摘要：通過實(shí)際試驗(yàn)，分析屋頂采用植物性材料建筑的燃燒特性，證明線型光纖感溫探測(cè)器可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)該類建筑火災(zāi)的早期探測(cè)。
關(guān)鍵詞：線型光纖感溫探測(cè)器；植物性材料；火災(zāi)判斷算法
大多數(shù)采用木制結(jié)構(gòu)的歷史古建筑和古代遺址，屋頂多采用茅草、樹皮、薄木板等植物性材料。在炎熱的夏季，這類建筑物從屋頂表面起火的可能性較大。建筑物一旦發(fā)生火災(zāi)，火焰發(fā)展迅速，不但可能造成古建 筑、古代遺址全部燒毀，更可能蔓延到相鄰的建筑。而傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)器，主要是對(duì)建筑物內(nèi)部發(fā)生的火災(zāi)進(jìn)行早期探測(cè)，對(duì)于從屋頂表面發(fā)生的火災(zāi)實(shí)現(xiàn)早期探測(cè)效果不是非常明顯。
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(cè)器采集數(shù)據(jù)，通過各種材料的燃燒試驗(yàn)，對(duì)采用火災(zāi)判斷算法的線型光纖感溫探測(cè)器的探測(cè)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(cè)器，可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)采用植物性材料屋頂?shù)墓沤ㄖ⒐糯l址火災(zāi)的早期探測(cè)。
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(cè)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(cè)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
探測(cè)溫度值tn同時(shí)輸入到溫差檢測(cè)部分與參照溫度設(shè)定值tc相比較，溫差值為Δt。參照溫度值tc是在參照溫度修正部分按照下列公式每次計(jì)算得出的修正溫度值。
tc＝tc'+0.16(tn—tc)
tn：本次的探測(cè)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(cè)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(cè)器的探測(cè)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(cè)溫度值tn按一定趨勢(shì)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(shì)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(cè)溫度值tn和參照溫度值tc
圖3是以探測(cè)溫度tn的溫升速率為參數(shù)，探測(cè)溫度tn和參照溫度tc的溫差值Δt的時(shí)間變化曲線。從圖中可以看出，探測(cè)溫度的溫升速率越大，溫差最后趨向于一個(gè)較高值；探測(cè)溫度的溫升速率越小，溫差最后趨向于一個(gè)較低值。
圖3 以探測(cè)溫度的溫升速率為參數(shù)的溫差時(shí)間變化
2 數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)
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(zhǎng)240cm、寬130em、厚35 cm、傾斜角度45度、東西放置。其中茅草部分為長(zhǎng)220cm、寬110cm。
圖4 建筑物模型
如圖5所示，線型光纖感溫探測(cè)器沿屋頂表面垂直2條線設(shè)置，間隔50 cm。屋頂表面同時(shí)設(shè)置熱電偶、照度計(jì)。數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為16s。
圖5 光纖設(shè)置圖
試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，線型光纖感溫探測(cè)器的探測(cè)溫度隨太陽(yáng)的上升而上升，當(dāng)天氣由晴轉(zhuǎn)多云時(shí)探測(cè)溫度下降。試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明線型光纖感溫探測(cè)器的探測(cè)溫度和太陽(yáng)光的照度關(guān)系較大。
3 燃燒試驗(yàn)
在模型的屋頂外表面分別設(shè)置線型光纖感溫探測(cè)器、點(diǎn)型紅外火焰探測(cè)器、點(diǎn)型紫外火焰探測(cè)器，在屋頂內(nèi)表面分別設(shè)置線型光纖感溫探測(cè)器、點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器。線型光纖感溫探測(cè)器的探測(cè)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(cè)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(cè)器對(duì)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(cè)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)
3．2 柏樹皮屋頂燃燒試驗(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(cè)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(cè)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(cè)器由于其探測(cè)原理主要是對(duì)火焰進(jìn)行探測(cè)，因此報(bào)警時(shí)間較遲。
圖8 柏樹皮屋頂燃燒試驗(yàn)
3.3 薄木板屋頂燃燒試驗(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(cè)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(cè)器報(bào)警時(shí)間較快，點(diǎn)型紫外、紅外火焰探測(cè)器報(bào)警時(shí)間較遲。
圖9 薄木板屋頂燃燒試驗(yàn)
試驗(yàn)結(jié)果表明，采用該火災(zāi)判斷算法的線型光纖感溫探測(cè)器可以有效地防止誤報(bào)，同時(shí)和設(shè)置在屋頂外表面的點(diǎn)型紅外、紫外火焰探測(cè)器及設(shè)置在屋頂內(nèi)表面的點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測(cè)器的報(bào)警時(shí)間相比較在火災(zāi)探測(cè)方面具有顯著的有效性。
4 結(jié)束語(yǔ)
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(cè)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(cè)，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(cè)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．
