Wärmebildkameras im Feuerwehreinsatz

Präsentation zum Thema: "Wärmebildkameras im Feuerwehreinsatz"—  Präsentation transkript:

1 Wärmebildkameras im Feuerwehreinsatz
von Hannes Kern Hier finden sie Erläuterungen zu den verschiedenen Folien! Viel Spaß mit der Präsentation!

2 Wärmebilder stellen die Wärmeabstrahlung eines Körpers dar
Was ist ein Wärmebild? Ein Wärmebild entsteht durch : Detektion von Infrarot (IR)-Strahlung Übersetzung des Detektorsignals in ein Bild Wärmebilder stellen die Wärmeabstrahlung eines Körpers dar

3 Was ist IR- Strahlung? IR-Strahlung ist Teil des elektromagnetischen Spektrums und eine Energieform, die wir als Wärme wahrnehmen

4 Elektromagnetisches Spektrum
Röntgen Strahlung Radiowellen Gamma Strahlung Infrarot Sichtbares Licht Das elektromagnetische Wellenspektrum (EM- Spektrum) reicht von den langwelligen Radiowellen bis zu den kurzwelligen Gammastrahlen. Der sichtbare Bereich des Lichts gehört genauso zum EM- Spektrum wie die ultraviolette Strahlung, Mikrowellen, Röntgenstrahlung und der für die WBK-Technik interessante infrarote Bereich. Der infrarote Bereich (Wellenlänge ca. 1-14µm)wird weiter in nahes, mittleres und fernes Infrarot unterteilt. Gerade das ferne Infrarot (ca. 8-14µm) ist für Interferenzen jeglicher Art (Rauch, etc.) weniger anfällig als das sichtbare Licht. Ultraviolett Grafik: Bullard

5 Woher kommt IR-Strahlung?
Jeder Körper und auch jedes andere Medium (Flüssigkeit, Gas), dessen Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (-273 °C) liegt, sendet IR-Strahlung aus Mit höherer Temperatur nimmt auch die Intensität der Wärmestrahlung zu

6 Wärmeübertragung Energie breitet sich aus durch :
Leitung: teilweise angezeigt Strömung: in der Regel nicht angezeigt Strahlung: wird angezeigt IFSTA IFSTA IFSTA Es gibt grundsätzlich 3 Arten von Wärmeübertragung: -Wärmeleitung -Wärmestrahlung -Wärmeströmung (Mitführung, Konvektion) Wärmeleitung: Wärmeleitung ist die Übertragung von Wärme in einem festen, flüssigen oder gasförmigen Stoff zu unmittelbar benachbarten Teilen. Wird z.B. ein Stahlträger, der durch einen Mauerdurchbruch führt, auf der einen Seite der Mauer durch ein Brandgeschehen erhitzt, so kann es aufgrund der Wärmeleitung zu einer Ausbreitung des Brandes auf der anderen Mauerseite kommen, wenn z.B. verschiedene entflammbare Gegenstände am Träger anliegen. Eine ähnliche Situation herrscht bei Kaminbränden, wenn Lagerungen, die direkt am Kamin anliegen, in Brand geraten. Wärmestrahlung Wärmestrahlung ist die in den vorhergehenden Folien erläuterte IR- Strahlung. Wärmestrahlung (Strahlungshitze) kann auch zur Ausbreitung des Brandes ohne direkte Flammenberührung führen. Wärmeströmung (Mitführung, Konvektion) Wärmeströmung ist die Übertragung von Wärme in Gasen oder Flüssigkeiten durch deren Strömung. Wärmeströmung wird auch als Wärmemitführung (DIN 14011) oder als Konvektion bezeichnet. Aufgrund der geringeren Dichte von heißen Gasen erfolgt die Wärmeströmung im Brandfall in der Regel vertikal nach oben. Lässt sich die Wärme ins Freie abführen, stellt sie meist keine weitere Gefahr dar, kommt es jedoch zu einem Wärmestau, kann dies zu einer Ausweitung des Brandgeschehnes in bisher nicht betroffene Bereiche führen. Zur Abführung dieser Gase sind in vielen Bereichen so genannte Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (RWA) installiert.

