IGS-Industrielle Gefahrenmeldesysteme GmbH

Technology for life safety and security

Begriffe und Erläuterungen zum Thema Einführung in die Branderkennung und Brandmeldung

Hauptschadenursache und Schadenhöhe

Wie aus den Schadenstatistiken der letzten Jahre hervorgeht, ist das Schadenniveau unverändert hoch, wobei insbesondere die Großschadenanfälligkeit weiterhin Probleme bereitet. Der Zentralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie (ZVEI) hat eine Übersicht über Brandursachen und -folgen zusammengestellt, die – mangels übergreifender Statistiken – auf Zeitungsberichten basiert. Danach ist in zwei Monaten von über 2.199 Bränden mit 732 Personenschäden, davon 63 mit tödlichem Ausgang, berichtet worden. Fazit: In Hotels, Heimen, Herbergen sowie Privatwohnungen ist die Zahl der Brandopfer 2,5 mal so groß wie in öffentlichen Gebäuden und Industrieanlagen. Brandstiftung ist als Ursache für Brände in Hotels und Heimen überdurchschnittlich ausgeprägt, Rauchen und defekte Elektroinstallationen sind bedeutende Gefahrenquellen.

Brandursachenstatistik

Die Ursachen für die Höhe der Brandschäden können vereinfacht auf einige wenige Punkte reduziert werden:

  • Durch weiter gehende Rationalisierungsmaßnahmen erfolgte eine immer größere Wertkonzentration auf kleinster Fläche
  • Um einen günstigen Produktionsfluss zu erhalten, wurden die Brandabschnitte wesentlich vergrößert
  • Bedingt durch den Einsatz von neuen Materialien, deren Brandverhalten nicht ausreichend berücksichtigt wurde, traten Folgeschäden auf (z.B. bei PVC-Bränden), die den eigentlichen Brandschaden um ein Vielfaches übertrafen
  • Unzureichende Abschottungen von Kabelführungen, fehlende Feuerschutzklappen in Klima-/ Lüftungskanälen
  • Fehleinschätzung der Brandschadenanfälligkeit
  • Fehlende stationäre Feuerlöscheinrichtungen wie Sprinkleranlagen oder CO 2 -Feuerlöschanlagen
  • Fehlende Brandmeldeanlagen, die eine Branderkennung in der Entstehungsphase eines Brandes ermöglichen und durch eine automatische Alarmweiterleitung, z.B. zur örtlichen Feuerwehr, eine schnelle Brandbekämpfung ermöglichen
  • Bei einer fehlenden brandschutztechnischen Überwachung der Betriebsräume in der arbeitsfreien Zeit ist ein überproportional großer Schadenaufwand zu verzeichnen

Betrachtet man den Brand- und Schadenverlauf über 24 Stunden – bei fehlender Überwachung der Betriebsräume durch eine Brandmeldeanlage –, so zeigen die folgenden Abbildungen, dass z.B. im Zeitraum von 0.00 bis 6.00 Uhr nur 9% der Brandfälle entstehen, denen jedoch ein Schadenaufwand von 31% gegenübersteht:

Brandfaelle Brandschaeden

Eine frühzeitige Branderkennung hätte hier wesentlich zu einer Reduzierung des Brandschadens beitragen können.

Kritische Ausfallzeiten bei EDV-Anlagen

Besondere Priorität für den Einsatz von Brandmeldeanlagen hat die Überwachung der in den meisten Fällen auch unbeaufsichtigt arbeitenden EDV-Anlagen. In immer mehr Betrieben werden umfangreiche Verwaltungsaufgaben und auch Aufgaben aus den Fertigungsbereichen zunehmend von leistungsstarken EDV-Anlagen bewältigt. Damit steigt allerdings auch die Abhängigkeit des Unternehmens von der EDV-Anlage.

Bei Ausfall der elektronischen Maschinen oder bei Verlust wichtiger Datenaufzeichnungen im Brandfall kann ein erheblicher Schaden für das Unternehmen entstehen. Natürlich sind die meisten Unternehmen durch den Abschluss einer Feuer- und FBU-Versicherung gegen Sachschäden und gegen Ertragsausfall abgesichert, doch werden mögliche weitergehende Verluste vielfach ignoriert. Verschiedene Untersuchungen kommen zu dem Ergebnis, dass ein Ausfall einer EDV-Anlage von nur einigen Tagen für einzelne Industriezweige bereits problematisch sein kann.

Demzufolge sind Ausfälle der EDV-Anlage in den Bereichen

  • Banken von 2,0 Tagen
  • Handelsunternehmen von 3,3 Tagen
  • Industrieunternehmen von 4,8 Tagen
  • Versicherungsunternehmen von 5,6 Tagen

als kritisch und darüber hinausgehende Ausfallzeiten als existenzbedrohend zu bezeichnen.


