Brandmelder können entstehende Brände sehr früh entdecken, alarmieren und die Betroffenen sowie die Feuerwehr informieren. Sie reagieren auf die typischen Merkmale eines Brandes, wie z.B. Rauch, Temperatur Brandgase und Flammenstrahlung. Der Beitrag stellt die verschiedenen Melderarten vor.

Von Detlef Solasse. Brandmelder in Brandmeldeanlagen sind seit Jahren bewährte Produkte. Werden sie richtig projektiert, installiert und gewartet, erfüllen sie ihre Aufgabe – die schnelle Detektion eines Schadenfeuers – perfekt. Die Hersteller von Brandmeldern entwickeln ihre Produkte ständig weiter. In naher Zukunft werden Brandmelder auf den Markt kommen, die kleiner, ästhetischer, wirtschaftlicher und sicherer sein werden.

Brandkenngrößen

Brandkenngrößen sind die bei einem Brand auftretenden messbaren Begleiterscheinungen. Diese entstehen durch die energetische und stoffliche Umsetzung der an der Verbrennung beteiligten Stoffe. Resultierende Brandkenngrößen bei der stofflichen Umsetzung sind nichtflüchtige Verbrennungsprodukte wie Asche und Schmelze, aber auch flüchtige Verbrennungsprodukte wie Rauch, Brandgase und Wasserdampf. Bei der energetischen Umsetzung der am Verbrennungsprozess beteiligten Stoffe entstehen die Brandkenngrößen Wärme als Molekularbewegung und Strahlung im ultravioletten, im sichtbaren und im infraroten Bereich.

Rauch
Rauch ist ein Aerosol, das hauptsächlich aus Brandgasen und festen Teilchen besteht. Als feste Teilchen können im Rauch vorkommen: Ruß, Holzkohle oder Asche. Durch die Wärmeströmung des Feuers steigt Rauch nach oben und wird im Deckenbereich der Brandzone verteilt. Rauch entsteht bereits in der Frühphase eines Brandes und ist die für den Menschen gefährlichste Brandkenngröße. Rauch wird zur Brandentdeckung mit automatischen Brandmeldern am häufigsten genutzt.

Brandgase
Bei einem Brand entsteht eine Vielzahl von Gasen. In welcher Zusammensetzung diese vorliegen hängt vom Brandgut, der Feuertemperatur, der Sauerstoffzufuhr und der Dauer des Brandes ab. Insbesondere Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff, Blausäure, Chlorwasserstoff und Stickoxide treten häufig auf. Als Brandgasmelder werden heute hauptsächlich Kohlenmonoxidmelder eingesetzt, entweder als Einzel- oder Mehrfachsensormelder.

Strahlung
Die Wellenlänge der bei einem Brand auftretenden Strahlung der Flammen reicht vom kurzwelligen ultravioletten über das sichtbare bis zum langwelligen infraroten Licht. Flammenmelder registrieren die Ultraviolett- bzw. Infrarotstrahlung und die Flackerfrequenz des Feuers.

Wärme
Die bei einem Brand freiwerdende Wärme wird durch Strömung (Konvektion), Leitung und Strahlung abgegeben und verteilt. Dabei spielt die Konvektion die größte Rolle. Wärme breitet sich dabei von der höheren zur niedrigeren Temperatur aus. Wärmemelder registrieren den Temperaturanstieg innerhalb einer Zeiteinheit oder das Überschreiten eines Maximalwertes.

Melderarten von A-Z im Überblick

Ansaugrauchmelder
Ansaugrauchmelder sind aktive Rauchmelder. Sie entnehmen den zu überwachenden Räumen und Einrichtungen kontinuierlich Luftproben und überprüfen diese auf Rauch. Ein Ansaugrauchmelder besteht aus einer Detektions- oder Auswerteeinheit und einem daran angeschlossenen Rohrnetz. Die Detektionseinheit setzt sich aus einem Ventilator, einem Streulichtmelder und einer Auswerte- und Anzeigeeinrichtung zusammen.
Das an die Detektionseinheit angeschlossene Rohrnetz besteht in der Regel aus Kunststoff und wird in festgelegten Abständen mit Bohrungen versehen, über die Luftproben entnommen werden. Durch einen Ventilator in der Detektionseinrichtung wird ein Unterdruck erzeugt, wodurch die Luft über die Bohrungen im angeschlossenen Rohrsystem angesaugt und den Rauchmeldern zugeführt wird. In der Detektionseinrichtung wird die Luftprobe über die Streulichtmessstrecke auf die Anwesenheit von Rauch überprüft und ausgewertet.

