CC BY
6
Kalina Szafarczyka)*
'> The Main School of Fire Service / Szkola Glowna Sluzby Pozarniczej * Corresponding author / Autor korespondencyjny: kalina.szafarczyk@ibt.org.pl
Reducing the Multi-Sensor Smoke Detectors Susceptibility to False Triggering Ograniczenie podatnosci wielodetektorowych czujek pozarowych na mylne wzbudzenia
ABSTRACT
Purpose: An assessment of the possibility of reducing the susceptibility of fire detectors to false alarms was carried out by: 1) analysing the impact of changing the operating modes of a multi-sensor detector on minimizing false alarms, and 2) verifying, using ANOVA tests, two hypotheses: either the settings or the sensitivity of the sensor affect the susceptibility of the detectors to false alarms.
Project and methods: In order to assess the impact of false alarms on the operation of facilities equipped with a Fire Alarm System, a survey was conducted, directed at their administrators. A study of the fire detectors susceptibility to false alarms included placing the DTC-6046 multi-sensor detector in a closed test chamber and initiating the detector's triggering by a deceptive agent. It was then observed whether the detector would initiate a fire alarm depending on different operating mode settings. The operation of the sensors was changed to interdependent, independent or coincidence work. Sensitivity settings of the sensors were changed from normal to increased by 20%, decreased by 20% or by 40%. An analysis using ANOVA test was conducted to verify which settings have a significant impact on minimising false alarms. Based on the results, example configuration guidelines were developed. Results: Based on the study, the following main results were formulated. The configuration least prone to false triggering is the one in which the sensors operate interdependently and the sensitivity is reduced by 40%. The highest number of false alarms was observed when sensitivity was increased by 20% with independent sensors and in coincidence, as well as for independent sensors working at normal sensitivity. Performing verification using ANOVA analysis of variance, the hypothesis that sensor settings have a statistically significant effect on minimising false alarms was rejected. Conclusions: There is a need to search for and implement ways to minimise false alarms of Fire Alarm Systems. The most common reason for false triggering of fire detectors are external factors that are not fire hazards (e.g. dust, dirt). The way of minimising false alarms is a proper setting of the detector operating modes (not often used in practice). The operating modes are based on changing the settings of sensor cooperation and detector sensitivity, where changing only the settings of the sensors does not result in such significant changes as changing the sensitivity of the detectors to increased or decreased compared to normal (result of ANOVA analysis).
Keywords: fire detector, false alarms, detector operating modes, reduction of false triggering of fire detectors Type of article: original scientific article
Received: 30.10.2022; Reviewed: 14.11.2022; Accepted: 17.11.2022; Author's ORCID ID: K. Szafarczyk - 0000-0003-0947-7529;
Please cite as: SFT Vol. 60 Issue 2, 2022, pp. 164-174, https://doi.Org/10.12845/sft.60.2.2022.9;
This is an open access article under the CC BY-SA 4.0 license (https://creativecommons.Org/licenses/by-sa/4.0/).
ABSTRAKT
Cel: Ocena mozliwosci ograniczania podatnosci czujek pozarowych na mylne wzbudzenia wykonana na podstawie: 1) analizy wplywu zmiany tryböw pracy czujki wielodetektorowej na minimalizacj? falszywych alarmöw oraz 2) weryfikacji przy wykorzystaniu testöw ANOVA dwöch hipotez: nastawy albo czulosc sensoröw wplywajq na podatnosc czujek na mylne wzbudzenia.
Projekt i metody: Aby ocenic wplyw falszywych alarmöw na funkcjonowanie obiektöw, przeprowadzono ankiet?, skierowanq do administratoröw obiektöw wyposazonych w system sygnalizacji pozarowej. Badania laboratoryjne podatnosci czujek pozarowych na mylne wzbudzenia polegaly na umieszczeniu czujki wielodetektorowej DTC-6046 w zamkni?tej komorze badawczej i pröbie wzbudzenia jej czynnikiem zwodniczym. Obserwowano, czy czujka zainicjuje alarm pozarowy w zaleznosci od röznych ustawien tryböw pracy. Zmieniane byly parametry okreslajqce prac? sensoröw (wspölzaleznie, niezaleznie, w koincydencji) oraz ustawienia ich czulosci z normalnej na podwyzszonq o 20%, obnizonq o 20% bqdz 40%. Przebadano 12 konfiguracji. Wyniki poddano analizie statystycznej metodq ANOVA, ktöra pozwolila na weryfikacji, ktöre ustawienia wplywajq znaczqco na minimalizacj? falszywych alarmöw. Na tej podstawie opracowane zostaly przykladowe wytyczne konfiguracji.
Wyniki: Na podstawie przeprowadzonych badan sformulowano ponizsze glöwne ich wyniki. Najmniej podatna na falszywe zadzialania jest konfiguracja, w ktörej sensory dzialajq wspölzaleznie, a czulosc jest obnizona o 40%. Najwyzszq liczbq falszywych alarmöw charakteryzujq si? ustawienia czulosci podwyzszonej o 20% w przypadku sensoröw niezaleznych oraz b?dqcych w koincydencji, jak i dla sensoröw niezaleznych zadzialanie przy czulosci normalnej. Przeprowadzenie weryfikacji, wykorzystujqc analiz? wariancji ANOVA, pozwolilo odrzucic hipotez?, jakoby nastawy sensoröw w istotnie statystyczny sposöb wplywaly na minimalizacj? falszywych alarmöw.
Wnioski: WystQpuje koniecznosc poszukiwania i wdrazania sposobow minimalizowania falszywych alarmow SSP. Najcz^stszym powodem mylnego wzbudzania czujek pozarowych sq czynniki zewn^trzne, nieb^dqce zagrozeniem pozarowym (np. pyl, kurz). Sposobem na ograniczenie tego zjawiska jest wlasciwe ustawienie trybow pracy czujki (stosowane w praktyce niezbyt cz^sto). Tryby pracy opierajq si§ na zmianie ustawien wspolpracy sensorow oraz czulosci czujki, gdzie zmiana tylko ustawien sensorow nie powoduje tak znaczqcych zmian, jak zmiana czulosci czujek na podwyzszonq bqdz obnizonq w stosunku do normalnej (wynik analizy ANOVA).