7 Rauch, Licht, und IR Infrarot /\/\/\/\ /\/\/\/\/\/\/\/\/\
Rauch (schwebende Partikel) durchdringt die Rauchpartikel Infrarot /\/\/\/\ /\/\/\/\/\/\/\/\/\ Diese Folie erläutert, warum und wie Wärmebildkameras durch den Rauch sehen können. Aufgrund seiner kürzeren Wellenlänge wird sichtbares Licht gestoppt (absorbiert oder abgelenkt), wenn es auf Ruß- oder Rauchpartikel trifft. Wegen ihrer Wellenlänge kann IR-Strahlung zwischen den Rauchpartikeln ungehindert hindurchdringen. Dies wird deutlich, wenn man sich vergegenwärtigt, dass man die Wärmestrahlung eines Brandherdes fühlt, auch wenn man den Brandherd selbst aufgrund des Rauches nicht sehen kann. Man fühlt die IR-Strahlung oder Wärmestrahlung, die den Rauch durchdringt. wird blockiert Sichtbares Licht Grafik: Bullard

8 Funktionsweise der WBK
Linse : Germanium Bildschirm Elektronisches Signal /\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\ /\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\ Signal Prozessor IR Wellen Diese Folie zeigt die Arbeitsweise eines Infrarotdetektors. Infrarotstrahlung (Welle) dringt durch eine Germaniumlinse (da IR-Strahlung normales Glas nicht durchdringt, kann eine herkömmliche optische Linse hierzu nicht verwendet werden!). Die Wellen werden auf einen Detektor gebündelt. Der Detektor wandelt die empfangene Strahlung in elektrische Signale um und schickt sie weiter zum Bildwandler. Der Bildwandler wandelt die Signale in ein sichtbares Bild und überträgt dieses an den Monitor. Der Monitor zeigt ein sichtbares Bild, heiße Objekte werden hell und kalte Objekte dunkel dargestellt. Der Detektor und der Bildwandler arbeiten analog zum menschlichen Auge, wo sich die Strahlung auf der Netzhaut im Gehirn zu einem Bild formt. IR Chip Grafik: Bullard

9 Detektoren Barium Strontium Titanat (BST)- Chips
Microbolometer- Chips aus amorphen Silizium (aSi) oder Vanadiumoxid (Vox) Bei Kameras mit Microbolometer- Chip sind Farbdarstellungen möglich, Kameras mit BST- Chip liefern dagegen ein kontrastreicheres Bild.

10 Bauformen „handgeführt“ „helmmontiert“ Foto: Bullard Foto: Rosenbauer
Im Wesentlichen unterscheidet man 2 Arten von Wärmebildkameras: „handgeführte“ Modelle „helmmontierte“ Modelle Im Feuerwehreinsatz sind derzeit vorwiegend „handgeführte“ Modelle im Einsatz, weil sie den Vorteil bieten, dass das Wärmebild von allen Truppmitgliedern betrachtet werden kann. Als Nachteil kann aber sicherlich angesehen werden, dass man beim Führen der Kamera die Hand nicht frei hat. Die Ausrüstung jedes AS- Geräteträgers mit einem „helmmontierten“ Modell ist derzeit finanziell nicht realisierbar. Auch das relativ hohe Gewicht des Kameramoduls wird bei „helmmontierten“ Modellen oft als unangenehm empfunden.