Brandmelder
Grundsätzlich wird bei der Einteilung der Brandmelder zwischen automatischen Brandmeldern und nichtautomatischen Brandmeldern unterschieden. Automatische Brandmelder erkennen den Brand an seinen physikalischen Kenngrößen.
Nichtautomatische Brandmelder müssen von Hand betätigt werden. Bei den automatischen Brandmeldern wird des Weiteren zwischen punktförmigen und linienförmigen Meldern differenziert. Punktförmige Melder erfassen die Brandkenngröße an einem Punkt, in der Regel an ihrem Montageort an der Decke. Linienförmige Melder erfassen hingegen die Brandkenngröße auf ihrer kompletten Länge. Typische Vertreter sind z. B. Wärmemelder in Form eines Sensorkabels oder einer Kupferleitung. Da die überwiegende Zahl der Schadenfeuer (Fachleute sprechen von ca. 90 %) mit einer Schwelphase beginnt, spielen Streulicht-Rauchmelder eine herausragende Rolle bei der Detektion.

Automatische Brandmelder
Automatische Brandmelder werden nach der zu erfassenden Brandkenngröße in Rauch-, Gas-, Wärme- und Flammenmelder eingeteilt. Werden mehrere Brandkenngrößen von einem Melder erfasst, spricht man von Mehrfachsensor-Meldern.

CO-Melder
Als Brandmelder mit Gassensoren werden in erster Linie Melder eingesetzt, die auf Kohlenstoffmonoxid reagieren. CO-Sensoren in der Branddetektion arbeiten entweder nach dem Halbleiterprinzip oder sind elektrochemische Sensoren. Sie weisen bedingt gewisse Nachteile auf, z. B. Querempfindlichkeit auf verschiedene andere Gase oder eine geringere Lebensdauer. CO-Sensoren eignen sich zur frühen Detektion von Schwelbränden, sind aber nur bedingt in der Lage, offene Brände zu detektieren. Zurzeit werden in Brandmeldeanlagen CO-Sensoren nur in Mehrfachsensor-Brandmeldern eingesetzt.

Flammenmelder
Flammenmelder sprechen auf die von Bränden ausgehende elektromagnetische Strahlung an. Sie werten die infraroten und die ultravioletten Anteile des Flammenspektrums aus und reagieren auf offene Flammen wesentlich schneller als andere Melder. Sie erkennen besonders Flüssigkeits- oder Gasbrände, die sofort eine offene Flamme bilden. Für Schwelbrände sind Flammenmelder ungeeignet.

Infrarot-Flammenmelder
Infrarot-Flammenmelder reagieren auf den infraroten Anteil des Flammenspektrums zwischen 4 und 5 μm Wellenlänge. Diese Strahlung wird über einen Infrarotfilter und einen pyroelektrischen Sensor in elektrische Signale umgewandelt, die als Alarmsignal ausgewertet werden. Infrarot-Flammenmelder erkennen Flüssigkeits- und Gasbrände ohne Rauchentwicklung sowie offene Brände kohlenstoffhaltiger Materialien mit Rauchentwicklung.

Ionisations-Rauchmelder
Der Ionisations-Rauchmelder besteht aus einem Gehäuse mit einer Messkammer und einer Referenzkammer. Die Luft in den Kammern wird durch Bestrahlen ionisiert, also leitfähig gemacht. Es fließt ein definierter Strom. Gelangen Rauchteilchen in die Messkammer, lagert sich ein Teil der Ionen an die Rauchpartikel an. Es kommt gegenüber der Referenzkammer zu einer Stromschwächung. Das Überschreiten eines Schwellenwertes wird als Alarmkriterium ausgewertet. Der I-Melder reagiert gut auf kleine Rauchpartikel von offenen Bränden, aber schlecht auf große Rauchpartikel. Er erkennt Brände kurz vor dem Entflammen und offene Brände, aber reagiert langsam oder gar nicht bei Schwelbränden. Linienförmige Rauchmelder nach dem Durchlichtprinzip Ein linienförmiger Durchlichtmelder besteht prinzipiell aus drei Einheiten: Sender, Empfänger und Interfacebox. Ein vom Sender ausgehender Infrarot-Strahl durchquert den Überwachungsbereich, nimmt die Informationen eines entstehenden Brandes auf und erreicht den Empfänger, der die Auswertung vornimmt. Die Auswertung erfolgt nicht allein durch die Informationen, die sich aus dem Verlauf der Absorption des Lichtstrahls ergeben, sondern berücksichtigt auch die Frequenzanalysen in bestimmten Spektralbereichen, also die typischen Modulationsfrequenzen, die bei der Entstehung eines Brandes auftreten. Die Analyse dieser Parameter erlaubt eine zuverlässige Aussage über die Präsenz von Rauch und Flammen. Das System ist sehr unempfindlich gegenüber Störungen durch Staub und Dampf. Bei einigen Typen wird statt der getrennten Sende- und Empfangseinrichtung ein kombinierter Sender und Empfänger in einem Gerät verwendet. In diesem Fall wird der ausgesandte Lichtstrahl auf einen bis zu 100 m entfernten Reflektor gerichtet, der den Lichtstrahl dann zum Empfänger zurückwirft. Eingesetzt werden diese Rauchmelder insbesondere zur Überwachung von hohen Räumen und Hallen, wie Flughafenterminals, Atrien, Messen oder Kirchen.

