-B:n aritmeettinen operaatio savukonsentraation Csh ja kaasukonsentraation Gh . määrittämiseksi. Vaiheessa S9 tarkistetaan, onko Cs:n ja • · · 25 Csh:n erotuksen itseisarvo ja G:n ja Gh:n erotuksen it- • · *···' seisarvo pienempi kuin ennalta määrätty arvo ε, esim.

• · · * 0,001. Jos tämä ehto ei ole täytetty, vaiheet S7 ja S9 toistetaan AG:n ja ACs:n suurentamiseksi asteittain. ACs:n : : : ja A G: n arvot sinä ajanhetkenä, jolloin vaiheen S9 ehto 30 on täytetty, asetetaan savunmuodostusnopeudeksi ja kaasun-.* . muodostusnopeudeksi puheena olevana ajanhetkenä (vaihe '·sio).

Ohjelma etenee sitten vaiheeseen Sll, jossa analysoidaan, ylittävätkö vaiheessa S6 asetettu lämmönkehit- 15 103368 tymisnopeuden muutos AQ ja valheessa S10 asetettu savun-muodostusnopeuden muutos ACs ja kaasunmuodostusnopeuden muutos Ag aikaisemmin asetetut tulipalon ilmalsukrlteerlt (hälytyksenantotaso). Jos aritmeettisen operaation tulos-5 ten analyysi vaiheessa Sll osoittaa, että nämä tulokset ylittävät hälytyksenantotason, ohjelma etenee vaiheeseen S12, jossa suoritetaan ennustava aritmeettinen operaatio käyttäen siihen mennessä saatua lämmönkehittymisnopeuden muutoksen AQ, savunmuodostusnopeuden muutoksen ACs ja 10 kaasunmuodostusnopeuden muutoksen AG arvoja. Tällaisessa ennustavassa aritmeettisessa operaatiossa voidaan käyttää esimerkiksi Newtonin regressiivistä interpolointikaavaa. Edellä mainitun ennustavan operaation lisäksi voidaan tulipalon ilmaisun aritmeettisen operaation avulla vai-15 heessa S12 määrittää myös ensimmäisen kertaluvun erotuksen ja/tai toisen kertaluvun erotuksen muutokset siihen ajan-hetkeen asti, joka vastaa ennalta määrättyä näytteitysker-tojen lukumäärää ennen sitä kulloistakin ajanhetkeä, jolloin aritmeettisen operaation tulos ylittää alkutason, 20 tai tulipalon ilmaisun aritmeettisen operaation avulla vaiheessa S12 voidaan määrittää myös aritmeettisten operaatioiden vastaavien tulosten välinen korrelaatio- ja/tai painotettu korrelaatioarvo.

Vaiheessa S13 päätellään tulipalon esiintyminen • · · • 25 vaiheessa S12 saadun tuloksen mukaan.

• · · *...' Kuviot 4a, 4b ja 4c ovat kuvioita, joissa on esi- v · tetty lämmönkehittymisnopeuden ajallinen muutos AQ, savun muodostusnopeuden ajallinen muutos ACs ja kaasunmuodostus-nopeuden ajallinen muutos AG, jotka on saatu tämän suori- • « 30 tusmuodon palon lähteen parametrien laskentayksikön 18 * avulla, yhdessä anturin ilmaiseman lämpötilan Θ, etäisyy den L ylemmän kerroksen rajapintaan, ilmaistun savukon-sentraation Cs ja ilmaistun kaasukonsentraation G kanssa, määritettynä esillä olevan suoritusmuodon palon lähteen 16 103368 parametrien laskentayksikön 18 avulla sellaisen palokokeen tapauksessa, jossa tuoli (materiaalit: kangas, uretaani-vaahto ja puu) palaa huoneen lattian keskellä huoneen lattiapinta-alan ollessa 6,7 x 4,3 1 28,81 m^ ja katon 5 korkeuden ollessa 2,5 m.

Kuviot 5a, 5b ja 5c ovat samanlaisia kuvioita vikahälytyksen lähdettä koskevalla kokeella, jossa keittiössä tapahtuvaa ruoanlaittoa esimerkkinä käyttäen pariloidaan yhdeksän kala-annosta samassa huoneessa kuin 10 kuvion 4 tapauksessa.

Kuvion 4 tulipalon ja kuvion 5 vikahälytyksen lähdettä edustavia tuloksia vertailemalla nähdään, että kuviossa 4a esitetyssä lämmönkehittymisnopeuden ajallisessa muutoksessa Aq tulipalon tapauksessa esiintyy terävä 15 piikki sinä ajanhetkenä, jolloin lämpötila Θ äkillisesti nousee tulipalon edetessä. Kääntäen, mitään tällaista piikkiä ei havaita lämmönkehittymisnopeuden muutoksessa Aq kuviossa 5a esitetyn vikahälytyksen lähteen tapauksessa. Täten tulipalon esiintyminen voidaan ilmaista korre-20 laatiosta, kun sekä lämpötila Θ että lämmönkehittymisno-peus AQ suurenevat lineaarisesti. Tulipalon tapauksessa kuviossa 4b esitetty savunmuodostusnopeuden muutos ACs ja kuviossa 4c esitetty kaasunmuodostusnopeuden muutos AG nousevat korrelatiivisesti huippuarvoihin suhteessa ku- • · · 25 viossa 4a esitettyyn lämmönkehittymisnopeuden muutokseen • · · ·...· AQ, joten tarkempi tulipalon ilmaisu voidaan saada tarkis- • · « : tamalla korrelaatio näistä kolmesta parametristä, nimit täin lämmönkehittymisnopeus AQ, savunmuodostusnopeus ACs ja kaasunmuodostusnopeus AG, ainakin kahden parametrin 30 välillä.

