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Abwehrender und Anlagentechnischer Brandschutz

für Architekten, Bauingenieure und Feuerwehringenieure

0611
2019
978-3-8169-8460-3
978-3-8169-3460-8
expert verlag 
Hans-Joachim Gressmann

Dieses Buch gibt dem Interessenten auf der Ebene der aktuellen technischen Regeln eine Einführung in den Abwehrenden und Anlagentechnischen Brandschutz und versetzt ihn so in die Lage, die brandschutztechnischen Maßnahmen im Rahmen einer ganzheitlichen Gebäudeplanung sinnvoll einzubeziehen. Die Art und Tiefe der Darstellungen ist so gewählt, dass sich der Leser unschwer ein Verständnis für Inhalte und Zweck des Regelwerkes erarbeiten kann.

<?page no="1"?> Abwehrender und Anlagentechnischer Brandschutz <?page no="3"?> Hans-Joachim Gressmann Abwehrender und Anlagentechnischer Brandschutz für Architekten, Bauingenieure und Feuerwehringenieure 5., neu bearbeitete Auflage <?page no="5"?> Vorwort Dieses Buch entstand aus einer Vorlesung zum Abwehrenden und Anlagentechnischen Brandschutz, die der Verfasser für Studenten des Bauingenieurwesens mit der Vertiefungsrichtung Brandschutz seit vielen Jahren an der Technischen Universität Carola Wilhelmina in Braunschweig hält. Daneben zeigte die ehemalige berufliche Tätigkeit des Autors als Leiter einer Feuerwehr, dass die am Bau planerisch und ausführend beteiligten Ingenieure nicht immer über die Möglichkeiten, die ihnen der Anlagentechnische Brandschutz für ihre ganz originären Aufgabengebiete eröffnet, ausreichend informiert sind. Von der Brandschutzbehörde geforderte anlagentechnische Brandschutzmaßnahmen werden als lästige Pflichtübung zur Erlangung der Baugenehmigung verstanden, die darüber hinaus noch Kosten verursacht. Dieses Buch gibt dem Interessierten auf der Ebene der technischen Regeln eine Einführung in den Abwehrenden und Anlagentechnischen Brandschutz und versetzt ihn so in die Lage, die brandschutztechnischen Maßnahmen im Rahmen einer ganzheitlichen Gebäudeplanung sinnvoll einzubeziehen. Die Art und Tiefe der Darstellungen ist - losgelöst von den Gestaltungsrichtlinien von Normen - so gewählt, dass sich der Leser unschwer ein Verständnis für Inhalte und Zweck des Regelwerkes erarbeiten kann. Damit wird es auch für den nur gelegentlich mit Brandschutztechnik befassten Ingenieur möglich, die so ungeliebten brandschutztechnischen Forderungen nachzuvollziehen. Bei Bedarf kann dieses Buch nicht nur für Studierende, sondern auch berufsbegleitend für Feuerwehr- und Brandschutzingenieure als Nachschlagewerk seine Dienste leisten, ohne dass in jedem Fall auf das umfangreiche und komplexe Normenwerk zurückgegriffen werden muss. Für die vorliegende fünfte Auflage dieses Buches wurden alle Kapitel aktualisiert. Einige Punkte wurden aufgrund der Fortentwicklung der zu Grunde liegenden technischen Regeln und neuerer Entwicklungen vollständig überarbeitet und zum Teil wesentlich ergänzt, darunter Selbsthilfeeinrichtungen, Brandmeldeanlagen, Rauchwarnmelder, Feinsprüh-Löschanlagen, Gaslöschanlagen und Kleinlöschanlagen. Neu eingefügt wurden Abschnitte zur Rauchableitung in Sonderbauten, über Differenzdruckanlagen für Hochhäuser und ein Kapitel zu Sicherheitsbeleuchtung und Rettungswegkennzeichnung Möge dieses Werk allen Lesern bei ihrer Arbeit von Nutzen sein. Für Anregungen und Wünsche, aber auch Kritik, ist der Autor stets dankbar. Braunschweig, Mai 201 9 Hans-Joachim Gressmann <?page no="6"?> Inhaltsverzeichnis 1 Einführung - Brandschutz als gesellschaftliche Aufgabe 1 1.1 Der Brand und seine Entwicklung 4 1.2 Brandbekämpfung 6 1.3 Rauch und seine Wirkung auf den Menschen 8 1.3.1 Rauchentstehung 8 1.3.2 Schadstoffe im Brandrauch 9 1.3.3 Wirkung von Brandrauch auf den Menschen 11 1.4 Schutzziele des Brandschutzes 15 1.5 Brandschutz als System 16 1.6 Aufgaben des Brandschutzingenieurs 18 1.7 Abwehrender Brandschutz 23 1.8 Anlagentechnischer Brandschutz 23 1.9 Literaturverzeichnis zu Kapitel 1 27 2 Die Rolle der Feuerwehren 31 2.1 Rechtsgrundlage 31 2.2 Risikoanalyse und Brandschutzbedarfsplan 31 2.3 Arten der Feuerwehren 36 2.3.1 Freiwillige Feuerwehren - FF 36 2.3.2 Berufsfeuerwehren - BF 37 2.3.3 Freiwillige Feuerwehren mit hauptamtlichen Kräften - FF mit HaK 38 2.3.4 Pflichtfeuerwehren - PF 39 2.3.5 Werkfeuerwehren - WF 39 2.4 Anforderungen an die Feuerwehr 40 2.4.1 Hilfsfrist 40 2.4.2 Personelle und technische Leistungsfähigkeit von Berufsfeuerwehren 43 2.4.3 Stärke von Berufsfeuerwehren 46 2.4.4 Personelle und Technische Leistungsfähigkeit von Freiwilligen Feuerwehren 46 2.4.5 Stärke von Freiwilligen Feuerwehren 48 2.5 Grenzen der Leistungsfähigkeit von Feuerwehren 49 2.5.1 Leistungsgrenzen auf Grund des Baurechtes 49 2.5.2 Leistungsgrenzen und Schutzzieldefinition 50 2.5.3 Leistungsgrenzen der Feuerwehrtechnik 50 2.5.4 Grenzen der menschlichen Belastbarkeit 53 2.6 Literaturverzeichnis zu Kapitel 2 54 3 Flächen für die Feuerwehr 57 3.1 Zugänge 57 3.2 Feuerwehrzufahrten 58 3.2.1 Rechtsgrundlagen für Feuerwehrzufahrten 58 3.2.2 Feuerwehrzufahrten nach DIN 14090 59 3.3 Aufstellflächen 62 3.3.1 Rechtsgrundlage für Aufstellflächen 62 <?page no="7"?> 3.3.2 Aufstellflächen nach DIN 14090 62 3.4 Bewegungsflächen 63 3.4.1 Rechtsgrundlage für Bewegungsflächen 63 3.4.2 Bewegungsflächen nach DIN 14090 64 3.5 Literaturverzeichnis zu Kapitel 3 67 4 Löschwasserversorgung 68 4.1 Rechtsgrundlagen für die Löschwasserversorgung 68 4.2 Wasser als Löschmittel 69 4.3 Bereitstellung von Löschwasser 70 4.4 Richtwerte für den Löschwasserbedarf 72 4.5 Löschwasser aus dem Trinkwassernetz 73 4.5.1 Wasserhygiene 74 4.5.2 Löschbereich 75 4.5.3 Verteilungsrohrnetz 76 4.5.4 Hydranten 78 4.6 Wasser aus unabhängigen Löschwasserquellen 80 4.6.1 Löschwasserteiche 81 4.6.2 Löschwasserbrunnen 83 4.6.3 Löschwasserbehälter 84 4.6.4 Anforderungen an Löschwasserentnahmestellen 85 4.7 Literaturverzeichnis zu Kapitel 4 87 5 Brandmeldeanlagen 89 5.1 Grundlagen für die Branderkennung 89 5.2 Gefährdung von Menschen durch Brandrauch 90 5.3 Nutzen von Brandmeldeanlagen 91 5.4 Aufgaben und Einsatz von Brandmeldeanlagen 92 5.5 Technische Regeln für Brandmeldeanlagen 94 5.6 Aufbau von Brandmeldeanlagen 96 5.6.1 Brandmelderzentrale 97 5.6.2 Energieversorgung der BMA 98 5.6.3 Übertragungseinrichtung und Übertragungswege 99 5.6.3.1 Übertragungseinrichtung 99 5.6.3.2 Primärleitungen und Sekundärleitungen 100 5.6.3.3 Interne Übertragungswege der BMA 102 5.6.3.4 Externe Übertragungswege der BMA 104 5.6.4 Alarmierungsarten und Alarmierungsmittel 106 5.6.5 Ansteuerungseinrichtungen für Brandschutzeinrichtungen 108 5.7 Brandmelder 110 5.7.1 Nichtautomatische Brandmelder - Handfeuermelder 110 5.7.2 Automatische Brandmelder 111 5.7.2.1 Branddetektion durch automatische Brandmelder 111 5.7.2.2 Falschalarme und BMA-Betriebsarten 112 5.7.2.3 Erprobung automatischer Brandmelder 114 5.7.2.4 Rauchmelder 116 5.7.2.5 Flammenmelder 120 5.7.2.6 Wärmemelder 122 5.7.2.7 Selektive Gassensormelder 126 5.7.2.8 Kohlenmonoxid-Melder 127 5.7.2.9 Mehrfachsensormelder und Mehrkriterienmelder 128 <?page no="8"?> 5.7.3 Auswertetechniken 129 5.7.3.1 Grenzwertmeldetechnik 129 5.7.3.2 Impulsmeldetechnik 130 5.7.3.3 Trendmeldetechnik 130 5.7.4 Auswertung von Videobildern zur Branddetektion 130 5.8 Konzeption und Planung von Brandmeldeanlagen 131 5.8.1 Planungsgrundsätze 131 5.8.2 Anforderungen an die BMA 133 5.8.3 Schutzumfang und Sicherungsbereiche 136 5.8.4 Meldebereiche und Alarmierungsbereiche 139 5.8.5 Anzahl und Anordnung automatischer Brandmelder 140 5.8.5.1 Einsatz von punktförmigen Rauch- und Wärmemeldern 140 5.8.5.2 Übungsbeispiel Brandmeldeanlage 144 5.8.5.3 Anordnung punktförmiger Melder zu Decken und Unterzügen 145 5.8.5.4 Anordnung punktförmiger Melder in besonderen Fällen 146 5.8.5.5 Einsatz linienförmiger Rauchmelder 147 5.8.5.6 Einsatz linienförmiger Wärmemelder 148 5.8.5.7 Einsatz von Ansaugrauchmeldern 148 5.8.5.8 Einsatz von Flammenmeldern 149 5.8.6 Alarmorganisation 149 5.8.7 Brandfall-Steuermatrix 151 5.8.7.1 Brandfallsteuermatrix-Konzept 152 5.8.7.2 Qualitative Brandfallsteuermatrix 153 5.8.7.3 Quantitative Brandfallsteuermatrix 155 5.8.7.4 Wirkprinzipprüfung 156 5.9 Sonderfunktionen 156 5.9.1 Feuerwehr-Bedienfeld 156 5.9.2 Feuerwehr-Schlüsseldepot 157 5.9.3 Feuerwehr-Anzeigetableau 159 5.9.4 Feuerwehr-Gebäudefunkanlagen 160 5.10 Feuerwehr-Laufkarten 160 5.11 Rauchwarnmelder - Brandmelder ohne BMZ 163 5.12 Literaturverzeichnis zu Kapitel 5 168 6 Brandbekämpfungseinrichtungen 174 6.1 Selbsthilfeeinrichtungen 175 6.1.1 Feuerlöschbrausen 175 6.1.2 Wandhydranten 176 6.1.3 Feuerlöscher 180 6.1.3.1 Bauart von Feuerlöschern 180 6.1.3.2 Planung der Ausstattung mit Feuerlöscheinrichtungen 182 6.1.3.3 Brandklassen, Löschmittel und Eignung 182 6.1.3.4 Löschvermögen und Löschmitteleinheiten 184 6.1.3.5 Brandgefährdung von Gebäuden 187 6.1.3.6 Ausstattung von Gebäuden mit Feuerlöscheinrichtungen 188 6.1.3.7 Standorte von Feuerlöschern 190 6.1.4 Inspektion und Wartung von Feuerlöschern 191 6.1.5 Löschspraydosen 191 6.2 Löschdecken 193 6.3 Löschhilfeanlagen 195 6.3.1 Ortsfeste Löschanlagen 195 6.3.2 Teilbewegliche Löschanlagen 195 <?page no="9"?> 6.4 Sprinkleranlagen 196 6.4.1 Sprinkleranlagen - erfolgreiche Löschanlagen 196 6.4.2 Versagen von Sprinkleranlagen 196 6.4.3 Sprinklerschutz und Baulicher Brandschutz 197 6.4.4 Technische Regeln für Sprinkleranlagen und deren Bauteile 198 6.4.5 Aufbau und Funktionsweise von Sprinkleranlagen 199 6.4.6 Umfang des Sprinklerschutzes 201 6.4.7 Bemessung von Sprinkleranlagen 202 6.4.7.1 Festlegung der Brandgefahrenklasse 204 6.4.7.2 Wirkfläche und Wasserbeaufschlagung 211 6.4.7.3 Festlegung der Anlagenart 215 6.4.7.4 Dimensionierung der Wasserversorgung 217 6.4.7.5 Auslegung der Energieversorgung 226 6.4.7.6 Auswahl der Sprinkler 227 6.4.7.7 Anordnung der Sprinkler 236 6.4.7.8 Sprinklerzentrale 239 6.4.7.9 Rohrnetz der Sprinkleranlage 240 6.4.8 Sprinkleranlagen mit Schaummittel 241 6.4.9 Sprinkleranlagen mit Feinsprühtechnik 241 6.4.10 Beispiel für die Bemessung einer Sprinkleranlage 243 6.4.11 Sprinkleranlagen und RWA 244 6.4.12 Selbsttätige Löschhilfeanlagen 245 6.4.13 Sprinkleranlagen für Wohnbereiche 245 6.5 Sonstige Wasser-Löschanlagen 248 6.5.1 Sprühwasser-Löschanlagen 248 6.5.2 Feinsprüh-Löschanlagen 252 6.5.2.1 Eigenschaften von Wassernebel 252 6.5.2.2 Auslegung von Feinsprüh-Löschanlagen 254 6.6 Schaumlöschanlagen 260 6.6.1 Schwerschaum-Löschanlagen 263 6.6.2 Mittelschaum-Löschanlagen 264 6.6.3 Leichtschaum-Löschanlagen 264 6.6.4 Einige Auslegungsparameter für Aspirierende Schaumlöschanlagen 266 6.6.4.1 Anforderungen an Schwer- und Mittelschaumlöschanlagen 266 6.6.4.2 Anforderungen an Leichtschaumlöschanlagen 271 6.6.4.3 Wasserversorgung von Schaumlöschanlagen 273 6.6.4.4 Schaummittelvorrat 274 6.6.4.5 Auswahl des Schaummittels 275 6.6.4.6 Beispiel für die Bemessung einer Schwerschaumlöschanlage 277 6.6.5 Druckluft-Schaumlöschanlagen 278 6.6.5.1 Schaumerzeugung in Druckluft-Schaumlöschanlagen 279 6.6.5.2 Förderung von Druckluft-Schaum 280 6.6.5.3 Schaummittel für Druckluft-Schaumlöschanlagen 281 6.6.5.4 Einige Auslegungsparameter von Druckluft-Schaumlöschanlagen 282 6.6.5.5 Einsatz von Druckluft-Schaumlöschanlagen 282 6.7 Pulverlöschanlagen 283 6.8 Gaslöschanlagen 286 6.8.1 Anforderungen an den Schutzbereich 289 6.8.2 Auslegungskonzentration von Löschgasen 291 6.8.3 Bemessung von Gaslöschanlagen 292 6.8.3.1 Löschmittelmenge für Raumschutzanlagen 292 6.8.3.2 Haltezeit der Löschanlage 295 6.8.3.3 Flutungszeit, Rohrnetz und Düsen 296 <?page no="10"?> 6.8.4 Personenschutz 297 6.8.5 Ansteuerung von Gaslöschanlagen 297 6.8.6 Inertgas-Löschanlagen 298 6.8.6.1 Permanent-Inertgas-Löschanlagen 298 6.8.6.2 SPGG Inertgas Löschanlagen 299 6.8.7 Halonlöschanlagen 301 6.8.8 Löschanlagen mit halogenierten Kohlenwasserstoffen 301 6.8.9 CO 2 -Löschanlagen 302 6.8.9.1 CO 2 -Hochdruck-Löschanlagen 306 6.8.9.2 CO 2 -Niederdruck-Löschanlagen 307 6.9 Löschanlagen mit kondensierten Aerosolen 308 6.10 Mehrstoff-Löschanlagen 310 6.10.1 Löschanlagen mit Wasser und Stickstoff 311 6.10.1.1 Wassernebel-Stickstoff-Löschanlagen 311 6.10.1.2 Stickstoff-Wassernebel-Löschanlagen 313 6.10.2 Löschanlagen mit Schaum und Wasser 314 6.10.3 Löschanlagen mit Löschgasen und Schaum 315 6.10.4 Löschanlagen mit Halogenierten Kohlenwasserstoffen und Pulver 316 6.11 Sauerstoffreduktionsanlagen 318 6.12 Objektschutzanlagen 323 6.12.1 Risikoanalyse für den Objektschutz - Verfahren nach DIN EN ISO 19535 324 6.12.1.1 Konstruktive und verfahrenstechnische Maßnahmen 325 6.12.1.2 Vollintegrierte Brandmelde- und Löschsysteme 326 6.12.1.3 Zusätzliche Maßnahmen an Maschinen 327 6.12.1.4 Benutzerinformation 328 6.12.2 Kleinlöschanlagen 328 6.12.3 Funkenlöschanlagen 332 6.12.4 Explosionsunterdrückungsanlagen 334 6.12.5 Explosionstechnische Entkopplung 335 6.13 Literaturverzeichnis zu Kapitel 6 336 7 Rauch- und Wärmeabzugsanlagen 346 7.1 Aufgabenstellung 346 7.2 Wirkung von Rauch- und Wärmeabzügen 348 7.2.1 Physikalische Grundlagen und Einflussgrößen 348 7.2.2 Plumemodelle 349 7.3 Technische Regeln für RWA 351 7.4 Natürliche Rauch- und Wärmeabzügen (NRA) 353 7.4.1 Einflussgrößen 353 7.4.2 Bemessungsgrundlagen für NRA in DIN 18232-2 353 7.4.3 NRA für Dachflächen - Bemessung nach DIN 18232-2 354 7.4.3.1 Brandumfang 354 7.4.3.2 Erwartete Brandentwicklungsdauer 356 7.4.3.3 Rechnerische Brandfläche und Bemessungsgruppe 356 7.4.3.4 Raumhöhe und Höhe der raucharmen Schicht 358 7.4.3.5 Aerodynamisch wirksame Öffnungsfläche der NRA 360 7.4.3.6 Geometrische Öffnungsflächen, Abmessungen und Anordnung der NRA 364 7.4.3.7 Ausführung der NRA 365 7.4.3.8 Energieversorgung von NRA 367 7.4.3.9 Zuluft 368 7.4.4 NRA in Wänden 371 7.4.4.1 NRA in Wänden - Bemessung nach DIN 18232-2 371 <?page no="11"?> 7.4.4.2 Zuluft für NRA in Wänden 372 7.4.4.3 Ansteuerung von NRA in Wänden 373 7.4.5 Bemessung von NRA in Sonderbauverordnungen 373 7.5 Rauchschürzen 374 7.5.1 Allgemeine Anforderungen 374 7.5.2 Rauchschürzen nach DIN EN 12101-1 375 7.5.3 Temperaturbeständigkeit von Rauchschürzen 376 7.5.4 Dichtheit von Rauchschürzen 377 7.6 Anwendungsbeispiel für NRA im Dach 378 7.7 Maschinelle Rauchabzüge - MRA 379 7.7.1 Aufbau von MRA 380 7.7.2 Grenzen von MRA 381 7.7.3 Maschinelle Rauchabzüge - Bemessung nach DIN 18232-5 382 7.7.3.1 Brandumfang, Brandentwicklungsdauer und Bemessungsgruppe 383 7.7.3.2 Abzuführender Rauchgasvolumenstrom von MRA 385 7.7.4 Ausführung von MRA 388 7.7.4.1 Temperaturanforderungen an die Bauteile von MRA 388 7.7.4.2 Anzahl und Anordnung der Absaugstellen 390 7.7.4.3 Anordnung der Rauchaustrittsstellen 392 7.7.4.4 Entrauchungsventilatoren 393 7.7.4.5 Entrauchungsklappen 394 7.7.4.6 Entrauchungsleitungen 396 7.7.4.7 Energieversorgung von MRA 398 7.7.4.8 Ansteuerung von MRA 399 7.7.5 Zuluft für MRA 399 7.7.6 Bemessung von MRA in Sonderbauverordnungen 400 7.8 RWA und Löschanlagen 401 7.9 Rauchschutz-Differenzdruckanlagen 404 7.9.1 Differenzdruck-Belüftungsanlagen 405 7.9.1.1 Auslegung von Differenzdruck-Belüftungsanlagen 405 7.9.1.2 Differenzdruck-Belüftung von Treppenräumen, Vorräumen und Fluren 406 7.9.1.3 Differenzdruck-Belüftungsanlagen nach DIN EN 12101-6 408 7.9.1.4 Bemessung von Differenzdruck-Belüftungsanlagen 414 7.9.1.5 Ausführung von Differenzdruck-Belüftungsanlagen 415 7.9.1.6 Differenzdruck-Belüftungsanlagen für hohe Hochhäuser 416 7.9.2 Differenzdruck-Entlüftungsanlagen 418 7.9.2.1 Bemessung von Differenzdruck-Entlüftungsanlagen 418 7.9.2.2 Ausführung von Differenzdruck-Entlüftungsanlagen 419 7.10 Rauchmanagement durch Strahlventilationsanlagen 420 7.11 Wärmeabzugsanlagen - WA 424 7.11.1 Wärmeabzug durch Zerstörung von Bauteilen 424 7.11.2 Bemessung von Wärmeabzügen nach DIN 18230-1 427 7.11.3 Zuluft bei Wärmeabzügen 431 7.11.4 Anwendungsbeispiel für den Wärmeabzugsfaktor 431 7.12 Literaturverzeichnis zu Kapitel 7 434 8 Kühlungseinrichtungen 439 8.1 Physikalisch-technische Grundlagen 439 8.1.1 Wärmeübergang durch Konvektion 440 8.1.2 Wärmeübergang durch Strahlung 440 8.1.3 Kühlung durch Wasserfilme 443 8.1.4 Kühlung durch Regenvorhänge 445 <?page no="12"?> 8.2 Kühlung von Außen 446 8.2.1 Behälterberieselung 446 8.2.1.1 Berieselungsanlagen 447 8.2.1.2 Berieselungsarten bei Behältern 447 8.2.1.3 Berieselungsstromdichte bei Behältern 449 8.2.1.4 Wasserversorgung 451 8.2.1.5 Inbetriebnahme 451 8.2.2 Kühlung von tragenden Bauteilen durch Berieselung 452 8.2.3 Kühlung von nichttragenden Bauteilen 453 8.3 Kühlung von Innen 455 8.3.1 Innenkühlung tragender Bauteile 455 8.3.2 Innenkühlung nichttragender Bauteile 456 8.4 Literaturverzeichnis zu Kapitel 8 458 9 Einrichtungen nur für die Feuerwehr 460 9.1 Löschwasseranlagen in baulichen Anlagen 460 9.1.1 Löschwasseranlagen „nass“ 460 9.1.2 Löschwasseranlagen „trocken” 461 9.1.3 Löschwasseranlagen „nass/ trocken” 463 9.2 Gebäudefunkanlagen 464 9.2.1 Bedarf 464 9.2.2 Technische Ausführungen 464 9.2.2.1 Passive Gebäudefunkanlagen 465 9.2.2.2 Aktive Gebäudefunkanlagen 465 9.2.3 Feuerwehr-Gebäudefunkbedienfeld 466 9.3 Feuerwehrpläne für bauliche Anlagen 467 9.4 Literaturverzeichnis zu Kapitel 9 472 10 Anlagen zur Löschwasserrückhaltung 474 10.1 Technische Regeln Löschwasser-Rückhaltung 474 10.2 Löschwasser-Rückhalte-Richtlinie (LöRüRl) 476 10.2.1 Wassergefährdende Stoffe 477 10.2.2 Geltungsbereich der Löschwasser-Rückhalterichtlinie 478 10.2.3 Sicherheitskategorien 478 10.2.4 Allgemeine Anforderungen an Löschwasser-Rückhalteanlagen 479 10.2.5 Lagern, Lagerdichte und Lagermenge 480 10.2.6 Bemessung von Löschwasser-Rückhalteanlagen 481 10.2.7 Lagern in Verpackungen, ortsbeweglichen Gefäßen und Behältern bis 3000 Liter Inhalt in Gebäuden 482 10.2.8 Lagern in Verpackungen, ortsbeweglichen Gefäßen und Behältern bis 3000 Liter Inhalt und Schüttgüter im Freien 484 10.2.9 Ortsfeste Behälter und ortsbewegliche Behälter über 3000 Liter 485 10.2.9.1 Lagerung ohne Löschwasser-Rückhaltung 485 10.2.9.2 Lagern von brennbaren Flüssigkeiten 485 10.3 Technische Ausführung von Löschwasser-Rückhalteanlagen 488 10.4 Grenzen der LöRüRl 491 10.5 Löschwasser-Rückhaltung nach VdS 2557 492 10.5.1. Stoffliches Gefahrenpotential 492 10.5.2. Sonstige Kriterien 496 10.5.3. Gefahren- und Risikoanalyse 496 10.5.4. Abschätzung des Löschwasser-Rückhaltevolumens 496 <?page no="13"?> 10.6 Löschwasserrückhaltung außerhalb von Anlagen 500 10.7 Literaturverzeichnis zu Kapitel 10 501 11 Anlagentechnischer Brandschutz für Aufzüge 504 11.1 Brandfallsteuerung für Standardaufzüge 504 11.2 Sicherheitsaufzüge 505 11.3 Evakuierungsaufzüge 506 11.4 Feuerwehraufzüge 508 11.5 Literaraturverzeichnis zu Kapitel 11 510 12 Sprachalarmanlagen 511 12.1 Erfordernis von Sprachalarmanlagen 511 12.2 Planung und Ausführung von Sprachalarmanlagen 512 12.3 Literaturverzeichnis zu Kapitel 12 515 13 Sicherheitsbeleuchtung und Rettungswegkennzeichnung 516 13.1 Not- und Sicherheitsbeleuchtung - Definitionen 517 13.2 Sicherheitsbeleuchtung- Anforderungen 517 13.3 Antipanikbeleuchtung - Anforderungen 521 13.4 Rettungszeichen und Richtungskennzeichnung 521 13.4.1 Erkennbarkeit von Rettungszeichen 522 13.4.2 Erkennbarkeit von Rettungszeichen bei Rauch 524 13.5 Optische Sicherheitsleitsysteme 526 13.5.1 Langnachleuchtende Sicherheitsleitsysteme 527 13.5.2 Elektrisch betriebene Sicherheitsleitsysteme 528 13.5.3 Dynamische Sicherheitsleitsysteme 530 13.5.4 Adaptive Sicherheitsleitsysteme 530 13.6 Energieversorgung von Sicherheitsbeleuchtungen 531 13.7 Literaturverzeichnis Kapitel 13 532 14 Anhänge 534 14.1 Anhang 1: Brennen und Löschen 534 14.1.1 Verbrennungsvorgang 534 14.1.2 Stoffliche Umsetzung 535 14.1.3 Energetische Voraussetzungen 538 14.1.4 Löschen 540 14.1.5 Löschen durch Kühlung 541 14.1.5.1 Physikalische Kühlung 541 14.1.5.2 Stoffliche Kühlung 541 14.1.6 Antykatalytische (Inhibitorische) Löschwirkung 542 14.2 Anhang 2: Brennbarer Stoff 544 14.2.1 Brandklasse A 544 14.2.2 Brandklasse B 545 14.2.2.1 Flammpunkt und Gefahrenklasse 545 14.2.2.2 Brennpunkt und Zündtemperatur 546 14.2.3 Brandklasse C 547 14.2.4 Brandklasse D 549 14.2.5 Brandklasse F 550 14.3 Anhang 3: Löschmittel 551 14.3.1 Löschmittel Wasser 551 <?page no="14"?> 14.3.2 Löschmittel Luftschaum 553 14.3.3 Löschmittel Pulver 560 14.3.4 Löschmittel Kohlendioxid 561 14.3.5 Löschmittel Stickstoff 564 14.3.6 Löschmittel Argon und argonhaltige Mischgase 565 14.3.6.1 Argon 565 14.3.6.2 Inergen 566 14.3.6.3 Argonit 566 14.3.7 Löschmittel Halon 567 14.3.8 Löschmittel Halogenierte Kohlenwasserstoffe 567 14.3.9 Löschmittel Aerosol 568 14.3.10 Oberflächenaktive Löschmittel 569 14.3.11 Löschmittel PhostrEx 571 14.3.12 Löschmittel Halotron 572 14.4 Anhang 4: Gasförmige Löschmittel 574 14.4.1 Technische Daten von Löschgasen 574 14.4.2 Einsatzmengen von Löschgasen 575 14.4.2.1 Löschmittel Stickstoff 575 14.4.2.2 Löschmittel FM 200 ® 577 14.4.2.3 Löschmittel CO 2 580 14.5 Anhang 5: DIN 18232-2: 2003-06 Tabelle 3 582 14.6 Anhang 6: Temperatur-Zeitkurven 586 14.7 Anhang 7: Schadstoffe bei Bränden 587 14.8 Anhang 8: RTI-Werte von Sprinklern 593 14.9 Anhang 9: Lichttechnische Größen 594 14.10 Literatur zum Anhang 595 15 Index 599 <?page no="15"?> 1 1 Einführung - Brandschutz als gesellschaftliche Aufgabe Seit der Mensch das Feuer für seine Zwecke einsetzt, hatte er sich immer auch mit dessen zerstörerischer Seite auseinanderzusetzen. Da der Einzelne dem zerstörerischen Wirken dieser Urgewalt in der Regel hilflos gegenüberstand, entstanden bereits früher in der Geschichte der zivilisierten Menschheit Vereinbarungen, sich bei derartigen existenzbedrohenden Ereignissen gegenseitig zu helfen und in der Weiterentwicklung organisatorische Einheiten, deren Aufgabe es in erster Linie war, sich mit der Verteidigung des Lebens und des Hab und Gutes der Menschen vor Feuersgefahr zu befassen. So ist nachgewiesen (siehe z. B. Biegel [1.1] und darin aufgeführte weiterführende Literatur), dass bereits um die Zeitenwende im antiken Rom Vorschriften des Staates bestanden, die sich unter anderem bezogen auf die Bauweise von Häusern, das Bereithalten von Löschmitteln und die Aufstellung von Brandbekämpfungseinheiten. Im Rom des Jahres 21 v. u. Z. verfügte Kaiser Augustus die Aufstellung einer Löschmannschaft von 600 Mann, die im Jahre 6, nach einem verheerenden Brand auf 7000 Mann aufgestockt und straff organisiert wurde. Diese Brandbekämpfungseinheiten, die sog. „Vigiles“, sind aus heutiger Sicht als erste Berufs- und Freiwillige Feuerwehren zu klassifizieren (Biegel [1.1]), während die Bauvorschriften die Anfänge des heute so bezeichneten Vorbeugenden Brandschutz darstellten. Andere Autoren vermuten die Anfänge eines aus der Gesellschaft organisierten Brandschutzes noch viel früher, im antiken Babylon, und zitieren den Codex Hammurabi (entstanden um 1760 v. C.) als historische Quelle. Wie kam es nun dazu, dass anscheinend parallel zum Aufkommen größerer menschlicher Ansiedlungen der organisierte Brandschutz an Bedeutung gewann? Man muss sich hierzu vergegenwärtigen, dass die Häuser selbst in den Metropolen der Antike im Wesentlichen aus, wie wir heute sagen würden, normal entflammbaren Baustoffen, nämlich Holz, bestanden und mit leicht entflammbaren Baustoffen wie Stroh, Reisig etc., gedeckt und ausgefacht waren. Selbst kleine Brände wuchsen sich daher nicht selten zu verheerenden Feuersbrünsten aus, die nicht nur die Häuser der Menschen, sondern auch häufig deren Lebensgrundlage, gelagerte Vorräte und Werkzeuge, vernichteten. Diese existenzielle Bedrohung, die potenziell von jedem außer Kontrolle geratenen Feuer ausging, könnte einer der Gründe dafür gewesen sein, dass Brandschutz schon recht früh als ein Problem begriffen wurde, das die Grundlagen einer gesamten Lebensgemeinschaft bedrohte und dessen Abwehr die Lebensgemeinschaft daher einvernehmlich vorzubereiten und gemeinsam durchzuführen hatte. <?page no="16"?> 2 Mit der Fortentwicklung und dem Wachsen der Metropolen der Antike wurden die Notwendigkeit nach allgemein verbindlichen Bauvorschriften und einer schlagkräftigen Feuerabwehr in der oben geschilderten Weise als Grundlage des Zusammenlebens verstanden und die Vorschriften den sich weiter entwickelnden Erfordernissen angepasst. Bis zum Ende des Imperium Romanum 476 n. C. waren Brandschutzvorschriften und Feuerwehren fest etablierte Aufgaben des Staates geworden und sind es - mit einer gewissen Abflachung in der nachrömischen Zeit bis ca. 1.000 nach Christi - bis heute geblieben. Im Europa des Mittelalters und der beginnenden Neuzeit wurden die obigen „Feuerordnungen“, z. B. im Sachsenspiegel Anfang des 13. Jahrhunderts oder im Echteding Mitte des 14. Jahrhunderts (Nickel [1.2]), wieder aufgenommen. Diese Verlagerung der Sicherung der Existenz vom Individuum auf die Gesellschaft kulminiert - aus der Sicht eines verantwortlichen Feuerwehroffiziers - darin, dass heute, am Beginn des 21. Jahrhunderts, die meisten Menschen in den Industrienationen selbst kleineren Bränden im häuslichen oder betrieblichen Bereich nahezu hilflos gegenüberstehen. Man „ruft die Feuerwehr“, die als Helfer in der Not allein für die Bekämpfung von Bränden zuständig ist. Gleichzeitig haben die Länder in ihren Bauordnungen relativ detailliert Vorschriften über den Vorbeugenden Brandschutz erlassen. Diese Bauvorschriften kollidieren heute nun häufig mit den Anforderungen von modernen Industriegesellschaften, die immer mehr Waren in immer größer und komplexer werdenden Funktionsstätten herstellt, lagert und vertreibt. Aus Kostengesichtspunkten sind die Eigner von Produktionsbetrieben, von Handel und Dienstleistungsbetrieben bemüht, die Kosten für Brandschutzmaßnahmen so gering wie möglich zu halten. Dies erfolgt aus rein wirtschaftlichen Überlegungen, denn die Kosten für Brandschutzmaßnahmen - seien es nun direkte Brandschutzmaßnahmen des Betriebes oder indirekte Brandschutzmaßnahmen durch die über die Gewerbesteuer mitfinanzierte öffentliche Feuerwehr - sind für einen Betrieb lediglich Kostenfaktoren, die über den Preis an den Kunden - die Gesellschaft - weitergegeben werden. Der Preis einer Ware aber bestimmt wesentlich ihre Absatzchancen und damit den ökonomischen Erfolg des Betriebes. Die Dimension der Kosten von Brandschutzmaßnahmen für moderne Gesellschaften wird deutlich, wenn man sich einige statistische Zahlen des CTIF (Comitee Technique International de Prévention et d’Extinction de Feu - Internationales Technisches Komitee für vorbeugenden Brandschutz und Feuerlöschwesen) vor Augen führt (CTIF [1.3]). In Tabelle 1-1 sind für einige Industriestaaten die Kosten des Brandschutzes dargestellt. Kosten des Brandschutzes sind grundsätzlich die folgenden Kosten (nicht alle davon werden in allen Ländern vollständig erfasst): die direkten Brandschäden (durch Vernichtung von Immobilien, Ausstattung und Einrichtung und den Verlust von Menschenleben) <?page no="17"?> 3 die indirekten Brandschäden (für Produktionsausfall, Marktanteilsverluste, Kosten für Ausgleichsmaßnahmen, Gesundheitskosten für Brandverletzte), die Kosten für den Unterhalt der Feuerwehren (öffentliche Feuerwehren und nichtöffentliche Feuerwehren, Löschwasserversorgung, siehe Kapitel 2 bis 4), Kosten für den brandschutztechnischen Schutz von Gebäuden (das heißt für den Vorbeugenden baulichen Brandschutz und den Anlagentechnischen Brandschutz, siehe Kapitel 5 bis 13), die Kosten für die Feuerversicherungen und Betriebsausfallversicherungen, die Kosten für Brandschutzforschung und Brandschutzdokumentation. Tabelle 1-1: Kosten des Brandschutzes in verschiedenen europäische Ländern und der Vereinigten Staaten (zusammengestellt nach [1.3]) Land Tote je 1 Million Einwohner und Jahr Ø 2011 - 2015 1) Kosten des Brandschutzes Ø 2008 - 2010 in % des Bruttoinlandsproduktes (BIP) 1) 3) direkter Schaden indirekter Schaden Kosten der Feuerwehren Vorbeugender Brandschutz Feuerversicherung Belgien 5,5 0,43 0,133 0,16 0,21 0,26 Dänemark 10 0,29 0,048 0,1 0,41 0,12 Schweiz 5,2 0,18 0,079 0,11 0,37 0,15 Norwegen 10 0,33 0,019 0,14 0,33 0,13 Großbritannien 5,8 0,13 0,008 0,20 0,29 0,10 Schweden 10 0,18 0,06 0,13 0,20 0,05 Niederlande 4,6 0,15 0,031 0,21 0,31 0,15 Italien 3 0,20 0,015 0,06 0,35 0,04 Frankreich 5,4 0,2 0,043 0,08 0,15 0,12 Finnland 13,3 0,17 0,011 0,19 - 0,03 Österreich 3,2 0,19 0,029 0,11 - 0,14 Deutschland 4) 4,7 2) 0,12 0,014 0,07 - 0,08 USA 9,9 0,1 0,007 0,29 0,29 0,12 1) Kursiv: ältere Daten 2) Tote infolge von Bränden in Deutschland Ø 2011 - 2015: 389 ([1.4][1.3]) 3) BIP = Wert aller in einem Jahr produzierten Waren und Dienstleistungen 4) BIP Deutschland 2018: 3263,3 Mrd. € (nach [1.5]) Soweit eine generalisierte Aussage aufgrund der zitierten Statistiken möglich ist, betragen die Gesamtkosten des Brandschutzes (ohne Kapitalisierung von Menschenle- <?page no="18"?> 4 ben) durchschnittlich ca. 0,7 % des jeweiligen Bruttoinlandsproduktes. Geht man davon aus, das dieses in etwa auch für Deutschland zutrifft (hier sind leider keine Daten zum Vorbeugenden Brandschutz verfügbar), wären dies (Basis 2017) mindestens 22 Milliarden € pro Jahr. Dieser Betrag setzt sich in etwa aus folgenden Anteilen zusammen: ca. 30 % direkter Brandschaden, ca. 3 % indirekter Brandschaden, ca. 16 % für die Unterhaltung von Feuerwehren, (ca. 35 % für den brandschutztechnischen Schutz von Gebäuden und Anlagen - geschätzt), ca. 16 % für Feuerschutzversicherungen. Weitere Daten und Interpretationen der weltweiten Brandstatistiken findet man in [1.3] und [1.4] sowie bei Alekhin et. al. [1.6]. 1.1 Der Brand und seine Entwicklung Ein Brand ist ein Schadenfeuer, d. h. ein Feuer, das den bestimmungsgemäßen Herd verlassen hat oder außerhalb eines solchen entstanden ist, sich unkontrolliert ausbreitet und an Personen oder Sachen Schaden verursacht. Ein Feuer ist eine schnell erfolgende exotherme Oxidation, die nach der Zündung selbständig und unter Lichterscheinung (Flammen, Glut) erfolgt und die allgemein als Verbrennung bezeichnet wird (weitere Erläuterungen zu dem Phänomen Feuer und den Voraussetzungen für sein Entstehen enthält der Anhang 1). Schadenfeuer in Gebäuden, bei denen im Wesentlichen Feststoffe verbrennen, haben nach der Zündung (zur Theorie der Zündung siehe z. B. Busenius [1.6] oder Kanury [1.9]) idealisiert den in Abbildung 1-1 dargestellten Verlauf. Nach der Initialzündung entwickelt sich der zuerst kleine Brand zunächst mit Brandleistungen unter ca. 20 kW/ m² relativ langsam (Zündphase) und heizt dabei lediglich seine unmittelbare Umgebung auf (siehe Anhang). Die durchschnittlichen Temperaturen im Brandraum sind noch recht gering (ca. 50 o C). Soweit brennbare Stoffe in der unmittelbaren Umgebung vorhanden sind, werden diese durch den Initialbrand thermisch aufbereitet (siehe Anhang 1) und nehmen schließlich am Brandgeschehen teil. In dieser Phase des Entstehungsbrandes reicht zunächst die im Brandraum vorhanden Luft für die Verbrennung aus, da die Abbrandrate (gemessen in verbrannter Stoffmenge pro Sekunde: kg/ s) und damit die Brandleistung weiterhin noch klein sind (ca. 20 kW/ m² bis ca. 50 kW/ m²). Diese Brandphase wird als Glimmbrand- oder Schwelbrandphase bezeichnet. Die Dauer dieser Phase hängt von einer Vielzahl von Randbedingungen (Größe und Temperatur der Zündquelle; Art, Menge, Zerteilungszustand und räumliche Verteilung, Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit der brennbaren Stoffe; Temperatur im Brandraum - auch vor der Zündung; Größe vorhandener Lüftungsöffnungen, Temperatur <?page no="19"?> 5 und Feuchte der zuströmenden Luft; Ausrichtung der Oberflächen in Relation zur Flamme, u. a. m. ab (siehe hierzu Bussenius et. al. [1.6], Rempe/ Rodewald [1.10], Schneider et. al. [1.11], Ohlemiller [1.12], Hölemann [1.13]) und kann von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden dauern. Die Brandraumtemperaturen erreichen im Allgemeinen ca. 100 o C bis 200 o C. Abbildung 1-1: Ablauf von Feststoffbränden in Gebäuden - schematisiert Erläuterungen im Text (Hinweis: die Achse Brandleistung ist zwischen 200 kW und 5000 kW gestreckt) Nachdem der Brand den im Raum vorhandenen Sauerstoff weitgehend aufgezehrt hat, hängt der weitere Verlauf entscheidend von der Luftzufuhr und der bis dahin erreichten Temperatur im Brandraum ab. Sofern der Raum weitgehend abgeschlossen ist, wie es z. B. in Wohngebäuden, Bürogebäuden etc. der Fall ist, kann der Brand unter Umständen sogar erlöschen. Sofern dies nicht geschieht, wird der Raum durch die Brandwärme immer weiter aufgeheizt (ca. 300 o C bis 500 o C), so dass vorhandene brennbare Stoffe pyrolisiert werden und brennbare Gase freisetzen (siehe z. B. bei Beyler et. al. [1.14]). Diese Pyrolysegase sammeln sich im Raum, können jedoch häufig auf Grund des bis dahin abgesunkenen Sauerstoffgehaltes der Luft im Brandraum nicht sofort am Brandgeschehen teilnehmen (sog. ventilationsgesteuerter Brand). Diese Phase dauert je nach Raumgröße und Luftzufuhr etwa 10 Minuten bis 30 Minuten. Kommt es schließlich bei Temperaturen der Gase von 600 o C oder mehr durch Zerplatzen von Verglasungen aufgrund der Temperaturunterschiede, durch Öffnen von Türen etc. zu einer verstärkten Luftzufuhr, zünden die Pyrolysegase innerhalb kurzer Zeit vollständig durch. Da der Brandraum aufgeheizt ist, kann sich der Brand sehr schnell auf alle übrigen brennbaren Stoffe ausbreiten, es kommt innerhalb weniger Sekunden zum sog. Flash-over (Eine gute Darstellung dieses Vorganges findet man bei Widetscheck [1.15]). Anmerkung: Abhängig von der Bauweise und typischen Nutzung ist es möglich, dass Flash-over Bedingungen in Wohngebäuden auch sehr viel früher auftreten. In den USA geht die Lehrmeinung vom Erreichen von Flash-over Bedingungen innerhalb von nur 10 Minuten aus (Jason et. al. [1.16]). <?page no="20"?> 6 Der Brand breitet sich nun schnell auf die gesamte im Brandraum vorhandene Brandlast aus. Die Brandleistungen erreichen in Wohn- und Bürogebäuden (die dort vorhandene Brandlast entspricht ca. 30 kg/ m² bis 60 kg/ m² Holz) im Allgemeinen bis ca. 300 kW/ m², bei starker Luftzufuhr und einem hohen Kunststoffanteil an der Brandlast u. U. auch mehr ([1.11], [1.17]). So kann ein „normaler Zimmerbrand“ durchaus Brandleistungen von 5 MW bis 10 MW erreichen. Die Temperaturen im Brandraum betragen in dieser Vollbrandphase ca. 800 o C bis 1000 o C, gelegentlich bis 1200 o C. Die Dauer der Vollbrandphase ist abhängig von der vorhandenen Brandlast und der spezifischen Abbrandgeschwindigkeit der brennenden Stoffe. Wenn ein Luftüberschuss vorhanden ist (d. h. wenn die Zuluftöffnungen groß genug sind), liegt ein sog. brandlastgesteuerter Brand vor, sonst weiterhin ein ventilationsgesteuerter Brand. Sofern eine Brandausbreitung über den betroffenen Raum nicht möglich ist (d. h. der Raumabschluss des Baulichen Brandschutzes der Beanspruchung standhält) dauert bei Wohnräumen und Büros normaler Größe und Ausstattung die Vollbrandphase ca. 30 Minuten (vergl. bei Bechthold et. al. [1.18]) Selbst wenn keine Löschmaßnahmen erfolgen, wird der Brand, nachdem die erfassten Brandlasten im Wesentlichen aufgezehrt sind (ca. 70% bis 80%) und keine Möglichkeit der weiteren Ausbreitung besteht, langsam an Intensität verlieren (Abklingphase, [1.18]) und schließlich aus Mangel an Brennstoff erlöschen. Für die brandschutztechnische Beurteilung von Bauteilen werden diese in einem Brandraum mit Temperaturkurven, die der oben geschilderten Vollbrandphase von Feststoffbränden nachgebildet sind, jedoch keine Abklingphase enthalten, geprüft. Bekannt ist die in Deutschland für Bauteile angewandte Einheitstemperaturkurve nach DIN 4102-2 ([1.19] und Anhang 7), die zur Einstufung der Bauteile in eine Feuerwiderstandsklasse (F 30, F 90) angewandt wird. Brände von Flüssigkeiten und Gasen verlaufen deutlich anders als oben schematisiert für Feststoffbrände geschildert, die Brandausbreitungsgeschwindigkeit, Brandtemperaturen und die Brandleistung sind im Allgemeinen (viel) höher. Bei diesen Bränden sind weitere Randbedingungen für den Ablauf ebenfalls von Bedeutung, auf die Fachliteratur wird hierzu verwiesen (Bussenius [1.7], Rempe/ Rodewald [1.10], Kanury [1.20], Beyler [1.21]). Soweit bei bestimmten baulichen Anlagen Flüssigkeitsbrände in die Risikobetrachtung einbezogen werden müssen (z. B. bei Bränden in Tunneln) sind die Bauteile nach der sog. Hydrokarbonkurve, die dem Temperaturverlauf bei Kohlenwasserstoffbränden (z. B. Vergaserkraftstoff) nachgebildet ist (Anhang 7), zu prüfen. 1.2 Brandbekämpfung Um den von Bränden verursachten Personen- und Sachschaden zu minimieren (vergl. Punkt 1.1, insbesondere Tabelle 1-1 ), muss eine Brandbekämpfung erfolgen. Brandbekämpfung heißt, einen Brand zunächst auf den vorgefundenen Umfang zu beschränken und schließlich zu löschen. Hierzu muss mindestens eine der folgenden Grundbedingungen für ein Feuer beseitigt werden (siehe hierzu Punkt 14.3.1 auf Seite 560 und bei Rempe et. al. [1.10]): <?page no="21"?> 7 der brennbare Stoff der Sauerstoff die Zündenergie das richtige Mischungsverhältnis. Als Löscheffekte werden angewendet (Anhang 2, Rempe/ Rodewald [1.10]): Kühlen (Entfernung der Zündenergie und/ oder des brennbaren Stoffes) Ersticken Fernhalten des Sauerstoffes vom brennbaren Stoff) Antikatalyse (Unterbrechung der chemischen Reaktion in der Flamme) Den Feuerwehren stehen heute im Einsatz die folgenden Löschmittel zur Verfügung (zur weiteren Erläuterung siehe Punkt 14.3.1 auf Seite 560 und bei Rempe et. al. [1.10] sowie bei Friedman [1.22]): Wasser Reines Wasser Wasser mit Zusätzen Wasser in feinzerteilter Form Luftschaum Schwerschaum (incl. Druckluftschaum) Mittelschaum Leichtschaum Löschpulver BC-Pulver ABC-Pulver Metallbrandpulver Kohlendioxid CO 2 CO 2 -Gas CO 2 -Aerosol CO 2 -Schnee Die einsatztaktische Auswahl der für den jeweils vorgefundenen oder zu erwartenden Brand geeigneten Löschmittel und Löschverfahren wird beeinflusst durch: die Art des brennbaren Stoffes (Brandklasse nach DIN EN 2 [1.23]) die Verfügbarkeit der Löschmittel die Möglichkeit der tatsächlichen Anwendung (de Vries [1.24]) die Art und Größe zu erwartender Nebeneffekte (Schädigungen) In Löschanlagen und Feuerlöschern werden in Deutschland zusätzlich zu den oben genannten noch die folgenden Löschmittel verwandt (weitere Löschmittel, die in <?page no="22"?> 8 Deutschland noch nicht allgemein angewendet werden, sind unter Punkt 14.3 beschrieben): Halogenierte Kohlenwasserstoffe FM 200 ® , Novec 1230 ® , Trigon 300 ® (Halone 1211 und 1301 nicht mehr zulässig) Sonstige Gasförmige Löschmittel Argon Stickstoff Mischgase Sonderlöschmittel Aerosol Für den Brandschutzingenieur sind bei der Planung von Löschanlagen daneben auch die zu erwartenden Kosten von großer Bedeutung. Eine etwas ausführlichere Darstellung der Phänomene Verbrennen und Löschen enthalten die Anhänge 1 und 2. 1.3 Rauch und seine Wirkung auf den Menschen 1.3.1 Rauchentstehung Bei jedem Brand entstehen auch erhebliche Mengen Rauch (siehe hierzu auch Kapitel 7). Rauch ist ein hochkomplexes System aus Brandgasen, Aerosolen und festen Partikeln, dessen Zusammensetzung von sehr vielen Parametern abhängt; so spielen die Zusammensetzung des brennende Stoffes, die Luftzufuhr, die Flammentemperatur, die Brandraumtemperatur, die Anwesenheit anderer Stoffe und vieles mehr eine Rolle (siehe z. B. Knetsch et. al. [1.25], Gottuk et. al. [1.26], Hoffmann- Böllinghaus et. al. [1.27]). Abhängig von Verbrennungsphase und Ventilation können Brände hinsichtlich der Rauchproduktion in drei Kategorien eingeteilt werden: Schwelbrände brandlastgesteuerte offene Flammenbrände ventilationsgesteuerte Flammenbrände Schwelbrände sind gekennzeichnet durch eine oxidative Zersetzung und Pyrolyse des brennenden Materials, die Rauchbestandteile mit hoher Toxizität relativ langsam freisetzt, die Rauchproduktion (gemessen in kg Rauch pro kg Brandmaterial) ist hoch. Der Brandrauch enthält neben Kohlendioxid (CO 2 ) hohe Anteile Kohlenmonoxid (CO, das Verhältnis von CO 2 zu CO ist typischerweise etwa 1, Purser [1.28]) und Kohlenwasserstoffe (Alkane, Alkene und Alkine), daneben auch Aromaten, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), bei Brand von Naturprodukten (Holz, Papier Wolle) auch Blausäure (HCN), und Schwefeldioxid (SO 2 ). Bei Realbränden in Wohnungen oder Arbeitsstätten, wo häufig Kunststoffe, die Chloratome enthalten, <?page no="23"?> 9 verbrennen (Elektrogeräte, Kabel, Schaumstoffe), ist auch Chlorwasserstoff (HCl, Salzsäure) als Verbrennungsprodukt wichtig. Detaillierte Ausführungen zu Art und Entstehung dieser Rauchbestandteile findet man bei Knetsch et. al. [1.25], Mulholland [1.29] und Tewarson, [1.30], eine mehr schematische, sehr übersichtliche Darstellung in der vfdb-Richtlinie 10/ 01 [1.31] sowie unter Punkt 14.7 auf Seite 597). Weitergehende Informationen zum Entstehungspotential von Schadstoffen findet man bei Bansemer et. al. [1.33] sowie bei Forell [1.34]. Bei brandlastgesteuerten offenen Flammenbränden (Vollbrandphase) wird der größte Teil der Brandlast vollständig verbrannt. Die Brandprodukte sind daher im Wesentlichen die der vollständigen Verbrennung: CO 2 und Wasser. In geringem Umfang entstehen CO und Kohlenwasserstoffe (das Verhältnis von CO 2 zu CO ist typischerweise > 100, Purser [1.28]). Die Rauchproduktion ist relativ gering. Aus toxikologischer Sicht ist daher die Vollbrandphase gut ventilierter Brände weniger wichtig. Ventilationsgesteuerte Flammenbrände sind durch das Erreichen der Vollbrandphase (post-flash-over) aber gleichzeitig vermindertem Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft gekennzeichnet (wenn z. B. die Luftzufuhr in den Brandraum durch eine relativ kleine Öffnung - z. B. ein Fenster - erfolgt), so dass nicht die maximal Abbrandgeschwindigkeit und Brandleistung erreicht werden. In bestimmten Bereichen der Flammen kommt es aufgrund fehlenden Sauerstoffs auch zu nur unvollständiger Verbrennung. Aufgrund der sich einstellenden Temperatur, die typischerweise nur bei ca. 800 o C liegt, erfolgt Umwandlung von CO in CO 2 mit deutlich verminderter Effektivität, daher steigt der CO-Gehalt des Rauches deutlich an (auf bis zu 15% [1.26], das Verhältnis von CO 2 zu CO sinkt entsprechend auf Werte zwischen ca. 6 bis 20). Daneben entstehen auch die vom Schwelbrand bekannten Schadstoffe, insbesondere Aromaten, PAK und Aldehyde (insbesondere Formaldehyd HCHO), allerdings mit geringeren Konzentrationen. 1.3.2 Schadstoffe im Brandrauch Die Zusammensetzung von Brandrauch ist nach dem unter Punkt 1.3.1 ausgeführtem in hohem Maße abhängig vom Brandgut und vom Brandverlauf. Der Brandrauch enthält eine sehr große Anzahl (mehr als 5000) für den Menschen schädlicher Stoffe (zur Entstehung von Schadstoffen bei Zimmerbränden siehe z. B. bei Basmer et. al. [1.32]). Aufgrund ihres häufigen Vorkommens und ihrer Konzentration in der Nähe des Brandherdes haben als sog. Leitsubstanzen für die Gefährdung des Menschen folgende Stoffe besondere Bedeutung (Otto et. al [1.33]): Akut toxische Brandprodukte: KOHLENMONOXID (CO) führt nach Aufnahme über die Atmung zu einer Blockade des Sauerstofftransportes durch das Blut und nachfolgend zur sog. „Inneren Erstickung“ (vergl. hierzu auch Punkt 2.4). Charakterische Symptome sind Kopfschmerzen, Schwindel, Müdigkeit, Erbrechen und Bewusstlosigkeit mit Todesfolge (vergl. bei Pleß et. al. [1.36]). <?page no="24"?> 10 BLAUSÄURE (HCN), Cyanwasserstoff) wird sehr schnell über den Atemtrakt aufgenommen und führt durch Blockade der Zellatmung (Abgabe von Sauerstoff an die Köperzellen) zu einer „Inneren Erstickung“. Typisch für akute Schädigungen sind Reizungen der Atemwege, Übelkeit, Angstgefühle und Herzklopfen schließlich Atemnot, Bewusstlosigkeit und Atemstillstand. KOHLENDIOXID (CO 2 ) führt nach Aufnahme über die Atemwege in höherer Konzentration (> 0,5%) zu einer Erhöhung der Atemfrequenz und damit zu einer verstärkten Schadstoffaufnahme. CO 2 selbst wirkt ab Konzentrationen von > 5% zu Bewusstlosigkeit und Atemstillstand (siehe auch Tabelle 14-10 auf Seite 573) SAUERSTOFFMANGEL (Minus O 2, Hypoxie) als Folge von Schadenfeuern ist ebenfalls als für den die Gefährdung des Menschen wichtige Erscheinung zu bezeichnen (wenn natürlich im eigentlichen Sinne kein Schadstoff). Bei Bränden sind im Brandraum und angrenzenden Räumen Sauerstoffkonzentrationen deutlich unter 10% bekannt (Lessing et. al. [1.37]), bei dieser Konzentration verlieren Menschen innerhalb weniger Minuten das Bewusstsein (Purser [1.28]). Akut reizende Brandprodukte: SALZSÄRUREDÄMPFE (HCl) und ALDEHYDE (insbesondere Formaldehyd HCHO) wirken auf den Menschen bereits in geringen Konzentrationen reizend bis ätzend, insbesondere auf die Augen und die Schleimhäute des Atemtraktes. Stoffe mit toxischer Langzeitwirkung PLOYZYKLISCHE AROMATISCHE KOHLENWASSERSTOFFE (PAK) treten als hochmolekulare komplexe Gemische auf und enthalten in unterschiedlichen Anteilen krebserzeugende oder krebsfördernde Komponenten. PAK treten im Brand im Allgemeinen an Ruß gebunden auf und sind bei nahezu allen Bränden mit Rußbildung zu erwarten. Die Aufnahme in den menschlichen Körper erfolgt über die Atemwege, in geringem Umfang auch über die Haut. POLYCHLORIERTE DIBENZO-DIOXINE und -FURANE (PCDD, PCDF) treten nur bei Bränden mit chlorhaltigen Stoffen unter Sauerstoffmangel und bei niedrigen Temperaturen (< 800 o C) auf. Es gibt über 200 verschiedene Stoffe dieser Art, von denen das sog. „Sevesogift“ (TCDD, 2, 3, 7, 8-Tretrachlordibenzodioxin) das bekannteste ist. Wegen des hohen Dampfdruckes ist mit dem Auftreten nur in heißem Brandrauch und im Brandruß zu rechnen. Trotz des notorisch schlechten Rufes dieser sog. Ultragifte sind keine mit Bränden in Verbindung zu bringende Vergiftungen nachgewiesen ([1.31], Weiß [1.39]). <?page no="25"?