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Minimization of Risk by the Controlled Replacement of Fire Detectors

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Abstract

Fire detection and fire alarm systems (FDAS) have the function of warning people swiftly of the hazards of a fire and thus permitting rapid rescue, protecting material assets (particularly where unattended), ensuring operational processes, and preventing fires from spreading, i.e. ensuring early and effective firefighting. In attaining these objectives, installed FDAS contribute substantially to fire protection. In this context, automatic fire detectors have the function of detecting fires early, swiftly and reliably. Fire detectors are sensor systems and form part of a wider safety system. They are exposed to numerous environmental conditions specific to their use and, like other socio-technical systems, undergo natural ageing processes which limit their service lifespan. Owing to the numerous risks that arise when a fire detector fails or its function is impaired, the continuous serviceability of a FDAS must be ensured. This requires controlled replacement of fire detectors. In some countries, this is ensured by standards. This paper explains the need for controlled replacement of fire detectors and the associated causes and effects, with reference to the example of Germany and the provisions of DIN 14675-1. The paper explains, in terms of practical relevance and with reference to examples, the basic concept of preventing possible failure of a technical safety system in order to assure its protective function in the event of a hazard occurring, together with the range of essential causes and effects.

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Notes

  1. The function test in this context differs from the "function check-out" to EN 13,306:2018–02, which defines the action taken after maintenance actions (usually carried out after down state) to verify that the item is able to perform the required function [11].

  2. With respect to factory testing, the standard notes that the components (e.g. fire detectors) are subject to inspection by the manufacturer. This test determines whether the response behaviour etc. of the fire detectors still meets the requirements placed on the product by the standard. It is practicable to replace the fire detectors in the property with loan products or substitute detectors whilst this inspection is being conducted, in order to assure operation of the FDAS. It is now also common practice for contracts under private law to provide for the replacement of fire detectors with tested fire detectors. This can be governed by a maintenance contract.

  3. The standard further states that for detectors with multiple sensors—even when their smoke sensor has been deactivated and subsequently activated—the age of the fire detector must be checked and the detector replaced if necessary in accordance with the specifications of points a) to c). If, in the case of automatic fire detectors, the sensor chamber is cleaned in situ or parts of the sensor chamber or the entire sensor chamber are replaced, it must be ensured and demonstrated that, following cleaning or replacement of the sensor chamber, the response behaviour of the automatic fire detector lies within the range specified by the manufacturer in accordance with the relevant part of the DIN EN 54 series of standards.

  4. Based on EN 13306:2018-02, maintenance is understood to be all measures that serve to maintain or restore the functional state of a system. Maintenance consists of servicing, inspection, repair and improvement (see [5, 29]).

  5. [22, pp. 119–126] shows, based on a detailed analysis of 2827 deployments of a fire service (to 539 actual fires), that 29.57% of false alarms are triggered by FDAS at 5.64% of the objects. In other words, the fire service is called out multiple times to false alarms at the same objects. The result is confirmed from the field and is symptomatic of improper planning and use of FDAS (see [63]).

  6. Here, technical systems are referred to synonymously with devices or products. A system or device consists of several components or constituent parts. The smallest components that cannot be broken down further are referred to here as components or elements.

  7. In accordance with DIN 40,041, reliability is the quality of an item in terms of its suitability to meet the reliability requirements during or after a specified period of time under specified conditions of use, or part of the quality with regard to the behaviour of the item during or after specified periods of time under specified conditions of use [36].

  8. Technical safety systems are classified into three classes for safety in the event of failure. Many systems have a "fail safe" mode in which they signal a faulty state and switch to the safe state (e.g. tripping of a fuse). Other systems rely on the "fail functional" mode. In this case, they switch in the event of a fault to a downgraded (safe) mode and must be repaired promptly; alternatively, if the system cannot be repaired promptly, it must be switched to the safe state after a certain time and maintained this state (e.g. transport systems; in the case of aircraft and drones, restricted continued operation in the event of a fault is essential; many automatic systems can be manually overridden for this reason). Systems of this type often require high redundancy or overdimensioning. Systems with the highest safety regime have a "fail operational" mode. In the event of a fault, operation of such systems can be maintained and the fault can often be rectified during running operation. Systems of this kind are usually designed with multiple redundancy; one or more subsystems/control channels can therefore fail without giving rise to a hazard (see [51, pp. 93-125]).

