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Rauch- und Brandmelder

Automatische Brandmelder

Automatische Brandmelder können bei Bränden in der Entstehungsphase frühzeitiger warnen. Wenn es tatsächlich brennt, kann die Rauchgasdurchzündung, auch als Flashover bezeichnet, schon nach drei bis vier Minuten erfolgen; beim Brand eines trockenen Christbaumes bereits nach einer Minute. Über die zeitliche Dramatik eines Entstehungsbrandes kann sich heutzutage im Internet jeder einfach selbst informieren, zum Beispiel mit Suche nach „Brandversuch Kinderzimmer“ oder „Room Flashover Videos“.

Ein frühzeitiger, effektiver Alarm durch einen automatischen Brandmelder ist deshalb nicht nur in aufwändig zu evakuierenden Gebäuden wie Hotels, Einfamilienhäusern mit vielen Kindern, Seniorenheimen etc. sondern in jeder Wohnung von größter Bedeutung.

In den folgenden Abschnitten werden die Sensorprinzipien und die Wirkungsweise der verschiedenen Typen eines automatischen Brandmelders beschrieben.

Brandgas- oder Rauchgasmelder

Täglich berichten die Medien von Bränden, Gasunfällen oder Kohlenmonoxid (CO)- Vergiftungen. Wenn Kohlenmonoxid eingeatmet wird, ist der Mensch oder das Tier nach ein paar Atemzügen bewusstlos, und die Vergiftung kann innerhalb kürzester Zeit zum Tode führen.

Gerade in Privathaushalten entstehen bei Wohnungsbränden durch die heutige Verwendung vieler Kunststoffe für den Körper des Menschen sehr gefährliche Brand- und Rauchgase, vor denen Brand- und Rauchgasmelder frühzeitig warnen können.

Ein Brandgas- oder Rauchgasmelder schlägt Alarm, wenn die Konzentration von Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid oder anderen Verbrennungsgasen in einem Raum einen bestimmten Wert überschreitet und somit die Gefahr eines Brandes bzw. einer Rauchgasvergiftung besteht. Sie sind auch in warmen, staubigen und rauchigen Räumen einsetzbar, in denen Wärmemelder und Rauchwarnmelder versagen.

Gasmelder können weitere Gefahren bannen. Wenn sich eine Gastherme oder eine Gasheizung im Haushalt befindet, sollte ein Gasmelder installiert werden. In Booten, Wohnwagen oder Wohnmobilen mit Gasversorgung sollten ebensolche Gasmelder angebracht werden.

Wärmemelder

Wärmemelder, auch Hitzemelder genannt, schlagen Alarm, wenn die Raumtemperatur einen bestimmten maximalen Wert (in der Regel etwa 60 °C) überschreitet oder innerhalb einer bestimmten Zeit die Umgebungstemperatur überdurchschnittlich schnell ansteigt (Thermodifferenzialauswertung). In der aktuellen Norm wird jedoch nicht mehr zwischen Thermomaximalmeldern und Thermodifferenzialmeldern unterschieden, da jeder Differenzialmelder auch einen Maximalwert besitzt.

Wärmemelder werden besonders häufig in rauchigen oder staubigen (aber normal temperierten) Räumen eingesetzt, in denen Rauchwarnmelder versagen, also beispielsweise in Werkstätten oder Küchen. Sie sind preiswerter, reagieren aber träger als Rauchwarnmelder oder Brandgasmelder.

Wärmemelder werden vorwiegend zum Sachschutz (Warenhäuser, Fabrikhallen, Büros usw.) eingesetzt. Beispielsweise werden auch Sprinkleranlagen durch eine Temperaturerhöhung aktiviert. Für den Personenschutz sind sie weniger geeignet, da eine wache Person den Brand deutlich früher erkennen könnte. Eine schlafende Person hingegen würde durch Brandgase ersticken, bevor der Wärmemelder eine Temperaturerhöhung detektieren könnte.

Differential-Maximal-Prinzip: Der Melder löst bei einer schnellen Temperaturerhöhung einen Alarm aus. Dazu wird ein Messheißleiter mit einem Vergleichsheißleiter verglichen. Zusätzlich wird ein Maximalauslöseelement zur Alarmauslösung bei einer Maximaltemperatur eingesetzt.

Rauchmelder

Rauchmelder verwenden verschiedene physikalische Effekte zur Erkennung von Brandrauch.

Optische bzw. photoelektrische Rauchmelder

Die zurzeit (2009) gängigsten Brandmelder sind die optischen bzw. photoelektrischen Rauchmelder. Diese arbeiten nach dem Streulichtverfahren (Tyndall-Effekt): Klare Luft reflektiert praktisch kein Licht. Befinden sich aber Rauchpartikel in der Luft und somit in der optischen Kammer (1) des Rauchmelders, so wird ein von einer Infrarotdiode (LED, 5) ausgesandter Prüf-Lichtstrahl an den Rauchpartikeln gestreut. Ein Teil dieses Streulichtes fällt dann auf einen lichtempfindlichen Sensor (Fotodiode, 4), der nicht direkt vom Lichtstrahl beleuchtet wird, und der Rauchmelder spricht an. Ohne (Rauch-) Partikel in der Luft kann der Prüf-Lichtstrahl die Fotodiode nicht erreichen, die Beleuchtung des Sensors durch von den Gehäusewänden reflektiertes Licht der Leuchtdiode oder von außen eindringendes Fremdlicht wird durch das Labyrinth aus schwarzem, nicht reflektierendem Material verhindert. Optische Rauchmelder werden bevorzugt angewendet, wenn mit vorwiegend kaltem Rauch bei Brandausbruch (Schwelbrand) zu rechnen ist.

