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Jul 17, 2023

Notausgangs- und Beleuchtungssysteme

Lernziele: Im Brandfall können Notausgangs- und Beleuchtungssysteme über Leben und Tod entscheiden. Effektives Design, Spezifikation und Lebenszyklusmanagement können die optimieren

Lernziele:

Bei einem Brand können Notausgangs- und Beleuchtungssysteme über Leben und Tod entscheiden. Effektives Design, Spezifikation und Lebenszyklusmanagement können die Lebensdauer dieser Lebenssicherheitssysteme optimieren und ihre Leistung während der Evakuierung verbessern. Ein grundlegendes Verständnis ihrer verschiedenen Leistungsmerkmale ist erforderlich.

Die zunehmende Komplexität von Lebenssicherheitssystemen erfordert ein hohes Maß an technischer Kompetenz, um sicherzustellen, dass sie während der gesamten Lebensdauer des Gebäudes zuverlässig sind. Ebenso müssen Ingenieure bei der Sanierung alter Gebäudebestände ein gutes Urteilsvermögen an den Tag legen, wenn sie den Zustand bestehender Gebäude bewerten und verschiedene bestehende und neue Bauanforderungen im Zusammenhang mit Notausgangs- und Beleuchtungssystemen in Einklang bringen.

Ingenieure stehen ständig vor der Herausforderung, diese Komplexitäten effektiv zu integrieren. Neben der zunehmenden Komplexität von Lebenssicherheitssystemen erfordert die kontinuierliche Entwicklung neuer Vorschriften und Standards eine sorgfältige Prüfung seitens der Ingenieure, um die Fähigkeit von Anlagenbetreibern zu beurteilen, die spezifizierten Systeme effektiv zu verwalten. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Design- und Beratungsingenieure kaum oder gar kein Verständnis für die Probleme haben, die Facility Manager mit sich bringen, wenn sie die Verantwortung für die langfristige Pflege dieser Brandschutzsysteme übernehmen.

Codes und Standards

UL ist die wichtigste Organisation, die Produkte für Notausgangsbeschilderung und Beleuchtungsgeräte in Gerichtsbarkeiten validiert, die den International Building Code (IBC) und NFPA 101: Life Safety Code anwenden. Der technische Standard für diese Systeme ist UL 924, Emergency Lighting and Power Equipment. UL 924 gilt für Notbeleuchtungs- und Stromversorgungsgeräte zur Verwendung an nicht klassifizierten Standorten und für den Anschluss an Abzweigstromkreise von 600 V oder weniger.

Dieses Gerät dient dazu, kritische Bereiche und Geräte automatisch mit Beleuchtung oder Strom oder beidem zu versorgen, wenn die normale Stromversorgung ausfällt, gemäß NFPA 70: National Electrical Code (NEC), NFPA 101, NFPA 1: Fire Code, das IBC und das International Fire Code (IFC).

Zu den in UL 924 behandelten Geräten gehören beispielsweise:

Ausgangsbeschilderung

Wenn der Fluchtweg für die Bewohner nicht sofort sichtbar ist, sind gut sichtbare Notausgangsschilder erforderlich, die die Fluchtrichtung zu Ausgängen und innerhalb von Ausgängen deutlich anzeigen. Ausgangsschilder zur Kennzeichnung von Ausgängen müssen in Fluchtrichtung gut sichtbar sein und müssen, mit wenigen Ausnahmen, in Korridoren oder Ausgangsdurchgängen so angebracht werden, dass kein Punkt mehr als 100 Fuß von einem Ausgangsschild oder der aufgeführten Sichtbarkeit des Schildes entfernt ist Abstand, je nachdem, welcher Wert kleiner ist. Beachten Sie, dass einige Gerichtsbarkeiten unterschiedliche Montagehöhen oder Farben für die Rettungszeichen erfordern. Darüber hinaus erfordert der lokale Code möglicherweise, dass das Wort „exit“ eine bestimmte Größe hat.

