EP1360669A1 - Verfahren und einrichtung zur überwachung unterirdischer anlagen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur überwachung unterirdischer anlagen

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EP1360669A1
EP1360669A1 EP02708209A EP02708209A EP1360669A1 EP 1360669 A1 EP1360669 A1 EP 1360669A1 EP 02708209 A EP02708209 A EP 02708209A EP 02708209 A EP02708209 A EP 02708209A EP 1360669 A1 EP1360669 A1 EP 1360669A1
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    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
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    • G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G08B17/113—Constructional details

Definitions

  • Claim 5 relates to a device for monitoring underground systems, in which the measuring plane is arranged transversely to the direction of flow of the air.
  • the following claims 6 and 7 relate to certain arrangements of detectors within a measurement plane.
  • the new procedure meets the requirement that an impermissible change in the physical or chemical properties of the air within the underground system must be detected as quickly as possible and precisely localized.
  • the type of detection is irrelevant.
  • the detector (s) closest to the cause of the change will make the decisive contribution to triggering an alarm signal to the sum signal determined integratively over the entire level.
  • Even higher wind speeds have no significant influence on the detection, since the detectors are not only arranged on the ceiling, but also in the area of the walls and floor of the building.
  • the invention has the advantage that, in the case of the installation of individual detectors, relatively insensitive and therefore inexpensive detectors, for example optical detectors, which only deliver a signal when a certain status is reached, can be used.
  • the decisive factor is that the air-pollutant gas mixture reaching the evaluation device is recognized by the latter as exceeding the threshold value.
  • the arrangement of suction nozzles in the area of the floor of the underground system means that it is also possible to detect harmful gases whose density is greater than air. Since the set threshold value is only exceeded if several suction nozzles suck in a harmful gas over a longer period of time or, in the event of a fire, flue gas is sucked in quickly from several nozzles, ie a quantitative increase in the harmful gases is suddenly detected, there is a reliable distinction between dangerous and only due to increased traffic or standing traffic caused air changes possible.
  • a locally high, but locally and temporally limited concentration of exhaust gases from motor vehicles registered by only one or two detectors reaches the set integral
  • a further increase in security in underground systems is possible if sensors measuring different properties are installed within a measurement level or, for example, optical or thermal detectors are installed in addition to suction nozzles. This is possible due to the use of inexpensive, less susceptible and low-maintenance detectors with an economically justifiable effort.

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Description

Verfahren und Einrichtung zur Überwachung unterirdischer Anlagen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung unterirdischer Anlagen, in denen naturgemäß oder erzwungen Strömungen vorherrschen, wie Tunnel, Passagen, Kanäle o.a.
Zur Gewährleistung eines hohen Sicherheitsstandards unterirdischer Verkehrsanlagen wird gefordert, die dort installierten Löschanlagen durch Brandmeldeeinrichtungen auszulösen, um einen Brand frühzeitig, d. h. bereits in seiner Entstehungsphase, eindämmen und eine Brandausbreitung verhindern zu können. Dazu ist es bereits bekannt, entlang der Decke des Tunnels Detektoren zu installieren. So ist z. B. bei dem System ADW 511 Transafe - der lineare Wärmemelder - längs der Tunneldecke ein Kupferfühl- röhr installiert, in dem sich ein Gas befindet. Die bei lokaler Erwärmung hervorgerufene Druckänderung wird durch einen am Ende des Rohres angeschlossenen elektronischen Druckaufnehmer sofort registriert (SecuriSens - Homepage/Internetauftritt). Um Fehlmessungen zu vermeiden, muss der in dem Rohr vorherrschende Druck ständig überwacht werden. Hierzu ist ein Prüfmotor vorgesehen, der in regelmäßigen Intervallen einen bestimmten Überdruck im Prüfrohr erzeugt. Mit diesem quasi als Vergleichsmesswert dienenden Druck wird der tatsächliche Druckanstieg verglichen. Bei Abweichung des gemessenen Druckes von dem Prüfdruck wird ein Signal ausgelöst. Sowohl der erforderliche Prüfmotor als auch die Verfahrensweise erfor- dem einen zusätzlichen Aufwand.
Auf einem ähnlichen Prinzip beruht das Wärmesensorkabel TSC 511 , das ebenfalls unter der Marke SecuriSens über den Internetauftritt der Firma bekannt geworden ist. Auch hier erfolgt die Installation über lange Messstrek- ken. Auf einem ummantelten Flachbandkabel, das als Daten- und Speicherbus dient, sind in regelmäßigen Abständen kleine Temperatursensoren aufgebracht, die regelmäßig abgefragt werden. Eine Auswertelogik entscheidet anhand von vorgegebenen Werten, wann eine unzulässig hohe Erwärmung signalisiert werden muss.
