Aus dem Bestseller „IT-Räume und Rechenzentren planen und betreiben“, Teil 3

Brände frühzeitig erkennen und melden

| Autor / Redakteur: Dietmar Müller, Bernd Dürr / Ludger Schmitz

Je früher ein Brand erkannt wird, desto besser sind die Chancen bei der Bekämpfung.
Je früher ein Brand erkannt wird, desto besser sind die Chancen bei der Bekämpfung. (Bild: gemeinfrei, geralt, Pixabay / CC0)

Der Bestseller „IT-Räume und Rechenzentren planen und betreiben“ von Bernd Dürr ist in einer Neuauflage erschienen. Wir präsentieren ausgewählte Kapitel aus dem Buch in gekürzter Form. Sie als Leser haben die Chance, sich ein kostenloses Exemplar des Buches zu sichern. Sie müssen dazu nur zum heutigen Thema – die Brandmeldeanlage - eine Frage korrekt beantworten.

Das Kapitel zum Brandschutz aus Bernd Dürrs Werk ist extrem umfangreich, so dass wir es in weiten Teilen stark kürzen und auf zwei Artikel aufteilen müssen. Nochmals muss an dieser Stelle betont werden, dass Bernd Dürr in seinem Handbuch praktisch jeden für das RZ relevanten Aspekt beleuchtet– dies lässt sich im Rahmen eines Artikels nicht machen, aber zumindest sollen Grundzüge vermittelt werden. Das 685-Seiten starke Handbuch „IT-Räume und Rechenzentren planen und betreiben“ von Bernd Dürr ist im Verlag Bau+Technik erschienen und unter der Nummer ISBN 978-3-7640-0626-6 zu bestellen. Wir halten es für ein unverzichtbares Werk für alle Praktiker im Rechenzentrumsumfeld.

Grundlegendes zum Brandschutz konnten Sie gestern lesen, heute behandeln wir das Thema:

Brandschutz im Datacenter, Teil 2: Die Brandmeldeanlage

Ohne brandschutztechnische Meldeeinrichtungen geht im Falle eines Falles wichtige Zeit verloren. Nach der Entdeckung des Brands vergehen weitere entscheidende Minuten für Meldung, Alarmierung, Ausrücken und Anfahrt der Feuerwehr. Brandfrüherkennungssysteme können die wichtigsten Minuten bis zur Entdeckung des Brands minimieren.

Brandfrüherkennungen (von manchen Herstellern auch als Brandfrühesterkennungen bezeichnet) gelten in der Brandmeldetechnik als Sondermelder. Wegen ihrer besonderen Bedeutung in Rechenzentren wird ihnen in Bernd Dürrs Buch ein eigener Abschnitt gewidmet.

Eine Brandfrüherkennung dient der Detektion von Rauch bereits in der Pyrolysephase, also lange bevor ein gefährlicher Brand entsteht oder eine Rauchgaskonzentration auftritt, die Schaden verursachen kann. Die Komponenten einer Brandmeldeanlage sind die Brand- oder Rauchmelder, die Zentrale mit Energieversorgung und Notstromversorgung, und die Übertragungseinrichtung. Nicht selten sind noch die Alarmierungseinrichtungen vor Ort und Steuerungseinrichtungen fester Bestandteil von Brandmeldeanlagen.

Die Brandmelderzentrale

Brandmelderzentralen gibt es als Einzelanlagen oder als vernetzbare Zentralen mit einer Hauptzentrale und mehrerer Unterzentralen. Da heutzutage ausschließlich die Bustechnologie eingesetzt wird, ist jeder Teilnehmer auf dem Bus mit einer Adresse versehen. Maximale Flexibilität ist somit möglich und man benötigt für die Einbindung weiterer Teilnehmer nur die Erreichbarkeit der Ring- oder Stichleitung an einer beliebigen Stelle, sofern die vom Hersteller des Systems vorgegebene maximale Anzahl zulässiger Teilnehmer nicht überschritten wird. Diese liegt aber meist bei 64, 128 oder 254 Teilnehmern, wobei man eine Buslinie nie ganz ausreizen sollte. Zu beachten ist auch, dass für die Anbindung älterer oder fabrikatsfremder Teilnehmer oft mehrere Busadressen für einen einzigen Teilnehmer benötigt werden. Die in früheren Normen aufgeführte Grenze von 128 Teilnehmern pro Buslinie gibt es nicht mehr.

