Hans-Joachim Gressmann - Abwehrender und Anlagentechnischer Brandschutz

Messprinzip:

IonisationsrauchmelderIonisationsrauchmelderRauchmelderIonisations~ nutzen die Eigenschaft radioaktiver Strahlen, die Luft zu ionisieren, d.h. in gewissem Umfang elektrisch leitfähig zu machen. In der Regel wird dabei ein Alpha-Strahler – überwiegend Americium 241 – als ionisierendes Element eingesetzt [5.67]. Durch die Alpha-Strahlung werden die neutralen Luftmoleküle in einer Messkammer ionisiert (Abspaltung von Valenzelektronen der Außenschale). Elektronen und positiv geladene Ionen wandern bei Anlegen einer Gleichspannung an die Messkammer zu den entgegengesetzt geladenen Elektroden. Es stellt sich ein definierter Strom ein.

Abbildung 5-12:

Aufbau und Funktionsprinzip von Ionisations-Rauchmeldern

Gelangen Verbrennungsprodukte (Rauchaerosole) in die Messkammer, schließt sich ein Teil der Ionen an die bis zu 1000-mal schwereren Verbrennungsteilchen an. Die dadurch entstehenden „schweren Ionen” bewegen sich praktisch nicht mehr. Dadurch stellt sich ein geringerer Strom durch die Messkammer ein. Diese Stromänderung wird als Alarmkriterium ausgewertet.

Zur Kompensation von Umwelteinflüssen wie Luftdruck, Luftfeuchtigkeits- und Lufttemperaturänderungen usw. wird bei einem Zweikammer-Ionisationsmelder zusätzlich zur Messkammer eine Vergleichskammer eingesetzt. Dabei ist die Vergleichskammer für die Umgebungsluft abgeschlossen, die Messkammer offen.

Eignung:

Ionisationsrauchmelder sprechen besonders auf Rauch mit kleiner Partikelgröße an, wie er in rasch verlaufenden Bränden mit Flammenbildung auftritt, weniger aber auf Rauch mit größeren Partikeln, wie er bei optisch dichtem Rauch bei schwelenden Materialien erzeugt wird. Der Einsatz darf nicht in Räumen mit betriebsbedingter Rauchentwicklung oder bei Auftreten von Aerosolen erfolgen (z.B. Schweißerei, Abgase von Dieselmotoren, Auftreten von Wasserdampf etc.).

Ionisationsrauchmelder unterliegen der Strahlenschutzverordnung und werden deshalb heute (2021) nur noch selten eingesetzt.

Messprinzipien:

Optische RauchmelderOptische RauchmelderRauchmelderDurchlichtprinzipRauchmelderStreulichtprinzip arbeiten nach dem Streulichtprinzip oder dem Durchlichtprinzip.

Beim Streulichtprinzip befindet sich im Melder eine Labyrinthkammer, in der eine Lichtquelle und eine (mehrere) Fotozelle(n) so angeordnet ist (sind), dass im Ruhezustand kein Licht zur Fotozelle gelangen kann (Abbildung 5-13). Tritt Rauch in die Labyrinthkammer ein, so wird ein Teil der Lichtstrahlen an den Rauchpartikelchen gestreut und trifft auf die Fotozelle auf. Somit entsteht dort eine Spannungsänderung, die zur Alarmauswertung genutzt wird.

Abbildung 5-13:

Optischer Streulicht-Rauchmelder

Beim Durchlichtprinzip ist der Melder so aufgebaut, dass im Ruhezustand eine bestimmte Mindest-Lichtmenge in den Empfänger gelangt (Abbildung 5-14). Tritt Rauch zwischen Lichtquelle und Fotozelle wird die Mindest-Lichtstärke unterschritten. Daher tritt ebenfalls eine Spannungsänderung auf, die ausgewertet wird.

Eignung:

Optische Rauchmelder ermöglichen die Feststellung von Entstehungsbränden bevor gefährliche Temperaturerhöhungen oder Flammenbildung auftreten (z.B. bei Schwelbränden). Rauchmelder nach dem StreulichtprinzipStreulichtprinzip sprechen auf größere, optisch aktive (helle) Partikel in optisch dichtem Rauch an, aber weniger auf kleine Partikel bei Bränden mit relativ geringer Rauchentwicklung. Bei Überhitzung bestimmter Materialien (z.B. PVC) oder bei Schwelbränden (z.B. Polyurethanschaum) entsteht Rauch mit überwiegend großen Partikeln, auf die optische Rauchmelder besonders ansprechen. Rauchmelder nach dem DurchlichtprinzipDurchlichtprinzip eignen sich auch für Brände mit optisch weniger aktiven (dunklen) Partikeln.

