Sicherheitsrelevante Funkanlagen in Gebäuden

Bild 1: Spektrum des örtlich begrenzten Bündelfunks Tetra (Terrestrial trunked radio)

Im Rahmen des Erscheinens der DIN 14024-1:2021-12 »Digitale BOS-Objektfunkanlagen – Teil 1: Aufbau und Betrieb« gegen Ende dieses Jahres (Dezember 2021) wollen wir in diesem Artikel einen Einblick in die Anforderungen an die Errichtung von digitalen BOS-Funkanlagen geben. Teilweise werden dafür auch noch die alten Begriffe Feuerwehrfunk- oder Gebäudefunkanlagen benutzt. Sie zählen zu den sicherheitstech­nischen Anlagen und stellen somit hohe Anforderungen an die Funktion im Notfall (z. B. Feuerwehr-, Notarzt- oder Polizeieinsatz).

Jedes Jahr gibt es über 200.000 Einsätze der Feuerwehren bei Bränden oder Explosionen. Daneben entstehen Schäden in Milliardenhöhe. Aus diesen Gründen ist neben der Alarmierung auch die Kommunikation im Einsatzfall von großer Bedeutung. Die Feuerwehr ist neben weiteren Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) wie der Polizei, dem Rettungsdienst sowie Zivil- und Katastrophenschutzorganisationen ein Nutzer des deutschlandweiten Digitalfunknetzes.

 

 

Digitale Innenversorgung

Mit 4 770 Tetra-Basisstation bei einer Netzverfügbarkeit von 99,98 % ist fast die gesamte Bundesrepublik im Außenbereich mit dem digitalen BOS-Funk (Bild 1) versorgt (99,2 % Netzabdeckung). Die Innenversorgung in Gebäuden ist in vielen Fällen jedoch nicht gegeben. Dies ist der Grund, diese Objekte bei Neu- oder Sanierungsbauten mit einer digitalen BOS-Objektfunkanlage auszurüsten. Weiter ist es notwendig, analoge Bestandsanlagen an die digitale Technik anzupassen.

In den nachfolgenden Abschnitten wollen wir die Anforderungen an die Planung, Errichtung und den Betrieb solcher Anlagen näher beleuchten. Neben der hohen Verfügbarkeit im Einsatzfall und den Anforderungen an eine hochwertige Funkversorgung, ist die kommende DIN 14024-1 der Anlass, in diesem Artikel die technischen Hürden etwas näher zu betrachten und Hilfestellung für Errichter und Entscheider zu geben, um die gesetzlichen und normativen Anforderungen sicher und nachhaltig zu erfüllen.

Errichtung einer Objektfunkanlage

Bild 2: Mit einem mobilen Tablet-Messsystem lässt sich die Versorgungsqualität effektiv prüfen

Mit der Errichtung einer Objektfunkanlage stellen sich immer wieder große Herausforderungen und Anforderungen an die Fachplaner und Errichterfirmen. Von der Planung über den Bau bis zur Abnahme der Anlage werden mehrere Qualifikationen und Erfahrungswerte gefordert. Der Bau einer Objektfunkanlage beginnt als erstes mit der Überprüfung der Erforderlichkeit. Bereits in dieser Phase sollte die Überprüfung durch einen geeigneten Fach(kundigen)planer geschehen, der in der Lage ist, das Objekt funktechnisch zu bewerten. Denn von Anfang an steht der Grundsatz im Vordergrund, dass die Anlage die Funkkommunikation zwischen den Einsatzkräften von außen nach innen und umgekehrt uneingeschränkt gewährleisten muss.

Grundsätzliche Schutzziele

An die Anlage werden Anforderungen gestellt, um die folgenden grundsätzlichen Schutzziele zu erreichen:

  • Die Eigensicherheit der Einsatzkräfte muss gewährleistet sein
  • Die Kommunikation muss unabhängig und ohne Beeinflussung des Gesamtnetzes möglich sein (Bild 2)
  • Die Kommunikation der Einsatzkräfte untereinander ist sicherzustellen
  • Das System dient der effektiven Unterstützung der Einsatzaufgaben.
  • Diese Ziele sind bei der Anlagenkonzeption immer zu bedenken.

Betriebsarten von Objektfunkanlagen

Die Betriebsarten von Objektfunkanlagen werden aufgrund der einsatztaktischen Vorgaben der fordernden BOS (Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben, in der Regel die Feuerwehr) festgelegt. Es wird zwischen Anlagen unterschieden, die an das Gesamtnetz angebunden sind oder die für sich autark arbeiten.