Der Nachteil beider thermischer Überwachungsverfahren besteht darin, dass sie verhältnismäßig teuere Linienmelder erfordern. Ferner ist aus der Praxis bekannt, dass die Signalisierung einer lokalen Temperaturerhöhung im Be- reich der Tunneldecke für eine frühzeitige Feststellung eines Brandes ungeeignet ist, da sich der Brand zum Zeitpunkt der Auslösung des Temperatursignals bereits in gefährlicher Weise ausgebreitet haben kann. Außerdem lassen die in einem Tunnel vorherrschenden unwägbaren Ström ungsverhältnis- se keine örtlich genaue Branddetektierung zu.
Ferner ist es bereits bekannt, entlang der Tunneldecke Ansaugdüsen zu installieren. Die von diesen angesaugte Luft wird Detektoren zugeleitet, die die Luft auf Brand-, Rauch- und Schadgase untersuchen. Im Fall des Über- schreitens einer maximal zulässigen Konzentration wird ein Alarmsignal an eine Überwachungszentrale gegeben und eine Löscheinrichtung in Betrieb gesetzt. Derartige Rauchansaugsysteme werden beispielsweise in Prospektblättern der Firma Wagner Alarm- und Sicherungssysteme GmbH, Lan- genhagen angeboten. In der Praxis hat sich jedoch die Unzuverlässigkeit derartiger Brandmeldeeinrichtungen gezeigt. Wie in dem Artikel der Siemens, Cerberus Devision, Männdorf, Schweiz, ausgeführt, sind die Ursachen hierfür hauptsächlich in den Unwägbarkeiten der Strömungsverhältnisse, wie sie in unterirdischen Verkehrsanlagen vorherrschend sind, zu suchen (Märgele, R., "Branddetektion und Löschung von Tunnelbränden im Test", S+S report, 2/2000, S. 36 - 41 ). Die Folge sind zu späte und örtlich sehr ungenaue
Signalauslösungen. Ein weiterer Nachteil dieser Brandmeldetechik besteht darin, dass zur Unterscheidung der Brand- und Rauchgase von Nebel und üblichen KFZ-Abgasen sehr teure Detektoren verwendet werden, um Fehlauslösungen zu vermeiden. In der Praxis wird aus Kostengründen die In- stallationsdichte derartiger Detektoren sehr niedrig gehalten. Dadurch kann wiederum der Ort der Brandentstehung nicht exakt ermittelt werden. Zur sicheren Brandeindämmung ist jedoch seine Lokalisierung auf wenige Meter genau erforderlich.
Um Fehlauslösungen von Löscheinrichtungen einzuschränken hat man auch schon vorgeschlagen, die von den Rauchgasdetektoren initiierten Signale zunächst auf Kommandozentralen zu schalten, die von geschulten Operateuren überwacht werden. Nach einer von den Operateuren durchgeführten Erkundung sollen diese über die Auslösung der Löschanlage entscheiden. Eine derartige Vorgehensweise wäre nicht nur sehr kostenintensiv, sondern aufgrund subjektiver Fehleinschätzungen mit einem zu hohen Risiko verbunden. Eine zuverlässigere und vor allem von den Strömungsverhältnissen in einem Tunnel unabhängige Branddetektierung soll mittels eines ebenfalls linear im Tunnel installierten Wärmemeldesystems möglich sein. Ein durch ein fiberoptisches Kabel gesendeter Laserimpuls wird aufgrund einer partiellen Er- wärmung des Kabels verändert. Da nach Aussage der o. g. Veröffentlichung (ebenda S. 41 , Spalte 1 , oben) die Erwärmung des Kabels allein durch die nicht vom Tunnelwind beeinflussbare Strahlungswärme eines Feuers hervorgerufen werden soll, kann der Brandort präzise bestimmt werden. Der Nachteil dieses Brandmeldekabels liegt allerdings auch ohne vorhandene Erprobungsergebnisse in realen Verkehrsanlagen auf der Hand: Das Kabel selbst ist aufgrund seines komplizierten Aufbaus sehr teuer und wegen seiner Bestandteile selbst brennbar. Außerdem erfordert die Auswertung der Signale sowie die exakte Brandortung eine aufwendige Software.
