Digitale Fernwartung für Zumischsysteme

Im Brandschutz kommt neben Wasser sehr häufig Schaum als Löschmittel zum Einsatz. Um diesen Schaum zu erzeugen, muss dem Löschwasser Schaummittel zugemischt werden. Dabei ist das prozentuale Verhältnis von Löschwasser und Schaummittel, Zumischrate genannt, ausschlaggebend für eine gute Schaumqualität. Dies sorgt für einen optimalen und schnellen Löscherfolg.

Das hessische Unternehmen FireDos ist spezialisiert auf die Entwicklung und Produktion innovativer und höchst zuverlässiger Zumischsysteme, Löschmonitore und Löschanhänger für die Brandbekämpfung. Die mechanischen Zumischsysteme kommen sowohl in stationären Löschanlagen als auch in Feuerwehrfahrzeugen oder als tragbare Geräte bei Feuerwehren zum Einsatz. Sie ermöglichen eine präzise Einhaltung der Zumischrate über einen weiten Arbeitsbereich. Zulassungen, beispielsweise von FM und VdS, bestätigen dies. Die Baugrößen reichen dabei von 500 l/min bis 25 000 l/min maximaler Löschwasserstrom. (Bild 1)

Funktionsweise der FireDos Zumischsysteme

FireDos Zumischsysteme sind grundsätzlich rein mechanische Systeme. Sie bestehen aus einem Wassermotor, welcher über eine elastische Kupplung mit einer Plungerpumpe verbunden ist. Innerhalb des Wassermotors befindet sich ein Rotor, welcher durch den Löschwasserstrom angetrieben wird. Diese Rotation wird auf die Kurbelwelle der Zumischpumpe übertragen. Die Zumischpumpe saugt das Schaummittel an und mischt es in einem festen Verhältnis, zum Beispiel 3%, zum Löschwasserstrom zu. Aufgrund der sehr hohen Viskositäten von neuen fluorfreien Schaummitteln wurde die Zumischpumpe speziell für die Anwendung in dem FireDos Zumischsystem entwickelt. Sie ist in der Lage hochviskose, pseudoplastische Schaummittel zuzumischen. (Bild 2)

Problematik und Fehler­ur­sachen der manuellen Zumischratenüberprüfung

Die seit Jahrzehnten im Brandschutz praktizierte Vorgehensweise zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit von Schaumlöschanlagen sieht eine jährliche Überprüfung der Zumischrate vor. Die Ergebnisse werden durch einen handschriftlichen Eintrag in einem Wartungsprotokoll dokumentiert. Die Errechnung der Zumischrate wird auf Basis einer in nationalen und internationalen Regelwerken hinterlegten Berechnungsformel durchgeführt. Bei dieser Art der Zumischratenüberprüfung kommt es, in der Regel unbeabsichtigt, immer wieder zu Fehlern. Fehlerhaft überprüfte Zumischraten haben direkten Einfluss auf den Löscherfolg von Schaumlöschanlagen. Eine zu niedrige Zumischrate hat eine Verringerung der Löschwirkung der Löschanlage zur Folge. Im schlimmsten Falle kann sie sogar eine Brandausbreitung fördern. Eine zu hohe Zumischrate führt zu ungeplantem Schaummittelverbrauch und verkürzt somit die mögliche Dauer des Löscheinsatzes. Eine weitere Schwachstelle der bisherigen Vorgehensweise besteht darin, dass Betreiber von Löschanlagen keine Unterstützung bei der Durchführung und Überwachung der Wartungsintervalle erhalten.

Die Fehler und ihre Ursachen sind vielfältig. Beispielsweise können einfache Ablese-, Rechen- oder Schreibfehler zu einer falschen Zumischratenberechnung führen. Ebenso können Bedienfehler des Zumischsystems und der verwendeten Messtechnik auftreten. Aufgrund der Tatsache, dass die Überprüfung der Zumischrate eines Zumischsystems lediglich einmal jährlich durchgeführt wird, kann das durchführende Personal in der Regel keine ausgiebige Praxiserfahrung und Routine sammeln. Infolgedessen ist eine höhere Wahrscheinlichkeit für menschlich verursachte Fehler anzunehmen. Mit zunehmendem Zeitdruck steigt die Fehlerwahrscheinlichkeit zusätzlich an.

Besonderheiten des innovativen Remote-Monitoring-Systems von FireDos

Das Remote-Monitoring-System stellt im Allgemeinen die intelligente Erweiterung von mechanischen Zumischsystemen dar. Das dem Zumischsystem zugrunde liegende und tausendfach bewährte Zumischprinzip bleibt dabei jedoch unverändert rein mechanisch. Das eigentliche Zumischsystem arbeitet daher weiterhin uneingeschränkt, sobald es von Löschwasser durchströmt wird.

