Hans-Joachim Gressmann - Abwehrender und Anlagentechnischer Brandschutz

Messprinzip:

Melder nach dem Differentialprinzip lösen bei schnellen Temperaturerhöhungen aus. Sie sind dadurch wesentlich schneller als normale Wärmemelder nach dem Maximalprinzip. Sie werden heute ebenfalls in Halbleitertechnologie und/oder hochintegriert hergestellt. Früher waren auch sog. Wärme-Diffusionsmelder üblich, die im „Leckdüsenprinzip” aus dem Wärmeanstieg Druckdifferenzen erzeugten die über Druckschalter ausgewertet wurden.

Moderne Wärmemelder sind in der Regel kombinierte Maximal- und Differentialmelder. Erhöht sich die Umgebungstemperatur am Melder, so verändert sich der Gleichgewichtszustand eines aus zwei temperaturabhängigen Widerständen bestehenden Spannungsteilers. Bei Überschreiten von Grenzwerten (Maximum bzw. eingeplante zeitliche Änderung) wird Alarm ausgelöst.

Eignung:

Differentialwärmemelder sind eher dort geeignet, wo die Umgebungstemperaturen niedrig sind oder nur wenig schwanken, während wärmedifferentielle Maximaltemperaturmelder eher dort geeignet sind, wo die Umgebungstemperaturen größeren Schwankungen in kurzen Zeiträumen unterliegen.

Es gibt heute eine Vielzahl von linearen Wärmemeldern (Tabelle 5-5). Es werden rückstellbare und nicht-rückstellbare Linienförmige Melder unterschieden. Die Anforderungen an rückstellbare Wärmemelder enthält DIN EN 54-22 [5.122], an nicht-rückstellbare Wärmemelder DIN EN 54-28 [5.123].

Tabelle 5-5:

Linienförmige Wärmemelder – Übersicht

Als linienförmige, nicht integrierende Wärmemelder sind Halbleiter-Sensorkabel erhältlich, in die in regelmäßigen Abständen (1m, 2m, 4m oder 8 m) kleine Wärmesensoren eingebaut sind (Abbildung 5-19), die von einer Zentraleinheit zyklisch nach der aktuellen Temperatur abgefragt werden. Die Auflösung solcher Mehrpunktförmiger Wärmemelder beträgt dabei ca. 0,1 oC. Über die Zentraleinheit können betriebsbedingte Temperaturschwankungen erkannt und „ausgeblendet“ werden. Es sind Kabellängen von bis zu 2,5 km realisierbar. Diese Systeme sind z. T. seit über 15 Jahren im Einsatz und vom VdS anerkannt.

Abbildung 5-19:

Linienförmiger, nicht integrierender Wärmemelder

WärmemelderSensorkabelEignung:

Da die Kabel vollkommen geschlossen sind, können diese Melder auch unter extremen äußeren Bedingungen (Feuchtigkeit, Staub, Schnee), z.B. in Industrieanlagen, Tunnels, Förderbandanlagen, Kabeltrassen etc. eingesetzt werden.

Als Sensorelement wird die QuarzglasfaserGlasfaser-BrandmelderBrandmelderGlasfaser~ eines Lichtwellenleiters eingesetzt (Faseroptische linienförmige Wärmemelder), je nach Umgebungsbedingungen wird dieser noch durch ein Stahlröhrchen geschützt [5.70]. Temperaturänderungen induzieren Schwingungen der amorphen Glasstruktur, diese können mittels Laserlicht sehr exakt gemessen werden. Die eingestrahlten Photonen eines Lasers treten mit den schwingenden Elektronen des Glasmoleküls in Wechselwirkung. Das nachgewiesene gestreute Licht enthält neben der eingestrahlten Wellenlänge auch verschobene Wellenlängen (Raman-Streuung), deren Intensitätsverhältnis zum Temperaturnachweis ausgenutzt wird: Das zu kleinerer Wellenlänge, d.h. höherer Energie, verschobene Streulicht (Anti-Stokes-Linie) reagiert wesentlich stärker auf Temperaturänderungen des Glases als das zu größeren Wellenlängen, d.h. geringerer Energie verschobene (Abbildung 5-20). Aus dem Intensitätsverhältnis wird die Temperatur errechnet. Die beiden resultierenden Frequenzverläufe werden mittels Fourier-Transformation in zeitabhängige Signale umgerechnet, hieraus ergibt sich der Entstehungsort (= Brandort) des Signals. Derartige Systeme liefern Temperaturänderungen mit einer Auflösung von etwa ±1 oC und den Brandort mit einer Auflösung von etwa ± 1 Meter und daher auch Daten über den Brandverlauf hinsichtlich Größe und Ausbreitungsrichtung.BrandmelderLichtwellenleiter als ~LichtwellenleiterBranddetektion durch ~Fiberoptisches SensorkabelSensorkabelFieberoptik

Abbildung 5-20:

Wärmedetektion durch Raman-Streuung von Laserlicht

Diese Systeme ist sehr störungsresistent, insbesondere auch gegen elektromagnetische Störstrahlung (Mobiltelefone etc.), da die Signalkabel kein Metall enthalten. In verschiedenen Tunneln (darunter im Euro-Tunnel) sind Systeme mit bis zu 16 km Kabellänge im Einsatz [5.71]. Die Systeme sind vom VdS anerkannt.

Als Sensorelement wird eine Quarzglasfaser verwendet, deren Brechungsindex in regelmäßigen Abständen moduliert ist (Bragg-Gitter). Aus eingestrahltem Licht (Infrarotspektrum ca. 1500 nm bis 1600 nm) werden durch konstruktive Interferenz bestimmte Wellenlängen selektiv zurückgeworfen. Bei Wärmebeaufschlagung verändert sich durch den thermooptischen Effekt der Brechungsindex der Glasfaser, dadurch verschiebt sich die rückgestrahlte Wellenlänge proportional zur Temperaturänderung. Aus der Laufzeitdifferenz des eingestrahlten kontinuierlichen Lichts und der reflektierten Wellenlänge wird der Ort berechnet.

Mit geeigneten Flüssigkeiten oder Gasen gefüllte Röhren werden in den zu überwachenden Räumen angebracht („Hydraulikmelder“ bzw. „Pneumatikmelder“). Bei Erwärmung betätigt das sich ausdehnende Fluid Druckschalter bzw. Drucksensoren fragen den Druckanstieg ab. Auf Grund des großen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Gasen sind Pneumatische Melde empfindlicher als hydraulische. Hydraulikmelder verwenden als Fühlerrohr i.d.R. Stahl- oder Kupferrohre, marktgängige Pneumatikmelder auch Teflonschläuche.