Verfahren und Einrichtung zum Überwachen von Bauwerken

Abstract

 Verfahren und Einrichtung zum Betrieb haustechnischer Anlagen unter Einbeziehung von Sicherheits- und Überwachungsfunktionen.
Genereller Nachteil der bekannten Lösungen ist, dass sich lediglich auf die Detektion, die Überwachung oder das Löschen richtet bzw. beschränkt. Das neue Verfahren und Einrichtung soll sich zum Betrieb haustechnischer Anlagen einschließlich der Versorgungstechnik, bei gleichzeitiger Integration von Sicherheits- und Überwachungsfunktion eignen.
So sind in einem ober- oder unterirdischen Bauwerk über Kommunikationswege (3)ein oder mehrere universelle Detektions-, Steuer- und Regelmodule (1) angebracht, welche zur Strömungsmessung und Luftentnahme mit einem längs oder quer im Gebäude eingebauten Rohrsystem (2) verbunden sind, wobei die Module entweder untereinander kommunizieren oder auch einzeln die durch geeignete Sensoren (8) erfassten Werte an ein oder mehrere zentrale Erfassungs-Auswerte- und Steuermodule (9) weitergeben.
Ausgehend von den verschiedensten möglichen Anwendungsfällen ist durch die Auswahl und Kombinationen von verschiedenen geeigneten Aerosol- und Gassensoren sowie einer integrierten Verknüpfung mit weiteren Sensorsignalen ein solches Verfahren entwickelt, das eine permanente Luftkontrolle ermöglicht, schnell auf Änderungen der Luftzusammensetzung reagiert und in bestimmtem Maße, z.B. durch die Einwirkung auf Lüftungsventilatoren oder- anlagen diese ausregelt.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1=