Bei einem Lasermelder wird statt einer einfachen Leuchtdiode (LED) mit einer sehr hellen Laserdiode gearbeitet. Dieses System erkennt schon geringste Partikel-Einstreuungen.

Ionisationsrauchmelder

Alternativ werden auch sogenannte Ionisationsrauchmelder eingesetzt. Diese arbeiten mit einem radioaktiven Strahler und können unsichtbare, das heißt kaum reflektierende, Rauchpartikel erkennen. Im Normalzustand erzeugen die Alphastrahlen der radioaktiven Quelle zwischen zwei geladenen Metallplatten in der Luft Ionen, so dass Strom zwischen den Platten fließen kann. Wenn Rauchpartikel zwischen die Platten gelangen, fangen diese einen Teil der Ionen durch elektrostatische Anziehung ein, wodurch die Leitfähigkeit der Luft verringert und somit der Strom kleiner wird. Bei Verringerung des Stromflusses schlägt der Ionisationsmelder Alarm.

Wegen der Radioaktivität werden Ionisationsrauchmelder allerdings nur noch in Sonderfällen eingesetzt, da die Auflagen sehr streng sind. Das Gefährdungspotenzial eines einzelnen Melders ist bei bestimmungsgemäßem Gebrauch und Entsorgung jedoch gering. Ungeöffnet sind Ionisationsmelder mit Alpha- oder Betastrahlern völlig ungefährlich, da keine Strahlung nach außen gelangt, im Brandfall muss aber der Brandschutt nach verschollenen Brandmeldern abgesucht werden. Wenn nicht alle Melder gefunden werden, muss der gesamte Brandschutt nach den Strahlenschutzverordnungen (zumindest im EU-Raum) als Sondermüll entsorgt werden, was auch zu erheblichen Mehrkosten nach einem Einsatz der Feuerwehr führt. Das Suchen der Melder ist aber nicht immer sehr einfach. Mit Geigerzählern hat man kaum eine Chance, sie unter einer Schicht mit einer Stärke von einigen Zentimetern zu finden. Daher ist es meist besser, man sucht das Gelände entsprechend demBrandschutzplan visuell nach dem vermissten Melder ab.

Am weitesten verbreitet sind Ionisationsrauchmelder in Angloamerika, dort dürfen sie über den Hausmüll entsorgt werden.

Vergleich der Rauchmelder

Ionisationsmelder reagieren besonders empfindlich auf kleine Rauch-Partikel, wie sie vorzugsweise bei flammenden Bränden, aber auch in Dieselruß, auftreten. Im Gegensatz dazu sind optische Rauchmelder besser zum frühzeitigen Erkennen vonSchwelbränden mit relativ großen und hellen Rauchpartikeln geeignet. Das Detektionsverhalten beider Meldertypen ist daher eher als einander ergänzend zu betrachten.Ein eindeutiger Vorteil bezüglich Sicherheit vor Falschalarmen (durchWasserdampf, Küchendämpfe, Zigarettenrauch, etc.) kann für keinen dieser Meldertypen ausgemacht werden.

Für den Einsatz als Rauchwarnmelder in Schlaf- und Kinderzimmern, in denen man eher mit sich langsam ausbreitenden Schwelbränden rechnet, ist jedoch ein optischer Rauchmelder vorzuziehen. Eine häufige Brandursache ist hier zum Beispiel der im Bett einschlafende Raucher.

Flammenmelder

Ein Flammenmelder nutzt die charakteristischen modulierten Emissionen einer Flamme im Spektrum Infrarot bis Ultraviolett zur Detektion einer Flamme. Häufig werden mehrere Sensoren in einem Gehäuse vereint und gemeinsam ausgewertet, um einen Falschalarm (beispielsweise Fotoblitz) zu verhindern. Diese Melder reagieren nur, wenn zum Einen die Flammenstrahlung (IR, UV) vorhanden sind, und zum Anderen auf die typische "Flackerfrequenz" von Flammen und Glut.

Sie werden angewendet, wenn bei Brandausbruch mit einer raschen Entwicklung von offenen Flammen zu rechnen ist. Besonders geeignet sind sie auch an Arbeitsplätzen mit einer betriebsbedingten Rauchentwicklung, weil sie nicht bei Rauchentwicklung alarmieren.

Multikriterien-Melder

Sogenannte Multikriterien-Melder sind Brandmelder, die mit mehreren Sensoren arbeiten. Zur Erkennung kann ein Melder beispielsweise das Erkennungssystem eines optischen Rauchmelders und das Erkennungssystem eines thermischen Melders in einem einzigen Gerät vereinen. Mit Hilfe einer Elektronik (z. B. Fuzzy-Logik) werden die Ereignisse dann ausgewertet. Durch diese Kombination ist ein solcher Melder weniger empfindlich gegenüber Falsch- und Täuschungsalarmen.