Stowa kluczowe: czujka pozarowa, falszywe alarmy, tryby pracy czujki, ograniczenie mylnych wzbudzen czujek pozarowych Typ artykutu: oryginalny artykul naukowy
Przyj^ty: 30.10.2022; Zrecenzowany: 14.11.2022; Zaakceptowany: 17.11.2022; Identyfikator ORCID autora: K. Szafarczyk - 0000-0003-0947-7529;
Prosz? cytowac: SFT Vol. 60 Issue 2, 2022, pp. 164-174, https://doi.org/10.12845/sft.60.2.2022.9; Artykul udost^pniany na licencji CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).
Introduction
Wprowadzenie
The article is based on research conducted at the School of Fire Service as part of a thesis on analysing the possibility of reducing the susceptibility of multi-sensor fire detectors to false triggering. The reason for addressing such a topic are numerous reports of false fire alarms in buildings equipped with a fire alarm system (SSP). These alarms are caused by factors that occur under normal conditions of use and are not fire factors. A way to reduce them can be the use of multi-sensor detectors, which can operate in different modes, according to the configuration of the sensors. Often, deceptive non-fire substances present in rooms, such as dust, wood dust or steam, can cause unwanted fire signalling by the SSP Multiple false triggering of fire detectors is capable of leading building occupants to become indifferent to or ignore alarms, which can particularly affect those responsible for monitoring the fire control panel. Such actions can lead to fatal consequences, caused by ignoring a fire alarm that may, among numerous other false alarms, actually warn of a real threat.
In order to assess how false alarms affect the operation of SSP-equipped facilities, a survey was conducted among their administrators. The results were collected from 40 respondents. The obtained results clearly indicate that the problem of false alarms is widespread (see Figure 1). The most common reason for false triggering of fire detectors is an external factor that is not a fire hazard (see Figure 2).
Did your facilities experience a false alarm in 2021? / Czy w 2021 roku w Panstwa obiektach doszto do fatszywego alarmu?
Artykut powstat na podstawie badan przeprowadzonych w Szkole Gtownej Stuzby Pozarniczej w ramach pracy dyplomo-wej dotyczqcej analizy mozliwosci ograniczania podatnosci wielo-detektorowych czujek pozarowych na mylne wzbudzenia. Podj^cie takiego tematu spowodowane jest licznymi doniesieniami o fat-szywych alarmach pozarowych w obiektach budowlanych wypo-sazonych w system sygnalizacji pozarowej (SSP). Alarmy te powo-dowane sq czynnikami wyst^pujqcymi w normalnych warunkach uzytkowania, a nie b^dqcymi czynnikami pozarowymi. Sposobem ich ograniczania moze byc zastosowanie czujek wielodetektoro-wych, ktore mogq pracowac w roznych trybach pracy, odpowied-nio do konfiguracji sensorow. Cz?sto obecne w pomieszczeniach substancje zwodnicze, nieb^dqce wynikiem pozaru, jak kurz, pyt drzewny czy para wodna, mogq powodowac niepozqdane sygna-lizowanie pozaru przez SSP. Liczne mylne wzbudzenia czujek pozarowych sq w stanie prowadzic do zoboj^tnienia uzytkowni-kow budynku na alarmy bqdz ich ignorowanie, co w szczegolnosci moze dotyczyc osob odpowiedzialnych za nadzorowanie centrali pozarowej. Takie dziatania mogq prowadzic do fatalnych w skut-kach konsekwencji, spowodowanych zignorowaniem alarmu poza-rowego, ktory wsrod licznych innych alarmow zwodniczych moze faktycznie ostrzegac przed rzeczywistym zagrozeniem.
W celu oceny, jak fatszywe alarmy wptywajq na funkcjono-wanie obiektow wyposazonych w SSP przeprowadzono ankiet? skierowanq do ich administratorow. Wyniki zebrano od 40 ankie-towanych. Otrzymane rezultaty jasno wskazujq, ze problem fat-szywych alarmow jest powszechny (zob. ryc. 1). Najcz?stszym powodem mylnego wzbudzania detektorow pozarowych jest czyn-nik zewn?trzny nieb?dqcy zagrozeniem pozarowym (zob. ryc. 2).
Yes/Tak No/Nie
Figure 1. Survey results on the impact of false fire alarms on the operation of a facility - occurrence of at least one false alarm per year
Rycina 1. Wyniki ankiety dotyczqcej wptywu fatszywych alarmow pozarowych na funkcjonowanie obiektu - wystqpienie co najmniej jednego
fatszywego alarmu w ciqgu roku
Source / Zrodto: Own elaboration / Opracowanie wtasne.
What were the likely causes of false triggering of the fire alarm system? (multiple choice) / Jakie byty prawdopodobne przyczyny fatszywego uruchomienia systemu sygnalizacji pozarowej? (wielokrotny wybor)
Deliberate efforts to launch the SSP system / Celowe dziatanie majqce ra celu uruchomienie systemu SSP
Accidental pressing of a manual fire button (ROP) / Przypadkowe wcisni^cie przycisku ROP
Alarm is triggered by an external factor that is not a fire hazard / Wzbudzenie alarmu w skutek czynnika zewn^trznego, nie b^dqcego zagrozeniem pozarowym
Failure of a component of an alarm system / Uszkodzenle elementu systemu sygnalizacji pozarowej
Incompetent handling of the 1st level alarm by the security guard/person in charge of operating the control panel / Nieumiej^tna obstuga alarmu I stop ma przez ochron^/osob? odpowiedzlalnq za obstug^ centrali
Renovation works carried out at the facility / Prace remontowe prowadzone w obiekcle
Maintenance work on the system / Prace konserwacyjne przy systemie
30
Figure 2. Results of a survey on the impact of false fire alarms on the operation of a facility - probable causes of false triggering of the SSP
Rycina 2. Wyniki ankiety dotyczqcej wptywu fatszywych alarmow pozarowych na funkcjonowanie obiektu - prawdopodobne przyczyny fatszywego
uruchomienia SSP
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
In case of frequent false alarms, measures should be taken to minimize such situations in the future [5]. In 70% of the cases, such activities were carried out and had a positive effect. Most often, these measures consisted of increasing the frequency of training of the operators of the fire control panel and replacing the alarm reporting component with a new one. One potential way to reduce the possibility of unwanted false alarms is to use multi-sensor detectors with appropriate operating algorithms that take into account the readings from its sensors. Although the systems have this option, it is still a practice that is not very often used. This conclusion was based on the results of the survey, the results of which are presented below (see Figure 3). Therefore, specialized laboratory tests were conducted to determine the effect of selecting different modes of operation on reducing the number of false alarms. The mentioned modes of operation refer to the settings of the fire detector - the number of the activated sensors, their cooperation and the sensitivity of the smoke sensors. There are 3 detector interactions:
1. OR function - independent sensors.
2. AND as their coincidence, in which case the alarm is signalled when at least two sensors exceed the alarm threshold, and
3. Interdependent operation of sensors, in which the increase of one fire factor accelerates the response to the others.
The sensitivity of the smoke detectors can be set in four ways. The factory setting is the so-called normal sensitivity. The 20% increase in sensitivity makes the detector more responsive to the fire factor. The next modes are a 20% or 40% decrease in
W przypadku wyst?pujqcych cz?sto fatszywych alarmow nalezy podjqc dziatania majqce na celu zminimalizowanie takich sytuacji w przysztosci [5]. W 70% przypadkow takie czynnosci zostaty zreali-zowane i przyniosty skutek pozytywny. Najcz?sciej dziatania te pole-gaty na zwi?kszeniu czsstotliwosci szkolen osob zajmujqcych si? obstugq centrali pozarowej oraz wymianie elementu zgtaszajqcego alarm na nowy. Jednym z potencjalnych sposobow ograniczenia mozliwosci wystqpienia niepozqdanych, fatszywych alarmow jest stosowanie czujek wielosensorowych o odpowiednich algoryt-mach pracy, uwzgl?dniajqcych odczyty z jej sensorow. Pomimo ze systemy majq takie mozliwosci, to nadal praktyka ta jest nie-zbyt cz?sto wykorzystywana. Wniosek ten sformutowano na pod-stawie badan ankietowych, ktorych wyniki przedstawiono ponizej (zob. ryc. 3). Z tego powodu zostaty przeprowadzone specjali-styczne badania laboratoryjne majqce na celu okreslenie wptywu ustawienia roznych trybow pracy na zmniejszenie liczby fatszywych alarmow. Wspomniane tryby pracy dotyczq ustawien czujki pozarowej - liczby wtqczonych sensorow, ich wspotpracy oraz czu-tosci sensorow dymu. Istniejq 3 interakcje sensorow:
1. Funkcja OR - sensory niezalezne.
2. AND jako ich koincydencja, wowczas zasygnalizowanie alarmu nast?puje w momencie przekroczenia progu alar-mowego co najmniej dwoch sensorow.
3. Wspotzalezne dziatanie sensorow, w ktorym podwyzsze-nie jednego czynnika pozarowego przyspiesza reakcj? na pozostate.
Czutosc sensorow dymu mozna ustawic na cztery sposoby. Fabrycznym ustawieniem jest tzw. czutosc normalna. Podwyzsze-nie czutosci o 20% powoduje, ze czujka lepiej reaguje na czynnik
sensitivity. In reduced sensitivity modes, the detector is less susceptible to an alarm triggering agent. It should be noted here that in each sensitivity mode the detector meets the standard requirements [6, s. 59-68] confirmed by qualification tests in the process of product conformity assessment [7].
pozarowy. Kolejnymi trybami sq obnizenie czutosci o 20% lub 40%. W trybach obnizonej czutosci, czujka jest mniej podatna na czyn-nik wzbudzajqcy alarm. Nalezy przy tym zaznaczyc, ze w kazdym trybie czutosci czujka spetnia wymagania normowe [6, s. 59-68], potwierdzone badaniami kwalifikacyjnym w procesie oceny zgod-nosci wyrobu [7].
What steps have been taken to reduce the number of false alarms? (multiple choice) / Jakie czynnosci zostaty podj^te w celu zmniejszenia liczby fatszywych alarmow? (wielokrotny wybor)
No action has been taken / Nie podj^to zadnych czynnosci
Protection of components from the external environment / Zabezpiecenie elementow przed wptywem srodowiska zewn^trznego
Changing the location of components, e.g. moving away from air conditioning machinery, etc. / Zmiana iokalizacji elementow np. odsuniQcie od klimatyzacji, maszyn itd.
Increase the frequency of training of fire panel operators/ Zwi^kszenie cz^stotliwosci szkoleri osob zajmujgcych si? obstugq centrali pozarowej
Introduction of pre-resetting of elements / Wprowadzenie wst^pnego kasowania elementow
Introduction of coincidences of elements / Wprowadzenie koincydencji elementow
Changing the mode of operation of the elements, such as redused sensivity / Zmiana trybu pracy elementow np. na obnizonq czutosc
Replacement of fire alarm system components with another type, such as detectors / Wymiana elementow systemu sygnalizacji pozarowej na inny typ np. czujki
Replacement of the alarm signaling elemnt with a new one / Wymiana elementu zgtaszajgcego alarm na nowy
_
12
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Figure 3. Survey results on the impact of false fire alarms on facility operations - steps taken to reduce false alarms
Rycina 3. Wyniki ankiety dotyczqcej wptywu fatszywych alarmow pozarowych na funkcjonowanie obiektu - czynnosci podj^te w celu zmniejszenia liczby fatszywych alarmow Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
Testing method
Description of the test system
A test stand located in the Laboratory of Technical Security Systems at the School of Fire Service was used to simulate conditions in an enclosed space (see Figure 4). The subject of the test were 2 multi-sensor DTC-6046 smoke, heat and carbon monoxide detectors. The tests were mainly based on smoke detectors operating on the principle of the Tyndall phenomenon, which involves scattering of light by a colloid, resulting in a light cone.