11 Das Wärmebild Kalt = Dunkel Warm = Hell
Die derzeit verbreiteten Modelle zeigen kältere Elemente dunkel und wärmere hell an, wodurch das bekannte Wärmebild zustande kommt. Mittlerweile sind jedoch auch schon diverse Einfärbungen des Bildes realisierbar. Warm = Hell Bild:

12 Verwendungsmöglichkeiten
Lagebeurteilung Suchen& Retten Brandbekämpfung Nachlöscharbeiten Gefahrguteinsatz Ausbildung etc. Auch die Personensuche im Freien ist mit der WBK möglich. Die WBK ist aber kein Nachtsichtgerät. Nachtsichtgeräte sind meist mit einem Restlichtverstärker ausgestattet, die WBK nimmt dagegen Wärmestrahlung wahr. WBK funktionieren auch bei absoluter Dunkelheit. Nachtsichtgeräte können von Licht geblendet werden, die WBK nicht. Weitere Anwendungen wären etwa: Suchen von Körperteilen Kontrollieren der Temperatur von z. B. Gasflaschen Erkennen der Füllhöhe in einem Behälter Erkennen von Gefahrstoff-Schlieren auf Gewässern Erkennen von Gaswolken Erkennen von (exothermen) chemischen Reaktionen Suche nach Glutnestern bei Waldbränden Erkennen der Austrittsstelle von Gasen ….

13 Lagebeurteilung heiße Rauchgase (Ausbreitungsgefahr!)
Die Lagebeurteilung mit der WBK kann beim Festlegen des optimalen Angriffswegs behilflich sein, und so die Sicherheit des Trupps im Innenangriff erhöhen. WBK können auch dabei helfen, Durchbrüche bei Dehnfugenbränden oder Öffnungen bei Zwischendeckenbränden effizienter und gezielter zu gestalten. Brandherd (heißeste Stelle)

14 Die Zeit für eine erfolgreiche Suche reduziert sich um bis zu 75%!
Suchen & Retten März 2001 in Burton SC, USA Feldversuch mit 9 Löschzügen der den Zeitgewinn durch den Einsatz von WBK dokumentiert 1. Brandherdsuche: - ohne WBK im Durchschnitt : 4min 48s - mit WBK im Durchschnitt : 2min 23s (Hälfte der Zeit) 2.Personensuche: - ohne WBK in : 6min 46 s - mit WBK in : 2min 17 s (1/3 der Zeit) Schlussfolgerung: Die Zeit für eine erfolgreiche Suche reduziert sich um bis zu 75%! Quelle: Bullard

15 Brandbekämpfung Beobachtung der Wirkung des Wasserstrahles: Falls helle Flächen unter Löschwassereinwirkung nicht dunkel werden, ist die Menge zu gering oder die Zielrichtung falsch Dichter, heißer Rauch ist auch mit der WBK erkennbar Generell gilt: ein Feurwehrangehöriger hält die Kamera und gibt dem Trupp (Strahlrohrführer) Anweisungen über die Zielrichtung

16 Brandbekämpfung Heller Bereich Dichter Rauch mit großer Hitze
noch nicht gekühlt Foto: Bullard Dichter Rauch mit großer Hitze Gefahr ! Dunkler Bereich bereits gekühlt Obwohl Rauch für IR Stahlung normalerweise durchlässig ist, ist besonders dichter Rauch mit hoher Temperatur auch im Wärmebild erkennbar. Die Gefahr eines drohenden Flashover oder Backdraft kann dadurch leichter eingeschätzt werden.

17 Gefahrguteinsatz Entdecken von Chemikalien (nicht wasserlösliche) in Gewässern Exotherme Reaktionen in Behältern können erkannt werden Prüfen von Füllständen Das Feststellen von Füllständen und Reaktionen ist bei gut isolierten Behältern schlecht bis gar nicht möglich! Foto: Bullard Foto: Bullard Isolierungen werden dafür verwendet, möglichst wenig Wärme von Inneren eines Behälters oder Rohres nach außen dringen zu lassen, dieser Umstand kann bei der Verwendung der WBK zu Behinderungen führen. Deshalb sollte man sich auch bei solchen Einsätzen niemals vollständig auf die WBK verlassen.

