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We analysed the hydrogen generation during the smouldering of polymeric materials, which are typically used in the household, in the Smoke Density Chamber coupled to a new developed hydrogen sensor to detect early stages of fires. The results of hydrogen generation were compared with the emission of carbon monoxide and smoke during the fire scenarios. Additionally, the results were compared with parameters used in traditional commercial detection systems. In this scenario, the hydrogen sensor showed encouraging results for the detection of fires in earlier phase compared to traditional detectors. Furthermore, we tested the new developed hydrogen sensor in a real room with different fire scenarios. We have also investigated interferences, e.g. steam and cigarette smoke. The hydrogen sensor could detect hydrogen generation in the earliest stage of fire, even before CO and smoke were developed in detectable amounts. Therefore, the hydrogen sensor can be applied for early fire detection in case of pyrolysis. The sensors are quite good for detecting pyrolysis gases. But when it comes to a fast ignition other techniques are more suitable for it. The sensors are best for combination with other techniques, such as smoke detectors.
Wasserstoff als Brandprodukt entsteht in einer sehr frühen Brandphase, insbesondere bei Schwelbränden. Durch die Entwicklung eines geeigneten Wasserstoffsensors ist es nicht nur möglich, sehr frühzeitig einen entstehenden Brand zu detektieren, sondern durch die Erkennung eines Entstehungsbrandes und frühzeitiger Löschmaßnahmen ergibt sich eine Vermeidung von Personen- und Sachschäden.
Die sich in der Entwicklung befindlichen Wasserstoffsensoren wurden von der TLTS GmbH zur Verfügung gestellt. Im Rahmen dieses Projektes wurden diese Sensoren in verschiedenen Testbränden, d.h. sowohl im Labormaßstab, in der Rauchkammer, als auch in Realbrandszenarien in einer 2-Raum-Containerwohnung mit verschiedenen wohnungstypischen Materialien und Gebrauchsgegenständen getestet, insbesondere in Kombination mit anderen analytischen Methoden und im Vergleich mit anderen Detektionssystemen. Der Schwerpunkt lag in der Rauchgaskomponentendetektion in der frühen Brandphase, insbesondere der Wasserstoffgenerierung in Abhängigkeit des Brandszenarios. Es erfolgten umfangreiche Untersuchungen bezüglich der Korrelation von Brandmaterialien, thermischen Bedingungen, Strömungsverhältnissen und geometrischen Bedingungen zur Wasserstoffgenerierung, ihrem zeitlichen Verlauf und der Relation zu anderen entstehenden Gasen (z.B. Kohlenstoffmonoxid) und der Rauchentwicklung unter exakt definierten (reproduzierbaren) Brandentstehungsbedingungen. Dadurch wurde eine quantifizierbare Bewertung des Wasserstoffsensors gegenüber bestehenden Systemen erreicht. Aus den Untersuchungen sind ebenfalls Schlussfolgerungen zu den Vorteilen und Grenzen der Implementierung von Wasserstoffsensoren in Multisensor-Brandmelder ableitbar.
Es konnte anhand der Testbrände gezeigt werden, dass der H2-Sensor bei Schwelbrandversuche von wohnungstypischen Materialien geeignet ist und ein sehr frühzeitiger Nachweis sehr geringer H2-Konzentrationen, noch bevor Rauch und CO detektiert werden können, möglich ist und diese somit eine Alternative oder Ergänzung zu traditionellen Rauch- und CO-Meldern für mehr Sicherheit sind. Für den kommerziellen Einsatz dieser Sensoren müssen die Einflussfaktoren, wie z.B. mit der Luftfeuchtigkeit und Querempfindlichkeiten, wie z.B. mit anderen Brandgasen, wie CO weiter verbessert werden.
First developments of a new test to evaluate the fire behavior of photovoltaic modules on roofs
(2015)
A new test for photovoltaic (PV) modules exposed to an external fire source on roofs is proposed, and first results are presented. This is a simplification of the standards commonly in use for testing PV modules as roofing parts, roofing components or building components. Most of the tests required different fire scenarios and the use of burning brands such as wood cribs. In our study we proposed replacing wooden burning brands with a propane burner, the output of which is close to the one that can be observed in the burning of wooden cribs 500 g and 2 kg in size. The fire behavior was assessed by measuring smoke evolution, burning drips, flaming debris, and the time to burn-through of monocrystalline, polycrystalline and amorphous silicon panels. Two different configurations of the burner were tested, with the fire source on the top of the module or under the tilted module, respectively. The fire behavior of the modules was dependent on the burner output (16 to 46 kW), but also on the construction type of the panel (glass/glass or glass/plastic sheet) and on the position of the fire source (top or bottom). These preliminary tests for further development of the procedure yielded encouraging results for the evaluation of PV panels on roofs.
