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Automatische Löschanlagen mit Wärmeerkennung in Recycling- und Müllverbrennungsanlagen

Mit zunehmendem Umwelt- und Ressourcenbewusstsein ist die Zahl der Recycling- und Müllverbrennungsanlagen weltweit enorm gestiegen. Doch die Gefahr von Bränden in solchen Anlagen ist ein nicht zu unterschätzendes Risiko. Bricht ein Brand aus, muss dieser frühzeitig gelöscht werden, da das Brandverhalten der zu löschenden Materialien nicht prognostizierbar ist. Im vorliegenden Artikel werden geeignete Brandschutzsysteme aufgezeigt. Dabei liegt der Fokus auf automatischen Löschanlagen, in denen Wärmeerkennung bzw. Infrarottechnik und ferngesteuerte Löschmonitore zum Einsatz kommen.

Autor: Frank Preiss

Frank Preiß ist Geschäftsführer der FireDos GmbH. FireDos hat sich auf Zumischsysteme und Löschmonitore für die Brandbekämpfung spezialisiert, mit dem Fokus auf Kundenservice und eigens entwickelten technologischen Innovationen.

Dieser Artikel wurde ursprünglich im April 2021 auf Englisch im Magazin Gulf Fire veröffentlicht.

Brandgefahr: Trockene Materialien und Materialien mit Zündpotential                                      

Im Laufe der vergangenen Jahre konnte ein zunehmender Trend zum Recyceln weltweit beobachtet werden. Daraus ergab sich eine Aufteilung in Biomüll und Wertstoffe. Anstelle von Deponien entstanden Müllverwertungsunternehmen zum Betrieb von Verbrennungs-, Recycling- und Kompostieranlagen.

Riesige Materialmengen müssen vorübergehend gelagert werden. Die damit verbundene Brandgefahr wächst, da es sich um relativ trockene Materialien mit hohem Energiegehalt handelt, die gemeinsam mit potenziellen Zündquellen wie Lithium-Ionen-Batterien, handelsüblichen Spraydosen, Farbbüchsen und Propangaskartuschen gelagert werden. In Kompostieranlagen kann die Zersetzung zu so hohen Temperaturen führen, dass es zur Selbstentzündung der gelagerten Stoffe kommt.

Diese Brandarten sind teils schwer zu erkennen und mit zunehmender Brandausbreitung sehr schwer zu löschen. Dies kann schwerwiegende Umweltbelastungen verursachen sowie die Gesundheit und Sicherheit des Personals und der betroffenen Kommune gefährden.

Abbildung 1 – Manuell gesteuerter FireDos M2 in einer Recyclinganlage

Schwelbrände im Abkippbereich                                      

Recyclinganlagen bestehen allgemein aus drei Bereichen:

  • Anlieferung (Abkippen) und Erstlagerung der unsortierten Wertstoffe
  • Sortier- und Trennanlage
  • Lagerung der z. B. nach Plastik, Papier, Metall, Glas und Biomüll getrennten Stoffe

In diesem Artikel geht es um den ersten Sektor der Anlieferung und Erstlagerung: den Abkippbereich. Dorthin gelangt der Müll aus unseren Haushalten und wird von den Entsorgungsfahrzeugen auf Betonböden oder in Müllbunkern abgekippt. Dieses Abfallkonglomerat enthält sowohl Zündquellen als auch brennbare Stoffe. An beschädigten Batterien kann es unter Sauerstoffkontakt zu Wärmeentwicklung kommen, an Funken können sich entwichene Gase und Dämpfe aus handelsüblichen Spraydosen, Farbbüchsen oder Propangaskartuschen entzünden, wenn diese aufgrund von Zersetzungsprozessen im Müll deformiert werden.

Vor dem Transport auf Förderbändern in die Recyclinganlage sortieren Arbeitskräfte oder Maschinen so viel Problemmüll heraus wie möglich. Leider bleiben solche Stoffe dennoch oft in den Anlagen zurück, wo sie sich entzünden und einen Brand auslösen können. Glücklicherweise ist der Großteil des Mülls in konstanter Bewegung. Wärmeherde oder ein Brand können überwacht und schnell bekämpft werden, wenn geeignete Technik zur Branderkennung und Brandbekämpfung installiert wurde.