Das Problem der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Überwachung unterirdischer Anlagen zu schaffen, das mit wirtschaftlich vertretbaren Aufwand eine hohe Zuverlässigkeit ermöglicht. Insbesondere soll eine schnelle Detektierung und örtlich genaue Lokalisierung von Brandherden sowie bei der Verwendung von Gasdetektoren eine sichere Unterscheidung der Rauch- und Brandgase von KFZ-Abgasen möglich sein. In den hierzu erforderlichen Einrichtungen sollen einfache und robuste Detektoren verwendet werden können. Schließlich soll der Aufwand an Auswerte-Software gegenüber den oben beschriebenen Lösungen deutlich geringer sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 4 stellen vorteilhafte Verfahrensweisen dar. Der Patentanspruch 5 betrifft eine Einrichtung zur Überwachung unterirdischer Anlagen, bei der die Messebene quer zur Strömungsrichtung der Luft angeordnet ist. Die folgenden Patentansprüche 6 und 7 betreffen bestimmte Anordnungen von Detektoren innerhalb einer Messebene.
Mit dem neuen Verfahren wird der Forderung Rechnung getragen, dass eine unzulässige Veränderung der physikalischen bzw. chemischen Eigenschaften der Luft innerhalb der unterirdischen Anlage so schnell wie möglich er- fasst und exakt lokalisiert werden muss. Dabei ist die Art der Detektierung unerheblich. Durch die erfindungsgemäße Detektierung quer zur Strömungs- richtung der Luft wird der bzw. werden die der Ursache der Veränderung nächstgelegenen Detektoren den zur Auslösung eines Alarmsignals entscheidenden Beitrag zu dem integrativ über die gesamte Ebene ermittelten Summensignal liefern. Auch höhere Windgeschwindigkeiten bleiben ohne wesentlichen Einfluss auf die Detektierung, da die Detektoren nicht nur an der Decke, sondern auch im Bereich der Wände und des Bodens der baulichen Anlage angeordnet sind. Darüber hinaus hat die Erfindung den Vorteil, dass im Fall der Installation einzelner Detektoren verhältnismäßig unempfindliche und damit kostengünstige Detektoren, beispielsweise optische Melder, die lediglich nur bei Erreichen eines bestimmten Status ein Signal liefern, verwendet werden können. Auch bei der Installation von Rauchgasmeldern entlang des Lichtraumprofils kommt es nicht mehr auf deren hohe Empfindlichkeit, sondern lediglich auf das Ansprechen des bzw. der von dem Rauchgas erreichten Melder an. Diese Melder brauchen nicht mehr die Fähigkeit der Unterscheidung zwischen KFZ-Abgasen und tatsächlich gefährlichen Rauchgasen zu besitzen. Durch die Integration aller innerhalb der Messebene angeordneten Melder erhält man eine Schadgasinformation bezogen auf einen bestimmten, örtlich genau definierten Querschnitt der Anlage. Das erhaltene Summensignal ermöglicht es, ohne weiteres zwischen einem kurzzeitig lo- kalen, also rasch wieder abklingenden Ausstoß von KFZ-Abgasen und einer andauernden bzw. stärker werdenden Emission von Brandgasen zu unterscheiden. Wenn auch selbstverständlich alle Veränderungen der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften registriert werden, so bewirken ausschließlich punktuelle Veränderungen der Eigenschaften zunächst keine Signalauslösung. Damit kommt es beim kurzzeitigen Ansprechen einzelner Detektoren zu keiner Fehlalarmauslösung.
Eine wirtschaftlich besonders günstige Variante der Erfindung besteht darin, anstelle einzelner Detektoren strömungstechnisch ausgelegte Ansaugdüsen oder -Öffnungen zu installieren, über die ständig Luft angesaugt wird. Das sich aus der Summe der von allen Düsen angesaugten Luft ergebene Gemisch wird in einer je Messebene vorgesehenen Detektions- und Auswerteeinrichtung mit einem Schwellwert verglichen. Hierzu kann auch der Detektor sehr einfach aufgebaut sein, da er nur unterschiedliche Konzentrationen ei- nes Schadgases in der angesaugten Luft signalisieren, nicht jedoch deren Zusammensetzung ermitteln muss. Derartige Detektoren müssen auch keine hohe Empfindlichkeit besitzen. Sie geben nur dann ein Signal, wenn die Konzentration des Schadgases in der angesaugten Luft den eingestellten Schwellwert überschreitet. Dabei ist es unerheblich, welche der Ansaugdüsen das kritische Schadgas ansaugt. Maßgeblich ist, dass das die Auswerteeinrichtung erreichende Luft-Schadgas-Gemisch von dieser als den Schwellwert überschreitend erkannt wird. Durch die Anordnung von An- saugdüsen im Bereich des Bodens der unterirdischen Anlage können somit auch solche Schadgase festgestellt werden, deren Dichte größer als Luft ist. Da der eingestellte Schwellwert nur dann überschritten wird, wenn mehrere Ansaugdüsen über einen längeren Zeitraum ein Schadgas ansaugen oder im Fall eines Brandes Rauchgas von mehreren Düsen in kurzer Zeit ange- saugt, d. h. sprunghaft eine quantitative Erhöhung der Schadgase festgestellt wird, ist eine sichere Unterscheidung zwischen gefährlichen und lediglich aufgrund erhöhten Verkehrsaufkommens oder stehenden Verkehrs hervorgerufenen Luftveränderungen möglich. Eine örtlich zwar hohe, jedoch von nur einem oder zwei Detektoren registrierte örtlich und zeitlich begrenzte Konzen- tration an Abgasen von Kraftfahrzeugen erreicht die eingestellte integrale
Schadgasschwellkonzentration nicht. Somit kann es allein durch Abgase von Kraftfahrzeugen nicht mehr zu einer Fehlalarmauslösung kommen. Da sich mehrere Messebenen über die gesamte Länge der unterirdischen Anlage erstrecken, ist der Entstehungsort der Schadgasemisson exakt bestimmbar.