> 11 1.3.3 Wirkung von Brandrauch auf den Menschen Von den in Deutschland jährlich zu beklagenden ca. 220 bis 420 Brandtoten (Kaiser [1.37] und DFV [1.4]) sind nach allgemeiner Auffassung mindestens 80% eigentlich Rauchtote (Lessing et. al. [1.38], andere Autoren geben über 90% an, Basmer et. al. [1.32]). Die Gefährlichkeit von Brandrauch für den Menschen beruht auf folgenden Wirkungsmechanismen: narkotisierende Wirkung reizende Wirkung Sichtbehinderung thermische Wirkung psychologische Wirkung Die narkotisierende Wirkung des Brandrauches führt dazu, dass betroffene Personen - selbst wenn sie zum Brandzeitpunkt wach sein sollten teilnahmslos und danach bewusstlos werden, so dass eine Selbstrettung nicht mehr stattfindet. Die narkotisierende Wirkung geht im Wesentlichen von den Komponenten Kohlenmonoxid (CO) und Blausäure aus (vergl. Punkt 1.3.2). Wie bei allen Giften hängt die Wirkung von der Konzentration der Stoffe und der Expositionszeit und damit von der aufgenommenen Dosis ab. Da in allen Realbränden stets ein Schadstoffgemisch entsteht, ist der Organismus einer Vielzahl von Stoffen ausgesetzt, die sich in ihrer Wirkung verstärken. Der grundlegenden Arbeit von Purser [1.28] ist zu entnehmen, dass als vielen Stoffen gemeinsames Toxizitätspotential ein Wert von 500 g/ m³ min gelten kann, der bei 50% der exponierten Versuchstiere zum Tod führt. In Wohn- und Arbeitsräumen ist im Allgemeinen von einer Mischbrandlast auszugehen, die zu etwa 50% aus Holz, zu ca. 10% aus anderer Cellulose (Papier etc.), zu ca. 10% aus Gummi und Leder und zu ca. 30% aus Kunststoffen besteht (vergl. auch [1.32]). Eine vollständige Verbrennung liegt überwiegend nicht vor. Der obige Wert der Toxizität nach Purser kann dann zugrunde gelegt werden. Ein Mensch hat danach bei Einatmen von Luft mit einer Brandrauchkonzentration von ca. 2% nach 30 Minuten noch eine Überlebenschance von 50%. Eine sehr interessante Analyse toxikologischer Todesursachen beim Brand eines Altenheimes enthält [1.40]. Auf der Grundlage der Arbeit von Purser wurde die Abbildung 1-2 entwickelt, die die Zeit bis zur Handlungsunfähigkeit von Menschen (time to incapacitation) für Kohlenmonoxid und Blausäureexposition zeigt. Die reizende Wirkung des Brandrauches beruht im Wesentlichen auf Salzsäure und Aldehyden, hauptsächlich Formaldehyd, daneben auf Stickoxiden und Schwefeldioxid. Leicht wasserlösliche Reizstoffe beeinflussen vor allem die Augen und die oberen Atemwege. Schwerer lösliche Stoffe (insbesondere HCl und NO x ) gelangen bis in die Lunge und können dort nach einigen Stunden zum Lungenödem führen. Weitere <?page no="26"?> 12 Ausführungen zur Wirkung von Reizgasen findet man bei Purser [1.28] zur Auswirkung auf die Selbstrettung von Betroffen in [1.40]. Abbildung 1-2: Zeit bis zur Handlungsunfähigkeit für die Exposition mit Kohlenmonoxid und Blausäure (berechnet nach [1.28]) Die Selbstrettung von Personen wird durch die akute Reizung der Augen und oberen Atemwege nachteilig beeinflusst. Dabei ist, anders als bei narkotisierenden Gasen, die Wirkung nicht von der aufgenommenen Dosis abhängig, sind Reizgase vorhanden, tritt die Wirkung sofort ein. Die Stärke der Irritation scheint in erster Linie von der Art des Brandgutes abzuhängen, so wird Rauch von Holzfeuern als deutlich weniger reizend eingestuft, als jener von Bränden von Plastikmaterialien. Der Schmerz kann durch Schließen der Augen oder starkes Augenzwinkern, durch Mundatmung oder Anhalten des Atems in seiner subjektiven Empfindung beeinflusst werden. Tabelle 1-2: Konzentrationsgrenzwerte von Reizgasen (zusammengestellt nach [1.28]) Reizgas Handlungsunfähigkeit Behinderung der Flucht HCI 900 ppm 200 ppm HBr 900 ppm 200 ppm HF 900 ppm 200 ppm SO 2 120 ppm 24 ppm NO 2 350 ppm 70 ppm Akrolein 20 ppm 4 ppm Formaldehyd 30 ppm 6 ppm Wird der Schmerz zu groß, so kann die Selbstrettung extrem erschwert oder unmöglich werden. Die betroffenen Personen suchen dann häufig vermeintlich sichere Bereiche auf. Wenn sie dort weiterhin narkotisierenden Brandgasbestandteilen ausgesetzt sind, kann es zu den oben geschilderten Folgen kommen, obwohl die Person zunächst durchaus zur Selbstrettung in der Lage war. Hinsichtlich der Konzentration von Reizstoffen im Rauchgas, die zur Behinderung oder gar Handlungsunfähigkeit CO 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 0 5 10 15 20 25 30 Expositionszeit [min] HCN 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 0 5 10 15 20 25 30 Expositionszeit [min] Konzentration HCN [ppm] Konzentration CO [%] CO 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 0 5 10 15 20 25 30 Expositionszeit [min] HCN 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 0 5 10 15 20 25 30 Expositionszeit [min] Konzentration HCN [ppm] Konzentration CO [%] <?page no="27"?> 13 betroffener Personen führen, sind die in der Fachliteratur zu findenden Werte etwas uneinheitlich. In Tabelle 1-2 sind einige Werte aus [1.28] aufgeführt, die auf der sicheren Seite liegen, d. h. die Beeinträchtigung durch die Reizwirkung wird eher etwas überschätzt. Dichter Rauch führt zu einer Beschränkung der Sichtweite, und damit der Wahrnehmung wichtiger Hinweise (z. B. Rettungswegbeschilderung), die u. U. noch durch die oben beschriebene Reizwirkung der Rauchgase verschlechtert wird. Die lichttrübende Wirkung der Rauchgase beruht im Wesentlichen auf den enthaltenen Aerosolen und Feststoffen und wird durch die sog. Optische Dichte pro Weglänge D L bzw. den Extinktionskoeffizienten (oder Schwächungskoeffizienten) k beschrieben (k = D L * ln 10). Eine optische Dichte pro Weglänge von 0,5/ m heißt, dass die Sichtweite noch 2 m beträgt. Bei einer optischen Dichte pro Weglänge von ca. 0,05/ m kann ein 25 m entferntes selbstleuchtendes Hinweisschild gerade noch erkannt werden. Detailliertere Ausführungen hierzu findet man bei Schneider [1.42] und Steinert [1.43] und unter Punkt 13.4.2. Die durch Rauch reduzierte Sichtweite führt zu einer Verlangsamung flüchtender Personen sowie zu Schwierigkeiten bei der Orientierung, insbesondere in unvertrauten Gebäuden. Damit kann die Expositionszeit für Rauchgase entsprechend steigen, bekannt ist auch, dass sich Personen in unvertrauten verrauchten Gebäuden verirrt haben. Die thermische Wirkung der Rauchgase, die auch außerhalb des Brandraumes durchaus Temperaturen zwischen 200 o C und 300 o C haben können, kann bei längerer Exposition zu einem Hitzeschock führen. Verbrennungen der Haut und der Atemwege sind zu erwarten, wenn die durch Konvektion oder Strahlung eingetragene Wärmestromdichte bestimmte Werte überschreitet. Ein Hitzeschock tritt ein, wenn Personen über längere Zeit erhöhten Temperaturen (80 o C bis 120 o C) ausgesetzt sind und dadurch die Körper-Kerntemperatur über 40 o C ansteigt. Die Folge sind zunächst Übelkeit und Bewusstseinseintrübung, bei weiter ansteigender Körper-Kerntemperatur kann ab ca. 42 o C innerhalb weniger Minuten der Tod eintreten. Das Auftreten von Verbrennungen hängt stark von der Temperatur und der Expositionszeit ab und wird daneben von der vorhandenen Kleidung, der Luftfeuchtigkeit und Luftströmung beeinflusst. Die Art des Wärmetransportes in die Haut - Konvektion oder Wärmestrahlung - ist dabei sekundär. Bei Temperaturen der Luft um 100 o C beträgt die Toleranzzeit ca. 15 Minuten bis 25 Minuten, diese sinkt jedoch bei Temperaturen um 200 o C auf nur noch 3 Minuten bis 4 Minuten ab. Wärmestrahlung von unter ca. 2 kW/ m² können relativ lange ertragen werden, bei Bestrahlungsintensitäten von mehr als 10 kW/ m² treten schon nach wenigen Sekunden Verbrennungen 2. Grades (Blasenbildung) auf. Bei großflächigen Verbrennungen 2. Grades kann es neben dem unmittelbaren intensiven Schmerz aufgrund des Flüssigkeitsverlustes zu einem Schock kommen. Die Zeit bis zum Eintritt der Handlungsunfähigkeit von Personen bei starker Wärmeexposition ist nach dem oben ausgeführten nicht einfach festlegbar, daher <?page no="28"?> 14 verwundert es nicht, das die publizierten Werte starke Streuungen aufweisen. In Abbildung 1-3 sind zwei empirisch ermittelte Zusammenhänge dargestellt. Abbildung 1-3: Toleranzzeiten für Wärmeexposition (nach [1.28] und [1.44]) Anmerkung: Da in realen Brandfällen die physiologische Wirkung von Rauch immer auf einer Kombination der oben geschilderten Faktoren beruht, richten sich neuere Bemühungen auf die Erarbeitung einer integralen Beschreibung der Auswirkung von Rauch auf die Benutzbarkeit von Rettungswegen. Wilk et. al. [1.45] haben erste Ergebnisse ihrer Untersuchungen vorgestellt und kommen zum Ergebnis, dass sich bei Mischbrandlasten, wie sie in Wohnungen, Büros und Hotels vorliegen, die Verringerung der Sichtweite (= Erhöhung der optischen Dichte, vergl. Punkt 13.4.2) und die toxisch bzw. reizend wirkenden Anteile im Rauch in einem bestimmten Verhältnis zueinander entwickeln. Daher ist es grundsätzlich möglich, allein über die sich bei einem Brand in den Rettungswegen einstellende optische Dichte Aussagen über die Auswirkung von Rauch auf die Selbstrettungsmöglichkeit von Menschen abzuleiten. Als Ergebnis wird eine optische Dichte von 0,21 als der Wert angesehen, der in Rettungswegen über die für ungeschützte Personen erwartete Nutzungszeit (= Räumungszeit des Gebäudes) nicht überschritten werden darf. Auch die psychologische Wirkung von Brandrauch auf Personen, die im Verlaufe einer Selbstrettung mit verrauchten Räumen konfrontiert sind, ist nicht zu unterschätzen. Die Literatur berichtet von Gefühlen gesteigerter Beunruhigung und Sorge hinsichtlich der weiteren Entwicklung der Situation, emotionalem Stress der sich bis hin zur vollständigen Verwirrung mit der Folge irrationaler Handlungen steigern kann. Tatsache scheint zu sein, dass auch im Normalfall stabile Personen durch Rauch 0 5 10 15 20 25 30 80 100 120 140 160 180 200 220 Temperatur [oC] Toleranzzeit [min] Zeit bis zum Hitzeschock Zeit bis zur Handlungsunfähigkeit <?page no="29"?> 15 erheblich verunsichert werden können und u. U. sogar auf die Nutzung von nur mäßig verrauchten Rettungswegen verzichten. Das Verhalten von Personen in der Ausnahmesituation „Auftreten von Rauch“ wird stark durch die folgenden Faktoren beeinflusst: Entstehung, Farbe, Stärke und Ausbreitung des Rauches Grad der Vertrautheit mit dem Gebäude verfügbare zusätzliche Informationen (z. B. durch akustische Anweisungen) Rollenverständnis das Betroffene von sich selbst haben (u. a. Geschlecht und Alter, „Macher“, „Macho“) Verhalten anderer Menschen. Weitere Hinweise zum Verhalten von Menschen unter Stress infolge von Rauch findet man bei Bryan [1.46], der neben den Erkenntnissen kontrollierter Versuche auch die Ergebnisse von Befragungen betroffener Personen und sonstiger Auswertung von Realbränden präsentiert. Interessant ist insbesondere, dass das Eintreten von oftmals so bezeichneter „Panik“ von Betroffenen - d. h. das irrationale, nicht situationsgerechte und antisoziale Flüchten, das die Überlebenschancen der Gruppe ebenso wie die des Individuums reduziert - anscheinend die Ausnahme ist. Dies wird durch Ergebnisse von Keating [1.47] unterstützt. 1.4 Schutzziele des Brandschutzes Die Tatsache, dass Brandgefahren allgegenwärtig sind und jederzeit Leib und Leben sowie Sachwerte bedrohen können, leuchtet insbesondere unter Bezug auf die unter Punkt 1.3.3 erwähnten Brandtoten und die in Tabelle 1-1 dargestellen Vermögensschäden zwar unmittelbar ein, dennoch wird dieses Risiko nicht selten unterschätzt. Veranlasst durch einen entsprechenden Fall hat das Oberverwaltungsgericht Münster schon 1987 zu den Risiken von Bränden und deren Folgen in einem in der Fachwelt viel beachteten Urteil klargestellt [1.48]: „ … Es entspricht der Lebenserfahrung, dass mit der Entstehung eines Brandes praktisch jederzeit gerechnet werden muss. Der Umstand, dass in vielen Gebäuden jahrzehntelang kein Brand ausbricht, beweist nicht, dass keine Gefahr besteht, sondern stellt für den Betroffenen einen Glücksfall dar, mit dessen Ende jederzeit gerechnet werden muss. …“ Zum Schutz der Menschen und - nachrangig - zur Verminderung von Sachschäden sind daher in den Landesbauordnungen Schutzziele definiert, die im Hinblick auf den Brandschutz folgende Formulierungen enthalten (§ 14 MBO [1.49]): „Bauliche Anlagen sind so anzuordnen, zu errichten zu ändern und in Stand zu halten, dass der Entstehung eines Brandes und der Ausbreitung von Feuer und Rauch (Brandausbreitung) vorgebeugt wird, und bei einem <?page no="30"?> 16 Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame Löscharbeiten möglich sind“ Eine bauliche Anlage muss daher nach der Sicherheitsphilosophie des Baurechtes in brandschutztechnischer Hinsicht so geplant, ausgeführt und betrieben werden, dass bei einem Brand die Standfestigkeit des tragenden Systems über eine bestimmte Zeit erhalten bleibt die Entstehung und Ausbreitung von Feuer und Rauch innerhalb des Gebäudes begrenzt wird, die Ausbreitung von Bränden auf benachbarte Gebäude vermieden wird Bewohner die bauliche Anlage bei Bränden unverletzt verlassen oder durch andere Maßnahmen gerettet werden können wirksame Löschmaßnahmen möglich sind, ohne die Sicherheit der Löschmannschaften wesentlich zu gefährden. Die Einhaltung dieser Schutzziele ist durch Maßnahmen des Brandschutzes sicherzustellen. Die Wichtigkeit, die Brandschutzmaßnahmen für die sichere Nutzbarkeit von baulichen Anlagen zukommt, wird durch eine Entscheidung des Oberverwaltungsgerichtes Nordrhein-Westphalen unterstrichen, die zur Verpflichtung der für die Planung Verantwortlichen (aber in der Folge auch der Eigentümer und Betreiber von baulichen Anlagen) die Schutzziele des Baurechtes sachgerecht umzusetzen, sinngemäß ausführt [1.50]: „… Die finanziellen Interessen des betroffenen Eigentümers … haben gegenüber dem Interesse an der Vermeidung von Schäden an Leib und Leben sowie an der Minderung der Brandrisiken grundsätzlich zurückzutreten. …“ 1.5 Brandschutz als System Brandschutz wird heute allgemein verstanden als die Summe aller Maßnahmen, die geeignet sind, das Auftreten von Schadenfeuern zu verhindern und die Folgen von Bränden zu mindern. Nachdem historisch, wie oben unter Punkt 1.1 dargestellt, wesentlich Maßnahmen des Vorbeugenden baulichen Brandschutzes, bzw. Maßnahmen des Abwehrenden Brandschutzes im Vordergrund standen, kam Anfang des 19. Jahrhunderts der heute so genannte Betriebliche Brandschutz hinzu (gelegentlich auch Organisatorischer Brandschutz genannt, siehe aber Abbildung 1-4). Dieser umfasst betriebliche Maßnahmen, wie die Beauftragung von Einzelpersonen mit der Aufrechterhaltung und der Überwachung von Brandschutzmaßnahmen, der Erarbeitung von Notfallplanungen und der Ausbildung von Mitarbeitern über das Verhalten im Brandfall und das Bekämpfen von Bränden durch Mitarbeiter. Historisch hat der Betriebliche Brandschutz seine Wurzeln schon um 1830 in der Einrichtung von „Fabrikfeuerwehren“ aufgrund der gewachsenen Erkenntnis, dass der betriebliche Aufwand für die Unterweisung von Mitarbeitern über das Verhalten im Brandfall und zur <?page no="31"?> 17 Erstbekämpfung von Schadenfeuern sehr wohl auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sinnvoll ist. Diese Fabrikfeuerwehren sind die Vorläufer der heutigen Werkfeuerwehren und Betriebsfeuerwehren (siehe Kapitel 2). Erste betriebliche Brandschutzordnungen - heute inhaltlich in DIN 14096 beschrieben ([1.51]) - sind seit 1870 bekannt (Grönke [1.52], Lucke [1.53]). Bereits in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts sind erste Maßnahmen des heute so genannten Anlagetechnischen Brandschutzes (siehe Punkte 1.6 und 1.8) bekannt. Diese Maßnahmen, die mittels technischer Einrichtungen in und an baulichen Anlagen dazu beitragen, die Auswirkung auftretender Schadensfeuer zu begrenzen, konnten erst auf der technischen Grundlage der rasanten industriellen Entwicklung im 19 Jahrhundert erdacht werden und wurden, umgekehrt, auch erst zu dieser Zeit zum Schutze der bis dahin so nicht bekannten Wertekonzentration in Form der Produktionsanlagen notwendig. Grönke [1.52] berichtet von ersten mit Dampfmaschinen betriebenen privaten Wasserversorgungsnetzen in Fabriken schon 1875, im Jahre 1879 wurde der erste Sprinkler und im Jahr 1894 ein erster Brandmelder (der allerdings noch biologische Grundlagen hatte) patentiert. Abbildung 1-4: Brandschutz als ganzheitliches System Insgesamt wird der Brandschutz heute als ein ganzheitliches System aus den 4 Komponenten Baulicher Brandschutz, Anlagentechnischer Brandschutz, Betrieblicher Brandschutz und Abwehrender Brandschutz verstanden, wie es in Abbildung 1-4 dargestellt ist. <?page no="32"?> 18 Die 4 Komponenten eines ganzheitlichen Brandschutzkonzeptes können nun heute nicht mehr isoliert betrachtet werden, sondern es gibt eine Vielzahl von (teilweise gewollten) Interdependenzen und gegenseitigen Beeinflussungen. So findet man in den Bauordnungen der Länder folgende Formulierung (hier zitiert nach § 3 Musterbauordnung - MBO [1.49]): „Für Nutzungseinheiten … müssen in jedem Geschoss mindestens zwei voneinander unabhängige Rettungswege vorhanden sein …“ „Für Nutzungseinheiten, die nicht zu ebener Erde liegen muss der erste Rettungsweg über eine notwendige Treppe führen. Der zweite Rettungsweg kann ein weiterer Treppe oder eine mit Rettungsgeräten der Feuerwehr erreichbare Stelle der Nutzungseinheit sein ...“ Diese Vorschrift erlaubt es also ausdrücklich, Maßnahmen des Vorbeugenden baulichen Brandschutzes, nämlich die Verfügbarkeit eines zweiten baulichen Rettungsweges, durch Maßnahmen des Abwehrenden Brandschutzes, das Retten von Personen über Geräte der (öffentlichen) Feuerwehren, zu ersetzen. In vielen Sonderbauordnungen wird den gegenüber reiner Wohnbebauung erhöhten Gefahren in Bauten besonderer Art oder Nutzung (Sonderbauten wie z. B. Verkaufsstätten, Versammlungsstätten, Krankenhäuser u. a. m, vergl. hierzu § 2 (4) MBO und hinsichtlich erlassenen Sonderbauordnungen der Länder z. B. bei Löbbert et. al. [1.54]) dadurch begegnet, dass bestimmte anlagentechnische Maßnahmen - wie z. B. Brandmeldeanlagen - gefordert werden. Das heißt, dass hier auch denkbare und verordnungskonforme, jedoch häufig kostenintensivere oder aus gestalterischer Sicht nicht erwünschte bauliche Brandschutzmaßnahmen durch anlagentechnische Maßnahmen ersetzt werden (zu den gegenseitigen Abhängigkeiten von baulichen und anlagentechnischen Brandschutzmaßnahmen bei gleichem Sicherheitsniveau siehe bei Dehne [1.55]). Ähnliches gilt für die behördliche Anordnung der Aufstellung einer Werkfeuerwehr in baulichen Anlagen besonderer Art oder Nutzung nach § 2 (4) MBO. Werkfeuerwehren (siehe hierzu Kapitel 2) werden auf Kosten des Betreibers eingerichtet, um auf eigentlich erforderliche bauliche Brandschutzmaßnahmen verzichten zu können, den Abwehrenden Brandschutz durch die öffentlichen Feuerwehren zu verstärken bzw. dessen Schlagkraft zu erhöhen und/ oder Anlagentechnische Brandschutzeinrichtungen zu bedienen (Tschöpe [1.56]). 1.6 Aufgaben des Brandschutzingenieurs Es bestehen heute, wie oben unter Punkt 1.5 dargelegt, eine Vielzahl von gegenseitigen Abhängigkeiten, aber auch Kompensationsmöglichkeiten zwischen den 4 Komponenten eines ganzheitlichen Brandschutzes, etwa wie es in Abbildung 1-5 (Seite 20) für die wichtigsten Interdependenzen angedeutet ist. Aufgabe von Brandschutzingenieuren ist es nunmehr, bei der Planung von baulichen Anlagen durch eine möglichst optimale Abstimmung der einzelnen Komponenten <?page no="33"?> 19 eines ganzheitlichen Brandschutzes im Rahmen eines Brandschutzkonzeptes (z. B. nach vfdb-Richtline 01/ 01 [1.57]) eine den Sicherheitsanforderungen der Gesellschaft einerseits und den ökonomischen Vorgaben des Betreibers andererseits entsprechende Lösung zu finden. Dabei sind u. a. die folgenden Einzelfragen zu beantworten und die sich ergebenden Maßnahmen aufeinander abzustimmen und sinnvoll zu integrieren: Baulicher Brandschutz Wie ist die Zugänglichkeit der baulichen Anlagen vom öffentlichen Straßenraum? (Zugänge, Zufahrten) Gibt es einen zentralen Feuerwehr-Anlaufpunkt? Sind die Rettungswege nach Anzahl, Länge und Ausbildung ausreichend? Sind rauchdichte Türen und/ oder Rauchabzüge erforderlich? Entsprechen die Brandabschnitte und anderen brandschutztechnischen Unterteilungen und die Ausführung der trennender Bauteile den Anforderungen? Wie sind Öffnungen in abschnittsbildenden Bauteilen abgeschlossen? Sind anlagentechnische/ steuerungstechnische Maßnahmen erforderlich? Wie sind Rauchabschnitte angeordnet und entsprechen die Bauteile (Rauchschürzen, Rauchschutztüren) den Anforderungen? Sind die Bauteile hinsichtlich des Feuerwiderstandes (Standsicherheit, Raumabschluss, Isolierung usw.) ausreichend dimensioniert? Sind brennbare der Baustoffe vorhanden und ggf. ausreichend geschützt? Anlagentechnischer Brandschutz Sind aufgrund des Gefahrenpotentials Brandmeldeanlagen erforderlich? Welche Brandkenngrößen sollen überwacht werden? Welche Bereiche sollen überwacht werden und zu welcher Stelle erfolgt die Aufschaltung? Welche Alarmierungseinrichtungen für die Mitarbeiter sind erforderlich und wer löst die Alarmierung aus? Wo sind welche automatischen Löschanlagen vorhanden? Wie werden diese ausgelöst? Sind Maßnahmen durch Mitarbeiter oder die Feuerwehr erforderlich oder vorgesehen? Welche sonstigen brandschutztechnischen Einrichtungen, wie Steigleitungen, Wandhydranten, Druckerhöhungsanlage, halbstationäre Löschanlagen und Einspeisestellen für die Feuerwehr, werden benötigt und wo sind diese anzuordnen? <?page no="34"?> 20 Welche Bereiche sind gegen Raucheintritt abzusichern bzw. zu entrauchen? Welche Anlagenart ist erforderlich? Wann und wie wird diese ausgelöst? Welchen Einfluss hat dies auf die Rettungswegsituation? Wo sind zum Schutz von Bauteilen oder Einrichtungen Wärmeabzugsanlagen erforderlich und wie wirken sich diese auf die Rettungswegsituation oder automatische Löschanlagen aus? Berührt das Lüftungskonzept den Brandschutz (z. B. durch erforderliche Umsteuerung der Lüftungsanlagen von Umauf Abluftbetrieb) oder sind seitens des Brandschutzes Anforderungen an das Lüftungskonzept zu stellen? Wie ist der Funktionserhalt der sicherheitsrelevanten Anlagen über die erforderliche Zeit sichergestellt (Netzersatzversorgung, Ausführung der Zuleitungen, Sicherheits- und Notbeleuchtung) Haben Aufzüge eine Brandfallsteuerung? Wo wird die Notrufabfrage aufgeschaltet? Sind Feuerwehraufzüge erforderlich? Ist die einwandfreie Kommunikation von Einsatzkräften im Objekt sichergestellt? Sind Gebäudefunkanlagen erforderlich und wie sind diese ggf. auszuführen und in Betrieb zu nehmen? Abbildung 1-5: Einige Interdependenzen im System Brandschutz <?page no="35"?> 21 Betrieblicher Brandschutz Sind eine Brandschutzordnung nach DIN 14096, eine Evakuierungsplanung und Rettungswegpläne erforderlich? Werden die Mitarbeiter ausreichend über die Brandschutzordnung informiert? Ist ein Brandschutzbeauftragter zu bestellen? Welche Befugnisse sollte dieser haben? Werden Kennzeichnung der Rettungswege und Sicherheitseinrichtungen regelmäßig überprüft? Sind in ausreichendem Umfang Kleinlöschgeräte (Feuerlöscher, Löschdecken) vorhanden und die Mitarbeiter ausreichend in die Handhabung eingewiesen? Erfolgen regelmäßige Nachschulungen/ Unterweisungen? Ist die Einrichtung einer Werkfeuerwehr erforderlich? Welche Aufgaben soll/ muss diese eigenverantwortlich übernehmen? Abwehrender Brandschutz Wie ist die Leistungsfähigkeit der zuständigen Feuerwehren? Ist diese Leistungsfähigkeit tageszeitabhängig? Wie lang ist die Hilfsfrist? Wie kann diese beeinflusst werden? Ist die Löschwasserversorgung ausreichend? Welche Maßnahmen zur Verbesserung sind unter Berücksichtigung des Wasserbedarfes von automatischen Löschanlagen ggf. erforderlich? Sind Sonderlöschmittel erforderlich? Hält der Betrieb diese in ausreichender Menge vor? Sind Anlagen zur Löschwasserrückhaltung erforderlich? Ist ein Feuerwehrplan nach DIN 14095 erforderlich bzw. vorhanden? Welche Flächen für die Feuerwehr (Aufstell- und Bewegungsflächen) sind erforderlich? Sollten Feuerwehr-Schlüsseldepots (Feuerwehrschlüsselkästen) eingerichtet werden um den Zugang zu ermöglichen oder zu erleichtern? Gibt es Bereiche die vorrangig oder nicht durch die Feuerwehr zu begehen sind? Auf internationaler Ebene werden im System der ISO-Normen 13387 „Fire Safety Engineering“ [1.58] realistische Annahmen über die Entstehung, Ausbreitung und diemögliche Auswirkung von Bränden erarbeitet, die Wirksamkeit aktiver Brandschutzmaßnahmen, wie automatischer Brandmelde- und Löschanlagen und der Feuerwehren, beschrieben und Hinweise zur Integration in moderne Brandschutzkonzepte für Gebäude gegeben. Einen ähnlichen Ansatz hat auf nationaler Ebene ein Projekt der TU Braunschweig zum Aufbau von Expertensystemen für die brandschutz- <?page no="36"?> 22 technische Beurteilung von Gebäuden verfolgt (siehe hierzu bei Kiel [1.59]) und den Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes [1.60] vorgelegt. Bis zum Vorliegen ingenieurwissenschaftlich abgesicherter und allgemein anerkannter Regeln zur Bewertung von aktiven Brandschutzmaßnahmen im Rahmen eines Brandschutzkonzeptes muss individuell abgestimmt auf den Einzelfall und unter sinngemäßer Anwendung der Regeln der vfdb-Richtlinie 01/ 01 „Brandschutzkonzept“ [1.57] ein allgemein, das heißt vom Fachingenieur, vom Betreiber, von der öffentlichen Feuerwehr und von der Bauordnungsbehörde, akzeptiertes Konzept erarbeitet werden. Die in Abbildung 1-5 nur angedeuteten komplexen Interdependenzen der 4 Säulen des Brandschutzes machen „… die Notwendigkeit eines umfassenden Sachverstandes und die Fähigkeit zum interdisziplinären Denken des Brandschutzingenieurs (besser eines Teams von Brandschutzingenieuren) besonders deutlich …“ (zitiert nach Wiese [1.61]). Schon das national oder international vorhandene technische Regelwerk, das heißt also DIN-Normen, EN-Normen, VDE-Richtlinien, VdS-Vorschriften etc., ist inzwischen so umfassend und komplex, dass es häufig nur noch für den Fachingenieur - beispielsweise für Brandmeldeanlagen oder Rauchabzugsanlagen - in seiner Auswirkung vollständig zu erfassen ist. Im Folgenden werden die für Architekten und Ingenieure (auch Brandschutz- und Feuerwehringenieure) wichtigsten technischen Regeln und ihre Auswirkungen auf den Entwurf, die Planung und die Ausführung von Bauvorhaben aufgezeigt und das für Architekten und Ingenieure erforderliche Basiswissen vermittelt. Dabei wird der Schwerpunkt der Darstellung jeweils auf die vorhandenen bzw. in Kürze erwarteten technischen Regeln gelegt. Diese stellen, da sie den allgemein anerkannten Stand der Technik wiedergeben, notwendigerweise im gewissen Umfang Kompromisse dar und entsprechen daher nicht immer in vollem Umfange dem heute vorhandenen Stand der wissenschaftlichen Erkenntnis. Die dargestellten Tatbestände und Regeln sind im Allgemeinen aber als nachvollziehbare Entscheidungsgrundlage für ein ganzheitliches Brandschutzkonzept ausreichend. Zur tieferen Erarbeitung der wissenschaftlichen Grundlagen wird jeweils auf die Fachliteratur und als Einstieg insbesondere auf den Brandschutzleitfaden der vfdb hingewiesen [1.60]. <?page no="37"?> 23 1.7 Abwehrender Brandschutz Der abwehrende Brandschutz umfasst nach DIN 14011 [1.62] alle Maßnahmen zur Bekämpfung von Gefahren für Leben, Gesundheit und Sachen, die bei Bränden und Explosionen entstehen. Hiermit ist in der Hauptsache die Aufgabe der Feuerwehren im abwehrenden Brandschutz umschrieben; die Brandbekämpfung durch Laien (auch eingewiesene Personen) wird im Allgemeinen dem Betrieblichen Brandschutz zugeordnet (Punkt 1.5). Der Begriff „Bekämpfung“ meint hier aktive Maßnahmen durch Menschen (Feuerwehrpersonal) und grenzt an dieser Stelle den abwehrenden Brandschutz gegen den anlagentechnischen Brandschutz ab. Neben den Feuerwehren selbst werden üblicherweise folgende Einrichtungen zum abwehrenden Brandschutz gezählt die für den Feuerwehreinsatz erforderlichen Flächen auf Grundstücken (Kapitel 3), die Einrichtungen der Löschwasserversorgung (Kapitel 4), Die Organisation und Durchführung der Brandbekämpfung durch die Feuerwehr insgesamt ist bei weitem zu umfangreich und komplex, um sie hier auch nur annähernd vollständig darstellen zu können. Auf die interessanten und relativ ausführlichen Darstellungen von de Vries [1.24], Kemper [1.63], und Cimolino et. al. [1.64] wird insofern verwiesen. Wichtiger als Kenntnisse über die Durchführung der Brandbekämpfung sind für den Architekten und Ingenieur Kenntnisse über die Einsatzmöglichkeiten und die Einsatzgrenzen der Feuerwehren (Kapitel 2), um diese im Rahmen ganzheitlicher Brandschutzkonzepte angemessen berücksichtigen zu können. 1.8 Anlagentechnischer Brandschutz Zum Anlagentechnischen Brandschutz gehören alle technischen Maßnahmen an und in Gebäuden, sonstigen baulichen Anlagen, Fahrzeugen und Maschinen, die zur frühzeitigen Brandentdeckung, Rettung von Menschen (durch deren Warnung und Information) Brandbekämpfung und Begrenzung der Brandfolgeschäden (an Personen, Gebäuden, Anlagen und Umwelt) beitragen. Maßnahmen des Anlagentechnischen Brandschutzeswerden dann notwendig, wenn die Feuerwehr allein das Schutzziel nicht mehr sicherstellen kann, weil die Brandentwicklungszeit bis zum Wirksamwerden ihrer Maßnahmen zu lang wird. Ein Brand ist dann möglicherweise schon so groß, dass er mit den Mitteln der Feuerwehr nicht mehr beherrschbar ist (vergl. Kapitel 2) oder aber der Schaden an den betrieblichen Einrichtungen wird unvertretbar hoch. Der Anlagentechnische Brandschutz kann nach der Zweckbestimmung der Einrichtungen wie folgt untergliedert werden: <?page no="38"?> 24 Einrichtungen zur Erkennung und Übermittlung eines Gefahrenzustandes Fernsprechanlagen Gefahrenmeldeanlagen Öffentliche Feuerwehr-Notrufmelderanlagen Objektgebundene Brandmeldeanlagen Objektgebunden Warnanlagen Brandbekämpfungseinrichtungen Selbsthilfeanlagen Löschhilfeanlagen Automatische Löschanlagen - Raumschutzanlagen - Objektschutzanlagen Einrichtungen für den Rauch- und Wärmeabzug Natürliche Rauchabzugsanlagen Maschinelle Rauchabzugsanlagen Differenzdruckanlagen Wärmeabzugsanlagen Kühlungseinrichtungen Anlagen zur Kühlung von Behältern Anlagen zur Kühlung von tragenden Bauteilen Anlagen zur Kühlung von nichttragenden Bauteilen Einrichtungen nur für die Feuerwehr Steigleitungen Gebäudefunkanlagen Feuerwehrpläne Einrichtungen zur Löschwasser-Rückhaltung selbsttätig wirkende bauliche Systeme nicht selbstständig wirksame technische Systeme Anlagentechnische Brandschutzmaßnahmen können erhebliche Auswirkungen auf den Brandablauf, die Möglichkeit der Rettung von Menschen (Selbst- oder Fremdrettung) und die Einsatzmöglichkeiten der Feuerwehren haben, etwa wie es in Abbildung 1-6 angedeutet ist. Diese Darstellung macht deutlich, dass die meisten anlagentechnischen Maßnahmen mehrfach, an verschiedenen Stellen der Ursache-Wirkungsbeziehungen der komplex miteinander verknüpften Systeme Brand, Menschenrettung und Brandbekämpfung ansetzen und einwirken. Maßnahmen zur Verbesserung des Personenschutzes sind daher gleichzeitig sehr häufig auch Maßnahmen zur Verbesserung des Sachschutzes. <?page no="39"?> 25 Abbildung 1-6: Das System Brand - Mensch - Feuerwehr und seine Beeinflussung durch den Anlagentechnischen Brandschutz Zwar wird eine spezielle anlagentechnische Brandschutzmaßnahme ihre Existenzberechtigung überwiegend aus einem der jeweils relevanten Schutzziele ableiten, dennoch wird beispielsweise eine Rauchabzugsanlage stets auch Wärme aus dem Gebäude abführen, oder eine Löschhilfeeinrichtung dafür sorgen, dass neben der Begrenzung des Brandes auch eine Begrenzung der Rauchproduktion und damit der Folgeschäden durch Rauch entsteht. Schubert hat versucht [1.65], die Komplexität Brandablauf Selbstretten von Personen Art und Lage der Rettungswege Brandbekämpfung durch die Feuerwehr Warneinrichtung Rauchabzug Abtrennungen, Einbauten, Durchbrüche Menschenrettung Sicherung der Einsatzkräfte wirksame Löscharbeiten Schutz der Nachbarschaft Abmessungen des Gebäudes / der Räume Menge, Art und Verteilung des Rauminhaltes Angriffswege im Gebäude Ortsfeste Löschhilfeanlagen Wärmeabzugseinrichtungen Rauchabzugseinrichtungen Abtrennungen, Einbauten, Durchbrüche Ortsfeste Löschanlagen Rauch- und Wärmeabzug Kühlungseinrichtungen Zugänge Selbsthilfeanlagen Baustoffklassen, Bauteilklassen Selbsthilfe Nutzer des Gebäudes Abmessungen des Brandabschnittes Menge, Art und Verteilung der Brandlast Abmessungen des Raumes Abmessungen des Gebäudes Einrichtungen für die Feuerwehr Mittel und Kräfte der Feuerwehr Löschmittelversorgung Zufahrten und Bewegungsflächen Brandmeldeeinrichtungen Brandablauf Selbstretten von Personen Art und Lage der Rettungswege Brandbekämpfung durch die Feuerwehr Warneinrichtung Rauchabzug Abtrennungen, Einbauten, Durchbrüche Menschenrettung Sicherung der Einsatzkräfte wirksame Löscharbeiten Schutz der Nachbarschaft Abmessungen des Gebäudes / der Räume Menge, Art und Verteilung des Rauminhaltes Angriffswege im Gebäude Ortsfeste Löschhilfeanlagen Wärmeabzugseinrichtungen Rauchabzugseinrichtungen Abtrennungen, Einbauten, Durchbrüche Ortsfeste Löschanlagen Rauch- und Wärmeabzug Kühlungseinrichtungen Zugänge Selbsthilfeanlagen Baustoffklassen, Bauteilklassen Selbsthilfe Nutzer des Gebäudes Abmessungen des Brandabschnittes Menge, Art und Verteilung der Brandlast Abmessungen des Raumes Abmessungen des Gebäudes Einrichtungen für die Feuerwehr Mittel und Kräfte der Feuerwehr Löschmittelversorgung Zufahrten und Bewegungsflächen Brandmeldeeinrichtungen <?page no="40"?> 26 des Brandverlaufes, seiner Auswirkungen auf das Bauwerk und die Beeinflussung durch Maßnahmen des Baulichen und Anlagentechnischen Brandschutzes übersichtlich darzustellen. Seine etwas abgewandelte Darstellung (es sind hier nur die anlagentechnischen Maßnahmen dargestellt) ist in Abbildung 1-7 wiedergegeben. Im oberen Teil der Abbildung sind verschiedene durch den Brand hervorgerufene Temperaturverläufe in einem Bauteil wiedergegeben, die von den im unteren Teil angegebenen anlagentechnischen Gegebenheiten beeinflusst werden. Zusätzlich sind in der Mitte maßgebende Ereignisse des Abwehrenden Brandschutzes dargestellt, die ihrerseits wieder durch die Anlagentechnischen Gegebenheiten beeinflusst werden. Abbildung 1-7: Die Wirkung von Einrichtungen des Anlagentechnischen Brandschutzes auf die Temperaturentwicklung im Bauteil und den Einsatz der Feuerwehr (nach Schubert [1.65]) <?page no="41"?> 27 1.9 Literaturverzeichnis zu Kapitel 1 [1.1] Biegel, G.: Von der Nachbarschaftshilfe zur Berufsfeuerwehr - Brandschutz im antiken Rom, in „Kampf gegen Feuer - zur Geschichte der Berufsfeuerwehr Braunschweig“ ISBN 3-927939-49-8, Braunschweig 2000 [1.2] Nickel, H.: Schadenfeuer und ihrer Bekämpfung vom Mittelalter bis zur Mitte des 19. 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Auflage November 2015 <?page no="44"?> 30 [1.61] Wiese, J.: Ingenieurverfahren für die Bewertung von aktiven Brandschutzmaßnahmen im Rahmen von Brandsicherheitsnachweisen, VdS-Seminar Ingenieurmäßige Verfahren in Brandschutz (4), Tagungsband, Köln 1997 [1.62] DIN 14011: 2018-01 Begriffe aus dem Feuerwehrwesen [1.63] Kemper, H.: Grundregeln der Brandbekämpfung, Brandgefahren, Einsatzlehre, in Handbuch Brandschutz, ecomed-verlag 2000 [1.64] Cimolino, U.; Aschenbrenner; D., Lembeck, l., Südmersen, J.: Lösch- und Rettungseinsatz unter Atemschutz, in Handbuch Brandschutz, ecomed-verlag 2000 [1.65] Schubert, K.-H.: Problemanalyse zur Berechnung von Löschflächen unter Berücksichtigung der im Industriebau vor allem bei eingeschossigen Hallen anzutreffenden Gegebenheiten in Abhängigkeit der Kräfte und Mittel der Feuerwehr, Dissertation, TU Berlin 1979 <?page no="45"?> 31 2 Die Rolle der Feuerwehren Wie in Kapitel 1 dargestellt, sind die Komponenten eines ganzheitlichen Brandschutzes durch vielfältige Wechselbeziehungen miteinander verknüpft. Um die Anforderungen an die anderen Komponenten, insbesondere an den Anlagentechnischen Brandschutz, realistisch einschätzen zu können, sind daher auch Kenntnisse über die Fähigkeiten und Grenzen des Abwehrenden Brandschutzes - der Feuerwehren - erforderlich. 2.1 Rechtsgrundlage Die Sicherstellung des abwehrenden Brandschutzes ist nach den Brandschutzgesetzen der Bundesländer (z. B. in Niedersachsen, [2.1]) eine Pflichtaufgabe der Gemeinden. In einigen Bundesländern ist sie auch eine „Pflichtaufgabe zur Erfüllung nach Weisung“ [2.2]. Pflichtaufgabe bedeutet hier, dass die Gemeinden diese Aufgabe wahrnehmen müssen, allenfalls die Ausgestaltung der Wahrnehmung obliegt ihrer Selbstbestimmung. Soweit der abwehrende Brandschutz eine Pflichtaufgabe zur Erfüllung nach Weisung ist, können seitens der Aufsichtsbehörde (dies ist in der Regel das Innenministerium des Landes) auch der Umfang und die Art und Weise der Aufgabenerfüllung vorgegeben werden. 2.2 Risikoanalyse und Brandschutzbedarfsplan Zur Sicherstellung des abwehrenden Brandschutzes richten die Gemeinden nach den geltenden Brandschutzgesetzen entsprechend der örtlichen Gegebenheiten öffentliche Feuerwehren ein. Die Gemeinden müssen also eine Feuerwehr aufstellen, die in der Lage ist, den nach den örtlichen Gegebenheiten zu erwartenden Aufgaben gerecht zu werden. Diese örtlichen Gegebenheiten einer Gemeinde werden dabei geprägt durch: Einwohnerzahl und Einwohnerstruktur (Anzahl, Altersstruktur, Ausländeranteil etc.) Größe (Fläche, Längsausdehnung) <?page no="46"?> 32 Topographie (Berge, Flüsse, Wälder, Moore) Gebäudestruktur (moderne Bauten, Altstadtkern, historische Baudenkmäler) Verkehrswege und Verkehrsträger (Fernstraßen, Fernbahnen, Schnellfahrstrecken, Flughäfen, Binnenschiffverkehr) Industrie und Gewerbe (Metallindustrie, Luftfahrtindustrie, Chemieindustrie, Dienstleistungsgewerbe, Zentrallager, etc.) Infrastruktur (Löschwasserversorgung, Nachrichtenversorgung) Die Gemeinde hat nun in einer Risikoanalyse für ihr Gebiet die vorhandenen Risiken zu erfassen (siehe hierzu [2.3], [2.4], Grabski et. al. [2.5] sowie Schubert [2.6]) und darzustellen und im Rahmen der Bemessung der örtlichen Feuerwehrkräfte und Einsatzmittel darzulegen, welches Sicherheitsniveau sie den Einwohnern ihrer Gemeinde bieten will. Mit anderen Worten: Sie muss nachvollziehbar darlegen, was ihre Feuerwehr leisten kann und was sie eingeplant nicht leisten können muss. Diese Brandschutzbedarfsplanung ist ausreichend zu dokumentieren und in regelmäßigen Abständen fortzuschreiben. Das gewünschte Sicherheitsniveau einer Gemeinde ist im Rahmen der gesetzlichen Sicherstellungsverpflichtung eine politische Entscheidung. Die Willensbildung über und der Beschluss des Sicherheitsniveau erfolgt durch die politischen Vertreter der Kommune und führt in Folge dieses Beschlusses zu einer Selbstbindung der Gemeinde (Graeger [2.7]), diesen Bedarfsplan auch zu erfüllen, d. h. im Wesentlichen die notwendigen Haushaltsmittel zur Verfügung zu stellen. Der Brandschutzbedarfsplan einer Gemeinde sollte die folgenden Gliederungspunkte enthalten ([2.3], [2.4]): Allgemeiner Teil Darstellung der rechtlichen Grundlagen Darstellung der Aufgaben der Feuerwehr Gefährdungspotential Schutzzielfestlegung Sollstruktur der Gefahrenabwehr Iststruktur der Gefahrenabwehr Vergleich der Strukturen Erforderliche Maßnahmen Berichtswesen Fortschreibung Anhänge <?page no="47"?> 33 Wesentlich zur Feststellung des Bedarfes ist dabei der Vergleich der Sollstruktur (der gewünschten Situation) mit der Iststruktur (der tatsächlich vorhandenen Situation). Hierzu muss zunächst in einer Risikoanalyse, die objektiv und ohne Bezug zur derzeitigen Leistungsfähigkeit der Feuerwehr erfolgt, das Gefährdungspotential der Gemeinde festgestellt werden. Zum Zweiten sind die Schutzziele der Gemeinde festzulegen. Ähnlich wie das Baurecht Schutzziele vorgibt (vgl. MBO § 14 [2.8]), ist die Gemeinde verpflichtet eine klare Aussage über das Sicherheitsniveau, was sie ihren Bürgern zur Abwehr verschiedener Gefahrensituationen bieten will, zu formulieren (siehe z. B. FSHG NRW [2.2]). Diese Schutzziele werden allgemein über die folgenden Begriffe definiert: die Mindesteinsatzstärke der Einheiten nach Personal und technischem Gerät, mit der bestimmte sog. Kritische Ereignisse (z. B. Wohnungsbrände) bekämpft werden sollen, die Hilfsfrist mit der eine Aussage getroffen wird, welche Zeit von der Entgegennahme des Notrufes in der Leitstelle der Feuerwehr bis zum Eintreffen der Feuerwehr an der Einsatzstelle vergehen darf und den Erreichungsgrad das heißt einer Vorgabe, in wie viel Prozent der grundsätzlich unabhängig voneinander erfolgenden Ereignisse die jeweils definierten Werte für die Mindesteinsatzstärke und die Hilfsfrist erreicht werden sollen. Schutzzieldefinitionen sind nun durchaus nicht überall einheitlich, sondern unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich der einzuhaltenden Hilfsfrist. Die Länder Bayern, Sachsen Anhalt, Schleswig-Holstein und Thüringen geben in ihren jeweiligen Brandschutzgesetzen 10 Minuten vor. Hessen legt die Hilfsfrist ebenfalls auf 10 Minuten fest, fordert aber bei besonders gefahrenerhöhenden Gegebenheiten 8 Minuten. Letzteres ist die Frist, die in Rheinland-Pfalz generell einzuhalten ist. Das Land Hamburg gibt - abhängig vom Risiko - Hilfsfristen zwischen 5 Minuten und 15 Minuten vor. Über diese Uneinheitlichkeit hinaus ist häufig nicht (legal-)definiert, welche Zeiten in die Ermittlung der Hilfsfrist eingehen (eine Übersicht über deutsche und ausgewählte internationale Hilfsfristen findet man bei Bentz [2.9] ). Im Jahre 1998 hat die Arbeitsgemeinschaft der Leiter der Berufsfeuerwehren - AGBF - eine Schutzzieldefinition vorgeschlagen [2.11], die 2015 überarbeitet wurde und den Rang einer technischen Regel gewonnen hat (Graeger [2.7]). Als Hilfsfrist wird daher hier entsprechend [2.4] und [2.11] die Zeit zwischen Annahme des Hilfeersuchens (erstes Klingeln des Notrufes in der Leitstelle) und Eintreffen der Feuerwehr am Einsatzort bezeichnet (siehe Punkt 2.4.1); diese Definition wurde 2010 in die DIN 14011 übernommen [2.12]. Die Hilfsfrist soll nach AGBF 10 Minuten für die ersten 10 Einsatzkräfte und weitere 5 Minuten für weitere 6 Einsatzkräfte betragen, so dass spätestens nach 15 Minuten die für die Bewältigung des sog. kritischen Ereignisses erforderlichen 16 Feuerwehrangehörigen (Einsatzdienstfunktionen) mit einer ausreichenden Fahrzeugausstattung am Einsatzort sind. Das nach Meinung der Ar- <?page no="48"?> 34 beitsgemeinschaft der Leiter der Berufsfeuerwehren - AGBF - anzusetzende kritische Ereignis wird unter Punkt 2.4.2 näher dargestellt. Abbildung 2-1: Hilfsfristen verschiedener Bundesländer für Feuerwehren in Städten Als Beispiel für eine Schutzzieldefinition sei hier jene der Feuerwehr Braunschweig genannt, die dem Feuerwehrbedarfsplan der Stadt [2.12] zu entnehmen ist und seit 2008 inhaltlich mit der AGBF Schutzzieldefinition übereinstimmt: Die Feuerwehr Braunschweig hat das Ziel, im gesamten Stadtgebiet innerhalb von 9,5 Minuten nach Eingang des Notrufes mit einer Funktionsstärke von 10 Einsatzkräften (H1, F1) innerhalb von 14,5 Minuten nach Eingang des Notrufes mit einer Funktionsstärke von 16 Einsatzkräften (H2, F2) mit einer auf das kritische Ereignis ausgerichteten technischen Ausstattung auch bei zwei parallelen Einsatzstellen einzusetzen und dies für 90% aller Einsatzfälle sicherzustellen. Die Nichtverfügbarkeit geeigneter taktischer Einheiten soll maximal einmal pro Jahr auftreten. <?page no="49"?> 35 Abbildung 2-2: AGBF-Schutzziel Aus der Anzahl der Einsätze pro Jahr und deren durchschnittliche Dauer kann über statistische Berechnungen (sog. Poissonverteilung, siehe z. B. bei WIBERA [2.14], mathematische Grundlagen z. B. bei Meschkowski [2.15]) die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten mehrerer Einsätze gleichzeitig ermittelt werden. Sollen diese Einsätze gleichzeitig und parallel - d. h. ohne Verzögerung - abgearbeitet werden, so muss für jeden der berechneten Paralleleinsätze die erforderliche Mindesteinsatzstärke vorgehalten werden. Hieraus folgt unmittelbar die für die Bewältigung gleichzeitiger Ereignisse erforderliche Anzahl der für ein Gemeinwesen erforderlichen Einsatzeinheiten (d. h. der Fahrzeuge mit der zugehörigen Besatzung) und damit die Anzahl der stets zu besetzenden Einsatzdienstfunktionen. Einsatzdienstfunktionen sind die außerhalb von Einsätzen stets auf einer Feuerwache sofort für den Einsatz bereiten Feuerwehrangehörigen, hierzu gehören auch rückwärtige Einsatzdienstfunktionen, wie z. B. Mitarbeiter einer Feuerwehr-Einsatzleitstelle). Mit Hilfe der Anzahl der Einsatzdienstfunktionen kann unter Berücksichtigung der wöchentlichen Dienstzeit und der Ausfallquote der Personalbedarf einer Feuerwehr berechnet werden. Die zusammengefassten personellen und materiellen Anforderungen sind in einer Sollstruktur in die gewünschte organisatorische Form zu bringen und ergeben dann die gewünschte Struktur der Feuerwehr. Die Ermittlung der Iststruktur der Feuerwehr erfolgt, indem vorhandenes Personal und Material ermittelt und die vorhandenen Strukturen aufgezeigt werden. Des Weiteren sind sämtliche durch die Feuerwehr wahrgenommenen Aufgaben aufzuzeigen. Die Ermittlung der Iststruktur erfolgt wertungsfrei. <?page no="50"?> 36 Im Vordergrund des Vergleiches der Strukturen steht die Untersuchung, mit welchem Erreichungsgrad die Feuerwehr mit der vorhandenen Organisationsform und Ausstattung (personell und technisch) die Qualitätskriterien Mindesteinsatzstärke und Hilfsfrist der Schutzzielfestlegungen erfüllt. In einem umfassenden Vergleich, der alle vernünftigerweise einzubeziehenden Ereigniskonfigurationen enthalten muss, sind alle Abweichungen zwischen Soll- und Iststruktur festzustellen und die Ursachen zu ermitteln. Aus den festgestellten Abweichungen zwischen Soll- und Iststruktur ergeben sich die notwendigen Folgerungen für die notwendigen Änderungen. Dabei muss den Maßnahmen zur Erfüllung der gesetzlichen Pflichtaufgaben unbedingt der Vorrang vor nur wünschenswerten Maßnahmen eingeräumt werden. Zu den Pflichtaufgaben einer Gemeinde zählt nach der Interpretation von Gräger [2.7] auch die Erfüllung der Schutzzielfestlegungen. 2.3 Arten der Feuerwehren Je nach dem Ergebnis der Risikoanalyse ist die Feuerwehr einer Gemeinde als Freiwillige Feuerwehr oder als Berufsfeuerwehr aufzustellen. Großstädte müssen auf gesetzlicher Grundlage grundsätzlich eine Berufsfeuerwehr aufstellen (Punkt 2.3.2). Werkfeuerwehren sind Einrichtungen von Betrieben und damit keine öffentlichen Feuerwehren. Sie sollen für die besonderen Gefahren bestimmter Betriebe die öffentlichen Feuerwehren ergänzen und verstärken (Punkt 2.3.5). 2.3.1 Freiwillige Feuerwehren - FF Da die weit überwiegende Anzahl der Kommunen in Deutschland keine Großstädte sind, stellen sie lediglich eine Freiwillige Feuerwehr auf. Die Anzahl und Einsatzzahlen der Freiwilligen Feuerwehren sind Tabelle 2-1 zu entnehmen. Tabelle 2-1: Freiwillige Feuerwehren in Deutschland 2015 (nach [2.16]) Freiwillige Feuerwehren Gesamteinsätze 1.192.304 Brände und Explosionen 122.223 Wehren 22.690 Technische Hilfeleistung 376.166 Wachen (Feuerwehrhäuser) 30.849 Notfallrettung 424.504 Ständig besetzte Wachen 168 Krankentransport 144.072 Aktive Mitglieder 996.688 Sonstige (incl. Kat.-Alarme) 37.910 Hauptberuflich Aktive 6.174 Fehlalarme 87.479 Kennzeichnend für Freiwillige Feuerwehren sind die folgenden Merkmale: Freiwillige Feuerwehren sind in jeder Gemeinde vorhanden, <?page no="51"?> 37 die Feuerwehrmänner und -frauen sind ehrenamtlich tätig, die Feuerwehrangehörige (Sammelbegriff) kommen im Alarmfall aus der Wohnung oder vom Arbeitsplatz, Freiwillige Feuerwehren erreichen Ausrückezeiten von 5 bis 6 Minuten, insbesondere tagsüber auch länger Freiwillige Feuerwehren treffen im ersten Zugriff mit 3 bis 6 Feuerwehrangehörigen (SB) ein, tagsüber ist jedoch gelegentlich kein Ausrücken möglich, da nicht genügend Feuerwehrmitglieder ihren Arbeitsplatz in der Gemeinde haben (dies gilt insbesondere für kleinere Gemeinden, siehe hierzu [2.17] und Punkt 2.4.5), Ausbildung [2.18]: generell 50 Std. bis 160 Std.; . Spezialkräfte (z. B. für schwere technische Hilfeleistung, Chemieschutz) bis 240 Std.; Führungskräfte bis 400 Std. die Erfahrung Mitglieder Freiwilliger Feuerwehren ist zum Teil groß (wenn sie nahe am Feuerwehrhaus wohnen und/ oder arbeiten und somit nahezu alle Einsätze miterleben), im Durchschnitt jedoch eher gering. 