Metoda badawcza
Opis ukladu badawczego
Do symulacji warunkow panujqcych w zamkni^tej przestrzeni wykorzystano stanowisko badawcze znajdujqce si? w Pracowni Technicznych Systemow Zabezpieczen w Szkole Gtownej Stuzby Pozarniczej (zob. ryc. 4). Przedmiotem badan byty 2 wielodetek-torowe czujki dymu, tj. ciepta i tlenku w?gla DTC-6046. Badania zostaty oparte w gtownej mierze na detektorach dymu dziatajq-cych na zasadzie zjawiska Tyndalla, polegajqcego na rozprasza-niu swiatta przez koloid, czego efektem jest powstanie stozka swietlnego.
1 - 1.13 x 0.415 x 0.42 m test chamber /
Komora badawcza 1,13 x 0,415 x 0,42 m
2 - DTC-6046 fire detectors / Czujki
pozarowe DTC-6046
3 - Labolatory scale / Waga laboratoryjna
4 - Vacuum cleaner / Odkurzacz
5 - Measuring device / Miarka
6 - Kompresor / Kompresor
7 - Tested dust / Badany pyt
Figure 4. View of the test stand
Rycina 4. Widok stanowiska badawczego
Source: Own elaboration.
Zrodto: Opracowanie wtasne.
The test chamber was enclosed by walls on two sides - in order to close off the space where the dust cloud can spread. The components of the test stand include: a POLON 6000 control panel connected to a computer with PSNET software, two DTC-6046 detectors, an enclosed test chamber (enclosed on two sides by walls), a laboratory scale, a deceptive agent - wood dust of 71-100 ^m (2 g in each sample).
Course of the research
The first stage of the research was to determine the weight of a sample of the wood dust mentioned above of a certain weight. Using a laboratory scale and a measuring cup, 2 g of the test substance was measured. The mass of the sample was selected experimentally according to the dissertation [1, pp. 69-70] in such a manner that the smallest amount of dust that caused the detectors to operate was determined. The first of the configurations for both detectors was then set in the fire control panel. The settings included the cooperation of IR and UV sensors (3 possible settings), as well as the sensitivity of the fire detector to the deceptive agent (4 possibilities) - a total of 12 possible configurations. Once one was set, the measured wood dust was placed in the test chamber centrally under the opening at the top of the chamber. Using compressed air from a compressor, the tip of which was placed through the top opening of the chamber into the centre of the chamber, a cloud of dust was induced and spread through the chamber space. The panel's display and PSNET software verified that the fire detector signalled an alarm. After about 2 minutes, the stand was thoroughly cleaned of dust residue with a vacuum cleaner. The detector was also cleaned using compressed air. After cleaning the stand in this manner, the next test was performed. For each configuration, it was conducted five times. The result of the test was either a fire alarm at the SSP control panel or no alarm.
Komora badawcza zostata z dwoch stron ograniczona scia-nami w celu zamkni?cia przestrzeni, w ktorej moze rozprzestrze-niac si? chmura pytu. Sktad stanowiska badawczego to, m.in.: centrala POLON 6000 podtqczona do komputera z oprogramo-waniem PSNET, dwie czujki DTC-6046, zamkni?ta komora badawcza (z dwoch stron ograniczona scianami), waga laboratoryjna, czynnik zwodniczy - pyt drzewny o gramaturze 71-100 ^m (2 g w kazdej probie).
Przebieg badan
Pierwszym etapem badan byty czynnosci majqce na celu wyznaczenie wyzej wspomnianej masy probki pytu drzewnego
0 okreslonej gramaturze. Przy uzyciu wagi laboratoryjnej oraz miarki odmierzono 2 g badanej substancji. Mas? probki dobrano drogq eksperymentalnq zgodnie z rozprawq doktorskq [1, s. 69-70] w taki sposob, iz ustalano najmniejszq ilosc pytu, ktora powodo-wata zadziatanie detektorow. Nast?pnie w centrali pozarowej usta-wiano pierwszq z konfiguracji dla obu czujek. Ustawieniom podle-gata wspotpraca sensorow IR oraz UV (3 mozliwe ustawienia), jak
1 czutosc czujki pozarowej na czynnik zwodniczy (4 mozliwosci) - tqcznie mozliwych 12 konfiguracji. Po ustawieniu jednej z nich odmierzony pyt drzewny umieszczano w komorze badawczej cen-tralnie pod otworem w jej gornej cz?sci. Przy uzyciu spr?zonego powietrza z kompresora, ktorego koncowk? umieszczono przez gorny otwor komory do jej srodka, wzbudzano chmur? pytu, ktora rozprzestrzeniata si? w przestrzeni komory. Na wyswietlaczu centrali oraz w programie PSNET sprawdzano, czy czujka pozarowa zasygnalizowata alarm. Po okoto 2 minutach stanowisko doktad-nie czyszczono z pozostatosci pytowych przy pomocy odkurza-cza. Przedmuchiwano tez czujk? spr?zonym powietrzem. Po takim oczyszczeniu stanowiska przechodzono do kolejnej proby. Dla kazdej konfiguracji przeprowadzona zostata ona pi?ciokrotnie. Wyni-kiem proby byto wystqpienie alarmu pozarowego w centrali SSP bqdz nie.
Presentation of results
Przedstawienie wynikow
Normal sensivity/ Czutosc normalna
Sensivity increased
by 20%/ Czutosc podwyzszona o 20%
Sensivity reduced
by 20%/ Czutosc obnizona o 20%
Sensivity reduced
by 40%/ Czutosc obnizona o 40%
I Interdependent sensors / Sensory wspôtzalezne
Independent sensors / Sensory niezalezne
Sensors in coicidence / Sensory w koincydencji
Figure 5. Triggering the detector when a deceptive factor occurs depending on the sensitivity setting and the way the sensors work - in percentages Rycina 5. Uruchomienie czujki przy wystqpieniu czynnika zwodniczego w zaleznosci od ustawienia czutosci oraz sposobu dziatania sensorow - w uj?ciu procentowym
Source: Own elaboration. Zrodto: Opracowanie wtasne.