Durch die Verwendung von Grillgeräten in geschlossenen Räumen, wie Gartenlauben, Wohnungen oder Garagen kam es in den vergangenen Jahren zu einer Vielzahl von Unfällen mit schweren Vergiftungen und Todesfällen. Seit 2008 scheint das Auftreten von Kohlenmonoxid (CO) Intoxikationen innerhalb Deutschland wieder zu zunehmen. Die Hauptursachen sind dabei der unsachgemäße Gebrauch von Holzkohlegrills, schlecht gewartete Gasthermen und Kamine. Zum Schutz der Bevölkerung ist deshalb eine Aufklärung über mögliche Gefahren wichtig.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden diese Gefahren bewertet. Es wurden verschiedene Brandszenarien mit Grillgeräten, mit unterschiedlichen Grillkohlearten und –mengen in geschlossenen Räumen realisiert und die entsprechenden Konzentrations-Zeit-Verläufe ermittelt. Bei den Brandversuchen wurden zudem notwendige Eingabeparameter für numerische Simulationen ermittelt, um die Verwendung von Holzkohlegrills in geschlossenen Räumen zu simulieren. Die Auswirkungen für Menschen beim Grillen in geschlossenen Räumen wurden quantifiziert, indem die Eintrittszeitpunkte der Handlungsunfähigkeit und des Todes mittels Fractional Effective Dose (FED)-Konzept bestimmt wurden. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass eine frühzeitige Detektion der toxischen Gase zur Warnung von Personen dringend notwendig ist. In den durchgeführten Brandversuchen zeigte sich, dass die gebräuchlichen Rauchmelder auf Streulichtbasis keine rechtzeitige Warnung ermöglichen. Deshalb sind für solche Brandszenarien andere Branddetektoren erforderlich. Entsprechende Versuche mit CO-Brandmeldern zeigten, dass das freigesetzte CO beim Grillen in geschlossenen Räumen frühzeitig detektiert werden kann und Personen somit rechtzeitig gewarnt werden können.
Zur frühzeitigen Erkennung von Schwelbränden wurde weiterhin ein neuer Wasserstoffdetektor getestet. Die Entstehung von Wasserstoff in einer sehr frühen Brandphase kann zur frühzeitigen Erkennung von Schwelbränden genutzt werden. Bei ersten Schwelbrandexperimenten mit Holzproben konnte Wasserstoff in einer geschlossenen Kammer (0,5 m3) nachgewiesen werden, noch bevor es zu einer erhöhten CO-Emission kam. Die Ergebnisse der Schwelbrandversuche werden vorgestellt und die Verwendbarkeit von CO- und Wasserstoff-Detektoren erörtert und diskutiert.
Es wurden systematische Brandversuche an verschiedenen PV-Modulen durchgeführt. Dabei wurden verschiedene Brandszenarien unterschiedlicher Beanspruchungsniveaus mit handelsüblichen Modulen realisiert und das Brandverhalten sowie die Feuerwiderstandsfähigkeit analysiert. Brände an Photovoltaik-Anlagen sind extrem selten, treten aber dennoch auf. Fünf verschiedene Modularten, dazu gehörten monokristalline Si-Dickschicht- und Si-Dünnschicht-Module, CIGS-, CdTe-Module sowie Silizium-Folien-Module, wurden verschiedenen Brandszenarien unterworfen. Dabei wurden verschiedene Brandsätze ober- und unterhalb der PV-Module auf einem Schräg- und Flachdach gezündet, um das Brandverhalten beurteilen zu können.
Forest fires start mostly in partial combustion. In this paper we present a hydrogen sensor to defect early stages of forest fires. First indoor experiments in a smoke density chamber with wood samples, proved that the sensor produce a strong signal change when the smouldering of wood starts, already before the CO concentration, measured in FTIR spectrometry, exceeds 10 ppm. In outdoor experiments we were able to detect forest fire in a distance of 110 m.