Eine weitere Erhöhung der Sicherheit in unterirdischen Anlagen ist möglich, wenn innnerhalb einer Messebene unterschiedliche Eigenschaften erfassende Sensoren oder zusätzlich zu Ansaugdüsen beispielsweise optische oder thermische Melder installiert werden. Dies ist aufgrund der Verwendung kostengünstiger, wenig störanfälliger und wartungsarmer Detektoren mit einem wirtschaftlich vertretbaren Aufwand möglich.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen
Fig. 1 das Schema einer in einem Tunnel installierten Brandmeldeeinrichtung nach dem Prinzip der Luftansaugung, Fig. 2 eine Brandmeldeeinrichtung nach dem Prinzip der Installation von Sen- soren in einer Messebene und
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Tunnel gem. Fig. 1. In den Figuren 1 und 2 ist jeweils ein Abschnitt eines Verkehrstunnels, dessen Lichtraumprofil durch eine gewölbte Tunnelwandung 1 begrenzt wird, dargestellt. In Fig. 1 sind dem Lichtraumprofil folgend an der Tunnelwandung 1 mit einem Abstand von ca. 50 m zwei Rohrbögen 2 installiert, die mit einem Rohrende in eine nicht näher dargestellte Detektoreinrichtung 3 münden. In die Rohrbögen 2 sind gleichmäßig über deren Umfang verteilt Ansaugöffnungen 4 eingebracht. Ihre Öffnungsdurchmesser sind strömungstechnisch so ausgelegt, dass bei gleichbleibender Saugleistung an jeder Öffnung der gleiche Volumenstrom pro Zeiteinheit angesaugt wird. Am Boden des Verkehr- stunnels befindet sich ein Brandherd 5, der zu einer intensiven Rauchentwicklung führt. Der Brandrauch 6 breitet sich in Richtung der im Verkehrstunnel vorherrschenden und durch einen Pfeil gekennzeichneten Luftströmung 7 aus. Während die Ansaugöffnungen 4 des in Strömungsrichtung ersten Rohrbogens 2 noch normale Tunnelluft ansaugen, ist bei der über den nachfolgenden Rohrbogen 2 angesaugten Luft schon ein erheblicher Anteil der Rauchgase dabei. Als Brandrauchquelle wird der Abschnitt des Verkehrstunnels angezeigt werden, der in Strömungsrichtung vor dem detektierenden Rohrbogen 2 liegt.
Im Unterschied zu Fig. 1 sind in Fig. 2 an Stelle der Rohrbögen 2 an der Tunnelwandung 1 Detektoren 8 installiert. Von jedem Detektor 8 geht eine Signalleitung zu einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit 9, in der je nach Auswertemodus eine Integration aller in dieser Messebene ermittelten Einzelsignale erfolgt. Die so gewonnene Information wird mit dem vorgegebenen Schwellwert verglichen, wobei bei dessen Überschreitung ein Alarmsignal ausgelöst wird. Als Detektoren 8 können Melder einfacher Bauart, wie optische Melder, Rauchmelder oder Wärmemelder, eingesetzt werden. Da diese für sich allein nur einen bestimmten Status, nämlich das Vorhandensein eines bestimmten physikalischen oder chemischen Zustandes, signalisieren, also keine Informationen über Intensität, Qualität oder die Zulässigkeit dieses Zustandes liefern müssen, können auch bei dieser Variante einfache und preisgünstige Melder verwendet werden. Erst die Integration über alle gemessenen Werte innerhalb einer Messebene liefert die gewünschte, d. h. die für die richtige Beurteilung der vorherrschenden Situation sachlich richtige Information.