2.3.2 Berufsfeuerwehren - BF Berufsfeuerwehren sind in Großstädten (ab 100 000 Einwohner) zwingend einzurichten (in einigen Bundesländern bereits ab 80 000 Einwohner [2.19]). Die kleinste Kommune mit Berufsfeuerwehr ist derzeit (Mitte 2018) Altenburg mit nur ca. 36000 Einwohnern [2.20]. Tabelle 2-2: Berufsfeuerwehren in Deutschland 2015 (nach [2.16] und [2.20]) Berufsfeuerwehren Gesamteinsätze 2.476.137 Brände und Explosionen 57.463 Wehren 105 Technische Hilfeleistung 227.076 Wachen (Feuerwehrhäuser) 321 Notfallrettung 1.609.672 Ständig besetzte Wachen 315 Krankentransport 335.054 Aktive Mitglieder 31.308 Sonstige (incl. Kat.Alarme) 70.237 Hauptberuflich Aktive 31.308 Fehlalarme 176.635 Kennzeichnend für Berufsfeuerwehren sind die folgenden Merkmale: Feuerwehrmänner und -frauen der Berufsfeuerwehren sind als Beamte hauptamtlich tätig, <?page no="52"?> 38 die Feuerwehrangehörigen sind stets, das heißt 24 Std. täglich, 365 Tage im Jahr, auf Feuerwachen zum Ausrücken bereit, Berufsfeuerwehren erreichen Ausrückezeiten von 1 bis 2 Minuten (ein guter Wert sind 70 bis 90 Sek.), Berufsfeuerwehren treffen im ersten Zugriff an der Schadenstelle mit 12 bis 16 Feuerwehrangehörigen (SB) ein; die Anzahl richtet sich dabei zum einen nach der Stärke der Feuerwehr, zum anderen nach dem Alarmierungsstichwort („Feuer“, „Feuer mit Menschenleben in Gefahr”, „Technische Hilfeleistung”) Ausbildung [2.21]: für die Laufbahngruppe 1 Eingangsamt 2 (ehemals mittlerer feuerwehrtechnischer Dienst) 2 400 Std. (1,5 Jahre) Eingangsvoraussetzung ist dabei eine abgeschlossene Lehre in einem für die Feuerwehr geeigneten Beruf (z. B. Tischler, Schlosser, Kfz-Mechatroniker, siehe z. hierzu z. B.[2.21]) Führungskräfte der Laufbahngruppe 2 Eingangsamt 1 (ehemals gehobener feuerwehrtechnischer Dienst) erhalten mindestens 3 200 Std. Ausbildung (2 Jahre), durch weitere obligatorische Lehrgänge kommen schnell bis zu 4 000 Std. zusammen; Eingangsvoraussetzung für diese Führungskräfte ist ein abgeschlossenes Hoch- oder Fachhochschulstudium (z. B. Bauingenieur, Maschinenbauingenieur, Chemieingenieur); Führungskräfte der Laufbahngruppe 2 Eingangsamt 2 (ehemals höherer feuerwehrtechnischer Dienst), die in der Regel als Leiter von Feuerwehren bzw. Abteilungsleiter größerer Feuerwehren tätig sind, erhalten eine feuerwehrtechnische Ausbildung von bis zu 4 000 Std. (2 Jahre Brandreferendariat siehe [2.22], zuzüglich div. Speziallehrgänge,); Eingangsvoraussetzung für die höheren Führungskräfte ist ein abgeschlossenes Hochschulstudium als Ingenieur oder Naturwissenschaftler. die Erfahrung von Berufsfeuerwehrbeamten ist in der Regel groß, vielfältig und fundiert. 2.3.3 Freiwillige Feuerwehren mit hauptamtlichen Kräften - FF mit HaK Freiwillige Feuerwehren mit Hauptamtlichen Kräften (in manchen Ländern auch Hauptamtliche Wachbereitschaften genannt) bestehen in der Mehrzahl des Personals aus Freiwilligen Feuerwehrmännern und -frauen. Aufgrund der Vielzahl der Einsätze in größeren Gemeinden (ca. ab 30 000 bis 50 000 Einwohner) ist es jedoch erforderlich, für den ersten Abmarsch Berufsfeuerwehrleute zur Verfügung zu haben (siehe hierzu z. B. in ThürFw-OrgVO § 1 Abs. 4 [2.23]). Im zweiten Abmarsch werden <?page no="53"?> 39 dann die Freiwilligen Feuerwehrkräfte eingesetzt. Freiwillige Feuerwehren mit hauptamtlichen Kräften nehmen also eine Zwischenstellung zwischen Freiwilligen Feuerwehren und Berufsfeuerwehren ein. In Niedersachsen sind z. B. die Feuerwehren von Celle, Delmenhorst, Cuxhaven und Hameln Freiwillige Feuerwehren mit hauptamtlichen Kräften. Die Freiwilligen Feuerwehren mit hauptamtlichen Kräften werden statistisch als Freiwillige Feuerwehren erfasst, daher sind ihre Werte in Tabelle 2-1 enthalten. 2.3.4 Pflichtfeuerwehren - PF Pflichtfeuerwehren sind dann einzurichten, wenn in einer Gemeinde keine Freiwillige Feuerwehr zustande kommt. Derzeit (2018) gibt es in der gesamten Bundesrepublik nur 5 Pflichtfeuerwehren. Die statistischen Daten sind in Tabelle 2-1 mit enthalten. 2.3.5 Werkfeuerwehren - WF Betriebe, deren Gefahrenpotential so hoch liegt, dass der Gemeinde nicht zugemutet werden kann, ausschließlich für die Gefahrenabwehr in diesem Betrieb Feuerwehrpersonal und Feuerwehrgerät vorzuhalten, können verpflichtet werden, zur Verstärkung der gemeindlichen Feuerwehr eine anerkannte Werkfeuerwehr aufzustellen (§ 15 NdS BrandSchG [2.1]). Anhand einer Risikoanalyse der betrieblichen Gegebenheiten und Definition von Schutzzielen sind die Stärke und die technische Leistungsfähigkeit der Werkfeuerwehren festzulegen (siehe z. B. bei Tschöpe [2.24]). Es ist möglich, außerhalb der Betriebszeit die Anzahl der einsatzbereiten Feuerwehrangehörigen zu verringern, wenn die dann vorhandene Gefahrenlage es erlaubt. Anerkannte Werkfeuerwehren müssen jedoch mit einer Mindeststärke von 6 Feuerwehrmännern, die in der Regel nach den Grundsätzen für Berufsfeuerwehren auszubilden sind, einsatzbereit sein. Diese 6 Funktionen sind während der regelmäßigen Betriebszeit einsatzbereit zu halten. Durch die Aufstellung einer anerkannten Werkfeuerwehr können Betriebe entweder sonst erforderliche bauliche und/ oder anlagentechnische Brandschutzmaßnahmen vermeiden bzw. minimieren (vergl. Abbildung 1-5 auf Seite 20) und/ oder ihre Versicherungsprämien deutlich senken. Dies liegt daran, dass Werkfeuerwehrmänner (SB) über eine sehr gute Ortskenntnis in ihrem Betrieb verfügen und an potentiellen Schadenorten in sehr kurzer Zeit - in der Regel innerhalb von 3 bis 5 Minuten - eintreffen und tätig werden können. In manchen Betrieben werden daneben noch sog. Betriebsfeuerwehren oder Hausfeuerwehren aufgestellt. Sie sind jedoch, wenn sie nicht als Werkfeuerwehr anerkannt werden, als nichtöffentliche (private) Feuerwehren Einrichtungen der Betriebe. Damit sind sie dem organisatorischen Brandschutz zuzuordnen. <?page no="54"?> 40 Tabelle 2-3: Werkfeuerwehren in Deutschland 2015 (nach [2.16]) Werkfeuerwehren Gesamteinsätze 147.434 Brände und Explosionen 12.392 Wehren 735 Technische Hilfeleistung 44.901 Wachen (Feuerwehrhäuser) 620 Notfallrettung 20.590 Ständig besetzte Wachen 209 Krankentransport 15.949 Aktive Mitglieder 30.707 Sonstige (incl. Kat.Alarme) 22.125 Hauptberuflich Aktive 8.810 Fehlalarme 31.477 2.4 Anforderungen an die Feuerwehr Die in den Brandschutzgesetzen der Länder übereinstimmend festgelegte Aufgabe der Feuerwehren ist, im Brandfalle Menschen zu retten Brandbekämpfung durchzuführen Sachwerte zu schützen Bei technischen Notlagen z. B. Verkehrsunfällen ist die Aufgabenstellung nahezu identisch, lediglich die Brandbekämpfung wird in der Regel im Rahmen einer Absicherungsmaßnahme nur vorbereitet. Um ihre Aufgaben durchführen zu können, müssen die Feuerwehren über eine personell und technisch ausreichende - nämlich den örtlichen Verhältnissen entsprechende - Ausstattung verfügen. Diese kann aus den nachfolgenden Überlegungen abgeleitet werden. 2.4.1 Hilfsfrist In die Hilfsfrist gehen die folgenden grundsätzlich von der Feuerwehr zu beeinflussenden Zeiten ein (nach [2.4] und [2.11], siehe auch Abbildung 2-3 Gesprächs- und Disponierungszeit Entgegennahme des Alarmierungsanrufes in der Leitstelle der Feuerwehr, Disponierung der zuständigen und geeigneten Einheiten, Auslösen der Alarmierungseinrichtungen Ausrückezeit Verlassen des Arbeitsplatzes (auf der Feuerwache oder im Berufsleben) Weg zur Wache/ zum Fahrzeug, Anlegen der Schutzkleidung, Besetzen der Fahrzeuge, Ausrücken Anfahrtszeit Verlassen der Wache, Fahrt auf dem günstigsten Weg, Eintreffen, Absitzen <?page no="55"?> 41 Erkundungszeit Erfassen der Lage, Beurteilung, Entschluss, Befehlsgebung (siehe FwDV 100 [2.10]) Entwicklungszeit Aufbau der Angriffsleitungen und ggf. Leitern, Wasserversorgung, Eindringen ins Objekt, Aufnahme der Brandbekämpfung Abbildung 2-3: Hilfsfrist und Eingreifzeit nach [2.4], [2.11] - verfügbare Zeiten Besonders kritisch für die Bemessung der Hilfsfrist der Feuerwehren sind die Zeiten, die zur Personenrettung bei Bränden zur Verfügung stehen. Hierzu muss angemerkt werden, dass die meisten Menschen nicht durch Feuer, sondern durch Rauch zu Schaden kommen bzw. ums Leben kommen. Auswertungen der Brandversuche Lehrte [1.18] haben ergeben, dass selbst bei geschlossenen Türen ein Schwelbrand in einem Raum einer Wohnung dazu führt, dass (schlafende) Personen im Nebenraum schon nach ca. 13 Minuten so viel Kohlenmonoxid eingeatmet haben, dass sie ohne weitere Maßnahmen sterben würden. Bereits etwa 17 Minuten nach Brandausbruch im Nebenraum ist für diese Personen die Reanimationsgrenze erreicht, das heißt, auch alle Maßnahmen der modernen Intensivmedizin sind nicht mehr in der Lage, das betroffene Leben zu retten (vgl. Abbildung 2-4). <?page no="56"?> 42 Abbildung 2-4: CO-Konzentration, Reanimationssgrenze und Überlebensgrenze in Abhängigkeit von der Vorbrenndauer (Quelle: ORBIT-Studie [2.26]) Aus diesen Daten ist also abzuleiten, dass die Feuerwehr spätestens nach ca. 13 Minuten den Einsatzort erreicht haben muss und dann noch ca. 4 Minuten zum Auffinden, Retten und Reanimieren der Personen verbleiben. Anmerkung: Neuere Untersuchungen zur Überprüfung der Aussagen der ORBIT- Studie (Kaiser [2.49]) lassen vermuten, dass neben Kohlenmonoxid auch HCN eine wesentliche Rolle bei der Vergiftung von Rauchtoten spielt. Insbesondere die Zeit bis zur Bewußtlosigkeit scheint kürzer zu sein, als in Abbildung 2-4 dargestellt. 4 Minuten sind eine sehr kurze Zeit zum Retten von Personen, da zunächst das Brandgeschoss erreicht werden und dann aufgrund der Verrauchung der Brandwohnung die Personensuche „unter Nullsicht“, d. h. tastend, erfolgen muss. Neuere Untersuchungen haben ergeben, dass die durchschnittliche Rettungszeit selbst bei kleineren Gebäuden deutlich über den oben abgeleiteten 4 Minuten liegen (Lindemann [2.48], Kaiser [2.49]). Aus diesen Ergebnissen sind bis dato noch keine allgemein anerkannten Folgerungen festgeschrieben. <?page no="57"?> 43 Weitere Auswertungen der Brandversuche Lehrte, wie auch Beobachtungen bei realen Schadenfeuern, haben ergeben, dass im Durchschnitt ca. 18 Minuten nach Brandbeginn der sog. ”Flash-over” eintritt. Bis dahin haben sich im Brandraum aufgrund der Wärmeeinwirkung in großem Maße brennbare Pyrolysegase entwickelt. Ca. 18 Minuten nach Brandbeginn ist die Temperatur auf 400 °C bis 600 °C angestiegen. Bei diesen Temperaturen versagen üblicherweise verwendete Fenster, so dass (schlagartig) Sauerstoff in den Brandraum eintritt. Dies führt zu einem sofortigen Durchzünden der vorhandenen brennbaren Gase, der Raum steht unmittelbar im Vollbrand. Die Feuerwehr muss nun vermeiden, in dieser Phase des Flashover die Brandbekämpfung aufzunehmen, da die Gefahren für das eingesetzte Personal nicht abschätzbar sind (vergl. bei Widetschek [2.27]). Aus diesem Grund muss eine Feuerwehr also anstreben, deutlich vor der 18. Minute mit der Brandbekämpfung vor Ort zu beginnen (zur gesetzlichen Verpflichtung diese Hilfsfrist auch einzuhalten siehe bei Bentz [2.9]). Als dritte Einflussgröße ist zu berücksichtigen, dass die Feuerwehr sich nach Möglichkeit nicht im Gebäude aufhalten will, wenn es aufgrund der Temperaturerhöhung in den tragenden Bauteilen zum Versagen derselben kommt (vergl. Abbildung 1-7 auf Seite 26). Zwar liegen in der Regel die entsprechenden Zeiten bei mindestens 30 Minuten (F 30-Bauweise, siehe hierzu MBO [2.4]), jedoch muss stets damit gerechnet werden, dass sich der Beginn der eigentlichen Brandbekämpfung aufgrund des notwendigen Rettens von Personen, des Aufbaus einer Wasserversorgung etc. bis auf 30 Minuten oder länger ausdehnen kann (Punkt 2.5). Abbildung 2-5: Flash-over-Gefahr und Eingreifzeit der Feuerwehr 2.4.2 Personelle und technische Leistungsfähigkeit von Berufsfeuerwehren Neben der zeitlichen Komponente der Leistungsfähigkeit von Feuerwehren gibt es eine personelle und technische Komponente, die im Begriff Mindesteinsatzstärke abgebildet wird. Um die sog. „kritischen Auslegungsereignisse” in der Brandbekämp- <?page no="58"?> 44 fung und der Technischen Hilfeleistung beherrschen zu können, sind bestimmte Mindestpersonalstärken und bestimmte minimale technische Möglichkeiten erforderlich. Kritisches Ereignis für die Bemessung der Anzahl von Feuerwehrkräften in Städten mit Berufsfeuerwehr (BF) bei Brandbekämpfung ist nach Meinung der AGBF [2.11]: Brandbekämpfung in einem Obergeschoss eines mehrgeschossigen Wohngebäudes, vorgetragen über Treppenraum und tragbare Leitern bei gleichzeitig durchgeführter Personenrettung. Zwar machen die Ereignisse, bei denen diese Aufgaben parallel durchzuführen sind nur einen Bruchteil aller Schadensfälle aus, jedoch ist bei einer Vielzahl von Brandalarmen nicht von vornherein auszuschließen, dass Menschen in Gefahr sind, so dass die Dimensionierungsüberlegungen für ein angemessenes Sicherheitsniveau hier ansetzen müssen. Für die Beherrschung dieses Ereignisses ist nach Auffassung der Arbeitsgemeinschaft der Leiter der Berufsfeuerwehren (AGBF) in Deutschland mindestens folgendes personelles und technisches Gefahrenabwehrpotential erforderlich [2.11]: 1 Tanklöschfahrzeug (TLF 16) 1 Drehleiter (DLK 23-12) 1 Löschfahrzeug (LF 16) mit insgesamt 16 Einsatzkräften Von diesen 16 Feuerwehrangehörigen sind mindestens 10 innerhalb einer Hilfsfrist von 10 Minuten, die übrigen 6 innerhalb 15 Minuten erforderlich. Für die Technische Hilfeleistung wird das kritische Ereignis wie folgt definiert: Schwerer Verkehrsunfall, technische Rettung und medizinische Versorgung mehrerer Verletzter. Hier wird mindestens der Einsatz folgender Kräfte und Mittel (Gefahrenabwehrpotential) erforderlich: 1 Rüstwagen (RW 2) 1 Löschfahrzeug (LF 16) 1 Rettungswagen 1 Notarzt mit insgesamt 12 Einsatzkräften + Arzt Die Hilfsfrist für den Einsatz technische Hilfeleistung ist nicht einheitlich definiert, sie sollte bei 8 Minuten bis 10 Minuten liegen. Dies ist begründet in den zu unterstellenden Verletzungen der eingeklemmten Personen, für die das therapiefreie Intervall diese Zeit nicht wesentlich überschreiten sollte, um vernünftige Überlebenschancen sicherzustellen. <?page no="59"?> 45 Abbildung 2-6: Wachstärke der Berufsfeuerwehr Braunschweig 2018 (in Klammern: Besetzung von Einsatzdienstfunktionen durch Mitglieder der Freiwilligen Feuerwehr, Notärzte und nichtstädtisches Personal) Je nach Größe der Stadt sind in bestimmtem Umfang Paralleleinsätze, die jeder für sich die obigen Einsatzeinheiten erfordern (Faustwert für Brände: je 100000 Einwohner und Tag ein Brandalarm), und Großeinsätze, die ein Mehrfaches der obigen Einsatzeinheiten erfordern, zu erwarten. Mit statistischen Methoden kann die zu erwartende Anzahl dieser gleichzeitigen Einsätze ermittelt werden. Hieraus ist die Anzahl <?page no="60"?> 46 der jeweils erforderlichen Einsatzeinheiten abzuleiten, die eine Stadt vorhalten muss, um ein bestimmtes, politisch festzulegendes Sicherheitsniveau zu garantieren (Brandschutzbedarfsplan, siehe Punkt 2.2 und [2.11]). Für die Stadt Braunschweig (248 500 Einwohner, 3 parallele kritische Ereignisse) sind die in Abbildung 2-6 dargestellten Einsatzdienstfunktionen (auch als Alarmdienstfunktionen bezeichnet), organisatorisch zusammengefasst in den jeweiligen Einsatzeinheiten, erforderlich und vorhanden [2.12]. 2.4.3 Stärke von Berufsfeuerwehren Da die oben in Abbildung 2-6 dargestellten Alarmdienstfunktionen ständig, d. h. 24 Stunden täglich an 365 Tagen des Jahres besetzt sein müssen, die tägliche und wöchentliche Arbeitszeit der Feuerwehrmänner (SB) jedoch beschränkt ist, benötigt eine Großstadt eine Personalvorhaltung, die dies dennoch ermöglicht. Je nach Wochenarbeitszeit (in Niedersachsen ab 2008: 48 Stunden) und Arbeitszeitmodell werden daher je Alarmdienstfunktion incl. Ausfallreserve für Urlaub, Krankheit, Ausbildung etc. 5 bis 6 Feuerwehrmänner benötigt. Für die in Abbildung 2-6 dargestellten 57 Alarmdienstfunktionen der Feuerwehr Braunschweig (ohne Personal für Brandsicherheitswachdienst und nichtstädtisches Personal) sind bei einem Personalfaktor von ca. 5 insgesamt rund 300 Feuerwehrbeamte erforderlich. Hinzu kommt Personal für die Wahrnehmung von Innendienstaufgaben (z. B. Ausbildung, Vorbeugender Brandschutz, Einsatzvorbereitung, Technik u. a. m.). Insgesamt erfordern der Brandschutz, die Techische Hilfeleistung und der Rettungsdienst der Stadt Braunschweig rund 350 Feuerwehrbeamte, 38 Verwaltungs- und Werkstattmitarbeiter sowie zur Unterstützung und Verstärkung eine leistungsfähige Freiwillige Feuerwehr (2018: ca. 1100 Feuerwehrangehörige in 30 Ortswehren). 2.4.4 Personelle und Technische Leistungsfähigkeit von Freiwilligen Feuerwehren Die unter Punkt 2.4.1 aufgeführten Anforderungen hinsichtlich der Hilfsfrist gelten selbstverständlich unabhängig vom Ort, das heißt insbesondere auch in Gemeinden, die nur eine Freiwillige Feuerwehr aufstellen. Allerdings ist in solchen Gemeinden nicht selten die Gefahrensituation und damit das Risiko ein anderes als in Großstädten, da in kleineren Gemeinden häufig die typischen Risiken einer Großstadt, die sich aus Versammlungsstätten, größeren Kaufhäusern, Hochhäusern, größeren Produktionsstätten etc. ergeben, nicht vorhanden sind. Eine detaillierte Risikoanalyse - z. B. mit Hilfe der vfdb-Richtlinie 05/ 01 [2.29] - kann deshalb möglicherweise eine geringere erforderliche Mindesteinsatzstärke ergeben. Für Freiwillige Feuerwehren wird nach Analysen von Einsatzfällen das folgende kritische Ereignis definiert (Antwerpes [2.30], Pleß [2.31]): <?page no="61"?> 47 Der kritische Brand ist ein Wohnraumbrand in einer bewohnten Wohnung mit einer Person in Notlage, die sich nicht selbst retten kann. Der Brand ist ein Kleinbrand, der durch das Vornehmen eines C-Rohres gelöscht werden kann. Der Brand ist im Obergeschoss eines maximal zweigeschossigen Gebäudes mit ausgebautem Dachgeschoss ausgebrochen, die Rauchgase breiten sich im Gebäude aus. Mit der Eingrenzung auf zweigeschossige Gebäude mit einem ausgebauten Dachgeschoss wird der wesentliche Teil der für kleinere Gemeinden typischen Ein- und Zweifamilienhäuser erfasst. Diese Gebäude sind mit tragbaren Leitern der Feuerwehr erreichbar (siehe Punkt 2.5), so dass ein Angriff sowohl über den Treppenraum als auch im ungünstigsten Fall über tragbare Leitern von außen möglich wird. Für die Erledigung dieser Aufgaben wird für Freiwillige Feuerwehren übereinstimmend die folgende Mindesteinsatzstärke (Gefahrenabwehrpotential) empfohlen: Löschfahrzeug LF 10/ 6 mit einer Besatzung von 1/ 8 (Löschgruppe). Die o. g. Mindesteinsatzstärke muss in einer Hilfsfrist von maximal 10 Minuten tätig werden können, um die Menschenrettung im verqualmten Gebäude auf zwei voneinander unabhängigen Wegen durchzuführen und die Brandbekämpfung einzuleiten. Eine weitere gleiche taktische Einheit muss zur Bewältigung dieses Ereignisses mit einer Hilfsfrist von maximal 13 Minuten eintreffen. Hieraus folgt, dass für Gemeinden, die nur eine Freiwillige Feuerwehr aufstellen, das Sicherheitsniveau i. A. etwas geringer ist als in Großstädten. Wenn die Risikoanalyse ergibt, dass möglicherweise Hubrettungsgeräte erforderlich sind, muss dieses Rettungsgerät in der Mindesteinsatzstärke für den Ersteinsatz enthalten sein; so kann dann z. B. eine Drehleiter DLK 23/ 12 mit einer Besatzung von zwei Feuerwehrmännern und ein Löschgruppenfahrzeug, welches dann nur mit 7 Feuerwehrmännern besetzt wird, anrücken. Als kritisches Ereignis für die technische Hilfeleistung wird definiert (Antwerpes [2.30]): Verkehrsunfall mit einem PKW und einer eingeklemmten Person Einsatzstelle nicht gegen Verkehr gesichert Kraftstoff läuft aus Für die Bewältigung dieser Einsatzaufgabe wird die folgende Mindesteinsatzstärke (Gefahrenabwehrpotential) empfohlen: Löschfahrzeug LF 10/ 6 mit Hilfeleistungssatz mit einer Besatzung von 1/ 8 (Löschgruppe). <?page no="62"?> 48 Die obige Mindesteinsatzstärke muss zur technischen Hilfeleistung in einer Hilfsfrist von maximal 8 Minuten vor Ort sein. Dies ist begründet in den zu unterstellenden Verletzungen der eingeklemmten Person, für die das therapiefreie Intervall diese Zeit nicht wesentlich überschreiten sollte, um vernünftige Überlebenschancen sicherzustellen. 2.4.5 Stärke von Freiwilligen Feuerwehren Da sich freiwillige Feuerwehrleute in der Regel nicht auf der Feuerwache aufhalten, sondern sich an ihrem Arbeitsplatz befinden, Freizeitaktivitäten nachgehen oder aufgrund der Entfernung ihrer Wohnung nicht zeitgerecht zur Wache gelangen können, kann - anders als bei Berufsfeuerwehren - nicht jeder grundsätzlich verfügbare Feuerwehrmann bei Alarm auch rechtzeitig zum Einsatz gelangen. Die Länder haben daher Verordnungen oder ähnliche Regelungen über die Mindeststärke Freiwilliger Feuerwehren erlassen (z. B. Feuerwehrverordnung in Niedersachsen [2.18], nach denen die erforderliche Stärke der Einsatzabteilungen der Freiwilliger Feuerwehren festgelegt wird. In der Regel sind heute (2011) 100 % bis 150 % Personalreserve (entspricht der Ausfallreserve von Berufsfeuerwehren) vorzuhalten, berechnet auf die technischen Einsatzmittel, die der Feuerwehr zur Verfügung stehen. Steht also beispielsweise ein Löschgruppenfahrzeug zur Verfügung, dass eine Besatzung von 9 Feuerwehranghörigen aufnehmen kann, müssen zusätzlich zu diesen 9 Feuerwehrmännern weitere 9 als Ausfallreserve vorgehalten werden, so dass die Mindestgesamtstärke der ensprechenden Freiwilligen Feuerwehr 18 Feuerwehrmännerbetragen würde (in einigen Ländern, so in Niedersachsen, fordern die Vorschriften noch einige Funktionen mehr [2.18]). Die Erfahrung zeigt jedoch, dass viele Freiwillige Feuerwehren trotz vorhandener Personalreserve entsprechend der gesetzlichen Vorgabe nicht zu jeder Zeit in der Lage sind, die Mindesteinsatzstärke sicherzustellen. Dies gilt insbesondere an Werktagen zwischen 8 und 18 Uhr (Schmeißer [2.17], Lutz [2.32]) in der sich die überwiegende Mehrzahl der Feuerwehrmänner am Arbeitsplatz aufhält, der sich heute häufig nicht mehr im Wohnort befindet. Am frühen Abend und am Wochenende locken vielfältige Freizeitangebote, die aufgrund der heute gegebenen Mobilität der Gesellschaft ebenfalls im weiten Umkreis um den Heimatort herum wahrgenommen werden. Wenn die Mindeststärke trotz Personalreserve von 200 % nicht erreicht wird, reicht offenbar die Personalstärke der Freiwilligen Wehr nicht aus, um das Schutzziel sicherzustellen. Die Ausfallreserve der Freiwilligen Feuerwehren muss also erhöht werden. Schams [2.33] hat eine Berechnungsformel vorgeschlagen, nach der eine im obigen Sinne auskömmliche Personalreserve berechnet werden kann. Er kommt für die von ihm betrachteten Städte Düsseldorf und Ratingen zu einer erforderlichen Ausfallreserve von etwa 270 % bis 280 %. Der Realisierung derartiger Reservevorhaltungen steht nicht zuletzt auch die so genannte Demographische Wende entgegen, die insbesondere den Freiwilligen Feuerwehren erhebliche Probleme bereiten <?page no="63"?> 49 wird (DFV [2.35], Michel [2.36]). In Erkenntnis dieser Tatsachen hat der Niedersächsische Gesetzgeber in der Feuerwehrverordnung nur noch eine Reservevorhaltung von 100 % vorgesehen. Als Konsequenz ist jedoch zu folgern, dass die Leistungsfähigkeit insbesondere der Freiwilligen Feuerwehren künftig abnehmen und damit das Sicherheitsniveau allgemein sinken wird. Dies wird mittelfristig Auswirkungen auf die Ausgestaltung der übrigen Säulen des Brandschutzes haben müssen (vergl. Abbildung 1-4 auf Seite 17) wenn die Gesellschaft das heute erreichte Sicherheitsniveau nicht abzusenken bereit ist. Als erste Kompensationsmaßnahme für fehlendes Einsatzpersonal wird seit einigen Jahren häufig nicht nur die örtlich zuständige Freiwillige Feuerwehr alarmiert, sondern gleichzeitig auch eine oder mehrere benachbarte Feuerwehren. Auch sind vermehrt Zusammenschlüsse Freiwilliger Feuerwehren zu beobachten. 2.5 Grenzen der Leistungsfähigkeit von Feuerwehren Wenngleich die Leistungsfähigkeit der Feuerwehr von der Bevölkerung allgemein als nahezu unbegrenzt wahrgenommen wird, so hat sie doch deutliche reale Grenzen. Diese begründen sich auf das Baurecht der Schutzzieldefinition der Gemeinde, den durch die technische Ausstattung vorgegebenen Grenzen, den Grenzen der menschlichen Leistungsfähigkeit und Belastbarkeit bei den Feuerwehrangehörigen bei zu rettenden Personen 2.5.1 Leistungsgrenzen auf Grund des Baurechtes Das Baurecht lässt für bestimmte Gebäude zu (Punkt 1.5), dass der zweite Rettungsweg über Rettungsgeräte der Feuerwehr führt. Dies bedingt aber, dass die Feuerwehr entsprechende Rettungsgeräte auch vorhält. Die in Abbildung 2-7 dargestellten Grenzen der Rettungsgeräte der Feuerwehr sind bei der Beurteilung der Genehmigungsfähigkeit von baulichen Anlagen zu berücksichtigen. Nur wenn die zuständige Feuerwehr über das entsprechende Rettungsmittel verfügt oder wenn dieses innerhalb der Hilfsfrist aus einer anderen Kommune verfügbar gemacht werden kann, ist ein entsprechendes Bauwerk genehmigungsfähig. Aus der Abhängigkeit des Baurechtes von der technischen Leistungsfähigkeit der Feuerwehr und umgekehrt folgt also, dass die Rettung aus beliebigen Höhen für die Feuerwehr mit Mitteln der Feuerwehr nicht möglich ist. <?page no="64"?> 50 Anmerkung: Die so genannten Sprungrettungsgeräte der Feuerwehr (früher im Allgemeinen Sprungtücher, heute Sprungpolster nach DIN 14152-3 [2.37], die für einen Einsatz bis zu einer Rettungshöhe von 16 m geeignet sind) können als „Rettungsmittel der letzten Wahl“ nicht zur Kompensation fehlender baulicher Rettungswege herangezogen werden. 2.5.2 Leistungsgrenzen und Schutzzieldefinition Teil der Schutzzieldefinition einer Kommune ist auch der Erreichungsgrad (Punkt 2.2), der angibt, in wie viel Prozent der Einsatzfälle die Einhaltung des Schutzzieles garantiert werden soll. Auf die Einhaltung des Schutzzieles aber ist die personelle und technische Ausstattung der Feuerwehr auszurichten. Wenn eine Kommune ihren angestrebten Erreichungsgrad auf 90 % festlegt (dies ist ein durchaus ehrgeiziges Ziel, siehe hierzu beispielsweise in [2.12]), so heißt das umgekehrt aber, dass sie als Restrisiko in 10 % der kritischen Ereignisse eingeplant in Kauf nimmt, ihr Schutzziel nicht zu erreichen. Dieses so genannte Restrisiko, dass eine Gemeinde ihren Bürgern zumutet, wird implizit durch die Festlegung des Schutzzieles durch den Gemeinderat politisch mit festgelegt. Schutzziele unter 80 % können als Verletzungen der Garantenpflichten einer Gemeinde gewertet werden (Fischer [2.38]), es liegt in diesen Fällen ein Organisationsverschulden der Kommune vor. 2.5.3 Leistungsgrenzen der Feuerwehrtechnik Die Leistungsgrenzen der Rettungsgeräte der Feuerwehr illustriert Abbildung 2-7 . Hinsichtlich der Grenzen der technischen Leistungsfähigkeit des Gerätes zur Brandbekämpfung ist bereits seit 1970 ist bekannt, dass Brände, die eine Fläche von mehr als 400 m 2 erreichen, von der Feuerwehr nur noch in Ausnahmefällen gelöscht werden können (Klingsohr [2.39]). Diese Erkenntnis wurde Ende der 70er Jahre durch Hosser et. al. [2.40] und Schubert [2.41] auch theoretisch begründet. Selbstverständlich werden auch Brände, die größer werden als 400 m 2 letztendlich gelöscht, dies gelingt aber nur noch, indem sich die Feuerwehr hinter baulich gegebene Brandbekämpfungsabschnittsgrenzen (Brandwände, F 90-Wände) zurückzieht und sich zunächst auf den Schutz der Nachbarschaft des Brandbereiches beschränkt. Erst wenn die Brandlast im Wesentlichen verbrannt, der betroffene Bereich also ausgebrannt ist (vergl. Kapitel 1), wird ein Ablöschen derartiger größerer Brände wieder möglich. Ein weiterer begrenzender Faktor der Leistungsfähigkeit von Feuerwehren liegt in der verfügbaren Löschwassermenge. Halpaap [2.42] hat ermittelt, dass Feuerlöschkräfte im Durchschnitt ca. 20 Minuten nach Brandentstehung in der Lage sind, das Feuer zu bekämpfen, d. h. die Eingreifzeit (Abbildung 2-3) beträgt 20 Minuten. Die Wasser- <?page no="65"?> 51 versorgung ist nun darauf ausgelegt, im Allgemeinen 1.600 l/ min (= 96 m³/ Std.), in Industriegebieten 3200 l/ min zu liefern (vergl. Kapitel 4). Geht man davon aus, dass diese Wassermengen zur Beherrschung eines Standard-Brandabschnittes von 1600 m² ausreichen, so ergibt sich bei unterstelltem Vollbrand eine verfügbare Wasserbeaufschlagung von 1 l/ m² min bis 2 l/ m² min (dies sind Wasserbeaufschlagungen die auch in Österreich vorgesehen sind). Wenn nun ein Brand bei Wirksamwerden der Maßnahmen der Feuerwehr bereits größer als 1600 m² ist, kann er u. U. nur noch an den baulichen Grenzen aufgehalten werden. Abbildung 2-7: Grenzen der Rettungsgeräte der Feuerwehr Für größere bauliche Anlagen haben Halpaap in [2.42] und Schubert in [2.41] die Einsatzgrenzen der Feuerwehr aufgrund der bis zur Verfügbarkeit einer ausreichenden Löschwassermenge vergehenden Zeit und der häufig gegebenen faktischen Unmöglichkeit, dieses Wasser über Geräte der Feuerwehr auf die Brandstelle zu bringen, unterlegt. Die üblicherweise in Löschfahrzeugen der Freiwilligen Feuerwehr mitgeführte Wassermenge von 600 Liter bis 800 Liter reicht statistisch für ca. 75 % aller Brände aus ([2.14]). Dies heißt aber, dass in 25 % der Brände nur über die Erschließung von Wasserentnahmestellen eine ausreichende Wasserlieferung bereitstellen kann, dies bedeutet jedoch einen deutlich erhöhten Bedarf an Personal und Zeit. Nicht selten <?page no="66"?> 52 aber - siehe Punkt 2.4.5 - steht in sog. Schlafgemeinden dieses Personal in der ersten entscheidenden Einsatzphase nicht zur Verfügung. Ein Vergleich der von Lubosch et. al. [2.43] ermittelten Löschwasserraten für Mischbrandlasten, wie in Wohn- und Bürogebäuden anzutreffen sind, von 8 l/ m² min bis 10 l/ m 2 min (siehe Tabelle 2-4 und bei Graeger [2.44]) mit den für den unter Punkt 2.2 dargestellten kritischen Brand vorgesehenen 100 l/ min (C-Rohr) macht deutlich, dass mit dieser Wasserbeaufschlagung eine im Vollbrand stehende Fläche von nur ca. 12 m² erfolgreich gelöscht werden kann. Noch dazu muss das Ablöschen innerhalb von nur 5 Minuten bis 6 Minuten erfolgreich beendet sein, um nicht zum sofortigen Aufbau einer Wasserversorgung gezwungen zu sein. Diese würde wiederum Personal binden, das manchmal einfach nicht zur Verfügung steht. Ein im Vollbrand stehendes etwas größeres Zimmer kann also als Grenze der Leistungsfähigkeit einer einzelnen Freiwilligen Feuerwehr bezeichnet werden. Tabelle 2-4: Reale Anwendungsraten von Löschmitteln im Löscheinsatz nach [2.43] Eingesetztes Löschmittel Löschverfahren Brandstoff Anwendungsrate [l/ min * m 2 ] Wasser Vollstrahl glutbildender Stoff (Brandklasse A) 10 Sprühstrahl 8 Wasser / Schaummittel Vollstrahl 8 Sprühstrahl 6 Wasser Vollstrahl schmelzender Stoff (Brandklasse B) 8 Sprühstrahl 6 Wasser / Schaummittel Vollstrahl 6 Sprühstrahl 4 Schaum Schwerschaum glutbildender Stoff (Brandklasse A) 4 Mittelschaum 2 Leichtschaum 2 Schwerschaum schmelzender Stoff (Brandklasse B) 2 Mittelschaum 1 Leichtschaum 1 Schwerschaum brennbare Flüssigkeit (Al) 8 Mittelschaum 6 Leichtschaum 4 <?page no="67"?> 53 2.5.4 Grenzen der menschlichen Belastbarkeit Eine weitere Grenze der Leistungsfähigkeit der Feuerwehren liegt darin begründet, dass letztlich Menschen die Brandbekämpfung durchführen. Die Sicherheitsphilosophie der Feuerwehren geht davon aus, keine unnötigen Risiken einzugehen. Daher werden sich Feuerwehrleute bei der Brandbekämpfung innerhalb von baulichen Anlagen stets durch Atemschutzgeräte vor den Gefahren des Brandrauches schützen (siehe [2.45] und Cimolino et. al. [2.46]), jedoch sind sie weiterhin der Wärme des Brandes ausgesetzt. Gegen die Gefahren bei Brandeinsätzen sind Feuerwehren mit Schutzkleidung ausgestattet, die u. A. einen sehr guten Wärmeschutz bieten (siehe hierzu [2.46] und EN 469 [2.47]), so dass sie heute in der Lage sind, auch in sehr stark aufgeheizte Bereiche vorzudringen und eine Brandbekämpfung erfolgreich durchzuführen. Dennoch kommt es immer wieder zu Brandverletzungen von Feuerwehrleuten. Dies ist darin begründet, dass die heutige Bauweise mit sehr dichten und auch thermisch belastbaren Fenstern nicht selten dazu führt, dass die Feuerwehr sich zum Zeitpunkt des Flash-over’s im Brandgebäude befindet und somit erheblicher Wärmebelastung ausgesetzt ist. Derartige Unfälle werden analysiert und wo notwendig werden die Regeln der Brandbekämpfung den neuen Erfordernissen im Sinne eines risikoärmeren Vorgehens bei der Brandbekämpfung angepasst. Dies führt aber wiederum im Interesse des Schutzes der Feuerwehrleute nicht selten zu größeren Brandbzw. Rauchschäden an den betroffenen baulichen Anlagen. Eine Grenze des Leistungsvermögens der Feuerwehr bei der Rettung von Personen ergibt sich auf Grund der erforderlichen Rüstzeiten für den Einsatz von tragbaren aber auch mobilen Rettungsgeräten der damit möglichen spezifischen Rettungsraten (Anzahl der mit dem Rettungsmittel pro Minute zu rettender Personen in Abhängigkeit von deren körperlichen und geistigen Verfassung) selbst unter sonst indealen Bedingungen (vergl. bei Seidel et. al. [2.50]). Daher ist insbesondere die Rettung einer Vielzahl von Personen z. B. aus Krankenhäusern, Pflegeeinrichtungen, Schulen etc. nur sehr begrenzt durchführbar, obwohl das Baurecht die Bereitstellung des zweiten Rettungsweges über Geräte der Feuerwehr ermöglicht. <?page no="68"?> 54 2.6 Literaturverzeichnis zu Kapitel 2 [2.1] Niedersächsisches Brandschutzgesetz (NbrandSchG) vom 8. März 1978 i. d. Fassung v. 18. Juli 2012 [2.2] Gesetz über den Brandschutz , die Hilfeleistung und den Katastrophenschutz (BHKG) des Landes Nordrhein-Westfahlen vom 17.12.2015 [2.3] Innenministerium NRW: Qualitätskriterien für die Feuerwehr, Brandschutzbedarfsplanung gem. § 22 FSHG, Erl. des Innenministeriums vom 9. Februar 2001 [2.4] Landesfeuerwehrverband Nordrhein-Westfalen: Hinweise und Empfehlungen für die Anfertigung von Brandschutzbedarfsplänen für die Gemeinden des Landes Nordrhein-Westfalen Stand: 01/ 2001 (V 6.0) [2.5] Grabski, R., Starke, H., Präger, W.: Risikoanalyse zur Bedarfsermittlung kommunaler Feuerwehren, Institut der Feuerwehr Sachsen-Anhalt, Jahresbericht 1997/ 98, Heyrothsberge 1999 [2.6] Schubert, R.: Risikoanalyse als Grundlage der Brandschutzbedarfsplanung, in Lemke: Handbuch Brandschutz, ecomed verlag 60. Erg. -Lfg. 2/ 02 [2.7] Graeger, A.: Bedarfsplanung der öffentlichen Feuerwehr, in Handbuch Brandschutz, ecomed verlag 60. Erg. -Lfg. 2/ 02 [2.8] ARGEBAU Musterbauordnung - MBO - Fassung 09/ 2012 [2.9] Bentz, A.: Schutzziele, ein nationaler und internationaler Vergleich, vfdb- Jahresfachtagung 2007, Tagungsband S. 3497 ff. [2.10] Feuerwehr-Dienstvorschrift 100 - FwDV 100 - Führen und Leiten im Einsatz, ISBN 3-555-01196-0 [2.11] Qualitätskriterien der AGBF für die Bedarfsplanung von Feuerwehren in Städten, Arbeitsgemeinschaft der Leiter der Berufsfeuerwehren auf Bundesebene, 1998 mit Überarbeitung November 2015 [2.12] Stadt Braunschweig: B500 Feuerwehrbedarfsplan der Stadt Braunschweig - Gesamtdokument_Stand2017Januar06_reduzierte_Groesse.pdf [2.13] DIN 14011: 2010-06 Begriffe aus dem Feuerwehrwesen [2.14] WIBERA: Grundsatzstudie Feuerwehr Ergebnisbericht vom Frühjahr 1978 [2.15] Meschkowski, H.: Wahrscheinlichkeitsrechnung, Mannheim 1968 [2.16] Deutscher Feuerwehr Verband: Jahrbuch 2015 [2.17] Schmeißer, R.: Verteilung der Einsatzkräfte in Abhängigkeit von den Alarmierungszeiten, Institut der Feuerwehr Sachsen-Anhalt, Jahresbericht 2003/ 2004/ 2005 [2.18] Verordnung über die kommunalen Feuerwehren (Feuerwehrverordnung - FwVO) vom 30. April 2010 (GVBl. Nds.06. Mai 2010) i. d. F. vom 17.05.2011 [2.19] Gesetz über den Brandschutz und die Hilfeleistung bei Unglücksfällen und öffentlichen Notständen des Landes Brandenburg (Brandschutzgesetz - BSchG) vom 9. März 1994 (GVBl. Bra. Teil I 1994 Nr. 6 S. 65), § 6 Abs. 1 [2.20] https: / / de.wikipedia.org/ wiki/ Liste_der_deutschen_St%C3%A4dte_mit_einer_Ber ufsfeuerwehr <?page no="69"?> 55 [2.21] Verordnung über die Ausbildung und Prüfung für die Laufbahnen des Feuerwehrtechnischen Dienstes (APVO-Feu) (Niedersachsen) von 26. Januar 2013 i. d. F. vom 02.12.2014 [2.22] Verordnung über die Ausbildung und Prüfung für die Laufbahn des höheren feuerwehrtechnischen Dienstes im Lande Nordrhein-Westfalen (VAPhD-Feu) vom 11. März 2010 (GV. NRW. Ausgabe 2010 Nr. 10 Seite 165 bis 182 [2.23] Thüringer Feuerwehr-Organisationsverordnung (ThürFwOrgVO) vom 27. Januar 2009, GVBl. Thür. 2009, 39; i. d. F. vom 26. Mai 2014 [2.24] Tschöpe, B.: Modell für die Bemessung von Werkfeuerwehren, vfdb- Jahresfachtagung 2006, Tagungsband S. 655 ff [2.25] Bechthold, R., Ehlert, K.-P., Wesche, J.: Brandversuche Lehrte, Schriftenreihe Bau- und Wohnforschung des BRBS 04.037, 1978 [2.26] BMFT: Grundlagenuntersuchung für die Entwicklung verbesserter Feuerwehrfahrzeuge zur Optimierung der Leistungsfähigkeit bei der Brandbekämpfung und anderen Einsätzen, Definitionsstudie (ORBIT-Studie): , Forschungsbericht KT7612, 1978 [2.27] Widetscheck, O.: Flash-over - eine Herausforderung für die Feuerwehr, in Handbuch Brandschutz, ecomed-Verlag, 54. Ergänzungslieferung 11/ 2000 [2.28] Beyerle: Verbesserte Technologie zur optimalen Rettung, Brandbekämpfung mit integrierter Technischer Hilfeleistung, BrandSchutz 2/ 1979 [2.29] vfdb- Richtlinie 05/ 01 - Risikoangepasste Bemessung von Brandschutzpersonal - Entwurf Stand 05/ 2004 [2.30] Anwerpes, F. J.: Personalstärke, Verfügbarkeit und Eintreffzeit - Grundlagen zur Bewertung dieser einsatzrelevanten Parameter bei Freiwilligen Feuerwehren im Regierungsbezirk Köln, BrandSchutz 12/ 1997 S. 953 ff [2.31] Pleß, G.: Der Wohnungsbrand als Maßstab für die Leistung der Freiwilligen Feuerwehr, Institut der Feuerwehr Sachsen-Anhalt - Jahresbericht 20001/ 2002 [2.32] Lutz, M.: Bestandsaufnahme des Ist-Zustandes von Personal in Feuerwehren, BrandSchutz 11/ 2010, S. 912 ff [2.33] Schams, T.: Personalstärkeermittlung für Freiwillige Feuerwehren - Ausfallfaktor - aufgezeigt am Beispiel der Freiwilligen Feuerwehren der Städte Düsseldorf und Ratingen, BrandSchutz 12/ 1997 S. 958 ff [2.34] Bucher, H.; Schlömer, C.; Lackmann, G.: Die Bevölkerungsentwicklung in den Kreisen der Bundesrepublik Deutschland zwischen 1990 und 2020, Informationen zur Raumentwicklung Heft 3 und 4 2004 [2.35] Deutscher Feuerwehrverband: Kongress „Mut zur Zukunft“ Berlin 2008 http: / / www.dfv.org/ zukunftsforum/ pdf/ Zukunftskongress_Kongressbroschüre_End version 3.pdf [2.36] Michel, H.: Der demografische Wandel in Deutschland und seine Folgen, vfdb- Jahresfachtagung 2008, Tagungsband [2.37] DIN 14151-3: 2016-08 Sprungrettungsgeräte Teil 3 : Sprungpolster 16 - Anforderungen, Prüfung [2.38] Fischer, R.: Brandschutzbedarfsplan - Fehlerquellen und Spielräume bei der Schutzzielbestimmung? , LFV NRW 2004 <?page no="70"?> 56 [2.39] Klingsohr, K.: Neue Aspekte beim Einsatz von selbsttätigen Feuerlöschanlagen, vfdb-Zeitschrift 3/ 79 [2.40] Hosser, D., Schubert K.-H.: Zur Begrenzung der Brandabschnittsgrößen von Industriehallen, vfdb-Zeitschrift 3/ 80 [2.41] Schubert, K.-H.: Problemanalyse zur Berechnung von Löschflächen unter Berücksichtigung der im Industriebau vor allem bei eingeschossigen hallen anzutreffenden Gegebenheiten in Abhängigkeit der Kräfte und Mittel der Feuerwehr, Dissertation, TU Berlin 1979 [2.42] Halpapp, W.: Die Bedeutung der örtlichen Bandbekämpfungsvoraussetzungen im Baugenehmigungsverfahren, vfdb-Zeitschrift 3/ 78 [2.43] Lubosch, E., Pleß, G.: Nutzung technischer Mittel zur Verbesserung der Brandbekämpfung mittels Wasserlöschverfahren, Institut der Feuerwehr, Bericht Nr. 130, Heyrothsberge 1984 [2.44] Graeger, A.: Logistik und Bedarfsberechnung von Löschmitteln, in Lemke: Handbuch Brandschutz, ecomed verlag 60. Erg. -Lfg. 4/ 02 [2.45] FwDV 7 Feuerwehr-Dienstvorschrift 7 - Atemschutz, ISBN Kohlhammer Verlag [2.46] Cimolino, U., Aschenbrenner, D., Lembeck, T., Südmersen, J.: Atemschutz, ISBN 3-609-68420-8, Landsberg 2001 [2.47] DIN EN 469: 2007-02 Schutzkleidung für die Feuerwehr - Laborprüfverfahren und Leistungsanforderungen für Schutzkleidung für die Brandbekämpfung [2.48] Lindemann, T.: Rettungszeiten der Feuerwehr beim kritischen Wohnungsbrand, BrandSchutz 12/ 2011, S 946 ff [2.49] Kaiser, G.: O.R.B.I.T. 2010“ Aktuelle Erkenntnisse zu medizinischen und rettungstechnischen Grundlagen der Planung im Feuerwehrwesen http: / / www.giz.nord.de/ cms/ images/ stories/ Science/ PCYAN/ kaiser_vfdb2012.pdf [2.50] Seidel, O.; Ross, R.: Möglichkeiten und Grenzen der Personenrettung über Leitern der Feuerwehr, BrandSchutz 3/ 2015, S. 179 ff <?page no="71"?> 57 3 Flächen für die Feuerwehr Um in einem Schadensfall möglichst schnell Hilfe leisten zu können, muss die Feuerwehr das Objekt möglichst ungehindert erreichen können. Flächen für die Feuerwehr stellen die notwendigen Zugangs-, Zufahrts-, Aufstellungs- und Bewegungsmöglichkeiten für den Feuerwehreinsatz sicher. Da diese Flächen überwiegend auf den Grundstücken liegen, stellt ein Flächenvorbehalt eine Einschränkung der Nutzbarkeit des Grundstückes für den Eigner dar. Flächen für die Feuerwehr können daher nur aufgrund gesetzlicher Regelungen von der Brandschutzbehörde gefordert werden. Die Einrichtung solcher Flächen wird dann unabdingbar, wenn der zweite Rettungsweg aus einem Gebäude über Geräte der Feuerwehr führt, da sonst eine Bebauung des Grundstückes mit mehrgeschossigen baulichen Anlagen nicht möglich ist (siehe Musterbauordnung MBO § 5 [3.1]). Anmerkung: Als Rechtsgrundlagen werden hier die entsprechenden Paragraphen der Musterbauordnung zitiert. Alle 16 Landesbauordnungen enthalten gleichwertige Anforderungen. 3.1 Zugänge Die Rechtsgrundlage für Zugänge für die Feuerwehr ist in der Musterbauordnung wie folgt formuliert: MBO § 5 Zugänge und Zufahrten auf den Grundstücken [3.1] „(1) Von öffentlichen Verkehrsflächen ist insbesondere für die Feuerwehr ein geradliniger Zu- oder Durchgang zu rückwärtigen Gebäuden zu schaffen; zu anderen Gebäuden ist er zu schaffen, wenn der zweite Rettungsweg dieser Gebäude über Rettungsgeräte der Feuerwehr führt. ...“ Zugänge dienen der Erschließung rückwärtiger Grundstücksteile mit Rettungs- und Löschgeräten der Feuerwehr und müssen die folgenden Anforderungen erfüllen um den Transport auch sperrigen Gerätes (Dreiteilige Schiebleiter, Lüfter) zu ermöglichen (Abbildung 3-1) Breite mindestens 1,25 m keine Einengung durch Einbauten bei Türöffnungen und anderen geringfügigen Einengungen genügt eine lichte Breite von 1,0 m können überbaut sein (Durchgänge) <?page no="72"?> 58 lichte Höhe mindestens 2,2 m (in Türen genügen 2 m) Abbildung 3-1: Feuerwehrzugang nach DIN 14090 3.2 Feuerwehrzufahrten 3.2.1 Rechtsgrundlagen für Feuerwehrzufahrten MBO § 4 (1) Bebauung der Grundstücke mit Gebäuden [3.1] „Gebäude dürfen nur errichtet werden, wenn das Grundstück in angemessener Breite an einer befahrbaren öffentlichen Verkehrsfläche liegt oder wenn das Grundstück eine befahrbare, öffentlich-rechtlich gesicherte Zufahrt zu einer befahrbaren öffentlichen Verkehrsfläche hat.“ MBO § 5 Zugänge und Zufahrten auf den Grundstücken Abs. 1: 1 Von öffentlichen Verkehrsflächen ist insbesondere für die Feuerwehr ein geradliniger Zu- oder Durchgang zu rückwärtigen Gebäuden zu schaffen; zu anderen Gebäuden ist er zu schaffen, wenn der zweite Rettungsweg dieser Gebäude über Rettungsgeräte der Feuerwehr führt. 2 Zu Gebäuden, bei denen die Oberkante der Brüstung von zum Anleitern bestimmten Fenstern oder Stellen mehr als 8 m über Gelände liegt, ist in den Fällen des Satzes 1 anstelle eines Zu- oder Durchgangs eine Zu- oder Durchfahrt zu schaffen. 3 Ist für die Personenrettung der Einsatz von Hubrettungsfahrzeugen erforderlich, sind die dafür erforderlichen Aufstell- und Bewegungsflächen vorzusehen. 4 Bei Gebäuden, die ganz oder mit Teilen mehr als 50 m von einer öffentlichen Verkehrsfläche entfernt sind, sind Zufahrten oder Durchfahrten nach Satz 2 zu den vor und hinter den Gebäuden gelegenen Grundstücksteilen >= 1,25 m >= 1 m >= 1 m Bei Durchgang lichte Höhe >= 2,2 m (in Türen >= 2 m >= 1,25 m >= 1 m >= 1 m Bei Durchgang lichte Höhe >= 2,2 m (in Türen >= 2 m <?page no="73"?> 59 und Bewegungsflächen herzustellen, wenn sie aus Gründen des Feuerwehreinsatzes erforderlich sind. Abs. 2: 1 Zu- und Durchfahrten, Aufstellflächen und Bewegungsflächen müssen für Feuerwehrfahrzeuge ausreichend befestigt und tragfähig sein; sie sind als solche zu kennzeichnen und ständig frei zu halten; die Kennzeichnung von Zufahrten muss von der öffentlichen Verkehrsfläche aus sichtbar sein. 2 Fahrzeuge dürfen auf den Flächen nach Satz 1 nicht abgestellt werden. Achtung: Im Folgenden werden die grundsätzlichen technischen Anforderungen an Feuerwehrzufahrten anhand der DIN 14090 [3.2] erläutert. Verschiedene Landesbauordnungen enthalten geringfügig unterschiedliche Anforderungen an Feuerwehrzufahrten, bis hin zum Verbot der Anwendung der DIN 14090. Bei Anwendung ist stets zuerst die Landesbauordnung mit den zugehörigen Durchführungsverordnungen ausschlaggebend. 3.2.2 Feuerwehrzufahrten nach DIN 14090 Feuerwehrzufahrten dienen zum Erreichen der Aufstell- und Bewegungsflächen eines Grundstückes mit Feuerwehrfahrzeugen. Sie müssen daher nach DIN 14090 [3.2]: für Feuerwehrzwecke ausreichend befestigt, mit dem öffentlichen Verkehrsraum verbunden und jederzeit benutzbar sein. Die technischen Anforderungen an Feuerwehrzufahrten erstrecken sich auf: Tragfähigkeit mindestens 100 kN Achslast (ZGG 16 t) über Hofdecken etc. geführte Feuerwehrzufahrten in Brückenklasse 30 (BK 30) nach DIN 1072 [3.3] Abmessungen (Abbildung 3-2 und Abbildung 3-3) Breite in geradlinig geführten Zufahrtsbereichen mindestens 3 m, bei Begrenzung auf beiden Seiten, deren Länge mehr als 12 m beträgt, Breite mindestens 3,5 m, angrenzende Bauteile mindestens F 90 nach DIN 4102-2 [3.4] bzw. REI 90 nach DIN EN 13501 [3.5]. wenn überbaut, lichte Höhe mindestens 3,5 m Fahrspuren zulässig <?page no="74"?> 60 Abbildung 3-2: Geradlinige Feuerwehrzufahrt mit Durchfahrt, rechts fortgesetzt als Fahrspuren Kurvenradien müssen Tabelle 3-1 entsprechen (Abbildung 3-3) zur vorgeschriebenen Fahrbahnbreite in Kurven müssen 11 m lange Übergangsbereiche vorhanden sein Steigungen und Gefälle <= 10 %, Übergänge zur Waagerechten müssen mit einem Radius von mindestens 15 m ausgerundet sein Stufen sind zulässig, wenn sie nicht höher als 8 cm sind und einen Abstand von mindestens 10 m haben Kennzeichnung „Feuerwehrzufahrt” (nach DIN 4066 [3.6]) Erkennbarkeit und sichere Befahrbarkeit (Instandhaltung) bei Dunkelheit (ggf. Beleuchtung) bei Schnee (deutlich sichtbare Randbegrenzung) Art. der Öffnung durch die Feuerwehr (sofern durch Schranken, Poller, Pfähle etc. verschlossen) Bügelschlösser <= 5 mm Bügeldurchmesser, nicht gehärtet mittels Überflurhydrantenschlüssel nach DIN 3223 [3.7] 0,8 m >= 3 m >= 1,1 m >= 1,1 m >= 3 m <=12 m Bei Durchfahrt lichte Höhe >= 3,5 m Bei Länge einer auf beiden Seiten begrenzten Zufahrt oder Durchfahrt >= 12 m, erforderliche Breite >= 3,5 m unbefestigtes Gelände Fahrspuren unbefestigtes Gelände 0,8 m >= 3 m >= 1,1 m >= 1,1 m >= 3 m <=12 m Bei Durchfahrt lichte Höhe >= 3,5 m Bei Länge einer auf beiden Seiten begrenzten Zufahrt oder Durchfahrt >= 12 m, erforderliche Breite >= 3,5 m unbefestigtes Gelände Fahrspuren unbefestigtes Gelände <?page no="75"?