Um die Praxistauglichkeit des Remote-Monitoring-Systems darstellen zu können und um zusätzliche Versuchsdaten zu generieren, hat FireDos das System in die Modellanlage für Zumischsysteme der aktuellen Generation, GEN III, eingebaut. Am Beispiel dieser Modellanlage wird nachfolgend der Aufbau und die Funktionsweise des Remote-Monitoring-Systems erläutert. (Bild 3)

Die Modellanlage stellt eine Miniaturisierung einer Lagerhalle mit eingebauter Schaumlöschanlage dar. Sie besitzt einen Löschwasser- und einen Schaummitteltank, eine Löschwasserpumpe, ein Zumischsystem, einen Löschmonitor und drei separat ansteuerbare Schaumsprinkler. Weiterhin besitzt die Modellanlage eine Volumenstrommesseinrichtung basierend auf der Wassermotordrehzahl. Dies ist eine gängige Sonderausstattung für die Löschwasserstromermittlung von FireDos-Zumischsystemen. Damit ist der bisherige Stand der Technik von Schaumlöschanlagen und dieser Systeme beschrieben. Bis jetzt!

Das Remote-Monitoring-System, also die intelligente Erweiterung des Zumischsystems, umfasst primär die Sensorik, eine Steuereinheit und eine Anzeigeeinheit. Diese dienen der automatischen Ermittlung, Anzeige und Protokollierung der Zumischrate und weiterer Betriebsparameter des Zumischsystems.

Die Steuerung der Modellanlage nimmt die Sensorwerte auf, verarbeitet diese und zeigt sie dem Bediener an. Zusätzlich speichert sie alle Werte in einer Protokolldatei. Dabei ist anzumerken, dass das Display nur ein optionaler Bestandteil des Überwachungssystems ist. Über eine eingebaute WLAN-Schnittstelle lässt sich das Display auch auf ein Smartphone, Tablet oder Notebook übertragen. (Bild 4 und 5)

Aufbau und Funktionsweise des Überwachungssystems von FireDos unter realen Bedingungen

Die Basisversion des Remote-Monitoring-Systems ist grundsätzlich analog zur Modellanlage aufgebaut und basiert auf den gleichen folgenden Kernkomponenten:

• Ermittlung des Schaummittelstroms
• Ermittlung des Löschwasserstroms
• Stellungsüberwachung der Kugelhähne
• Die Steuerungseinheit

Für die Überprüfung der Zumischrate wird das Zumischsystem in den Rückführbetrieb / Testbetrieb versetzt. Die Löschwasserpumpe der Schaumlöschanlage fördert Löschwasser durch den Wassermotor des Zumischsystems. Die Zumischpumpe saugt Schaummittel an und fördert dieses wieder zurück in den Schaummitteltank. Eine Zumischung von Schaummittel findet folglich nicht statt.

Die Steuerungseinheit erfasst währenddessen permanent den Löschwasser- und den Schaummittelstrom in der Rückführleitung. Anhand der erfassten Werte wird die Berechnung der Zumischrate durchgeführt. Diese Werte werden in definierten Zeitintervallen in einem Protokoll gespeichert und optional auf dem zusätzlichen Display der Steuereinheit angezeigt oder per WLAN zur Verfügung gestellt.

Weiterhin kann die Ermittlung der Zumischrate ebenso im Zumischbetrieb erfolgen. Bei Vorhandensein eines Displays können die Arbeitsschritte, die für eine Zumischratenbestimmung erfolgen müssen, angezeigt werden.

In der Vollversion des Remote-Monitoring-Systems kann neben der Zumischrate der Gesamtzustand des Systems überwacht werden. Dazu werden weitere Sensoren, wie z.B. Drucksensoren oder Füllstandsensoren, verwendet. Somit können unter anderem die Drücke im Wassermotor und der Pumpe sowie der Ölfüllstand der Pumpe überwacht werden. Anhand dieser Daten kann der Zustand des Systems ermittelt werden. Weiterhin ist eine Optimierung der Wartungsintervalle möglich.

Vorteile und Mehrwert des FireDos Remote-Monitoring-Systems

Das Remote-Monitoring-System bietet dem Löschanlagenbetreiber und dem Bediener konkrete Vorteile und somit Mehrwerte bei der Überprüfung und Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit von Schaumlöschanlagen. Diese sind:

• Korrekte Ermittlung der Zumischrate

Die Zumischrate, welche die Kernkenngröße bei der Überprüfung von Zumischsystemen darstellt, wird durch den hinterlegten Algorithmus immer korrekt berechnet. Eventuelle Berechnungsfehler werden damit ausgeschlossen. Die einwandfreie Funktionsfähigkeit des Zumischsystems kann somit fehlerfrei überprüft werden. Die Berechnung der Zumischrate erfolgt dabei gemäß der Norm EN 13565-1 und dem Nordtest-Verfahren NT Fire 042.

• Permanente Ermittlung der Zumischrate im Rahmen der Wartung sowie im Betrieb

Die Zumischrate wird permanent und über den kompletten Betriebsbereich vollautomatisch ermittelt. Der komplette Verlauf der Zumischrate kann somit überprüft werden. Es werden folglich nicht mehr nur einzelne Momentaufnahmen der Zumischrate ermittelt, welche durch nicht zeitgleich abgelesene Löschwasserströme verfälscht werden können.