The results are presented in the form of a graph (see Figure 5), which illustrates, in percentages, the cases of triggering a detector due to a deceptive factor at the set sensitivity settings and for individual sensor configurations.
The collected results allow to conclude that the least susceptible to false triggering is a configuration in which the sensors operate interdependently, and the sensitivity is reduced by 40%. The highest number of false alarms is characterized by sensitivity settings increased by 20% at independent sensors and in coincidence, and for independent sensors triggered at normal sensitivity.
Wyniki zostaty przedstawione w formie wykresu (zob. ryc. 5), ktory ilustruje w ujçciu procentowym przypadki zadziatania czujki wskutek wystqpienia czynnika zwodniczego przy zadanych nasta-wach czutosci oraz dla poszczegolnych konfiguracji sensorow.
Zgromadzone wyniki upowazniajq do stwierdzenia, iz naj-mniej podatna na fatszywe zadziatania jest konfiguracja, w kto-rej sensory dziatajq wspotzaleznie, a czutosc jest obnizona o 40%. Najwyzszq liczbq fatszywych alarmow charakteryzujq siç ustawienia czutosci podwyzszonej o 20% przy sensorach niezalez-nych oraz w koincydencji, a takze dla sensorow niezaleznych zadziatanie przy czutosci normalnej.
Verification of statistical hypothesis using ANOVA tests
Analysis of ANOVA variance is a statistical method that assists in testing the significance of differences between multiple sample averages for multiple statistical communities [2, pp. 148-159]. It was conducted in order to demonstrate whether the results are not a coincidence.
The following hypotheses were formulated:
1. Sensor settings affect the susceptibility of the detectors to false triggering.
2. Sensor sensitivity affects the susceptibility of the detectors to false triggering.
Weryfikacja hipotezy statystycznej przy wykorzystaniu testow ANOVA
Analiza wariancji ANOVA to metoda statystyczna, ktora wspo-maga badania istotnosci roznic miedzy wieloma srednimi z prob losowych dla wielu zbiorowosci statystycznych [2, s. 148-159]. Zostata ona przeprowadzona w celu wykazania, czy wyniki nie sq przypadkowe.
Postawiono nastçpujqce dwie hipotezy:
1. Nastawy sensorow wptywa na podatnosc czujek na mylne wzbudzenia.
2. Czutosc sensorow wptywa na podatnosc czujek na mylne wzbudzenia.
In the test, the variables, or quantities determined during the test, were detector sensitivity, sensor settings, and false triggers, which were the dependent variables in the test, or measured quantities (the result of the dependent variables, or values changed to obtain the result). The purpose of the ANOVA analysis was to determine the level of significance and statistical significance. Statistical significance is the probability that relationships that have been observed, or differences in a sample, did not occur by chance. The greater the measure of this value, the truer, the greater the representativeness. The smaller the value, the less certain that the observed relationship is a reliable indicator of the outcome. The significance level, in turn, is a set value. It is equal to a fixed, acceptable probability of error that can be made. A value of 0.05 was used as an acceptable level. This means that a 5 percent probability is allowed for the value to be a coincidence. If the value of the significance level is less than or equal to 0.05, it indicates a statistically significant result, i.e. it is unlikely to have occurred by chance [3].
By calculating the F coefficient (Fisher's), it was possible to determine whether the within-group variance was greater than the between-group variance. If it were less than 1, there would be random and unplanned differences between the test values, and it would be difficult to analyse such a situation [4]. For this reason, only cases where F is greater than 1 are considered. Due to the expected result of the analysis, "sensitivity" and "sensor" are taken into account (see Table 1).
Table 1. Tests of inter-object effects for the carried out analysis Tabela 1. Testy efektow mi^dzyobiektowych dla przeprowadzonej analizy
The analysis of the results allows to conclude that sensitivity settings significantly differentiate whether a detector will be falsely triggered (significance < 0.05). Since the significance for the sensor is greater than 0.05, it can be concluded that the sensor setting does not play as big a role in detector triggering due
W badaniu zmiennymi, czyli wielkosciami ustalanymi w trak-cie badan, byty: czutosc czujki, nastawy sensorów oraz fatszywe zadziatania, które byty zmiennymi zaleznymi w badaniu, czyli wielkosciami mierzonymi (wynik zmiennych zaleznych, czyli wartosci zmienianych w celu otrzymania wyniku). Celem analizy ANOVA byto ustalenie poziomu istotnosci oraz istotnosci statystycznej. Istotnosc statystyczna to prawdopodobienstwo, ze zwiqzki, które zostaty zaobserwowane, bqdz róznice w próbce, nie pojawity siç przypadkowo. Im wiçksza miara tej wartosci, tym prawdziwosc, reprezentatywnosc jest wiçksza. Im wartosc ta jest mniejsza, tym mniejsza pewnosc, ze obserwowana relacja jest wiarygod-nym wskaznikiem rezultatu. Poziom istotnosci z kolei to wartosc ustalana. Równa jest okreslonemu, dopuszczalnemu praw-dopodobienstwu btçdu, który moze byc popetniony. Jako poziom akceptowalny przyjçto wartosc 0,05. Oznacza to, ze dopuszcza siç 5-procentowe prawdopodobienstwo, ze wartosc bçdzie dzie-tem przypadku. Jesli wartosc poziomu istotnosci jest mniejsza bqdz równa 0,05, oznacza to rezultat statystycznie istotny, czyli jest mato prawdopodobne, ze wystqpit przypadkiem [3].
Obliczenie wspótczynnika F (Fishera), pozwolito okreslic, czy wariancja wewnqtrzgrupowa jest wiçksza od wariancji miçdzy-grupowej. W przypadku gdy bytby on mniejszy od 1, zachodzityby losowe i niezaplanowane róznice miçdzy wartosciami badanymi i trudno bytoby poddac takq sytuacjç analizie [4]. Z tego powodu rozpatruje siç tylko przypadki, w których F jest wiçksze od 1. Ze wzglçdu na oczekiwany wynik analizy bierze siç pod uwagç „czu-tosc" oraz „sensor" (zob. tabela 1).
