线型光纤感温探测器在屋顶建筑应用

大多数采用木制结构的历史古建筑和古代遗址，屋顶多采用茅草、树皮、薄木板等植物性材料。在炎热的夏季，这类建筑物从屋顶表面起火的可能性较大。建筑物一旦发生火灾，火焰发展迅速，不但可能造成古建 筑、古代遗址全部烧毁，更可能蔓延到相邻的建筑。而传统的火灾探测器，主要是对建筑物内部发生的火灾进行早期探测，对于从屋顶表面发生的火灾实现早期探测效果不是非常明显。

本文通过在室外设置具有植物性材料屋顶的建筑物模型，在屋顶表面设置线型光纤感温探测器采集数据，通过各种材料的燃烧试验，对采用火灾判断算法的线型光纤感温探测器的探测性能进行了实际验证，试验证明通过在屋顶表面设置线型光纤感温探测器，可以有效地实现对采用植物性材料屋顶的古建筑、古代谴址火灾的早期探测。

1 火灾判断算法

火灾判断算法的流程图如图1所示。线型光纤感温探测器设置在屋顶的外表面及内表面，随着周围环境温度的变化，输出模拟值。该模拟值经过数据处理转换为探测温度值tn，tn和定温比较部分中预先设定的定温值tsl相比较，当大于tsl时发出火灾报警信号。

图1 火灾判断算法的流程图

探测温度值tn同时输入到温差检测部分与参照温度设定值tc相比较，温差值为Δt。参照温度值tc是在参照温度修正部分按照下列公式每次计算得出的修正温度值。

tc＝tc'+0.16(tn—tc)

tn：本次的探测温度值
tc：本次的参照温度值
tc'：下次的参照温度值

温差检测部分将计算出的温差值Δt输入到火灾判断部分，当Δt大于火灾判定部分中预先设定的温度值ts时，发出火灾报警信号。

图2是当线型光纤感温探测器的探测温度值tn直线上升时，参照温度值tc和温差值Δt随时间变化的曲线。如图2所示，当实线所表示的探测温度值tn按一定趋势直线上升时，根据公式计算得出的参照温度值tc如虚线所示，随着时间的变化也按照同一趋势上升。因此，温差值Δt经过一段时间后趋于一个定值。

图2 探测温度值tn和参照温度值tc

图3是以探测温度tn的温升速率为参数，探测温度tn和参照温度tc的温差值Δt的时间变化曲线。从图中可以看出，探测温度的温升速率越大，温差最后趋向于一个较高值；探测温度的温升速率越小，温差最后趋向于一个较低值。

图3 以探测温度的温升速率为参数的温差时间变化

2 数据采集试验

夏季茅草屋顶的温度较高，因此通过试验采集茅草屋顶表面的温度数据，分析误报的发生原因和特性，有效地区分真实火灾。

如图4所示，建筑模型的屋顶材料为茅草。屋顶尺寸为长240cm、宽130em、厚35 cm、倾斜角度45度、东西放置。其中茅草部分为长220cm、宽110cm。

图4 建筑物模型

如图5所示，线型光纤感温探测器沿屋顶表面垂直2条线设置，间隔50 cm。屋顶表面同时设置热电偶、照度计。数据采集时间间隔为16s。

图5 光纤设置图

试验结果如图6所示，线型光纤感温探测器的探测温度随太阳的上升而上升，当天气由晴转多云时探测温度下降。试验数据证明线型光纤感温探测器的探测温度和太阳光的照度关系较大。

3 燃烧试验

在模型的屋顶外表面分别设置线型光纤感温探测器、点型红外火焰探测器、点型紫外火焰探测器，在屋顶内表面分别设置线型光纤感温探测器、点型感烟火灾探测器。线型光纤感温探测器的探测温度值为tn，定温判断值tsl设定为60ºC，温差判断值ts设定为7ºC，屋顶材料分别采用茅草、柏树皮、薄木板进行燃烧试验。

3．1 茅草屋顶燃烧试验

试验条件设定为屋顶表面起火，风在屋顶上面吹过。试验结果如图7所示，线型光纤感温探测器几乎在火焰发出的同时发出火灾报警信号。点型紫外、红外火焰探测器对于茅草屋顶的明火同样报警较快。设置在屋顶内表面的点型感烟探测器报警时间较迟，主要是由于风从屋顶上面吹过，烟很难进入建筑物内部。

图7 茅草屋顶燃烧试验

3．2 柏树皮屋顶燃烧试验

试验条件设定为屋顶表面起火，风直接吹向屋顶使烟容易进入室内。试验结果如图8所示，线型光纤感温探测器在阴燃阶段发出火灾报警信号。柏树皮燃烧时，阴燃火特征比较明显，当室内的烟达到一定浓度后，点型感烟探测器发出火灾报警信号；而点型紫外、红外火焰探测器由于其探测原理主要是对火焰进行探测，因此报警时间较迟。

图8 柏树皮屋顶燃烧试验

3.3 薄木板屋顶燃烧试验

试验条件同于柏树皮屋顶燃烧试验。试验结果如图9所示，线型光纤感温探测器在阴燃阶段发出火灾报警信号。薄木板燃烧时火焰极其微小，几乎处于阴燃状态，因此和柏树皮屋顶燃烧试验相似，点型感烟探测器报警时间较快，点型紫外、红外火焰探测器报警时间较迟。

图9 薄木板屋顶燃烧试验

试验结果表明，采用该火灾判断算法的线型光纤感温探测器可以有效地防止误报，同时和设置在屋顶外表面的点型红外、紫外火焰探测器及设置在屋顶内表面的点型感烟火灾探测器的报警时间相比较在火灾探测方面具有显著的有效性。

4 结束语

通过在室外设置植物性材料屋顶的建筑模型的燃烧试验，证明采用本文火灾判断算法的线型光纤感温探测器应用在采用植物性材料屋顶的古建筑和古代遗址中，可以有效地实现火灾早期探测，具有较强的实用性和有效性。

参考文献：
[1] 山下邦博等．光纤探测器在古建筑中的应用．日本报知机株式会社技术论文集，1998年总第14期．