Feuer und Flamme im Fire Lab

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Um ihren Kunden ausgereifte, zuverlässige und täuschungssichere Brandmelder liefern zu können, verfügt die Siemens-Division Building Technologies an ihrem Hauptsitz im schweizerischen Zug seit Jahrzehnten über diverse Brandräume. Jetzt wurde neu gebaut.

07. März 2017
Im 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. Bildquelle: Siemens
Bild 1: Feuer und Flamme im Fire Lab (Im 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. Bildquelle: Siemens)

Infolge des Gebäudeneubaus am HQ in Zug wurde zu Beginn des letzten Jahres 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, hochspezialisierte Labors, in welchen an einzelnen Brandkriterien wie Rauch, Wärme, Gas oder Optik geforscht wird. Weitere Anlagen wie zum Beispiel das „Mega-Foot-Lab“ ergänzen die physikalischen Labors mit dem Zweck große, vernetzte Anlagen in Betrieb zu nehmen.

Kern des Labor-Ensembles ist unbestritten der große Brandraum, ein massiver Betonquader mit beeindruckendem Außenumfang: 12 Meter lang und 8 Meter breit, bietet er mit seiner Höhe von 8 Metern einen nutzbaren 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 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. „Unterschiedliche Oberflächentemperaturen würden im Brandraum unerwünschte Luftströmungen verursachen“. Aus diesem Grund werden Wände, Boden und Decke auf Differenzen kleiner als 0.1 °C 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.

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.

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 umfassende Störgrößentests durchgeführt.

„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 aus diesem Grund wird der große Brandraum durch einen kleineren 30m³-Raum ergänzt, in dem Brandversuche bei Anfangstemperaturen von -30 °C bis zu +70 °C 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.

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. Zum Test gelangen hier auch Alarmierungsgeräte wie beispielsweise Blitzleuchten. 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. In den ebenfalls in diesem Bereich angesiedelten Klimaschränken werden außerdem Materialien für die Verwendung von Brandversuchen im Brandraum vorbereitet, indem beispielsweise Holz und Lunten auf den verlangten Feuchtigkeitsgehalt konditioniert werden.

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 Qualifizieren von neuartigen Sensoren aufbereitet werden. Fast täglich wird die Gaslaborinfrastruktur zur Unterstützung der laufenden Produktion eingesetzt. Sensor-Proben aus dem Komfortbereich (Feuchte, VOC (volatile organic compounds) und CO2) sowie im Brandbereich CO-Sensoren, die in Multikriterien-Brandmeldern zum Einsatz kommen, werden regelmäßig mit Laborgenauigkeit 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. Um den Ansprüchen großer Kunden zu genügen, wurde schließlich das sogenannte „Mega-Foot-Lab“ eingerichtet. Hier wird das Verhalten großer, vernetzter Installationen mit bis zu 64 Brandmeldezentralen überprüft, wie sie beispielsweise in Universitäten, Spitälern oder dem Campus großer Firmen vorkommen. 

 

Erschienen in Ausgabe: 02/2017