Mehrfachsensor-Melder
Mehrfachsensormelder verfügen über Sensoren für unterschiedliche Brandkenngrößen in einem Gehäuse. Zu Beginn ihrer Entwicklung wurden Streulicht- und Wärmesensoren kombiniert. Heute werden in Mehrfachsensor-Brandmeldern zusätzlich Sensoren für die Detektion typischer Brandgase wie CO eingesetzt. Mehrfachsensor-Melder werden dort eingesetzt, wo aufgrund vorhandener oder zu erwartender Störgrößen ein Einzelsensor- Melder nicht sicher betrieben werden kann. Mehrfachsensoren haben inzwischen einen erheblichen Anteil auf dem deutschen Brandmeldermarkt – mit weiter steigender Tendenz.

Nichtautomatische Feuermelder
Nichtautomatische Feuermelder (Feuer- Handtaster) sind Brandmelder, mit denen Personen einen Feueralarm von Hand auslösen. Sie bestehen aus einem roten Gehäuse mit Glasscheibe, hinter der sich ein einrastender Druckknopf befindet. Im Brandfall wird die Scheibe eingeschlagen, der Druckknopf betätigt und somit der Alarm ausgelöst.

Streulicht-Rauchmelder
Der Streulicht-Rauchmelder besteht aus einer Messkammer, die vor äußerem Lichteinfall geschützt ist, in die aber Luft eindringen kann. In der Messkammer befindet sich eine Leuchtdiode, die impulsförmig Licht emittiert. In einem bestimmten Winkel zum Lichtstrahl befindet sich ein Fotoelement. Die bei einem Brand erzeugten Partikel dringen in die Messkammer ein und bewirken eine Streuung des Lichtes. Ein Teil des Streulichtes trifft auf das Fotoelement und verändert dessen elektrische Werte. Diese Signaländerung wird verstärkt und beim Überschreiten einer eingestellten Schwelle als Alarmsignal ausgewertet. Der Streulicht-Rauchmelder ist heute der am häufigsten eingesetzte Melder zur Brandfrüherkennung. Er reagiert auf alle Brände bereits in der Entstehungsphase, ist unempfindlich gegenüber Luftturbulenzen und deshalb auch zum Einsatz in Lüftungsleitungen geeignet.

Ultraviolett-Flammenmelder
Ultraviolett-Flammenmelder reagieren auf den ultravioletten Anteil des Flammenspektrums im Wellenlängenbereich von ca. 0,2 μm. Zwischen der Kathode und der Anode in einer Gasentladungsröhre wird eine Hochspannung angelegt. Sobald UV-Strahlen auf die Kathode treffen, die auf ultraviolette Strahlen reagiert, werden von deren Oberfläche Elektronen emittiert. Diese ionisieren in der Glasröhre Gasmoleküle, was zu einer Zunahme des Elektronenflusses führt. Das Resultat dieses Prozesses ist eine markante Zunahme des Stromflusses, proportional zur Intensität der vom Feuer ausgestrahlten UV-Strahlung. Ultraviolett-Flammenmelder erkennen Flüssigkeits- und Gasbrände ohne Rauchentwicklung.

Wärmemelder
Wärmemelder reagieren auf die bei einem Brand frei werdende Wärmeenergie. Temperaturabhängige Halbleiterelemente messen dabei kontinuierlich die Raumtemperatur und lösen beim Überschreiten bestimmter Grenzwerte Alarm aus. Wärmemelder messen die Temperaturzunahme innerhalb einer Zeiteinheit (°C/Min.) oder das Überschreiten einer fest eingestellten Maximaltemperatur. Sie werden dort eingesetzt, wo schon zu Beginn eines Brandes mit großer Wärmeentwicklung zu rechnen ist und Rauch- oder Flammenmelder aufgrund von Störgrößen nicht verwendet werden können.