  9. Whether an actual hazard exists is a question to which there is no generic answer; this can be determined only by an investigation conducted by experts on a case by case basis. In this context, it is evident that case law in the field of fire protection tends not to set the threshold of the actual danger very high. According to Münster Higher Administrative Court, the outbreak of a fire can be expected at practically any time [100]. Fire protection measures are therefore precautionary protective provisions [101]. For this reason, case law presupposes for the purpose of risk assessment that a fire has already occurred (see [102], Para. 44 of Sect. 14).

  10. To put this in perspective: the costs of a false alarm depend on the personnel and material resources required for the deployment, and its required duration [64]. In Germany, a false alarm costs between €600 and €1200, depending on the procedures of the local authorities. In Switzerland and Sweden, it is estimated to be up to €2000 [55].

  11. Hold-open systems are used on smoke and fire protection closures that are to be held open continuously during operation. Their purpose is to prevent the spread of smoke and fire, particularly on escape routes, by ensuring that the smoke or fire protection closures are closed immediately and safely in the event of fire. A hold-open system consists of at least one fire detector, a tripping device, a hold-open device and a power supply [18].

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Authors and Affiliations

  1. ZVEI (German Electro and Digital Industry Association) - Safety and Security Division, Fire Alarm System Expert Group, Lyoner Street 9, 60528, Frankfurt am Main, Germany

    Sebastian Festag

Authors
  1. Sebastian Festag
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Corresponding author

Correspondence to Sebastian Festag.

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Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Annex

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Criterion

Distribution

Proportion

Alarm raised by FDAS

Alarm raised manually (landline and mobile phone)

Alarm raised by FDAS

Alarm raised manually (landline and mobile phone)

[n]

[n]

[%]

[%]

Est. material damage

Damage € < 1000

131

537

85.6

69.0

Damage € < 10,000

20

154

13.1

19.8

Damage € < 100,000

2

74

1.3

9.5

Damage € < 500,000

0

10

0.0

1.3

Damage € < 1,000,000

0

2

0.0

0.3

Damage € > 1,000,000

0

1

0.0

0,1

Not quantifiable

22

83

–

–

Total

175

861

100

100

Spread of the fire

Object/device

162

637

87.6

71.5

One room

18

161

9.7

18.1

Several rooms

3

27

1.6

3.0

Dwelling

0

13

0.0

1.5

One floor

1

13

0.5

1.5

Several floors

0

10

0.0

1.1

One fire compartment

0

9

0.0

1.0

Several fire compartments

0

2

0.0

0.2

Stairwell

1

4

0.5

0.4

Complete building

0

15

0.0

1.7

Spread to another building

0

0

0.0

0.0

Total

185

891

100

100

Spread of smoke

None, negligible

94

404

51.1

46.8

Room, shaft

53

139

28.8

16.,1

Group of rooms, dwelling

18

156

9.8

18.1

Entire floor

6

45

3.3

5.2

Stairwell

3

48

1.6

5.6

Hallway

7

24

3.8

2.8

Several floors

3

47

1.6

5.4

Total

184

863

100

100

Smoke layer visible in escape route?

23

168

–

–

Escape route usable?

570

152

–

–

Extinguishing water consumption

No extinguishing water

128

305

71.1

34.6

 < 500 l

47

419

26.1

47.5

 < 2.500 l

4

110

2.2

12.5

 > 2,500 l

1

48

0.6

5.4

Total

180

882

100

100

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Festag, S. Minimization of Risk by the Controlled Replacement of Fire Detectors. Fire Technol 59, 1883–1924 (2023). https://doi.org/10.1007/s10694-023-01409-4

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