Brandmelderzentralen sind mit einem Display ausgestattet, das Ereignisse, Störungen oder Alarmmeldungen anzeigt. Oft ist das Anzeigedisplay oder -tableau mit einem Bedientableau kombiniert. Abgesetzte Bedien- und Anzeigetableaus erlauben eine von der Brandmelderzentrale entfernte Bedienung und Anzeige, zum Beispiel an einer Pforte oder Sicherheitszentrale. Ein interner Speicher registriert alle Ereignisse der Brandmeldeanlage und speichert diese ab. Besonders in größeren Anlagen kann ein Protokolldrucker angeschlossen werden, der jedes Ereignis sofort ausdruckt.

An der Brandmelderzentrale lassen sich auch einzelne Melder oder Meldergruppen aus der Überwachung herausnehmen. Dies ist insbesondere wichtig, wenn Umbauarbeiten im Gebäude stattfinden und durch den entstehenden Schmutz oder Rauch mit Falschalarmen zu rechnen ist. Der dann nicht mehr umfänglich existierende Brandschutz muss für diese Zeit unbedingt durch alternative Ersatzvornahmen gesichert sein.

Redundante, getrennte Stromversorgung nötig

Energieversorgungen von Gefahrenmeldeanlagen, hier Brandmeldeanlagen, müssen grundsätzlich über zwei voneinander unabhängige Energiequellen verfügen. Die primäre Einspeisung erfolgt dabei aus der allgemeinen Stromversorgung. Energieversorgungen von Brandmeldeanlagen dürfen dabei nicht zur Versorgung anderer Anlagen benutzt werden. Geräte, die allerdings der Weiterleitung von Meldungen sowie der Alarmierung dienen, dürfen rückwirkungsfrei mitversorgt werden.

Für die Energiezuführung aus dem elektrischen Netz muss ein eigener Stromkreis mit getrennter, besonders gekennzeichneter Absicherung verwendet werden. Es muss ausgeschlossen sein, dass durch das Abschalten anderer Betriebsmittel der Stromkreis zur Brandmeldeanlage unterbrochen wird. Die früher vorgeschriebene und übliche rote Kennzeichnung der Absicherung ist dabei zwar nicht mehr gefordert, aber immer noch üblich und nach Erachten des Autors auch sinnvoll.

Neben der Versorgung der Brandmelderzentrale wird auch die sekundäre Einspeisung aus wiederaufladbaren Batterien über die primäre Einspeisung geladen. Die Überbrückungszeit der wiederaufladbaren Batterien geben die Normen vor. Die VDE 0833-1 beschreibt, dass „bei elektrischen Energieversorgungen die Energiequellen so zu bemessen sind, dass jede in der Lage ist, den bestimmungsgemäßen Betrieb der BMA sicherzustellen.“

Für die Festlegung der Überbrückungszeit hilft dies jedoch recht wenig, so dass man hierzu die VDE 0833-2 zu Rate zieht. Diese besagt: „Sind für Brandmeldeanlagen die Bedingungen für die Betriebsdauer von 4 h beziehungsweise 30 h nicht erfüllt, so muss die geforderte Funktion der Brandmeldeanlage mindestens während einer Betriebsdauer von 72 h aufrechterhalten werden können. Bei einer Überbrückungszeit (Betriebsdauer) von 4 h muss die Netzersatzanlage für mindestens 30 h den Betrieb der Brandmeldeanlage aufrechterhalten können.“

Aktivitäten der Brandmelderzentralen

Neben der eigentlichen Alarmierung übernehmen Brandmelderzentralen auch bereits erste Maßnahmen, die ein Ausbreiten des Rauchs oder Brands verhindern sollen und ggf. auch die Ansteuerung an Löschanlagen vornehmen, die dann Löschungen automatisch durchführen.

