Infrarot-Thermographie in der Brandfrüherkennung und Brandvermeidung

Die Brandfrüherkennung mit LWIR-Videographie misst die Oberflächentemperatur des zu überwachenden Objektes und kann so Erwärmungen erkennen, lange bevor eine kritische Temperatur erreicht wird. Mit speziellen Kameras aufgenommene IR-Videobilder werden dazu elektronisch aufbereitet und zur optischen Anzeige gebracht oder zur Alarmmeldung verwendet.

Brandfrüherkennung basierend auf diesem Prinzip hat entscheidende Systemvorteile gegenüber allen anderen Meldertechnologien:

Visualisierung der Temperaturwerte

Die unsichtbare LWIR-Strahlung kann mithilfe moderner Videonachbearbeitung sichtbar gemacht werden. Dazu wird jedem ermittelten Temperaturwert eine Farbe zugeordnet. Es entsteht ein Fehlfarbenbild, wie es z.B. aus der Überprüfung von Fassadendämmung bekannt ist. Dabei werden hohe Temperaturen „warmen“ Farben (z.B. Rot) zugeordnet, „kalte“ Farben (z.B. Blau) für niedrigere Temperaturen genutzt. Auf diese Weise wird die Verteilung der Oberflächentemperatur sichtbar und kann mit einem Blick zur sofortigen Lagebeurteilung erfasst werden. Um in jeder Situation den interessanten Temperaturbereich auch mit dem begrenzten Kontrastumfang der Videotechnologie und des menschlichen Auges darstellen zu können, wird bei diesem Verfahren für jedes Bild die Zuordnung von Temperaturen und Helligkeitswerten neu berechnet. Eine Beurteilung der Temperatur ist aus dem Videobild daher nicht möglich, ausgewählte Temperaturwerte werden daher zusätzlich alphanumerisch angezeigt.

Berührungsloses Messen über weite Strecken

LWIR-Video basierte Branderkennung ist über lange Strecken, auch über mehrere hundert Meter, anwendbar. Mithilfe der LWIR-Thermographie wird es möglich, Temperaturmessung mit jedem einzelnen Pixel eines Videobildes zu betreiben. Hierdurch erhält der Betrachter eine Abbildung des Objektes mit präzisen Temperaturwerten jedes Punktes seiner Oberfläche.

Mithilfe dieser Information können potenzielle Brandherde frühzeitig erkannt und Maßnahmen zur Brandvermeidung eingeleitet werden.

„Freie Sicht“ bei Rauch & Nebel
Infrarotstrahlung kann in zwei Wellenlängenbereichen zu Zwecken der Thermographie genutzt werden. Im IR-Bereich (3-5μm) ist die Transmission von der Kontamination der Atmosphäre mit Schwebteilchen stark abhängig. Das macht diesen Wellenlängenbereich trotz kostengünstiger Detektortechnologie ungeeignet für die präzise Temperaturermittlung, wie sie zur Brandfrüherkennung notwendig ist. Im Wellenlängenbereich der LWIR-Strahlung von 8-12μm sind die in vielen Anwendungen auftretenden Aerosole wie Nebel oder Rauch nahezu transparent. Im Gegensatz zu normalen Überwachungskameras oder dem menschlichen Auge, die mit viel kürzeren Wellenlängen arbeiten, kann dadurch eine LWIR-Kamera quasi „durch den Rauch hindurchsehen“. Selbst über 500m oder mehr ist keine nennenswerte Trübung des Signals zu erwarten. Außerdem führen Verschiebungen der Wellenlängen durch Veränderungen der Temperatur nicht zu einem absorptionsbedingten Schwanken der Signalstärke, das als Änderung der tatsächlichen Strahlungsintensität fehlinterpretiert werden könnte. Somit ist diese Technologie auch in Umgebungen mit hohen Konzentrationen an Aerosolen einsetzbar und ermöglicht im Brandfall wertvolle Unterstützung bei der Brandbekämpfung.

Empfindliche Messungen in allen Temperaturbereichen
Nur im LWIR-Wellenlängenbereich liegen ideale Bedingungen zur Temperaturmessung vor.
Die Messungen können bereits bei Temperaturen unterhalb von –20°C beginnen oder auch weit über 1000°C hinausreichen. Die Temperatur kann auf 1K genau bestimmt werden. Unabhängig von der Umgebungstemperatur können so überhöhte Temperaturen präzise ermittelt werden.
Damit sind ideale Bedingungen zur Vermeidung oder frühen Erkennung von Bränden gegeben.

Hot Spot-Detektion und Lokalisierung

Zur Brandüberwachung ist die farbige Darstellung nicht zweckmäßig. Der Informationsbedarf reduziert sich in der Brandüberwachung auf die Abbildung des Überwachungsbereiches und die Alarmierung bei Überschreitung von Schwellwerten. Für diesen Zweck wird ein Graustufenbild errechnet. Dabei wird steigende Helligkeit steigenden Temperaturen zugeordnet. Bei Überschreitung der Alarmschwelle werden die betroffenen Bereiche besonders hell oder farbig markiert. So sind das Auftreten von Alarmzuständen und deren Lokalisierung innerhalb des Überwachungsbereiches auf einen Blick erkennbar.

Das Verfahren ist insbesondere geeignet, um inhomogene Temperaturverläufe schnell und gekoppelt mit einer räumlichen Anordnung sichtbar zu machen. Das können sowohl direkt sichtbare Erwärmungen, z.B. auf einem Fließband sein, als auch auffällige Temperaturabweichungen unter der Oberfläche. Diese sogenannten Hot Spots sind typische Anzeichen für eine lokale Überhitzung, die ohne Gegenmaßnahmen meist zur Entzündung führen würde.

Liegt der Hot Spot unter der Oberfläche, so liegt die gemessene Temperatur an der Oberfläche noch deutlich unter der kritischen Temperatur, wenn der Hot Spot bereits die kritische Temperatur erreicht. Deshalb ist es notwendig, bereits weit unterhalb der kritischen Temperatur so zuverlässig messen zu können, wie es mit LWIR-Thermographie möglich ist.