universelles Detektions-, Steuer- und Regelmodul

2=

Rohrsysteme

3=

Kommunikationswege

4=

weitere Module

5=

Kommunikationsmodul

6=

Ventilatoren

7=

Windrichtung/Geschwindigkeit

8=

Sensoren

9=

zentrales Erfassungs-Auswerte-Steuermodul

10=

Zustandswerte

11=

Gefahrenherd

12=

Videotechnik

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb haustechnischer Anlagen auf den verschiedensten Einsatzgebieten.
In der gegenwärtigen Praxis gibt es in Bauwerken (Gebäude; Räumlichkeiten jeglicher Art; technischer Versorgungs- und Verkehrsbauwerke) eine Vielzahl technischer Anlagen, Einrichtungen und Verfahren, um die Funktionalität und Sicherheit solcher Bauwerke zu ermöglichen und zu gewährleisten. Dazu gehören u.a. die Bereiche Haustechnik, Steuerungstechnik, Sicherheitstechnik u.a.. Für jeden dieser Bereiche gibt es separate Gesetze, Vorschriften und Richtlinien, Planungen, Projektierungen und Ausführungen. Die in der Praxis anzutreffende hohe Spezialisierung der einzelnen Planer und Ausführende führt oft zu einer Mehrfachausrüstung der Bauwerke mit gleichen bzw. ähnlichen Sensoren, die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften betreffend.
Die Beibehaltung dieses Weges führt in der Gegenwart und Zukunft zu einem für die Investoren/Betreiber nicht vertretbaren wirtschaftlichen Aufwand (Material- und Montagekosten und für die Gesellschaft zu einer Verschwendung von Ressourcen, die mit der Belastung der Umwelt einhergeht.
So kommt es zu einem enormen und nicht mehr zu überschaubaren Einsatz von Sensoren, Auswerte- und Steuerungs-Einheiten im selben Bauwerk. Ohne besonderen zusätzlichen Aufwand (z. B. kostenintensive Gebäude-Leit-Systeme/GLT) können diese Systeme und deren Sensoren nicht miteinander kommunizieren, obwohl z.t. baugleiche oder ähnliche Sensoren und Auswerteeinheiten zum Einsatz kommen und diese selber einen nicht unerheblichen Energiebedarf besitzen. D.h., die Kosten für die Erstellung und den Unterhalt von Gebäuden steigen, u.a. auf Grund dieser Praxis der getrennten funktions-, komfort- und sicherheitsgerechten Ausrüstung von Bauwerken überproportional zu dem wirklichen Nutzwert für den Investor/Betreiber und Steuerzahler.
So sind auf Grund der beschriebenen Gegebenheiten die erfindungsgemäßen Lösungen entweder in das Gebiet der Versorgungstechnik, der Steuerungstechnik bzw. Sicherheitstechnik eingeordnet. Gleichfalls sind zur Gewährleistung einer hohen Sicherheit von unterirdischen Verkehrsbauwerken, wie Auto- oder Eisenbahntunnel, diese mit einer Vielzahl von technischen Einrichtungen wie Zu- und Abluftanlagen mit oder ohne Ent- rauchungsfunktion sowie vielfältigen Sicherheitseinrichtungen, wie Brandmelde- und Löschanlagen, Sicherheitsbeleuchtung und Videotechnik ausgerüstet.
So beschreibt die DE 101 07 260 A1 ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung unterirdischer Anlagen, in denen Strömungen vorherrschen, wie Tunnel o.ä., durch entlang der gesamten Länge der zu überwachenden Anlagen zumindest abschnittsweiser Erfassung und Auswertung von sich verändernden physikalischen und oder chemischer Eigenschaften, wobei im Falle des Überschreitens einer zulässigen Größe ein Signal ausgelöst wird (Brandmeldung).
Gleichfalls ist eine Anordnung zur Sicherung der Flucht- und Rettung unter Rauch-, Wärme- und Schadstoffbelastung aus Räumen mit langen Fluchtwegen nach der DE 100 19 537 A1 bekannt, wo unter Verwendung von Nebel erzeugenden Mitteln erreicht werden soll, dass die Luft zumindest im Bereich unterhalb der Rauchgasschicht über längere Zeit atembar und zumindest durchscheinend gehalten werden kann, so dass die Fluchtrichtung erkennbar bleibt.
Ein weiteres Verfahren und Einrichtung zur Überwachung von Tunnelbauwerken wird in der DE 4120 816 C2 beschrieben. Hier wird die unberechtigte Anwesenheit von Personen, Fahrzeugen, festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen, mittels einer Überwachungseinrichtung mit zumindest einem im Tunnel angeordneten Infrarotsensor und einer als definierte Eichquelle dienenden IR-Marke, mit dem Schritt des Erfassens der Temperaturmesswerte an eine Auswertstation, festgestellt. Genereller Nachteil der erfindungsgemäßen Lösungen ist, dass sich die jeweilige Aufgabe lediglich auf die Detektion, die Überwachung oder das Löschen richtet bzw. beschränkt. So wird ein Alarm bei dem Überwachungssystemen zur Einleitung von Maßnahmen an eine zentrale Stelle übermittelt. Gleichfalls sind auch einzelne oder auch mehrere Sensoren selbst an jeweils lediglich eine zentrale Auswerteeinheit gekoppelt, so dass bei Ausfall oder Störung dieser Zentraleinheit die Überwachungsfunktion im gesamten Bauwerk bzw. im Überwachungsbereich nicht mehr gewährleistet ist. Nutzbar sind diese ausschließlich sicherheitstechnischen Einrichtungen daher in der Regel nur bei Eintritt von unvorhersehbaren und nicht gewünschten Gefahrensituationen. Die teilweise nur als Minimalstandard vorhandene Sicherheitstechnik und der dadurch bedingte eingeschränkte Ansatz bei der jeweiligen Problemlösung stellt daher einen Unsicherheitsfaktor bei der Gefahrenabwehr und- bekämpfung dar. So müssen bei Brand erst hilfeleistende Kräfte und Löschmittel vor Ort zum Einsatz gebracht werden oder Dritte sind zur Überprüfung bei unberechtigter Anwesenheit von Personen, Fahrzeugen oder Stoffen notwendig. Dabei kann je nach Entfernung der hilfeleistenden Stellen und der Zugänglichkeit der überwachten Bauwerke sehr viel wertvolle Zeit vergehen, die nicht nur das dort eingesetzte Personal sondern auch das Bauwerk gefährdet.