In Müllverbrennungsanlagen wird der unbehandelte Müll häufig ohne jegliche Trennung angeliefert und verbrannt, von der Herausnahme von Metallen abgesehen. Die Stoffe werden in Bunkern teils meterhoch gelagert und verbleiben dort für längere Zeit, bevor sie verbrannt werden. Dort können unentdeckt Schwelbrände unter der Oberfläche entstehen und sich größerflächig ausbreiten.

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FireDos M2 Löschmonitor in einer Recyclinganlage

Brandschutzanlagen                                      

Die in Recycling- und Müllverbrennungsanlagen häufig installierten Brandschutzanlagen sind Sprinkler- oder Sprühflutanlagen und Löschmonitore. Je nach zu löschendem Brandgut dient Wasser oder Schaum als Löschmittel.

Sprinkleranlagen

Sprinkleranlagen kommen meist innerhalb von Gebäuden zum Einsatz und sind mit Wasser befüllt. Die Hitze bei einem Brand löst einzelne Sprinklerköpfe aus, wodurch das Löschwasser auf den darunterliegenden Bereich niedergeht. Bei einer Ausbreitung des Brands werden weitere Sprinklerköpfe aktiviert. Jeder Sprinklerkopf ist so konstruiert, dass er eine Fläche von mehreren Quadratmetern schützen kann. Beim Auslösen mehrerer Sprinklerköpfe sind große Flächen dem Löschwasser ausgesetzt und die Anlage muss meistens von Hand deaktiviert werden. Je nach Abstand zwischen dem Brand und den Sprinklerköpfen werden diese möglicherweise zu spät ausgelöst, um den Brand noch erfolgreich löschen zu können. Man findet Sprinkleranlagen vorwiegend in Bereichen mit niedriger Deckenhöhe.

Sprinkleranlagen können alternativ mit einem Schaum-Premix befüllt werden, wodurch beim Auslösen Löschschaum entsteht. Der Premix wird mithilfe von Zumischsystemen erzeugt, wie z. B. den rein mechanisch betriebenen GEN III Zumischsystemen von FireDos.

Sprühflutanlagen

Sprühflutanlagen sind Sprinkleranlagen mit offenen Düsen. Diese können entweder manuell bedient werden oder über ferngesteuerte Ventile, die durch Wärmeerkennungssysteme ausgelöst werden. Nach dem Auslösen setzt in einer definierten Fläche der Löschvorgang ein.

Löschmonitore

Löschmonitore sind für den Einsatz sowohl in Gebäuden als auch unter freiem Himmel konzipiert. Wurde ein Brand entdeckt, können diese entweder manuell oder per Fernsteuerung bedient werden. Sie erlauben eine präzise Ausrichtung des Löschmittelstroms aus sicherer Entfernung. Löschmonitore von FireDos verfügen über ein strömungsoptimiertes Oval-Flat-Design, wodurch ein geringer Druchverlust entsteht und eine maximale Reichweite erzielt wird.

Je nach Aufbau der Löschanlage kann zwischen Wasser und Schaum umgeschaltet werden. In Kombination mit Branderkennungssystemen eignen sich Löschmonitore hervorragend für den Einsatz in automatischen Löschanlagen.

Branderkennungsanlagen                                      

Es können drei verbreitete Methoden zur Branderkennung unterschieden werden.

  • Raucherkennung
  • Branderkennung
  • Wärmeerkennung

Raucherkennung

Rauchmelder werden im Regelfall an der Decke installiert und überwachen ganze Hallen oder Teile einer großen Fläche. Meist ist eine große Menge Rauch nötig, um den Alarm auszulösen. Sie werden normalerweise gemeinsam mit manuell zu bedienender Löschtechnik wie Schläuchen oder Löschmonitoren genutzt, da der exakte Brandort gesichtet werden muss. Als Element moderner automatischer Löschanlagen sind Rauchmelder nicht geeignet.

Eine weitere Möglichkeit der Raucherkennung ist der Einsatz von Videotechnik. Es empfiehlt sich, diese Systeme nur in Kombination mit einer weiteren Branderkennungsmethode anzuwenden, um falsche Alarme durch Dampf, Abgaswolken oder Nebel zu vermeiden. Solche Systeme erfordern zudem ideale Lichtverhältnisse und eine staubarme Umgebung.

