Brandmelder auf Herz und Nieren geprüft

Wer allerdings schon einmal mitten in der Nacht von einem Fehlalarm zum Verlassen des Hotels gezwungen wurde, weiß, dass jeder Fehlalarm einer zu viel ist. Und daher arbeiten die Hersteller daran, die Zuverlässigkeit in der Branderkennung weiter zu erhöhen. Dazu gehört auch die Division Building Technologies von Siemens am Hauptsitz im schweizerischen Zug.

Dort wurde Anfang 2016 ein neues „Fire Lab“ in Betrieb genommen. In einem großen wie auch in einem kleinen Brandraum werden bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen Brandversuche durchgeführt. Rund um den großen Brandraum gruppieren sich weitere Labors, in welchen an einzelnen Brandkriterien wie Rauch, Wärme, Gas oder Optik geforscht wird. In einem weiteren Labor, „MegaFoot-Lab“ genannt, wird das Zusammenspiel großer, vernetzter Anlagen geprüft.

Der große Brandraum

Brandversuche finden primär im „großen Brandraum“ statt, ein in das Gebäude integrierter Raum mit 12m Länge, 8m Breite und 8m Höhe. Damit die Brandversuche unter stets gleichbleibenden Umgebungsbedingungen durchgeführt werden können, wird die Luft gefiltert zu- und abgeführt. Bei geschlossener Tür und je nach Einstellung der Lüftungsklappen ist der Raum komplett dicht. „Wenn wir einen Glimmbrand in der Mitte des Raums durchführen, muss dieser reproduzierbar in einem Dreimeterkreis an der Decke zu messen sein“, erläutert Urs Schmid, Leiter des Brandlabors. Hitze, Rauchpartikel, Brandgase und Flammen sollen sich reproduzierbar ohne störende Luftströmungen im Raum und insbesondere an der Decke ausbreiten, damit die einzelnen Phänomene zuverlässig und differenziert gemessen werden können. „Reproduzierbare physikalische Brandphänomene sind die Grundvoraussetzung, um das Design und die Sensorik eines Brandmelders zu entwickeln“, erklärt Schmid.

„Unterschiedliche Oberflächen­temperaturen würden im Brandraum unerwünschte Luftströmungen verursachen“. Aus diesem Grund werden Wände, Boden und Decke auf Differenzen kleiner als 0,1K geregelt. Dazu ist der Raum mit seinen weiß gefliesten Wänden außen zur Kühlung mit Wasserrohren umgeben, die eine Gesamtlänge von über 2300m aufweisen. Die Temperierung der Raumhülle durch Wasserleitungen bietet auch den Vorteil, dass man nach einem Testfeuer mit großem Energieinhalt den Raum rasch wieder herunterkühlen kann.

Feuer ist nicht gleich Feuer

Im großen Brandraum werden die Brandmelder innerhalb der normativen Vorgaben getestet. Dazu werden verschiedene Materialien in unterschiedlichen Verläufen verbrannt oder verglimmt, z.B. Holz, Kunststoffe, Flüssigkeiten, Textilien, Kabel oder Papier. Diese Tests dienen dazu, die Produkte und deren Design ebenso wie die Algorithmen zu entwickeln, die einen Brand erkennen und melden oder aber von einer Störgröße unterscheiden.

Dabei gilt es, Gefahren wie Gas, Wärme, Rauch oder Flammen über den Zeitverlauf nicht nur möglichst früh und präzise, sondern auch in Summe und Kombination differenziert zu erfassen. Störgrößen wie Staub, Dampf, Schweißarbeiten, Nebel oder Abgase von Motoren soll der Melder korrekt erkennen. Daher werden neben den von der Norm verlangten Testfeuern mit den erwähnten Materialien stets auch Störgrößentests durchgeführt.

Versuche auch jenseits der Norm

Die Forscher testen die Produkte auch über die Anforderungen der Norm hinaus. Dafür dient u.a. der „kleine Brandraum“ mit 30m³ Volumen. Dort finden Brandversuche bei Anfangstemperaturen von -30°C bis zu +70°C statt.

Neben den üblichen Langzeitklimastresstests mit erhöhter Temperatur und Luftfeuchtigkeit werden auch mechanische Tests durchgeführt. In einem Vibrationstest werden die Melder beispielsweise während längerer Zeit über alle drei Achsen geschüttelt, um zu überprüfen, wie sie darauf reagieren und ob sie ihre ordnungsgemäße Funktionalität jederzeit behalten. Zusätzliche, noch härtere Vibrationstests werden bei Meldern gefahren, die für den Einsatz in Flugzeugen oder auf Schiffen bestimmt sind. In einer pneumatischen Maschine wie auch mit einem Schwinghammer wird die Schlag- und Schockresistenz geprüft.

Weitere spezialisierte Labors

Ergänzt werden die beiden Brandräume durch weitere hochspezialisierte Labors, in denen jede einzelne Brandkenngröße individuell untersucht wird.

Optik-Labor

Im Optik-Labor wird die Sensorik der Brandmelder weiterentwickelt und geprüft. Abstrahlcharakteristik, Wellenlänge, Streuwinkel und Polarisation sind zentrale Eigenschaften, welche die Detektionseigenschaften maßgebend bestimmen. Zum Test gelangen hier auch Alarmierungsgeräte wie beispielsweise Blitzleuchten, bei welchen die Lichtintensität und -abstrahlung gemessen wird. Der Signalisierungsbereich unterliegt normativen Anforderungen.

Rauch- und Aerosol-Labors

Das wichtigste Untersuchungsfeld, auch im Zusammenhang mit Störgrößen, ist Rauch. Daher gibt es mehrere kombinierte Rauch- und Wärmekanäle, Rauchboxen sowie einen Staubkanal. Getestet wird hier neben den präzisen Ansprechwerten auch die differenzierte Auswertung von Signalen im Zusammenhang mit Störgrößen wie Dampf, Abgasen oder Staub.

Hier kann man beispielsweise auch die Richtungsabhängigkeit eines Melders prüfen. So haben viele Melder z.B. zwei gegenüber angebrachte Temperatursensoren. Je nach Winkel, in dem der Melder montiert wird, reagiert er unterschiedlich schnell auf Temperaturänderungen. Das lässt sich physikalisch nicht vermeiden, ist aber unkritisch, solange sich das Ansprechverhalten innerhalb der Norm bewegt.

Gas-Labor

Im Gas-Labor können Brandgas-Cocktails mit bis zu 16 unterschiedlichen Gasen zum effizienten Qualifizieren von neuartigen Sensoren aufbereitet werden. Zur Unterstützung der laufenden Produktion werden Sensor-Proben aus dem Komfortbereich (Feuchte, VOC (volatile organic compounds) und CO₂) sowie im Brandbereich CO-Sensoren, die in Multikriterien-Brandmelder zum Einsatz kommen, regelmäßig ausgemessen.

Eine Echtzeit-Gassampling-Anlage mit FTIR (Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer) zum Erfassen von Brandgasen aus echten Bränden erlaubt gleichzeitige Messungen zusammen mit anderen Detektionsprinzipien im großen Brandlabor.

Vernetzte Systeme

Im „MegaFoot-Lab“ wird das Verhalten großer, vernetzter Installationen mit bis zu 64 Brandmeldezentralen überprüft. Die Installation ist so konzipiert, dass man verschiedene Netzwerktopologien konfigurieren und mit bis zu 40000 simulierten Branddetektoren bestücken kann. So kann man die Kommunikation zwischen den Brandmeldezentralen wie auch zu den Managementstationen prüfen.

www.siemens.com/buildingtechnologies

www.siemens.com/firesafety