• Dokumentation und Terminüberwachung der Wartung

Der Zeitpunkt der Wartung und die während der Wartung ermittelten Werte werden zur Dokumentation gespeichert. Zum Ablauf des Wartungsintervalls kann dem Betreiber einer Löschanlage eine entsprechende Information bereitgestellt werden.

• Verbrauchsdokumentation

Die gesamten Löschwasser- und Schaummittelverbräuche werden durch das System ermittelt. Es kann somit nachgewiesen werden, welche Löschmittelmengen im Einsatzfall ausgebracht wurden. Dieser Nachweis kann in Anbetracht steigender Umweltauflagen gegenüber Behörden und Entsorgungsbetrieben von Vorteil sein.

• Ermittlung weiterer Betriebsparameter

Neben der Zumischrate und den Verbrauchswerten können weitere Betriebsparameter ermittelt werden. Beispielweise die Schaummitteltemperatur, der Ölstand in der Zumischpumpe, Systemdrücke, die Stellung der Kugelhähne oder Betriebsstunden des Zumischsystems. Die ermittelten Daten des Zumischsystems dienen als Indikator für den Servicebedarf.

• Visualisierung der Zumischrate & weiterer Betriebsparameter

Die Zumischrate, die Löschmittelverbräuche und alle weiteren Betriebsparameter des Zumischsystems werden lokal visualisiert. Dies erfolgt über eine kabellose WLAN-Schnittstelle auf jedem Smartphone, Tablet oder Notebook. Optional ist ein lokales Display möglich. Eine dezentrale Visualisierung ist ebenfalls optional möglich.

• Protokollierung aller Betriebsparameter

Die Zumischrate und alle weiter ermittelten Betriebsparameter werden permanent zusammen mit einem Zeitstempel in definierten Intervallen protokolliert. Die so entstehende Historie dient, neben den automatisch erzeugten Protokollen im Rahmen des Wartungsvorgangs, als Nachweis über die erfolgten regelmäßigen Tests des Zumischsystems und dessen Verwendung im Einsatzfall.

• Verbesserte und leichtere Ferndiagnose

Die Verwendung eines Überwachungssystems ermöglicht eine verbesserte und leichtere Ferndiagnose. Dazu kann auf das System aus der Ferne zugegriffen werden. Beispielsweise durch geschultes Personal des Kunden, den Servicepartner oder FireDos.

Selbst für den Fall, dass kein direkter Fernzugriff auf die Steuerung und deren Display besteht kann der Kunde im einfachsten Falle Fotos des Displays oder digitale Datenprotokolle an den FireDos Service senden oder unkompliziert per Videotelefonie eine Liveübertragung herstellen. Der FireDos Service oder dessen Servicepartner können so noch einfacher, beispielsweise während der Überprüfung der Zumischrate, aus der Ferne unterstützen.

• Kosteneinsparung durch reduzierten Serviceaufwand vor Ort

Aufgrund der verbesserten Ferndiagnose sowie mögliche Fernunterstützung bei Inbetriebnahmen, Tests und Wartungen reduziert sich der Serviceaufwand durch FireDos oder dessen Servicepartner vor Ort. Dies minimiert die Servicekosten des Anlagenbetreibers. Insbesondere in abgelegenen Regionen. Ferner können, bei regelmäßigem Einsatz des Zumischsystems, Daten für eine prädiktive Instandhaltung ausgewertet werden.

Zusammenfassung und Ausblick

Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit von Schaumlöschanlagen erfordert die Überprüfung der Zumischrate von Zumischsystemen in vorgegebenen Intervallen. Die bisher übliche Vorgehensweise mit handschriftlichen Notizen und Berechnungen kann jedoch mit Unsicherheiten behaftet sein. Das Remote-Monitoring-System für Zumischsysteme schließt menschliche Fehlerursachen bei der Zumischratenüberprüfung aus. Es gewährleistet jederzeit eine korrekte Überprüfung und Protokollierung der Zumischrate von Zumischsystemen und unterstützt den Betreiber bei der Überwachung der Wartungstermine. Ebenso verbessert das System die Möglichkeiten der Ferndiagnose und senkt dadurch die Servicekosten.

Die Verwendung des Remote-Monitoring-Systems trägt daher maßgeblich zur einfacheren und fehlerfreien Überprüfung sowie zur Aufrechterhaltung der Funktion von Schaumlöschanlagen bei.

Das Remote-Monitoring-System stellt somit eine optimale Symbiose aus mechanischen Zumischsystemen und einer intelligenten elektronischen Erweiterung dar. Die Vorteile aus beiden Technologiebereichen werden vereint, ohne dabei Abstriche in der Funktionsweise von mechanischen FireDos-Zumischsystemen in Kauf nehmen zu müssen.

Hier geht es zur Bestellung eines Probeabos.

Den vollständigen Text finden Sie in der Ausgabe 1/2 2023 der Technischen Sicherheit.