[0002] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und die entsprechende Einrichtung zum Betrieb haustechnischer Anlagen einschließlich der Versorgungstechnik, bei gleichzeitiger Integration von Sicherheits- und Überwachungsfunktionen zu schaffen, wobei mit einem vertretbaren wirtschaftlichen Aufwand eine hohe Zuverlässigkeit der haus- und versorgungstechnischen Funktionen, bei gleichzeitiger Gewährleistung eines hohen Schutz- und Sicherheitsstandards, erzielt werden soll.

[0003] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst. Ausgehend von den verschiedensten möglichen Anwendungsfällen ist durch die Auswahl und Kombinationen von verschiedenen geeigneten Aerosol- und Gassensoren sowie einer integrierten Verknüpfung mit weiteren Sensorsignalen ein solches Verfahren entwickelt, das eine permanente Luftkontrolle ermöglicht, schnell auf Änderungen der Luftzusammensetzung reagiert und in bestimmtem Maße, z.B. durch die Einwirkung auf Lüftungsventilatoren oder- anlagen diese ausregelt. Gleichzeitig werden Fehlalarme minimiert sowie eine differenzierte Alarmierung gewährleistet. Neben verschiedenen brandtypischen gasförmigen Eingangsgrößen z.B. CO, CO² können der Verlauf von Temperatur und Luftfeuchtigkeit, immer in Abhängigkeit von der Zeit erfasst werden. Des Weiteren sind Sensorinformationen über Anwesenheit, Bewegung und den Öffnungszustand von beispielsweise Rettungstüren hinzuziehbar. So ist es mit dem neuen Verfahren einerseits möglich den normgerechten Tunnel-Lüftungsbetrieb zu realisieren. So werden z.B. in der bisherigen Praxis die Ventilatoren oft nur im Teil- oder Vollastbetrieb betrieben. Um Energie zu sparen, sind u.a. Zeitsteuerungen bekannt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Einrichtung ist eine permanente, bedarfsabhängige, energie- und kostensparende Steuerung und Regelung derartiger Ventilatoren möglich, wie sie sonst nur aus haustechnischen Komfortlüftungsanlagen bekannt sind. So können sich bei entsprechen der Energieeinsparung Kombinationsanlagen aus Versorgungs- und Sicherheitstechnik bereits in wesentlich kürzeren Zeiträumen amortisieren, nicht berücksichtigt ist hierbei die weitaus höhere Standzeit der eingesetzten Ventilatoren durch den bedarfsgerechten Betrieb.
Gleichzeitig ist durch die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet, dass auf der anderen Seite auf Grund der Auswahl, Anordnung und Kombination geeigneter Sensoren eine permanente Überwachung des Tunnelbauwerkes auf Rauch- und andere Brandkenngrößen erfolgt. Ist das Gefahrenereignis "Brand" eingetreten, laufen über interne Datenvergleichsprozesse Steuerungen und auch Regelungen an, die z.B. bestimmte Rauchkonzentrationen verringern und nach Lokalisierung des Brandherdes gezielte Entrauchungs-, Druckbelüftungs-, Abschottungs- bzw. Löschmaßnahmen einleiten können, Voraussetzung ist natürlich, dass derartige Einrichtungen vorhanden sind.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil gegenüber der herkömmlichen Versorgungs- und Sicherheitstechnik besteht in der Mehrfach-Ausnutzung der Sensoren, d.h. ein Bewegungssensor kann z.B. gleichzeitig zur Ansteuerung von Lichtquellen, aber auch zur Anwesenheitskontrolle von Personen, Anlagen, Gasen und Flüssigkeiten in Bauwerken bzw. Anzeige von Temperaturdifferenzen dienen. In Kombination mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann auch sicher die Bewegungsrichtung- und geschwindigkeit z.B. von Personen, Anlagen, Gasen und Flüssigkeiten erfasst und verarbeitet werden.
Auf Grundlage der eben geschilderten Kombinationsvielfalt ergibt sich die Möglichkeit, auch einfache und damit auf dem (Massen-)Markt sehr kostengünstig erhältliche Sensoren einzubinden. Das bietet Vorteile von der kostengünstigen Installation bis hin zur Wartung und Instandhaltung dieser Anlagen. So gibt es an die überwiegende Anzahl der Sensoren keine Beschränkung auf bestimmte Typen bzw. Hersteller. Weitere Vorteile ergeben sich aus der Modularität der Einrichtung:
Diese Module sind in beinahe jeder Bauwerksgröße- und nutzung einsetzbar. Dabei reicht der Einsatzraum vom autarken Einzeluniversellen Detektions-, Steuerungs- und Regelmodul mit/ohne Kommunikationsmodul bis hin zu großen vernetzten Modulstrukturen in zentralen oder dezentralen Bauwerken oder Bauwerkskomplexen. Diese Eigenschaften, das Verfahren und die Einrichtung betreffend, ermöglichen den Einsatz im Neu-, Um- und Ausbau, da auch bereits vorhandene Versorgungs- und Sicherheitstechnik integrierbar ist. Für den Investor ergibt sich daraus der Vorteil, sukzessive dem Bau- und/oder Vermietungsfortschritt die universellen Detektions-, Steuerungs- und Regelmodule mit der Sensorik einzusetzen und zu finanzieren.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.
Es zeigen:

Fig. 1

einen Abschnitt eines Autotunnels (schematisch) mit installierten Anlageteilen im Normalbetrieb

Fig. 2

einen Abschnitt eines Autotunnels (schematisch) mit Installierten Anlageteilen im Brandfall

[0004] Nach Fig. 1 befindet sich ein universelles Detektions-, Steuer- und Regelmodul 1 in einem wettergeschützten Gehäuse. In dieses mündet ein quer oder auch längs zur Fahrstraße, aktiv oder passiv betreibbares, bekanntes Rohrssystem 2, über welches Luftproben in das universelle Detektions-, Steuer- und Regelnsmodul 1 und zu den darin installierten physikalischen und/oder chemischen Sensoren gelangen. Anstelle des Rohrsystems sind auch auf Grund der Flexibilität des Systems externe Sensoren anbringbar, so dass die Möglichkeit besteht, eventuell bauseitig vorhandene Sensoren/Dektoren in das System einzubinden.
Über Kommunikationswege 3 ist ein Modul N2 mit einem Modul N1 und beliebig vielen weiteren Modulen 4, die entlang dem Bauwerk verteilt sind sowie einem Kommunikationsmodul 5 verbunden. Ja nach Bauwerksgröße und Sicherheitsbedürfnis des Betreibers können mehrere Kommunikationsmodule eingebunden werden.
Im oberen Bereich des Tunnellichtraumprofils sind Ventilatoren 6 montiert, die zur normgerechten Lüftung von Tunnelbauwerken dienen.
Im Normalbetrieb erfasst das universelle Detektions-, Steuerund Regelmodul die Windrichtung und- geschwindigkeit 7 sowie die Daten über die aktuelle Luftzusammensetzung. Je nach Frequentierung des Tunnels durch Kraftfahrzeuge verändern sich die Werte. Beispielsweise CO² und Co sind gute Indikatoren für die Qualität der Luft. Die Sensoren 8 werden im Normalbetrieb in der Betriebsart "Mittelwert" betrieben und deren Daten im Erfassungs-, Auswerte- und Steuermodul 9 verarbeitet. Durch die Kommunikation der universellen Detektions-, Steuer- und Regelmodule untereinander stehen entlang des gesamten Tunnels sehr genaue, mehrfach bestätigte Summeninformationen zur Verfügung.
Damit können direkt und auch abschnittsweise die Ventilatoren 6 angesteuert und bedarfsweise über Leistungsausgänge geregelt werden. Das kann z.B. in verkehrsschwachen Nutzungszeiten zum Drehen der Ventilatoren in last- und damit energiesparenden Leerlauf-Betrieb führen. In Auswertung zusätzlicher Zustandswerte 10 interpretieren die Module weitestgehend sicher Daten und erkennen, ob und inwieweit sich Personen und/oder Fahrzeuge in welchen Abschnitten befinden und/oder bewegen.
Treten im Betrieb der Einrichtung wiederholt Überschreitungen bestimmter eingestellter Schwellwerte physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften der Luft auf, so wird vom "Mittelwert" - Betrieb der Sensoren auf die "Direktwertbildung" umgeschaltet. Damit ist ein sehr schnelles, direktes und genau lokalisierbares Erfassen von Veränderungen entlang des Bauwerkes möglich.
Nach Fig. 2 ist unter Berücksichtigung der Erfassung und VerArbeitung von Windrichtung- und geschwindigkeit auch eine annähernde rechnerische Beurteilung und Darstellung z.B. eines Gefahrenherdes 11 (Brandherd) möglich. Die spezielle Auswahl der Sensoren ermöglicht eine schnelle und sichere Brandfrüherkennung. Auf der Grundlage vorliegender Messergebnisse stofflicher Anteile der sogenannten "Normbrände VdS" ist auch eine ungefähre stoffliche Eingruppierung der Brandmaterialien möglich. Dies ermöglicht u.a. eine zusätzliche genauere Information zur taktischen Einstimmung der Kräfte der Brandbekämpfung (z.B. überwiegend Feststoff- oder Flüssigkeitsbrände). Ähnlich ist auch, in Abhängigkeit von den eingesetzten Sensoren die Informationsbereitstellung bei Unfällen mit Gefahrstofftransporten- z.B. Ammoniak-Alarm. Neben der Steuerung der Ventilatoren innerhalb eines mit den Behörenden/Betreibern vorabgestimmtes Brandfall-/Gefahrenszenario (Abschaltung; Drehrichtungsumkehr oder Vollastbetrieb) und der Ansteuerung von anderen Brandschutzeinrichtungen (z.B. Brand- und Rauchschutzklappen besteht gleichfalls die Möglichkeit der punktuellen oder abschnittsweisen Ansteuerung von Löscheinrichtungen.