Die sogenannten Brandschutzeinrichtungen sind beispielsweise Feststellanlagen von Türen an Brandabschnitten, Rauch- und Wärmeabzugseinrichtungen (RWA) etc. Brandschutzeinrichtungen verfügen in der Regel nicht über zwei Energiequellen und dürfen auch nicht an die Stromversorgung von Brandmeldeanlagen angeschlossen werden. Eine Störung der Brandmeldeanlage darf nicht die Funktion der Brandschutzeinrichtung beeinträchtigen. Das bedeutet, dass die Brandschutzeinrichtung nur unter bestimmten Voraussetzungen mit einer Brandmelderzentrale verknüpft werden darf und zum Beispiel Rauchmelder der Brandmeldeanlage für das Schließen von Türen herangezogen werden. Hier ist eine zusätzliche Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) notwendig. Die Brandschutzeinrichtungen verfügen über eigene Melder, die als Detektoren für die jeweilige Brandschutzeinrichtung vorgesehen sind.

Eine Verknüpfung dieser Brandmelder mit der dazu zusätzlich zugelassenen Brandmelderzentrale führt nur dazu, dass eine Information an die Brandmelderzentrale als technische Information gesendet wird. Die Brandmelderzentrale zeigt diesen Vorgang dann an und speichert ihn, mehr nicht.

Die einzige zulässige Verknüpfung zwischen Brandmeldeanlagen und Brandschutzeinrichtungen besteht darin, dass Rauchmelder der Brandmeldeanlage ZUSÄTZLICH auf die Brandschutzeinrichtung geschaltet werden können und zum Beispiel alle Türen in einem Gebäude zugehen, sobald ein Rauchmelder der Brandmeldeanlage auslöst. Dies kann beispielsweise für Treppenhaustüren notwendig werden, wenn das Treppenhaus zur Entrauchung einen Druckventilator hat, der bei Branddetektion im Treppenhaus automatisch anläuft und Treppenhäuser dadurch vom Rauch freibläst.

Sensoren zur Bandmeldung

Bei einem Brand gibt es Stoffe, die an der Brandstelle als unverbranntes Material und Asche zurückbleiben und Stoffe, die mit der Luft vermischt werden. Diese darin befindlichen Stoffe nennt man Rauchpartikel, Rauchaerosol oder einfach Rauch. Zudem wird bei einem Verbrennungsvorgang Energie als Strahlung beziehungsweise Wärmeleitung in den Stoffen und über Konvektion in der Luft frei. Aus dieser Vielzahl von Kenngrößen gilt es, mittels Melder einen Brand oder entstehenden Brand sicher zu detektieren und bei einem betriebsmäßigen Rauch oder Wärmeentwicklung keinen Alarm auszulösen. In der Meldertechnik werden hauptsächlich die Kenngrößen Rauch, Temperatur und Gas in den Meldern detektiert und ausgewertet.

Ende des 19. Jahrhunderts kamen die ersten Melder als Wärmemelder auf den Markt. Diese Melder detektierten einen Temperaturanstieg und gaben die Information an eine zentrale Stelle weiter. Aus einer Patentschrift aus dem Jahre 1894 wurde die erste Idee geboren, Vögel als „Rauchmelder“ einzusetzen. Dabei stammt die Idee vermutlich aus dem Bergbau untertage, wo Kanarienvögel als Kohlenmonoxidwarner eingesetzt wurden. Bei sauerstoffarmer oder giftiger Luft verstummte der Kanarienvogel sofort und fiel von der Stange. Die Bergmänner konnten sich dann noch rechtzeitig in Sicherheit bringen. Erst ab den 1950er Jahren wurde der Kanarienvogel durch ein Warngerät abgelöst.

Kein Vogel fällt mehr von der Stange

Die Funktionsweise der ersten (Vogel-)Rauchmelder war in etwa gleich. Durch die Rauchvergiftung fiel der Vogel von der Stange und löste mit seinem Körpergewicht einen Alarm aus, in dem ein Kontakt geschlossen wurde. Einer Fehlauslösung durch einen natürlichen Vogeltod wurde durch die Zwei-Vogel-Abhängigkeit vorgebeugt. Die Geburtsstunde der heute noch angewandten Zwei-Melder-Abhängigkeit oder Zwei-Linien-Abhängigkeit.