Jede Objektfunkanlage muss bei der Bundesnetzagentur (BNetzA) angezeigt werden. Aus diesem Grund hat die BDBOS (Bundesanstalt für den Digitalfunk der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben) als Betreiber des Netzes ein neunstufiges Anzeigeverfahren entwickelt, das beim Bau einer solchen Anlage durchlaufen werden muss. Die BDBOS kommuniziert dieses direkt mit der BNetzA. Im nächsten Schritt stellen wir die notwendigen Spezialisten vor, die am Bau einer Objektfunkanlage beteiligt sind.

Fachgerechte Planung der Anlage

Bild 3: Bei der Kabelverlegung sind auch strahlende Antennenkabel zu berücksichtigen

Sollte eine Objektfunkanlage notwendig sein, ist diese Anlage bei größeren Liegenschaften mit einem oder mehreren Gebäuden durch einen qualifizierten Fachingen­ieur zu planen. Dieser muss neben den baulichen und brandschutztechnischen Gegebenheiten und Anforderungen in der Lage sein, ein funktionierendes Funkfeld im und um die jeweiligen Gebäude wirksam und betriebssicher zu planen. Eine enge Zusammenarbeit mit Architekten und Fachplaner ist unabdingbar, da das Antennensystem mit Dachantenne und strahlendem Kabel (Bild 3) sowohl die Architektur als auch technische Einbauten beeinflussen kann.

Durch die einsatztaktische Vorgehensweise der Feuerwehr oder den Bedarf der Funkkommunikation durch die Polizei oder einen Rettungsdienst, werden anhand der Gebäudeart und der Umgebung die Anforderungen an die Technik vorgegeben. Um eine fachgerechte und funktionale Anlage zu errichten, sind entsprechende Randparameter, wie zum Beispiel die Funkfelddämpfung durch die Gebäudestrukturen oder die Freifeldversorgung im Umfeld des Gebäudes, vor Beginn der Planung entsprechend der DIN 14024-1 zu ermitteln.

Zusätzlich werden bei netzgebundenen Anlagen Vorgaben durch die autorisierten Stellen der Bundesländer gemacht, die auf den ermittelten Randparametern beruhen. Nur auf diesen Grundlagen kann eine entsprechende Objektfunkanlage entworfen werden. Neben der Erfüllung der technischen Voraussetzungen muss der Fachplaner auch kompetent im Umgang mit den Behörden und den autorisierten Stellen des Landes kooperieren können.

Flächendeckende Versorgung plus Reserve

Bild 4: Das Antennensystem samt BOS-Anbindeantenne wird Teil der Gebäudestruktur

Eine gute Fachplanung zeichnet sich dadurch aus, dass in erster Linie eine flächendeckende Versorgung gewährleistet wird, die den Anwendern eine ausreichende Reserve bietet, um jederzeit kommunizieren zu können. Die DIN sieht vor, dass bei einer punktuellen Messung 96 % der zu versorgenden Fläche mit einer Leistung von ≥ -88 dBm (Dezibel Milliwatt) bei ausreichender Signalqualität versorgt ist. Darüber hinaus müssen nichtversorgte Bereiche kleiner als 2 m² sein. Hierfür sind Berechnung im Bereich der Hochfrequenztechnik wie Funkfeldausbreitungen, Kabeldämpfung und Pegelberechnungen unverzichtbar.

Die Erfahrung zeigt, dass der Aufwand bei der Behebung von Versorgungslücken sowohl finanziell als auch zeitlich erheblich sein kann. Gebäude können dann nicht in Betrieb gehen oder in bereits bezogenen Räumlichkeiten sind zusätzliche Antennen oder strahlende Kabel aufwendig zu installieren. Das Antennensystem wird Teil der Gebäudestruktur und muss immer in der Gesamtheit betrachtet werden (Bild 4). Hierbei sind das Öffnen von Fenstern und Türen, aber z. B. auch Lichtkuppeln, die der Entrauchung dienen, bei der Berechnung der Isolation (Entkopplung) zu berücksichtigen.

Die Planung fordert daher die Darstellung eines kompletten Versorgungskonzepts des Gebäudes. Hierzu gehören unter anderem die Berechnung des Funkfeldes, der Systemdynamik und der Rückwirkungsfreiheit auf das Freifeld im Normalbetrieb und Redundanzfall der Anlage. Maßgebliche Randparameter hierbei sind die Bauelemente und Gebäudestruktur, das Antennen-Koppelfeld, die Kabeldämpfung, die Systemtechnik mit den zugehörigen Systemparametern und die Versorgungsbereiche. Auf dieser Grundlage kann dann ein Raumkonzept und ein Mengengerüst erstellt werden. Hierbei sind die Anforderungen an den Technikraum oder den Aufstellort eines möglichen Brandschutzgehäuses ebenfalls wichtig.

