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Brandschutzlabor

Feuer und Flamme

Um zuverlässige und täuschungssichere Brandmelder liefern zu können, betreibt Siemens Building Technologies seit Beginn dieses Jahres ein neues Brandschutzlabor am Hauptsitz in Zug. Um die Arbeit dort näher zu erläutern, hatte Siemens am 7. und 8. November 2016 zur Pressekonferenz «Competence in Fire Safety» eingeladen.

Vor Ort gaben die Experten Einblicke in die vielfältigen Testmöglichkeiten des neuen Labors. In einem grossen wie auch in einem kleinen Brandraum werden bei unterschiedlichen Umgebungs- bedingungen Brandversuche durchgeführt. Rund um den grossen Brandraum gruppieren sich weitere, hochspezialisierte Labors, in welchen an einzelnen Brandkriterien wie Rauch, Wärme, Gas oder Optik geforscht wird. Weitere Anlagen wie zum Beispiel das Megafoot- Lab ergänzen die physikalischen Labors mit dem Zweck grosse, vernetzte Anlagen in Betrieb zu nehmen.

500 Kubikmeter Brandraum

Kern des Labor-Ensembles ist der grosse Brandraum, ein massiver Betonquader mit Aussenkanten von zwölf mal acht Metern. Zusammen mit der Höhe von ebenfalls acht Metern ergibt sich abzüglich der Mauern und Einbauten ein nutzbarer Rauminhalt von 500 Kubikmetern. Mit seinen weiss gefliesten Wänden erinnert der Brandraum an einen Operationssaal. Es bestehen besondere Anforderungen: Damit die Brandversuche unter stets gleichbleibenden Umgebungsbedingungen durchgeführt werden können, wird beispielsweise die Luft gefiltert zu- und abgeführt. Bei geschlossener Tür – und je nach Einstellung der Lüftungsklappen – kann der Raum komplett dicht gemacht werden.

«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. «Unterschiedliche Oberflächentemperaturen würden im Brandraum unerwünschte Luftströmungen verursachen.» Aus diesem Grund werden Wände, Boden und Decke auf Temperaturen mit einer Genauigkeit von weniger als 0,1 Grad Celsius geregelt. Dies erfolgt mit eingelegten Wasserrohren, welche eine Gesamtlänge von über 2.300 Metern aufweisen. 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.

Hohe Kadenz

Die Temperierung der Raumhülle durch Wasserleitungen hat neben der einfachen Regulierung noch einen weiteren Vorteil: Auch nach einem Testfeuer mit grossem Energieinhalt kann der Raum rasch wieder zu seiner Ausgangstemperatur gebracht werden. Es lässt sich somit nicht nur genauer messen, sondern auch mit einer höheren Kadenz. Eine hohe Kadenz der Versuche ist notwendig, gibt es doch zahlreiche Gründe und Auftragsauslöser: Ein komplett neu entwickelter Melder muss natürlich im Lauf der Entwicklung zahlreiche Tests über sich ergehen lassen. Aber auch ein neuer Detektionsalgorithmus, ein neues Sensorelement oder ein anderer Kunststoff für die Optik- Kammer eines Melders müssen ausgiebig getestet werden.

Umfangreiche Prüfungen erfordert beispielsweise auch der Wechsel eines Lieferanten. Es erfolgt im Brandlabor damit nicht nur die Qualifikation neuer Melder, auch bei Veränderungen an bestehenden Meldern ist jeweils eine Überprüfung erforderlich. Im grossen Brandraum testet Siemens seine neuen Brandmelder innerhalb der normativen Vorgaben. Dazu werden verschiedene Materialien – Holz, Kunststoffe, Flüssigkeiten, Textilien, Kabel oder Papier – in unterschiedlichen Verläufen verbrannt oder verglimmt.

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 sowie intelligent zu verrechnen. Störgrössen wie Staub, Dampf, Schweissarbeiten, Nebel oder Abgase von Motoren müssen vom Melder korrekt erkannt und von Feueralarm-Kriterien unterschieden werden. Daher werden neben den von der Norm verlangten Testfeuern mit den erwähnten Materialien stets auch Störgrössentests durchgeführt.

Versuche weit ausserhalb der Norm

«Normative Anforderungen reichen uns nicht», betont Urs Schmid, «denn wir entwickeln und verkaufen Produkte, für deren Qualität und Funktionalität wir die Verantwortung übernehmen. Eine Norm übernimmt keine Verantwortung.» Auch ausdiesem Grund wird der grosse Brandraum durch einen kleineren 30-Quadratmeter- Raum ergänzt, in dem Brandversuche bei Anfangstemperaturen von -30 bis zu +70 Grad Celsius durchgeführt werden können. Nur mit solchen Extremtests, die von keiner Norm verlangt werden, kann Siemens sicherstellen, dass seine Melder jederzeit erwartungsgemäss und zuverlässig arbeiten. Ausserdem werden die Brandmelder kräftig in die Mangel genommen: 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.

Speziallabors

Ergänzt werden die beiden Brandräume durch weitere hochspezialisierte Labors, in denen jede einzelne Brandkenngrösse individuell untersucht wird. Im Optik-Labor wird die Sensorik der Brandmelder weiterentwickelt und geprüft. Abstrahlcharakteristik, Wellenlänge, Streuwinkel und Polarisation sind zentrale Eigenschaften, welche die Detektionseigenschaften massgebend bestimmen. Das wichtigste Untersuchungsfeld, auch im Zusammenhang mit Störgrössen, ist Rauch. Das Fire Lab verfügt deshalb gleich über mehrere kombinierte Rauch- und Wärmekanäle, Rauchboxen sowie über einen Staubkanal. Getestet wird hier neben den präzisen Ansprechwerten auch die differenzierte Auswertung von Signalen im Zusammenhang mit Störgrössen wie Dampf, Abgasen oder Staub.

Dem klassischen Bild eines Labors kommt das Gas-Labor mit seiner Abluftkapelle am nächsten. Standardisierte sowie R&D-Experimente mit Gasen werden unter Einhaltung aktueller Sicherheitsrichtlinien durchgeführt. Brandgas-Cocktails mit bis zu 16 unterschiedlichen Gasen können zum effizienten Qualifizieren von neuartigen Sensoren aufbereitet werden.

Megafoot für Grossanlagen

Um den Ansprüchen grosser Kunden zu genügen, wurde das sogenannte Megafoot-Lab eingerichtet. Hier wird das Verhalten vernetzter Installationen mit bis zu 64 Brandmeldezentralen überprüft, wie sie beispielsweise in Universitäten, Spitälern oder dem Campus grosser Firmen vorkommen: Hier soll der Brandschutz in vielen verschiedenen, häufig räumlich weit auseinanderliegenden Gebäuden zentral überwacht und verwaltet werden. Die Installation ist so konzipiert, dass man verschiedene Netzwerktopologien konfigurieren und mit bis zu 40‘000 simulierten Branddetektoren bestücken kann. Dies ermöglicht, die Kommunikation zwischen den Brandmeldezentralen wie auch zu den Managementstationen zu prüfen. So ist der Megafoot beispielsweise heute zu Testzwecken als Brandschutzsystem eines Kraftwerks konfiguriert, und in drei Wochen wird die gleiche Anlage als Sicherheitsanlage für die Metro einer grossen Stadt betrieben. MD

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