線型光纖感溫探測器在屋頂建筑應(yīng)用
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本文通過在室外設(shè)置具有植物性材料屋頂?shù)慕ㄖ锬Ｐ停谖蓓敱砻嬖O(shè)置線型光纖感溫探測器采集數(shù)據(jù)，通過各種材料的燃燒試驗(yàn)，對采用火災(zāi)判斷算法的線型光纖感溫探測器的探測性能進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證，試驗(yàn)證明通過在屋頂表面設(shè)置線型光纖感溫探測器，可以有效地實(shí)現(xiàn)對采用植物性材料屋頂?shù)墓沤ㄖ?、古代譴址火災(zāi)的早期探測。
1 火災(zāi)判斷算法
火災(zāi)判斷算法的流程圖如圖1所示。線型光纖感溫探測器設(shè)置在屋頂?shù)耐獗砻婕皟?nèi)表面，隨著周圍環(huán)境溫度的變化，輸出模擬值。該模擬值經(jīng)過數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換為探測溫度值tn，tn和定溫比較部分中預(yù)先設(shè)定的定溫值tsl相比較，當(dāng)大于tsl時(shí)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。
圖1 火災(zāi)判斷算法的流程圖
tc＝tc'+0.16(tn—tc)
tn：本次的探測溫度值
tc：本次的參照溫度值
tc'：下次的參照溫度值
溫差檢測部分將計(jì)算出的溫差值Δt輸入到火災(zāi)判斷部分，當(dāng)Δt大于火災(zāi)判定部分中預(yù)先設(shè)定的溫度值ts時(shí)，發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。
圖2是當(dāng)線型光纖感溫探測器的探測溫度值tn直線上升時(shí)，參照溫度值tc和溫差值Δt隨時(shí)間變化的曲線。如圖2所示，當(dāng)實(shí)線所表示的探測溫度值tn按一定趨勢直線上升時(shí)，根據(jù)公式計(jì)算得出的參照溫度值tc如虛線所示，隨著時(shí)間的變化也按照同一趨勢上升。因此，溫差值Δt經(jīng)過一段時(shí)間后趨于一個(gè)定值。
圖2 探測溫度值tn和參照溫度值tc
圖3 以探測溫度的溫升速率為參數(shù)的溫差時(shí)間變化
夏季茅草屋頂?shù)臏囟容^高，因此通過試驗(yàn)采集茅草屋頂表面的溫度數(shù)據(jù)，分析誤報(bào)的發(fā)生原因和特性，有效地區(qū)分真實(shí)火災(zāi)。
如圖4所示，建筑模型的屋頂材料為茅草。屋頂尺寸為長240cm、寬130em、厚35 cm、傾斜角度45度、東西放置。其中茅草部分為長220cm、寬110cm。
圖4 建筑物模型
圖5 光纖設(shè)置圖
在模型的屋頂外表面分別設(shè)置線型光纖感溫探測器、點(diǎn)型紅外火焰探測器、點(diǎn)型紫外火焰探測器，在屋頂內(nèi)表面分別設(shè)置線型光纖感溫探測器、點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測器。線型光纖感溫探測器的探測溫度值為tn，定溫判斷值tsl設(shè)定為60oC，溫差判斷值ts設(shè)定為7oC，屋頂材料分別采用茅草、柏樹皮、薄木板進(jìn)行燃燒試驗(yàn)。
3．1 茅草屋頂燃燒試驗(yàn)
試驗(yàn)條件設(shè)定為屋頂表面起火，風(fēng)在屋頂上面吹過。試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示，線型光纖感溫探測器幾乎在火焰發(fā)出的同時(shí)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。點(diǎn)型紫外、紅外火焰探測器對于茅草屋頂?shù)拿骰鹜瑯訄?bào)警較快。設(shè)置在屋頂內(nèi)表面的點(diǎn)型感煙探測器報(bào)警時(shí)間較遲，主要是由于風(fēng)從屋頂上面吹過，煙很難進(jìn)入建筑物內(nèi)部。
圖7 茅草屋頂燃燒試驗(yàn)
試驗(yàn)條件設(shè)定為屋頂表面起火，風(fēng)直接吹向屋頂使煙容易進(jìn)入室內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示，線型光纖感溫探測器在陰燃階段發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。柏樹皮燃燒時(shí)，陰燃火特征比較明顯，當(dāng)室內(nèi)的煙達(dá)到一定濃度后，點(diǎn)型感煙探測器發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)；而點(diǎn)型紫外、紅外火焰探測器由于其探測原理主要是對火焰進(jìn)行探測，因此報(bào)警時(shí)間較遲。
圖8 柏樹皮屋頂燃燒試驗(yàn)
試驗(yàn)條件同于柏樹皮屋頂燃燒試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示，線型光纖感溫探測器在陰燃階段發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。薄木板燃燒時(shí)火焰極其微小，幾乎處于陰燃狀態(tài)，因此和柏樹皮屋頂燃燒試驗(yàn)相似，點(diǎn)型感煙探測器報(bào)警時(shí)間較快，點(diǎn)型紫外、紅外火焰探測器報(bào)警時(shí)間較遲。
圖9 薄木板屋頂燃燒試驗(yàn)
4 結(jié)束語
通過在室外設(shè)置植物性材料屋頂?shù)慕ㄖＰ偷娜紵囼?yàn)，證明采用本文火災(zāi)判斷算法的線型光纖感溫探測器應(yīng)用在采用植物性材料屋頂?shù)墓沤ㄖ凸糯z址中，可以有效地實(shí)現(xiàn)火災(zāi)早期探測，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和有效性。
參考文獻(xiàn)：
[1] 山下邦博等．光纖探測器在古建筑中的應(yīng)用．日本報(bào)知機(jī)株式會(huì)社技術(shù)論文集，1998年總第14期．
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