18 Die Orientierung im Raum muss auch ohne Kamera jederzeit möglich sein!
Vorgehen im Einsatz Grundsatz: Die Orientierung im Raum muss auch ohne Kamera jederzeit möglich sein! Führungsleine oder Schlauchleitung müssen auch weiterhin verwendet werden! Der oben angeführte Grundsatz muss strikt eingehalten werden! Auch die WBK ist ein technisches Gerät, welches Fehlfunktionen aufweisen kann. Ein Defekt in der Kamera oder ein nicht vollständig geladener Akku könnte so in einer Katastrophe enden!

19 Vorgehen im Einsatz „Würfelblick“ Nach vorne und oben:
Heißer Brandrauch Herunterhängende, unter Strom stehende Kabel, „Würfelblick“ Nach links: Erfassen der Fluchtwege Erfassen von Fenster / Türen Nach rechts: Erfassen der Fluchtwege Erfassen von Fenstern / Türen Nach hinten (zurück): Kontrolle Rückzugsweg Nach unten: Erkennen von Hindernissen Identifizieren von Personen Lokalisieren von Hindernissen / Abgründen Würfelblick: Man geht nicht mit der Kamera in der Hand ununterbrochen vorwärts, sondern schaut, geht ein paar Schritte, schaut, geht ein paar Schritte… Das Schauen soll, wie auf der Folie gezeigt, alle Seiten eines gedachten Würfels um den Feuerwehrangehörigen herum erfassen. Die Kamera hält am besten der Mann hinter dem Strahlrohrführer, er kann Anweisungen geben, wohin man löschen soll, ob Hindernisse da sind.... Grafik:

20 Vorgehen im Einsatz „Würfelblicke“
Die WBK nicht ununterbrochen vors Gesicht halten, sondern Würfelblick anwenden, dann wieder ohne WBK-Hilfe weitergehen. Mit der WBK vor den Augen übersieht man Hindernisse (Treppen) in unmittelbarer Nähe. Grafik:

21 Einsatzgrenzen Die WBK kann nicht durch Wände blicken, heiße Stellen können aber aufgrund von Wärmeleitung angezeigt werden Glas ist für IR-Strahlung undurchlässig, es kann zu Spiegelungen kommen Wasserdampf und CO2 aus Löschanlagen können das Bild stören Dichte Russpartikel können ebenfalls zur Störung des Bildes führen Die WBK kann nicht durch Wände blicken Die Wärmestrahlung kann feste Gegenstände nicht durchdringen, wird ein Objekt (z.B. Mauer) aber von innen durch eine Wärmequelle aufgeheizt, so ist dies aufgrund der Wärmeleitung (siehe Folie 6) erkennbar. Glas ist für IR-Strahlung undurchlässig, es kann zu Spiegelungen kommen Glas ist als fester Gegenstand ebenfalls nicht für IR- Strahlung durchlässig, aufgrund der glatten Oberfläche kann es zu Spiegelungen durch Reflexion der Wärmestrahlung kommen. Wasserdampf und CO2 aus Löschanlagen können das Bild stören Besonders dichter Wasserdampf, aber auch CO2 aus Löschanlagen, können IR-Strahlung absorbieren und zu einer Störung des Wärmebildes führen. Ähnliches gilt für Rußpartikel.

22 Personensuche Die Suche von Personen soll über die Körperform und nicht über den Kontrast erfolgen! Hell Dunkel Aufgrund besonderer thermischer Gegebenheiten (thermische Inversion) können sich die Schattierungen von Gegenständen oder Personen im Wärmebild anders darstellen als man erwarten würde. Deshalb sollte besonders bei der Personensuche nach der Körperform einer Person gesucht werden und nicht nach einem hellen Bereich im Wärmebild. Thermische Inversion tritt dann auf, wenn die Temperatur der Umgebung höher ist alt der gesuchte Gegenstand. Personen können so z.B. bei einem erwärmten Fußboden dunkel schattiert erscheinen, obwohl man aufgrund der Körpertemperatur mit einer hellen Schattierung rechnen würde.