• · · • Kääntäen, kuviossa 5 esitetyn vikahälytyksen läh teen tapauksessa, savunkehittyrnisnopeuden muutoksen ACs ja toisaalta kaasunmuodostusnopeuden muutoksen AG välillä sekä toisaalta lämmönkehittymisnopeuden muutoksen AQ' vä- 17 103368

Iillä ei ole korrelaatiota, josta vikahälytyksen lähde voitaisiin tarkasti erottaa. On myös mahdollista ilmaista palon ja vikahälytyksen lähde sen seikan perusteella, että savunmuodostusnopeus ACs ja kaasunmuodostusnopeus 5 A G vikahälytyksen tapauksessa ovat samanlaiset muutosmal-1iltaan kuin kuviossa 4 esitetyssä tulipalon tapauksessa, mutta muutoksen laajuus vikahälytyksen tapauksessa on pienempi kuin tulipalon tapauksessa.

Kuviot 6a ja 6b esittävät tuloksia samanlaisista 10 kokeista, joissa lämmönkehittymisnopeuden ajalliset muutokset AQ on piirretty lämpötilan Θ funktiona eri huonekoko j en tapauksessa. Tulokset osoittavat tyydyttävää yhtäpitävyyttä lämmönkehittymisnopeuden AQ laskettujen muutosten kanssa huolimatta huoneen koon muuttumisesta. Nähdään 15 siten, että sama lämmönkehittymisnopeuden muutos AQ voidaan saada esillä olevalla suoritusmuodolla saman tulipalon tapauksessa huolimatta huoneen koosta. Tämä pätee myös savunmuodostusnopeudelle ACs ja kaasunmuodostusnopeudel-le AG.

20 Kuviossa 1 esitetty tulipalon esiintymisen päätte- ly-yksikön 22 erityinen suoritusmuoto selitetään seuraa-vassa.

Esillä olevassa suoritusmuodossa tulipalon esiinty- 'minen ilmaistaan korrelatiivisella aritmeettisella operaa- ...I 25 tiolla tulipalon esiintymisen päättely-yksikössä 22 käyt- • · · ·...· täen kahta niistä parametreistä, jotka on saatu palon • » · ϊ.! : lähteen parametrien laskentayksiköstä 18, nimittäin läm- mönkehittyrnisnopeus AQ, savunmuodostusnopeus ACs ja kaa-sunmuodostusnopeus AG.

• · 30 Korrelaatiotekijä R määritellään ensin seuraavalla 1 kaavalla (4): 18 103368 R = Sxy/VSx-Sy (4) jossa Sxy, Sx ja Sy Ilmaistaan seuraavilla kaavoilla: 5 m2

Sx = Σ ( X± - X )2 i=ml 10 m2

Sy = Σ ( Yi - Ϋ )2 (5) i=ml 15 m2

Sxy = Σ Xi*Yi - η·Χ*Ϋ i=ml 20 jossa X, Y tarkoittavat minkä tahansa kahden suureista Aq, ACs ja AG yhdistelmää; X, Ϋ tarkoittavat ajallisesti keskiarvo!tettuja arvoja; n tarkoittaa käytetyn tiedon numeroa ( = m2 - ml + 1 ).

Yhtälöstä (4) laskettu korrelaatiotekijä R kerro-25 taan painottamista varten korrelaation laskemisessa käytetyn kahden arvon määräämän yhdistelmävektorin D itseisarvolla |D| painotetun korrelaatioarvon RD määrittämiseksi. Painotuksessa käytettävän yhdistelmävektorin itseisarvo |DI voidaan määritellä seuraavalla yhtälöllä: 30 |D| = |Ui+Vj| (6) • · · ...i jossa U ja V tarkoittavat mitä tahansa kahta palon lähteen • · · ·...* parametreistä AQ, ACs ja AG, jotka on erikseen muunnettu • « · ·.♦ ♦ optimoidulla skaalauksella, ja i ja j ovat vastaavien dimensioiden yksikkövektorit.

35 Koska korrelaatiotekijä R ja yhdistelmävektori • · muuttuvat ajallisesti, seuraava kaava ilmaisee painotetun • korrelaatioarvon RD ajan funktiona: RD(t) = R(t)+|D(t)| (7)

Täten tiettynä ajanhetkenä laskettu korrelaatiote-40 kijän R arvo painotetaan kahden ilmaistun arvon U ja V

19 103368 yhdistelmävektorin itseisarvosta |d| riippuvasti, ja määritetään korrelaatioarvo RD, joka on korrelaatiotekijä R painotettuna voimakkaammin U:n ja V:n suuremmilla arvoilla.