Analiza wyników pozwala stwierdzic, ze nastawy czutosci istotnie róznicujq to, czy czujka zostanie mylnie wzbudzona (istotnosc < 0,05). Ze wzglçdu na to, ze istotnosc dla sensora jest wiçksza od 0,05, mozna uznac, ze ustawienie sensorów nie odgrywa tak duzej roli w uruchomieniu czujki wskutek czynnika
Tests of inter-object effects I Test efektów miçdzyobiektowych
Dependent variable: false triggering I Zmienna zalezna: fatszywe zadziatania
Source / Zrodto Type III sum of squares / Typ III sumy kwadratów df Average square I Sredni kwadrat F Level of significance I Poziom istotnosci
Sensitivity / Czutosc 2.09 3 0.70 2.B6 0.04
Sensors setting / Ustawienie sensorow 0.95 2 0.4B 1.95 0.15
Sensitivity * Sensor / Czutosc * Sensor 0.5B б 0.10 0.40 0.BB
Source: Own elaboration based on the calculations of the IBM SPSS Statistics program. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie obliczen programu IBM SPSS Statistics.
to the deceptive factor as the sensitivity setting. When considering the sensors themselves as a factor in reducing the number of false triggers, it is possible to obtain results that are the work of chance. Therefore, it is harder to predict how the detector will behave than with a single sensitivity setting.
The next step of the analysis was to conduct multiple comparisons. Table 2 shows an excerpt from the results of comparisons of multiple sensitivity settings for the performed analysis. They indicate that significant differences in performance occur between sensitivity increased by 20% and decreased by 40%. This is because the setting of sensitivity increased by 20%, i.e. more sensitive to the factor intended to cause triggering than normal, in most cases resulted in the occurrence of a large number of false triggering. On the other hand, setting the sensitivity lowered by 40% resulted in reducing the detector's susceptibility to false triggering. Thus, comparing the two settings with each other, a statistically significant (< 0.05) difference is found between the two. The least different settings are normal sensitivity and that increased by 20%.
zwodniczego, jak ustawienie czutosci. Przy rozpatrywaniu samych sensorow jako czynnika zmniejszajqcego liczbç fatszy-wych zadziatan mozliwe jest otrzymanie wynikow, bçdqcych dzie-tem przypadku. Ciçzej jest wiçc przewidziec sposob zachowania siç czujki niz przy ustawieniu jednej z czutosci.
Kolejnym krokiem analizy byto przeprowadzenie porownan wielokrotnych. Tabela 2 ukazuje fragment wynikow porownan wielokrotnych ustawien czutosci dla przeprowadzonej analizy. Wskazujq one na to, ze istotne roznice w wynikach zachodzq miçdzy czutosciq podwyzszonq o 20%, a obnizonq o 40%. Wynika to z tego, iz nastaw czutosci podwyzszonej o 20%, czyli bardziej czutej na czynnik majqcy powodowac zadziatanie niz normal-nie, w wiçkszosci przypadkow skutkowat wystçpowaniem duzej liczby mylnych wzbudzen. Z kolei ustawienie czutosci obnizo-nej o 40% powodowato zmniejszenie podatnosci czujki na mylne wzbudzenia. Porownujqc zatem miçdzy sobq te dwa ustawienia, stwierdza siç istotnq statystycznie (< 0,05) rôznicç miçdzy nimi. Najmniej z kolei rozniqce siç miçdzy sobq ustawienia to czutosc normalna oraz podwyzszona o 20%.
Table 2. Multiple comparisons of sensitivity settings for the performed analysis (excerpt) Tabela 2. Porownania wielokrotne ustawien czutosci dla przeprowadzonej analizy (fragment)
Multiple comparisons / Porownania wielokrotne
Dependent variable: false triggers / Zmienna zalezna: fatszywe zadziatania
Turkey's HSD test / Test Turkey'a HSD
(I) Sensitivity / (I) Czutosc
(J) Sensitivity / (J) Czutosc
Difference in averages
(I-J) /
Roznica srednich (I-J)
Standard error / Btqd standardowy
Level of significance / Poziom istotnosci
Normal / Normalna
Increased by 20% / Podwyzszona o 20%
Decreased by 40% / Obnizona o 40%
Increased by 20% / Podwyzszona o 20%
Source: Own elaboration based on the calculations of the IBM SPSS Statistics program. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie obliczen programu IBM SPSS Statistics.
In case of comparisons of multiple sensor settings (see Table 3), the analysis it was observed that when juxtaposing the sensors, no significantly statistical differences between them could be found (significance in each case > 0.05). However, the results differ most between setting the sensors interdependently versus independently. This group of results has the largest differences among themselves. Setting the sensors independently of each other leads to more false triggers. On the other hand, the smallest differences in performance exist between independent sensors and in coincidence.
W przypadku porownan wielokrotnych ustawien sensorow (zob. tabela 3) w ramach przeprowadzonej analizy zauwazono, ze zestawiajqc ze sobq sensory, nie mozna stwierdzic istotnie sta-tystycznych roznic miçdzy nimi (istotnosc w kazdym przypadku > 0,05). Najbardziej rozniq siç jednak wyniki miçdzy ustawieniem sensorow wspotzaleznie a niezaleznie. W tej grupie wynikow wystçpujq najwiçksze roznice miçdzy sobq. Ustawienie sensorow niezaleznie od siebie prowadzi do wiçkszej liczby mylnych wzbudzen. Najmniejsze roznice w wynikach z kolei istniejq miçdzy sensorami niezaleznymi a w koincydencji.