Den Errichter planen lassen

Im Gegensatz zu großen Liegenschaften kann bei kleineren Objekten oder Einzelgebäuden, wie Hochhäusern oder Logistikhallen, die Planung von Objektfunkversorgungsanlagen (kurz: OV-Anlagen) dem Errichter direkt übertragen werden. Hier wären mit einer Ausschreibung: »Errichtung einer Objektfunkanlage nach DIN 14024-1« alle Grundlagen und Voraussetzungen für den Errichter gegeben, und die hohen Kosten für eine Vorplanung durch einen Fachplaner ließen sich einsparen.

Um anschließend einen reibungslosen OV-Anlagenbau zu sichern, sollte die Ausführungsplanung und die Errichtung der Anlage durch einen Fachkundigen oder einen Sachverständigen für BOS-Objektfunkanlagen geprüft und begleitet werden. So kommt es in der Regel nicht zu unerwarteten Nacharbeiten. Aufgrund des neunstufigen Anzeigeverfahrens sollte bei Baumaßnahmen rechtzeitig das Thema Objektfunkanlage berücksichtigt werden. Es kann sinnvoll sein, ein Antennennetzwerk vorzusehen, obwohl noch keine konkreten Anforderungen gestellt oder die Erforderlichkeit festgestellt wurde.

Die Errichtung der Anlage

Die Umsetzung der Maßnahme, gerade in Bestandsobjekten, erfordert einen besonders in der Hochfrequenz erfahrenen Projektleiter, der die qualifizierte Werk- und Montageplanung gemeinsam mit den Fachinstallateuren umsetzen kann. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Abstimmung vor Beginn der Arbeiten in Form eines Startgesprächs zu besseren Ergebnissen führt. Denn nur eine gute Kommunikation zwischen den Projektbeteiligten gewährleistet eine erfolgreiche Durchführung.

Weiter ist eine Abstimmung mit anderen Gewerken und deren Sachverständigen unumgänglich. Bei der Verwendung von Außenantennen auf dem Dach oder an der Fassade müssen die Antennen in das Blitzschutzkonzept integriert werden. Für die Errichtung des Schleifennetzwerks, der Systemtechnik und des Anlagenraums kommen zusätzliche Gewerke für Brandschutz, Bau und Elektro, sowie eventuell Klimatechnik zum Einsatz.

Beim Aufbau des Kabelnetzes sind – neben der Montageart – brandschutztechnische Maßnahmen zu berücksichtigen. Hier werden Einzelkabeldurchführungen mit Rauchspaltschließungen empfohlen. Nach der Herstellung einzelner Kabellängen, sind diese entsprechend der DIN 14024-1 durchzumessen und zu protokollieren.

Bei der Verwendung von mehreren Funksystemen auf dem Antennennetzwerk kann eine zusätzliche Überprüfung der Passiven Intermodulation (PIM) an Systemkomponenten notwendig sein. Wenn zwei (oder mehr) Signale mit unterschiedlichen Frequenzen in ein passives Bauteil übertragen werden, kann aufgrund einer schlechten Verbindung oder eines nichtlinearen Materials im Bauteil ein neues Frequenzsignal erzeugt werden, dass die Übertragung stören kann.

Bild 5: Beispiel für ein Konzept des Technikraums

Feuerbeständiger Technikraum

Bild 6: Die Systemtechnik wird hier in einem Brandschutzgehäuse untergebracht

Die Regeln für einen Verteilerraum sind bei der Errichtung des Betriebsraums für die Systemtechnik anzuwenden. Dieser Raum muss feuerbeständig sein und eine feuerbeständige Tür mit Rauchschutz besitzen (Bild 5). Da die Systemtechnik eine eigene USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) besitzt, ist die ausreichende Belüftung und Klimatisierung des Raums zu berücksichtigen.

In diesem Raum darf in der Regel keine weitere Technik verbaut sein. Ausnahme bilden hier häufig sicherheitstechnische Einrichtungen, diese dürfen aber keine Gefahr für die OV-Anlage sein und sind mit der Brandschutzdienststelle abzustimmen. Für die Systemtechnik muss eine eigene, gekennzeichnete Sicherung und ein Potentialausgleich vorhanden sein. Alternativ kann auch ein Brandschutzgehäuse (Bild 6) verwendet werden.

Nach Fertigstellung des Raums und des Schleifennetzwerks, sowie der vorliegenden Inbetriebsetzungsgenehmigung durch die Behörde, kann die Systemtechnik aktiviert und eingemessen werden. Die Inbetriebnahme der Anlage folgt auch hier den geforderten Messungen der DIN 14024-1.