Entscheidet sich das System für einen "bestätigten Alarm" (Verifizierung mit den Daten anderer, benachbarter Module) so kann z.B. ein für Personen ungefährliches Löschsystem zum Einsatz gebracht werden.
Insbesondere Wassernebel(lösch)-anlagen im Nieder- und Mitteldruckbereich sind hier auf Grund der in Versuchen nachgewiesenen Auswaschung und Niederschlagung von Rußpartikeln und toxischen Bestandteilen aus der Luft geeignet.
Für den integrierten Einsatz solcher Systeme besteht die Möglichkeit der Befestigung von Löschrohren parallel zum Rohrsystem 2, wobei es ferner möglich ist, bei geringer Modifikation des universellen Detektions-, Steuerungs- und Regelmoduls die Luftansaugung und Löschung über das selbe Rohr einzusetzen.
Über das Kommunikationsmodul 5 werden im Normalberieb unzulässige Abweichungen von Sollwerten (z.B. defekte Kraftfahrzeuge) bzw. Störungen in der Anlagentechnik nach außen signalisiert. Im Gefahrenfall (Brand bzw. Freisetzung toxischer/ätzender Stoffe je nach Sensorbestückung) werden direkt und unmittelbar zuständige hilfeleistende Stellen informiert.
Gleichfalls enthält das universelle Detektions-, Steuerungsund Regelmodul eine Schnittstelle für Videotechnik 12. Die visuelle Verifizierung von Alarm- und Störmeldungen, auch über weite Entfernungen ist somit gleichfalls nicht ausgeschlossen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb haustechnischer Anlagen unter Einbeziehung von Sicherheits- und Überwachungsfunktionen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ober- oder unterirdischen Bauwerk über Kommunikationswege (3) ein oder mehrere universelle Detektions-, Steuer- und Regelmodule (1) angebracht sind, welche zur Strömungsmessung und Luftentnahme mit einem längs oder quer im Gebäude eingebauten Rohrsystem (2) verbunden sind, wobei die Module entweder untereinander kommunizieren oder auch einzeln die durch geeignete Sensoren (8) erfassten Werte an ein oder mehrere zentrale Erfassungs- Auswerte- und Steuermodule (9) zur Erkennung der Luftqualität sowie physikalischen und/oder chemischen Brandkenngrößen weitergeben, so dass u.a. auch einzelne oder abschnittsweise Ventilatoren (6) oder andere Steuerelemente, die zum normgerechten Betrieb und Schutz von Personen und Bauwerken dienen, ansteuerbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dem die notwendigen Sensoren in geeigneter Art und Weise in dem jeweils versorgungstechnisch auszurüstenden und gleichzeitig zu überwachenden Bauwerk auch dezentral entsprechend der Projektierungsrichtlinien anordenbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass beim dezentralen Betrieb durchgehend modular aufgebauter universeller Detektions-, Steuer- und Regelmodule, die vollkommen identisch aufgebaut sind, gleichberechtigt zusammenwirken und aus den Vernetzungsstrukturen heraus gemeinsame Entscheidungen ableiten, wobei die Kommunikation der unviversellen Detektions-, Steuer- und Regelmodule untereinander über interne Kommunikationswege (3) läuft, Sensordaten (9;11) miteinander verglichen, betätigt und selbstständige Entscheidungen in Form von Anzeigen, Alarmierungen, Auslösen und Realisierung von Steuer- und Regelungsvorgängen jeglicher Art, getroffen werden.