> 61 Tabelle 3-1: Kurvenradien und Fahrbahndurchmesser für Feuerwehrzufahrten nach DIN 14090 Kurvenaußenradius [m] Breite der Fahrbahn in der Kurve [m] 10,5 bis 12 5,0 über 12 bis 15 4,5 über 15 bis 20 4,0 über 20 bis 70 3,5 über 70 3,0 Abbildung 3-3: Nicht geradlinige Feuerwehrzufahrt nach DIN 14090 (Beispiel für Außenradien 10,5 m und 21 m) Radius >= 10,5 m Radius >= 21 m 5 m >=3,5 m >= 3,5 m >=3 m 11 m Radius >= 10,5 m >= 3 m 11 m 11 m Öffentliche Verkehrsfläche Radius >= 10,5 m Radius >= 21 m 5 m >=3,5 m >= 3,5 m >=3 m >=3 m 11 m Radius >= 10,5 m >= 3 m 11 m 11 m Öffentliche Verkehrsfläche <?page no="76"?> 62 3.3 Aufstellflächen 3.3.1 Rechtsgrundlage für Aufstellflächen MBO § 5 Zugänge und Zufahrten auf den Grundstücken Abs. 1: … 3 Ist für die Personenrettung der Einsatz von Hubrettungsfahrzeugen erforderlich, sind die dafür erforderlichen Aufstell- und Bewegungsflächen vorzusehen. … Abs. 2: 1 Zu- und Durchfahrten, Aufstellflächen und Bewegungsflächen müssen für Feuerwehrfahrzeuge ausreichend befestigt und tragfähig sein; sie sind als solche zu kennzeichnen und ständig frei zu halten; die Kennzeichnung von Zufahrten muss von der öffentlichen Verkehrsfläche aus sichtbar sein. 2 Fahrzeuge dürfen auf den Flächen nach Satz 1 nicht abgestellt werden. Achtung: Im Folgenden werden die grundsätzlichen technischen Anforderunen an Aufstellflächen anhand der DIN 14090 erläutert. Verschiedene Landesbauordnungen enthalten geringfügig unterschiedliche Anforderungen an Aufstellflächen, bis hin zum Verbot der Anwendung der DIN 14090. Bei Anwendung ist stets die Landesbauordnung mit den zugehörigen Durchführungsverordnungen ausschlaggebend. 3.3.2 Aufstellflächen nach DIN 14090 Aufstellflächen nach DIN 14090 dienen dem Einsatz von Hubrettungsfahrzeugen (z. B. Drehleitern nach DIN EN 14043 [3.8] oder Hubarbeitsbühnen nach DIN EN 1777 [3.9]) Aufstellflächen sind so anzuordnen, dass alle zum Retten von Personen notwendigen Fenster (oder sonstige Öffnungen, z. B. Balkone, Fluchtbalkone, Austritte, Dachterrassen etc.) vom Hubrettungssatz erreicht werden können Die feuerwehrtechnischen Anforderungen an Aufstellflächen erstrecken sich auf: Tragfähigkeit Bodenpressung mindestens 800 kN/ m² (8 t Punktlast) auf Hofkellerdecken etc. liegende Aufstellflächen in Brückenklasse 30 (BK 30) nach DIN 1072 [3.3] Abmessungen Breite mindestens 5 m Länge mindestens 11 m <?page no="77"?> 63 Abstände vom Gebäude mindestens 3 m höchstens 9 m (wenn Gebäude höher als 18 m maximal 6 m) Empfehlung: zusätzlich 2 m breiter Geländestreifen ohne feste Hindernisse (parallel) wenn senkrecht: bis <= 1 m an das Gebäude, keine festen Hindernisse zwischen Aufstellfläche und Gebäude Neigung <= 5%, Stufen unzulässig Kennzeichnung „Fläche für die Feuerwehr” (nach DIN 4066 [3.6]) Abbildung 3-4: Aufstellflächen für Hubrettungsfahrzeuge der Feuerwehr links parallel, rechts senkrecht zum Gebäude 3.4 Bewegungsflächen 3.4.1 Rechtsgrundlage für Bewegungsflächen MBO § 4 (1) Bebauung der Grundstücke mit Gebäuden Gebäude dürfen nur errichtet werden, wenn das Grundstück in angemessener Breite an einer befahrbaren öffentlichen Verkehrsfläche liegt oder wenn das Grundstück eine befahrbare, öffentlich-rechtlich gesicherte Zufahrt zu einer befahrbaren öffentlichen Verkehrsfläche hat. >= 2 m >= 3,5 m >= 8 m >= 5 m >= 3 m bis <= 9 m, wenn 6 m <= h <= 18 m letzte Anleiterstelle >= 11 m <= 1 m >= 5 m hindernisfrei feste Hindernise >= 2 m >= 3,5 m >= 8 m >= 5 m >= 3 m bis <= 9 m, wenn 6 m <= h <= 18 m letzte Anleiterstelle >= 11 m <= 1 m >= 5 m hindernisfrei feste Hindernise <?page no="78"?> 64 3.4.2 Bewegungsflächen nach DIN 14090 Bewegungsflächen für die Feuerwehr nach DIN 14090 sind befestigte Flächen auf dem Grundstück dienen dem Aufstellen von Feuerwehrfahrzeugen, der Entnahme und Bereitstellung von Geräten und der Entwicklung von Rettungs- und Löscheinsätzen; sie können gleichzeitig Aufstellflächen sein. Abbildung 3-5: Bewegungsflächen für die Feuerwehr - Beispiel Feuerwehrtechnische Anforderungen an Bewegungsflächen erstrecken sich nach DIN 14090 auf: Anordnung in möglichst geringer Entfernung zu Angriffswegen, Rettungswegen und Wasserentnahmeeinrichtungen, aber außerhalb des Bereiches herabfallender Bauteile Tragfähigkeit mindestens 100 kN (Achslast 10 t) über Hofdecken etc. gelegene Bewegungsflächen in Brückenklasse 30 (BK 30) nach DIN 1072 [3.3] 12 m 12 m 7 m 4 m 3 m 12 m 5 m 7 m 12 m 12 m 7 m 4 m 3 m 12 m 5 m 7 m <?page no="79"?> 65 Abmessungen mindestens 7 m x 12 m je gemäß Alarmplan vorgesehenem Fahrzeug mit 4 m langem Übergangsbereich zu den Zufahrten Neigung: maximal 10 % Erreichbarkeit Verbindung mit der öffentlichen Verkehrsfläche nach mindestens 2 Seiten (keine Sackgasse) Kennzeichnung „Fläche für die Feuerwehr” (nach DIN 4066 [3.6]) Anmerkung: Für normale Wohn- und Geschäftsbebauung in Städten dient in der Regel die öffentliche Verkehrsfläche als Aufstell- und Bewegungsfläche, da hier häufig Aufstellflächen auf dem Privatgrund stück nicht mit für den Bauherrn vertretbarem finanziellen Aufwand verfügbar gemacht werden können. Dies ist solange nicht zu beanstanden, wie diese vorgesehenen Straßenflächen tatsächlich zur Verfügung stehen, d. h. insbesondere nicht „anders genutzt“ werden; das Gebot Feuerwehrflächen stets freizuhalten gilt natürlich auch im öffentlichen Straßenraum. Allerdings ist heute verstärkt zu beobachten, dass vorhandene freie Flächen im öffentlichen Straßenraum und auf Privatgrundstücken entweder durch Verkehrsberuhigungsmaßnahmen, die das ungehinderte Befahren bestimmter Bereiche bewusst erschweren, durch wohlmeinende Verschönerungsmaßnahmen, wie das Aufstellen von großen Pflanzenbehältern, Bänken etc., durch das Überschreiten von als Freisitz vorgesehenen Flächen an Restaurants oder durch „vorübergehende Nutzung“ für Veranstaltungen, Flohmärkte usw. eingeschränkt werden (siehe hierzu z. B. bei Zingler [3.10]). Der Einsatz der Feuerwehr kann durch diese bei der Planung der Feuerwehrflächen nicht bekannte Nutzung u. U. in Frage gestellt werden. Daher ist einerseits die Beteiligung der Feuerwehr im Genehmigungsverfahren für derartige Sondernutzungen unbedingt erforderlich, andererseits muss auch die Feuerwehr durchaus im Zuständigkeitsbereich überwachend präsent sein, um „ungeplante und ungenehmigte“ Sondernutzungen unterbinden zu lassen. . <?page no="80"?> 66 Abbildung 3-6: Feuerwehrzufahrten, Aufstell- und Bewegungsflächen, Übungsbeispiel Haus 4 1-E+3 Haus 2 1-E+3 Haus 3 E+2 Haus 1 1-E+1 E E E 10 m Besucher- Parkplatz anleiterpflichtige Gebäudeteile Notfälle Durchfahrtshöhe >= 3,5 m Brückenklasse 30 Öffentliche Verkehrsfläche Feuerwehrflächen Haupteingang Teich Haus 4 1-E+3 Haus 2 1-E+3 Haus 3 E+2 Haus 1 1-E+1 E E E 10 m 10 m Besucher- Parkplatz Besucher- Parkplatz anleiterpflichtige Gebäudeteile Notfälle Durchfahrtshöhe >= 3,5 m Brückenklasse 30 Öffentliche Verkehrsfläche Feuerwehrflächen Haupteingang Haupteingang Teich <?page no="81"?> 67 3.5 Literaturverzeichnis zu Kapitel 3 [3.1] ARGEBAU: Musterbauordnung (MBO) - Fassung 05/ 2016 [3.2] DIN 14090: 2003-05 Flächen für die Feuerwehr auf Grundstücken [3.3] DIN 1072: 1985-12 Straßen- und Wegbrücken; Lastannahmen [3.4] DIN 4102-2: 1977-09: Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen - Bauteile - Begriffe, Anforderungen und Prüfungen [3.5] DIN EN 13501: 2010-01 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten - Teil 1: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Prüfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten [3.6] DIN 4066: 1997-07: Hinweisschilder für die Feuerwehr [3.7] DIN 3223: 2012-11: Betätigungsschlüssel für Armaturen [3.8] DIN EN 14043: 2014-04 Hubrettungsfahrzeuge für die Feuerwehr Drehleitern mit kombinierten Bewegungen (Automatik-Drehleitern) - Sicherheits- und Leistungsanforderungen sowie Prüfverfahren [3.9] DIN EN 1777: 2010-06 Hubrettungsfahrzeuge für Feuerwehren und Rettungsdienste, Hubarbeitsbühnen (HABn) Sicherheitstechnische Anforderungen und Prüfung [3.10] Zingler, U.: Verkehrsberuhigung - Ein Thema für die Berufsfeuerwehr Braunschweig, in: Kampf gegen Feuer, Braunschweig 2000, ISBN 3-927939-49-8 <?page no="82"?> 68 4 Löschwasserversorgung 4.1 Rechtsgrundlagen für die Löschwasserversorgung Aufgrund der Bedeutung des Löschmittels Wasser für den abwehrenden Brandschutz ist seine Bereitstellung in verschiedenen Rechtsvorschriften geregelt. Da Löschwasser, wenn es aus der Sammelwasserversorgung entnommen wird, als „Nebennutzung“ des Lebensmittels Wasser angesehen werden muss, sind dann auch die entsprechenden wasserrechtlichen Hygienevorschriften zu beachten. In allen Bundesländern enthalten die Landesbauordnungen, darauf aufbauenden Verordnungen oder Erlasse, z. T. auch die Baugesetzbücher, sinngemäß folgende Anforderungen: … Zur Brandbekämpfung muss eine ausreichende Wassermenge zur Verfügung stehen; Ausnahmen können für Einzelgehöfte in der freien Feldflur gestattet werden.“ … oder auch: … Die Löschwasserversorgung ist von den Gemeinden bei der Erschließung (von Baugebieten) zu berücksichtigen … … Der Löschwasserbedarf ist durch die Gemeinden nach pflichtgemäßem Ermessen festzulegen … Das Niedersächsische Brandschutzgesetz (NBrandSchG) [4.1] bestimmt: § 2 (1) Aufgaben der Gemeinden „Den Gemeinden obliegen der abwehrende Brandschutz und die Hilfeleistung in ihrem Gebiet. Sie haben dazu insbesondere … 3. für eine Grundversorgung mit Löschwasser zu sorgen …“ Auch in den übrigen Bundesländern ist den Gemeinden durch die jeweiligen Brandschutzgesetze die Aufgabe übertragen, eine ausreichende (z. T. auch: angemessene) Löschwasserversorgung sicher zu stellen. Für Bauten besonderer Art oder Nutzung (Sonderbauten) können auf der Grundlage der Landesbauordnungen u. A. besondere Anforderungen zur Löschwasserversorgung gestellt werden (Objektschutz). <?page no="83"?> 69 4.2 Wasser als Löschmittel Das Löschmittel Wasser ist weltweit nach wie vor das meistgenutzte Löschmittel überhaupt. Die übrigen Löschmittel sind wenigen Sonderfällen vorbehalten (durch den Autor geschätzt: weniger als 3 % der Brände), in denen Wasser nicht anwendbar ist. Ausführungen zu den Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten des Löschmittels Wasser enthält ausführlich der Anhang 2. Nachfolgend werden die brandschutztechnischen Anforderungen an die Verfügbarkeit bestimmter Löschwassermengen und deren Bereitstellung durch die zuständigen öffentlichen und privaten Trägern erläutert. Damit Wasser als Lebensmittel und Löschmittel genutzt werden kann, müssen die folgenden Anlagen zur Verfügung stehen: Anlagen zur Wassergewinnung, aus dem Grundwasser: Quellfassungen, Brunnen, aus Oberflächengewässern, Anlagen zur Wasseraufbereitung, Reinigung durch physikalische, chemische und biologische Verfahren Anlagen zur Wasserfortleitung, Pumpenanlagen, Anlagen zur Wasserspeicherung, Hochbehälter, Tiefbehälter, Druckbehälter Anlagen zu Wasserverteilung Hauptwasserleitungen, Versorgungsleitungen, Anschlussleitungen, und Anlagen zur Wasserentnahme Hauswasseranlagen, Hydranten. Im Folgenden werden nur die für den Abwehrenden und Anlagentechnischen Brandschutz wesentlichen Aspekte der o. g. Anlagen weiter behandelt. Zur weiteren Information über Wassergewinnung etc. sei auf die Fachliteratur (z. B. Kircher [4.2], Riek [4.3], Timmer [4.5]) verwiesen. Es wird hier davon ausgegangen, dass Löschwasser grundsätzlich zur Verfügung steht und alle in Industrienationen üblichen Anlagen für die Versorgung mit Trink- und Brauchwasser ebenfalls vorhanden und nutzbar sind. Dargestellt werden jedoch die sich aus der Nutzung des Wassers als Löschwasser ergebenden zusätzlichen Anforderungen. Letztere zu erfüllen ist heute im Zeichen der Privatisierung von Wasserversorgungsbetrieben mehr und mehr (finanzielle) Aufgabe der Nutzer, d. h. der Gemeinden und Bauträger (Janowitz [4.4]). <?page no="84"?> 70 4.3 Bereitstellung von Löschwasser Für die Zuordnung der Verpflichtung zur Bereitstellung ausreichender Löschwassermengen sind die folgenden Begriffe wichtig: Grundschutz ... ist der Brandschutz für Wohngebiete, Gewerbegebiete, Mischgebiete und Industriegebiete ohne erhöhtes Sach- und Personalrisiko. Objektschutz ... ist der über den Grundschutz hinausgehende, objektbezogene Brandschutz a) für Objekte mit erhöhtem Brandrisiko, z. B. Holzlagerplätze, Parkhäuser, Betriebe zur Herstellung und Verarbeitung von Lösungsmitteln, Lagerplätze für leicht entzündbare Güter, b) für Objekte mit erhöhtem Personenrisiko, z. B. Versammlungsstätten, Geschäftshäuser, Krankenhäuser, Hotels, Hochhäuser, c) für sonstige Einzelobjekte wie Aussiedlerhöfe, Raststätten, Kleinsiedlungen, Wochenendhäuser. Nach den Rechtsvorschriften der einzelnen Bundesländer ist der Brandschutz eine Aufgabe der Gemeinden. Daher fällt auch die Löschwasserversorgung hinsichtlich des Grundschutzes in ihren Verantwortungsbereich. Für die Versorgung mit Löschwasser für den Brandschutz kann eine Gemeinde vor Probleme gestellt sein, die über den Rahmen der allgemeinen Versorgung mit Trinkwasser hinausgehen. Von der Gemeinde ist für Bauplanungsmaßnahmen, wie der Entwicklung eines Gewerbegebietes, der Ausweisung von Siedlungsgebieten etc., jeweils zu prüfen, welche Löschmittel zur Anwendung kommen sollen. Wird Löschwasser für den Brandschutz benötigt, so ist zunächst festzustellen, wie viel Wasser (nach Volumenstrom und Fließdruck) erforderlich ist (Löschwasserbedarf) und inwieweit das Löschwasser aus dem öffentlichen Trinkwasserrohrnetz oder offenen Wasserläufen, Teichen, Brunnen, Behältern (Löschwasserbehälter, auch Behälterfahrzeuge) entnommen werden kann. Zu ermitteln ist die insgesamt günstigste Lösung, wobei den unerschöpflichen Entnahmemöglichkeiten außerhalb des Trinkwasserrohrnetzes besondere Bedeutung zukommt. Der Umfang der Inanspruchnahme der öffentlichen Trinkwasserversorgung für Löschzwecke ist abhängig vom Wasserdargebot (verfügbare Menge), der Leistungsfähigkeit des Rohrnetzes und der Versorgungssituation. Sofern das Löschwasserdargebot für die beabsichtigte bauliche Entwicklung nicht ausreicht, kann die Maßnahme nicht umgesetzt werden (siehe Abbildung 4-1). Dabei soll auch während der Entnahme von Löschwasser die Trinkwasserversorgung gewährleistet sein. Es dürfen insbesondere keine unübersehbaren Risiken, die den Bestand der Wasserverteilungsanlagen gefährden, eingegangen werden. <?page no="85"?> 71 Abbildung 4-1: Projektierung der Löschwasserversorgung, Ablaufschema (zum Begriff Löschbereich siehe Punkt 4.5.2) <?page no="86"?> 72 4.4 Richtwerte für den Löschwasserbedarf Für die Bemessung der erforderlichen Löschwassermengen des Grundschutzes wird in der Bundesrepublik Deutschland das Arbeitsblatt W 405 des DVGW [4.6] zugrunde gelegt. Dieses Arbeitsblatt gibt den gesamten Löschwasserbedarf für den Grundschutz in Abhängigkeit von der baulichen Nutzung und der Gefahr der Brandausbreitung an (Tabelle 4-1). Tabelle 4-1: Löschwasserbedarf nach DVGW W 405 (bei der Anwendung sind die Anmerkungen 1 bis 5 dieses Arbeitsblattes zu beachten) Richtwerte für den Löschwasserbedarf (m³/ h) unter Berücksichtigung der baulichen Nutzung und der Gefahr der Brandausbreitung 4) Bauliche Nutzung nach § 17 der Baunutzungsverodnung Kleinsiedlung (WS) 4) Wochenendhausgebiete (SW) 4) reine Wohngebiete (WR) allgem. Wohngebiete (WA) besondere Wohngebiete (WB) Mischgebiete (MI) Dorfgebiete (MD) 1) Kerngebiete (MK) Gewerbe-gebiete (GE) Industriegebiete (GI) Gewerbegebiete (GE) Zahl der Vollgeschosse <= 2 <= 3 > 3 1 > 1 - Geschoßflächenzahl 2) (GFZ) <= 0,4 <= 0,3 - 0,6 0,7 - 1,2 0,7 - 1 1,0 - 2,4 - Baumassenzahl 3) (BMZ) - - - - - <= 9 Löschwasserbedarf bei unterschiedlicher Gefahr der Brandausbreitung 4) m³/ h m³/ h m³/ h m³/ h klein 24 4) 48 96 96 mittel 48 96 96 192 groß 96 96 192 192 Überwiegende Bauart feuerbeständige 5) oder feuerhemmende 5) Umfassung, harte Bedachungen 5) Umfassungen nicht feuerbeständig oder nicht feuerhemmend, Harte Bedachung oder Umfassung feuerbeständig oder feuerhemmend, weiche Bedachungen 5) Umfassung nicht feuerbeständig oder nicht feuerhemmend weiche Bedachungen, Umfassungen aus Holzfachwerk (ausgemauert) Stark behinderte Zugänglichkeit, Häufung von Feuerbrücken usw. <?page no="87"?> 73 Die in Tabelle 4-1 geforderten Löschwasservolumenströme sind in der Regel ausreichend, der Feuerwehr einen wirksamen Löschangriff mit mehreren Rohren (Wasserlieferung jeweils ca. 100 l/ min bis ca. 400 l/ min) an einem typischen Objekt der genannten baulichen Nutzung zu ermöglichen und gleichzeitig die noch nicht betroffene Nachbarschaft des Brandobjektes zu schützen. Maßnahmen für den Objektschutz erfordern die Abstimmung zwischen dem jeweiligen Inhaber oder Eigentümer des Objektes, der für den Brandschutz zuständigen Behörden und den für die volle oder anteilige Bereitstellung des Löschwassers zuständigen Stellen. Für den Objektschutz kann die folgende Tabelle 4-2 zu Grunde gelegt werden, sofern im Rahmen eines Brandschutzkonzeptes [4.7] keine genauere Bestimmung der erforderlichen Löschwassermenge erfolgt: Tabelle 4-2: Löschwasserbedarf für den Objektschutz (nach [4.8]) Löschwasserbedarf Gebäudeart 400 l/ min für ½ Stunde Löschzeit Lauben, Wochenendhäuser, etc. 600 l/ min für 1 Stunde Löschzeit kleine freistehende Gebäude <= 2 Geschosse z. B Einfamilienhäuser 800 l/ min für 1 Stunde Löschzeit Wohngebäude <= 3 Geschosse 1000 l/ min für 2 Stunden Löschzeit Wohngebäude <= 3 Geschosse, teilweise (kleinere) Geschäfte oder Gewerbebetriebe 1600 l/ min für 2 Stunden Löschzeit Geschäfts- oder Gewerbegebäude mit <= 3 Geschossen, Wohngebäude mit > 3 Geschossen einschließlich Geschäften oder Gewerbebetrieben 3200 l/ min für 2 Stunden Löschzeit Geschäfts- oder Gewerbegebäude mit > 3 Geschossen, Industrie- und Lagergebäude ohne übergroße Brandabschnitte, Warenhäuser, Versammlungsstätten, Ausstellungsbauten, Museen, Krankenhäuser etc. über 3200 l/ min für > 2 Stunden Löschzeit Industrie- und Lagergebäude mit übergroßen Brandabschnitten, Holzlagerplätze und ähnliche bauliche Anlagen 4.5 Löschwasser aus dem Trinkwassernetz Die zentrale Wasserversorgung (Sammelwasserversorgung) dient der Deckung des Wasserbedarfs von Industrie-, Wohn- und Arbeitsstätten sowie für Löschzwecke. Sie erfolgt im Allgemeinen durch ein unter Straßen verlegtes Rohrnetz mit Haupt-, Versorgungs- und Anschlussleitungen. Die Nutzbarkeit dieses Wassers an einemgegebenen Ort durch die Feuerwehr ist daher von den Gegebenheiten in diesem Rohrnetz abhängig (sog. Abhängige Löschwasserversorgung). Diese Gegebenheiten werden sich - wegen wasserhygienischer Bedenken der Versorgungsbetriebe - künftig in Richtung deutlich geringerer Leitungsdurchmesser und damit geringerer Leistungsfähigkeit für die Löschwasserversorgung entwickeln. Daher muss der un- <?page no="88"?> 74 abhängigen Löschwasserversorgungen wieder eine größere Bedeutung zuwachsen (Punkte 4.5.1 und 4.6). 4.5.1 Wasserhygiene Die Hauptaufgabe der öffentlichen und privaten Wasserversorgungsunternehmen ist die Bereitstellung von Wasser für den menschlichen Gebrauch, nicht die Bereitstellung von Löschwasser. Wasser für den menschlichen Gebrauch in der Definition der Trinkwasserverordnung [4.9] sind Trinkwasser und Wasser für Lebensmittelbetriebe. Um die Eignung des Wassers für diese Zwecke sicher zu stellen, enthält die Trinkwasserverordnung Anforderungen an die mikrobiologische und chemische Beschaffenheit, für die in den in den Anlagen 1 bis 3 detaillierte Vorgaben und Grenzwerte angegeben sind, die die Umsetzung der europäischen Richtlinien 98/ 83/ EG [4.10] sicherstellen. Zur Einhaltung dieser Vorschriften sind die allgemein anerkannten technischen Regeln bei Planung, Erstellung, Betrieb, Wartung und Instandhaltung der Wasserversorgungsanlagen zu beachten. Für den öffentlichen Bereich sind insbesondere die Normen der Reihe DIN 1988, DIN EN 1717 und DIN 50930-6 maßgebend. Für die Löschwasserentnahme aus der Trinkwasserversorgung ist dabei von Bedeutung, dass Löschwasser in die Flüssigkeitskategorie 5 nach DIN EN 1717 [4.11] eingestuft ist, d. h. als Flüssigkeit, die eine Gesundheitsgefährdung für den Menschen durch Anwesenheit von Erregern übertragbarer Krankheiten darstellt. Daher gibt es in dieser technischen Regel den Einsatzfall „kurzzeitiger Anschluss“ - wie er für die Entnahme von Löschwasser charakteristisch ist - nicht, d. h. auch die Löschwasserentnahme aus dem öffentlichen Wasserversorgungsnetz unterliegt den Vorschriften für dauerhafte Anlagen. Die in Deutschland noch überwiegend eingesetzten genormten und zugelassenen Entnahmeeinrichtungen (Hydranten, Punkt 4.5.4) sind derzeit (2011) nicht entsprechend dieser Vorschriften gestaltet, so dass das potentielle Risiko einer Trinkwasserverkeimung grundsätzlich besteht. Bei penibler Einhaltung der Einbauvorschriften der DVGW Richtlinie W 331 für Hydranten [4.12] seitens der Errichter und der Betriebsvorschriften seitens der Feuerwehr (Reinigung der Anschluss-Dichtflächen, Spülung, Reihenfolge des Anschlusses und der Abnahme der Armaturen und Schläuche) ist nach heutiger Auffassung der zuständigen Gremien eine Verkeimung des Trinkwassers jedoch nicht zu erwarten. Zusätzlich ist ein mobiler Systemtrenner nach DIN 14346 [4.12] direkt am Standrohr einzusetzen. Etwas eindeutiger ist die Situation beim Anschluss von privaten Wasserversorgungseinrichtungen, zu denen neben den Hausversorgungsanlagen auch Hydranten, Selbsthilfe- und Löschanlagen auf Grundstücken gehören. Derartige Anlagen dürfen nur unter Beachtung der Technischen Regeln der DIN 1988-600 [4.14] und E DIN 14462 [4.15] an die öffentliche (Trink-)Wasserversorgung angeschlossen werden. Diese bestimmen, dass das Löschwasser an der Löschwasserübergabestelle (LWÜ) sicher von der Trinkwasserversorgungsanlage fernzuhalten ist, und die Anschlussleitung zur LWÜ ausreichend mit Trinkwasser durchströmt wird. <?page no="89"?> 75 Die sichere Rückhaltung von Löschwasser von der Trinkwasserinstallation ist dann gegeben, wenn die private Brandschutzeinrichtung über einen freien Auslauf (z. B. nach DIN EN 1717) oder über eine fernbetätigte Füll- und Entleerungsstation nach DIN 14463-1, DIN 14463-2 oder eine Direktanschlussstation nach DIN 14484 versorgt wird (Abbildung 4-2, siehe auch Anschlussschema in Abbildung 9-1). Ein ggf. vorhandener Vorlagebehälter muss zusammen mit dem Zulauf ausreichend bemessen sein, um den Löschwasserbedarf für die im Brandschutzkonzept vorgesehene Zeit, mindestens aber 2 Stunden zu gewährleisten). Für Anlagen mit Hydranten ist die sichere Rückhaltung von Löschwasser von der Trinkwasserinstallation gegeben, wenn Unterflurhydranten nach DIN EN 14339 [4.16] bzw. Überflurhydranten nach DIN EN 14384 [4.17] eingebaut werden (siehe auch Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. auf Seite Fehler! Textmarke nicht definiert.). Abbildung 4-2: Löschwasseranlage mit Hydranten nach DIN 14462 (Beispiel, schematisiert) 4.5.2 Löschbereich Bemessungsgrundlage für das Trinkwasserrohrnetz ist die größte stündliche Abgabe an einem Tag mit mittlerem Verbrauch (Grundbelastung) im Löschbereich. Die Versorgung mit Trinkwasser soll dabei bei Annahme eines Brandes im Löschbereich durch die Wasserentnahme der Feuerwehr nicht wesentlich beeinflusst werden. Der Löschbereich erfasst im Normalfall alle Löschwasserentnahmemöglichkeiten im Umkreis von 300 m um das Brandobjekt. Bei der Auslegung des Rohrnetzes für die zu erwartenden Volumenströme wird in jedem selbständigen Netzteil nur ein Brandfall angenommen. Die zugrunde gelegte Löschzeit beträgt 2 Stunden. Durch simultane Druck- und Mengenmessung oder Berechnung wird die mögliche Löschwasserentnahme bestimmt. Der Radius des Löschbereiches wurde bei Erstellung des Arbeitsblattes W 405 aus der Schlauchausstattung von Löschfahrzeugen abgeleitet. Allgemein verwendete, genormte Löschfahrzeuge (z. B. LF 20 [4.18]) führen zwischen 120 m und 280 m <?page no="90"?> 76 Versorgungsschlauch (B-Schlauch [4.19]) und 200 m bis 300 m Angriffsschlauch (C- Schlauch [4.19]) mit. Zu beachten ist, dass alle Löschwasserentnahmemöglichkeiten im Löschbereich zu berücksichtigen sind, also auch solche der unabhängigen Löschwasserversorgung. Aus Sicht der Feuerwehr ist dabei jedoch den schneller einsatzbereiten abhängigen Löschwasserentnahmestellen (Hydranten) der Vorzug zu geben (siehe z. B. bei Kircher [4.2]). 4.5.3 Verteilungsrohrnetz Die Druckverhältnisse im Rohrsystem der Wasserversorgungsanlage richten sich in erster Linie nach den topographischen Verhältnissen des Versorgungsgebietes. Es ist sicher zu stellen, dass alle Verbraucher im Versorgungsgebiet, unabhängig von der Höhenlage der Abnahmestelle Trinkwasser mit einem angemessenen Druck entnehmen können (ca. 1 bar bis 2 bar am Entnahmepunkt). Sofern die Höhenunterschiede innerhalb eines Versorgungsgebietes sehr groß sind, müssen daher u. U. auch Druckreduzierungsstationen für niedriger gelegene Gebiete vorgesehen werden. Für die Entnahme von Löschwasser durch die Feuerwehr ist weniger der sich bei durchschnittlicher Nutzung im System einstellende (durch den Wasserversorger aufrechterhaltene) Druck von Bedeutung, als vielmehr derFließdruck, der sich bei Entnahme der in Punkt 4.4 dargestellten Volumenströme einstellt. Diese sind in der Regel deutlich höher als die maximalen Normalnutzungsmengen, ihre Entnahme führt daher zu einem deutlichen Druckabfall im System. Um bei Anschluss der Pumpen der Feuerwehr, die gegenüber der Wasserentnahmestelle (Hydrant, Punkt 4.5.4) eine Drucksenke darstellen, ein Kollabieren derSchläuche zu vermeiden, sollte der Fließdruck deutlich über einem bar liegen (in der Regel bei mindestens 1,5 bar). Bei der Erstellung des Rohrnetzes einer Trinkwasserversorgung wird dieses heute in der Regel als Ringleitungssystem ausgeführt, nur als erste Ausbaustufe und für weit außerhalb liegende Bereiche kommt noch das Verästelungssystem zur Ausführung. In älterer, noch nicht vollständig grundsanierter Bausubstanz sind jedoch auch heute noch teilweise Verästelungssysteme anzutreffen. Abbildung 4-3: Beispiel für ein Ringleitungssystem Einspeisepunkt 1 - Hauptwasserleitung - Hochbehälter Einspeisepunkt 2 - Hauptwasserleitung - Hochbehälter Hydrant Rohrbruch Einspeisepunkt 1 - Hauptwasserleitung - Hochbehälter Einspeisepunkt 2 - Hauptwasserleitung - Hochbehälter Hydrant Rohrbruch <?page no="91"?> 77 Beim Ringleitungssystem wird (im Idealfall) jeder Rohrnetzpunkt von mindestens zwei Seiten gespeist. Dadurch werden ein konstanter Druck und eine größere Wasserlieferung bei gleichzeitig weniger Ablagerungen im Rohrnetz erreicht. Bei Unterbrechung einer Zuleitung steht für die nicht unmittelbar betroffenen Bereiche in der Regel noch (Lösch-)Wasser über die zweite Zuleitung zur Verfügung. Aus wasserhygienischer Sicht ist innerhalb eines Ringleitungssystemes eine bessere ständige Durchspülung des Rohrnetzes gewährleistet und damit die Gefahr der Verkeimung des Trinkwassers gering. Als Richtwert kann für die Entnahme von Löschwasser über Armaturen der Feuerwehr davon ausgegangen werden, dass heute (2011) eine Wasserleitung eines Ringsystems in etwa noch folgende Wasserlieferung bei einem Fließdruck von mindestens 1,5 bar ermöglicht: Q Ring [l/ min] = Leitung [mm] x 10 (bis x 12) Beim Verästelungssystem (veraltet) wird jeder Rohrnetzpunkt nur von einer Seite gespeist. Nachteilig wirkt sich dabei aus, dass a) das Wasser in der Endleitung stagniert und sich daher die Wasserqualität verschlechtert (Keimvermehrung möglich), b) bei Bruch von Haupt- oder Versorgungsleitungen alle dahinter liegenden Leitungen ohne Wasser sind, c) in den Endleitungen starke Druckverluste auftreten. Abbildung 4-4: Beispiel für ein Verästelungssystem Als Richtwert kann für die Entnahme von Löschwasser über Armaturen der Feuerwehr davon ausgegangen werden, dass heute (2011) eine Wasserleitung eines Verästelungssystems in etwa noch folgende Wasserlieferung ermöglicht (siehe jedoch Punkt 4.5.4): Q Veräst [l/ min] = Leitung [mm] x 4 (bis x 6) Einspeisepunkt - Hauptwasserleitung - Hochbehälter Hydrant Rohrbruch Einspeisepunkt - Hauptwasserleitung - Hochbehälter Hydrant Rohrbruch <?page no="92"?> 78 4.5.4 Hydranten Als Löschwasserentnahmemöglichkeiten aus dem öffentlichen (oder privaten) Trinkwassernetz dienen der Feuerwehr Hydranten. Deren Ausführung ist im DVGW Arbeitsblatt W 331/ I-VII, den Hydrantenrichtlinien, geregelt [4.12]. Daneben gelten für die Installation die Norm DIN 1988-600 [4.14] und für die Konstruktion der Hydranten DIN EN 14339 [4.16] und DIN EN 14384 [4.17] (Die überwiegende Mehrzahl aller Hydranten in Deutschland entspricht allerdings noch den nunmehr durch die genannten Europanormen abgelösten DIN 3321 bzw. DIN 3322 [4.20], [4.21]). Diese Normen sehen verschiedene Nenndrucke vor, in Deutschland werden die Hydranten weiterhin überwiegend für 16 bar Nenndruck ausgelegt sein. Es werden Unterflurhydranten (UFH nach DIN EN 14339) und Überflurhydranten (ÜFH nach DIN 13489) unterschieden (Abbildung 4-4). Weil Unterflurhydranten sich oberflächenbündig problemlos im öffentlichen Verkehrsraum unterbringen lassen, geben die Wasserversorgungsunternehmen diesen generell den Vorzug. Aus Sicht der Feuerwehr dagegen haben dagegen Überflurhydranten entscheidende Vorteile: sie sind leicht auffindbar (Schnee) ihre Wasserlieferung ist bei gleichen Anschlussbedingungen und gleicher Nennweite deutlich größer (Tabelle 4-3) die Gefahr des Zuparkens ist weitaus geringer die Inbetriebnahme ist schneller möglich Wo immer möglich fordern die Brandschutzdienststellen daher die Einrichtung von Überflurhydranten. Abbildung 4-5: Hydranten - links Unterflurhydranten - rechts Überflurhydranten In geschlossenen Ortschaften werden von den Brandschutzdienststellen die folgenden Abstände von Hydranten angestrebt: in offenen Wohngebieten ca. 120 m in geschlossenen Wohngebieten ca. 100 m in Geschäftsstraßen ca. 80 m <?page no="93"?> 79 Auch diese Abstände berücksichtigen - neben dem unterschiedlichen Brandrisiko - die Schlauchausstattung der Löschfahrzeuge. Auch bei Ausfall eines Hydranten wegen Unzugänglichkeit oder technischem Defekt ist die Löschwasserversorgung noch vom nächsten Hydranten möglich. Zum Verfahren der Entnahme von Löschwasser aus Hydranten siehe Abbildung 4-5 sowie bei Kircher [4.2] oder de Vries [4.22]. Anmerkung: Nach DVGW sind „… in angemessenen Abständen“ Hydranten einzuplanen …, DVGW 400-1 konkretisiert: „ …in Ortsnetzen unter 150 m ..“ Tabelle 4-3: Wasserlieferung verschiedener Hydrantentypen Art Nennweite Mindestdurchfluss 1) (bei Differenzdruck 1 bar) Unterflurhydranten DIN EN 14339 DN 80 60 m³/ h 2) DN 100 75 m³/ h 2) Überflurhydranten DIN EN 14384 mit einem geöffneten oberen Abgang mit zwei geöffneten oberen Abgängen DN 80 80 m³/ h 3) 140 m³/ h 4) DN 100 80 m³/ h 3) 140 m³/ h 4) DN 150 140 m³/ h 280 m³/ h 1) die Normen empfehlen jedoch höhere Volumenströme, bisher in Deutschland übliche Hydranten liefern 2) ca. 100 % mehr 3) ca. 50 % mehr 4) ca. 25 % mehr Das Arbeitsblatt DVGW W 405 fordert allerdings in der neuesten Ausgabe von 2008 [4.6] nur noch eine Mindestwasserlieferung je Hydrant von 24 m³/ h, da die Leitungsdurchmesser künftig nicht mehr ausreichen werden, um die obigen Volumenströme liefern zu können. Abbildung 4-6: Löschwasserversorgung im Löschbereich 300 m und Nutzung durch die Feuerwehr <?page no="94"?> 80 4.6 Wasser aus unabhängigen Löschwasserquellen Wenn das Trinkwassernetz zur Deckung des vollen Löschwasserbedarfes zunächst nicht ausreichend ist, ergeben sich für die zuständige Gemeinde (Grundschutz) und für den Objekteigentümer (Objektschutz) folgende Deckungsmöglichkeiten (siehe auch Abbildung 4-1): 1. Erweiterung der Sammelwasserversorgungsanlage 2. Erschließung von unabhängigen Löschwasserquellen Entnahme aus unerschöpflichen Löschwasserquellen natürliche offene Gewässer, z. B. Flüsse, Seen, Teiche und Bäche künstliche offene Gewässer, z. B. Talsperren, Kanäle, Hafenbecken Löschwasserbrunnen nach DIN 14220 [4.23] Entnahme aus erschöpflichen Löschwasserquellen Löschwasserteiche DIN 14210 [4.25] Unterirdische Löschwasserbehältern DIN 14230 [4.26] sonstige Löschwasserbehälter Für die Gemeinde kommt zu den genannten Möglichkeiten noch der Einsatz anderer Löschverfahren sowie die Beschaffung von zusätzlichen Tanklöschfahrzeugen (Anordnung an den Betrieb, Baurecht) in Betracht. Begriffe: Eine unabhängige Löschwasserversorgung stützt sich auf Wasservorräte, die unabhängig von einem Rohrnetz zum Löschen benutzt werden können (z. B. offene Gewässer, Löschwasserteiche, Löschwasserbrunnen u. a.). Als erschöpfliche Löschwasserquellen werden solche bezeichnet, die einen begrenzten Inhalt haben, so dass der Wasservorrat für Großrände nicht ausreichend ist (Der erforderliche Mindestinhalt sollte jeoch im Rahmen einer Risikoanalyse bestimmt und im Brandschutzkonzept [4.7] festgelegt werden) Derartige Löschwasserstellen werden in Orten, die keine ausreichenden offenen Gewässer zur Verfügung haben erstellt bzw. für die Entnahme von Löschwasser hergerichtet. Sonstige Löschwasserquellen sind künstlich angelegte Wasserstellen, wie Frei- und Hallenbäder, Zierteiche, Wasserspeicher in der Industrie usw., die nicht eigens für die Löschwasserversorgung geschaffen wurden, sich aber in besonderen Fällen hierfür ausnutzen lassen. <?page no="95"?> 81 4.6.1 Löschwasserteiche Löschwasserteiche sind künstlich angelegte offene Löschwasservorratsräume mit Löschwasserentnahmestellen (Punkt 4.6.4). Sie sind in DIN 14210 [4.25] genormt. Genormte Löschwasserteiche sollen mindestens 1000 m³ Wasser enthalten. Geringere Wasserinhalte sind zwar grundsätzlich möglich, wenn aufgrund einer Risikoanalyse für das zu schützende Objekt ein geringerer Löschwasserbedarf berechnet wurde, jedoch muss dies dann durch den Eigner des Löschwasserteiches gegenüber der Brandschutzbehörde nachgewiesen und eingehend begründet werden. (Für wesentlich geringere Löschwasservorratsmengen ist im Allgemeinen die Errichtung von unterirdischen Löschwasserbehältern nach DIN 14230 - Punkt 4.6.3 - sinnvoller.) Da Löschwasserteiche im Winter regelmäßig zufrieren werden, muss die Tiefe mindestens 2 m betragen, um unterhalb der Eisdecke Löschwasser entnehmen zu können. Die zur Wasserentnahme über Pumpen der Feuerwehr notwendigen Einrichtungen (Löschwasserentnahmestellen) - Saugschacht oder - Saugrohr müssen so hergestellt werden, dass sie frostfrei bleiben und jederzeit genutzt werden können. Saugschächte müssen Mindestabmessungen von 1 m haben und begehbar sein. Das zum Saugschacht führende Zulaufrohr muss mindestens 300 mm Durchmesser haben und teichseitig mit einem Einlaufsieb abgeschlossen sein. Saugrohre müssen mindestens 125 mm Innendurchmesser haben und dürfen nicht länger als 10 m sein. Auch sie müssen teichseitig mit einem Sieb abgedeckt sein. Als Sauganschluss sind Löschwasser-Sauganschlüsse nach DIN 14244 [4.27] zu verwenden. Allgemein gilt, dass die maximale geodätische Saughöhe (d. h. die Höhe von Mitte Fahrzeugpumpe bis zum höchsten Punkt des Zulaufrohres bzw. Saugrohres) zur Entnahme von Löschwasser 7,5 m nicht überschreiten darf. Der Boden des Löschwasserteiches muss zur jeweiligen Entnahmestelle hin leicht abfallen. Als Schmutzfang sind vor den Zulaufrohren bzw. Saugrohren Schlammfanggruben erforderlich. Löschwasserteiche nach DIN 41210 können in beliebiger Form erstellt werden. Die Wände müssen den zu erwartenden Belastungen (im Wesentlichen Erddruck, Eisschub, Auflast durch heranfahrende Löschfahrzeuge) widerstehen bzw. diese sicher ableiten. Dies erfordert im Allgemeinen die Konstruktion des Löschwasserteiches mit Betonwänden. Wenn der Unfallschutz es erfordert, sind Löschwasserteiche mit einer mindestens 1,1 m hohen Einfriedung zu umgeben. Die Befüllung von Löschwasserteichen muss stets mindestens dem ausgewiesenen Volumen (d. h. in der Regel mindestens 1000 m³) entsprechen. Sie kann erfolgen durch: - Nachfüllung aus dem Trinkwassernetz <?page no="96"?> 82 - Einleitung von Niederschlagswasser aus fließenden Gewässern durch Grauwasser (geklärtes Schmutzwasser) Fließende Gewässer dürfen jedoch nicht durch den Löschwasserteich hindurchgeführt werden, da dann die Gefahr einer Verschlammung oder des Eintrages von Schwemmgut zu befürchten ist, die die Nutzung des Löschwasserteiches beeinträchtigen könnte. Bei der Nutzung von Trinkwasser zur Befüllung und Nachspeisung von Löschwasserteichen sind die einschlägigenVorschriften für Trinkwassernetze zu beachten. Abbildung 4-7: Löschwasserteich, links entsprechend DIN 14210, rechts als Naturteich, der den feuerwehrtechnischen Anforderungen entsprechend nutzbar gemacht wurde (der Saugschacht entspricht DIN 14210) Um der Feuerwehr die Entnahme von Löschwasser zu ermöglichen, sind die Teiche mit Feuerwehrzufahrten auszustatten, die der DIN 14090 [4.29] bzw. nach dem jeweiligen Landesrecht den Anforderungen der Musterrichtlinie über Flächen für die Feuerwehr entsprechen. Je nach der beabsichtigten Löschwasserentnahme sind an Löschwasserteichen nach DIN 14210 ein oder mehrere Aufstellplätze für Feuerwehrfahrzeuge anzulegen (Punkt 4.6.4). Die Entnahmeeinrichtung ist dann so auszuführen, dass die entsprechende Anzahl von Fahrzeugen gleichzeitig Löschwasser entnehmen kann, d. h. also zum Beispiel durch mehrere Saugmöglichkeiten, einen größeren Saugschacht oder andere Maßnahmen. Löschwasserteiche sind durch die Eigentümer in einem Pflegezustand zu erhalten, der die jederzeitige Benutzbarkeit sicherstellt. Die wesentlichen Merkmale von Löschwasserteichen zeigt Abbildung 4-7. <?page no="97"?> 83 Aus gestalterischer Sicht sind Löschwasserteiche, die vollständig den Anforderungen der DIN 14210 entsprechen, häufig nicht befriedigend. Es wird vielmehr eine naturnahe Ausgestaltung gewünscht. Eine derartige ästhetische Ausgestaltung ist grundsätzlich möglich, wenn die für die Nutzbarkeit als Löschwasserteich wesentlichen Bestimmungen eingehalten werden. Ein Beispiel hierfür zeigt Abbildung 4-7 in der rechten Hälfte. 4.6.2 Löschwasserbrunnen Löschwasserbrunnen sind künstlich angelegte Entnahmestellen für Löschwasser aus dem Grundwasser. Dabei wird das Grundwasser entweder durch Saugbetrieb (S) mittels Feuerwehrpumpen (wenn die geodätische Saughöhe nicht größer ist als 7,5 m, Abbildung 4-8 links) oder mit Hilfe fest installierter oder durch die Feuerwehr bereitgestellter Tauchpumpen (T) entnommen. Löschwasserbrunnen müssen so gestaltet sein, dass mit Hilfe von Feuerwehrpumpen innerhalb maximal einer Minute Löschwasser entnommen werden kann. Löschwasserbrunnen werden nach ihrer Ergiebigkeit entsprechend Tabelle 4-4 klassifiziert, sie müssen die jeweilige Wasserlieferung für mindestens 3 Stunden erbringen. Abbildung 4-8: Löschwasserbrunnen nach DIN 14220 links als Saugbrunnen, rechts als Tiefbrunnen Bei Erstellung von Löschwasserbrunnen sind die jeweils geltenden Vorschriften zum Bau- und Wasserrecht einzuhalten. Die Erstellung der Bohrung hat unter Beachtung der Vorschriften der DIN 18301 [4.30] zu erfolgen; für die Entnahme des Löschwassers durch die Feuerwehr ist das Brunnenrohr oben mit einem Löschwasser- Sauganschluss nach DIN 14244 [4.27] abzuschließen. <?page no="98"?> 84 Tabelle 4-4: Löschwasserbrunnen nach DIN 14220 Löschwasserbrunnen nach DIN 14220 Kennzahl Ergiebigkeit l/ min 1) klein 400 400 bis 800 mittel 800 über 800 bis 1600 groß 1600 über 1600 1) mindestens während 3 Stunden Die Löschwasser-Sauganschlüsse sind analog zu den Löschwasserteichen durch Feuerwehrzufahrten mit den öffentlichen Verkehrsflächen zu verbinden, für die Aufstellflächen gelten die Regelungen für Löschwasserteiche analog. Löschwasserbrunnen sind durch eine Beschilderung gemäß DIN 4066 [4.31] zu kennzeichnen. Sie sind so zu pflegen und zu warten, dass jederzeit die geplante Löschwassermenge entnommen werden kann. 4.6.3 Löschwasserbehälter In Deutschland sind als Bestandteil der öffentlichen Löschwasserversorgung nur unterirdische Löschwasserbehälter zulässig. Sonstige - oberirdische - Löschwasserbehälter aus Beton oder Metall (Löschwassertanks) findet man überwiegend nur als Bestandteile von Sprinkleranlagen oder auch als Löschwassertanks in Industriebetrieben, d. h. als private Löschwasserbehälter. In anderen europäischen Ländern werden gelegentlich auch Kunststoffblasen als Löschwasserbehälter verwendet, eine Variante die in Deutschland allenfalls als vorrübergehende Einrichtung - z. B. bei nicht nur kurzfristiger Beeinsträchtigung der sonstigen Löschwasserversorgung - anzutreffen ist. Tabelle 4-5: Löschwasserbehälter nach DIN 14230 Löschwasserbehälter nach DIN 14230 Fassungsvermögen Anzahl Saugrohre klein 75 m³ bis 150 m³ mind. 1 mittel 150 m³ bis 300 m³ mind. 2 groß mehr als 300 m³ mind. 3 Unterirdische Löschwasserbehälter nach DIN 14230 [4.26] sind künstlich angelegte überdeckte Löschwasservorratsräume mit Löschwasserentnahmestellen. Das nutzbare Fassungsvermögen von Löschwasserbehältern soll mindestens Tabelle 4-5 entsprechen. Sofern weniger als 75 m³ nutzbarer Löschwasserinhalt vorhanden ist, ist ein Nachweis zu führen, dass die Löschwassermenge für den beabsichtigten Zweck ausreichend ist. Da unterirdische Löschwasserbehälter auch als überdeckte und ggf. befahrbare Löschwasserteiche aufgefasst werden können, gelten die wesentlichen technischen Anforderungen hinsichtlich nutzbarer Wassertiefen, geodäti- <?page no="99"?> 85 scher Saughöhe, Festigkeit der Umfassungswände, Ausführung der Saugschächte bzw. Saugrohre etc. hier ebenfalls. Gleiches gilt für die Zufahrten und Aufstellflächen für die entnehmenden Feuerwehrfahrzeuge. Bei der Befüllung der Löschwasserbehälter darf kein Schmutzwasser eingeleitet werden, auch bei Befüllung aus der Sammelwasserversorgung sind die entsprechenden wasserhygienischen Vorschriften (hier insbesondere die DIN 1988-6 [4.12]) einzuhalten. Abbildung 4-9 zeigt eine schematische Darstellung unterirdischer Löschwasserbehälter nach DIN 14230. Abbildung 4-9: Unterirdischer Löschwasserbehälter nach DIN 14230 - Beispiel (auch als Stahl- oder Kunstoffbehälter üblich) 4.6.4 Anforderungen an Löschwasserentnahmestellen Die folgenden Anforderungen gelten für Löschwasserentnahmestellen aus offenen- Gewässern und entsprechen DIN 14210 [4.25]. Sie sind sinngemäß für Löschwasserbrunnen und -behälter anzuwenden. 1. Befestigte Zufahrt für 10 t Achslast, mindestens 3 m breit, Stellplatz für Tragkraftspritzen und/ oder Feuerwehrfahrzeug(e) muss vorhanden sein (Ausführung als Feuerwehrflächen nach DIN 14 090 [4.29], siehe auch Punkte 3.2.2 und 3.3.2). 2. Sofern vorhanden müssen Löschwasser-Sauganschlüsse DIN 14244 [4.27] entsprechen. 3. Die Saughöhe soll niedrig gehalten werden und 5 m nicht überschreiten (max. geodätische Saughöhe 7,5 m). <?page no="100"?> 86 4. Die Tauchtiefe des Saugkorbes muss mindestens 30 cm, besser 50 cm betragen. 5. Die Löschwasserentnahmestelle muss auch bei Frost unverzüglich benutzbar sein. 6. Die Uferrandungen müssen befestigt sein (siehe jedoch auch Abbildung 4-7). 7. Entnahmestellen dürfen nicht versanden oder verschlammen (Schlammfang wo erforderlich). 8. Festverlegte Saugleitungen können angebracht werden. 9. Entnahmestellen sind mit Hinweisschildern nach DIN 4066 [4.31] zu kennzeichnen. 10. Die Trümmerschatten von angrenzenden baulichen Anlagen sind zu beachten. In Sonderfällen ist es auch üblich, über fest installierte Pumpensysteme (redundant ausgelegt, energieautark), die aus unabhängigen Löschwasserentnahmestellen gespeist werden, objektbezogen eine rohrnetzgebundene Löschwasserversorgung zu gewährleisten (Industriebetriebe). Vergleiche hierzu in Kapitel 6. <?page no="101"?> 87 4.7 Literaturverzeichnis zu Kapitel 4 [4.1] Niedersächsisches Gesetz über den Brandschutz und die Hilfeleistung der Feuerwehr (NBrandSchG) vom 8. Juli 2012 i. d. F. vom 16.05.2018 Nds. GVBl. 2018, s. 95 [4.2] Kircher, F.: Löschwasserversorgung, Handbuch Brandschutz VIII-5, ecomedverlag 11/ 94 [4.3] Riek, L.: Die Löschwasserversorgung Teil 1: Die zentrale Wasserversorgung, Rotes Heft 27a 4. Auflage, ISBN 3-17-015011-1 [4.4] Janowitz, T.: Wasser marsch bald Glücksache? , vfdb-Zeitschrift 4/ 2010 S. 184 ff [4.5] Timmer, L.: Die Löschwasserversorgung Teil 2: Die unabhängige Löschwasserversorgung, Rotes Heft 27 b, ISBN 3-17-013076-5 [4.6] DVGW: Arbeitsblatt W 405: 2008-02 - Wasserversorgung - Rohrnetz/ Löschwasser [4.7] vfdb 01/ 01: 2000-05 Brandschutzkonzept [4.8] Poltier, K.: Löschwasserversorgung für den Objektschutz; Schadenprisma: Sonderdruck aus Ausgabe 2/ 85 [4.9] Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung - TrinkwV 2001) i. d. F vom 10. September 2016, https: / / www.gesetze-im-internet.de/ bundesrecht/ trinkwv_2001/ gesamt.pdf [4.10] Richtlinie 98/ 83/ EG des Rates über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch vom 3. November 1998 (ABl. EG Nr. L 330 S. 32) i. d. F. vom 18. Juni 2009 (ABl. L 188 vom 18.07.2009) http: / / www.bmub.bund.de/ service/ publikationen/ downloads/ details/ artikel/ egtrinkwasserrichtlinie-nr-9883eg/ [4.11] DIN EN 1717: 2011-08 Schutz des Trinkwassers vor Verunreinigungen in Trinkwasserinstallationen und allgemeine Anforderungen ans Sicherheitseinrichtungen zur Verhütung von Trinkwasserverunreinigung durch Rückfließen [4.12] DIN 14346: 2017-08 Feuerwehrwesen - Mobile Systemtrenner B-FW [4.13] DVGW Arbeitsblatt W 331: 2000-09 Auswahl, Einbau und Betrieb von Hydranten [4.14] DIN 1988-600: 2010-02 Technische Regeln für Trinkwasserinstallationen (TRWI); Teil 600: Trinkwasserinstallationen in Verbindung mit Feuerlösch- und Brandschutzanlagen [4.15] DIN 14462: 2012-09 Löschwassereinrichtungen - Planung, Einbau, Betrieb und Instandhaltung von Wandhydrantenanlagen und Überflur- und Unterflurhydrantenanlagen; Technische Regeln des DVGW [4.16] DIN EN 14339: 2005-10 Unterflurhydranten mit DIN EN 14339 Berichtigung 1: 2007-07 [4.17] DIN EN 14384: 2005-10 Überflurhydranten [4.18] DIN 14530-11: 2011-11 Löschfahrzeuge; Teil 11: Löschgruppenfahrzeug LF 20 [4.19] DIN 14811: 2008-01: Feuerlöschschläuche: Druckschläuche und Einbände für Pumpen und Feuerwehrfahrzeuge [4.20] DIN 3221: 1986-01 Unterflurhydranten PN 16 <?page no="102"?