Überprüfung der Anlage

Sobald das Objektfunksystem installiert und in Betrieb genommen wurde, ist eine Prüfung der funktechnischen Parameter notwendig. Gerade bei netzangebunden Anlagen ist der Nachweis der störungsfreien Funktion der Anlage von großer Wichtigkeit. Eine fehlerhafte Anlage kann die gesamte Kommunikation in ihrem Umfeld stören und eine im Notfall notwendig Kommunikation zur Polizei bzw. Feuerwehr wäre nicht möglich.

Die Vorgaben für die Messungen sind entweder den Herstellervorgaben, den Vorgaben der Landesstellen oder dem Leitfaden für Objektfunkanlagen (L-OV) zu entnehmen. Anhand von einigen Beispielen wollen wir die Messungen und deren Notwendigkeit erläutern:

  • Einmessen der Anbindeantenne: Optimale Anbindung der OV-Anlage an das Freifeld (Basisstation) in beiden Datenflussrichtungen (Up- und Downlink)
  • Messung der Kabelschleifen und LWL-­Faserverbindungen: Prüfung der Qualität der Übertragungsstrecken und der Wirksamkeit der redundanten Leitungswege
  • Nachweis der Mindest-Isolation der Funkfelder: Sicherstellung der Rückwirkungsfreiheit auf das Freifeldnetz; keine Störung des Freifeldes durch die Objektfunkanlage
  • Ermittlung von Reichweite und Inter­ferenzzonen: Sicherstellen des reibungslosen Funkverkehrs und Umbuchungsverhaltens zwischen Freifeld und Inhouse-Versorgung sowie Überprüfung auf Störquellen
  • Messungen an aktiver Technik (Sende- und Empfangseinheit): Die Planungs- und Genehmigungsparameter der Anlage sind nach der Errichtung oder während der Wartung zu dokumentieren
  • Überprüfung der Redundanzvorgaben: Prüfung der geforderten Mindestsignalqualität im Redundanzfall (Eintritt eines Schadenereignisses)
  • Funktionaler Praxistest der BOS: Prüfung der Einsatzfähigkeit der OV-Anlage durch die Anwender nach deren Einsatzanforderungen.

Für netzangebundene Anlagen beschreibt die DIN 14024-1 ca. 50 Messungen, die im Rahmen der Errichtung einer Anlage erforderlich sein können. Neben den technischen Kenntnissen ist auch das entsprechende Messequipment unerlässlich. Das wesentliche Ziel der Errichtung eines digitalen BOS-Objektfunksystems liegt in der Erzeugung von einem, oder – über abgesetzte Funkstellen– mehreren, dem Gebäude angepassten Funkfelder, die die geforderten Schutzziele garantieren.

Betrieb der Anlage

Die Verantwortung für den Betrieb der Anlage trägt der Betreiber des Objektes. Neben der halbjährlichen Inspektion durch eine Fachfirma oder eine eingewiesene Person, ist eine jährliche Wartung durchzuführen. Das Wartungsprotokoll ist der fordernden BOS und der zuständigen Landestelle einzureichen. Werden Störungen der Anlage festgestellt, sind diese unverzüglich zu beheben. Alle Arbeiten an der Anlage sind in einem Betriebsbuch zu dokumentieren.

Fazit

Die Aufgaben im Rahmen der Errichtung von OV-Anlage sind vielfältig und erfordern spezielle Kenntnisse besonders im Hinblick auf die Planung und Ausführung von Hochfrequenzfeldern in Gebäuden. Außerdem ist die Zusammenarbeit und Kommunikation der Beteiligten wie Auftraggeber, fordernde BOS (z.B. Feuerwehr), Behörden der Bundesländer und der Bundesanstalt BDBOS, den Planern und Errichtern für erfolgreiche Errichtung von großer Wichtigkeit. Nur so erfüllen die Anlagen ihre Funktion im Einsatzfall: die Kommunikation und der Schutz in Notsituationen. Denn Objektfunkanlagen retten Leben.

Autoren

  • Dipl.-Ing. (FH) Hanno Krakau, Fachplaner für IT- und Kommunikationslösungen, Planung und Projektmanagement von sicherheitstechnischen Anlagen und digitalen Funksystemen, IBK Lübeck, und
  • Dipl.-Ing. Leif-Peer Röstel, Sachverständiger für Funk- und Hochfrequenztechnik, Studium der Nachrichtentechnik mit Schwerpunkt Hochfrequenztechnik, Entwicklung von Systemen und Komponenten in der Funktechnik

 

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net

 

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