4. Verfahren nach den vorherigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass im Störungsfall eines universellen Detektions-, Steuer- und Regelmoduls (1) auch die weiteren Module (4), die Steuerungs-, Regelungs- und ÜberwachungsFunktionen des ausgefallenen Moduls bzw. des dazu gehörigen Bereiches in Redunanz übernehmen und über das/die Kommunikationsmodule (5) den Ausfall von Detektions-, Steuer- und Regelmodulen (1) an außerhalb des Bauwerkes befindlichen Dritte (Störungs- bzw. Wachdienst) meldet.

5. Verfahren nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass zur visuellen Verfizierung von Ereignissen in Form von Sollwertabweichungen, Alarmen und Störungen, die Schnittstelle (12) Videotechnik einschließlich Videofernkommunikation einbindbar ist.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass sich das gesamte universelle Detektions-, Steuer- und Regelmodul (1) in einem Schutzgrad entsprechenden Gehäuse befindet, welches mit einem passiven oder aktiven Rohrsystem (2) und/oder extern angeordneten Sensoren (8) verbunden ist und somit das gesamte Erfassungs-Auswerte- und Steuermodul (9) aufnimmt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass gleichfalls bereits bauseitig vorhandene Sensor- und/oder Siganalkontakte (offene Schnittstellen) mit einbindbar sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung in Abhängigkeit von der Bauwerksgröße, Beschaffenheit und Nutzung autark, d.h., im Stand-alone-Betrieb oder vernetztem Betrieb der Module (4;5) einsetzbar ist, wobei je nach Anwendungsfall lediglich die notwendigen Ausbaustufen und Sensoren installiert sind.

Zeichnung