Elektrisch betriebene, selbstleuchtende und photolumineszierende Rettungszeichen werden als innenbeleuchtete Rettungszeichen klassifiziert und müssen jederzeit beleuchtet sein. Sie müssen gemäß UL 924 gelistet und gekennzeichnet sein und gemäß den Anweisungen des Herstellers und IBC Kapitel 27 installiert werden.

Elektrisch betriebene Rettungszeichen und Geräte müssen aus demselben Stromkreis gespeist werden, der die Beleuchtung im versorgten Bereich normal mit Strom versorgt, und vor allen örtlichen Schaltern angeschlossen werden. Mit dieser Anforderung soll sichergestellt werden, dass diese Notfallsysteme bei einem Stromausfall im betroffenen Gebiet funktionieren. NFPA 70 erlaubt einen separaten Abzweigstromkreis für die Geräteausrüstung, wenn dieser von derselben Schalttafel stammt wie die normalen Beleuchtungskreise, mit einer Sperrfunktion ausgestattet ist und sich der Standort in einem separaten und unterbrechungsfreien Bereich befindet, der von mindestens drei versorgt wird normale Beleuchtungsstromkreise, die nicht Teil eines mehradrigen Abzweigstromkreises sind.

Notbeleuchtung

Die Fluchtwege, einschließlich der Ausgangsentladung, müssen jederzeit beleuchtet sein, wenn das Gebäude besetzt ist. Die Mindestdauer für die Notausgangsbeleuchtung beträgt 90 Minuten.

An folgenden Orten ist eine Notbeleuchtung erforderlich:

Für die Notbeleuchtung eignen sich folgende Stromquellen:

Obwohl 90 Minuten die erforderliche Mindestdauer für die Notausgangsbeleuchtung sind, sind eigenständige Notleuchten mit einer Dauer von mehr als 90 Minuten erhältlich. Diese Einheiten können eine wünschenswerte Spezifikationsoption in Gebäuden sein, in denen Evakuierungszeiten von mehr als 90 Minuten möglich sind.

Der IBC erfordert mindestens 1 fc (11 Lux) auf Bodenhöhe (Ausstiegsbeleuchtung im IBC 1006). Eine Notausgangsbeleuchtung ist für eine Mindestdauer von 90 Minuten vorzusehen. Am Ende der Notbeleuchtungszeit darf die Beleuchtungsstärke auf 0,6 fc (6 Lux) sinken. Ein Verhältnis von maximaler zu minimaler Gleichmäßigkeit der Beleuchtung von 40:1 darf nicht überschritten werden.

Die Zuverlässigkeitsbestimmungen im NEC verlangen, dass Notbeleuchtungssysteme so konzipiert und installiert werden, dass der Ausfall eines einzelnen Beleuchtungselements, wie etwa das Durchbrennen einer Lampe, nicht dazu führen kann, dass ein Raum völlig dunkel wird.

Selbstleuchtende Tritium-Notausgangsschilder

Photolumineszenz ist die spontane Emission von Licht aus einem Material unter optischer Anregung. Selbstleuchtende und photolumineszierende Rettungszeichen basieren auf dem Prinzip der Photolumineszenz. Trifft Licht ausreichender Energie auf ein Material, werden Photonen absorbiert und es entstehen elektronische Anregungen. Wenn diese Anregungen nachlassen, kehren die Elektronen in ihren Grundzustand zurück.

Selbstleuchtende Tritium-Notausgangsschilder benötigen zum Aufladen keinen externen Stromeingang oder eine externe Lichtquelle. Tritium ist ein radioaktives Wasserstoffisotop, das durch die Emission eines Elektrons namens Betateilchen zerfällt. Tritium-Schilder basieren auf dem Prozess der Radiolumineszenz, bei dem emittierte Elektronen auf eine Phosphorschicht innerhalb des Rettungszeichens treffen und Photonen im sichtbaren Spektrum freisetzen.