5 Kuvio 7a esittää painotetun korrelaatioarvon RD

ajallisia muutoksia määritettynä yhtälöistä (4) ja (7) käyttäen kuvioissa 4a ja 4b esitettyä lämmönkehittymisno-peutta AQ ja savunmuodostusnopeutta Acs tulipalon aikana. Kuviossa 7a korrelaatioarvossa RD esiintyy piikin jyrkkä 10 muutos. Tulipalo voidaan siten ilmaista, kun korrelaatio-arvo Rd ylittää ennalta asetetun kynnysarvon RL.

Kuvio 7b esittää kuviossa 7a esitetyn korrelaatio-arvon Rd derivoituja tietoja. Merkittävät muutokset, jotka riittävät tulipalon havaitsemiseen, esiintyvät samoin 15 näissä derivoiduissa tiedoissa.

Kuvio 8a esittää korrelaatioarvoa RD, joka on määritetty kaavojen (4) - (7) mukaan suhteessa lämmönke-hittymisnopeuteen AQ ja savunmuodostusnopeuteen ACs kuvioissa 5a ja 5b esitetyssä tapauksessa, kun tulipaloa ei 20 esiinny. Tässä tapauksessa korrelaatioarvo RD pysyy kynnysarvoa Rl alhaisemmalla tasolla, joten vikahälytyksen lähde voidaan ilmaista. Kuvio 8b esittää kuviossa 8a esitetyn korrelaatioarvon RD derivoitujen arvojen ajallisia muutoksia.

• · · ...: 25 Edellä selitetyssä suoritusmuodossa lämmönkehitty- • * · :.,.r misnopeus aikayksikköä kohti AQ, savunmuodostusnopeus • « « ' aikayksikköä kohti ACs ja CO-kaasun muodostusnopeus ai kayksikköä kohti AG lasketaan primaarisina palon lähteen :Y: parametreinä. Koska tulipalon liekit kuitenkin tuottavat • · .·*.·. 30 ioneja, paloilmoitusalueeseen voidaan sijoittaa ioniantu- • reita ja palon lähteen ionien tuoton muutos aikayksikköä kohti voidaan laskea ionianturin ilmaisemista tiedoista samanlaisella tavalla kuin primaariset palon lähteen parametrit, joten sitä voidaan käyttää palon ilmaisemisen 35 lisätietona.

Claims (5)

103368 20

1. Palohälytysjärjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää: 5 anturielimen, joka on sijoitettu paloilmoitusaluee- seen ja joka ilmaisee tulipaloon liittyvän fysikaalisen ilmiön, kuten lämpötilan, savukonsentraation tai CO-kaasun konsentraation; palon lähteen parametrien laskentaelimen, joka las-10 kee palon lähteen primaariset parametrit, kuten palon lähteen lämmönkehittyrnisnopeuden, savunmuodostusnopeuden tai kaasunmuodostusnopeuden, anturielimen antamien ilmaisutie-tojen ja ennalta asetetun aritmeettisen operaatiokaavan perusteella; sekä 15 tulipalon esiintymisen päättelyelimen, joka ilmai see tulipalon hälytyksen antamiseksi palon lähteen parametrien laskentaelimen laskemien palon lähteen parametrien muutosnopeuden perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen palohälytysjär-20 jestelmä, tunnettu siitä, että palon lähteen parametrien laskentaelin käsittää aritmeettisen operaatio-elimen, joka laskee primaariset palon lähteen parametrit : ' käänteisen aritmeettisen operaation avulla anturielimen ·; ilmaiseman lämpötilan, savukonsentraation tai CO-kaasun ; 25 konsentraation sekundaarisesta tiedosta, ja että tämä käänteinen aritmeettinen operaatio perustuu palo-olosuh- • · · · .···, teet valovottavassa huoneessa analysoivan, tulipaloa simu- • ♦ tlt loivan matemaattisen mallin mukaiseen kaavaan. • · ♦ « · ·

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen palohälytysjär-30 jestelmä, tunnettu siitä, että tulipalon esiin- • · · *·1·1 tymisen päättelyelin käsittää korrelaation laskevan eli- • · · • · ♦ V 1 men, joka ilmaisee tulipalon korrelaation laskennan avulla käyttäen ainakin kahta erilaista palonlähteen parametrien laskentaelimen hankkimaa primaarista parametriä. 103368 21

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen palohälytysjärjestelmä, tunnettu siitä, että korrelaation las-kentaelin on sovitettu ilmaisemaan tulipalo sellaisten laskentatulosten avulla, jotka on painotettu yhdistelmä- 5 vektorin D itseisarvolla, jonka vektorin määräävät ainakin kaksi erilaista korrelaation laskennassa käytettävää parametriä.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen palohälytysjärjestelmä, tunnettu siitä, että anturielin sisäl- 10 tää lämpötila-, savukonsentraatio- ja CO-kaasun konsent-raatioanturit. • · · Mtl • · · • · • · • » · • · • · · • « · • · • · · • · · • · 1 · · • · · • · · 103368 22