> 88 [4.21] DIN 3222: 1986-01 Überflurhydranten PN 16 [4.22] De Vries, H.: Brandbekämpfung mit Wasser und Schaum, ISBN 3-609-68740-1, ecomed verlag 2000 [4.23] DVGW W 400-1 Technische Regeln Wasserverteilungaanlagen (TRWV) - Teil 1: Planung [4.24] DIN 14220: 2009-02 Löschwasserbrunnen [4.25] DIN 14210: 2003-07 Löschwasserteiche und Berichtigung 1 zu DIN 14210: 2003-11 [4.26] DIN 14230: 2003-07 Unterirdische Löschwasserbehälter [4.27] DIN 14244: 2003-07 Löschwasser-Sauganschlüsse; Überflur, Unterflur [4.28] DIN 1988-1: 1988-12 Technische Regeln für Trinkwasserinstallationen; Allgemeines [4.29] DIN 14090: 2003-05 Flächen für die Feuerwehr auf Grundstücken und Überarbeitung 2016-11 [4.30] DIN 18301: 2016-09 VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen - Teil C: Allgemeine Technischen Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV); Bohrarbeiten [4.31] DIN 4066: 1997-03: Hinweisschilder für die Feuerwehr <?page no="103"?> 89 5 Brandmeldeanlagen 5.1 Grundlagen für die Branderkennung Jeder Brand ist durch eine stoffliche und energetische Umsetzung gekennzeichnet. Die Ergebnisse dieser Umsetzung sind Produkte, die einerseits an der Brandstelle als unverbranntes Material und Asche verbleiben und andererseits flüchtig sind. Zu den flüchtigen Produkten zählen sowohl Gase aus Einzelmolekülen, z. B. CO, CO 2 , toxische, reizende und korrodierende Dämpfe (siehe auch Kapitel 1 und dort genannte weiterführende Literatur) als auch erheblich größere Molekülverbände. Diese Molekülverbände, die im Wesentlichen aus kleinsten, kugelförmigen Rußpartikeln aber auch mineralischen Bestandteilen bestehen, werden durch die Thermik des Brandgeschehens empor getragen. Aufgrund verschiedener chemischer und physikalischer Mechanismen, wie Thermodiffusion, Brown‘sche Molekularbewegung, Luftturbulenz, elektrische Ladung usw., entstehen durch Zusammenlagerung sog. „Koagulate”: Rauchpartikel (Mullholand [5.1], Rempe et. al. [5.2], Marzi et. al. [5.3]). Sie sind im Gemisch aus Luft und Verbrennungsgasen dispers verteilt. Die Gesamtheit aus Dispersionsmedien und Rauchpartikeln nennt man Rauchaerosol oder einfach Rauch. Die Rauchpartikel haben dabei die Größe von 0,01 m bis 10 m. Bei einem Verbrennungsvorgang wird als Folge der exothermen chemischen Reaktion Wärmeenergie frei (vergl. Anhang 5 sowie [5.2] bis [5.6]), die sich als Strahlung, Wärmeströmung (Konvektion) und Wärmeleitung in die Umgebung ausbreitet. Das Spektrum der Strahlung reicht vom Infrarot bis ins Ultraviolett. Erfolgt die Energieabgabe vorwiegend an die Umgebungsluft, sind lokale Temperaturerhöhungen die Folge, die zu Strömungen, Druckschwankung bzw. Schall führen. Die Energieabgabe durch Wärmeleitung ist für die Brandmeldetechnik nachrangig, da sowohl die brennbaren Stoffe als auch die Luft schlechte Wärmeleiter sind (Ausnahme: brennbare Metalle). Die vorgenannten Prozesse der chemischen und energetischen Umwandlung führen zu Brandfolgeerscheinungen, die auch als Brandkenngrößen bezeichnet werden: sichtbarer und unsichtbarer Rauch, Gase feste und flüssige Stoffe infrarote, sichtbare (Licht) und ultraviolette Strahlung ungeordnete, periodische und gleichgerichtete molekulare Bewegungen <?page no="104"?> 90 Diese Brandkenngrößen können durch geeignete technische Geräte erkannt und ausgewertet und somit zur Branddetektion herangezogen werden. Um praktisch ausgewertet zu werden und damit Grundlage von Verfahren zur Brandfrüherkennung sein zu können, müssen die Brandkenngrößen zuverlässig messbar sein und einen genügenden Nutz-Störabstand haben. Brand Folgeerscheinungen Produkte Leitung und Konvektion Strahlung remanent flüchtig Molekulare Bewegung ultraviolett sichtbar (Licht) infrarot fest (Asche) flüssig gasförmig kolloid geordnet ungeordnet (Wärme) sichtbar (Rauch) unsicht sichtbar (Brand -gase) gleichgerichtet (Strömung) periodisch (Schall) Wärmemelder Optische Rauchmelder UV-Flammenmelder Ionisationsrauchmelder IR-Flammenmelder Gassensormelder Abbildung 5-1: Brandfolgeerscheinungen und geeignete Meldertypen 5.2 Gefährdung von Menschen durch Brandrauch Rauch enthält einer große Anzahl von Stoffen, die für den Menschen akut oder latent schädigend wirken (siehe z. B. bei Otto [5.7] und Lessing [5.8]). Das Kapitel 1 enthält eine relativ ausführliche Darstellung der Wirkung von Rauch und seinen toxischen Bestandteilen auf den Menschen, auf dieses wird deshalb hier verwiesen. Brände führen pro Jahr zu ca. 400 Brandtoten in Deutschland auch heute noch, Davon sindmindestens 80% Rauchtote (einige Autoren geben bis 90% an). Dabei ist beachtenswert, dass ca. 75% dieser Brandtoten im zivilen Bereich - d. h. außerhalb von Arbeitsstätten und öffentlichen Gebäuden - ums Leben kommen. Mit anderen Worten ist die eigene Wohnung des Menschen der Ort, an dem das Risiko an den Folgen eines Brandes zu sterben am größten ist (nach Brushlinski et. al. [5.9] in Deutschland ca. 5*10 -6 pro Jahr) Brandmeldeanlagen tragen in Arbeitsstätten und öffentlichen Gebäuden dazu bei, dieses Risiko zu vermindern. In Privathaushalten können Rauchwarnmelder (Punkt 5.11) die Anzahl der bei Bränden zu Tode kommenden Personen erheblich senken. <?page no="105"?> 91 5.3 Nutzen von Brandmeldeanlagen Bei der Untersuchung von Bränden ist festzustellen, dass die Brandentwicklung i. a. nach einer Expotentialkurve verläuft (siehe z. B. [5.5], [5.10], [5.11] und dort zitierte weiterführende Literatur). Gleiches gilt dann für den Brandschaden. Der durch Brände verursachte direkte Sachschaden in Deutschland erreicht jährlich etwa eine Gesamtsumme von etwa ,3 Milliarden € (vergl. Kapitel 1). Das Anfangsstadium der Brandausbreitung ist durch relativ langsame Oxidation, Erwärmung und erst später durch allmähliches Erreichen der Zündtemperatur eine Zündung gekennzeichnet. Daran anschließende Kettenreaktionen (Anhänge 4 und 5) bewirken im Normalfall dann eine immer schneller werdende Brandausbreitung (vergl. auch Kapitel 1). Daher ist bei einem Brand zunächst ein relativ geringer Schadenszuwachs je Zeiteinheit zu erwarten, der erst nach einiger Zeit exponentiell ansteigt. Abbildung 5-2: Brandentdeckung und Schadenshöhe Die Größe eines Brandes und damit der Brandschaden hängen daher u. a. wesentlich von der Brandentwicklungsdauer ab. Die Brandentwicklungsdauer setzt sich aus der Brandentdeckungszeit und der Anmarsch- und Entwicklungszeit der Feuerwehr zusammen (vergl. Abbildung 5-2 und Kapitel 2). Die Anmarschzeit der Löschkräfte lässt sich durch Maßnahmen im Schutzobjekt nicht beeinflussen, da sie im Wesentlichen von der Art der Feuerwehr, der Entfernung der Feuerwachen vom Objekt und den Straßenverhältnissen abhängt. Der Schaden wird daher umso größer werden, je später der Anmarsch der Feuerwehr beginnt. Folglich muss versucht werden, die Zeit bis zur Brandentdeckung zu beeinflussen, das heißt möglichst klein zu halten. Dann lassen sich in vielen Fällen die Brand- und Folgeschäden (Personenschäden und Sachschäden) sowie der Löschaufwand gering halten. Die Brandfrüherkennung hat daher für den abwehrenden Brandschutz eine besondere Bedeutung. Nicolaus berechnet - auf allerdings etwas veralteter Datengrundlage - für die Wirkung von Schadenshöhe Zeit kleine statistische Schadenshöhe große statistische Schadenshöhe Zeit bis zur Entdeckung Anmarschzeit der Löschkräfte Anmarschzeit der Löschkräfte Zeit bis zur Entdeckung Frühalarmierung durch automatische Brandmeldeanlage Späte Alarmierung durch Personen Später Beginn des Löscheinsatzes Früher Beginn des Löscheinsatzes Schadenshöhe Zeit kleine statistische Schadenshöhe große statistische Schadenshöhe Zeit bis zur Entdeckung Anmarschzeit der Löschkräfte Anmarschzeit der Löschkräfte Zeit bis zur Entdeckung Frühalarmierung durch automatische Brandmeldeanlage Späte Alarmierung durch Personen Später Beginn des Löscheinsatzes Früher Beginn des Löscheinsatzes <?page no="106"?> 92 Brandmeldeanlagen ca. 60% bis 90% Schadensminderung [5.12], Staimer et. al. geben für Krankenhäuser bis zu ca. 98% Schadensminderung an, die Brandgröße bleibt bei Verfügbarkeit von BMA zu mehr als 98% auf Kleinbrände beschränkt [5.13]. War man anfangs nur auf den ”Brandwächter Mensch” angewiesen (siehe z. B. bei Biegel [5.14] und Nickel [5.15], setzte gegen Ende des 19. Jahrhunderts mit dem technischen Fortschritt - insbesondere auf dem Gebiet der Fernmeldetechnik - die Entwicklung selbsttätiger Feuermeldeanlagen ein. Diese Entwicklung hat heute (2018) einen Stand erreicht, der über den Einsatz von Mehrfachkriterienmeldern (siehe Punkt 5.7.2.7), dezentraler Intelligenz und Fuzzy-Logic Anwendungen in neuralen Netzwerken eine Detektionsempfindlichkeit und Fehlalarmsicherheit garantiert, die jener der Feuerwächter des 19. Jahrhunderts wieder nahekommt (siehe hierzu z. B. in [5.16] oder bei Morgan [5.17]). 5.4 Aufgaben und Einsatz von Brandmeldeanlagen Der Einbau von Brandmeldeanlagen (BMA) ist Bestandteil des Vorbeugenden Baulichen Brandschutzes, der Betrieb von BMA ist Bestandteil des Abwehrenden Brandschutzes. Brandmeldeanlagen müssen im Gesamtzusammenhang eines integrierten Brandschutzkonzeptes geplant werden: vorbeugender baulicher und anlagentechnischer Brandschutz durch BMA müssen in ihrem Zusammenwirken sorgfältig aufeinander abgestimmt sein. Eine schutzzielorientierte Planung der BMA sowie die Abstimmung mit den übrigen Brandschutzmaßnamen sind für die Optimierung von Wirksamkeit und Kosten unerlässlich. Mindestens muss eine BMA die folgenden Schutzziele sicher erreichen: Entdeckung von Bränden in der Entstehungsphase (Punkte 5.1 und 5.7) eindeutige Lokalisierung des Gefahrenbereiches (Punkt 5.8.4) schnelle Alarmierung (und Information) der möglicherweise betroffenen Personen (Punkt 5.6.4) Ansteuerung von sonstigen Brandschutzeinrichtungen und - sofern erforderlich - Betriebseinrichtungen (z. B. Abschaltung der Lüftung, Punkt 5.6.5) schnelle, sichere Alarmierung der Feuerwehr und/ oder anderer hilfeleistender Stellen (extern oder im Betrieb, Punkt 5.6.3.4) Information der Feuerwehr über den Gefahrenbereich (Punkt 5.9.3) Eine sachgerechte Konzeption, Planung, Ausführung, Inbetriebnahme und Wartung durch fachkundige und zertifizierte Ingenieurbüros (vergl. DIN 14675-1, Punkt 4.2, [5.18]) führt zu Brandmeldeanlagen, die mit einer Reaktionszeit von 1 bis 2 Minuten oder sogar darunter Schadenfeuer erkennen können. <?page no="107"?> 93 Neben dem Einsatz von Brandmeldeanlagen (BMA) in Industrie und Gewerbebetrieben sind BMA in den folgenden Fällen sinnvoll bzw. vorgeschrieben: A) Für bestimmte Gebäude sind in einigen Bundesländern bauordnungsrechtliche Vorschriften erlassen, die den Einbau von Brandmeldeanlagen für bestimmte Nutzungsarten fordern. Da nicht alle Bundesländer entsprechende Sonderbauverordnungen erlassen bzw. eingeführt haben, wird hier auf die entsprechenden Musterverordnungen der ARGE- BAU Bezug genommen. Hiernach sind BMA erforderlich für: Versammlungsstätten [5.19] Krankenhäuser [5.20] Hochhäuser [5.21] Mittel-/ Großgaragen [5.22]. Beherbergungsstätten (Hotels etc., ab 60 Betten, [5.23]) B) Für weitere Gebäude, die entsprechend den Bauordnungen der Länder als „Bauliche Anlagen besonderer Art und Nutzung” eingestuft werden (gemäß § 54 MBO [5.24]), können im Einzelfall BMA im Zuge des bauordnungsrechtlichen Genehmigungs- oder Zustimmungsverfahrens gefordert werden. Dies gilt z. B. für: Schulen Universitäten Institute, Laboratorien Justizvollzugsanstalten Flughafengebäude. C) Für Gebäude, die unwiederbringliche kulturelle und/ oder materielle Werte darstellen oder enthalten, können BMA vorgesehen werden, wenn dies der Nutzer aufgrund des Schutzkonzeptes für notwendig erachtet, z. B. in: historischen Gebäuden Museen Rechenzentren D) Für bestehende Gebäude kann bei Nutzungsänderungen oder höheren Nutzungsanforderungen aufgrund einer Brandschutzbegehung eine Verbesserung des Brandschutzes gefordert werden, wenn dies erforderlich ist. <?page no="108"?> 94 5.5 Technische Regeln für Brandmeldeanlagen Das in Deutschland geltende technische Regelwerk zum Einsatz von Brandmeldern und Brandmeldeanlagen ist relativ unübersichtlich. Grundsätzlich hat die Europäische Union die Schaffung der technischen Regelwerke für Brandmeldeanlagen und deren Komponenten an sich gezogen und mit der Produkt-Normenreihe EN 54 den Stand der Technik für die Bestandteile von Brandmeldeanlagen (Melder, Brandmeldezentrale, Energieversorgung etc., siehe Tabelle 5-1) beschrieben. Einige Teile der EN 54 sind derzeit noch nicht gültige Normen, sondern befinden sich im Entwurfsstadium. Alle europäischen Normen sind in nationales Recht zu übernehmen. Abweichungen sind (fast) nicht, Ergänzungen nur unter bestimmten Bedingungen möglich. Zur Planung von Brandmeldeanlagen liegt als Leitfaden die Technische Spezifikation CEN/ TS 54-14 vor [5.25], die harmonisierte, d. h. europäisch abgestimmte, Anwendungsregeln vorschlägt. In Deutschland ist darauf aufbauend die DIN 14675-1 [5.18] verabschiedet worden. Diese Norm regelt national die durch DIN EN 54 nicht betroffenen bzw. nicht ausreichend geregelten Bereiche unter besonderer Berücksichtigung der in Deutschland geltenden baurechtlichen und feuerwehrspezifischen Anforderungen und bezieht sich dabei weitgehend auf die CEN/ TS 54-14. Unter anderem legen diese Regeln Phasen für den Aufbau und Betrieb von Brandmeldeanlagen und die dazu gehörige Verantwortung . Die in den Phasen jeweils zu berücksichtigenden Gesichtspunkte werden unter Punkt 5.8.1 dargestellt. Die erforderliche Fachkunde der ausführenden Stellen ist in DIN 14675-2 beschrieben. Des Weiteren ist insbesondere DIN VDE 0833-2 (VDE 0833 Teil 2 [5.26]), zu beachten, da es sich bei den Brandmeldeanlagen um elektrische Anlagen handelt. Der Verband der Sachversicherer (VdS) hat aus versicherungsrechtlicher Sicht die Richtlinien VdS 2095 [5.27] für die Planung und den Einbau von Brandmeldeanlagen aufgestellt: Diese Richtlinie beschreibt nicht die technische Ausführung von Brandmeldeanlagen, sondern Anforderungen, insbesondere solche an die Ausstattung von Räumen mit Brandmeldeanlagen. Da die VdS-Richtlinien grundsätzlich nur von versicherungsrechtlicher Bedeutung sind, können die Anforderungen über Europanormen bzw. DIN-Normen hinausgehen. Eine Übersicht über die wichtigsten derzeit vorhandenen Regelwerke für die Planung von Brandmeldeanlagen enthält Tabelle 5-2. Parallel gelten zahlreiche weitere Normen auf die in den zitierten Regeln hingewiesen wird. Da die DIN 14675-1 in der gemeinsamen Anwendung mit DIN VDE 0833-2, den neuesten und vollständigsten Stand der Technik wiedergibt, beruhen die Ausführungen des Punktes 5.8 im Wesentlichen hierauf. (Die wesentlichen Forderungen der VdS-Richtlinie wurden in DIN VDE 0833-2 integriert, die Anwendungsempfehlungen in CEN/ TS 54-14 wurden in DIN 14675-1 und DIN VDE 0833-2 berücksichtigt.) <?page no="109"?> 95 Tabelle 5-1: Technische Regeln für die Bauteile von Brandmeldeanlagen (2016) Technische Regel Stand Inhalt DIN EN 54-1 2011-06 Brandmeldeanlagen - Teil 1: Einleitung DIN EN 54-2 2016-03 Brandmeldeanlagen - Teil 2: Brandmelderzentralen; mit Änderung A1 2007-01 DIN EN 54-3 2014-09 Brandmeldeanlagen - Teil 3: Feueralarmeinrichtungen - Akustische Signalgeber DIN EN 54-4 2015-11 Brandmeldeanlagen - Teil 4: Energieversorgungseinrichtungen DIN EN 54-5 2017-05 Brandmeldeanlagen - Teil 5: Wärmemelder; Punktförmige Melder DIN EN 54-7 2015-07 Brandmeldeanlagen - Teil 7: Rauchmelder - Punktförmige Melder nach dem Streulicht-, Durchlicht- oder Ionisationsprinzip DIN EN 54-10 2012-01 Brandmeldeanlagen - Teil 10: Flammenmelder; Punktförmige Melder; mit Änderung A1: 2006-03 DIN EN 54-11 2015-09 Brandmeldeanlagen - Teil 11: Handfeuermelder DIN EN 54-12 2015-10 Brandmeldeanlagen - Teil 12: Rauchmelder - Linienförmiger Melder nach dem Durchlichtprinzip DIN EN 54-13 2017-05 Brandmeldeanlagen - Teil 13: Bewertung der Kompatibilität von Systembestandteilen DIN EN 54-16 2008-06 Brandmeldeanlagen - Teil 16: Sprachalarmzentralen DIN EN 54-17 2006-03 Brandmeldeanlagen - Teil 17: Kurzschlussisolatoren DIN EN 54-18 2006-03 A1 2007-05 Brandmeldeanlagen - Teil 18: Eingangs-/ Ausgangsgeräte; mit Änderung A1: 2007-05 DIN EN 54-20 2014-04 Brandmeldeanlagen - Teil 20: Ansaugrauchmelder DIN EN 54-21 2006-08 Brandmeldeanlagen - Teil 21: Übertragungseinrichtungen für Brand- und Störungsmeldungen DIN EN 54-22 2015-07 Brandmeldeanlagen - Teil 22: Linienförmige Wärmemelder DIN EN 54-23 2010-06 Brandmeldeanlagen - Teil 23: Feueralarmeinrichtungen - Optische Signalgeber DIN EN 54-24 2008-06 Brandmeldeanlagen - Teil 24: Komponenten für Sprachalarmierungssysteme - Lautsprecher DIN EN 54-25 2015-10 Brandmeldeanlagen - Teil 25: Bestandteile, die Hochfrequenz-Verbindungen nutzen DIN EN 54-26 2015-11 Brandmeldeanlagen - Teil 26: Punktförmige Melder mit Kohlenmonoxidsensoren DIN EN 54-27 2015-05 Brandmeldeanlagen - Teil 27: Rauchmelder für die Überwachung von Lüftungsleitungen DIN EN 54-28 2016-07 Brandmeldeanlagen - Teil 28: Nicht-rücksetzbare linienförmige Wärmemelder DIN EN 54-29 2015-06 Brandmeldeanlagen - Teil 29: Mehrfachsensor-Brandmelder - Punktförmige Melder mit kombinierten Rauch- und Wärmesensoren DIN EN 54-30 2015-11 A1: 2015-08 Brandmeldeanlagen - Teil 30: Mehrfachsensor-Brandmelder - Punktförmige Melder mit kombinierten CO- und Wärmesensoren DIN EN 54-31 2016-12 Brandmeldeanlagen - Teil 31: Mehrfachsensor-Brandmelder - Punktförmige Melder mit kombinierten Rauch-, CO- und optionalen Wärmesensoren DIN EN 14604 2009-02 Rauchwarnmelder DIN 14623 2009-09 Orientierungsschilder für automatische Brandmelder DIN 14661 2016-11 Feuerwehrwesen - Feuerwehr-Bedienfeld für Brandmeldeanlagen DIN 14662 2016-11 Feuerwehrwesen - Feuerwehr-Anzeigetableau für Brandmeldeanlagen <?page no="110"?> 96 Tabelle 5-2: Technische Regeln für die Planung von Brandmeldeanlagen (2016) Technische Regel Stand Inhalt DIN 14674 2010-09 Brandmeldeanlagen - Anlagenübergreifende Vernetzung DIN 14675-1 2018-04 Brandmeldeanlagen - Teil 1: Aufbau und Betrieb CEN TS 54-14 2016 Brandmeldeanlagen - Teil 14: Leitfaden für Planung, Projektierung, Montage, Inbetriebnahme, Betrieb und Instandhaltung DIN VDE 0833-1 (VDE 0833 Teil 1) 2014-10 Gefahrenmeldeanlagen für Brand-, Einbruch- und Überfall Teil 1: Allgemeine Festlegungen DIN VDE 0833-2 (VDE 0833 Teil 2) 2017-10 Gefahrenmeldeanlagen für Brand-, Einbruch- und Überfall - Teil 2: Festlegungen für Brandmeldeanlagen VdS 2095 2010-05 VdS-Richtlinien für automatische Brandmeldeanlagen - Planung und Einbau 5.6 Aufbau von Brandmeldeanlagen Brandmeldeanlagen (BMA) sind Gefahrenmeldeanlagen (GMA), die Personen zum direkten Hilferuf bei Brandgefahren dienen und/ oder die Brände zu einem frühen Zeitpunkt erkennen und melden. Den Aufbau von Brandmeldeanlagen zeigt Abbildung 5-3 (siehe hierzu auch Anhang H zu DIN 14675-1 [5.18]). Abbildung 5-3: Aufbau von Brandmeldeanlagen nach DIN-EN 54-1 (Blockschaltung) Bestandteile von Brandmeldeanlagen sind demnach: Brandmelderzentrale Empfangszentrale für Brandmeldungen Brandmelderzentrale Alarmierungseinrichtung Automatische Brandmelder Energieversorgung Übertragungseinrichtung für Brandmeldungen Übertragungseinrichtung für Störmeldungen Empfangszentrale für Störmeldungen Nichtautomatische Brandmelder Steuereinrichtung für Brandschutzeinrichtungen Automatisch auslösende Brandschutzeinrichtungen Optionen Grundsätzliche Bestandteile Primärleitung wenn vorhanden: Primärleitung Empfangszentrale für Brandmeldungen Empfangszentrale für Brandmeldungen Brandmelderzentrale Alarmierungseinrichtung Automatische Brandmelder Energieversorgung Übertragungseinrichtung für Brandmeldungen Übertragungseinrichtung für Brandmeldungen Übertragungseinrichtung für Störmeldungen Empfangszentrale für Störmeldungen Empfangszentrale für Störmeldungen Nichtautomatische Brandmelder Steuereinrichtung für Brandschutzeinrichtungen Steuereinrichtung für Brandschutzeinrichtungen Automatisch auslösende Brandschutzeinrichtungen Automatisch auslösende Brandschutzeinrichtungen Optionen Optionen Grundsätzliche Bestandteile Grundsätzliche Bestandteile Primärleitung wenn vorhanden: Primärleitung <?page no="111"?> 97 Energieversorgungsgeräte Brandmelder Alarmierungseinrichtungen Übertragungseinrichtungen für Brandmeldungen Übertragungseinrichtungen für Störungen Steuereinrichtung für Brandschutzeinrichtungen Die Bestandteile von Brandmeldeanlagen nach DIN EN 54-1 und die jeweiligen Anforderungen werden im Folgenden erläutert. 5.6.1 Brandmelderzentrale Die Brandmelderzentrale (BMZ) einer Brandmeldeanlage (BMA) dient dazu: die Meldungen angeschlossener Melder aufzunehmen, auszuwerten, anzuzeigen zu registrieren. Alarmierungseinrichtung(en) anzusteuern die Brandmeldung an eine ständig besetzte Stelle, z. B. die Feuerwehr, direkt oder indirekt weiterzuleiten Brandschutzeinrichtungen (z. B. CO 2 -Löschanlagen) automatisch auszulösen Informationseinrichtungen (z. B. ein Feuerwehr-Anzeigetableau nach DIN 14662 [5.29]) anzusteuern. Die technischen Regeln zur Brandmelderzentrale enthält DIN EN 54-2 [5.30]. Überträgt die Brandmeldezentrale die Brandmeldungen zur Feuerwehr als ständig besetzte, hilfeleistende Stelle, so muss ein Feuerwehrbedienfeld nach DIN 14661 angeschlossen werden (Punkt 5.9.1). Weitere Festlegungen für die Aufschaltung von BMA auf die Brandmelde-Auswerteanlage (Empfangseinrichtung für Brandmeldungen) der Feuerwehr enthalten in der Regel die örtlichen Anschlussbedingungen (siehe z. B. [5.32]) Die Unterbringung der Brandmelderzentrale muss so erfolgen, dass sie für die Feuerwehr leicht aufzufinden und jederzeit zugänglich ist. Hierzu sind ausreichend geeignete Hinweisschilder sowie eine Blitzleuchte, die den Ort der BMZ anzeigt und durch die BMA angesteuert wird, anzubringen. Der Raum muss geeignet, d. h. <?page no="112"?> 98 trocken und nicht zu kalt sein. Er sollte vom Rest des Gebäudes feuerbeständig abgetrennt sein. Abbildung 5-4: Aufgaben der Brandmelderzentrale - BMZ 5.6.2 Energieversorgung der BMA Die BMA muss von zwei unabhängigen Stromquellen über Primärleitungen (Punkt 5.6.3.2) versorgt werden. Eine der Stromquellen muss das öffentliche Stromnetz oder eine vergleichbar zuverlässige Quelle sein, die andere, davon unabhängige, kann eine (wieder aufladbare) Batterie sein. In der Regel ist die Netzausfallüberbrückung durch Batterie auf 72 Stunden zu bemessen, die bei Vorliegen bestimmter Voraussetzungen (Überwachung, Meldung, Instandsetzung innerhalb 24 Stunden) auf 30 Stunden verringert werden kann. Bei Verfügbarkeit von Fachpersonal, Ersatzteilen und Ersatzstromversorgung darf diese Zeit sogar auf 4 Stunden herabgesetzt werden. Sofern eine BMA Bestandteile enthält, die HF-Verbindungen nutzen, sind Konfigurationen denkbar, bei denen keine materiellen Übertragungswege für Informationen oder Energie (Leitungen, siehe Punkt 5.6.3) zu bestimmten Anlagenteilen - z. B. Brandmeldern - vorhanden sind. In diesem Fall müssen die betreffenden Anlagenteile hinsichtlich der Energieversorgung den Vorgaben der DIN EN 54-25 [5.31] entsprechen, d. h. insbesondere: <?page no="113"?> 99 Innerhalb des Gehäuses eine autonome Energiequelle (Batterie) enthalten, die den normalen Betrieb des Bestandteils über mindestens 36 Monate ohne Einschränkungen ermöglicht (Aebersold et. al. [5.33]) vor Ausfall der Energiequelle ein Störsignal absenden, das auf die schwache Energieversorgung hinweist bei Erreichen dieses Zustandes noch mindestens für 30 Minuten einen Alarmzustand aufrechterhalten können. 5.6.3 Übertragungseinrichtung und Übertragungswege 5.6.3.1 Übertragungseinrichtung Die Übertragungseinrichtung (ÜE) einer Brandmeldeanlage hat die Aufgabe, Alarmierungsmeldungen und Störmeldungen unter Verwendung eines speziellen Protokolls (VdS 2465 Zitat) auf gesicherte Weise an Leitstellen - z. B. der Feuerwehr zu übertragen (früher häufig als „Hauptmelder“ bezeichnet). Eine Übertragungseinrichtung ist ein grundsätzlich von der BMA unabhängiges,selbstständig arbeitendes Gerät, das in der Lage ist, Meldungen von ebenfallsselbständig arbeitenden BMA (oder anderen Gefahrenmeldeanlagen) anverschiedene ständig besetzte Stellen (z. B. Leitstellen der Feuerwehr) zu übertragen. Die Übertragungseinrichtung stellt das Vermittlungsglied zwischen der BMA und den Anschlusspunkten zu verschiedenen Übertragungsnetzen dar (Netzabschluss NA), indem sie die Meldungen der BMA entgegen nimmt, für die Übertragung über externe Übertragungswege aufbereitet und die logische und technische Schnittstelle zu den Übertragungswegen bereitstellt. Übertragungseinrichtungen dürfen auch Bestandteil der Brandmeldeanlage sein. Bisher waren als Übertragungseinrichtungen häufig noch ÜE zur Übertragung über analoge oder digitale Festnetzverbindungen bzw. sog. AWUG - Automatische-Wählund-Ansage-Geräte - zur Übertragung über das analoge oder digitale Telefonnetz im Einsatz. Diese werden künftig bei BMA nach DIN EN 54 durch moderne Geräte ersetzt, die (ggf. zusätzlich zu den Funktionen der Altgeräte) in der Lage sind, über IPbasierte Netze (Internet Protocol; d. h. i. W. über das Internet) Meldungen und Befehle zu übertragen (Punkt 5.6.3.4). Die ÜE nach DIN EN 54-21[5.34] (und VdS 2463 [5.35]) stellt verschiedene allgemein definierte parallele und serielle Schnittstellen (z. B. V.31bis, V.22, ISDN S 0 ) für den Anschluss der Brandmeldeanlage (oder anderen Gefahren-Meldeanlagen) zur Verfügung (Schnittstelle S1 in Abbildung 5-5 ). Sie übersetzt mit Hilfe der implementierten Alarmempfangssoftware den internen Code der BMA in die verwendeten Übertragungsprotokolle der jeweiligen Übertragungsnetze (weitere Details findet man in VdS 2463 [5.35] und VdS 3500 [5.36]). Sie übergibt über die Schnittstelle S2 die Nachricht an das Übertragungsnetz. Die Schnittstellen S2 und S3 definieren den Übertragungsweg und müssen bestimmte, vom Übertragungsnetz abhängige in VdS 2471 Anhang A [5.37] detailliert beschriebene Anforderungen erfüllen. <?page no="114"?> 100 Das Übertragungsnetz leitet die Nachricht über die Schnittstelle S3 an die Alarmauswerteeinrichtung und diese - nach ggf. erforderlicher Übersetzung der Übertragungsprotokolle - über die Schnittstelle S4 an den Einsatzleitrechner der Feuerwehr (Abbildung 5-5). Die im Überwachungsobjekt eingesetzten ÜE müssen mit den Alarm-Auswerteeinrichtungen AE der Feuerwehr zusammenarbeiten können. Welche ÜE-Typen jeweils zugelassen sind, ist den Anschlussbedingungen für Brandmeldeanlagen der jeweiligen Feuerwehr zu entnehmen (siehe z. B. [5.32]). Abbildung 5-5: Bestandteile einer Alarmübertragungsanlage und Übertragungsweg Die Übertragungseinrichtungen müssen technisch in der Lage sein, Alarmmeldungen über zwei getrennte Übertragungswege (Punkt 5.6.3.4) abzugeben und bei Nichtverfügbarkeit des primären Übertragungsweges automatisch die Meldung über den zweiten Übertragungsweg absetzen (ggf. erneut absetzen, wenn der Grund für die Nichtverfügbarkeit z. B. im Übertragungsnetz liegt). Übertragungseinrichtungen für BMA nach DIN EN 54-21 müssen daher hinsichtlich der allgemeinen Anforderungen nach DIN EN 50136 - 1-1 [5.38] und DIN EN 50136-2-1 [5.39] konstruiert sein und die Empfangsbestätigung der Alarmempfangsstelle sowie Störmeldungen optisch anzeigen. Sofern ÜE Brand- und Störungsmeldungen übertragen, muss der Vorrang von Brandmeldungen sichergestellt sein. Da ab Ende 2018 Alarmmeldungen im Next-Generation-Network (Punkt Zitat) übertragen werden müssen und dieses nicht - wie das bisherige ISDN-Netz - auch die Energie zur Verfügung stellt, müssen ÜE spätestens ab diesem Zeitpunkt über eine netzunabhängige Ersatzstromversorgung entsprechend Punkt 5.6.2 verfügen bzw. über die Ersatzstromversorgung der BMZ mit versorgt werden. 5.6.3.2 Primärleitungen und Sekundärleitungen Die Übertragungswege leiten Energie und/ oder Meldungen zwischen den einzelnen Komponenten einer BMA weiter. Die Übertragungswege können dargestellt werden durch: interne oder gemietete Stromwege <?page no="115"?> 101 öffentliches oder internes Telefonnetz (drahtgebunden oder über Funk) öffentliches oder internes Datennetz (LAN) Aufgrund der Aufgabenstellung der BMA (Sicherheitseinrichtung) werden an die Funktionsfähigkeit der folgenden Übertragungswege besondere Anforderungen gestellt: zwischen der Energieversorgung und der BMA zwischen Meldern und Brandmelderzentrale zwischen Brandmelderzentrale und bestimmten Steuereinrichtungen und bestimmten Signalgebern (sofern vorhanden, z. B. Alarmierungseinrichtungen, Schließeinrichtungen für brandschutz-technisch wichtige Türen etc. gemäß Punkt 5.6.5) zwischen Ansteuereinrichtung und Übertragungseinrichtung zwischen Brandmelderzentralen. Diese Übertragungswege sind daher als überwachte Übertragungswege, sog. Primärleitungen, auszuführen (Abbildung 5-3). Primärleitungen müssen folgenden Anforderungen genügen: Die Übertragungswege müssen bestimmungsgemäß verfügbar sein und überwacht werden. Die Verfügbarkeit während einer Dauer von 24 Std. muss mindestens 97 % betragen. Übertragungswege müssen im Normalzustand der Anlage auf die Einhaltung der Sollzustände und auf Unterbrechung, Kurzschluss oder Fehler mit gleicher Wirkung überwacht werden. Die Sollzustände der Übertragungswege müssen innerhalb von 10 Sekunden, die betriebliche Störung innerhalb von 100 Sekunden, erkannt und angezeigt werden. Die Funktion des Übertragungsweges muss mindestens einmal innerhalb von 25 Std. selbsttätig überprüft werden. Anmerkung: Wird der Übertragungsweg ständig (z. B. durch Gleichstrom) überwacht, so erfolgt damit gleichzeitig die Überprüfung der Funktion. Kann bei Übertragungswegen, die nicht ausschließlich für Gefahrenmeldeanlagen verwendet werden, die bestimmungsgemäße Funktion durch fremde Signale gestört werden, so muss eine zweite Übertragungsmöglichkeit vorgesehen werden. Eine Dauerbetätigung bzw. Dauerauslösung eines Brandmelders darf nicht zur selbsttätigen Alarmwiederholung führen. <?page no="116"?> 102 Störungen wie Drahtbruch oder Kurzschluss in einem Übertragungsweg oder eine Störung in einem Abschnitt eines Übertragungsweges zwischen einzelnen Brandmelderzentralen und den Übertragungswegen zu der oder den übergeordneten Brandmelderzentralen oder Anzeige- und Betätigungseinrichtungen dürfen die Funktion der Anlage nicht beeinträchtigen. Sekundärleitungen Sekundärleitungen sind nicht überwachte Verbindungswege. Über derartige Verbindungswege werden daher in der Regel nur technische Betriebsmittelüberwachungen oder sekundäre Alarmierungsmittel bzw. Betriebsmittelsteuerungen an die BMZ angeschlossen. 5.6.3.3 Interne Übertragungswege der BMA Wie unter Punkt 5.6.3.2 ausgeführt, müssen Übertragungswege innerhalb einer BMA als Primärleitung ausgeführt sein. Innerhalb einer BMA darf ein durch einen Übertragungsweg versorgter Meldebereich eine Gesamtfläche von bis zu 6000 m² umfassen. Es dürfen auch mehrere Brandabschnitte durch einen Übertragungsweg versorgt werden. Dabei muss die Anlage aber so fehlertolerant geplant sein, dass bei Leitungsunterbrechung oder Kurzschluss etc. nur ein Meldebereich mit einer Fläche von ≤ 1600 m², max. 32 Meldern/ Melderpunkten bzw. einem linienförmigen Melder oder Auswertebereich eines Ansaugrauchmelders incl. zugeordneter Funktionsgruppen oder max. 10 Handfeuermeldern incl. zugeordneter Funktionsgruppen oder eine Funktionsgruppe ausfällt. Funktionsgruppen sind z. B. das Erfassen und Ausgeben von Meldungen und/ oder Informationen, Alarmierung und Steuerung von Sicherheitseinrichtungen innerhalb eines Alarmierungsbereiches oder Brandabschnittes (Punkt 5.6.5). DIN VDE 0833-2 enthält weitere detaillierte Randbedingungen für den Anschluss von Meldern. Für die elektrischen Übertragungswege (Leitungen) innerhalb einer BMA fordern DIN 14675-1 und DIN VDE 0833-2 darüber hinaus die Funktionsfähigkeit auch im Brandfall und verweisen hierzu auf die „Musterrichtlinie über brandschutztechnischen Anforderungen an Leitungsanlagen“ (MRLA [5.40]). Hiernach (Kapitel 5.3 MLAR) müssen Leitungen von Brandmeldeanlagen für 30 Minuten funktionsfähig bleiben, also z. B. feuerhemmend von anderen Bereichen abgetrennt oder in der Feuerwiderstandsklasse E 30 nach DIN 4102-12 [5.41] ausgeführt werden. Da die durch die Leitungen versorgten Elemente der BMA (Melder, Alarmierungseinrichtungen) selbst keine Feuerwiderstandsdauer besitzen, bedeutet dies (siehe z. B. in [5.42]), dass die Leitungen so zu verlegen sind, dass bei Brandeinwirkung lediglich die unmittelbar <?page no="117"?> 103 betroffenen Anlagenteile (Melder, Alarmierungseinrichtungen) ausfallen. Alle übrigen Anlagenteile (z. B. in anderen Brandabschnitten) müssen für mindestens 30 Minuten funktionsfähig bleiben. Dieses Schutzziel kann - neben der Abschottung oder Ausführung als E 30-Kabel - z. B. auch durch Doppelleitungen auf verschiedenen Leitungswegen oder Ringleitungen realisiert werden. Abbildung 5-6: Ausführung von internen Übertragungswegen von BMA DIN VDE 0833-2 [5.26] bestimmt in Punkt 6.6.2 weiter, dass bei nicht drahtgebundenen Übertragungswegen sinngemäß zu verfahren, d. h. insbesondere das gleiche Sicherheitsniveau zu erreichen ist. Damit sind auch Brandmeldeanlagen möglich, bei welchen die einzelnen Brandmelder über Funk (i. a. SRD-Band, 868 MHz bis 870 MHz) mit der Brandmeldezentrale kommunizieren. Selbstverständlich müssen auch diese BMA und ihre Melder den allgemeinen Anforderungen (Detektionssicherheit, Ausfallsicherheit der Energieversorgung etc.) genügen. DIN EN 54-25 [5.31] bestimmt dazu (vergl. auch bei Schreyer [5.42]): dass die HF-Anlagenteile mit eine nicht ausgenutzten Dämpfungsreserve von mindestens 10 dB zu erstellen sind (zum Problem des so genannten Fading von HF-Signalen in Gebäuden siehe z. B. bei Vollenweider [5.47]) dass die HF-Anlagenteile zur Verbindung mit der BMZ ein Übertragungsprotokoll verwenden müssen, dass sicher stellt, dass keine Alarmmeldung verloren geht dass die mittels HF angebundenen Anlagenteile individuell als zu einer bestimmten BMA gehörig identifizierbar sind und die FHF- Signale dieser Anlagenteile nicht von einer anderen BMA akzeptiert werden dass bestimmte Störeinflüsse der HF-Anlage nicht zu Fehlfunktionen führen dass auch bei weiteren Nutzern innerhalb des gleiche Frequenzbandes die Funktionsfähigkeit der HF-Anlagenteile zu gewährleisten ist Raum mit automatischen Brandmeldern überwacht Raum nicht mit automatischen Brandmeldern überwacht Leitungsanlage brandschutztechnisch getrennt oder abgeschottet Leitung mit Funktionserhalt E 30 Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Stichleitung BMA Stichleitung BMA Stichleitung BMA alternativ alternativ Leitungsanlage brandschutztechnisch getrennt oder abgeschottet alternativ F 30 F 30 Raum mit automatischen Brandmeldern überwacht Raum nicht mit automatischen Brandmeldern überwacht Leitungsanlage brandschutztechnisch getrennt oder abgeschottet Leitung mit Funktionserhalt E 30 Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Stichleitung BMA Stichleitung BMA Stichleitung BMA alternativ alternativ Leitungsanlage brandschutztechnisch getrennt oder abgeschottet alternativ F 30 F 30 Raum mit automatischen Brandmeldern überwacht Raum nicht mit automatischen Brandmeldern überwacht Leitungsanlage brandschutztechnisch getrennt oder abgeschottet Leitung mit Funktionserhalt E 30 Leitungen ohne Funktionserhalt E 30 Ringleitungen BMA alternativ alternativ alternativ Ringleitung BMA Ringleitung BMA Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Ringleitung BMA F 30 Raum mit automatischen Brandmeldern überwacht Raum nicht mit automatischen Brandmeldern überwacht Leitungsanlage brandschutztechnisch getrennt oder abgeschottet Leitung mit Funktionserhalt E 30 Leitungen ohne Funktionserhalt E 30 Ringleitungen BMA alternativ alternativ alternativ alternativ alternativ alternativ Ringleitung BMA Ringleitung BMA Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Ringleitung BMA F 30 Raum mit automatischen Brandmeldern überwacht Raum nicht mit automatischen Brandmeldern überwacht Leitungsanlage brandschutztechnisch getrennt oder abgeschottet Leitung mit Funktionserhalt E 30 Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Stichleitung BMA Stichleitung BMA Stichleitung BMA alternativ alternativ Leitungsanlage brandschutztechnisch getrennt oder abgeschottet alternativ F 30 F 30 Raum mit automatischen Brandmeldern überwacht Raum nicht mit automatischen Brandmeldern überwacht Leitungsanlage brandschutztechnisch getrennt oder abgeschottet Leitung mit Funktionserhalt E 30 Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Stichleitung BMA Stichleitung BMA Stichleitung BMA alternativ alternativ Leitungsanlage brandschutztechnisch getrennt oder abgeschottet alternativ F 30 F 30 Raum mit automatischen Brandmeldern überwacht Raum nicht mit automatischen Brandmeldern überwacht Leitungsanlage brandschutztechnisch getrennt oder abgeschottet Leitung mit Funktionserhalt E 30 Leitungen ohne Funktionserhalt E 30 Ringleitungen BMA alternativ alternativ alternativ Ringleitung BMA Ringleitung BMA Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Ringleitung BMA F 30 Raum mit automatischen Brandmeldern überwacht Raum nicht mit automatischen Brandmeldern überwacht Leitungsanlage brandschutztechnisch getrennt oder abgeschottet Leitung mit Funktionserhalt E 30 Leitungen ohne Funktionserhalt E 30 Ringleitungen BMA alternativ alternativ alternativ alternativ alternativ alternativ Ringleitung BMA Ringleitung BMA Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Leitung ohne Funktionserhalt E 30 Ringleitung BMA F 30 <?page no="118"?> 104 dass der Verlust der Fähigkeit der HF-Anlage Meldungen innerhalb der in DIN EN 54-2 festgelegten Zeiten an die BMZ zu übertragen innerhalb von weniger als 7 Minuten angezeigt werden muss. 5.6.3.4 Externe Übertragungswege der BMA Aufgabe der BMZ ist nach der Branddetektion und Lokalisierung die Alarmierung (siehe Punkt 5.6.4) einer ständig besetzten Stelle, in der Regel der Feuerwehr. Zur Verbindung der Übertragungseinrichtung der BMA mit der Alarm-Auswerteeinrichtung der Feuerwehr dienten traditionell sog. Standleitungen, d. h. dauerhaft geschaltete physikalische Leitungswege. Diese überwachten Standleitungen - Primärleitungen - waren im Besitz der Feuerwehr oder mussten von Netzbetreibern (z. B. der Deutschen Telekom) angemietet werden. Die Kosten hierfür wurden und werden auf der Grundlage der Anschlussbedingungen an den Betreiber der BMA weitergegeben. Hierdurch entstanden und entstehen relativ hohe Betriebskosten für die Brandmeldeanlage. Daher werden heute (2018) echte Standleitungen im Wesentlichen nur noch innerhalb von Liegenschaften verwendet, wo sie als Telefon oder Datenleitungen ohnehin vorhanden sind. Derzeit nutzen die meisten Übertragungseinrichtungen das ISDN - Integrated Services Digital Network,- als Übertragungsweg, einige auch noch das analoge Telefonnetz, beides leitungsvermittelte Dienste Die meisten Telekommunikationsvorgänge laufen heute mit Hilfe so genannter Internetprotokolle ab, so dass die hohe Geschwindigkeit von Internet-Breitbandverbindungen mittels DSL-Anschlüssen genutzt werden kann. Der Verbindungsaufbau zwischen Sender und Empfänger der Nachricht und die Datenübermittlung erfolgen mittels spezieller Verbindungs- und Übertragungsprotokolle (Software), die vom Internet-Dienstanbieter (Provider) zur Verfügung gestellt werden. Die Server des Providers steuern auch den Nachrichtenfluss, der in Form von Datenpaketen erfolgt. Dabei wird i. d. R. lediglich eine logische Verbindung zwischen Sender (Schnittstelle S2) und Empfänger (Schnittstelle S3) aufgebaut, d. h. es besteht keine permanente eindeutig identifizierbare physikalische Verbindung (vergl. Die einzelnen Datenpakete werden u. U. über völlig unterschiedliche Wege übermittelt und erst beim Empfänger wieder zur vollständigen Nachricht zusammengefügt. Alle leitungsvermittelten Nachrichtendienste (dazu gehört auch das ISDN-Netz, werden voraussichtlich bereits in den nächsten Jahren eingestellt. Schon heute (2018) bieten viele Netzbetreiber für Neuanschlüsse nur noch paketvermittelte Dienste an. Auch die Alarmmeldungen von Brandmeldeanlagen müssen daher ab Ende 2018 das oben grob beschriebene paketvermittelte Next-Generation-Network als Übertragungsweg nutzen (weitere Information zum NGN findet man in [5.47], [5.48]; notwendigen Umrüstmaßnahmen vorhandener AÜA in [5.49], [5.50]). DIN 14675 fordert für Brandmeldeanlagen die „Sicherstellung der Alarmübertragung“, d. h. es müssen (mindestens) zwei unterschiedliche Übertragungswege für die Alarmmeldung zur Verfügung stehen. Hierzu sind stehende oder bedarfsgesteuerte Verbindungen zulässig. Bedarfsgesteuerte Verbindungen werden erst bei Übertra- <?page no="119"?> 105 gungsnotwendigkeit in einem Nachrichtenetz nach den dort geltenden Regeln aufgebaut und nach Austausch der Nachricht wieder abgebaut. Abbildung 5-7: Redundante Übertragungswege - Beispiel Stehende Verbindungen sind charakterisiert durch: Aufbau bei Installation der BMA wird nicht mehr aufgelöst steht der BMA exclusiv für die Übertragung zur Verfügung Nachrichtenübermittlung ist jederzeit in beide Richtungen möglich. Auf Grund der Nutzung des Internets als Übertragungsweg sind auch so genannte virtuelle Standleitungen möglich. Diese Verbindungen sind zwar ständig aufgebaut, können jedoch - sofern die BMA gerade keine Nachrichten sendet oder empfängt - auch für andere Nachrichten genutzt werden. Zusätzlich zu den oben genannten Eigenschaften der stehenden Verbindung werden virtuelle Standleitungen auch durch das Netz selbst überwacht. Für die Übertragungswege von BMA gelten folgende Anforderungen: Die Übertragungswege müssen den technischen Anforderungen (u. A. hinsichtlich Übertragungsdauer, Verfügbarkeit, Überwachung und Sicherheit der Information) der EN 54-21 [5.34] und damit jenen der DIN EN 50136-1-1 [5.37] entsprechen. Bei Unterbrechung des ersten Übertragungsweges muss die ÜE unmittelbar und automatisch über den zweiten Weg mit der Alarm- Auswerteeinrichtung verbunden werden. Bedarfsgesteuerte Verbindungen sind nur zulässig, wenn eine zweite bedarfsgesteuerte Verbindung über eine zweite Trasse oder wenn eine Festverbindung über ein paketvermittelndes Datennetz zur Verfügung steht (Abbildung 5-7) <?page no="120"?> 106 Bedarfsgesteuerte Verbindungen dürfen nicht aus dem als Hauptübertragungsweg genutzten paketvermittelten Datennetz gebildet werden. Übertragungswege über bedarfsgesteuerte Verbindungen müssen bestimmte in Anhang A der Norm genannte Bedingungen einhalten. Der Ausfall eines Übertragungsweges muss über den anderen an den Betreiber der AÜA und/ oder an die Feuerwehr gemeldet werden. Mindestens einer der Übertragungswege muss teilnehmerseitig über eine Ersatzstromversorgung gemäß Punkt 5.6.2 verfügen. Unter neuen den oben angedeuteten Bedingungen des NGN sind daher die in Tabelle 5-3 aufgeführten Übertragungswege für Brandmeldungen zulässig und zukunftsfähig: Tabelle 5-3: Zukunftsfähige Übertragungswege für BMA (entsprechen DIN 14675 und EN 54-21) Hauptübertragungsweg stehende Verbindung 1) Ersatzweg bedarfsgesteuerte Verbindung über IP über GSMC 2) über IP über GPRS 3) , UMTS 4) oder LTE 5) über UMTS über GRPS 2) über GRPS über UMTS 1) i. d. R. virtuelle Verbindung, siehe 2) GSMC - global System for Mobile Communications; heute meistgenutzter Mobiltelefondienst, jedoch nicht mehr das modernste System, Mobilfunkstandard der 2. Generation 3) GRPS - General Packet Radio Service; paketorientierter Datenübertragungsdienst in GSM- Netzen 4) UMTS - Universal Mobile Telecommunications System, Mobilfunkstandard der 3. Generation 5) LTE - Long Term Evolution; Mobilfunkstandard der 4. Generation 5.6.4 Alarmierungsarten und Alarmierungsmittel Die Alarmierung ist nach der Enddeckung eines Brandes die wichtigste Aufgabe einer Brandmeldeanlage. Die Ausstattung eines Objektes mit Alarmierungseinrichtungen ist abhängig von der Nutzungsart, der Zielgruppe der Alarmierung, der Zeit und weiteren Einflussgrößen auf der Grundlage der festgelegten Alarmorganisation (siehe Punkt 5.8.6) zu planen. In jeder BMZ muss eine Ansteuereinrichtung für Alarmierungseinrichtungen vorhanden sein, Ansteuereinrichtungen für Störungsmeldungen sind optional. Übertragungseinrichtungen (siehe Punkt 5.6.3.4) leiten die Alarm bzw. die Störungsmeldung an die vorgesehenen Stellen weiter. Sie können Teil der BMA sein. Der sog Internalarm einer BMA erfolgt in der Regel nur innerhalb des betroffenen Gebäude(-teil)s und dient zur frühzeitigen Warnung Anwesender und zur Aktivierung interner hilfeleistender Kräfte (z. B. der Betriebsfeuerwehr) und ggf. als Aufforderung <?page no="121"?> 107 zur Evakuierung. Er erfolgt den Umständen entsprechend als lauter oder stiller Alarm. Externalarme dienen als laute Alarme zur Alarmierung der anonymen Öffentlichkeit außerhalb der überwachten Anlagen. Der Externalarm findet für Brandmeldeanlagen selten Anwendung, in der Regel wird er für Einbruchsmeldeanlagen angewandt (Außensirene o. ä.) Der sog. Fernalarm alarmiert die zuständige Feuerwehr (oder andere Hilfskräfte) und erfolgt daher in der Regel über die Liegenschaftsgrenzen hinaus auf externen Übertragungswegen (Punkt 5.6.3.4). Es sind daher Übertragungseinrichtungen für Gefahrenmeldungen (Punkt 5.6.3.1) zu verwenden. Fernalarme müssen an eine öffentliche Feuerwehr oder eine andere behördlich benannte alarmauslösenden Stelle weitergeleitet werden. Zur Alarmierung, Information und Warnung von Bedienungspersonal, Hilfskräften und Personen vor Ort dienen die folgenden akkustischen Alarmierungsmittel (Signalgeber): Sprachalarmanlagen (Kapitel 12) Sirenen Hupen Hörner Alle akustischen Signalgeber zur Alarmierung von Personen müssen mindestens das einheitliche Notsignal nach DIN 33404-3 [5.52] abgeben können. Der Schalldruckpegel akkustischer Signalgeber muss mindestens 10 dB(A) über dem allgemeinen Schallpegel liegen; in Ruhebereichen muss in Ohrhöhe einer schlafenden Person ein Schalldruckpegel von mindestens 75 db(A) erreicht werden, um einen Weckeffekt sicher zu stellen. Aus Sicht der Gefahrenabwehr sind wegen der höheren Effektivität Sprachalarmanlagen (BMA-Sprachalarmzentralen mit BMA-Lautsprechern) als akkustische Alarmierungsmittel zu bevorzugen (Kupfer [5.53], Berger [5.54]). Werden diese als Teil der BMA geplant, ist VDE 0833-4 [5.55] zu beachten.). Für die Personenalarmierung kommen als optische Alarmierungsmittel (DIN EN 54- 23) in Frage: Blitzleuchten (rot) Rundum-Kennleuchten (rot) Parallelanzeigen von Meldern Fernanzeigen (z. B. in einer Leitwarte) Die Ausführung und Anordnung der optischen Signalgeber einer BMA wird in DIN VDE 0833-2 detailliert beschrieben. <?page no="122"?