Obwohl Betateilchenstrahlung durch dünnes Material wie Papier leicht abgeschirmt werden kann, kann Tritium über die Haut oder offene Wunden in den Körper gelangen. Die mit Tritium verbundene Hauptgefahr ist die innere Belastung durch Einatmen oder Verschlucken.

Tritium-Rettungsschilder sollten immer von qualifiziertem Personal gehandhabt werden, das mit den besonderen Eigenschaften und Anforderungen dieser Geräte vertraut ist. Obwohl die Einnahme einer Tritiumdosis, die zu erheblichen Schäden führen kann, unwahrscheinlich ist, sollten beschädigte Notausgangsschilder nicht mit bloßen Händen angefasst werden und Bereiche, in denen Tritium-Notausgangsschilder aufbewahrt werden, sollten belüftet werden.

Die Halbwertszeit von Tritium beträgt 12,3 Jahre. Wenn die Anregungsintensität aufgrund des Zerfalls der Tritiumquelle abnimmt, nimmt die Dichte der photoangeregten Elektronen ab. Die Anregungsintensität beeinflusst die Qualität des emittierten Lichts. Dementsprechend sind Tritium-Notausgangsschilder mit einer Lebensdauer gekennzeichnet, die das Ablaufdatum des Schildes angibt.

Diese Schilder sind in der Regel für eine Leuchtdauer von 10 Jahren ausgelegt und müssen gemäß den Anforderungen der US Nuclear Regulatory Commission (NRC) oder des Vertragsstaats, die für das allgemein lizenzierte Gerät gelten, ersetzt und entsorgt werden.

Obwohl selbstleuchtende Rettungszeichen mit einer Lebensdauer von mehr als 10 Jahren erhältlich sind, werden sie in der Praxis selten vorgeschrieben. Dementsprechend sind mit der Spezifikation selbstleuchtender Notausgangsschilder inhärente Kosten für die Kapitalverbesserung verbunden, die mit der Entsorgung der abgelaufenen Schilder und deren Ersatz durch neue Geräte verbunden sind.

Tritium-Ausstiegsschilder sollten beschriftet und datiert sein, um auf den Ablauf der Erlaubnis hinzuweisen. Sie können durch eine Beschriftung an der Seite, am Rand oder auf der Rückseite des Schilds identifiziert werden, die ein magentafarbenes und gelbes radioaktives Symbol und „VORSICHT: RADIOAKTIVES MATERIAL“ enthält. ein NRC-Aufkleber sowie die NRC-Lizenz und Kontaktinformationen des Herstellers.

Um ein Schild ordnungsgemäß zu entsorgen, muss ein allgemeiner Lizenznehmer das Schild an einen bestimmten Lizenznehmer übertragen, beispielsweise an einen Hersteller, einen Händler, einen lizenzierten Makler für radioaktive Abfälle oder eine lizenzierte Entsorgungsanlage für schwach radioaktive Abfälle. Innerhalb von 30 Tagen nach der Entsorgung eines Schildes muss der Generallizenznehmer einen Bericht beim NRC oder Vertragsstaat einreichen.

Insbesondere ist die Verwendung von Tritium-Ausgangsschildern durch das US-Verteidigungsministerium, einige Gemeinden und zahlreiche Hochschulgelände verboten.

Überlegungen zum leistungsbasierten Design

Die Bedingungen, unter denen Notausgangs- und Beleuchtungssysteme getestet werden, reproduzieren möglicherweise nicht die installierten Feldbedingungen. Konstrukteure sollten sich darüber im Klaren sein, dass die Testbedingungen von Notausgangs- und Beleuchtungsgeräten möglicherweise nicht der erwarteten Leistung entsprechen:

Bei zahlreichen verheerenden Bränden hat Rauch die Beschilderung von Notausgängen verdeckt. Die verdeckende und irritierende Wirkung von Rauch verringert die Sicht und kann die Effizienz und Geschwindigkeit der Flucht verringern, indem er die Bewegung verlangsamt und die Entscheidungsfindung beeinträchtigt.