Die früher auch als Druckknopfmelder bezeichneten Handfeuermelder werden mindestens in Flucht- und Rettungswegen, Treppenhäusern, Gängen, Not-Ausgängen und feuergefährdeten Räumen eingesetzt. Es bietet sich auch an, aus den Rechenzentren selbst und aus den das Rechenzentrum versorgenden Technikräumen Handfeuermelder am Ausgang anzubringen. Handfeuermelder sollen es anwesenden Personen ermöglichen, Brände beziehungsweise entstehende Brände zu melden.

Automatische Melder müssen in jedem Raum des Sicherungsbereichs vorhanden sein. Ausgenommen sind Räume mit geringer Brandlast (zum Beispiel Toiletten und Bäder) oder Räume ohne die Möglichkeit der Brandausbreitung. Die Anzahl und Anordnung richtet sich nach der Art der eingesetzten Melder, nach der Geometrie des Raums (Grundfläche und Höhe), nach der Verwendungsart und den Umgebungsbedingungen. Die Auswahl hat so zu erfolgen, dass Brände in der Entstehungsphase zuverlässig detektiert sowie Fehl- oder Täuschungsalarme vermieden werden. In der DIN VDE 0833-2 sind die maximalen Überwachungsbereiche im Allgemeinen geregelt.

Melder müssen mit der Meldernummer beschriftet sein. Dabei werden in der Regel die Meldergruppe und die laufende Nummer des Melders in der Gruppe bezeichnet

(zum Beispiel 23/3). Die Schrifthöhe ist abhängig von der Montagehöhe des Melders. Es gibt auch optische Rauchmelder, die quasi als Anbau eine Alarmierung an jedem Melder haben. Dies ist sehr praktisch, da für eine Alarmierung keine separate Anlage oder ein separates Netz aufzubauen ist. Insbesondere bei Nachrüstungen liegen die Vorteile auf der Hand.

Handfeuermelder

Handfeuermelder müssen um 15 mm aus der Montagefläche herausragen und sind an sichtbaren, gut zugänglichen Stellen zu montieren. Die Montagehöhe ist auf 1,40 m +0,2/-0,4 m festgelegt. Zudem ist am Montageort für ausreichend Licht zu sorgen. Die Meldergehäuse bestehen aus Metallguss oder Kunststoff. Die Gehäusefarbe muss rot sein. Der schwarze Druckknopf befindet sich in der Mitte des Handfeuermelders auf weißem Hintergrund hinter einer leicht einschlagbaren und austauschbaren Glasscheibe. Am Gehäuse muss das Symbol eines brennenden Hauses, maximal ergänzt um die Aufschrift „Feuer“ gut sichtbar sein. Ältere Melder haben oft noch die Aufschrift „Feuermelder“ oder „Feuerwehr“.

Optische Rauchmelder

Optische Rauchmelder arbeiten nach dem Streulichtprinzip beziehungsweise dem Tyndall-Effekt. Der Tyndall-Effekt, nach seinem Erfinder John Tydall benannt, beschreibt die Streuung von Licht an submikroskopischen Schwebeteilchen mit Abmessungen ähnlich der Lichtwellenlänge, die in einer Flüssigkeit oder einem Gas schweben. Bei Anwesenheit von Rauch-Partikeln in der Messkammer wird Licht aus dem von einer Lichtquelle erzeugten Lichtbündel heraus auf einen lichtempfindlichen Sensor gestreut. Diese Fotozelle löst Alarm aus, sobald das Sensorsignal in Form einer dann erzeugten Spannung einen definierten Schwellwert überschreitet.

Optische Rauchmelder detektieren Brandausbrüche, lange bevor Flammenbildung oder eine gefährliche Temperaturerhöhung auftritt. Sie werden nicht in Räumen eingesetzt, in denen mit betriebsbedingter Rauchentwicklung zu rechnen ist.

