Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung unterirdischer Anlagen, in denen naturgemäß oder erzwungen Strömungen vorherrschen, wie Tunnel, Passagen, Kanäle o.ä.
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 aus der US-A-4 149 159 bereits bekannt, entlang der Decke des Tunnels Detektoren zu installieren. Ferner ist z. B. bei dem System ADW 511 Transafe - der lineare Wärmemelder - längs der Tunneldecke ein Kupferfühlrohr 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 erfordem 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 Messstrekken. 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 Bereich 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 Strömungsverhältnisse 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 Überschreitens einer maximal zulässigen Konzentration wird ein Alarmsignal an eine Überwachungszentrale gegeben und eine Löscheinrichtung in Betrieb gesetzt. Derartige Rauchansaugsysteme werden beispielsweise in Prospektblättem der Firma Wagner Alarm- und Sicherungssysteme GmbH, Langenhagen 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 Installationsdichte 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 Erwärmung 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 erfasst und exakt lokalisiert werden muss. Dabei ist die Art der Detektierung unerheblich. Durch die erfindungsgemäße Detektierung quer zur Strömungsrichtung 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 Rauchgasmeldem 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 lokalen, 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 eines 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 Ansaugdüsen 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 angesaugt, 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 Konzentration 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
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 Verkehrstunnels 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 Tunneldekke. 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 befindliche Detektor 8 ein Signal liefem, 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.