Table 3. Multiple comparisons of sensor cooperation settings for the performed analysis (excerpt) Tabela 3. Porownania wielokrotne ustawien wspotpracy sensorow dla przeprowadzonej analizy (fragment)
Multiple comparisons / Porownania wielokrotne
Dependent variable: false triggers / Zmienna zalezna: fatszywe zadziatania
Turkey's HSD test / Test Turkey'a HSD
Difference in averages
..... , „. „ ,,. „ ..........(I-J) / Standard error / Level of significance /
Sensitivity / (I) Sensor (J) Sensitivity / (J) Sensor „■■_,■,_ „,_,._,_,
' Roznica srednich Btqd standardowy Poziom istotnosci
(I-J)
In coincidence/
Independent/ W koincydencji
Niezalezne -
Interdependent/ Wspotzalezne
Source: Own elaboration based on the calculations of the IBM SPSS Statistics program. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie obliczen programu IBM SPSS Statistics.
The analysis confirms that hypothesis 1 is not statistically significant at the 0.05 level. On the other hand, there is no basis for rejecting hypothesis 2, which turned out to be statistically significant at the established level of statistical significance, so the sensitivity of the sensors affects the susceptibility of the detectors to false triggering.
The problem of the carried out multiple comparisons is the juxtaposition of sensitivities and sensors without considering their interaction. Hence, their mutual influence on each other cannot be clearly established. This is due to the fact that there are random and unplanned differences between the values.
Przeprowadzona analiza potwierdza, iz hipoteza 1 nie jest istotna statystycznie na poziomie 0,05. Nie ma z kolei podstaw do odrzucenia hipotezy 2, ktora okazata siç istotna statystycznie na poziomie ustalonego poziomu statystycznosci, zatem czutosc sensorow wptywa na podatnosc czujek na mylne wzbudzenia.
Problemem przeprowadzonych porownan wielokrotnych jest zestawienie czutosci i sensorow bez rozpatrywania ich wspot-dziatania. Stqd nie mozna jednoznacznie stwierdzic ich wzajem-nego wptywu na siebie. Wynika to z tego, ze zachodzq losowe i niezaplanowane roznice miçdzy wartosciami.
Conclusion
Based on the obtained test results, recommended applications of sample configurations of the fire detector in the selected environmental conditions indicated below were developed:
1. Rooms with high degree of cleanliness: independent sensors, sensitivity increased;
2. Standard rooms: interdependent or coincident sensors, normal sensitivity;
3. Rooms where dusts, aerosols, etc. may be present: interdependent sensors, sensitivity reduced by 40%.
Taking into account the assessment of the impact of false alarms on the operation of buildings, which was carried out in the form of a survey, the methodology of conducting activities and the verification of the statistical hypothesis using ANOVA tests, the obtained results were analysed and, based on this, the following conclusions were formulated:
Podsumowanie
Na podstawie otrzymanych wynikow badan opracowano rekomendowane zastosowania przyktadowych konfiguracji czujek pozarowych w wybranych, nizej wskazanych warunkach srodowiskowych:
1. Pomieszczenia o duzej czystosci: sensory niezalezne, czutosc podwyzszona.
2. Pomieszczenia standardowe: sensory wspotzalezne lub w koincydencji, czutosc normalna.
3. Pomieszczenia, w ktorych mogq wystçpowac pyty, aero-zole itp.: sensory wspotzalezne, czutosc obnizona o 40%.
Uwzglçdniajqc ocenç wptywu fatszywych alarmow na funk-cjonowanie budynkow, przeprowadzonq w formie ankiety, meto-dykç prowadzenia dziatan oraz weryfikacjç hipotezy staty-stycznej przy wykorzystaniu testow ANOVA, przeanalizowano otrzymane wyniki i na tej podstawie sformutowano nastçpujqce wnioski:
1. There is a need to seek and implement ways to minimize false alarms of the SSP.
2. The most common reason why fire detectors are falsely triggered is due to external factors that are not a fire hazard, such as dust, vapour, smoke from cigarettes.
3. One way to minimize false alarms caused by detectors is to properly set the detector modes, which is rarely used in fire engineering practice, according to the survey.
4. Testing the detector with a configuration in which the sensors operate interdependently and the sensitivity is reduced by 40% had the lowest susceptibility to false triggers.
5. The highest number of false alarms was shown when setting the sensitivity increased by 20% with independent sensors and in coincidence, as well as sensors operating independently at normal sensitivity.
6. Changing only the settings of the sensors does not result in such significant differences as changing the sensitivity of the detectors to either increased or decreased from normal (ANOVA analysis result).
7. Decreasing the sensitivity of the fire detectors may result in a later response to a fire agent, but it does not exceed the fire sensitivity requirements specified in the test standards under which detectors are admitted for use in construction.
8. The tests were conducted for wood dust (oak wood) with a specific distribution of the particle size. However, it should be noted that due to the principle of light scattering detector (Tyndall effect), there is a rationale for generalizing these results, for other factors.
The performed tests and the reached conclusions have certain practical value for designers, fire alarm system contractors, specialists and appraisers, as well as facility owners. Actually, there is not much research in this area, but those conducted provide, to varying degrees, valuable and reliable knowledge and evidence for use in practice [8-9]. The indicated relationships and their impact on reducing the number of false alarms are therefore a reliable basis for the practical application of fire detection. Research in this area should continue.
1. Wystçpuje koniecznosc poszukiwania i wdrazania spo-sobow na minimalizacjç fatszywych alarmow SSP.
2. Najczçstszym powodem mylnego wzbudzania czu-jek pozarowych sq czynniki zewnçtrzne, niebçdqce zagrozeniem pozarowym, takie jak pyt, para, kurz, dym z papierosow.
3. Jednym ze sposobow minimalizacji fatszywych alarmow powodowanych przez czujki jest wtasciwe ustawienie trybow pracy czujki, co zgodnie z wynikami ankiety jest rzadko wykorzystywane w praktyce inzynierii pozarowej.
4. Przebadanie czujki przy konfiguracji, w ktorej sensory dziatajq wspotzaleznie, a czutosc jest obnizona o 40%, charakteryzowato siç najmniejszq podatnosciq na fat-szywe zadziatania.
5. Najwyzszq liczbç fatszywych alarmow wykazato ustawienie czutosci podwyzszonej o 20% przy sensorach nieza-leznych oraz w koincydencji, jak i sensorow dziatajqcych niezaleznie przy czutosci normalnej.