Gerätenormen für Brandmelder

Brandmelder sind heute europäische Bauprodukte und müssen nach harmonisierten europäischen Normen von einer hierfür notifizierten Stelle geprüft und zertifiziert werden. Danach kann dieser Brandmelder das CE-Zeichen mit der Nummer der notifizierten Stelle tragen. Dieser Brandmelder kann dann im gesamten europäischen Wirtschaftsraum ohne weitere Prüfungen in Verkehr gebracht und eingesetzt werden. Diese europäischen Normen legen Anforderungen, Prüfverfahren und Leistungsmerkmale für Brandmelder fest, die in Brandmeldeanlagen für Gebäude eingesetzt werden. Die Normen beinhalten umfangreiche Prüfungen, um die Brandansprechempfindlichkeit auf unterschiedliche Brandarten und Brandstoffe sowie die Resistenz gegen Umwelteinwirkungen zu testen.

Folgende EN-Normen gelten für Brandmelder:

• DIN EN 54-5 Brandmeldeanlagen - Teil 5: Wärmemelder; Punktförmige Melder
• DIN EN 54-7 Brandmeldeanlagen - Teil 7: Rauchmelder - Punktförmige Melder nach dem Streulicht-, Durchlicht- oder Ionisationsprinzip
• DIN EN 54-11 Brandmeldeanlagen - Teil 11: Handfeuermelder
• DIN EN 54-12 Brandmeldeanlagen - Teil 12: Rauchmelder - Linienförmiger Melder nach dem Durchlichtprinzip
• DIN EN 54-20 Brandmeldeanlagen - Teil 20: Ansaugrauchmelder
• DIN EN 54-22 Brandmeldeanlagen - Teil 22: Rücksetzbare linienförmige Wärmemelder
• DIN EN 54-26 Brandmeldeanlagen - Teil 26: Punktförmige Melder mit Kohlenmonoxidsensoren
• DIN EN 54-27 Brandmeldeanlagen - Teil 27: Rauchmelder für die Überwachung von Lüftungsleitungen
• DIN EN 54-28 Brandmeldeanlagen - Teil 28: Nicht-rücksetzbare linienförmige Wärmemelder
• DIN EN 54-29 Brandmeldeanlagen - Teil 29: Mehrfachsensor-Brandmelder - Punktförmige Melder mit kombinierten Rauch- und Wärmesensoren;
• DIN EN 54-30 Brandmeldeanlagen - Teil 30: Mehrfachsensor-Brandmelder - Punktförmige Melder mit kombinierten CO- und Wärmesensoren

Einige dieser Normen befinden sich im Entwurfsstadium. Eine Übersicht der Status der einzelnen Normen findet sich auf der Internetpräsenz des Beuth Verlags.

Anwendungsrichtlinien für Brandmelder

Neben den europäischen Normen für Bestandteile von Brandmeldeanlagen gibt es Anwendungsrichtlinien in Form von Normen für die Planung, Projektierung, Montage, Inbetriebsetzung, den Betrieb und die Instandhaltung von Brandmeldeanlagen. Diese Normen sind bis heute überwiegend nationaler Art und differieren von Land zu Land. In Deutschland haben wir die übergeordnete Norm für Aufbau und Betrieb von BrandmeIdeanlagen in Form der DIN 14675 und DIN 14675j A1:2006. Daneben gibt es die mitgeltenden Normen DIN VDE 0833-1 und DIN VDE 0833-2. Insbesondere in der DIN VDE 0833-2 ist die Anwendung und Projektierung von Brandmeldern in Brandmeldeanlagen detailliert geregelt. Die DIN VDE 0833-2 wurde überarbeitet und im Juni 2009 veröffentlicht und im Mai 2010 durch eine Berichtigung ergänzt. In den neunziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurde versucht, die Anwendungsrichtlinien für Brandmeldeanlagen in einer europäischen Norm EN 54-14 „Brandmeldeanlagen; Planung, Projektierung, Montage, Inbetriebsetzung, Betrieb und Instandhaltung“ festzulegen. Dieses Projekt ist bei der europäischen Abstimmung gescheitert. Die EN 54-14 wurde dann in eine CEN TS 54-14 „Brandmeldeanlagen- Leitfaden für Planung, Projektierung, Montage, Inbetriebsetzung, Betrieb und Instandhaltung“ heruntergestuft. Für die CEN TS 54-14 stand 2007 die turnusmäßige Überprüfung an. Dabei ist man übereingekommen, die CEN TS 54-14 nicht zu modifizieren, sondern einen Neustart einer EN 54-14 in Form einer europäischen Rahmennorm durchzuführen, die national ergänzt werden kann. Der Entwurf dieser europäischen Anwendungsrichtlinie als Rahmennorm wird aktuell zur europäischen Umfrage vorbereitet.

Autor

Detlef Solasse: Werbeleiter Hekatron Vertriebs GmbH

Der Artikel ist in gekürzter Form im FeuerTRUTZ Spezial Band 2 „Sicherheitssysteme“ (September 2011) erschienen.