23 Einsatzgrenzen Wasser wird von IR-Strahlung nicht durchdrungen, Menschen, die an der Oberfläche schwimmen, können jedoch erkannt werden. Bild: IR-Strahlung wird von Wasser absorbiert, es ist daher nicht möglich, durch Wasser zu blicken. Die Personensuche im Freien sollte wenn möglich von einem erhöhten Standpunkt aus erfolgen.

24 Spiegelungen Glatte Flächen, z. B. Metalltüren, Blechbehälter oder Fliesen können spiegeln. ? Bei der Vermutung, dass es sich um eine Spiegelung handelt, sollte man versuchen, das Objekt aus einem anderen Winkel nochmals zu betrachten. Achtung: Spiegelungen sind nicht auf absolut glatte Oberflächen beschränkt. Bei einem Spiegel oder ähnlichen Objekten sieht man nicht die Wärme, die der Spiegel hat, sondern die Wärme der Umgebung fällt (auch) auf den Spiegel und wird reflektiert = gespiegelt Bilder:

25 Was bringt die Zukunft? Leichtere und kleinere Kameras Foto: Bullard

26 Was bringt die Zukunft? Verbesserte Darstellung durch Einfärbung von Bildern und integrierte Temperaturanzeige Die Einfärbung des Bildes erfolgt hier rein willkürlich und hat nichts mit der natürlichen Farbe der Objekte zu tun. In diesem Beispiel werden heiße Stellen rot, weniger heiße gelb und das restliche Bild in der üblichen Grausschattierung dargestellt. Bild:

27 Tipps zur Beschaffung WBK´s sollten nach dem derzeitigen Stand der Technik: robust sein möglichst leicht sein ein gutes, scharfes Bild liefern temperaturunempfindliche Kamerafunktionen bieten große Temperaturauflösung haben einen großen Griff haben möglichst wenige Schalter und Knöpfe (dafür aber große) besitzen leistungsfähige Akkus beinhalten „kriechfähig“ sein evtl. ein Fernthermometer integrieren Robust sein bei der Feuerwehr ganz wichtig Ein gutes, scharfes Bild liefern (kein Röhrengerät mehr, heute Barium-Strontiom-Titanat oder Mikrobolometer-Kamera) möglichst leicht, da die Kamera getragen werden muß Temperaturunempfindliche Kamerafunktionen (Erste Modelle reagierten sehr empfindlich auf zu große Hitze, wenn die Kameras selber zu warm werden >80° fallen sie aus) große Temperaturauflösung (Unterscheidung <0,2K) Einen großen Griff haben (um gut übergeben zu können, bzw. die Kamera auch mit Feuerwehrhandschuhen bedienen zu können. Möglichst wenige Schalter und Knöpfe dafür aber Große besitzen. Siehe oben + die Schalter sollten so angebracht sein, dass sie nicht versehentlich bedient werden können Leistungsfähige Akkus beinhalten Adapter für normale Akkus mitkaufen „Kriechfähig“ (auch wenn man am Boden kriecht ohne Genickbruch zu bedienen) Fernthermometer haben Anforderungen sind Beispiele

28 Lernziel erreicht? Feuer hinter der Tür? Nein!
Trotzdem vorsichtig bleiben! Das erste Bild zeigt eine vermutlich „heiße“ Tür, auf dem zweiten Bild ist jedoch erkennbar, dass sich hinter der Tür nur ein Warmwasserboiler befindet, der den Raum aufgeheizt hat. Foto: Bullard

29 Links und Literatur Cimolino, U., Aschenbrenner, D., Lembeck, T., Südmersen, J.: Atemschutz, 4. Auflage, ecomed Sicherheit, Landsberg, 2004 Feuerwehr- u. Zivilschutzschule Steiermark, Lehrgangsunterlage Wärmebildkameraschulung (Entwurf), Stand April 2005 Pulm, M.: Wärmebildkameras im Feuerwehreinsatz, Die Roten Hefte Nr. 202, 1. Auflage, Kohlhammer Verlag, Stuttgart, 2005