6. Zmiana tylko ustawien sensorow nie powoduje tak zna-czqcych zmian, jak zmiana czutosci czujek na podwyz-szonq bqdz obnizonq w stosunku do normalnej (wynik analizy ANOVA).
7. Zmniejszenie czutosci czujek pozarowych moze powo-dowac pozniejszq reakcjç na czynnik pozarowy, ale nie wykracza poza wymagania czutosci pozarowej okreslo-nej w normach badawczych, na podstawie ktorych czujki dopuszczane sq do stosowania w budownictwie.
8. Badania prowadzono dla pytu drzewnego (drewno dçbowe) o okreslonym rozktadzie wielkosci czqstek. Nalezy jednak zaznaczyc, ze z uwagi na zasadç dzia-tania czujek rozproszeniowych (efekt Tyndalla), ist-niejq przestanki do uogolnienia tych wynikow dla innych czynnikow.
Przeprowadzone badania i sformutowane wnioski majq okre-slone walory praktyczne dla projektantow, wykonawcow systemu sygnalizacji pozaru, specjalistow i rzeczoznawcow oraz wtasci-cieli obiektow. Faktycznie nie prowadzi siç w tym zakresie zbyt licznych badan, ale te prowadzone dostarczajq w roznym zakresie cennej i wiarygodnej wiedzy oraz dowodow do wykorzystania w praktyce [8-9]. Wskazane zaleznosci i ich wptyw na ogranicze-nie liczby fatszywych alarmow sq zatem wiarygodnymi podsta-wami do wykorzystania w praktyce stosowania detekcji pozaru. Badania w tym zakresie powinny byc kontynuowane.
List of abbreviations
Wykaz skrotow
ANOVA - analysis of variance
DTC-6046 - universal smoke, heat and carbon monoxide
detector F - Fisher's coefficient
SSP - fire alarm system
ANOVA - analysis of variance (analiza wariancji)
DTC-6046 - uniwersalna czujka dymu, ciepta i tlenku wçgla
F - wspotczynnik Fishera
SSP - system sygnalizacji pozarowej
Literature / Literatura
[1 ] Antos J., Wpiyw wybranych parametrow srodowiska na auto -matycznq detekcjepozaru, „Zeszyty naukowe SGSP" 2020, 69-70.
[2] Maska W., Twarog B., Testy Anova jako narzqdzie wspo- [7] magajqce weryfikacjq hipotez statystycznych, Uniwersytet Rzeszowski, Rzeszow 2017.
[3] https://www.statsoft.pl/textbook/stathome_stat.html?ht- [8] tps%3A%2F%2Fwww.statsoft.pl%2Ftextbook%2Fesc.html [dost?p: 29.03.2022].
[4] https://pogotowiestatystyczne.pl/slowniki/anova/ [dost?p: 04.04.2022]. [9]
[5] Kubica P., Praktyczne sposoby ograniczania faiszywych alar-mow z systemu sygnalizacji pozarowej, XVII Seminarium Naukowo-Techniczne „Ochrona Przeciwpozarowa Obiek- [10] tow Budowlanych", Zakopane 2022.
[6] Zboina J., Bezpieczenstwo pozarowe - wiasciwosci [11] stosowany wyrobow i jakosci swiadczonych usiug, w: Administracja Bezpieczenstwa Wybrane problemy, t. 4,
B. Wisniewski, A. Babinski, A. Osierda, P. Kobes (red.), Wyzsza Szkota Administracji w Bielsku-Biatej, Bielsko--Biata 2017.
Standard CNBOP-PIB 0001:2022: Wprowadzenie do obrotu i uzytkowania wyrobow stosowanych w ochronie przeciw-pozarowej, CNBOP-PIB, Jozefow 2022. Garlinska U., Iwanska M., Sliwinski R., Florek P., Rola czujek dymu i czujek tlenku wqgla w bezpieczenstwie pozarowym obiektowmieszkalnych, SFT Vol. 57 Issue 1, 2021, pp. 114— 133, https://doi.org/10.12845/sft.57.1.2021.8. Karwat B., Gorski A., Stanczyk E., Badania reakcji czujek pozarowych w roznych warunkach pozaru, BITP Vol. 37 Issue 1, pp. 57-64, https://doi.org/10.12845/bitp.37.1.2015.5. CNBOP-PIB BA04P:2015 Badania laboratoryjne sieci central wedtug procedury badawczej PB/BA/41. Guzewski P., Wroblewski D., Matozi?c D., Czerwona Ksiqga Pozarow. Wybrane problemy pozarow oraz ich skutkow, t. 2, CNBOP-PIB, Jozefow 2016.
KALINA SZAFARCZYK, ENG. - In June 2022, as an engineer, she graduated from the School of Fire Service with a degree in Safety Engineering, in the area of fire safety engineering, from the Faculty of Environmental Engineering and Civil Protection in Warsaw. In the same year, she also completed postgraduate studies in occupational health and safety at the School of Business and Health Sciences in Lodz. She is currently working in the area of explosion protection.
INZ. KALINA SZAFARCZYK - w czerwcu 2022 ukoñczyta studia inzy-nierskie w Szkole Gtównej Stuzby Pozarniczej na kierunku Inzynierii Bezpieczenstwa, w zakresie inzynierii bezpieczenstwa pozarowego, na Wydziale Inzynierii Srodowiska i Ochrony Ludnosci w Warszawie. W tym samym roku ukonczyta równiez studia podyplomowe z zakresu Bezpie -czenstwa i Higieny Pracy w Wyzszej Szkole Biznesu i Nauk o Zdrowiu w todzi. Aktualnie pracuje w dziedzinie ochrony przeciwwybuchowej.
Ministerstwo Edukacji i Nauki
Ttumaczenie na j?zyk angielski artykutow naukowych (takze ich streszczen), w tym artykutow recenzyjnych, w potroczniku „Safety & Fire Technology" - zadanie finansowane ze srodkow Ministerstwa Edukacji i Nauki w ramach programu „Rozwoj Czasopism Naukowych" (umowa nr RCN/SP/0560/2021/1).