> 108 Zur Information der Feuerwehr vor Ort, im in der Regel unbekannten, von der BMA überwachten Objekt, dienen: Anzeigen am Feuerwehr-Bedienfeld nach DIN 14661 [5.56] (Punkt 5.9.1) der Brandmelderzentrale Feuerwehr-Anzeigetableaus nach DIN 14662 [5.29] (Punkt 5.9.3) Feuerwehr-Laufkarten (Punkt 5.9.4) 5.6.5 Ansteuerungseinrichtungen für Brandschutzeinrichtungen Brandmeldeanlagen können dazu genutzt werden, Brandschutzeinrichtungen wie: Rauchschutztüren Feuerschutzabschlüsse (Brandschutztüren und -klappen, Feuerschutzvorhänge) Fluchttüren Löschanlagen Druckerhöhungsanlagen Rauch- und Wärmeabzugsanlagen Feuerwehraufzüge Fluchtleitsysteme Gebäudefunkanlagen anzusteuern. Eine beispielhafte Übersicht realisierbarer Ansteuerungen zeigt Abbildung 5-8. Zusätzlich zu den oben genannten Brandschutzeinrichtungen können auch sonstige Einrichtungen, die mittelbar dem Brandschutz dienlich sind (Aufzüge - vergl. Punkt 11.1, Klimaanlagen, etc.) angesteuert werden. Die Steuerungsimpulse stehen heute entweder potentialfrei zur Verfügung oder - sofern die BMA Teil eines lokalen Sicherheitsnetzwerkes ist - als Datentelegrammean einem Datenbus zur Verfügung. Angesteuerte externen Brandschutzeinrichtungen sind grundsätzlich über Primärleitungen anzuschließen (Punkt 5.6.3.2). Bei Integration der BMA in ein übergeordnetes System - z. B. in eine Gebäudeleit- und sicherheitstechnische Anlage - sind hinsichtlich der Ausführung der Übertragungswege zwischen der BMA und den sonstigen Steuereinrichtungen die Vorgaben der DIN 14675 und DIN 14674 zur anlagenübergreifenden Vernetzung zu beachten. Auf eine Überwachung kann danach verzichtet werden, wenn bei Ausfall des Übertragungsweges die zu steuernde Anlage selbsttätig in einen sicheren Zustand fällt, <?page no="123"?> 109 sich keine negativen Einflüsse auf die zu steuernde Anlage ergeben die zu steuernde Anlage den Übertragungsweg überwacht und den Ausfall an die BMZ meldet. Abbildung 5-8: Ansteuerungen durch die Brandmelderzentrale (Beispiele) <?page no="124"?> 110 Ggf. erforderliche Wechselwirkungen mit sonstigen Einrichtungen des Anlagentechnischen Gefahrenschutzes sind bei der Projektierung von Brandmeldeanlagen besonders zu beachten (Punkt 5.8.1) 5.7 Brandmelder Die für bestimmte Bauwerke, einzelne Bereiche in Bauwerken bzw. Einzelrisiken (Maschinen) zu wählende Melderart, deren Anzahl und Anordnung hängt im Wesentlichen von den folgenden Einflussgrößen ab: Materialien im Überwachungsbereich und deren Entzündbarkeit Brennbarkeit Menge und Anordnung (im Raum sowie relativ zueinander) zu erwartende Brandausbreitungsgeschwindigkeit; zu erwartende Rauchentwicklung; zu erwartende Flammenentwicklung; räumliche Ausdehnung und Anordnung des Überwachungsbereichs (insbesondere die Raumhöhe); Einbauten im überwachten Bereich die die Rauch- oder Strahlungsausbreitung beeinflussen; Einflüsse durch Lüftung und Heizung; Umgebungsbedingungen in den überwachten Räumen; Möglichkeiten von Fehlalarmen. Es sind solche Brandmelder auszuwählen, die unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen in den Bereichen, in denen sie angeordnet sind, die schnellstmögliche zuverlässige Alarmierung liefern (zur Theorie der Auslegung von Brandmeldesystemen siehe z. B. bei Schifiliti et al. [5.61]). Es gibt keinen Melder, der für alle Anwendungen gleich gut geeignet ist, letztlich wird die Auswahl von speziell anzutreffenden Gegebenheiten abhängen. Manchmal wird eine sichere schnelle Brandentdeckung nur durch eine Kombination verschiedener Melderarten möglich sein. 5.7.1 Nichtautomatische Brandmelder - Handfeuermelder Nichtautomatische Brandmelder sind Handfeuermelder nach DIN EN 54-11 [5.62] (früher bezeichnet als: ”Druckknopfmelder”, ”Feuermelder nach DIN 14655” oder ”Nebenmelder”) und bestehen aus einem Gussbzw. Kunststoffgehäuse und enthal- <?page no="125"?> 111 ten hinter einer auswechselbaren Glasscheibe einen Druckknopf. Durch Betätigung des Knopfes wird eine Meldung, in der Regel nach dem Unterbrechungsprinzip, ausgelöst. Handfeuermelder sind anzubringen an gut sichtbaren und zugänglichen Stellen an Fluchtwegen, Treppenräumen, Gängen, an Ausgangstüren und in feuergefährdeten Räumen, in denen ein Feuer von anwesendem Personal entdeckt und gemeldet werden kann. Abbildung 5-9: Handfeuermelder nach DIN EN 54-11 in Deutschland 5.7.2 Automatische Brandmelder In unbesetzten Betriebsräumen, in Fluren und sonstigen Rettungswegen, in großen Lagern mit brennbaren Materialien und bestimmten anderen Räumen sind zur raschen Entdeckung von Bränden automatische Melder einzubauen (zur Anzahl und Anordnung enthält Punkt 5.8.5 weitere Ausführungen). In besetzten Betriebsräumen (z. B. Werkstätten, Laboratorien) können in begründeten Ausnahmefällen und mit Zustimmung der zuständigen Brandschutzdienststellen einzelne automatische Melder bzw. Meldergruppen während der Betriebszeit abgeschaltet werden. Der abgeschaltete Zustand muss an einer ständig besetzten Stelle optisch angezeigt werden. 5.7.2.1 Branddetektion durch automatische Brandmelder Brandmelder können in der Regel eine oder mehrere der unter Punkt 5.1 dargestellten Brandkenngrößen erkennen: Rauch, Wärme, Strahlung (Flamme) und andere Brandfolgeerscheinungen. Jede Melderart reagiert unterschiedlich schnell auf die verschiedenen Brandarten. Im Allgemeinen zeigt ein Wärmemelder die langsamste Feuerwehr Scheibe einschlagen Knopf tief drücken Feuerwehr Scheibe einschlagen Knopf tief drücken <?page no="126"?> 112 Reaktion, aber bei einem Brand mit schneller Wärmeentwicklung und wenig Rauch kann ein Wärmemelder vor einem Rauchmelder ansprechen. Bei einem Schwelbrand wie in der Entstehungsphase eines Brandes von Pappe, wird ein Rauchmelder im Allgemeinen am schnellsten ansprechen. Bei Flüssigkeitsbränden wird die früheste Brandentdeckung normalerweise durch einen Flammenmelder erfolgen. In manchen Fällen wird ein einziger Meldertyp nicht zu einer sicheren und schnellen Branddetektion führen. Dann sind Kombinationen der verschiedenen Meldertypen oder Mehrkriterienmelder erforderlich. Dies führt im Allgemeinen zu einer Erhöhung der Melderanzahl und damit der Kosten. Die von punktförmigen Wärme- und Rauchmeldern erkannten Verbrennungsprodukte werden durch Konvektion von der Brandzone zum Melder transportiert. Diese Melder benötigen daher das Vorhandensein einer Decke (oder einer ähnlichen Fläche), um die Verbrennungsprodukte von der aufsteigenden Rauchsäule zum Melder zu leiten [5.61]. Sie sind daher für den Einsatz in den meisten Gebäuden geeignet, im Allgemeinen jedoch nicht für den Einsatz im Freien. Für Spezialanwendungen in sehr großen oder langgestreckten Bauwerken (Messehallen, Tunnel u. a. m.) stehen linienförmige Melder zur Verfügung. Die Strahlung, die von Flammenmeldern erkannt wird, breitet sich geradlinig aus und benötigt daher keine Decke, um das Verbrennungsprodukt weiterzuleiten. Flammenmelder können daher auch im Freien und in sehr hohen Räumen eingesetzt werden, in denen Wärme- und Rauchmelder ungeeignet sind. Bei jedem Brand entstehen bestimmte Gase wie CO, CO 2 und NH 3 . Gassensormelder können diese Gase erkennen und ihr Auftreten als Brand deuten. Da diese Gassensormelder nur sehr geringe Konzentrationen der Brandgase benötigen, können Brände schon in sehr frühem Enstehungsstadium nachgewiesen werden. Durch Kombination von zwei oder mehr Melderarten (z. B. Rauch/ Wärme oder Rauch/ Wärme/ Flamme) ergeben sich Melder mit Mehrfachsensoren. Durch gemeinsame Verarbeitung der Signale jeder Melderart (nach Absolutwert und Gradient) durch mathematische Berechnungen können Mehrkriterienmelder entstehen. Mit Mehrsensor- und Mehrkriterienmeldern kann eine deutlich bessere Unterscheidung zwischen tatsächlichen Alarmen und Falschalarmen getroffen werden. 5.7.2.2 Falschalarme und BMA-Betriebsarten Mit der Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit einer BMA erhöht sich andererseits jedoch auch die Häufigkeit von Falschalarmen, d. h. Alarmierungen der Feuerwehr, die nicht auf Grund eines tatsächlichen Brandes erfolgen. Falschalarme, die durchschnittlich in rund 81% der Brandalarme duch BMA vorliegen (Diewald et. al. [5.63]), verursachen Kosten infolge des Einsatzes der Feuerwehr (der nur bei bestimmungsgemäßer Auslösung des Alarmes, also bei Bränden, nach den Brandschutzgesetzen der Länder kostenfrei ist) und möglicher Betriebsunterbrechungen durch Räumung von Gebäuden, Abfahren von Anlagen etc. (siehe hierzu unter Punkt 5.8.6). <?page no="127"?> 113 Um Falschalarme soweit technisch möglich zu vermeiden, dürfen in Brandmeldeanlagen nach DIN 14675 und VdE 0833-2 nur Brandmelder eingesetzt werden, die in einem der Teile der DIN EN 54 technisch beschrieben sind. Darüber hinaus können Brandmeldeanlagen mit automatischen Brandmeldern in den Betriebsarten TM oder PM ausgeführt und betrieben werden. Für BMA mit Handfeuermeldern ist nur die Betriebsart OM zulässig. Betriebsart OM Brandmeldeanlagen ohne besondere Maßnahmen zur Vermeidung von Fehlalarmen. Betriebsart TM Brandmeldeanlagen mit technischen Maßnahmen zur Vermeidung von Fehlalarmen (vergl. auch bei Kayser [5.62]), z. B.: Verifizierung des Alarmzustandes durch Alarmzwischenspeicherung (Der Alarm wird erst weitergeleitet, wenn nach einer Verzögerungszeit von bis zu 10 Sekunden die Brandkenngröße noch ansteht.) Zweimeldungsabhängigkeit Typ A (In der Brandmeldezentrale wird bei Ansprechen eines Melders zunächst nur ein „Voralarm” ausgelöst. Erst bei Ansprechen von zwei Meldern wird der „Alarm” automatisch an die Feuerwehr oder eine sonstige, ständig besetzte Stelle weitergeleitet. Wo erforderlich werden dann auch Brandbekämpfungseinrichtungen ausgelöst, Brandund/ oder Rauchschutztüren geschlossen, Alarmdurchsagen ausgelöst etc. siehe hierzu Punkte 5.6.4 und 5.6.5). Zweimeldungsabhängigkeit Typ B (analog zur Zweimelderabhängigkeit, jedoch müssen die zwei Melder zu zwei verschiedenen Meldergruppen gehören.) Komplexe Auswertung von Brandkenngrößen: Vergleich des Signals mit charakteristischen Brandkenngrößenmustern Einsatz von Mehrfachsensorenund/ oder Mehrkriterienmeldern Betriebsart PM Brandmeldeanlagen mit personellen Maßnahmen zur Vermeidung von Fehlalarmen Bei dieser Betriebsart wird vor der Weiterleitung des Alarmes durch anwesendes Personal überprüft, ob tatsächlich ein Brand vorliegt. Dabei müssen folgende Bedingungen eingehalten sein: <?page no="128"?> 114 Die Alarmverzögerung darf nur währen der Anwesenheit von Personen in den überwachten Bereichen wirksam sein Wenn die eingelaufene Meldung nicht nach höchstens 30 Sekunden quittiert wird, muss der Alarm automatisch weitergeleitet werden. Nach der Quittierung darf die Erkundungszeit in Deutschland maximal 3 Minuten betragen, danach muss der Alarm automatisch weitergeleitet werden. Bei Eingang einer weiteren Brandmeldung während der Erkundungszeit muss der Alarm unverzögert sofort automatisch weitergeleitet werden. Das Einschalten der Verzögerung darf nur manuell möglich sein, das Ausschalten muss automatisch erfolgen. Die Brandmeldungen von Handfeuermeldern sollten stets unverzögert weitergeleitet werden Die Ansteuerung von Brandschutzeinrichtungen (Punkt 5.6.5) muss stets ohne Verzögerung erfolgen. Aus Sicht der Feuerwehren ist insbesondere die Betriebsart PM kritisch zu sehen, da im Brandfall bis zu 3,5 Minuten verloren gehen können, so dass die Eingreifzeit (Punkt 2.4.1) sich entsprechend verlängert. Gerade bei zu erwartender hoher Brandausbreitungsgeschwindigkeit oder bei Anwesenheit von Personen, die sich nicht ausreichend selbst helfen können (in Krankenhäusern oder Altenheimen) kann im Einzelfall eine solche Verzögerung zu vermeidbaren Sach- oder Personenschäden führen (vergl. Punkt 1.3.3). 5.7.2.3 Erprobung automatischer Brandmelder Wegen der unterschiedlichen Empfindlichkeiten der verschiedenen automatischen Brandmelder müssen diese nach DIN EN 54 hinsichtlich ihres Ansprechverhaltes klassifiziert werden. Die Brandmelder werden dazu in einem bestimmten Testraum je nach Meldertyp einer Anzahl genau beschriebener Testfeuer (Tabelle 5-4 und DIN EN 54-7 [5.65]) ausgesetzt und hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit klassifiziert. Wenn bestimmte Grenzwerte der Empfindlichkeit bei den Testfeuern erreicht werden, gelten die Brandmelder als für diese Feuer geeignet. Beispielhafte relative Empfindlichkeitskurven verschiedener Brandmelder zeigt Abbildung 5-10. Seit einiger Zeit wird intensiv untersucht, ob auf Grund der heute in moderenen Einrichtungsgegenständen verwendeten Materialien (Polyester, Polycarbonat, Polyethylen etc.) die obigen Testfeuer angepaßt oder ergänzt werden müssen, um weiterhin <?page no="129"?> 115 ein ausreichend schnelles Ansprechen der Brandmelder zu gewährleisten (Chagger [5.65]). Tabelle 5-4: Testfeuer für die Erprobung der Eignung von automatischen Brandmeldern Bezeichnung Brandart typische Merkmale Wärmentwicklung Aufwärtsströmung Rauchentwicklung Aerosolspektrum sichtbarer Bereich TF 1 offener Zellulosebrand (Holz) stark stark ja überwiegend nicht sichtbar dunkel TF 2 Prolyse-Schwelbrand (Holz) vernachlässigbar schwach ja überwiegend sichtbar hell, stark streuend TF 3 Glimm-Schwelbrand (Baumwolle) vernachlässigbar sehr schwach ja überwiegend nicht sichtbar hell, stark streuend TF 4 offener Kunststoffbrand (Polyurethan) stark stark ja teilweise nicht sichtbar sehr dunkel TF 5 Flüssigkeitsbrand (n-Heptan) stark stark ja überwiegend nicht sichtbar sehr dunkel TF 6 Flüssigkeitsbrand (Aethylalkohol) stark stark nein keines keiner Abbildung 5-10: Relative Empfindlichkeit von automatischen Brandmeldern (Beispiel) <?page no="130"?> 116 5.7.2.4 Rauchmelder Sowohl Ionisationsrauchmelder als auch optische Rauchmelder haben einen ausreichend breiten Ansprechbereich für einen allgemeinen Einsatz. Es gibt jedoch spezielle Risiken, für die eine der beiden Arten besser oder weniger gut geeignet ist. Rauchmelder können keine Verbrennungsprodukte rauchlos brennender Flüssigkeiten (wie z. B. Alkohol) erkennen. Sofern ein Brand nur auf solche Materialien begrenzt bleibt und von keinen anderen brennbaren Stoffen bewirkt wird, sollten in diesem Bereich Wärme- oder Flammenmelder eingesetzt werden. Im Allgemeinen sprechen Rauchmelder deutlich schneller als Wärmemelder an, sind aber bei falscher Montage auch anfälliger für Fehlalarme. Die Anforderungen an Punktförmige Rauchmelder enthält DIN EN 54-7. Ionisationsrauchmelder Funktionsprinzip Ionisationsrauchmelder nutzen die Eigenschaft radioaktiver Strahlen die Luft zu ionisieren, das heißt in gewissem Umfang elektrisch leitfähig zu machen. In der Regel wird dabei ein Alpha-Strahler - überwiegend Americium 241 - als ionisierendes Element eingesetzt [5.67]. Durch die Alpha-Strahlung werden die neutralen Luftmoleküle in einer Messkammer ionisiert (Abspaltung von Valenzelektronen der Außenschale). Elektronen und positiv geladenen Ionen wandern bei Anlegen einer Gleichspannung an die Messkammer zu den entgegengesetzt geladenen Elektroden. Es stellt sich ein definierter Strom ein. Abbildung 5-11: Funktionsprinzip von Ionisations-Rauchmeldern Gelangen Verbrennungsprodukte (Rauchaerosole) in die Messkammer, schließt sich ein Teil der Ionen an die bis zu 1 000-mal schwereren Verbrennungsteilchen an. Die dadurch entstehenden ”schweren Ionen” bewegen sich praktisch nicht mehr. Dadurch stellt sich ein geringerer Strom durch die Messkammer ein. Diese Stromänderung wird als Alarmkriterium ausgewertet. Zur Kompensationen von Umwelteinflüssen wie Luftdruck, Luftfeuchtigkeits- und Lufttemperaturänderungen usw. wird bei einem Zweikammer-Ionisations- U B I 1 - + U B I 2 - + Ruhezustand Alarmzustandzustand I 2 < I 1 Am 241 Am 241 <?page no="131"?> 117 melder zusätzlich zur Messkammer eine Vergleichskammer eingesetzt. Dabei ist die Vergleichskammer für die Umgebungsluft abgeschlossen, die Messkammer offen. Eignung: Ionisationsrauchmelder sprechen besonders auf Rauch mit kleiner Partikelgröße an, wie er in rasch verlaufenden Bränden mit Flammenbildung auftritt, weniger aber auf Rauch mit größeren Partikeln, wie er bei optisch dichtem Rauch bei schwelenden Materialien erzeugt wird. Der Einsatz darf nicht in Räumen mit betriebsbedingter Rauchentwicklung oder bei Auftreten von Aerosolen erfolgen (z. B. Schweißerei, Abgase von Dieselmotoren, Auftreten von Wasserdampf etc.). Optische Rauchmelder Funktionsprinzip: Optische Rauchmelder arbeiten nach dem Streulichtprinzip oder dem Durchlichtprinzip. Beim Streulichtprinzip befindet sich im Melder eine Labyrinthkammer, in dereine Lichtquelle und eine (mehrere) Fotozelle(n) so angeordnet ist (sind), dassim Ruhezustand kein Licht zur Fotozelle gelangen kann (Abbildung 5-12). Tritt- Rauch in die Labyrinthkammer ein, so wird ein Teil der Lichtstrahlen an den Rauchpartikelchen gestreut und trifft auf die Fotozelle auf. Somit entsteht dort eine Spannungsänderung, die zur Alarmauswertung genutzt wird. Beim Durchlichtprinzip ist der Melder so aufgebaut, dass im Ruhezustand eine bestimmte Mindest-Lichtmenge in den Empfänger gelangt (Abbildung 5-12). Tritt Rauch zwischen Lichtquelle und Fotozelle wird die Mindest-Lichtstärke unterschritten. Daher tritt ebenfalls eine Spannungsänderung auf, die ausgewertet wird. Abbildung 5-12: Funktionsprinzip optischer Streulicht-Rauchmelder Eignung: Optische Rauchmelder ermöglichen die Feststellung von Entstehungsbränden bevor gefährliche Temperaturerhöhungen oder Flammenbildung auftreten (z. B. bei Schwelbränden). Rauchmelder nach dem Streulichtprinzip sprechen auf größere, optisch aktive (helle) Partikel in optisch dichtem Rauch an, aber weni- <?page no="132"?> 118 ger auf kleine Partikel bei Bränden mit relativ geringer Rauchentwicklung. Bei- Überhitzung bestimmter Materialien (z. B. PVC) oder bei Schwelbränden (z. B. Polyurethanschaum) entsteht Rauch mit überwiegend großen Partikeln, auf dieoptische Rauchmelder besonders ansprechen. Rauchmelder nach dem Durchlichtprinzip eignen sich auch für Brände mit optisch weniger aktiven (dunklen) Partikeln. Der Einsatz darf nicht in Räumen mit betriebsbedingter Rauchentwicklung oder bei Auftreten von Aerosolen erfolgen (z. B. Schweißerei, Abgase von Dieselmotoren, Auftreten von Wasserdampf etc.). Abbildung 5-13: Funktionsprinzip optischer Durchlicht-Rauchmelder Lichtstrahlrauchmelder Funktionsprinzip: Lichtstrahlrauchmelder bestehen in der Regel aus dem eigentlichen Melder und einem Reflektor, der dem Melder gegenüberliegend angeordnet wird (Abbildung 5-14). Der Melder enthält einen Lichtsender und einen Lichtempfänger. Der Lichtsender sendet einen gebündelten Infrarotstrahl aus, der vom Retroreflektor zum Lichtempfänger zurückgeworfen wird. Der Empfänger wandelt das empfangene Infrarotsignal in ein elektrisches Signal um, das in der Elektronik ausgewertet wird. Die Messstrecke eintretender Rauch schwächt das Infrarotsignal ab, bei Überschreiten der Grenzwerte wird der Gefahrenzustand angezeigt. Die Anforderungen an Lichtstrahlrauchmelder enthält DIN EN 54-12. Abbildung 5-14: Funktionsprinzip von linearen optischen Rauchmeldern <?page no="133"?> 119 Der Abstand zwischen Melder und Reflektor kann bis zu 100 m (in Spezialanwendungen auch mehr) betragen. Eine freie Sichtverbindung sowie stabile, vibrationsfreie Montageorte sind dabei Grundvoraussetzung für eine einwandfreie Funktion. Bei der Wahl und Anordnung des Reflektors ist insbesondere auch die wärmebedingte Bewegung von Bauteilen zu berücksichtigen. Eignung: Lichtstrahlrauchmelder erfassen die Verdunkelung eines Lichtstrahls und sprechen daher auf den mittleren Wert der Rauchdichte über die Länge des Lichtstrahls an. Sie sind besonders für den Einsatz an Orten geeignet, an denen der Rauch vor der Erkennung über einen großen Bereich verbreitet ist, und können die einzige Art von Rauchmeldern sein, die unter hohen Decken eine zuverlässige Branddetektion ermöglichen. Lichtstrahlrauchmelder werden daher in großflächigen, schmalen oder hohen Räumen, wie Korridoren, Empfangshallen, Atriumgebäuden, überdachten Innenhöfen, Messehalle, Lager- und Fabrikationshallen, etc., sowie in denkmalgeschützen Gebäuden eingesetzt. Ansaugrauchmelder Funktionsprinzip: Rauchansaugmeldesyteme (RAS) arbeiten mit einem Rohrsystem zum Ansaugen der Atmosphäre des geschützten Bereichs und der Überleitung der Ansaugatmosphäre zu einem Sensor, der sich entfernt vom geschützten Bereich befinden kann (Abbildung 5-15). Abbildung 5-15: Ansaugrauchmelder - Prinzip Ein Ansaugrohr hat normalerweise mehrere Ansaugöffnungen und die Rauchdichte am Sensor ist der mittlere Wert der Rauchdichte über alle Öffnungen des Ansaugrohrs. Die maximale Rohrleitungslänge des Absaugleitungsnetzes beträgt 50 m bis 60 m, dabei sind ca. 10 einzelne Ansaugorte realisierbar. Zwar <?page no="134"?> 120 benötigen die Brandgase eine gewisse Transferzeit zum Rauchmelder, auf Grund der Ansaugung der Gase erfolgt jedoch andererseits eine Konzentration zum Detektor hin, so dass RAS Systeme Detektionszeiten von ein bis zwei Minuten erreichen. Die Anforderungen an Ansaugrauchmelder enthält DIN EN 54-20. Eignung: Rauchansaugsysteme eignen sich für die Überwachung von Objekten, bei denen Punktmelder nicht oder nur mit großem Aufwand eingesetzt werden können, z. B. Hohlböden, Kabeltunnel, Hochregallager, Tiefkühllager und sonstige schwer zugängliche Räume. Ansaugmelder werden auch häufig zum Schutz elektronischer Einrichtungen benutzt. Des Weiteren werden Rauchabsaugsysteme zur Flächenüberwachung im Kulturgüterschutz eingesetzt, da die relativ kleinen, leicht kaschierbaren Ansaugöffnungen praktisch unsichtbar angebracht werden können. Der/ die Rauchmelder arbeitet(n) nach einem der o. g. Verfahren. 5.7.2.5 Flammenmelder Flammenmelder sprechen auf die von Bränden ausgehende Strahlung an (Abbildung 5-16). Ultraviolette Strahlung, infrarote Strahlung oder die Kombination beider können erkannt werden. Das Strahlungsspektrum der meisten entflammbaren Materialien ist ausreichend breitbandig, um von jedem Flammendetektor erkannt zu werden, bei einigen Materialien (wie z. B. anorganischen Materialien) kann es aber erforderlich sein, Flammendetektoren auszuwählen, die bevorzugt auf bestimmte Teile des Wellenlängenspektrums ansprechen. Zusätzlich wird das mit einer charakteristischen Frequenz (5 - 15 Hz) erfolgende Flackern von Flammen zur Auslösung des Alarmes mit ausgenutzt [5.68]. Die Anforderungen an Flammenmelder enthält DIN EN 54-10 mit der Änderung DIN EN 54-10/ A1. Flammenmelder erkennen Flammbrände schneller als Wärme- oder Rauchmelder. Aufgrund ihrer Unfähigkeit, Schwelbrände zu erkennen, sollten Flammenmelder jedoch nicht als Universalmelder angesehen werden. Flammenmelder sollten nur dort eingesetzt werden, wo eine Sichtverbindung zum Überwachungsbereich besteht. Zwar kann grundsätzlich auch reflektierte Strahlung detektiert werden, da jedoch deren Intensität deutlich geringer ist, als die der Direktstrahlung, kann es zu Verzögerungen der Brandentdeckung kommen. Ultraviolette und infrarote Strahlung haben ferner materialabhängige Durchdringungseigenschaften. Ultraviolette Strahlung im für die Branderkennung verwendeten Wellenlängenbereich kann durch Öl, Schmierstoffe, die gebräuchlichsten Glasarten und viele Raucharten ganz oder teilweise absorbiert werden. Um eine einwandfreie Branddetektion sicherzustellen, sollten daher Vorkehrungen gegen die Ablagerung von Öl, Schmierstoffen oder Staub auf den Meldern getroffen werden. Infrarote Strahlung ist hiervon deutlich weniger betroffen. <?page no="135"?> 121 Die von einem Brand ausgehende ultraviolette Strahlung kann möglicherweise den Melder nicht erreichen, falls der Brand vor der Flammenentstehung viel Rauch erzeugt. Sofern daher UV-Flammenmelder in Gebäuden mit Schwelbrandgefahr eingesetzt werden, sollten sie durch andere Melderarten abgesichert werden. Flammenmelder können sehr täuschungsalarmsicher gemacht werden, indem - zusätzlich zur Wellenlängenfilterung und Auswertung der Flackerfrequenz der Flammen [5.68] - durch einen zweiten Sensor, der in einem anderen Spektralbereich arbeitet, die Strahlung von Störstrahlern, wie Sonnenlicht, künstliches Licht, Heizstrahler usw., ausgeschlossen wird. UV-Flammenmelder Funktionsprinzip: Der Melder detektiert mittels geeigneter Filter und Fotodioden/ Fotoverstärkern die von Bränden ausgehende Ultraviolettstrahlung. Eignung: UV-Flammenmelder eignen sich insbesondere zur Entdeckung von Bränden ohne nennenswerte Rauchentwicklung. UV-Flammenmelder sind weiter besonders geeignet für die Überwachung hoher Hallen und sonstiger Räume, in denen brennbare Flüssigkeiten der Gefahrenklasse B nach VbF ([5.68] siehe Anhang 1) verarbeitet oder gelagert werden. Der Einsatz ist in auch im Freien unter extremen Verhältnissen möglich. Abbildung 5-16: Flammenmelder, prinzipieller Aufbau und Funktion (die Selektion typischer Wellenlängen kann auch durch die Wahl des Wandlermaterials erfolgen) IR-Flammenmelder Funktionsprinzip Der Melder detektiert die von Flammen ausgehende infrarote Strahlung imWellenlängenbereich von 4,1*10 -6 m bis 4,7*10 -6 m. Der Melder spricht mit kurzer Licht mit charakteristischer Flammen- Flackerfrequenz Wellenlängenfilter Photoelektrische Wandler λ 2 λ 1 Verstärker Signalstärke Flackerfrequenz Selektion typischer Wellenlängen Licht mit charakteristischer Flammen- Flackerfrequenz Wellenlängenfilter Photoelektrische Wandler λ 2 λ 1 Verstärker Signalstärke Flackerfrequenz Selektion typischer Wellenlängen <?page no="136"?> 122 Reaktionszeit auf alle Flammenbrände mit kohlenstoffhaltigen Materialien (Holz, Kunststoff, Alkohol, Mineralölprodukte usw.) an. Eignung: IR-Flammenmelder sind besonders geeignet für die allgemeine Überwachung in großen offenen Bereichen wie Lagerhäuser oder Holzlagerplätze oder für die lokale Überwachung kritischer Bereiche, in denen sich Flammen sehr rasch ausbreiten können, z. B. bei Pumpen, Ventilen oder Rohrleitungen mit brennbaren Flüssigkeiten oder Bereichen mit dünnen, vertikal verlegten brennbaren Materialien wie Verkleidungen oder Ölanstriche. Der Einsatz in auch im Freien unter extremen Verhältnissen möglich. 5.7.2.6 Wärmemelder Wärmemelder sprechen auf Temperaturerhöhung an. Sie sind besonders geeignet in Bereichen, in denen mit einer hohen Temperatur im Brandfall bzw. mit einem raschen Temperaturanstieg gerechnet wird. Sie dürfen nicht an Stellen angeordnet werden, an denen die Umgebungstemperatur als Folge natürlicher oder betrieblicher Wärmequellen Werte annehmen kann, die die Funktion des Melders beeinträchtigen können. Wärmemelder werden heute in der Regel aus wärmeempfindlichen Widerständen (Halbleitern) angefertigt. Die Anforderungen an Punktförmige Wärmemelder enthält DIN EN 54-5 mit der Änderung DIN EN 54-5/ A1. Wärmemelder sind im Allgemeinen die am wenigsten empfindlichen Melder. Als einfache Regel gilt, dass ein Wärmemelder erst dann anspricht, wenn die Flammen etwa ein Drittel der Höhe vom Boden des Feuers zur Decke (= zum Melder) erreicht haben. Somit ist im Mittel mit etwas längeren Reaktionszeiten der dieser Melder zu rechnen (RTI-Wert, siehe z. B. in [5.61]). Im Allgemeinen halten Wärmemelder Umwelteinflüssen besser stand als andere Melderarten. Abbildung 5-17: Punktförmige Wärmemelder, prinzipieller Aufbau Wärmemelder werden in drei Klassen eingeteilt: Klasse 1 Eignung bis zu einer Raumhöhe von 7,5 m Klasse 2 Eignung bis zu einer Raumhöhe von 6,0 m Klasse 3 Eignung bis zu einer Raumhöhe von 4,5 m Meßheißleiter Vergleichsheißleiter Komparator Referenzspannung <?page no="137"?> 123 Wärmemaximalmelder Funktionsprinzip: Der Melder löst ausschließlich bei Erreichen oder Überschreiten einer Maximaltemperatur aus. Detektierende Elemente sind Temperaturschalter oder temperaturempfindliche Widerstände sowie Halbleiter, die in der Regel in Komparatorschaltungen (warmes und kaltes Element) eingesetzt werden. Eignung: Wärmemelder nach dem Maximalprinzip eignen sich besonders für Räume, in denen automatische Rauchmelder nicht eingesetzt werden können, weil betriebsbedingt größere Rauch- oder Staubmengen vorhanden sind, sowie bei zu erwartenden offenen Bränden mit starker Wärmeentwicklung. Sie sind nicht einsetzbar in Räumen, bei denen betriebsbedingt mit dem Auftreten hoher Temperaturen zu rechnen ist. Differentialwärmemelder Funktionsprinzip: Melder nach dem Differentialprinzip lösen bei schnellen Temperaturerhöhungen aus. Sie sind dadurch wesentlich schneller als normale Wärmemelder nach dem Maximalprinzip. Sie werden heute ebenfalls in Halbleitertechnologie und/ oder hochintegriert hergestellt. Früher waren auch sog. Wärme- Diffusionsmelder üblich, die im ”Leckdüsenprinzip” aus dem Wärmeanstieg Druckdifferenzen erzeugten die über Druckschalter ausgewertet wurden. Moderne Wärmemelder sind in der Regel kombinierte Maximal- und Differentialmelder. Erhöht sich die Umgebungstemperatur am Melder, so verändert sich der Gleichgewichtszustand eines aus zwei temperaturabhängigen Widerständen bestehenden Spannungsteilers. Bei Überschreiten von Grenzwerten (Maximum bzw. eingeplante zeitliche Änderung) wird Alarm ausgelöst. Eignung: Wärmemelder nach dem Maximalprinzip eignen sich besonders für Räume, in denen automatische Rauchmelder nicht eingesetzt werden können, weil betriebsbedingt größere Rauch- oder Staubmengen vorhanden sind, sowie bei zu erwartenden offenen Bränden mit starker Wärmeentwicklung. Sie sind nicht einsetzbar in Räumen bei denen witterungs- oder betriebsbedingt mit schnellen Temperaturanstiegen zu rechnen ist. Differentialwärmemelder sind eher dort geeignet, wo die Umgebungstemperaturen niedrig sind oder nur wenig schwanken, während wärmedifferentielle Maximaltemperaturmelder eher dort geeignet sind, wo die Umgebungstemperaturen größeren Schwankungen in kurzen Zeiträumen unterliegen. <?page no="138"?> 124 Linienförmige Wärmemelder Die Anforderungen an Linienförmige Wärmemelder enthält E DIN EN 54-22. Funktionsprinzip 1: Mit geeigneten Flüssigkeiten gefüllte Rohre werden in den zu überwachenden Räumen angebracht („Hydraulikmelder“). Bei Erwärmung betätigt die sich ausdehnende Flüssigkeit Druckschalter bzw. Drucksensoren fragen den Druckanstieg ab. Abbildung 5-18: Prinzip linearer Wärmemelder mit Hydraulik Eignung: Da das Sensorelement aus einem Metallrohr besteht, können diese Melder auch unter extremen äußeren Bedingungen (Feuchtigkeit, Staub, Schnee), z. B. in Industrieanlagen, Tunnels etc. eingesetzt werden. Es ist gegen elektromagnetische Störstrahlung unempfindlich. Funktionsprinzip 2a: Als Sensor wird ein wärmeempfindliches Kabel eingesetzt. Dieses ändert den Widerstand bei Erwärmung, die Auswertung erfolgt analog jener bei punktförmigen Wärmemeldern nach Maximaltemperatur und Anstiegsgeschwindigkeit. Funktionsprinzip 2b: Als Sensor wird ein Kabel mit wärmemepfindlicher Isolierung eingesetzt. Die bei Wärmeeinwirkung zerstörte Isolation führt zum Kurzschluss. Über den sich ergebenden neuen Widerstand kann der Brandort bestimmt werden. Eignung: Für langgestreckte Baulichkeiten (Förderbänder, Tunnel), auch im Freien ähnlich Funktionsprinzip 1 mit nicht ganz so hoher Unempfindlichkeit. Der Preis ist geringer als bei linearen Wärmemeldern mit Hydraulik <?page no="139"?> 125 Funktionsprinzip 3: Als Sensorelement wird eine Quarzglasfaser eingesetzt: Faseroptische linienförmige Wärmemelder), je nach Umgebungsbedingungen wird diese noch durch ein Stahlröhrchen geschützt [5.70] (Temperaturänderungen induzieren Schwingungen der amorphen Glasstruktur, diese können mittels Laserlicht sehr exakt gemessen werden. Die eingestrahlten Photonen eines Lasers treten mit den schwingenden Elektronen des Glasmoleküls in Wechselwirkung. Das nachgewiesene gestreute Licht enthält neben der eingestrahlten Wellenlänge auch verschobene Wellenlängen (Raman-Streuung), deren Intensitätsverhältnis zum Temperaturnachweis ausgenutzt wird: Das zu kleinerer Wellenlänge, d. h. höherer Energie, verschobene Streulicht (Anti-Stokes-Linie) reagiert wesentlich stärker auf Temperaturänderungen des Glases als das zu größeren Wellenlängen, d. h. geringerer Energie verschobene. Aus dem Intensitätsverhältnis wird die Temperatur errechnet. Die beiden resultierenden Frequenzverläufe werden mittels Fourier-Transformation in zeitabhängige Signale umgerechnet, hieraus ergibt sich der Entstehungsort (= Brandort) des Signals. Derartige Systeme liefern Temperaturänderungen mit einer Auflösung von etwa ±1 o C und den Brandort mit einer Auflösung von etwa ± 1 Meter und daher auch Daten über den Brandverlauf hinsichtlich Größe und Ausbreitungsrichtung. Abbildung 5-19: Wärmedetektion durch Raman-Streuung von Laserlicht Eignung: Wie Funktionsprinzip 1. ca. 2 mm 2 optische Glasfasern ca. 50 μm ca. 125 μm ca. 0,3 mm Kern Schutzummantelung ca. 2 mm 2 optische Glasfasern ca. 2 mm 2 optische Glasfasern ca. 50 μm ca. 125 μm ca. 0,3 mm ca. 50 μm ca. 125 μm ca. 0,3 mm Kern Schutzummantelung Raman-Streuung λ 0 λ Anti-Stokes λ Stokes λ [nm] 980 940 1020 Intensität Rückstreusignal „Kristallstruktur“ des Glases elektronische Transformation und Auswertung Raman-Streuung λ 0 λ Anti-Stokes λ Stokes λ [nm] 980 940 1020 Intensität λ 0 λ Anti-Stokes λ Stokes λ [nm] 980 940 1020 Intensität Rückstreusignal „Kristallstruktur“ des Glases elektronische Transformation und Auswertung Ort [m] Temperatur [ o C] 20 30 40 50 60 70 80 0 50 100 150 750 800 850 Ort [m] Temperatur [ o C] 20 30 40 50 60 70 80 0 50 100 150 750 800 850 λ 0 frequenzmodulierter oder gepulster Laserstrahl λ 0 frequenzmodulierter oder gepulster Laserstrahl ca. 2 mm 2 optische Glasfasern ca. 50 μm ca. 125 μm ca. 0,3 mm Kern Schutzummantelung ca. 2 mm 2 optische Glasfasern ca. 2 mm 2 optische Glasfasern ca. 50 μm ca. 125 μm ca. 0,3 mm ca ca. 50 μm ca. 125 μm ca. 0,3 mm Kern Schutzummantelung Raman-Streuung λ 0 λ Anti-Stokes λ Stokes λ [nm] 980 940 1020 Intensität Rückstreusignal „Kristallstruktur“ des Glases elektronische Transformation und Auswertung Raman-Streuung λ 0 λ Anti-Stokes λ Stokes λ [nm] 980 940 1020 Intensität λ 0 λ Anti-Stokes λ Stokes λ [nm] 980 940 1020 Intensität Rückstreusignal „Kristallstruktur“ des Glases elektronische Transformation und Auswertung Ort [m] Temperatur [ o C] 20 30 40 50 60 70 80 0 50 100 150 750 800 850 Ort [m] Temperatur [ o C] 20 30 40 50 60 70 80 0 50 100 150 750 800 850 λ 0 frequenzmodulierter oder gepulster Laserstrahl λ 0 frequenzmodulierter oder gepulster Laserstrahl <?page no="140"?> 126 Diese Systeme ist sehr störungsresistent, insbesondere - da keine MetallSignalkabel verwendet werden - auch gegen elektromagnetische Störstrahlung (Mobiltelefone etc.). In verschiedenen Tunneln (darunter im Euro-Tunnel) sind Systeme mit bis zu 16 km Kabellänge im Einsatz [5.71]. Die Systeme sind vom VdS anerkannt. Mehrpunktförmige Wärmemelder Als „linear-diskrete“ Wärmesensoren sind Kabelsysteme erhältlich, in die in regelmäßigen Abständen (1m, 2m, 4m oder 8 m) kleine Wärmesensoren (Hybridschaltungen) eingebaut sind (Abbildung 5-20), die von einer Zentraleinheit zyklisch nach der aktuellen Temperatur abgefragt werden. Die Auflösung solcher Mehrpunktförmiger Wärmemelder beträgt dabei ca. 0,1 o C, über die Zentraleinheit können betriebsbedingte Temperaturschwankungen erkannt und „ausgeblendet“ werden. Es sind Kabellängen von bis zu 2,5 km realisierbar. Diese Systeme sind z. T. seit über 10 Jahren im Einsatz. Das System ist vom VdS anerkannt. Eignung: Da die Kabel vollkommen geschlossen sind, wie bei Funktionsprinzip 1; zusätzlich: Förderbandanlagen, Kabeltrassen. Abbildung 5-20: Mehrpunktförmiger Wärmemelder 5.7.2.7 Selektive Gassensormelder Speziell für die frühzeitige Erkennung von Schwelbränden sind in den letzten Jahren Brandmelder in Gassensortechnik entwickelt worden. Dabei werden Halbleitersensoren für die selektive Erfassung von Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlenwasserstoffen und Stickoxyden in auf die jeweiligen Einsatzbereiche exakt abgestimmter Zusammensetzung eingesetzt. Der Nachweis erfolgt über eine Änderung der Leitfähigkeit der Materialien bei chemischer Oberflächenreaktion mit den nachzuweisenden Brandgasen. Diese Halbleitersensoren sind ursprünglich für den Einsatz als reine Gassensoren entwickelt worden. (Für die Sensorik o. g. Brandgase stehen auch elektrochemische Sensoren, Infrarotsensoren und Katalytische-Wärmetönungssensoren zur Verfügung, die ebenfalls prinzipiell geeignet sind, als Brandmelder eingesetzt zu werden). <?page no="141"?> 127 Durch Einsatz mehrerer unterschiedlicher Gassensoren (Mehrfachsensormelder) und Mehrfachkriterien-Auswertung (siehe Punkt 5.7.2.9) können Gassensorbrandmelder eine hohe Nachweisempfindlichkeit bei gleichzeitig niedriger Täuschungsalarmrate erreichen. Sie sind dann unempfindlich gegen Luftfeuchte, starken Staubanfall und Luftströmungen. Gassensorbrandmelder werden beischwierigen Umgebungsbedingungen und gleichzeitig hohen Anforderungen an die Brandfrüherkennung eingesetzt, z. B. in Industrieanlagen, Kernkraftwerken etc. (Kelleter [5.72], [5.73]) Abbildung 5-21: Gassensormelder - Aufbau und Detektionsprinzip 5.7.2.8 Kohlenmonoxid-Melder Die Sensoren von Kohlenmonoxid-Meldern (CO-Meldern) basieren entweder auf Halbleitertechnik wie in Abbildung 5-21 dargestellt, oder verwenden elektrochemischen Zellen. Halbleiter-CO-Sensoren haben den Nachteil, dass sie eine relativ große Querempfindlichkeit (Reaktion auf verschiedenste Gase) aufweisen. Des Weiteren werden sie stark durch Feuchtigkeit beeinflusst. Die korrekte Bestimmung der CO-Konzentration und damit die zuverlässige Einhaltung von Alarmschwellen wird unter Nutzungsbedingungen daher durch diese Faktoren beeinflusst. Elektrochemische CO-Sensoren haben diese Nachteile nicht, weisen aber eine geringere Lebensdauer auf und verursachen dadurch höhere Instandhaltungskosten. Dennoch verwendet die Mehrzahl der heute am Markt befindlichen CO-Melder elektrochemische Zellen. Diffundiert Kohlenmonoxid in den Melder, reagiert dieses am Material der Sensorelektrode und erzeugt Wasserstoffionen und Elektronen (Abbildung 5-22). Die Ionen wandern durch das Elektrolytmaterial, die Elektronen über den externen Stromkreis zur Gegenelektrode. Die Elektronenzahl ist direkt proportional zur CO-Konzentration, diese kann daher einfach aus dem Strom abgeleitet werden. Wenn gleich durch die Nachweisreaktion kein Material des elektrochemischen Sensors verbraucht wird, unterliegt das Material doch einer allmählichen Degradation . Die praktische Lebensdauer dieser Systeme wird mit bis zu 7 Jahren angegeben. <?page no="142"?> 128 Abbildung 5-22: Elektrochemische Zelle als CO-Sensor CO-Melder werden eingesetzt, wenn Brände bereits in der Schwel- oder Glimmphase erkannt werden sollen. In Privathäusern sind Kohlenmonoxid-Melder sinnvoll, wenn dort Feuerungsanlagen, Heizungen und Geräte wie Durchlauferhitzer, Gasthermen und Gasherde in geschlossenen Räumen betrieben werden. 5.7.2.9 Mehrfachsensormelder und Mehrkriterienmelder In Mehrfachsensormeldern werden mehrere der o. a. Messprinzipien vereinigt. Z. B. sind Melder erhältlich, die folgende Detektionsmechanismen in sich vereinen: optisches Streulichtprinzip, Thermomaximal- und Thermodifferentialprinzip optisches Streulichtprinzip unter 2 Streuwinkeln (Duric et. al. [5.74]) mit Thermomaximal- und Thermodifferentialprinzip optisches Streulichtprinzip, Ionisationsprinzip, Thermomaximal- und Thermodifferentialprinzip Durch die gleichzeitige Nutzung mehrerer Messprinzipien wird die Detektionssicherheit maßgeblich verbessert und die Gefahr von Falschalarmen deutlich reduziert (Ollik [5.75]). Die Anforderungen an Punktförmige Mehrfachsensormelder sind in DIN EN 54-29 für kombinierte Rauch- und Wärmemelder, in DIN EN 54-30 für kombinierte CO- und Wärmemelder und DIN EN 54-31 für CO- und Rauchmelder mit optionalem Wärmesensor formuliert [5.74]. Mehrkriterienmelder sind Mehrfachsensormelder (z. B. Wärmemelder kombiniert mit Rauchmeldern), die darüber hinaus neben den jeweils absoluten Werten die Entstehung der Signale hinsichtlich Anstiegsgeschwindigkeit einzeln und im gegenseitigen <?page no="143"?> 129 Vergleich auswerten. Durch den daraus ermöglichten Vergleich von 4 bis 6 so gewonnenen Kriterien mit eingespeicherten typischen „Kennlinienbildern“ können Mehrkriterienmelder sehr schnell und sicher insbesondere Entstehungsbrände erkennen. Dieses Verfahren ermöglicht auch, die Melder durch Programmierung auf den jeweils erwarteten Brand genau abzustimmen und so gleichzeitig die Empfindlichkeit und die Fehlalarmsicherheit zu optimieren [5.17]. Abbildung 5-23: Mehrsensormelder: links O²T-Melder ® , rechts OTI-Melder ® Mittels Fuzzy-Logic-Prinzipien und die Verwendung von grundsätzlich dynamischen Kriterien können Mehrfachsensormelder und Mehrkriterienmelder an die jeweilige Überwachungsaufgabe angepasst werden [5.16], [5.17]. Daher sind sie grundsätzlich für sämtliche Brandarten (Testfeuer) geeignet (Intelligenter Mehrfachsensormelder in Bei Nutzungsänderungen im Überwachungsbereich können Mehrkriterienmelder durch Änderung der Alarmparameter und Anpassung der Empfindlichkeit mittels der eingebauten Intelligenz weiterhin eingesetzt werden, so dass ein Austausch entfällt. 5.7.3 Auswertetechniken Während früher ausschließlich eine Schleifentechnik nach dem Stromverstärkungs bzw. Stromschwächungsprinzip eingesetzt werden konnte, stehen mit den heutigen modernen Techniken weitere Möglichkeiten zur Verfügung. 5.7.3.1 Grenzwertmeldetechnik In der Grenzwertmeldetechnik, die die einfachste und auch preiswerteste Technik ist, wird der Alarm direkt und ausschließlich vom Melder erkannt und an die Brandmeldezentrale weiter geleitet, die den Alarm erkennt, diesen aber nurmeldergruppenbezogen auswerten kann. Daher eignet sich die Grenzwertmeldetechnik besonders für kleine überschaubare Räume. Da Brandmelder über viele Jahre hinweg in Betrieb sind, schlagen sich die Umgebungseinflüsse, insbesondere Verschmutzungen, voll auf die Melder nieder. Dies Optische Sensorkammer Optischer Empfänger Optischer Sender 1 Wärmesensor Optischer Sender 2 Rückwärts- Streuung Vorwärts- Streuung Referenzkammer Optische Sensorkammer Ionisationskammer Optischer Empfänger Optischer Sender Wärmesensor <?page no="144"?> 130 bedeutet im Laufe der Jahre eine Änderung des Meldeverhaltens, die in beide Richtungen - unempfindlicher oder empfindlicher - gehen kann. Bei Leitungs- oder Gerätefehlern fallen auch alle Grenzwertmeldetechnik-Melder einer Meldeprimärleitung gemeinsam aus. Dies führt dazu, dass maximal nur 32 Melder auf eine Meldeprimärleitung aufgeschaltet werden dürfen. Praktisch werden häufig noch weniger Melder aufgeschaltet. Dies bedeutet relativ hohen Leitungs- und damit Kostenaufwand. 5.7.3.2 Impulsmeldetechnik Bei der Impulsmeldetechnik (auch als Adressiertechnik bezeichnet) werden die vom Melder ermittelten Messwerte als Impulsdiagramm in die Brandmeldezentrale weiter geleitet. Diese entscheidet aufgrund der übermittelten Werte und der eingegebenen Kennlinien über Alarm oder Nichtalarm. Im Gegensatz zur Grenzwertmeldetechnik haben Umwelteinflüsse, z. B. Verschmutzungen, keinen Einfluss auf die Betriebsbedingungen, so dass immer eine unveränderliche Ansprechempfindlichkeit des Brandmeldesystems gewährleistet ist. Da jeder Melder eine eigene Adresse besitzt, ist es möglich, mehrere Meldergruppen auf einer Primärleitung zu betreiben. 5.7.3.3 Trendmeldetechnik In der Trendmeldetechnik (auch Analogwertübertragungstechnik genannt) trifft der (intelligente) Melder eine Vorentscheidung, ob die gemessenen Werte Alarm- oder Täuschungsgrößen sind. Die Brandmelderzentrale bewertet zusätzlich die Veränderungen der Messwerte und bezieht diese auf einen vorgegebenen Zeitraum. Die Funktion jedes Einzelmelders wird ständig durch die BMZ überwacht. Die Auswerteschwelle ist daher gleitend und passt sich dem Zustand jedes einzelnen Melders an. Das bedeutet höchste Empfindlichkeit bei gleichzeitig geringemFalschalarmrisiko. Selbst bei Ausfall eines Melders bleiben alle weiteren Melder in Funktionsbereitschaft. 5.7.4 Auswertung von Videobildern zur Branddetektion Für besondere Einsatzfälle (große Hallen, Freiflächen und Industrieanlagen, Tunnel, Waldbrandüberwachung) steht die Möglichkeit der Branddetektion mittels VideoBildern zur Verfügung: Die Informationen von Überwachungskameras (im sichtbaren Licht und/ oder im Infrarot) werden über einen Auswertealgorithmus durch ein Rechnersystem auf Brand überprüft (Opitz et. al. [5.77], Oppelt [5.78], Moore [5.79]). Dies ermöglicht u. a. die einfache Überwachung von großen Räumen und überwachungsbedürftigen Bereichen im Freien, da die - häufig aus Gründen des Intrusionsschutzes vorhandenen Kameras - in der Regel mit Weitwinkelobjektiven arbeiten. Heute <?page no="145"?> 131 sind marktgängige Systeme verfügbar, die mit einer Detektionszeit von unter einer Minute Brände erkennen. Der Auswerterechner überwacht und meldet dabei Bildänderungen. Wenngleich die Auswerte- und Entscheidungsalgorithmen recht komplex sind (Oppelt [5.78], Foo [5.80], VdS 2203 [5.81]), sind die zu Grunde liegenden Effekte leicht zu verstehen. So wird auftretender Rauch das Kontrastverhältnis eines Teils des Videobildes verringern, ein offener Brand dies eher erhöhen. Will man eine Detektionszeit von 1 Minute oder sogar darunter erreichen, so kann mittels einer Kamera - gute Objektive vorausgesetzt - aus Distanzen von 50 m bis 100 m etwa eine Fläche von 50 m * 50 m überwacht werden (Straumann [5.82], Kirchner [5.83]). Als Vorteile der Videobasierten Branddetektion sind zu nennen: hohe Detektionsgeschwindigkeit schnelle Alarmverifizierung durch Aufschaltung des Bildes im Alarmfall Detektion aus großer Entfernung (ggf. mit Zoom-Objektiv) einfaches Erkennen und Vermeiden von Fehlalarmen durch Auswertung der Referenzbilder kostengünstig bei vorhandener Videoinstallation. Die Einsatzgrenzen ergeben sich bei nicht ausreichenden Sichtverhältnissen: bei starkem Wind werden im Außenbereich Rauch und Feuer verweht bei Dunkelheit ist keine Rauchsondern nur Feuerdetektion möglich bei Nebel ist weder Rauchnoch Feuerdetektion möglich bei Abdeckung der Kamera bzw. eines potentiellen Brandobjektes (z. B. durch Krane, LkW) ist eine Detektion nicht möglich. 5.8 Konzeption und Planung von Brandmeldeanlagen 5.8.1 Planungsgrundsätze Wie unter Punkt 5.4 bereits kurz angesprochen, muss der Einbau von Brandmeldeanlagen im Gesamtzusammenhang eines integrierten Brandschutzkonzeptes geplant werden. Ausgehend von einer Gefährdungsanalyse, die mindestens die Aspekte Geometrie und bauliche Ausführung (Bauart) des Gebäudes Nutzungsart und daraus folgende besondere Gefahrenschwerpunkte zu erwartende Brandlasten, <?page no="146"?