Brandverlauf und Abschätzung

Es ist entsprechend in jedem Einzelfall zu prüfen, ob eine alleinige Branderkennung ausreicht oder ob eine Feuerlöschanlage von der Brandmeldeanlage angesteuert werden sollte und, wenn ja, welche Anlage am besten geeignet ist. Wie aus Abbildung 2 zu entnehmen ist, bleibt es einer sorgfältigen Brandanalyse im Planungsstadium vorbehalten, den geeigneten Brandmelder auszuwählen, da Brände mit stark unterschiedlichen Phasengeschwindigkeiten ablaufen, die im Bereich von einigen Millisekunden bis hin zu mehreren Stunden liegen können.

Brandentwicklung

Die obere, schraffierte Fläche stellt den Bereich dar, in dem die Brandentwicklung bereits so groß ist, dass ein Löscheinsatz nicht mehr erfolgreich sein kann. Die einzelnen Kurven A bis D stellen verschiedenartige Brandverläufe dar, die jeweils in den Punkten a1 bis d1 von einem Brandmeldesystem erkannt werden.

Die Ansprechschwelle von stationären Feuerlöschanlagen (z.B. Sprinkleranlagen) ohne Ansteuerung durch eine Brandmeldeanlage ist durch die Punkte b2 und c2 gekennzeichnet.

Explosion, Verpuffung

Die Zeitspanne vom Erkennen eines Brandes durch ein Brandmeldesystem bis zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Löschung erfolgt sein muss (a3 , b3 , c3 ), ist sehr unterschiedlich. So stellt die Kurve A eine sehr schnelle Brandentwicklung, eine Explosion, dar. Explodieren können brennbare Materialien, die in fein verteilter Form ein Staub-Luft-Gemisch bzw. bei Flüssigkeiten ein Dampf-Luft-Gemisch bilden.

Als weitere Voraussetzungen müssen eine explosive Konzentration dieser Staub- oder Dampf-Luft-Gemische (die Konzentration muss sich zwischen der unteren und oberen Explosionsgrenze bewegen) und eine Zündquelle mit ausreichender Energie vorhanden sein.

Viele brennbare Materialien können als Stäube explodieren, z.B. Puderzucker, Stärke, Mehl, Aluminium, Magnesium und eine Vielzahl von Kohlenstoffverbindungen.

Entsprechend den unterschiedlichen Flammengeschwindigkeiten unterscheidet man:

  • Verpuffung: einige cm/s
  • Explosion: einige m/s
  • Detonation: einige km/s

Hier werden hoch empfindliche Druck- und Flammendetektoren eingesetzt, die eine beginnende Explosion in den ersten Millisekunden erkennen und geeignete Löschanlagen ansteuern können.

Hohe Brandlast, rasche Brandausbreitung

Im Bereich der Kurven B und C können, bedingt durch die hohe Brandlast und die rasch ansteigende Brandintensität, Brandmelder eingesetzt werden, die die Temperatur als Brandkriterium für die Alarmweiterleitung nutzen.

Thermische Brandmelder, die als Maximalmelder das Überschreiten einer bestimmten Temperatur und in Kombination mit einer Differentialauswertung auch einen Temperaturanstieg erkennen und Alarm geben, werden in diesem Bereich eingesetzt. Auch hier ist die Zeitspanne vom Erkennen des Brandes durch eine Brandmeldeanlage (Punkte b1 und c1 ) bis zu dem Zeitpunkt, bei dem eine erfolgreiche Löschung nicht mehr möglich ist (a3 , b3 , c3 ), relativ gering.

Der Brandmeldeanlage sollte daher eine stationäre Feuerlöschanlage nachgeschaltet werden, die den Brand beispielsweise durch Aufbringung von Wasser, Pulver oder CO 2 usw. automatisch löschen kann.

Schwelbrand – Brandgase, Brandrauch

Bei der Kurve D, die einen Schwelbrand darstellt, steht vom Zeitpunkt der Branderkennung (d1 ) bis zur Steigerung der Brandintensität ein wesentlich größerer Zeitraum zur Verfügung. Die einen Schwelbrand begleitenden Brand- und Rauchgase werden als Brandkenngrößen von Rauchmeldern erkannt und bei Übersteigen einer vorgegebenen Konzentration als Feueralarm ausgewertet.


Brandarten

Jede Verbrennung ist mit einer energetischen und stofflichen Umsetzung verbunden. Eine Übersicht über die Brandarten ist in Abbildung 4 dargestellt.

Verbrennungsprodukte bei einem Brand

Für automatische Brandmelder werden hauptsächlich die in dieser Darstellung mit einem * versehen Brandkenngrößen genutzt.