Besonders gut wird das Wesen der Erfindung aus der in Fig. 3 gezeigten Querschnittsdarstellung des Tunnels erkennbar. Im Fall eines Brandes sammelt sich der Brandrauch 6 binnen kurzer Zeit unterhalb der Tunneldek- ke. Sämtliche in diesem Bereich befindlichen Ansaugöffnungen 4 der dem Brandherd 5 in Strömungsrichtung nachfolgenden Rohrbögen 2, das sind gut ein Drittel aller Ansaugöffnungen 4 je Rohrbogen 2, saugen den Brandrauch 6 an. Das in der Detektoreinrichtung 3 ankommende Luft-Rauch-Gemisch wird sofort als gefährlich erkannt, so dass es zur Alarmauslösung kommt. Im Gegensatz dazu wird das aus einem nach oben gerichteten Abgasrohr eines LKW austretende Abgas zwar über die gesamte Tunnellänge aber eben nur von ein oder zwei Ansaugöffnungen 4 angesaugt, so dass das Luft-Abgas- Gemisch nicht die für eine Alarmauslösung erforderliche kritische Konzentration erreicht.
Genauso verhält es sich, wenn, wie in Fig. 2 gezeigt, anstelle der Ansaugöffnungen 4 Detektoren 8 angeordnet sind. Die jeweils im höchsten Punkt der Tunnelwandung 1 angeordneten Detektoren 8 wirken über die gesamte Tunnellänge quasi wie ein Linienmelder. In kurzer Zeit nacheinander über die gesamte Tunnellänge ansprechende Detektoren 8 weisen auf ein durchfahrendes Fahrzeug mit nach oben gerichteten Abgasrohr hin. Tritt das Abgas unten seitlich am Fahrzeug aus, wird zwar der in unmittelbarer Nähe befindli- ehe Detektor 8 ein Signal liefern, die Auswerteeinheit 9 jedoch, bei Vergleich mit dem jeweiligen Signal der in derselben Messebene gelegenen übrigen Detektoren 8 wegen seines geringen Anteils im Verhältnis zur Gesamtzahl der Detektoren 8, keinen Alarm auslösen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung unterirdischer Anlagen, in denen naturgemäß oder erzwungen Strömungen vorherrschen, wie Tunnel, Passagen, Kanäle o.a., durch entlang der gesamten Länge der zu überwachenden Anlagen zumindest abschnittsweiser Erfassung und Auswertung von sich gegenüber einem als Normalzustand definierten Zustand verändernden physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften, beispielsweise der Temperatur, der Lichtverhälnisse oder der Zusammensetzung der Luft, in diesen Anlagen, wobei im Fall des Überschreitens einer zulässigen physikalischen und/oder chemischen Größe ein Signal ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften je Abschnitt quer zur Strömung (7) der Luft über das Lichtraumprofil der unterirdischen Anlage erfasst und ausgewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften an der Decke, an der Wandung und/oder im Bereich des Bodens gleichzeitig gemessen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass jeder einzelne zu einer quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Meßebene gehörende Messwert mit einem Schwellwert verglichen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus allen zu einer quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Meßebene gehörenden Messwerten eine Summe gebildet wird.
5. Einrichtung zur Überwachung unterirdischer Anlagen großer Länge, in denen naturgemäß oder erzwungen Strömungen vorherrschen, wie Tunnel, Passagen, Kanäle o.a., mittels entlang der gesamten Länge der zu überwachenden Anlagen zumindest abschnittsweise angeordneten Sensoren und/oder Ansaugdüsen zur Erfassung von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften, beispielsweise der Temperatur, der Lichtverhälnisse oder der Zu- sammensetzung der Luft, in diesen Anlagen, die mit einer Auswerteeinrichtung in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren und/oder Ansaugdüsen (4, 8) je Abschnitt in einer Ebene quer zur Strömung der Luft über das Lichtraum profil der unterirdischen Anla- ge angeordnet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren und/oder Ansaugdüsen (4, 8) im Decken-, Wand- und/oder Bodenbereich der Anlage mindestens in Abschnitten gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet, dass je Messebene unterschiedliche Eigenschaften erfassende Sensoren (8) angeordnet sind.
Hierzu zwei Seiten Zeichnung
EP02708209A 2001-02-16 2002-02-01 Verfahren und einrichtung zur überwachung unterirdischer anlagen Expired - Lifetime EP1360669B1 (de)

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