Branderkennung

Sprinkleranlagen sind klassische Branderkennungssysteme. Sie eignen sich jedoch auch nicht als Komponenten moderner automatischer Löschanlagen.

Lineare Wärme- oder Brandmelder sind Sensorenkabel. Sie werden bevorzugt eingesetzt, um Tunnel oder Parkhäuser zu überwachen, aber auch in großen Hallen. Sie eignen sich insgesamt nicht für Müllverbrennungs- und Recyclinganlagen, können jedoch eine passende Option zur Überwachung von geschlossenen Förderstrecken sein.

Wäremeerkennung

Die gängigste Art der Wärmeerkennung ist die thermische Bildgebung durch Infrarot-Technik (IR-Technik). Anders als bei Rauch- oder Brandmeldern wird die Umgebung auf Wärmestrahlung untersucht. Durch die kontinuierliche Überwachung eines bestimmten Punkts oder Bereichs oder durch Analyse des Temperaturanstiegs können Brände selbst dann entdeckt werden, wenn sie noch nicht die Oberfläche des Schüttguts erreicht haben. Der Aufstieg heißer Gase kann genügen, um einen Brand unter der Oberfläche zu erkennen. Temperaturen von 80 °C gelten als starke Indikatoren eines Brandes. Wärmeüberwachung eines Objekts durch Infrarot-Brandfrüherkennung bedeutet, dass der Brand schon in seiner Entstehungsphase erkannt wird.

Abbildung 2 – Sensitivität von Branderkennungssystemen 

Für die Branderkennung ist eine kontinuierliche Überwachung des Gefahrenbereichs unerlässlich, um kleinste Veränderungen zu erfassen. Gewollte und bekannte Wärmequellen wie Förderbandmotoren oder Fahrzeuge, Abgasrohre, Sonneneinstrahlung und Reflexionen müssen automatisch identifiziert und als Brände ausgeschlossen werden, um potenzielle Fehlalarme auf ein Minimum zu reduzieren.

Eine stationäre und relativ preiswerte Kamera kann einen großen Bereich mit geringerer Auflösung abdecken. Dies ist ausreichend für die frühzeitige Erkennung von Bränden. Mit ausgefeilterer Technik wie dem Orglmeister PYROsmart-System können brandbefährdete Bereiche alternativ mit einer einzigen Dreh-/Schwenkkopfkamera überwacht werden. Diese scannt kontinuierlich einen großen Bereich ab und erstellt ein hochauflösendes radiometrisches Panoramabild. In Kombination mit intelligenter Analysesoftware kann ein Brandherd exakt lokalisiert werden. Mithilfe eines ferngesteuerten Löschmonitors wie dem FireDos M2 oder M3 wird der Brand mit Wasser oder Schaum zielgenau gelöscht. Bei Bedarf liefert eine Kombination aus IR und Live-Video eine effektive Situationsanalyse – vor allem dann, wenn die Auflösung groß genug ist und der Benutzer in das Videobild hineinzoomen kann.

Mittels selbstlernender und Künstlicher Intelligenz (KI) analysiert die Software die Umgebung und unterscheidet zwischen heißen Motoren, Abgasrohren und Hotspots, die auf einen tatsächlichen oder möglichen Brand hinweisen.

Abbildung 3 – Video- und hochauflösendes radiometrisches Panoramabild aus einem PYROsmart-Wärmeerkennungssystem

Automatische Löschsysteme                                      

Bei der Planung einer Löschanlage muss die wirksamste Strategie zum Löschen verschiedener Brandtypen ermittelt werden.