> 132 bauliche Maßnahmen zur Begrenzung der Brand- und Rauchausbreitung Gefährdung von Personen, Sachen und Umwelt anlagentechnische Maßnahmen zur Brandentdeckung und Alarmierung Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit der Feuerwehr und sonstiger hilfeleistender Stellen (siehe Kapitel 2) Wasserversorgung untersuchen sollte, ist ein Brandschutzkonzept für die bauliche Anlage zu entwickeln. Dieses Brandschutzkonzept muss sicherstellen, dass die in den bauordnungsrechtlichen Vorschriften (Landesbauordnungen und zugehörigen Ausführungsbestimmungen) festgelegten Schutzziele Vermeidung der Brandentstehung Vorbeugung gegen Brand- und Rauchausbreitung Rettung von Menschen und Tieren Durchführung wirksamer Löscharbeiten sicher erreicht werden. Hierzu sind die im Rahmen der Gefährdungsanalyse festgestellten Risiken durch geeignete Komponenten des baulichen, betrieblichen und anlagentechnischen Brandschutzes abzudecken. Während der Konzeption, Planung, Entwicklung und schließlich bei der Realisierung (Montage, Inbetriebsetzung, Abnahme) von BMA können die ausführenden Parteien (Brandschutzgutachter, Planer, Fachplaner, Errichter) wechseln. Nach Inbetriebnahme der BMA durch den Betreiber erfordert eine BMA regelmäßige Wartung und Instandhaltung, um den in sie gesetzten Erwartungen hinsichtlich Detektionssicherheit und Falschalarmsicherheit gerecht zu werden. Das reibungslose Zusammenwirken aller Parteien ist somit für die Funktionsfähigkeit der BMA wichtig. Im informativen Anhang E der DIN 14675 sind beispielhafte Empfehlungen für eine Verteilung der jeweiligen Aufgaben und Verantwortungen enthalten, die in Tabelle 5-5 - zum Teil etwas weiter ausformuliert - dargestellt sind. Um aus geprüften und zertifizierten Einzelteilen (Brandmelder, Brandmelderzentrale, Alarmierungseinrichtung, Energieversorgung, vergl. Abbildung 5-3) eine den Anforderungen entsprechende Brandmeldeanlage herzustellen, sind für jede der Erstellungsphase die Leistungen durch kompetente Fachfirmen, die durch eine nach DIN EN 45011 [5.85] akkreditierte Stelle (z. B. VdS Schadenverhütung GmbH, TÜV Anlagentechnik GmbH und andere) zertifiziert sind, zu erbringen. Die nachzuweisenden Kompetenzkriterien der Fachfirmen sind in Anhang L der DIN 14675 festgelegt. Bei der Projektierung von Brandmeldeanlagen sind in der Planungsphase die in Abbildung 5-24 dargestellten physikalisch-technischen, baulichen und sozialen Einflussgrößen zu definieren bzw. zu beachten. Diese Größen bestimmen die Art der einzusetzenden Melder, Schaltung der Melder und Anzahl der Melder die erforderlich <?page no="147"?> 133 sind. Es ist empfehlenswert, bereits zu diesem Projektierungszeitpunkt Brandschutzfachleute zur Beratung hinzuzuziehen Abbildung 5-24: Projektierung von Brandmeldeanlagen - Einflussgrößen 5.8.2 Anforderungen an die BMA Wegen der Wechselwirkung der Brandmeldeanlage mit dem Gesamtbauwerk, seiner Nutzung, der Sicherheit der Nutzer, der Anlagen- und der Versicherungskosten sollte die Realisierung in Anlehnung an Tabelle 5-5 und unter Beteiligung von Betreiber, Brandschutzdienststelle, Bauaufsichtsbehörde und (ggf.) Versicherer auf der Grundlage der DIN 14675-1 und der DIN VDE 0833-2 erfolgen. Da manchmal die Interessen der bei der Planung und Errichtung einer BMA beteiligten Stellen durchaus unterschiedlich sein können, kann nur durch intensive <?page no="148"?> 134 Abstimmung eine allen Anforderungen entsprechenden Anlage entstehen. Nach Möglichkeit einvernehmlich sind für die BMA festzulegen: Schutzumfang und Sicherungsbereiche (Punkt 5.8.3) Meldebereiche und Alarmierungsbereiche (Punkt 5.8.4) Art und Anordnung der Brandmelder (Punkt 5.8.5) Art und Anordnung der Alarmierungseinrichtungen (Punkt 5.6.4) Betriebsart (Punkt 5.7.2) Leistungsmerkmale und Standort der Brandmeldezentrale Ansteuerung von Feuerschutzabschlüssen, Löschanlagen, Betriebseinrichtungen (Punkt 5.6.5) Alarmorganisation (Punkt 5.8.6), Brandschutzbeauftragte und sonstige eingewiesene Personen Alarmpläne für Personen mit besonderen Aufgaben im Brandfall (Teil C nach DIN 14096-3 [5.93]) Alarmierung und Information der Feuerwehr (Punkte 5.6.4 und 5.9.3) Feuerwehr Laufkarten (Punkt 5.9.4) Feuerwehrpläne (nach DIN 14095 [5.94], siehe Punkt 9.3), Zugänglichkeit zum Gelände, zum Gebäude und zur Brandmeldezentrale. Sofern die Stellen unterschiedliche Forderungen an die installierte Anlage stellen, sollte diese nach den strengsten Anforderungen projektiert werden. CEN/ TS 54-14 [5.25] nennt als denkbare Konfliktpunkte bei der Projektierung von Brandmeldeanlagen u. a. die folgenden: Abweichungen von den Empfehlungen der CEN/ TS 54-14 (bzw. jenen der DIN 14675); Vorgehensweise bei Brandalarmen (Alarmorganisation, Punkt 5.8.6); Einsatz von Neuentwicklungen bei der Branderkennung; Anordnung von (noch) nicht genormten Brandmeldern (z. B. Gassensormeldern); Einsatz hierarchischer Systeme (bei Untergliederung des Standortes, z. B. in Krankenhäusern, Einkaufszentren); Größe der Meldebereiche (z. B. in Messehallen, Punkt 5.8.4); Begrenzung von Auswirkungen von Störungen Bereitstellung von Hilfsmitteln zur Alarmlokalisierung (z. B. Feuerwehr-Laufkarten, Punkt 5.9.4); Überbrückungszeit bei Netzausfall (Punkt 5.6.1) <?page no="149"?> 135 Einsatz aktivitätsbezogener Anlagen zur Vermeidung von Fehlalarmen (z. B. Aktivierung von Meldebereichen nur außerhalb der Arbeitszeit, Bestätigung vor Alarmweiterleitung: Betriebsart) Anordnung der Brandmelderzentrale (Punkt 5.6.1) Tabelle 5-5: Phasen für den Aufbau und Betrieb von BMA Phase Inhalt Verantwortung und Leistung Konzept Übernahme der Schutzziele der BMA aus dem Brandschutzkonzept, Berücksichtigung von Auflagen der Bau- und der Brandschutzbehörde, des Brandrisikos, der Brandgefährdungen, der Umweltbedingungen, der baulichen und betrieblichen Gegebenheiten, der Alarmorganisation und möglicher Störgrößen Auftraggeber Berater für Sicherheit Planung Entwurfs- und AusführungsplanungSpezifikation, Grunddatenerfassung aus der Konzeptphase, erforderliche Funktionen und deren Verknüpfung, Bestandteile der Anlage, Meldebereiche, Alarmbereiche, Art und Anordnung der Brandmelder, Übertragungswege, Schnittstellen zu anderen Sicherheitseinrichtungen, Leistungsverzeichnis Ingenieurbüro, beteiligte Fachfirmen Projektierung Werk- und Montageplanung, Auswahl des Brandmeldesystems, Erstellung der Montagepläne Ingenieurbüro, beteiligte Fachfirmen Montage und Installation Montage der Bestandteile der BMA und des Leitungsnetzes beteiligte Fachfirmen Inbetriebsetzung Überprüfung der Installation, Parametrisierung des Systems, Einschalten und Durchführung der notwendigen Funktionsprüfungen und Messungen beteiligte Fachfirmen, Systemlieferant Abnahme Verifizierung des Systems, seiner Bestandteile, der Installation und Funktion anhand der Konzeption und der Ausführungsunterlagen der BMA, Übergabe der Anlage an den und Inbetriebnahme durch den Betreiber Auftraggeber, von ihm benannte Fachfirma Betrieb Betrieb der Anlage, laufende Fortschreibung der Alarmorganisation und Aktualisierung der Feuerwehr-Laufkarten Auftraggeber Instandhaltung Periodische Inspektion und vorbeugende Wartung der Anlage, Reparatur beteiligte Fachfirmen, Systemlieferant <?page no="150"?> 136 5.8.3 Schutzumfang und Sicherungsbereiche Der Schutzumfang von Brandmeldeanlagen wird nach CEN/ TS 54-14 [5.25] und DIN 14675-1 [5.18] wie folgt kategorisiert: Vollschutz Eine Vollschutzanlage ist eine automatische Brandmeldeanlage, die alle Räume im Gebäude überwacht mit Ausnahme bestimmter genannter Räume, (Kategorie 1 nach DIN 14675-1). Teilschutz Eine Teilschutzanlage ist eine automatische Brandmeldeanlage, die nur Teile des Gebäudes (üblicherweise die verwundbarsten Bereiche) überwacht (Kategorie 2 nach DIN 14675-1). Die Grenzen einer Teilschutzanlage sollten die Grenzen der Brandabschnitte sein; innerhalb dieser Grenzen sollte der Schutz dem Vollschutz entsprechen. Schutz von Eine Anlage, die nur die Fluchtwege schützt, soll eine so Fluchtwegen rechtzeitige Alarmierung ermöglichen, dass Personen die Fluchtwege vor deren Blockierung durch Brand oder Rauch noch benutzen können. Von einer derartigen Anlage kann nicht der Schutz von Personen erwartet werden, die sich im Bereich der Brandentstehung befinden, es soll nur die Fluchtmöglichkeit für solche Personen sichergestellt werden, die vom Brand nicht direkt betroffen sind (Kategorie 3 nach DIN 14 675-1). Anmerkung: Im Allgemeinen kann von auf den Fluchtwegen installierten Rauchmeldern erwartet werden, dass sie für Personen, die sich auf den Fluchtwegen befinden, einen rechtzeitigen Brandalarm auslösen. Es wurde jedoch in einigen Fällen festgestellt, dass bei Bränden in Räumen neben Fluchtwegen der Rauch abkühlen kann, wenn er durch enge Spalten (wie Türspalten) strömt, dann höchstens noch bis in Kopfhöhe aufsteigt und daher an der Decke befestigte Brandmelder nicht ansprechen. Ist eine solche Abkühlung wahrscheinlich, kann zum Schutz der Fluchtwege die Montage von Brandmeldern in den angeschlossenen Nachbarräumen erforderlich sein. Punktueller Punktueller Schutz kann spezielle Funktionen, Einrichtungen Schutz oder Bereiche mit hohem Risiko schützen. Der Bereich des punktuellen Schutzes muss nicht abgetrennt liegen, er kann sich innerhalb eines Bereichs mit Voll- oder Teilschutz befinden, hat dann aber einen höheren Schutzgrad als bei einem allgemeineren Schutz. Punktueller Schutz selbst kann einen guten Schutz gegen Brände innerhalb des <?page no="151"?> 137 Schutzbereichs bieten, gibt aber geringen oder keinen Schutz gegen Brände, die außerhalb dieses Bereichs entstehen. Einrichtungs- Schutz einer bestimmten Einrichtung oder Funktion (ausgeschutz nommen Fluchtwege) innerhalb eines Gebäudes, die nicht notwendigerweise den gesamten Brandabschnitt umfasst (Kategorie 4 nach DIN 14 675-1). Bei Vollschutz und Personengefährdung sind in den überwachten Schutzbereichen alle Räume, in denen sich gebäudefremde Personen oder Personen, die auf fremde Hilfe angewiesen sind, dauernd oder zeitweise aufhalten, sowie angrenzende Räume einzubeziehen. Zusätzlich muss die mögliche Ausbreitung des Brandrauches weitgehend verhindert werden, z. B. durch Ansteuern von Feststellanlagen für Feuerschutzabschlüsse, Rauch- und Wärmeabzugsanlagen usw. Bei Sachgefährdung müssen Sicherungsbereiche mit Ausnahme von kleinen Teilbereichen, die nur eine geringe Brandlast (an keiner Stelle mehr als 25 MJ bezogen auf eine Fläche von 1 m x 1 m) aufweisen bzw. keine Brandausbreitung ermöglichen, vollständig überwacht werden. Anmerkung: Geringe Brandlasten 25 MJ (7 kWh) sind z. B. 15 NYM- Leitungen 3 x 1,5 mm², 1 m lang, möglichst gleichmäßig auf eine Fläche von 1 m x 1 m verteilt oder ein PVC-Abwasserrohr DN 100 nach DIN 19531, 1 m lang, auf einer Grundfläche von 1 m x 1 m. Die Überwachung muss sich immer mindestens auf einen ganzen Brandabschnitt oder einen feuerbeständig abgetrennten Raum erstrecken, das heißt, die überwachten Bereiche müssen: von nicht überwachten Bereichen räumlich oder baulich durch Brandwände getrennt sein oder feuerbeständig abgetrennte Räume bilden. Die gesamten Schutzbereiche müssen, mit Ausnahme der weiter unten genannten Fälle, vollständig erfasst werden. Es müssen z. B. auch folgende Teilbereiche in die Überwachung mit einbezogen werden: Aufzugsmaschinenräume Transport- und Transmissionsschächte Kabelkanäle und -schächte, sofern sie begehbar oder mit Revisionsöffnungen ausgestattet sind Klima- und Lüftungszentralen sowie Zu- und Abluftkanäle Kanäle und Schächte für Material sowie Abfälle und deren Sammelbehälter Kammern und Einbauten jeder Art Zwischendecken- und Zwischenbodenbereiche <?page no="152"?> 138 Teilbereiche in Räumen, die durch näher als 0,5 m an die Decke reichende Regale oder sonstige Einrichtungen geschaffen werden. Innerhalb eines Schutzbereiches sind folgende Ausnahmen von der Überwachung zulässig, sofern die Räume keine oder nur geringe Brandlasten aufweisen oder feuerbeständig abgetrennt sind: Sanitärräume, z. B. Waschräume und Toiletten, wenn in diesen Räumen keine brennbaren Vorräte oder Abfälle aufbewahrt werden, nicht jedoch gemeinsame Vorräume für Sanitärräume. Kabelkanäle und Schächte, die nicht zugänglich und gegenüber anderen Bereichen feuerbeständig (F 90 A) abgeschottet sind. Schutzräume, die nicht zu anderen Zwecken genutzt werden. Laderampen im Freien. Räume, die durch eine automatische Feuerlöschanlage mit Meldung zu einer hilfeleistenden Stelle geschützt sind; es sei denn, die Brandmeldeanlage ist zur Ansteuerung einer Feuerlöschanlage oder aus sonstigen Gründen erforderlich. Zwischendeckenbereiche, sofern sämtliche der folgenden Bedingungen erfüllt sind: Es dürfen keine Leitungen für Sicherheitsanlagen (z. B. Notbeleuchtung usw.) vorhanden sein. Die Brandlast muss kleiner als 25 MJ, bezogen auf eine Fläche von 1 m x 1 m, sein. Die Umfassungsbauteile (Decke Boden, Wand) müssen nichtbrennbar (Baustoffklasse A nach DIN 4102 Teil 2 sein und die Zwischenräume müssen mit nichtbrennbarem Material so unterteilt sein, dass Abschnitte von maximal 10 m Breite und 10 m Länge, in Fluren von maximal 3 m Breite von 20 m Länge (Abbildung 5-23), gebildet werden. Zwischenbodenbereiche, sofern sämtliche der folgenden Bedingungen erfüllt sind: rauchdicht und brandschutztechnisch qualifiziert abgeschlossen nicht höher als 0,2 m dürfen nicht der Raumlüftung dienen Sonstige kleine Bereiche, sofern wegen der Brandlast keine Bedenken bestehen, keine Personengefährdung vorliegt und keine Rauchausbreitung möglich ist. <?page no="153"?> 139 Abbildung 5-25: Zwischendecken- und Zwischenbodenüberwachung nach DIN VDE 0833-2 nicht erforderlich, wenn nur geringe Brandlasten 5.8.4 Meldebereiche und Alarmierungsbereiche Die Unterteilung des Gebäudes in Melde- und Alarmierungsbereiche muss den Anforderungen der Vorgehensweise bei einem Brandalarm (Punkt 5.8.6, Alarmorganisation) genügen. Gebäude sollten in Meldebereiche unterteilt werden, damit aus den Anzeigen an der Anzeigeeinrichtung der Ursprungsort des Alarms schnell festgestellt werden kann. Es sollten auch Vorkehrungen zur eindeutigen Identifizierung von Meldungen von Handfeuermeldern getroffen werden, um verwirrende Anzeigen zu vermeiden. Bei der Unterteilung sind der innere Aufbau des Gebäudes, mögliche Schwierigkeiten bei der Suche von ausgelösten Meldern oder denkbare Einschränkungen der Bewegungsfreiheit, die Festlegung von Alarmierungsbereichen und das Vorhandensein von besonderen Gefahren berücksichtigt werden. Besonderes Augenmerk ist auf Brandmeldebereiche zu legen, bei denen die Brandmeldeanlage zur Ansteuerung anderer Brandschutzanlagen dient (vergl. Abbildung 5-8). Die Unterteilung des Gebäudes in Meldebereiche sollte nach folgenden Aspekten vorgenommen werden: die Geschossfläche eines einzelnen Meldebereichs sollte 1 600 m 2 nicht überschreiten; umfasst der Meldebereich mehr als 5 Räume, sollte entweder an der Brandmelderzentrale eine Anzeige des Raums erscheinen oder neben der Tür der Räume sollten Anzeigelampen angebracht werden (sog. Nebenmelder); sofern sich ein Meldebereich über einen einzelnen Brandabschnitt hinaus erstreckt, sollten die Meldebereichsgrenzen den Grenzen der Brandabschnitte entsprechen und die Geschossfläche des Bereichs sollte 400 m 2 nicht überschreiten; <?page no="154"?> 140 jeder Meldebereich sollte sich nur auf ein Geschoss des Gebäudes erstrecken, es sei denn: der Bereich besteht aus Treppenräumen, Kabel- und Aufzugsschächten o. ä., die über ein Geschoss hinausgehen, aber einen Brandabschnitt bilden, oder die gesamte Grundfläche des Gebäudes ist kleiner als 300 m 2 . Die Unterteilung von Gebäuden in Alarmierungsbereiche ist von der Notwendigkeit der Unterscheidung von Alarmierungsarten - und damit von der Alarmorganisation (Punkt 5.8.6) - abhängig. Sofern es nur ein Alarmierungssignal gibt und es immer im gesamten Gebäude gehört werden soll, ist keine Unterteilung erforderlich. Alarmierungsbereiche müssen nicht deckungsgleich mit Meldebereichen sein, sie sollten jedoch in der Regel nicht kleiner als der zugehörige Meldebereich sein. (Beispiel: Bei Branddetektion in einer Station eines Krankenhauses werden alle Alarmierungseinrichtungen des betreffenden Gebäudes und zusätzlich solche in Bereitschaftsräumen des Personals angesteuert.) 5.8.5 Anzahl und Anordnung automatischer Brandmelder Die Anzahl und Anordnung der automatischen Brandmelder richtet sich nach der Art der verwendeten Melder, der Raumgeometrie (Grundfläche, Höhe, Decken, Dachformen usw.), der Verwendungsart und nach den Umgebungsbedingungen in den zu überwachenden Räumen. Automatische Brandmelder müssen so gewählt werden, dass Brände in der Entstehungsphase zuverlässig erkannt werden können. Weiter sind die Melder so anzuordnen und zu betreiben, dass Täuschungsalarme nach Möglichkeit vermieden werden. Die verschiedenen Melderarten und ihre Einsatzbereiche sind bei den Bauteilen von BMA unter Punkt 5.7 ausführlich dargestellt. Der Punkt 5.8.5 enthält Regeln zur Ausstattung von Gebäuden mit Meldern. 5.8.5.1 Einsatz von punktförmigen Rauch- und Wärmemeldern In jedem Raum mit Ausnahme von Räumen mit geringer Brandlast (an keiner Stelle mehr als 25 MJ, bezogen auf eine Fläche von 1 m x 1 m) oder ohne Möglichkeit der Brandausbreitung muss mindestens ein automatischer Brandmelder angeordnet werden. Als „eigene Räume” gelten bei zu erwartender Personengefährdung auch Teilbereiche, in denen sich der Brandrauch ausbreiten kann. Die Anzahl von punktförmigen Rauch- und Wärmemeldern ist so zu wählen, dass die maximalen Überwachungsbereiche A nach Tabelle 5-6 nicht überschritten werden. <?page no="155"?> 141 Wenn Punktmelder in Zweimeldungsabhängigkeit geschaltet sind Punkt 5.7.2), sind die maximalen Überwachungsbereiche entsprechend Tabelle 5-7 zu reduzieren. Punktförmigen Meldern gleich zu behandeln sind Mehrpunktförmige Wärmemelder und Ansaugrauchmelder; bei letzteren ist jede Ansaugöffnung wie ein punktförmiger Melder zu bewerten. Tabelle 5-6: Überwachungsbereiche von Rauch- und Wärmemeldern nach DIN VDE 0833-2 Grundfläche des zu überwachenden Raumes Art der automatischen Brandmelder Raumhöhe (am höchsten Punkt eines Daches mit Neigungswinkel) 4) Dachneigung α bis 20 o über 20 o Maximaler Überwachungsbereich je Melder A bis 80 m² Punktförmige Rauchmelder DIN EN 54-7 Ansaugrauchmelder DIN EN 54-20, Klassen A, B und C 1) Mehrfachsensormelder DIN EN 54-29 bis 12 m 80 m² 80 m² über 80 m² bis 6 m 60 m² 90 m² über 6 m bis 12 m 80 m² 110 m² Punktförmige Rauchmelder DIN EN 54-7 Ansaugrauchmelder DIN EN 54-20, Klassen A und B 1) Mehrfachsensormelder DIN En 54-29 über 12 m bis 16 m 120 m² 150 m² Ansaugrauchmelder DIN EN 54-20, Klasse A 1) über 16 m bis 20 m objektspezifisch bis 30 m² Punktförmige Wärmemelder DIN EN 54-5; Klassen A1, A2, B, C, D, E, F und G 2) Mehrpunktförmige Wärmemelder DIN EN 54-22, Klassen A1 und A2 3) bis 6,0 m 30 m² 30 m² Punktförmige Wärmemelder DIN EN 54-5, Klasse A1 2) Mehrpunktförmige Wärmemelder DIN EN 54-22, Klasse A1 3) bis 7,5 m über 30 m² Punktförmige Wärmemelder DIN EN 54-5; Klassen A1, A2, B, C, D, E, F und G 2) Mehrpunktförmige Wärmemelder DIN EN 54-22, Klassen A1 und A2 3) bis 6,0 m 20 m² 40 m² Punktförmige Wärmemelder DIN EN 54-5, Klasse A1 2) Mehrpunktförmige Wärmemelder DIN EN 54-22, Klasse A1 3) bis 7,5 m kursiv Abhängig von Nutzung und Umgebungsbedingungen (z. B. schnelle Brandentwicklung und Rauchausbreitung) 1) je Ansaugöffnung 2) Auch Melder mit Klassenindex R oder S 3) je Punkt eines Mehrpunktwärmemelders 4) für Raumhöhen größer als die angegebenen sind die Melder in der Regel nicht geeignet Da sich die Detektionsbereiche von punktförmigen Brandmeldern im Wesentlichen (das heißt bei Vernachlässigung von Luftbewegungen, Abschattungen etc.) als kreisförmige Kegelstümpfe unterhalb der Melder darstellen, deren Flankenwinkel vom Meldertyp abhängig ist, sind bei Abweichungen von der quadratischen Anordnung nach Tabelle 5-6 Vermeidung von nicht überwachten Flächen die in Abbildung 5-27 und Abbildung 5-28 angegebenen größten horizontalen Abstände jedes beliebigen Punktes der Raumdecke zum nächstgelegenen Melder einzuhalten. Umgekehrt können diese größten horizontalen Abstände ausgenutzt werden, um die erforderli- <?page no="156"?> 142 che Melderanzahl für eine gegebene Überwachungsaufgabe zu minimieren (Abbildung 5-29 und Abbildung 5-30). Sofern die Abstände der genannten Abbildungen nicht eingehalten werden können oder sollen, sind jedoch besondere Vorschriften hinsichtlich der maximal zulässigen Seitenverhältnisse der Überwachungsbereiche zu beachten (Tabelle 3 aus DIN VDE 0833-2). Tabelle 5-7: Reduzierung des Überwachungsbereiches bei Zweimeldungsabhängigkeit nach DIN VDE 0833-2 Melder in Zweimeldungsabhängigkeit Punktförmige und Mehrpunkt Wärmemelder Punktförmige Rauchmelder, Ansaugöffnungen vonAnsaugrauchmeldern, Mehrfachsensormelder 2) Reduzierung des maximalen Überwachungsbereiches um ohne Ansteuerung von Brandmeldeanlagen 50 % 30 % mit Ansteuerung von Brandmeldeanlagen 1) 50 % 50 % 1) Nur Zweimeldungsabhängigkeit Typ B. Die Abstände von zwei in Abhängigkeit betriebenen Meldern sollten 2,5 m nicht überschreiten. Zwei interne Sensoren eines Mehrfachsensormelders können keine Zweimelderabhängigkeit Typ B erzeugen. 2) Wenn CO-Melder: nach Herstellerangaben Hinsichtlich der Reduzierung der Überwachungsbereiche sind die Ansaugöffnungen von Ansaugrauchmeldern und die Detektionspunkte von mehrpunktförmigen Wärmemeldern gleich zu behandeln. Abbildung 5-26: Überwachungsgeometrie (schematisch) Die horizontalen Abstände von punktförmigen Meldern zu Wänden dürfen nicht kleiner sein als 0,5 m; dieser Abstand ist auch zu unter der Decke verlaufenden Einbauten einzuhalten, wenn deren Oberkante sich näher als 0,15 m an der Decke befindet. Der Abstand der Melder zu Lagergütern und Einrichtungen muss vertikal und horizontal mindestens 0,5 m betragen. Zu den erforderlichen Abständen von punktförmigen Meldern zu Decken und Dächern enthält Punkt 5.8.5.3 weitere Ausführungen. Ansprechwahrscheinlichkeit Abstand zur Melderachse maximaler Überwachungsbereich A nach Tabelle 4.2 D H maximaler Abstand D H von Deckenpunkten zum nächstgelegenen Melder Ansprechbereich des Melders Abstand zur Melderachse Ansprechwahrscheinlichkeit Abstand zur Melderachse maximaler Überwachungsbereich A nach Tabelle 4.2 D H maximaler Abstand D H von Deckenpunkten zum nächstgelegenen Melder Ansprechbereich des Melders Abstand zur Melderachse <?page no="157"?> 143 A, D H und wie bei Abbildung 5-28 Abbildung 5-27: Horizontale Abstände für punktförmige Brandmelder mit Rauchsensoren nach DIN EN 54-7 oder DIN EN 54-29 sowie Ansaugrauchmelder DIN EN 54-20 (nach VDE 0833 Teil 2) A maximaler Überwachungsbereich je Melder D H größter horizontaler Abstand eines beliebigen Punktes der Decke zum nächstgelegenen Melder Winkel, den die Dachneigung mit der Horizontalen bildet; hat ein Dach (eine Decke) verschiedene Neigungen, z. b. bei Sheds, zählt die kleinste vorkommende Neigung. Abbildung 5-28: Horizontale Abstände für punktförmige und mehrpunktförmige Wärmemelder DIN EN 54-5 bzw. DIN EN 54-22 (nach VDE 0833 Teil 2) 3,0 3,2 3,4 3,5 3,7 3,9 4,0 4,2 4,4 4,5 4,6 4,7 3,9 4,1 4,4 4,6 4,8 5,1 5,3 5,5 5,7 5,9 6,0 6,2 6,4 6,5 6,7 6,8 7,0 7,1 2,7 2,5 3,6 3,3 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 A [m²] D H [m] α bis 20 o α über 20 o 3,0 3,2 3,4 3,5 3,7 3,9 4,0 4,2 4,4 4,5 4,6 4,7 3,9 4,1 4,4 4,6 4,8 5,1 5,3 5,5 5,7 5,9 6,0 6,2 6,4 6,5 6,7 6,8 7,0 7,1 2,7 2,5 3,6 3,3 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 A [m²] D H [m] α bis 20 o α über 20 o a bis 20 o a über 20 o 3,3 4,1 4,7 5,2 5,7 6,2 6,6 7,7 8,4 8,7 9,0 9,6 10,0 10,5 10,8 11,2 11,5 11,9 12,2 2,3 5,0 4,1 2,9 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 11,0 12,0 13,0 14,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 A [m²] D H [m] 8,1 7,0 7,4 8,2 8,7 9,2 5,8 7,0 9,0 10,0 7,1 7,7 6,5 8,0 a bis 20 o a über 20 o 3,3 4,1 4,7 5,2 5,7 6,2 6,6 7,7 8,4 8,7 9,0 9,6 10,0 10,5 10,8 11,2 11,5 11,9 12,2 2,3 5,0 4,1 2,9 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 11,0 12,0 13,0 14,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 A [m²] D H [m] 8,1 7,0 7,4 8,2 8,7 9,2 5,8 7,0 9,0 10,0 7,1 7,7 6,5 8,0 <?page no="158"?> 144 5.8.5.2 Übungsbeispiel Brandmeldeanlage In Abbildung 5-29 und Abbildung 5-30 erkennt man beispielhaft die mit Hilfe obiger Regeln projektierte Ausstattung einer Halle mit Rauchmeldern. Abbildung 5-29: Halle mit Rauchmeldern in Quadratischer Anordnung bei 80 m² maximalem Überwachungsbereich (Hallenhöhe 8 m, Dachneigung 5 o , Ausstattung für Einzelmelderbetrieb und Zweimeldungsabhängigkeit ergibt hier gleiche Melderzahlen), Übungsbeispiel Abbildung 5-30: Halle mit Rauchmeldern in Versetzter Anordnung bei 80 m² maximalem Überwachungsbereich (Höhe 8 m, Dachneigung 5 o , Einzelmelderbetrieb), Übungsbeispiel 105,50 m 75,80 m Fläche 8300 m² 13 x 9 = 117 Melder 105,50 m 75,80 m Fläche 8300 m² 105,50 m 75,80 m Fläche 8300 m² 13 x 9 = 117 Melder 109,50 m 75,80 m Fläche 8300 m² 8 x 10 = 80 Melder 109,50 m 75,80 m Fläche 8300 m² 109,50 m 109,50 m 75,80 m 75,80 m Fläche 8300 m² 8 x 10 = 80 Melder <?page no="159"?> 145 5.8.5.3 Anordnung punktförmiger Melder zu Decken und Unterzügen Wärmepolster unter Decken, die durch betriebliche Randbedingungen oder im Sommer auf Grund von Sonneneinstrahlung entstehen, können noch relativ kühlen Rauch daran hindern, Rauchmelder zu erreichen und so dessen Detektion verzögern. Ist dies zu erwarten, müssen Rauchmelder abgehängt installiert werden. Die dann erforderlichen Abstände D L punktförmiger Rauchmelder von Decken und Dächern sind Tabelle 5-8 zu entnehmen. VDE 0833-2 enthält detaillierte Zeichnungen zur Anordnung abgehängter Melder bei verschiedenen Deckenbzw. Dachformen (z. B. bei Sheddächern, etc.). Wärmemelder sind immer nicht abgehängt anzubringen. Tabelle 5-8: Abstand von punktförmigen Rauchmeldern zu Decken und Dächern Raumhöhe Dachneigung α * bis 20 o über 20 o D L bis 6 m bis 0,25 m 0,20 m bis 0,50 m 6 m bis 12 m bis 0,40 m 0,35 m bis 1,00 m über 12 m bis 16 m 0,25 m bis 0,60 m 0,5 m bis 1,2 m D L Abstand des rauchempfindlichen Elementes zur Decke bzw. zum Dach α Winkel, den die Dach-/ Deckenneigung mit der Horizontalen bildet; hat ein Dach oder eine Decke verschiedene Neigungen, z. B. bei Sheds, zählt die kleinste vorkommende Neigung. kursiv abhängig von Nutzung und Umgebungsbedingungen z. B. schnelle Rauchausbreitung Bei ungünstiger Lage des Brandes relativ zu den durch Unterzüge gebildeten Deckenfeldern kann das Ansprechen von Rauchmeldern verzögert werden, da sich zuerst das durch das Deckenfeld gebildete Rauchreservoir auffüllt, bevor nach Unterströmen der Unterzüge schließlich auch Rauchmelder ansprechen können. Abbildung 5-31: Mögliche Auswirkung von Unterzügen auf die Branddetektion Ist der Abstand zwischen Unterkante/ Oberkante, Unterzug und Unterkante, Dach oder Decke größer als 0,25 m und ist bei diesem Abstand die freie Fläche der Öffnunggrößer als 75 % der Gesamtfläche, brauchen Unterzüge gleich welcher Höhe nicht berücksichtigt zu werden, da ein frühzeitiges Überströmen des Rauches in Deckenfelder mit Rauchmeldern möglich ist (Abbildung 5-31). <?page no="160"?> 146 Bis zu einer Raumhöhe von 6 m brauchen Unterzüge, deren Höhe kleiner als 0,2 m ist, nicht berücksichtigt zu werden. Ab einer Raumhöhe von 6 m sind Unterzüge zu berücksichtigen, wenn ihre Höhe 3 % der Raumhöhe übersteigt (siehe Abbildung 5-32). Es ist jedes Deckenfeld mit Meldern auszustatten, wenn seine Fläche größer ist als 0,6 x der maximalen Überwachungsfläche A nachTabelle 5-6. Unabhängig davon ist bei einer Unterzughöhe von mehr als 0,8 m jedes Deckenfeld mit einem punktförmigen Rauch- oder Wärmemelder auszustatten. Sind die Deckenfelder größer als der maximale Überwachungsbereich, so sind die einzelnen Deckenfelder wie einzelne Räume zu betrachten. Abbildung 5-32: Berücksichtigung von Unterzügen nach DIN VDE 0833-2 5.8.5.4 Anordnung punktförmiger Melder in besonderen Fällen Für lange schmale Räume (Flure, Kabelkanäle etc.) bis zu einer Breite von 3 m gelten die folgenden Anforderungen an die Melderabstände (die maximal zulässigen Überwachungsbereiche dürfen nicht überschritten werden): Wärmemelder bis 10 m bei Zweimeldungsabhängigkeit Typ b bis 5 m Rauchmelder bis 15 m, bei Zweimeldungsabhängigkeit Typ B bis 11 m bzw. bis 7,5 m bei Ansteuerung von Feuerlöschanlagen. Melderabstände zu Stirnflächen langer schmaler Räume dürfen nicht größer als die Hälfte obiger Abstände sein. Melder sind auch in Kreuzungs-, Einmündungs- und <?page no="161"?> 147 Eckbereichen und Nischen von mehr als 1 m Tiefe und bis zu 3 m Breite anzuordnen. Bei besonderen Dach- und Deckenformen (Neigung größer als 20°, Satteldächer, Gewölbedecken, Scheddächer) unter Podesten, Gitterrosten oder ähnlichen Einrichtungen sowie bei langen und schmalen Räumen (z. B. Fluren) sind besondere zusätzliche Bedingungen der DIN VDE 0833-2 zu beachten. Abbildung 5-33: Anordnung von Brandmeldern in Treppenräumen (schematisch) nach DIN VDE 0833-2 Des Weiteren enthält DIN VDE 0833-2 Regelungen zur Anordnung von Brandmeldern in Treppenräumen. Zusätzlich zu den in Abbildung 5-33 dargelegten Anordnungsvorschriften sind hinsichtlich der Höhe des Treppenraumes die Vorschriften der Tabelle 5-6 und hinsichtlich der zulässigen Größe der Treppenpodeste die Vorschriften des Bildes 7 aus DIN VDE 0833-2 zu beachten. Dies bedeutet, dass ggf. auch bei Treppenräumen mit Treppenauge ≥ 0,5 m: auf Grund der Gesamthöhe des Treppenraumes zusätzliche Melder in Zwischenebenen eingebaut werden müssen sofern die Treppenpodeste bestimmte Größen überschreiten, unter jedem Podest Melder eingebaut werden müssen. Unter Punkt 6.2.7.16 wurde in DIN VDE 0833-2 die Anordnung von Meldern in Lüftungsleitungen neu geregelt. 5.8.5.5 Einsatz linienförmiger Rauchmelder Besondere Regelungen gelten auch für linienförmige Rauchmelder (Lichtstrahlmelder). Die Bedingungen entsprechen inhaltlich sinngemäß im Wesentlichen jenen für punktförmige Melder. Wegen des besonderen Einsatzgebietes ist bei Lichtstrahlmel- <?page no="162"?> 148 dern zusätzlich immer zu berücksichtigen, ob eventuell ein im Sommer unter der Dachfläche entstehendes ”Wärmepolster” verhindern kann, dass aufsteigender Rauch an die Decke gelangt. Tabelle 5-9: Überwachungsbereiche sowie Abstand von Lichtstrahlen zu Decken und Dächern nach VDE 0833 Teil 2 (DIN VDE 0833-2) Raumhöhe Dachneigung R H D H A bis 20 o über 20 o D V D V bis 6 m 6 m 1200 m² 0,3 m bis 0,5 m 0,3 m bis 0,5 m über 6 m bis 12 m 6,5m 1300 m² 0,4 m bis 0,7 m 0,4 m bis 0,9 m über 12 m bis 16 m 1) 2) 7 m 1400 m² 0,6 m bis 0,9 m 0,8 m bis 1,2 m über 16 m bis 20 m 1) 3) 3) 7,5 m 1500 m“ 0,8 m bis 1,1 m 1,2 m bis 1,5 m D H größter zulässiger horizontaler Abstand irgendeines Punktes der Decke zum nächstgelegenen Strahl A maximaler Überwachungsbereich je Melder als doppeltes Produkt des größten zulässigen horizontalen Abstandes D HM mit dem höchstzulässigen Abstand zwischen Sender und Empfänger bzw. Sender-/ Empfängereinheit und Reflektor D V Abstand des Melders zur Decke bzw. zum Dach Winkel, den die Dach-/ Deckenneigung mit der Horizontalen bildet; hat ein Dach oder eine Decke verschiedene Neigungen, z. B. Sheds, zählt die kleinste vorkommende Neigung kursiv abhängig von Nutzung und Umgebungsbedingungen 1) bei einer Raumhöhe über 12 m wird empfohlen, eine zweite Überwachungsebene vorzusehen. Melder der unteren Überwachungsebene sollten versetzt zu den Meldern der oberen Überwachungsebene angeordnet werden 2) nur für Melder mit Rauch-Sensoren und Ansaugrauchmelder Klassen A und B zulässig 3) nur für Ansaugrauchmelder Klasse A zulässig 5.8.5.6 Einsatz linienförmiger Wärmemelder Bei Einsatz linienförmige Wärmemelder darf der Abstand zweier paralleler Sensorleitungen nicht größer als der doppelte Abstand D H nach Tabelle 5-9 sein, die maximal zulässige Raumhöhe ist Tabelle 5-6 zu entnehmen. Bei Einsatz linienförmiger Wärmemelder in Zweimeldungsabhängigkeit Typ B ist D H um 30 % bei Ansteuerung von Feuerlöschanlagen um 50 % zu reduzieren. Die Sensorleitung muss einen Abstand von mindestens 0,5 m zu Wänden, Einrichtungen und Lagergütern einhalten. Bei Ausfall einer Sensorleitung darf nicht mehr als ein Meldebereich betroffen sein, d. h. im Regelfall ist je Meldebereich eine eigene Sensorleitung erforderlich. 5.8.5.7 Einsatz von Ansaugrauchmeldern Die Ansaugöffnungen von Ansaugrauchmeldern sind analog der Vorschriften zu punktförmigen Rauchmeldern zu planen, d. h. dass die maximalen Überwachungsbereiche nach Tabelle 5-6 für jede Ansaugöffnung einzuhalten sind. Der Überwachungsbereich eines Ansaugrauchmelders darf nicht größer sein als 1600 m² und nur <?page no="163"?> 149 einen Meldebereich umfassen. Bei Raumhöhen über 12 m sind Ansaugrauchmelder DIN EN 54-20 Klasse A oder B einzusetzen. 5.8.5.8 Einsatz von Flammenmeldern Beim Einsatz von Flammenmeldern ist zu beachten, dass sich Wärme- und Lichtstrahlung geradlinig ausbreitet. Daher sollte das Überwachungsvolumen vollständig direkt von den Meldern einsehbar sein (Der Öffnungswinkel der Melder ist zu beachten, er ist i. d. R. rotationssymmetrisch und beträgt üblicherweise 90 o oder mehr.) Sofern Einbauten die Sichtachse von Meldern einschränkt, sind ggf. zusätzliche Melder so zu installieren, dass jede potentielle Brandstelle von mindestens einem Flammenmelder erfasst wird. Zwar wird auch reflektierte Strahlung registriert, wegen der Intensitätsverluste hierbei wird jedoch ein nicht unerheblicher Zeitverlust bis zur Branddetektion entstehen. Die geometrischen Bedingungen für die Installation von Flammenmeldern und die zulässigen Überwachungs-Volumina sind Abbildung 5-34 zu entnehmen. Abbildung 5-34: Anordnung und Überwachungsbereich von Flammenmeldern bei Raumecken- und Wandmontage - nach DIN VDE 0833-2 5.8.6 Alarmorganisation Die Projektierung einer Brandmeldeanlage kann von den nach Entdeckung des Brandes notwendigen Maßnahmen abhängen. Es ist daher erforderlich, bei der Planung der Vorgehensweise bei einem Brandalarm mindestens folgende Aspekte und Maßnahmen zu berücksichtigen: Welche Räumungsanweisungen gelten im Brandfall und hängen diese vom Brandort ab? Wie gestaltet sich die Nutzung des Gebäudes und wie verändert sich diese im Tagesverlauf? a D o 45 o 45 o b R H Flammenmelder optische Melderachse Flammenmelder DIN EN 54-10 Maximale Kantenlänge (a, b, R H ) D 0 (maximaler Weg zum entferntesten Punkt im Raum * Klasse 1 26 m 45 m Klasse 2 Klasse 3 20 m 33 m 13 m 23 m * Entspricht der maximalen Kantenlänge eines Kubus mit (a, b oder R H ) * 3 1/ 2 a D o 45 o 45 o b R H Flammenmelder optische Melderachse a D o 45 o 45 o b R H Flammenmelder optische Melderachse Flammenmelder DIN EN 54-10 Maximale Kantenlänge (a, b, R H ) D 0 (maximaler Weg zum entferntesten Punkt im Raum * Klasse 1 26 m 45 m Klasse 2 Klasse 3 20 m 33 m 13 m 23 m * Entspricht der maximalen Kantenlänge eines Kubus mit (a, b oder R H ) * 3 1/ 2 Flammenmelder DIN EN 54-10 Maximale Kantenlänge (a, b, R H ) D 0 (maximaler Weg zum entferntesten Punkt im Raum * Klasse 1 26 m 45 m Klasse 2 Klasse 3 20 m 33 m 13 m 23 m * Entspricht der maximalen Kantenlänge eines Kubus mit (a, b oder R H ) * 3 1/ 2 <?page no="164"?> 150 Sind bei der Vorgehensweise bei einem Brandalarm Änderungen zwischen Tag und Nacht oder Arbeits- und Feiertagen zu beachten? Welche Pflichten und Zuständigkeiten hat das Personal einschließlich der Vorkehrungen für eine eigenständige Brandbekämpfung oder der Überwachung der Evakuierung? Wie sind die Personen, die sich im Gebäude befinden, über den Brandfall zu informieren ? Bestehen speziellen Anforderungen für den Betrieb (z. B. Abfahren von Anlagen, Entriegeln von Türen, etc.) und die Aufteilung zusätzlicher Einrichtungen? Müssen Brandschutzeinrichtungen angesteuert werden? Welche (Brandschutztüren oder -tore, Löschanlagen, Rauchschutzeinrichtungen, etc.) ? Bestehen hier gegenseitige Abhängigkeiten? Ist eine Unterteilung des Gebäudes in (ggf. unterschiedliche) Melde- und Alarmierungsbereiche erforderlich? Wie wird die Feuerwehr gerufen und welche Informationen sind weiterzugeben? Welche Alarmierungszeit der Feuerwehr ist zu erwarten? Welche Anforderungen gelten für die Anzeige des Brandortes? Benötigt die Feuerwehr besondere Einrichtungen (z. B. automatische Entriegelung von Türen, Feuerwehrschlüsselkasten)? Ist ein hierarchisches System erforderlich (z. B in großen oder miteinander verbundenen Gebäuden)? Sind mehrere Brandmelderzentralen vorgesehen und welche Vereinbarungen sind in diesem Fall für die Übergabe zwischen den Brandmelderzentralen zu treffen? Sind besondere Vorkehrungen zur Vermeidung von Auswirkungen eines Fehlalarms erforderlich? Besteht eine Wechselwirkung mit anderen aktiven Brandschutzmaßnahmen (z. B. automatischen Löschanlagen, RWA, Türfeststellanlagen, Fluchtleitsystemen? Gibt es im Gebäude besondere Vorkehrungen für die Notstromversorgung? Welche Vorgehensweise gibt es für Fehlalarme oder Störungen? Bestehen Anforderungen für Abschaltung oder Abtrennung und wer ist für die Wiederinbetriebnahme zuständig? Wird von der Anlage (oder Teilen der Anlage) gefordert, dass sie für eine bestimmte Dauer nach der ersten Branderkennung in Betrieb bleibt? <?page no="165"?> 151 5.8.7 Brandfall-Steuermatrix Die Funktionen der technischen Gebäudeausstattung einerseits und der brandschutztechnischen Ausstattung eines Gebäudes andererseits müssen im Brandfall in z. Teil komplexen Prozessabläufen aufeinander abgestimmt sein, um die definierten Schutzziele zu erreichen. Gleiches gilt häufig auch für brandschutztechnische Einrichtungen untereinander (Rauchabzugsanlage, Türen und Tore, etc.) Beispielsweise müssen bei Branddetektion in einem Meldebereich vor Auslösung einer dort installierten Gaslöschanlage folgende Maßnahmen ablaufen (Aktionen, die i. A. durch die Gebäudetechnik gesteuert/ aktiviert werden müssen sind kursiv gedruckt; vergl. auch Punkt 5.6.5): Warnung anwesender Personen ggf. Entriegelung von Türen im Verlauf von Rettungswegen Aktivierung der Auslösungsunterbrechungseinrichtungen ggf. Abschaltung von raumlufttechnischen Anlagen ggf. Schließung von Fenstern und/ oder Lüftungseinrichtungen Öffnung von definierten Druckentlastungseinrichtungen Spätestens parallel zur Auslösung der Gaslöschanlage sind in obigem Beispiel folgende Maßnahmen erforderlich: Aktivierung der Warnhinweise auf einen mit Löschgas gefluteten Bereich Alarmierung der Feuerwehr Information des Personals und/ oder anwesender Besucher durch Aktivierung einer automatischen Durchsage (oder eines allgemeinen Warnsignals) ggf. Schließung von betriebsmäßig offen gehaltenen Brandschutzabschlüssen (Brandschutztüren, Abschlüsse von Transportanlagen, Rauchschutzvorhänge, etc.) ggf. Aktivierung der Brandfallsteuerung von Aufzügen (Punkt 11.1 ). Schon an diesem einfachen Beispiel wird deutlich, dass ein zielgerichtetes Zusammenwirken aller an der Gewährleistung des definierten Schutzniveaus beteiligten Komponenten keinesfalls eine Selbstverständlichkeit ist, sondern genauer Planung bedarf. Nicht selten kommt es bei komplexeren Gebäuden zu Konflikten oder sogar Fehlfunktionen, die im Einzelfall so gravierend sein können, dass eine Nutzung des Gebäudes aus brandschutztechnischer Sicht untersagt werden muss [5.85], [5.86]. Die korrekte Steuerung der erforderlichen Abläufe erfolgt über die Brandmelderzentrale - BMZ -, ggf. in Kombination mit der allgemeinen Gebäudetechnik (vergl. Abbildung 5-8). Aufbauend auf den im Brandschutzkonzept definierten Schutzzielen und Anforderungen zu deren Realisierung sowie den im Rahmen der Alarmorganisation <?page no="166"?> 152 (Punkt 5.8.6) für das Gebäude definierten Randbedingungen ist daher eine Brandfallsteuermatrix zu entwickeln. Eine Brandfallsteuermatrix - BFSM - definiert ortsabhängig oder ortsunabhängig für realistisch zu erwartenden Schadensereignisse (Branddetektion, Ausfall der Energieversorgung, Bombendrohung, etc.) die anzusteuernden sicherheitsrelevanten technischen Anlagen und den zeitlichen Ablauf der jeweils einzuleitenden Steuerungsvorgänge und bildet die Basis für die Programmierung der BMZ und ggf. der Steuerungen gebäudetechnischer Einrichtungen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen (siehe z. B. VDI 6010-2 [5.87]), bei der Erstellung von BFSM in folgenden vier Schritten vorzugehen: Erarbeitung eines Brandfallsteuermatrix-Konzeptes Erarbeitung der Qualitativen Brandfallsteuermatrix Erarbeitung der Quantitativen Brandfallsteuermatrix Verifizierung durch Wirkprinzipprüfung. Wegen der zentralen Bedeutung ist dieser Vorgang vollständig und so detailliert zu dokumentieren, dass auch im Nachhinein nicht nur die definierten Prozesse sondern auch die jeweils zu Grunde liegenden Fakten, Anforderungen und Annahmen eindeutig nachvollzogen werden können. 5.8.7.1 Brandfallsteuermatrix-Konzept Das Brandfallsteuermatrix-Konzept (BFSM-Konzept, auch als Funktionale Steuermatrix bezeichnet) sollte auf der Grundlage des Brandschutzkonzeptes in enger Zusammenarbeit zwischen dessen Ersteller und dem Bauherrn, den Planern der technischen Gebäudeausrüstung, der Genehmigungsbehörde (Bauamt und Feuerwehr) sowie ggf. den ausführenden Firmen erarbeitet werden. Es ist im Planungs- und Realisierungsfortschritt des Bauvorhabens laufend weiter zu entwickeln und zu konkretisieren sowie ggf. anzupassen. Das BFSM-Konzept kann grundsätzlich in allgemein beschreibender Form erstellt werden. Es dient als Grundlage für die Ausführungsplanung und soll der Genehmigungsbehörde die brandschutztechnische Beurteilung des Objektes ermöglichen. Im Allgemeinen liegen zu diesem Zeitpunkt neben dem Brandschutzkonzept mit der Beschreibung der Schutzziele und ersten Hinweisen, wie diese realisiert werden sollten (BMA, Löschanlagen, Rauchschutzmaßnahmen, etc.), bereits Entwürfe für die Brandmeldeanlage (Meldebereiche, Alarmierungsbereiche, Alarmorganisation, etc.), und die sicherheitsrelevante technische Gebäudeausstattung (Aufgabe, Lage im Ob- <?page no="167"?> 153 jekt, Art der Auslösung, Verknüpfungen, etc.) vor. Diese Fakten sind im Rahmen der Dokumentation der BFSM festzuhalten. Auf Grundlage der genannten Unterlagen sind insbesondere festzulegen: relevante Schadensszenarien Alarmierungs- und Evakuierungsabfolgen für die vorgesehenen Alarmierungsbereiche Ansteuerungen von brandschutztechnischen Anlagen, Aufzügen, Beschallungsanlagen, etc. für die vorgesehenen Meldebereiche Funktionsbereiche Funktionsbereiche gliedern ein Gebäude hinsichtlich der Erstellung der Brandfallsteuermatrix in Abschnitte, für die gleiche Prozessabläufe definiert werden können. Einteilungskriterien können u. a. sein: Brandabschnitte und Geschosse Gebäudegeometrie und Aufgabenstellung der Gebäudeteile (im Kaufhaus z. B. die Verkaufsflächen, die Lagerräume, die Technikräume, die Tiefgarage, etc.; im Krankenhaus z. B. die Patientenstationen, der Untersuchungsbereich, der OP-Bereich, etc.) Melde- und Alarmierungsbereiche der BMA Alarmorganisation Schutzbereiche von Löschanlagen Rettungswege und Entfluchtungsplanung Bereiche die durch einzelne sicherheitsrelevante Einrichtungen versorgt werden (z. B. Lüftung). Erst durch die Festlegung von Funktionsbereichen werden komplexe Bauwerke und deren BFSM beherrschbar. Es sollten daher die Anzahl der Funktionsbereiche soweit sinnvoll begrenzt werden. Wenn erforderlich kann die endgültige Anzahl und Einteilung der Funktionsbereiche nach Erstellung des Entwurfes der Brandfallsteuertabelle angepasst werden. 5.8.7.2 Qualitative Brandfallsteuermatrix Sobald das Konzept für die BFSM ausreichend entwickelt ist, ist ein Entwurf der Qualitativen Brandfallsteuertabelle (Q-BFSM, auch als Brandfallsteuertabelle - BFST - bezeichnet) zu erarbeiten. Diese ist in Form eine Matrix zu erstellen. Im Folgenden wird die in VDI 3819 [5.88] beschriebene Form dargestellt, in der die Signalquellen (Aktivatoren) in den Spalten die Signalsenken (Aktoren) in den Zeilen <?page no="168"?> 154 angeordnet werden (VDI 6010-2 [5.87] verfährt genau andersherum, beide Darstellungsweisen sind jedoch grundsätzlich gleichwertig). Ist eine Verknüpfung bestimmter Aktivatoren mit bestimmten Aktoren erforderlich, wird dies im entsprechenden Matrixelement gekennzeichnet (ein einfaches Beispiel zeigt Abbildung 5-35). Abbildung 5-35: Beispiel für eine Qualitative Brandfallsteuermatrix (Brandfallsteuertabelle) - Ausschnitt VDI 3819 Blatt3: Zeilen Senken, Spalten Quellen Automatischer Melder Druckknopfmelder Löschanlage Manuell durch WF Automatischer Melder Druckknopfmelder Löschanlage Manuell durch WF Automatischer Melder Druckknopfmelder Löschanlage Manuell durch WF 1. Automatischer Melder 4. Automatischer Melder Druckknopfmelder Löschanlage Manuell durch WF Automatischer Melder Druckknopfmelder Löschanlage Manuell durch WF Automatischer Melder Druckknopfmelder Löschanlage Manuell durch WF Automatischer Melder Druckknopfmelder Löschanlage Manuell durch WF Werkfeuerwehr Alarm x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Öffentliche Feuerwehr Alarm x x Ansage Störung an x x x x x x x x x x x x x Ansage Räumung an x x x x x x x x x x x x x x x Wandhydrantenanlagen WHA Pumpe ein x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Pumpe bereit x x löschen x x Gaslöschanlage EDV 1 Auslösung x x Löschanlage Küchenabzug Auslösung x x an x x x aus x auf x x x zu x auf x x x zu x Druckbelüftung an x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Abströmklappe auf x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Druckbelüftung an x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Abströmklappe auf x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Druckbelüftung an x x x x x x EG auf x x x 1. OG auf x x x AK E-1 auf x x x AK E-2 auf x x x AK 1-1 auf x x x AK 1-2 auf x x x RLT 1 - EDV-Räume aus x x x RLT 2 - Garage maximal an x x x RTL 3 - Obergeschosse aus x x x Feuerwehraufzug Brandfallfahrt ein x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Aufzug Treppenraum Brandfallfahrt ein x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Bendigung Brandfallsteuerung alle Aufzüge ein x x x x x x F 90 Rolltore schließen x x x T30-RS Türen entriegeln x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Ausgang Treppenraum entriegeln x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Notausgänge entriegeln x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Personenschleuse entriegeln x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x ein x x x x x x x Einfahrwarnung Tiefgarage ein x x aus x Sprachalarmanlage - SAA Edgeschoss Tiefgarage UG 2. OG 2. OG 2. OG 1. OG 3. OG U-1 1-1 bis 1-4 E-1 EDV 3-1 bis 3-8 Atrium 2-1 bis 2-5 Alarmierungen Löschanlagen - LA Rauch- und Wärme Abzugsanlagen - RWA Maschinelle Enrauchung - MRA RDA Treppenräume RDA Flure EG und 1. OG Zuströmklappen Flure zum RDA Feuerwehraufzug Zuluftklappen RWA-Dach Druckbelüftungsanlagen - RDA Funktionsbereich Meldebereiche Auslösung Gebäude Aufzüge Brandschutzabschlüsse Zugang Treppenraum betroffenes Geschoss Normalzustand wiederherstellen Sprühflutanlage Atrium Atrium 3. OG schließen Zugangssicherungen Abströmklappen Raumlufttechnische Anlagen - RLT EDV <?page no="169"?> 155 Die qualitative Brandfallsteuermatrix listet Aktivatoren (Meldertypen und -abhängigkeiten) und Aktoren (Anlagenkomponenten) auf (Es ist i. A. sinnvoll, zunächst alle Aktivatoren und alle Aktoren für alle Funktionsbereiche vollständig aufzulisten. Eine Zusammenfassung sollte erst erfolgen, wenn der Entwicklungsstand der BFST dies sinnvoll ermöglicht.) beschreibt detailliert welche Situation zu welchen Reaktionen (Prozessen) führen soll (z. B. Rauchdetektion in Raum X in Funktionsbereich Y führt zur Aktivierung der Personenalarmierung im Alarmierungsbereich, Rauchgasventilator läuft an, Zulufteinrichtungen werden geöffnet, dynamische Brandfallsteuerung der Aufzüge wird aktiviert, Feuerwehr wird alarmiert) muss unter Beteiligung der Fachplaner für Brandschutz, TGA und GA erstellt werden ist hinsichtlich der Vollständigkeit und Zulässigkeit der einzelnen Abhängigkeiten unter Beachtung der jeweiligen Schutzziele fortlaufend kritisch zu überprüfen kann, falls erforderlich oder sinnvoll, Untermatrizen enthalten (z. B. für die ereignisabhängige Ansteuerung bestimmter Entrauchungseinrichtungen). ist ggf. durch Pläne zu erläutern bzw. zu ergänzen (z. B. für Meldebereiche, Alarmierungsbereiche, Aktoren) ist nach Fertigstellung durch einen unabhängigen Brandschutzfachmann hinsichtlich Vollständigkeit und Widerspruchsfreiheit (zu überprüfen. 