Einfluss der Interventionszeit auf die Schadenhöhe

Die Interventionszeit umfasst die Zeit von der Brandentstehung bis zum Ansprechen des Brandmeldesystems mit der automatischen Alarmweiterleitung zur Feuerwehr (a), die Anmarschzeit der Feuerwehr (b1), die Zeit für die Lokalisierung des Brandherdes (b2) und die für die Brandbekämpfung erforderliche Löschzeit. In Abbildung 3 ist ein möglicher Brandverlauf aufgezeigt, der zum Zeitpunkt a1 von einem Brandmeldesystem erkannt und als Alarm zur Feuerwehr weitergeleitet wird, die zum Zeitpunkt a2 am Brandherd eintrifft.

brandverlauf einfluss der einzelmelderkennung

A = Brandschaden bis zum Ansprechen einer automatischen Brandmeldeanlage
A’= Brandschaden bis zum Alarmieren der Feuerwehr über Telefon
B = Brandschaden zwischen Alarmierung und Beginn des Löscheinsatzes bei Objekten mit automatischer Brandmeldeanlage
B’= Brandschaden zwischen Alarmierung und Beginn des Löscheinsatzes bei Objekten ohne automatische Brandmeldeanlage
C = Brandschaden während des Löscheinsatzes bei Objekten mit automatischer Brandmeldeanlage
C’= Brandschaden während des Löscheinsatzes bei Objekten ohne automatische Brandmeldeanlage

a = Reaktionszeit automatischer Brandmelder
a’= durchschnittliche Reaktionszeit bei Alarmierung über Telefon
a1 = Zeitpunkt der Detektion des Melders
a2 = Zeitpunkt des Eintreffens der Feuerwehr
b = b’= durchschnittliche Reaktionszeit der Feuerwehr
c = durchschnittliche Löschzeit bei Objekten mit automatischer Brandmeldeanlage
c’= durchschnittliche Löschzeit bei Objekten ohne automatische Brandmeldeanlage

Sofern keine Einzelidentifikation der Alarm gebenden Melder und keine Rückverfolgung der Brandentstehung möglich ist, muss der Brandherd erst ausfindig gemacht werden, bevor mit dem Einsatz des Löschmittels begonnen werden kann.

Bei einer Einzelidentifikation der Melder an der Zentrale kann der Brandherd schnell lokalisiert werden und der Einsatz des Löschmittels praktisch sofort erfolgen. Der Brandschaden wird wesentlich reduziert.

So ermöglicht die schnellere Branderkennung, wie sie durch eine „intelligente“ Technik mit einer optimalen Branderkennungsgüte gegeben ist, eine kürzere Interventionszeit mit entsprechender Reduzierung der Schadenhöhe.

Minimierung der Brandschäden durch "intelligente" Brandmelder

Im Bereich der Brandmeldesysteme sind in den letzten Jahren – begünstigt durch den kostengünstigen Einsatz von Mikroprozessoren – Neuentwicklungen zu verzeichnen mit der Zielsetzung, die Falschalarme weiter zu reduzieren. Die Brandmeldesysteme sind "intelligenter" geworden.

Die Fortschritte auf dem Gebiet der Brandentdeckung spiegeln sich auch in den Fachbeiträgen zu den Tagungen an der RWTH Aachen und an der Universität Duisburg wider. So wird die Strukturierung der "Intelligenz" bei Brandmeldesystemen definiert als:

  • Brandentdeckungsintelligenz:
    Aufnahme von Signalen mit entsprechender Auswertung
  • Entscheidungsintelligenz:
    Entscheidung über das Vorliegen eines Brandereignisses
  • Kontroll-/Überwachungsintelligenz:
    Möglichkeit, die Funktionsfähigkeit eines Brandmeldesystems zu beurteilen sowie Ausfälle und Abweichungen zu melden
  • Maßnahmenintelligenz:
    die Fähigkeit, die richtigen Maßnahmen zu treffen wie das Alarmieren der Feuerwehr, das Auslösen von Löschanlagen usw.

Für die Senkung der Falschalarme, die größtenteils auf Täuschungsgrößen zurückzuführen sind, kommt der Brandentdeckungsintelligenz eine erhebliche Bedeutung zu, d. h., die Melder bzw. Detektoren müssen unter betriebsbedingten Umwelteinflüssen bei möglichst großer Ansprechempfindlichkeit eine korrekte Entscheidung für das Vorliegen eines Brandes treffen.


Schema eines Brandmeldesystems

Das Schema eines Brandmeldesystems ist aus der folgenden Abbildung ersichtlich. Dabei kann ein Brand nicht direkt gemessen werden. Vielmehr werden die Brandkenngrößen indirekt mit Hilfe von physikalischen oder chemischen Wechselwirkungen erkannt und ausgewertet.

schema eines brandmeldesystems

Nach dem heutigen Stand der Technik werden überwiegend folgende Messverfahren eingesetzt:

  • Ionisationsmessprinzip
  • Streulichtmessprinzip
  • Temperaturmessprinzip
  • Ultraviolettmessprinzip
  • Infrarotmessprinzip
  • Gasmessungsprinzip

Quellen: Informationsbroschüren der Firma Novar by Honeywell

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