Im Jahr 2003 forderte der Brand im Nachtclub Station in West Warwick, Rhode Island, 100 Todesopfer und mehr als 180 Verletzte. Die Rauchverdunkelung der Notausgangsschilder aufgrund der schnellen Brandentwicklung trug zu einigen Todesopfern bei.

Obwohl Todesfälle durch die Exposition gegenüber giftigen Rauchprodukten bei Bränden gut dokumentiert sind, haben auch Sichtbeeinträchtigungen aufgrund der Entwicklung relativ dünnen Rauchs in den frühen Brandstadien zu Todesfällen beigetragen.

Obwohl in der Forschungsliteratur verringerte Bewegungsgeschwindigkeiten aufgrund von Rauch und Verschlechterungen der Lichtqualität anerkannt werden, werden sie möglicherweise weniger verstanden als die weithin beobachteten Verringerungen der Bewegungsgeschwindigkeit aufgrund von Menschenmengendichte, Mobilität und Alter.

Unter normalen Bedingungen liegen die durchschnittlichen Bewegungsgeschwindigkeiten im Allgemeinen zwischen etwa 1,74 Fuß/Sekunde und 3,28 Fuß/Sekunde. In Rauchumgebungen haben zahlreiche Forschungsstudien gezeigt, dass die folgenden Funktionen messbare Verbesserungen bei der Wegweisung beim Ausstieg bewirken:

Installation

Geräteausrüstung wird häufig ohne Pufferbatterie geliefert, die an den Stromkreis angeschlossen ist, der die Notlampen versorgt. In diesem Zustand würde die Geräteausrüstung bei einem Ausfall der normalen Stromversorgung nicht mit Strom versorgt werden.

Bei der Auswahl der Standorte für Notausgangs- und Beleuchtungsgeräte sollte die langfristige Inspektions- und Wartungsfreundlichkeit der Geräte berücksichtigt werden. Geräteplatzierungen, die spezielle Geräte wie Aufzüge und Leitern erfordern oder ungewöhnliche Zugangsschwierigkeiten mit sich bringen, sollten vermieden werden.

Inspektion, Prüfung und Wartung

Ein effektives Asset-Management von Notausgangs- und Beleuchtungssystemen erfordert regelmäßige Inspektionen, Tests und Wartung. Der Grad der gebotenen Sorgfalt bei der Inspektion, Prüfung und Wartung von Notausgangs- und Beleuchtungssystemen variiert stark innerhalb der Gerichtsbarkeiten und Institutionen. Diese Abweichungen können erhebliche Auswirkungen auf die Systemleistung haben. Bei der Installation und in regelmäßigen Abständen danach ist die zuständige Behörde verpflichtet, einen Test des gesamten Systems durchzuführen oder als Zeuge dabei zu sein.

Die Prüfung und Wartung von Notausgangs- und Beleuchtungssystemen wird vorgeschrieben durch:

Der NEC verlangt ein Mittel zum Testen aller Notbeleuchtungs- und Stromversorgungssysteme unter den maximal zu erwartenden Lastbedingungen. Systeme müssen regelmäßig nach einem für die zuständigen Behörden (AHJ) akzeptablen Zeitplan getestet werden. Über diese Prüfungen und Wartungsarbeiten ist eine schriftliche Aufzeichnung erforderlich.

Wenn Batteriesysteme oder Geräteausrüstung installiert sind, einschließlich Batterien, die zum Starten, Steuern oder Zünden von Hilfsmotoren verwendet werden, muss das AHJ regelmäßig gewartet werden. Die typische Lebensdauer wartungsfreier Batterien beträgt 5 bis 7 Jahre. Ohne rechtzeitigen Austausch dieser Batterien vor Ablauf ihrer Lebensdauer funktionieren die Schilder bei Stromausfall nicht mehr.