Flammenmelder

Der Flammenmelder reagiert auf die von Flammen ausgehende infrarote oder ultraviolette Strahlung. Bei Infrarot-Meldern wird zusätzlich das Flackern der Flamme als Detektionsmerkmal genutzt. Er wird immer dann eingesetzt, wenn schon in der Entstehungsphase eines Brands mit offenem Feuer zu rechnen ist.

Dabei verwendet man Flammenmelder, die bei Bränden ohne nennenswerte Rauchentwicklung auf ultraviolette Strahlung ansprechen. Infrarot sensitive Flammenmelder werden eingesetzt, wenn mit anfänglichem Schwelbrand zu rechnen ist. Ebenso wird der Flammenmelder eingesetzt, wenn mit arbeitsbedingter Rauchentwicklung zu rechnen ist. Der Melder ist auch für den Einsatz in hohen Räumen bis 26 m Höhe und mehr geeignet.

Die Gefahr der Fremdeinstrahlung ist bei diesen Meldern sehr hoch. Sie lässt sich durch eine Zwei-Melder-Abhängigkeit mit unterschiedlichen Blickwinkeln auf denselben Überwachungsbereich eingeschränken.

Wärmemelder

Wärmemelder reagieren auf Temperaturerhöhungen und werden immer dann eingesetzt, wenn mit einem schnellen Temperaturanstieg zu rechnen ist oder mit einer hohen Temperatur im Brandfall gerechnet wird. Fehlauslösungen entstehen immer dann, wenn sie an Stellen montiert sind, an denen die Umgebungstemperatur betriebsmäßig solche Werte annehmen kann. Direkte Sonneneinstrahlung ist an solchen Meldern ebenso zu vermeiden wie die Montage in Räumen, in denen Wärmestrahlung, heiße Luft oder heiße Dämpfe vorkommen können.

Im Bereich der Wärmemelder gibt es Sondertypen:

– Melder mit dem Index R werden in ungeheizten Gebäuden eingesetzt, in denen die

Umgebungstemperatur stark schwanken kann, jedoch hohe Anstiegsgeschwindigkeiten nicht lange andauern.

– Wärmemelder mit dem Index S eignen sich in Räumen, in denen über längere Zeit höhere Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten herrschen wie zum Beispiel Kesselräume oder Küchen.

Maximalwertmelder

Maximalwertmelder oder Maximalmelder lösen aus, wenn eine bestimmte Temperatur erreicht wird. Wärmeempfindliche Widerstände (NTC / PTC) oder Bimetalle dienen dabei als Sensoren. Üblich ist eine Temperatur von 72 °C.

Differentialmelder

Differentialmelder sind Wärmemelder, die den Faktor Zeit mit einbeziehen. Ein Temperaturanstieg in einer bestimmten Zeit (Steilheit) löst einen Alarm aus. Übliche Werte sind 5 oder 10 Kelvin pro Minute (Temperaturdifferenzen werden immer in Kelvin und nicht in °C angegeben). Oft sind in diesen Meldern auch noch Maximalwertgeber integriert, die auf jeden Fall ansprechen, wenn eine bestimmte Temperatur überschritten wird (üblich sind 72 °C).

Mehrsensoren- oder Mehrfachsensormelder

Die bei einem Brand entstehenden chemischen Gase sind die dritte Kenngröße, um Brände sicher detektieren zu können. Mehrsensorenmelder oder Mehrfachsensormelder

(je nach Hersteller werden beide Namen verwendet) reagieren nicht nur auf eine Kenngröße, sondern reagieren auf mindestens zwei oder alle drei Kenngrößen Gas, Rauch und Temperatur für eine sichere Detektion. Somit wird eine schnelle Branderkennung bei gleichzeitiger Falschalarmsicherheit erreicht. Je nach Melderart werden dabei eine, zwei oder drei Kenngrößen zur Detektion verwendet.