Der Einsatz darf nicht in Räumen mit betriebsbedingter Rauchentwicklung oder bei Auftreten von Aerosolen erfolgen (z.B. Schweißerei, Abgase von Dieselmotoren, Auftreten von Wasserdampf etc.).

Abbildung 5-14:

Messprinzip optischer Durchlicht-Rauchmelder

Messprinzip:

LichtstrahlrauchmelderLichtstrahlrauchmelderRauchmelderLichtstrahl~ bestehen in der Regel aus dem eigentlichen Melder und einem Retroreflektor, der dem Melder gegenüberliegend angeordnet wird (Abbildung 5-15). Der Melder enthält einen Lichtsender und einen Lichtempfänger. Der Lichtsender sendet einen gebündelten Infrarotstrahl aus, der vom Retroreflektor zum Lichtempfänger zurückgeworfen wird. Der Empfänger wandelt das empfangene Infrarotsignal in ein elektrisches Signal um, das in der Elektronik ausgewertet wird. Die Messstrecke eintretender Rauch schwächt das Infrarotsignal ab, bei Überschreiten der Grenzwerte wird der Gefahrenzustand angezeigt. Die Anforderungen an Lichtstrahlrauchmelder (linienförmige Rauchmelder nach dem Durchlichtprinzip) enthält DIN EN 54-12.

Der Abstand zwischen Melder und Reflektor kann bis zu 100 m (in Spezialanwendungen auch mehr) betragen. Eine freie Sichtverbindung sowie stabile, vibrationsfreie Montageorte sind dabei Grundvoraussetzung für eine einwandfreie Funktion. Bei der Wahl und Anordnung des Reflektors ist insbesondere auch die wärmebedingte Bewegung von Bauteilen zu berücksichtigen.

Eignung:

Lichtstrahlrauchmelder erfassen die Verdunkelung eines Lichtstrahls und sprechen daher auf den mittleren Wert der Rauchdichte über die Länge des Lichtstrahls an. Sie sind besonders für den Einsatz an Orten geeignet, andenen der Rauch vor der Erkennung über einen großen Bereich verbreitet ist, und können die einzige Art von Rauchmeldern sein, die unter hohen Decken eine zuverlässige Branddetektion ermöglichen.

Lichtstrahlrauchmelder werden daher in großflächigen, schmalen oder hohen Räumen, wie Korridoren, Empfangshallen, Atriumgebäuden, überdachten Innenhöfen, Messehalle, Lager- und Fabrikationshallen etc. bis zu einer Deckenhöhe von 16 m, sowie in denkmalgeschützten Gebäuden eingesetzt.

Abbildung 5-15:

Funktionsprinzip von linearen optischen Rauchmeldern

Messprinzip:

RauchansaugmeldesystemeRauchansaugmelder (RASRASRauchansaugmelder) arbeiten mit einem Rohrsystem zum Ansaugen der Atmosphäre des geschützten Bereichs und der Überleitung der Ansaugatmosphäre zu einem Sensor, der sich entfernt vom geschützten Bereich befinden kann (Abbildung 5-16).

Abbildung 5-16:

Ansaugrauchmelder-Prinzip

Ein Ansaugrohr hat normalerweise mehrere Ansaugöffnungen und die Rauchdichte am Sensor ist der mittlere Wert der Rauchdichte über alle Öffnungen des Ansaugrohrs. Die maximale Rohrleitungslänge des Absaugleitungsnetzes beträgt 50 m bis 60 m, dabei sind ca. 10 einzelne Ansaugorte realisierbar. Zwar benötigen die Brandgase eine gewisse Transferzeit zum Rauchmelder, auf Grund der Ansaugung der Gase erfolgt jedoch andererseits eine Konzentration zum Detektor hin, so dass RAS Systeme Detektionszeiten von ein bis zwei Minuten erreichen. Die Anforderungen an Ansaugrauchmelder, die bis zu Deckenhöhen von 20 m eingesetzt werden, enthält DIN EN 54-20.