Gemäß UL 924 müssen Geräte mit Batterien und Batterieladegeräten akustische oder beleuchtete sichtbare Anzeigen bereitstellen, die ihren Status ändern und für das Einrichtungspersonal erkennbar sind, ohne dass Geräteabdeckungen oder -teile angepasst oder entfernt werden müssen, und zwar unter einer der folgenden Bedingungen:

Energiemanagementsysteme

Da Energiemanagementsysteme das Potenzial haben, den Bedarf an kontinuierlicher externer Lichtquelle für photolumineszierende Rettungszeichen zu untergraben, sollte ihre Anwendung sorgfältig geprüft werden. Photolumineszierende Rettungszeichen erfordern zu jeder Zeit, in der das Gebäude bewohnt ist, eine Außenbeleuchtung von mindestens 5 fc, um die Rettungszeichen ausreichend aufzuladen und die 90-Minuten-Sichtbarkeitsanforderung im Falle eines Stromausfalls zu erfüllen.

Ein hypothetisches Szenario ist ein Gebäude mit Beleuchtungssystemen, die kurz vor der Nutzung der Anlage durch Energiemanagementsysteme eingeschaltet werden. Es ist nicht zu erwarten, dass das photolumineszierende Rettungszeichen innerhalb der ersten 60 Minuten der Belichtung durch eine externe Lichtquelle ausreichend aufgeladen wird und wahrscheinlich 90 Minuten lang nicht sichtbar ist.

NEC verlangt, dass Dimmer- oder Relaissysteme, die in Notbeleuchtungsstromkreisen verwendet werden, für den Einsatz in Notbeleuchtungssystemen aufgeführt werden. Darüber hinaus müssen Abzweigstromkreise gemäß den Verkabelungsmethoden von Artikel 700 (Notfallsysteme) installiert werden.

Ebenso kann es sein, dass ein photolumineszierendes Schild in einem Korridor oder Raum mit einer durch einen Bewegungssensor aktivierten Lichtquelle das photolumineszierende Schild nicht ausreichend auflädt, um während der Evakuierung die erwartete Sichtbarkeitsdauer zu gewährleisten.

Bei Notausstiegs- und Beleuchtungssystemen kann die Lebensdauer einiger dieser Systeme nur 5 Jahre betragen. Es hat langfristig nachteilige Folgen, Geräte mit einer extrem kurzen Lebensdauer zu spezifizieren oder diese Systeme ohne Berücksichtigung ihrer Gesamtleistungsanforderungen zu entwerfen.

Entscheidungen zur Reduzierung der Anschaffungskosten von Brandschutzsystemen führen zu höheren aufgeschobenen Kosten und einem höheren Kapitalreservebedarf. Darüber hinaus stellt die Spezifikation minderwertiger Systeme mit kürzerer voraussichtlicher Lebensdauer höhere Anforderungen an die Facility Manager, um deren Entsorgung und Ersatz aufrechtzuerhalten und letztendlich zu verwalten. In Fällen, in denen die Komplexität der Systeme oder der Wartungsbedarf die Fähigkeit des Facility Managers übersteigt, diese zu erfüllen, können Verschlechterungen der Lebenssicherheitsleistung jahrelang unbemerkt bleiben – bis die Leistung dieser Systeme die Bewohner, deren Leben von ihnen abhängt, versagt.

Mark Budzinski ist leitender Feuerwehringenieur bei Arup. Er verfügt über mehr als 20 Jahre fortschrittliche internationale Design-, Beratungs- und Ingenieurserfahrung. Er hat multidisziplinäre Feuerwehrteams bei der Gestaltung von Brand- und Lebenssicherheitssystemen für zahlreiche große unternehmenskritische Einrichtungen und superhohe Gebäude geleitet. Budzinski ist stimmberechtigtes Mitglied des technischen Standardgremiums UL 924.

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