Mehrsensorenmelder kommen überall dort zum Einsaatz, wo Fehlalarme auf ein Minimum reduziert werden sollen, um beispielsweise Kosten für teure Feuerwehreinsätze oder unnötige Löschungen zu vermeiden. Der Mehrsensorenmelder ist auch der in einem Rechenzentrum meist eingesetzte Rauchmelder.

Linienförmige Wärmemelder

Linienförmige Wärmemelder bestehen aus den Komponenten Sensorleitung und Auswerteeinheit. Die Sensorleitung basiert auf dem Prinzip des sich ändernden Widerstandes einer Kupferleitung bei Temperaturänderung, dem sogenannten Wärmekoeffizienten. Überwachungslängen bis zu mehreren hundert Metern sind möglich.

Neuerdings wird zwischen linienförmigem integrierendem Wärmemelder und linienförmigem nicht integrierendem Wärmemelder unterschieden. Linienförmige integrierende Wärmemelder sind Melder, bei denen das Ansprechen auf eine Temperatur auf beliebige Weise (nicht unbedingt linear) über eine bestimmte Länge des Sensors summiert wird. Demzufolge ist das Ausgangssignal, das durch das Sensorelement übermittelt wird, von der Temperaturverteilung über die gesamte Länge des Sensors abhängig. Linienförmige nicht integrierende Wärmemelder sind Brandmelder, deren Ausgabesignal von lokalen Temperatureinwirkungen, nicht jedoch von der Integration der Temperaturverteilung über die gesamte Länge des Sensors abhängig ist.

Typische Anwendungen finden diese Melder in Umgebungen mit extremen Umweltbedingungen wie Schmutz, Feuchte und Abgase (zum Beispiel Tunnel), Bereiche mit niedrigen Temperaturen (Kühlhäuser etc.), explosionsgeschützte Bereiche, Bereiche, in denen wegen eines hohen Gefahrenbereichs (zum Beispiel Hochspannungsanlagen) keine Wartung von herkömmlichen Meldern ohne Abschaltung möglich ist, und Bereiche wie Hohlraumböden (nicht zu verwechseln mit Doppelböden), in denen sich aufgrund der beengten Platzverhältnisse keine herkömmlichen Melder montieren lassen. Beispiele für den Einsatz können Mittelspannungsräume oder Räume für Netzersatzanlagen (Notstromdiesel) sein, die in separaten Bauten im Freien oder in Containern untergebracht sind.

Eine weitere Variante des linienförmigen Wärmemelders basiert auf dem Prinzip der Volumenänderung von Gasen bei Temperaturänderung. Ein Druckaufnehmer misst den Absolutdruck in einem geschlossenen Fühlerrohr aus Kupfer. Über einen Prüfmotor wird regelmäßig ein Überdruck im Fühlerrohr erzeugt. Weicht der Messwert von dem Sollwert ab, liegt meist ein Leck oder eine Rohrquetschung vor, was zu einer Störmeldung des Systems führt.

Sonstige Komponenten: Akustische und optische Signalgeber

Akustische Signalgeber dienen der eigenständigen akustischen Alarmierung direkt am Brandort. Wird eine elektroakustische Anlage im Gebäude verwendet, kann auf den eigenständigen Signalgeber verzichtet werden. Voraussetzung ist dann, dass die elektroakustische Anlage (Sprachalarmierungsanlage) zur Alarmierung genutzt wird.

Optische Signalgeber sind Blitzleuchten, die mit einer bestimmten Helligkeit und Blitzfrequenz optisch einen Brandalarm anzeigen. In diesem Zusammenhang sei der Hinweis erlaubt, dass auch auf die Belange von Menschen mit Behinderung, insbesondere von Blinden und Gehörlosen, zu achten ist, die dann unter Umständen das akustische oder optische Signal nicht wahrnehmen können.

Eine rote Blitzleuchte über dem Zugang zum Gebäude beziehungsweise eine weiße über dem Schlüsseldepot sind zwingende Aufschaltbedingungen vieler Feuerwehren oder Brandschutzbehörden. Sie kennzeichnen das Gebäude, aus dem der Alarm kommt. Somit handelt es sich hier im eigentlichen Sinne um keinen Signalgeber, sondern um eine Hinweisleuchte.

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