  • Ein Schritt dabei ist die Entscheidung über den Einsatz von Wasser, Schaum oder alternativ auch beidem.
  • Wenn ein Branderkennungssystem genutzt werden soll, muss zwischen manueller oder automatischer Intervention gewählt werden. Dabei ist zu beachten, dass Müllverbrennungsanlagen möglicherweise die ganze Woche hindurch und 24 Stunden am Tag in Betrieb sind und Recyclinganlagen aber oft nur ein oder zwei Schichten pro Tag fahren, wodurch eine Rund-um-die-Uhr-Überwachung und auch das Löschen durch die Belegschaft problematisch wird.
  • Bei einer manuellen Intervention löst das Erkennungssystem den Alarm aus. Je nach eingesetztem System ist das ein kritischer Hotspot, eine Flamme oder Rauch. Die Brandgefahr muss stets gesichtet werden und es muss ein Löschvorgang manuell eingeleitet werden, z. B. durch Auslösen einer Sprühflutanlage oder eines manuell bzw. ferngesteuerten Löschmonitors.
  • Bei einer automatisierten, durch Rauch- oder Feuererkennung ausgelösten Löschanlage kann ein Sprühflutsystem aktiviert werden, um den gesamten Bereich zu fluten. Alternativ kann ein Löschmonitor das Löschmittel automatisch auf das Ziel ausrichten, indem er ein programmiertes Sprühmuster in einem voreingestellten Bereich abfährt. Die Löschanlage wird meist manuell deaktiviert.
  • Wenn das Branderkennungssystem auf der Grundlage von IR-Wärmeerkennung arbeitet, wird ein ferngesteuerter Löschmonitor aktiviert, der das Wasser oder den Schaum exakt auf den Hotspot oder das Feuer ausrichtet. Es kann ein programmiertes Sprühmuster verwendet werden. Die Deaktivierung erfolgt manuell oder der Löschmonitor kann nach einer voreingestellten Löschdauer automatisch ausgeschaltet werden. Die IR-Wärmeerkennung läuft weiter und startet den Löschprozess jederzeit wieder neu, wenn dies erforderlich ist.

Abbildung 4 - Darstellung von ferngesteuerten Löschmonitoren mit optionaler Wasser- oder Schaumabgabe und Kopplung mit einem Wärmeerkennungssystem.

Ein automatisch gesteuerter Prozess mit mehrstufiger Löschstrategie ist auch bei Erkennung eines Hotspots wirksam:

  • Genaues Ausbringen einer begrenzten Wassermenge auf einen identifizierten Bereich.
  • Überwachung und zusätzliche Wasserabgabe, falls die Temperatur nicht auf ein ungefährliches Niveau abgesunken ist.
  • Überwachung und Schaumabgabe können automatisch aktiviert werden, falls mit dem Wasser nach ein oder zwei Löschversuchen nicht das erforderliche Ergebnis erzielt wurde oder sich der Löschbereich vergrößert hat.

Mittels automatischer Erkennung und automatischen Löschsystemen kann die Löschstrategie genau auf die räumlichen Gegebenheiten, die zu schützenden Stoffe und mögliche Umweltgefahren durch einen Brand abgestimmt werden. Ein erster Schritt und wesentlicher Teil des Prozesses ist die Bestimmung der  Löschstrategie mittels Analyse der Gegebenheiten, um die Branderkennungsgeräte und die optimale Positionierung des Löschmonitors auszuwählen. Die optimale Platzierung dieser Geräte minimiert den Umfang und die Kosten eines solchen Systems.

Abbildung 5 – PYROsmart-Wärmeerkennungssystem und ferngesteuerter Löschmonitor in einer Recyclinganlage

Zusammenfassung

Beim Feuerlöschen zählen immer drei Dinge:

Vorbeugung

Eigene Löschversuche

Löschen durch Feuerwehr bzw. professionelle Technik

Im Brandfall sind Detektionssysteme mit Wärmeerkennung und automatisierte Löschsysteme anderen Techniken überlegen. Brände können zuverlässig gelöscht werden, bevor ein professionelles Eingreifen notwendig wird.

Weiterentwickelte, moderne Systeme zur Brandfrüherkennung und automatischer Brandbekämpfung bieten großes Potenzial, um Schäden und Verluste gering zu halten. Auch wenn anfangs größere Investitionen nötig sind als bei traditionellen Methoden, weil auf Früherkennung und intelligentes, punktgenaues Löschen anstatt auf umfangreiches Feuerlöschen gesetzt wird, können Anlagenbesitzer und -betreiber die wiederholt auftretenden Kosten und Anlagenstillstände reduzieren sowie die Gesamtbetriebskosten optimieren.

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