5.8.7.3 Quantitative Brandfallsteuermatrix Auf der Grundlage der Qualitativen Brandfallsteuermatrix ist danach die Quantitative Steuermatrix zu erstellen. Mit Hilfe der technischen Werkplanung(en) der ausführenden Firmen werden die Komponenten-Identifikationsnummern der einzelnen am Prozess beteiligten Anlagenteile benannt, ggf. individuelle Anlagenkomponenten (z. B. einzelne Brandschutzklappen in RLT-Anlagen) und/ oder Koppler ebenso ergänzt und diesen jeweils die entsprechenden Steuerbefehle zugewiesen. Beispiel: Aktivierter Rauchmelder 12-34 der Meldergruppe 12 im Erdgeschoss führt zu Aktivierung des Kopplers ABC der an die Sprachalarmanlage 1 den Befehl <Durchsage „Betriebsstörung im Erdgeschoss“ abspielen> sendet. Diese Befehlsätze ergänzen die BFST und dienen als Grundlage für deren Umsetzung in die Programmierung der gesamten brandschutztechnischen Steuerungs- <?page no="170"?> 156 technik (Brandmelderzentrale, ggf. Koppler, sicherheitstechnische Gebäudetechnik) im jeweiligen Quellcode. Nach Abname der einzelnen Komponenten dient die Quantitative Brandfallsteuermatrix als Grundlage für eine ganzheitliche Prüfung aller Interaktionen der sicherheitstechnischen Systeme. 5.8.7.4 Wirkprinzipprüfung Um sicher zu gehen, dass die geplanten Prozessabläufe in jedem einzelnen Szenario auch wirklich ablaufen und die beteiligten Komponenten bestimmungsgemäß zusammenwirken, sollte vor Inbetriebnahme des Gebäudes eine Wirkprinzipprüfung (auch Vollprobetest genannt) nach § 2 MPrüfVO [5.88] und den dazu vorliegenden Prüfgrundsätzen [5.90] vorgenommen werden. Eine Verpflichtung zur Durchführung besteht zwar nur dann, wenn die Genehmigungsbehörde dies gefordert hat, als Qualitätssicherungsmaßnahme auch für den Architekten und den Bauherrn, die letztlich ggf. für die Sicherheit des Gebäudes haften, ist dies aber bei komplexen Gebäuden in jedem Fall sachgerecht. Im Rahmen der Wirkprinzipprüfung sollte daher: Für jeden Funktionsbereich (und falls vorhanden für jeden Melde- und Alarmierungsbereich innerhalb des Funktionsbereiches) durch Auslösen mindestens eines Aktivators (falls mehrere Aktivatortypen - Rauchmelder, Druckknopfmelder, Auslösung von Löschanlagen - mindestens eines Aktivators je Typ) der korrekte Ablauf aller geplanten Maßnahmen geprüft und ausführlich dokumentiert werden. Weitere Einzelheiten zur Durchführung von Wirkprinzipprüfungen findet man z. B. bei Kraft et. al. [5.91]. 5.9 Sonderfunktionen 5.9.1 Feuerwehr-Bedienfeld Aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Brandmeldeanlagen der heutigen mikroprozessorgesteuerten Generation, ist der Feuerwehr nicht mehr möglich, für alle Typen die erforderlichen Bedienungshandgriffe für die Anzeige Abfrage, Rückstellung und Prüfung zu beherrschen. Bedienungshandbücher zu studieren ist im Einsatzfall nicht möglich. Daher werden in der BRD alle BMA mit einem Feuerwehrbedienfeld nach DIN 14661 [5.56] ausgestattet. <?page no="171"?> 157 Dieses Feuerwehrbedienfeld wird über eine Schnittstelle, die in DIN 14661 Anhang A beschrieben ist, an die BMZ angeschlossen. Es zeigt über Leuchtdioden die in Abbildung 5-36 dargestellten Betriebszustände an. Über die dargestelltenBedienelemente können die betreffenden Steuerimpulse an die BMA gegebenwerden. Dadurch wird der Feuerwehr auch ohne Mitwirkung des Betreibers der Anlage eine ergonomische und einheitliche Betätigung im Alarmfall und bei Prüfarbeiten ermöglicht. Abbildung 5-36: Feuerwehr-Bedienfeld - FBF - nach DIN 14661 5.9.2 Feuerwehr-Schlüsseldepot Um der Feuerwehr jederzeit - d. h. auch ohne Mitwirkung des Betreibers - und ohne gewaltsame Zerstörung von Gebäudeteilen (Türen, Fenstern) den Zugang zu Gebäuden, die durch eine Brandmeldeanlage überwacht werden zu ermöglichen, müssen die erforderlichen Schlüssel oder sonstigen Schließmittel zur Verfügung stehen. Seit längerem werden diese Schlüssel üblicherweise in FeuerwehrSchlüsseldepots (FSD) nach DIN 14675-1 Anhang A [5.18] bzw. VdS 2105 [5.95] deponiert Die Schlüssel in diesen FSD sind gegen unbefugten Zugriff geschützt und bei einer- Brandmeldung für die Feuerwehr schnell erreichbar. Die Anbringung des FSD hat inunmittelbarer Nähe (Umkreis 5 m) des von der Feuerwehr vorgesehenen Zugangsbzw. Anfahrpunktes vorzugsweise an wettergeschützter Stelle, zu erfolgen. <?page no="172"?> 158 Die Schlüsseldepots FSD 3, der höchsten Sicherheitsstufe nach DIN 14675-1 und VdS 2105, bestehen aus einer massiven Stahlbox, die nach Art eines Tresors in einer Mauerwerks- oder Stahlbetonwand des Gebäudes befestigt wird. Das Schlüsseldepot verfügt über 2 hintereinander angeordnete Türen. Die erste Tür ist gegen Sabotage gesichert, jeder Versuch des Aufbrechens oder Anbohrens wird durch entsprechende Einrichtungen detektiert und führt zu einer Sabotagemeldung die über die BMA an die Feuerwehr weitergeleitet wird. Diese Tür ist elektromechanisch verriegelt. Bei Anstehen einer Brandmeldung an der BMA wird diese Tür nach dem Arbeitsstromprinzip entriegelt. Die zweite Tür ist mit einem hochwertigen Schloss versehen, für das nur die Feuerwehr den Schlüssel besitzt (Feuerwehrschlüssel). Alle FSD im Zuständigkeitsbereich einer Feuerwehrhaben in der Regel dieselbe Schließung. Anmerkung: Im Zuständigkeitsbereich der Feuerwehr Braunschweig werden diese Schlüssel bei Dienstübernahme von Mann zu Mann übergeben. Abbildung 5-37: Feuerwehr-Schlüsseldepot entsprechend DIN 14675 Anhang C und VdS 2105 Hinter der zweiten Tür befinden sich die Objektschlüssel. Dabei ist einer der Schlüssel in ein Schloss eingeführt und dieses verschossen. Die Entnahme dieses Schlüssels, mit dem die übrigen fest verbinden sind, wird ebenfalls über die BMA überwacht. Die Entnahme ohne vorherige Brandmeldung würde wiederum als Sabotage gemeldet werde. Um auch dann ein Gebäude begehen zu können, wenn zwar ein Alarm bei der Feuerwehr eingelaufen ist, jedoch die BMZ das FSD nicht entriegelt hat, kann ein so genanntes Freischaltelement - FSE eingebaut werden. Dieses besteht aus einem geeignet angebrachten Schlüsselschalter, der mit der oben beschriebenen Feuerwehrschließung versehen ist. Bei Betätigung der Freischalteinrichtung wird über die BMZ nur die Außentür des FSD entriegelt. Objektschlüssel Objektschlüssel-Überwachung Anbohrschutzplatine Außentür Innentür Mikroschalter Elektrische Verriegelung Feuerwehrschloß Objektschlüssel Objektschlüssel-Überwachung Anbohrschutzplatine Außentür Innentür Mikroschalter Elektrische Verriegelung Feuerwehrschloß <?page no="173"?> 159 Sofern ein FSD 2 oder FSD 3 eingebaut wird, darf in Absprache mit der zuständigen Feuerwehr ein Freischaltelement - FSE - vorgesehen werden. Diese Freischalteinrichtung wird mit dem Feuerwehrschlüssel betätigt, löst einen Brandalarm aus und entriegelt damit die äußere Tür des Schlüsseldepots. Eine Fernauslösung durch die zuständige Feuerwehr-Einsatzleitstelle ist zulässig. 5.9.3 Feuerwehr-Anzeigetableau Das Feuerwehr-Anzeigetableau - FAT - einer Brandmeldeanlage (Abbildung 5-38) stellt der Feuerwehr im Alarmfall bestimmte Informationen zur Verfügung, ohne dass der Betreiber der Anlage mitwirken muss. Hierzu werden in einheitlicher Erscheinungsform - d. h. insbesondere herstellerunabhängig - die Betriebszustände Betrieb, Alarm, Störung, Abschaltung und Anzeigeebene angezeigt. Im alphanumerischen Anzeigeteil erscheinen bei Alarm die Meldergruppennummer, die Meldernummer und ein frei wählbarer Text, z. B. "Feuer; 1. OG". Zusammen mit den Feuerwehr-Laufkarten ist damit für die Feuerwehr der Schutzbereich aus dem der Alarm kommt erkennbar. Die technischen Anforderungen an Feuerwehr- Anzeigetableaus enthält DIN 14662 [5.29]. Abbildung 5-38: Feuerwehr-Anzeigetableau - FAT - nach DIN 14662 <?page no="174"?> 160 5.9.4 Feuerwehr-Gebäudefunkanlagen Als weitere Sonderfunktion kann eine Brandmeldeanlage nachdem ein Brand detektiert wurde, eine Gebäudefunkanlage aktivieren (zu Gebäudefunkanlagen siehe Punkt 9.2). Diese ermöglicht es der Feuerwehr, durch die Nutzung einer aktiven Gebäudefunkanlage ohne Kommunikationsprobleme in das Objekt vorzugehen und die Einsatzaufgaben unter Wahrung der notwendigen Führungsfähigkeit und bei Beachtung der Sicherheit der Mitarbeiter auszuführen. 5.10 Feuerwehr-Laufkarten In Gebäude besonderer Art oder Nutzung und in Gebäuden und Anlagen, die auf der Basis von Sonderbauverordnungen errichtet werden sollen bzw. errichtet wordensind, werden zur Kompensation des erhöhten Risikos Brandmeldeanlagen nach CEN/ TS 54, DIN 14675-1 und DIN VDE 0833 installiert. Diese sorgen im Schadensfall u. a. für eine schnelle Alarmierung der Feuerwehr. Damit sich die Einsatzkräfte auch ohne Unterstützung durch ortskundiges Personal im Gebäude orientieren können, fordert DIN 14675-1, Feuerwehr-Laufkarten nach einem einheitlichen Standard zu erstellen. Feuerwehrpläne nach DIN 14095 ([5.94] siehe Punkt 9.3) werden durch diese Laufkarten nicht ersetzt. Feuerwehr-Laufkarten sind Führungshilfsmittel zur schnellen Orientierung in einem Objekt oder einer baulichen Anlage. Sie ermöglichen es der Feuerwehr, auch in unbekannten Objekten ausgelöste Brandmelder aufzufinden und werden zur Beurteilung der Lage herangezogen. Die Gestaltung dieser Feuerwehr-Laufkarten erfolgt in Anlehnung an die DIN 14095 - Feuerwehrpläne für bauliche Anlagen (siehe Punkt 9.3) - um der Feuerwehr die Nutzung zu erleichtern. DIN 14675-1 gibt in Punkt 10.2 und Anhang I entsprechende Hinweise zur Gestaltung. Die Größe (A3) und Ausführung (laminiert) der Feuerwehr-Laufkarten sind entsprechend den Anforderungen der Feuerwehren festgelegt. Je Meldebereich ist eine Feuerwehr-Laufkarte an der BMZ vorzuhalten. Die Karten enthalten auf der Vorderseite (Abbildung 5-39) einen Übersichtsplan des Objektes mit Lage der BMZ und ggf. des FSD (Punkt 4.8.2) sowie die Zufahrten und Zugänge zur BMZ. Auf der Rückseite sind die jeweiligen Meldebereiche und die Zuwege dorthin, ausgehend von der BMZ, dargestellt (Abbildung 5-40). Weiter sind Art und Anzahl sowie Lage der Brandmelder enthalten. <?page no="175"?> 161 Abbildung 5-39: Feuerwehr-Laufkarte - Vorderseite (in Anlehnung an DIN 14095) <?page no="176"?> 162 Abbildung 5-40: Feuerwehr-Laufkarte - Rückseite (in Anlehnung an DIN 14095) <?page no="177"?> 163 5.11 Rauchwarnmelder - Brandmelder ohne BMZ Brandmeldeanlagen nach DIN 14675 mit automatischen Brandmeldern nach DIN EN 54 sind relativ aufwändige technische Einrichtungen, die in der Bundesrepublik bisher nur in Bauten besonderer Art oder Nutzung (vergl. Punkt 5.4) und bei Vorliegen einer erhöhten Brandentstehungs- oder Brandausbreitungsgefahr oder bei Anwesenheit einer erhöhten Anzahl von Personen eingesetzt werden. Da aber auch in Wohngebäuden das Sicherheitsniveau der Bewohner durch Rauchmelder erheblich gesteigert werden kann, empfehlen die Feuerwehren mit Hilfe der Brandversicherungen bereits seit vielen Jahren die Installation von Rauchmeldern mit integrierter Alarmeinrichtung - so genannter Rauchwarnmelder RWM - auch in Wohnungen [5.97]. Schutzziel von Rauchwarnmeldern ist ausschließlich der Personenschutz. Der Einsatz von RWM ermöglicht eine frühzeitige Warnung von anwesenden Personen vor Brandrauch und Bränden und ermöglicht so eine frühzeitige Eigenrettung, Alarmierung der Feuerwehr bzw. Brandbekämpfung von Entstehungsbränden. In Großbritannien ist es gelungen, die Anzahl der Brandtoten nach Installation von smokealarms in ca. 75% der Haushalte um rund 40% zu senken [5.98] . Nach längerer politischer Diskussion haben bis Ende 2017 alle Bundesländer eine Ausstattungsbzw. bis auf Sachsen auch eine Nachrüstungspflicht aller Wohnungen - auch in privaten Bestandsbauten - mit Rauchwarnmeldern in die Landesbauordnung eingefügt (hier zitiert nach § 44 (5) NdsBauO [5.99]): „In Wohnungen müssen Schlafräume und Kinderzimmer sowie Flure, über die Rettungswege von Aufenthaltsräumen führen, jeweils mindestens einen Rauchwarnmelder haben. Die Rauchwarnmelder müssen so eingebaut oder angebracht und betrieben werden, dass Brandrauch frühzeitig erkannt und gemeldet wird. … Für die Sicherstellung der Betriebsbereitschaft der Rauchwarnmelder … sind die Mieterinnen und Mieter, Pächterinnen und Pächter, sonstige Nutzungsberechtigte oder andere Personen, die die tatsächliche Gewalt über die Wohnung ausüben, verantwortlich, es sei denn, die Eigentümerin oder der Eigentümer übernimmt diese Verpflichtung selbst. … „ . Die Meldung/ Alarmierung erfolgt nur innerhalb der mit RWM ausgestatteten Nutzungseinheit bzw. bei vernetzten RWM innerhalb des überwachten Objektes. Eine Fernalarmierung der Feuerwehr oder einer anderen Hilfe leistenden Stelle erfolgt nicht. Rauchwarnmelder dürfen des Weiteren auch bei wohnungsähnlichen Nutzungen eingesetzt werden, wenn keine Abweichungen vom Baurecht vorliegen und eine BMA nach DIN 14675 [5.18] und DIN VDE 0833-2 [5.26] baurechtlich nicht gefordert wird, also z. B. bei: Einfamilienhäusern und Bungalows Mehrfamilienhäuser mit mehreren Nutzungseinheiten (Wohnungen) <?page no="178"?> 164 Beherbergungsstätten (Pensionen) mit nicht mehr als 11 Betten Gartenhäuser und -lauben Flure und Gänge mit besonderen Gefahren, wie z. B. Fotokopierer, Kaffeeautomaten etc. (Wohnmobile, Wohnwagen und Sportboote) Rauchwarnmelder nach DIN EN 14604 sind ausdrücklich nicht für den Sachwerteschutz gedacht, können eine bauaufsichtlich geforderte Brandmeldeanlage nach DIN 14675 und DIN VDE 0833-2 nicht ersetzen und dürfen in solche BMA auch nicht eingebaut werden (vergl. z. B. in Punkt 5.7.2 und in ZVEI [5.100]). Als technische Regel für Rauchwarnmelder liegt die Produktnorm DIN EN 14604 vor [5.101]. Diese europäische Norm legt Anforderungen, Prüfverfahren und Leistungskriterien für Rauchwarnmelder, die nach dem Streulicht-, Durchlicht- oder Ionisationsprinzip arbeiten, und für die Anwendung in Haushalten und Wohnbereichen vorgesehen sind, fest. Hinsichtlich der Ansprechempfindlichkeit und des Verhaltens bei externen Störeinflüssen etc. werden Rauchwarnmelder genauso geprüft, wie automatische Brandmelder nach der Normenreihe DIN EN 54 (Testfeuer TF 2 bis TF 5, siehe Tabelle 5-4) und müssen dieselben Ansprechkriterien erfüllen. Da Rauchwarnmelder auch von nicht sachkundigen Personen montiert, geprüft und gewartet werden können (können sollen), sind gegenüber automatischen Brandmeldern nach DIN EN 54 einige Zusatzanforderungen hinsichtlich des ausreichenden Personenschutzes gegen Elektroschock, gegen hohe Temperaturen sowie Entstehung und Ausbreitung von Bränden in DIN EN 14604 enthalten (vergl. auch in [5.102], sowie in VdS 3131 [5.103] und VdS 3515 [5.104]). In Rauchwarnmeldern sind alle Bauteile, die zur Feststellung von Rauch und zum Generieren eines Alarmsignales erforderlich sind, vorhanden. Hierzu gehört üblicherweise auch die (Batterie-) Stromversorgung, eine externe Stromversorgung ist zugelassen. Interne Stromversorgungen von Rauchwarnmeldern nach DIN EN 14604 müssen für mindestens einen einjährigen Betrieb inklusive regelmäßiger (wöchentlicher) Prüfungen ausreichen. Die Batterie muss durch den Benutzer ausgewechselt werden können, wenn sie nicht für einen mindestens 10-jährigen Betrieb des Rauchwarnmelders ausreicht. Die Batterie muss rechtzeitig, bevor sie außerstande ist, einen Alarm auszulösen, ein entsprechendes optisches und akustisches Störungssignal aussenden. Die europäische Norm legt die Art der Signalisierung des Alarmzustandes als Hinweis auf eine Rauchdetektion nicht genau fest. In Deutschland eingebaute Rauchwarnmelder sollten eine akustische Signalisierung mindestens am alarmgebenden Rauchmelder selbst abgeben und müssen in 3 m Entfernung einen Schalldruckpegel von 85 dB erreichen. Weitere, z. B. optische oder haptische Alarmierungsmittel (Hörgeschädigtenmodul) sind ggf. sinnvoll. Über eine Prüftaste des Rauchwarnmelders muss probeweise ein Alarm ausgelöst werden können, so dass eine Überprüfung der Warneinrichtung(en) möglich ist. <?page no="179"?> 165 Für Rauchwarnmelder gelten ähnliche Anbringungsregeln, wie für automatische Brandmelder nach DIN EN 54 (vergl. Punkt 5.8.5), diese sind DIN 14676-1 [5.105] (oder auch der informative Broschüre [5.105]) zu entnehmen. RWM sind stets an der Decke, aber in jedem Fall mindestens 50 cm von einer Wand oder einem Unterzug oder von Einrichtungsgegenständen entfernt anzubringen. Sofern Unterzüge eine Höhe von 20 cm überschreiten, werden Rauchwarnmelder je Deckenfeld empfohlen. Als Überwachungsbereiche ist je Raum ein Rauchmelder zu empfehlen, sofern die Fläche des Raumes nicht mehr als 60 m² beträgt. Da die Wahrnehmung von Brandrauch im Schlaf deutlich vermindert ist, müssen insbesondere Schlafbereiche, Kinderzimmer und Flure, die als Rettungswege dienen, durch Rauchwarnmelder überwacht werden (Abbildung 5-41). Bei offenen Verbindungen über mehrere Geschosse - Treppenräume in Ein- und Mehrfamilienhäusern oder Galerien - sollte auf jeder Ebene, mindestens jedoch auf der obersten Ebene je ein Rauchmelder installiert werden. Die horizontalen Maximalabstände zwischen zwei Rauchwarnmeldern sollten 15 m nicht überschreiten, bei Stichfluren sollten die Melder nicht mehr als 7,5 m vom Ende des Stichflures angebracht werden. Da RWM für die Anwendung in Küchen nicht geeignet sind, können hier bei Bedarf auch Wärmewarnmelder eingesetzt werden (DIN 14676-1 [5.105], [5.106]). Für Räume mit Feuerstätten sind ggf. Kohlenmonoxid-Warnmelder sinnvoll. Abbildung 5-41: Ausstattung von Wohnungen mit Rauchwarnmeldern Die regelmäßige Wartung der RWM ist Bestandteil der Rauchmelderpflicht (vergl Zitat auf Seite 168). Die jährliche Vor-Ort-Prüfung, deren Umfang in DIN 14676-1 beschreiben wird, ist notwendig, um die optimale Funktionalität und Sicherheit zu garantieren. Mindestens sind die Alarmfunktion und eine ggf. vorhandene Verschmutzung der Rauchmesskammer zu überprüfen, des Weiteren Batteriezustand und ggf. die Funktion der Vernetzung (Alarmweiterleitung). Die Überprüfung sollte vorzugsweise durch eine gemäß DIN 14676-1 Anhang B zertifizierte Fachkraft für Rauchmelder erfolgen. Die Produktinformationen der meisten Hersteller enthalten allerdings <?page no="180"?> 166 Vorgaben für die Überprüfung, so dass auch Privatpersonen grundsätzlich die Überprüfung durchführen können. Viele der am Markt erhältliche Rauchwarnmelder können vernetzt werden (siehe z. B in [5.107]), das heißt, mehrere RWM werden so miteinander verbunden, dass bei Rauchdetektion durch einen der Melder die Alarmierung an allen angeschlossenen Meldern - und ggf. zusätzlich an einer angeschlossenen Empfangs- und Auswerteeinheit - erfolgt (Abbildung 5-42). Dadurch werden alle anwesenden Personen in der ganzen Nutzungseinheit unverzüglich gewarnt sobald irgendwo Rauch auftritt. Erwachsene Familienmitglieder werden sofort alarmiert, können ohne Zeitverzug reagieren und z. B. Kinder wecken und bei der Selbstrettung anleiten. Assistenzpersonal hat bei frühzeitiger Alarmierung die Möglichkeit Menschen mit Unterstützungsbedarf z. B. Senioren oder Gebehinderte bei der Selbstrettung zu helfen. Die Vernetzung erfolgt über Kabel oder über Funk [5.108], die einzuhaltenden Randbedingungen enthält DIN 14676 in Anhang B. Abbildung 5-42: Vernetzung von Rauchwarnmeldern über Funk - Beispiel Feuer im Mehrfamilienhaus, 1 Meldelinie je Wohnung, 1 für den Keller und 1 für denTreppenraum Eine Vernetzung ist insbesondere dann angebracht, wenn die einzelnen überwachten Bereiche im Normalfall durch geschlossene Türen voneinander getrennt sind; schon eine geschlossene Tür vermindert den Schalldruckpegel um ca. 20 dB(A). Zwei geschlossene Türen können die Lautstärke soweit herabsetzen, dass der beabsichtigte Weckeffekt schlafender Nutzer - für den i. d. R. mindestens 45 dB(A) <?page no="181"?> 167 erforderlich sind (vergl. mit den Anforderungen von 75 dB(A) für die akkustischen Signalgeber von BMA, Punkt 5.6.4) - durch den RWM nicht mehr sichergestellt ist. RWM mit Funkmodul können über die verpflichtenden Anforderungen der DIN EN 14604 hinaus mit der Option kompletter Ferninspektion bzw. Teil-Ferninspektion ausgestattet werden. Durch Nutzung dieser in DIN 14676-1 Kapitel 6 beschriebenen Option können einige wichtige Parameter der RWM über Funk abgefragt werden, so dass eine Vor-Ort-Prüfung nur noch alle 36 Monate erfolgen muss. Seit einiger Zeit bieten manche RWM-Systeme auch Verknüpfungsmöglichkeiten mit dem Smartphone und/ oder Smart-Home-Systemen. In Kindergärten und Kinderkrippen, Einrichtungen für betreutes Wohnen und kleinen Heimen, Büros und Kleingewerbebetrieben sind Überwachungslösungen mit vernetzten RWM grundsätzlich genehmigungsfähig. Voraussetzung ist auch hier, dass keine bauordnungsrechtlichen Mängel vorliegen, eine Eigenrettung der Nutzer (ggf. unter Anleitung wie z. B. im Kindergarten oder Seniorenheim) möglich ist und die zuständigen Brandschutzdienststellen sowie ggf. der Sachversicherer zustimmen. <?page no="182"?> 168 5.12 Literaturverzeichnis zu Kapitel 5 [5.1] Mulholland, G. W.: Smoke Production and Properties, in SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 2 nd Edition S. 2-217 [5.2] Rempe, A. und Rodewald, G.: Brandlehre (ISBN 3-17-008381-3) 1985 [5.3] Marzi, T., Sklorz, M.: Brandrauch: Entstehung, Wirkungsweise, Untersuchung, in Fraunhofer UMSICHT Tagungsband BrandO. 2000 [5.4] Busenius, S.: Chemie und Physik des Brennens, Kap. III-2 in: Handbuch Brandschutz, ISBN 3-609-75090-1 [5.5] Busenius, S. und Zapletalová; I.: Toxische Bestandteile von Brandgasen, Kap. III- 4 in: Handbuch Brandschutz, ISBN 3-609-75090-1 [5.6] Tewarson; A.: Generation of Heat and Chemical Compounds in Fires, in SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 2 nd Edition S. 3-53 [5.7] Otto, A., Schaller, K.-H., Drexler, H.: Gesundheitliches Gefährdungspotential von Brandrauch und Expositionsnachweis, vfdb Jahresfachtagung 2002, Tagungsband [5.8] Lessing, R., Teske, J. Wilk, E.: Die Belastung des Menschen durch Brandrauch, vfdb Jahresfachtagung 2002, Tagungsband [5.9] Brushlinski, N., Sokolov, S., Wagner, P.: World fire statistics at the and of 20th century, ISBN 3-9806728-1-6, Berlin 2000 [5.10] Hagen, E.: Rauch und Wärmeabzug als Bestandteil moderner Brandschutzkonzepte, ISBN 3-87414-006-7, Kleve 1996 [5.11] VdS 2827: 200-05 (01) Bemessungsbrände für Brandsimulationen und Brandschutzkonzepte [5.12] Nicolaus, K.: Wirksamkeit des brandmeldetechnischen Branschutzes, in vfdb- Zeitschrift 9/ 91 [5.13] Staimer, A., Reintsema, J.: Brandmeldeanlagen - Sicherheit und Zuverlässigkeit für Menschen in Gebäuden, vfdb-Jahresfachtagung 2007, Tagungsband S. 471 [5.14] Biegel, G.: Von der Nachbarschaftshilfe zur Berufsfeuerwehr - Brandschutz im antiken Rom, in „Kampf gegen Feuer - zur Geschichte der Berufsfeuerwehr Braunschweig“ ISBN 3-927939-49-8, Braunschweig 2000 [5.15] Nickel, H.: Schadenfeuer und ihrer Bekämpfung vom Mittelalter bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts, Quelle wie [1.1] [5.16] Notifier Sicherheitssysteme: Firmenbroschüre: Elektronische Brandmeldesysteme - Der aktuelle Stand der Brandmeldetechnologie [5.17] Morgan, A.: "Left Luggage" - Automatic Fire Detection and the New Century, in Fire Engineers Journal 01/ 2000 [5.18] DIN 14675-1: 2018-04 Brandmeldeanlagen - Teil 1: Aufbau und Betrieb [5.19] ARGEBAU: Muster-Verordnung über den Bau und Betrieb von Versammlungsstätten - MVStättV - i. d. F. 2014-07 [5.20] ARGEBAU: Muster Verordnung über den Bau und Betrieb von Krankenhäusern (Krankenhausbauverordnung - KhBauVO) Fassung 1967-12 <?page no="183"?> 169 [5.21] ARGEBAU: Muster für Richtlinien über die bauaufsichtliche Behandlung von Hochhäusern - MHHR - i. d. F 2012-02 [5.22] ARGEBAU: Muster einer Verordnung über den Bau und Betrieb von Garagen (Muster-Garagenverordnung) - MGarVO - i. d. F. 2008-05 [5.23] ARGEBAU: Muster Verordnung über den Bau und Betrieb von Beherbergungsstätten - MBehVO - i. d. F. 2014-05 [5.24] ARGEBAU Musterbauordnung - MBO - i. d. F. 2016-05 [5.25] CEN/ TS 54-14: 2016 Brandmeldeanlagen - Teil 14 Leitfaden für Planung, Montage, Inbetriebnahme, Betrieb und Instandhaltung [5.26] DIN VDE 0833-2: 2017-10 (VDE 0833 Teil 2) Gefahrenmeldeanlagen für Brand, Einbruch und Überfall: Festlegungen für Brandmeldeanlagen (BMA) [5.27] VdS 2095: 2010-05 VdS-Richtlinien für automatische Brandmeldeanlagen - Planung und Einbau [5.28] DIN EN 54-1: 2011-06 Brandmeldeanlagen - Teil 1: Einleitung [5.29] DIN 14662: 2016-02 Feuerwehr-Anzeigetableau für Brandmeldeanlagen [5.30] DIN EN 54-2: 2016-03 Brandmeldeanlagen - Teil 2: Brandmelderzentralen [5.31] DIN EN 54-25: 2015-10 Brandmeldeanlagen - Teil 25: Bestandteile die Hochfrequenz-Verbindungen nutzen [5.32] Stadt Braunschweig Feuerwehr: Technische Anschlussbedingungen für Brandmeldeanlagen, 1. 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KG: ARGUS Rauchmelder, Produktinformation <?page no="188"?> 174 6 Brandbekämpfungseinrichtungen Brandbekämpfungseinrichtungen dienen der durch Personen durchgeführten oder automatischen Bekämpfung von Schadensfeuern. Sie sind wichtiger Bestandteil von Schutzkonzepten, wenn davon ausgegangen werden muss, dass mit hinreichender Wahrscheinlichkeit mit dem Ausbruch von Bränden gerechnet werden muss und eine sofortige Brandbekämpfung zum Schutz von Personen oder Sachen erforderlich ist. Brandbekämpfungseinrichtungen werden von den Sachversicherern mit erheblichen Prämienrabatten honoriert, wenn sie entsprechend den jeweiligen Richtlinien des VdS erstellt und betrieben werden. Brandbekämpfungseinrichtungen werden wie folgt untergliedert: Selbsthilfeanlagen Feuerlöschbrausen Feuerlöschschlauchanschlusseinrichtungen (Wandhydranten) Feuerlöscher Löschdecken Löschhilfeanlagen (Automatische Löschanlagen) Raumschutzanlagen Wasser-Löschanlagen Sprinkleranlagen Sprühwasser-Löschanlagen Wassernebel-Löschanlagen Selbsttätige Löschhilfeanlagen Schaumlöschanlagen Pulver-Löschanlagen Gaslöschanlagen Inertgas-Löschanlagen Raum-Inertisierungsanlagen Aerosollöschanlagen Mehrstoff-Löschanlagen Objektschutzanlagen (Geräte- und Maschinenschutz) Gaslöschanlagen Pulverlöschanlagen <?page no="189"?> 175 Sprühwasser-Löschanlagen Aerosollöschanlagen Inertisierungsanlagen Funkenlöschanlagen Explosions- und Flammenunterdrückungsanlagen Einrichtungen zur explosionstechnischen Entkopplung 6.1 Selbsthilfeeinrichtungen Selbsthilfeanlagen dienen dem Löschen von Entstehungsbränden durch Betriebsangehörige. Sie setzen also die Anwesenheit von Menschen voraus, die in der Handhabung der Einrichtung geschult sind und im Brandfall gezielt handeln. Selbsthilfeanlagen sollen so angeordnet werden, dass sich Selbsthilfekräfte durch ihren Einsatz nicht unnötig in Gefahr begeben und fliehende Personen auf ihrem Weg ins Freie zwangsläufig an den Selbsthilfeanlagen vorbeikommen. Selbsthilfeanlagen müssen: auf die betrieblichen Gefahren abgestimmt, in ausreichender Anzahl im gesamten Betrieb gleichartig vorhanden, leicht auffindbar und leicht von jedermann zu bedienen sein. Daher ist eine Anbringung von erforderlichen Selbsthilfeeinrichtungen in der Nähe von Treppenräumen üblich. Auch in unmittelbarer Umgebung gefährdeter Objekte ist die Anbringung, insbesondere von Feuerlöschern, für einen raschen Löschangriff empfehlenswert. 6.1.1 Feuerlöschbrausen Feuerlöschbrausen sind Selbsthilfegeräte, die im Räumen bzw. in der Nähe von Arbeitsplätzen angebracht werden, in denen die Entzündung der Kleidung von Personen nicht vollständig auszuschließen ist. Beispiele hierfür sind Labore, Betriebe der chemischen Industrie (dort auch im Freien), Werkstätten, in denen mit größeren Mengen leicht entzündlicher Flüssigkeiten oder Gas gearbeitet wird. Feuerlöschbrausen sind überwiegend so konstruiert, dass das Wasser automatisch ausströmt, wenn eine Kontaktplatte betreten wird. Eine Handauslösung ist optional möglich. <?page no="190"?> 176 Abbildung 6-1: Feuerlöschbrausen 6.1.2 Wandhydranten Wandhydranten sind sofort betriebsbereite Löschhilfeanlagen, die in Gebäuden oder im Freien an Löschwasserleitungen angeschlossen werden. Wandhydranten werden in baulichen Anlagen angebracht, in denen aufgrund der Nutzung eine gegenüber reinen Wohngebäuden mittlerer Höhe erhöhte Brandgefahr besteht, große Abmessungen des Gebäudes sich nachteilig auf die Eingreifzeit der Feuerwehr auswirken können (vergl. Kapitel 2), während der Betriebszeit Personal anwesend ist, das in der Lage ist, die Wandhydranten zweckentsprechend zu nutzen. Wandhydranten (Abbildung 6-3) dienen der Bekämpfung von Entstehungsbränden durch Laien (auch eingewiesene Personen) sowie der Brandbekämpfung durch die Feuerwehr. Sie werden einsatzbereit gemacht, indem durch Öffnen eines Ventils der Feuerlöschschlauch befüllt und so über ein Strahlrohr die Brandbekämpfung ermöglicht wird. Wandhydranten werden aus wasserhygienischen Gründen mittelbar an das Trinkwassernetz angeschlossen (vergl. hierzu Punkt 4.5.1, DIN 2000 [6.1] und [6.2], DIN 14462 [6.3], sowie ausführlich bei Büssem [6.4] oder Spangard [6.5]) über Löschwasserleitungen „Nass“ (auch Steigleitungen genannt, vergl. Punkt 9.1). Alternativ können bzw. müssen Wandhydranten auch an Löschwasserleitungen „nass/ trocken“ angeschlossen werden, die bei Einsatz des Wandhydranten automatisch aus dem Trinkwassernetz befüllt werden (vergl. Punkt 9.1 und [6.5]). Diese Ausführung ist zwingend, wenn aufgrund von Frostgefahr eine ständige Befüllung der Anschlussleitung von Wandhydranten nicht möglich ist. <?page no="191"?> 177 Abbildung 6-2: Anschluss von Wandhydrantenanlagen Wandhydranten sind in DIN EN 671-1 [6.6] und DIN EN 671-2 [6.7] genormt, DIN EN 671-1 beschreibt Wandhydranten mit formfestem Schlauch, DIN EN 671-2 solche mit Flachschlauch. Da diese europäischen Normen eine sehr große Bandbreite von Ausführungen ermöglichen, die nach Auffassung der deutschen Feuerwehren nicht alle gleich gut für die Brandbekämpfung durch Laien geeignet sind, ist aufbauend auf diesen Normen, die DIN 14461-1 [6.8] erschienen, die die in Deutschland zulässigen Ausführungen beschreibt. In Deutschland sind danach Wandhydranten mit Flachschlauch (nach DIN 14461-6 [6.9]) nicht erwünscht, da aufgrund von Erfahrungen der Feuerwehren ungeübte Personen erhebliche Schwierigkeiten haben diese sachgerecht einzusetzen. Der Zweck von Wandhydranten - die wirksame Bekämpfung von Entstehungsbränden - ist dann aber möglicherweise in Frage gestellt. Daher sind solche Wandhydranten nur dort zulässig, wo speziell für deren Anwendung geschultes Personal zur Verfügung steht (also z. B. bei Vorhandensein einer <?page no="192"?> 178 Werk- oder Betriebsfeuerwehr). Daneben muss das Strahlrohr von Wandhydranten in Deutschland absperrbar sein. Die Mindestausstattung von Wandhydranten nach DIN 14461-1 ist Tabelle 6-1 zu entnehmen. Der Wandhydrant Typ S ist ausschließlich als Selbsthilfeeinrichtung für Laien gedacht und für den Einsatz durch die Feuerwehr nicht vorgesehen, daher ist die Wasserlieferung auf maximal 24 l/ min begrenzt. Typ F hat eine deutlich höhere Wasserlieferung und ermöglicht außerdem der Feuerwehr den Anschluss eigener, mitgebrachter Schläuche. Damit kann die Eindringtiefe vom Wandhydranten in eine Einsatzstelle deutlich größer werden. Wegen der eingeschränkten Einsatzmöglichkeiten - 24 l/ min Löschwasser reichen allenfalls für die Eindämmung eines Entstehungsbrandes aus - dürfen Wandhydranten Typ S nur eingebaut werden, wenn die zuständige Brandschutzbehörde dies ausdrücklich zulässt. Wandhydranten werden in Deutschland im Allgemeinen in Schränken untergebracht (im Ausland ist auch die Installation ohne Schrank üblich). Die Schränke dürfen verschlossen werden, wenn durch eine Notöffnungsvorrichtung - z. B. durch einen Öffnungseinrichtung hinter einer leicht entfernbaren oder zerstörbaren Abdeckung - sichergestellt ist, dass sie jederzeit nutzbar sind. Die Schränke dürfen die Einsetzbarkeit des Wandhydranten nicht einschränken und müssen daher insbesondere Anforderungen an die Abrollbarkeit des Schlauches in jede Richtung erfüllen. Wandhydrantenschränke dürfen auch andere Brandschutzeinrichtungen - z. B. Feuerlöscher - enthalten, wenn sie entsprechend konstruiert sind (Abbildung 6-3). Tabelle 6-1: Ausstattung von Wandhydranten Typ S Einsatz durch Laien Typ F Einsatz durch Laien und Feuerwehr Schlauchanschlussventil mit drehbarer Anschlussverschraubung Größe 1 nach DIN 14461-3 1) mit C-Festkupplung nach DIN 86204 2) , Schlauchanschlussventil mit drehbarer Anschlussverschraubung Größe 2 nach DIN 14461-3 mit C-Festkupplung nach DIN 86204 2) Lösbare Verbindung zum Schlauchanschlussventil mit eingebundenem formstabilen Schlauch nach DIN EN 694 [6.11] C-Knaggenteil nach DIN 86204 mit eingebundenem formstabilen Druckschlauch nach DIN EN 694 mit einem Innendurchmesser von mindestens 25 mm Schlauchhaspel nach DIN EN 671-1, ausschwenkbar, mit 30 m formstabilem Schlauch mit Innendurchmesser 19 mm, Strahlrohr mit einer Wasserlieferung von maximal 24 l/ min bei 2 bar Schlauchhaspel nach DIN EN 671-1, ausschwenkbar, mit 30 m formstabilem Schlauch mit Innendurchmesser 25 mm, Strahlrohr mit 6 mm Austrittsöffnung 3) Erkennungssymbol Wandhydrant, wie in Abbildung 6-3 Bedienungsanleitung mind. A 5 Bei Anschluss an Löschwasserleitung „nass/ trocken“ Hinweisschild: „Wasser kommt nach maximal 60 Sekunden“ 1) bei direktem Anschluss an Trinkwasserversorgung zusätzlich mit Sicherungseinrichtung nach DIN 14461-3 2) ermöglicht der Feuerwehr den Anschluss eigener Schläuche 3) ermöglicht je nach Druck eine Wasserlieferung von bis zu 100 l/ min, in der Regel sollten universell einsetzbare CM-Strahlrohre nach DIN 14365 [6.12] verwendet werden <?page no="193"?> 179 Abbildung 6-3: Wandhydrant nach DIN 14461 (mit Schlauchhaspel nach EN 671) mit Zusatzausstattung Feuerlöscher und Druckknopfmelder, die Farbe des internationalen Symbols für Wandhydranten nach ISO 7010 ist weiß auf rotem Hintergrund Die Wasserversorgung von Wandhydranten ist wie folgt auszulegen [4.15]: Fließdruck bei voll geöffnetem Strahlrohr maximal 8 bar Ruhedruck maximal 12 bar Typ S: Bei Entnahme von je 24 l/ min an zwei Wandhydranten an den ungünstigsten Schlauchanschlussventilen muss der Fließdruck mindestens noch 2 bar betragen Typ F: Bei Entnahme von je 100 l/ min aus drei Wandhydranten an den ungünstigsten Schlauchanschlussventilen muss der Fließdruck mindestens noch 3 bar betragen Unmittelbar an die allgemeine Trinkwasserversorgung dürfen nach DIN 1988-600 und DIN 14462 nur Wandhydranten Typ S angeschlossen werden, um stagnierendes Wasser in den Leitungen zu vermeiden. Es ist dann am Ende der Leitung ein ständig benutzter Verbraucher (z. B. eine Toilette, vergl. Abbildung 6-2) anzuordnen. Wandhydranten Typ F sind über fernbetätigte Füllstationen nach DIN 14463-1 an Löschwasserleitungen „nass/ trocken“ anzuschließen (siehe Punkt 9.1.3, [6.3] oder [6.5]). Wenn erforderlich sind Druckerhöhungspumpen, Zwischenbehälter etc. vorzusehen. Wandhydranten sind in einer solchen Anzahl in den Gebäuden vorzusehen, dass mit dem Strahlrohr sicher jeder Punkt erreicht werden kann. Daher genügt es in der Regel nicht, bei der Planung mit Zirkelschlägen um die Wandhydranten zu arbeiten. Vielmehr muss der Schlauchverlauf planerisch nachvollzogen werden. Betriebliche Besonderheiten, z. B. in der Regel verschlossene Türen, Einbauten etc. sind zu berücksichtigen. Innerhalb von Räumen ist ein verbleibender, im Wesentlichen hindernisfreier Abstand von ca. 5 m zur entferntesten potentiellen Brandstelle brandschutztechnisch akzeptabel, da dieser mit der Wurfweite des Wasserstrahles überbrückt werden kann. Die Anordnung sollte mit der zuständigen Brandschutzbehörde abgestimmt werden. Wandhydranten können bei der Ermittlung der erforderlichen Löscheinheiten für ein Gebäude nach Punkt 6.1.3.4 mit bis zu 27 LE angesetzt werden. Die Auswirkung von <?page no="194"?> 180 vorhandenen Wandhydrantenanlagen auf die Eingreifzeit der Feuerwehr hat Schöttner 2015 untersucht. Demnach kann eine solche Anlage die Eingreifzeit schon bei erdgeschossigen Gebäuden um ca. 1 Minute verkürzen [6.13]. Für Obergeschosse sind weitere Zeitvorteilen zu erwarten. 6.1.3 Feuerlöscher Feuerlöscher sind tragbare oder fahrbare Kleinlöschgeräte zur Bekämpfung von Entstehungsbränden durch Laien (nicht im Brandschutz ausgebildete Personen). Sie stoßen ihren Löschmittelinhalt mittels ständig vorhandenem oder bei Inbetriebnahme freigesetztem oder erzeugtem Innendruck selbständig aus. Feuerlöscher stellen lediglich die erste Stufe einer Ausstattung baulicher Anlagen mit Selbsthilfeeinrichtungen dar, da ihre Leistungsfähigkeit aufgrund des Maximalgewichtes (insbesondere von tragbaren Geräten) recht begrenzt ist. Dennoch ist bei sachgerechter Anwendung von Feuerlöschern ein Ablöschen durchaus beachtlicher Entstehungsbrände möglich (vergl. Punkt 6.1.3.4). Zur sachgerechten Anwendung von Kleinlöschgeräten bedarf es einer Einweisung und nach Möglichkeit regelmäßiger Übungen. Einweisung und Übungen muss der Betreiber der baulichen Anlage (Arbeitgeber) für die Mitarbeiter im Rahmen seiner Pflichten aus der Arbeitsstättenverordnung [6.15] sicherstellen. 6.1.3.1 Bauart von Feuerlöschern Feuerlöscher werden als tragbare oder fahrbare Kleinlöschgeräte gebaut. Tragbare Geräte dürfen eine Gesamtmasse (einsatzbereit) von 20 kg nicht überschreiten. Feuerlöscher bestehen aus (Abbildung 6-4): dem Löschmittelbehälter mit dem Löschmittel (bei Dauerdrucklöschern gleichzeitig Treibmittelbehälter, siehe Tabelle 6-2) ggf. einem Treibmittelbehälter mit dem Treibmittel der Löschmittel-Ausbringevorrichtung (Steigrohr, Absperrorgan, Schlauch, Düse oder Strahlrohr, Schaumrohr, CO 2 -Schnee- oder CO 2 -Aerosolrohr) einer Sicherung gegen versehentliches Betätigen bei Dauerdrucklöschern einer Außen ablesbaren Druckanzeige einer aufgedruckten Bedienungsanleitung. <?page no="195"?> 181 Abbildung 6-4: Feuerlöscher nach DIN EN 3 - Ansicht und Schnitt links Pulverlöscher, rechts CO 2 -Löscher (nach [6.16]), die Farbe des Symbols für Wandhydranten ist weiß auf rotem Hintergrund Fahrbare Feuerlöscher sind bis auf den größeren Löschmittelvorrat, ein Fahrgestell und ggf. einen längeren Schlauch mit tragbaren Geräten identisch. Sie werden im Allgemeinen in solchen Betrieben mit Produktion oder Lagerung vorgesehen, deren Personal in der Lage ist, diese Löscher zweckentsprechend einzusetzen. Da die mit fahrbaren Geräten zu beherrschenden Entstehungsbrände schon recht groß sind, muss die Bedienmannschaft eine gründlichere Schulung erhalten (z. B. im Rahmen einer Ausbildung zum Betriebsfeuerwehrangehörigen, vergl. Kapitel 2) und ggf. auch über Schutzkleidung verfügen. Folglich sind diese Geräte im Allgemeinen nur bei größeren Betrieben anzutreffen. Tabelle 6-2: Bauarten von Feuerlöschern - Schema Löscherarten Bauart Dauerdrucklöscher Aufladelöscher Lösch mittel Pulver, Wasser Schaum, Halon 1) CO 2 Pulver, Wasser, Schaum 1) , Halon 2) Treib mittel im Löschmittelbehälter in separatem Treibgasbehälter innerhalb des Löschmittelbehälters außerhalb des Löschmittelbehälters CO 2 oder Stickstoff Löschmittel CO 2 CO 2 oder Stickstoff (bei Inbetriebnahme erzeugt) 3) Inbetriebtriebnahme Entfernen einer Sicherung Aufladezeit abwarten (3 Sekunden) Betätigen der Auslöseeinrichtung 1) Oberflächenaktive Löschmittel sind hier eingeschlossen, siehe Punkt 14.3.10 2) bestimmte Halone sind als Löschmittel nicht mehr zugelassen, siehe Punkt 11.2.2.7 3) durch chemische Reaktion mit Gasentwicklung, wird heute nicht mehr angewandt <?page no="196"?> 182 6.1.3.2 Planung der Ausstattung mit Feuerlöscheinrichtungen Für die Planung der Ausstattung von Gebäuden mit Feuerlöscheinrichtungen (Wandhydranten und Feuerlöschern) ist in den folgenden Schritten vorzugehen: 1. Ermittlung der Brandklassen des (hauptsächlich) vorhandenen Brandgutes (Punkt 6.1.3.3) 2. Festlegung der Art der erforderlichen Feuerlöscher (Punkt 6.1.3.3) 3. Ermittlung der Brandgefährdung (Punkt 6.1.3.5) 4. Ermittlung der Löschmitteleinheiten (LE, Punkt 6.1.3.6)) in Abhängigkeit von der Grundfläche für die notwendige Grundausstattung mit Feuerlöscheinrichtungen (Tabelle 6-8) 5. Ermittlung der Anzahl der Feuerlöscheinrichtungen (unter Berücksichtigung des Personals, siehe unter Punkt 6.1.3.3) 6. Falls erhöhte Brandgefahr vorliegt Festlegung zusätzlich erforderlicher Maßnahmen 7. Festlegung der Standorte der Feuerlöscher (Punkt 6.1.3.7) 6.1.3.3 Brandklassen, Löschmittel und Eignung Die Einstufung des Brandgutes in Brandklassen nach DIN EN 2 (Tabelle 6-3, [6.17]) ermöglicht die Festlegung geeigneter Löschmittel. Im Allgemeinen wird der Hauptteil der Brandlasten eines (Wohn-, Handels-, Büro-) Gebäudes in Brandklasse A einzuordnen sein, lediglich in begrenzten Bereichen kommen andere Brandklassen vor (z. B. in der Küche). Tabelle 6-3: Brandklassen nach DIN EN 2 Klasse A Brände fester Stoffe, hauptsächlich organischer Natur, die normalerweise unter Glutbildung verbrennen Klasse B Brände von flüssigen oder flüssig werdenden Stoffen Klasse C Brände von Gasen Klasse D Brände von Metallen Klasse F Brände von Speiseölen/ -fetten (pflanzliche oder tierische Öle und Fette) in Frittier- und Fettbackgeräten und anderen Kücheneinrichtungen und -geräten Feuerlöscher enthalten alternativ die folgenden Löschmittel (zu den Eigenschaften, Vor- und Nachteilen der unterschiedlichen Löschmittel siehe unter Punkt 14.3) Wasser (Kennzeichnung: W) Löschpulver ABC-Löschpulver (Kennzeichnung: PG) <?page no="197"?> 183 BC-Löschpulver (Kennzeichnung: P) Metallbrandpulver (Kennzeichnung: PM) Kohlendioxid CO 2 (Kennzeichnung: K) Schaum (Kennzeichnung: S) (bzw. die Komponenten Wasser und Schaummittel) Feuerlöscher werden mit dem o. g. Kennzeichen für die Bauart und dem Löschmittelinhalt - in kg bzw. l - gekennzeichnet; PG 6 bezeichnet so einen Pulverlöscher mit 6 kg ABC-Löschpulver (siehe auchTabelle 6-7). Tabelle 6-4: Eignung von Feuerlöschern Löscherart Bauart- Kurzzeichen Brandklasse nach DIN EN 2 A B C D F feste glutbildende Stoffe flüssige oder flüssig werdende Stoffe gasförmige Stoffe (auch unter Druck) brennbare Metalle Speiseöle und fette Pulverlöscher mit ABC-Pulver PG + + + O O Pulverlöscher mit BC-Pulver P - + + - O Pulverlöscher mit Metallbrandpulver PM - - - + - Kohlendioxidlöscher K - + O - O Wasserlöscher (auch mit Zusätzen) 1) W + - - - - Schaumlöscher S + + - - O Fettbrandlöscher 2) F 3) O O - - + geeignet + weniger geeignet O nicht geeignet - 1) z. B. Frostschutzmittel, Korrosionsschutzmittel, Netzmittel 2) Einsatz in Küchen etc.; Eignungsnachweis z. B. durch Prüfung nach DIN V 14406-5 [6.18], Füllung enthält i. d. R. oberflächenaktive Löschmittel, siehe Punkt 14.3.10 3) als Zusatzkennzeichnung, also z. B.: SF Feuerlöscher müssen entsprechend Tabelle 6-4 für den Einsatzzweck geeignet sein. Außerhalb von Produktions- und Lagerbereichen geht im Allgemeinen die Brandgefahr hauptsächlich von festen glutbildenden Stoffen der Brandklasse A aus, für die Feuerlöscher mit wässeriger Lösung oder mit ABC-Pulver geeignet sind. Die Feuerwehren empfehlen im Allgemeinen den Einsatz von Löschern mit wässeriger Lösung, da Pulverlöscher durch die Sichtbehinderung durch das verstäubte Löschpulver i. A. eher Nachteile mit sich bringen. Darüber hinaus ist bei Verwendung von Löschpulver mit erheblichen Folgeschäden - insbesondere bei heute allgemein vorhandenen EDV-Geräten - zu rechnen. Wegen der Rückstandsfreiheit gasförmiger Löschmittel und damit geringer Löschmittelschäden sollten in EDV- und Elektroanlagen daher vorzugsweise Gaslöscher angebracht werden. In Produktionsstätten muss die Wahl <?page no="198"?> 184 des Löschmittels besonders sorgfältig auf zu erwartende Brände abgestimmt werden. Wo erforderlich sind auch parallel Löscher mit unterschiedlichem Anwendungsbereich vorzuhalten. Ein weiteres Kriterium für die Eignung von Feuerlöschern für eine bestimmte Arbeitsstätte ist das Personal, das diese Löscher einsetzen soll. Bei Betrieben, in denen hauptsächlich Frauen arbeiten, kann es sinnvoll sein, eine größere Anzahl kleinerer Löscher bereitzuhalten. Fahrbare Feuerlöscher sind i. A. nur in großflächigen Betriebsgebäuden mit ausreichend breiten Verkehrswegen, im Freien und bei Verfügbarkeit geschulten Bedienungspersonals sinnvoll (Punkt 6.1.3). 6.1.3.4 Löschvermögen und Löschmitteleinheiten Feuerlöscher und ihre Bauteile sind in der Normenreihe DIN EN 3 genormt und nach ihrer Leistungsfähigkeit eingestuft. Dort ist nicht die Löschmittelmenge, sondern das Löschvermögen eines Löschers für die Einstufung maßgeblich (DIN EN 3-7 [6.19]). Das Löschvermögen wird an bestimmten, in DIN EN 3-7 Anhang I genau beschriebenen Testfeuern ermittelt (Abbildung 6-5). Abbildung 6-5: Prüfobjekte A und B (Fotos: MPA Dresden) <?page no="199"?> 185 Testfeuer Brandklasse A: Fichtenholzstäbe 4 x 4 cm, die in bestimmter Form als Holzkrippe aufgestapelt sind, dabei ist der Stapel stets 500 mm breit und ca. 560 mm hoch; die Länge des Stapels - ausgedrückt in Dezimeter - entspricht der Kennzahl vor Brandklasse A aus Tabelle 6-5 (dies ist gleichzeitig die Anzahl der Fichtenholzstäbe in jeder zweiten Schicht). Die Zündung erfolgt mit Heptan, die Vorbrennzeit bis zum Löschbeginn beträgt 8 Minuten. Die maximale Löschzeit darf nicht größer als 5 Minuten für Prüfobjekte bis 21 A und nicht größer als 7 Minuten für alle größere Prüfobjekte sein. Der Prüfer führt den Löschvorgang nach eigenem Ermessen durch. Anmerkung: Der für Laien - auch eingewiesene Personen - maximal beherrschbare Entstehungsbrand wird durch ein Prüfobjekt 27 A (Holzkrippe 50 cm x 56 cm x 270 cm) abgebildet. Da sich das Objekt im Vollbrand befindet und ca. 1 m hohe Flammen zeigt, dürften nur wenige Laien den Mut aufbringen, einen derartigen Brand zu bekämpfen. Testfeuer Brandklasse B: Der Brennstoff besteht aus Heptan. In Wannen mit entsprechendem Durchmesser werden jeweils ca. 10 mm Wasser und darüber 20 mm Heptan eingefüllt, so dass die Gesamtstoffmenge in der Wanne (ausgedrückt in Liter) der der Brandklasse B vorangestellten Kennzahl in Tabelle 5.4 entspricht. Dies führt zu Wannendurchmessern von 570 mm bis 3050 mm (Abbildung 6-5). Die Prüfung beginnt nach einer Minute Vorbrennzeit, das Feuer ist gelöscht, wenn keinerlei Rückzündungen am erhitzen Wannenrand mehr auftreten. Anmerkung: Der für Laien - auch eingewiesene Personen - maximal beherrschbare Entstehungsbrand wird durch ein Prüfobjekt 144 B (96 Liter Heptan in einer Wanne mit 240 cm Durchmesser) abgebildet. Das oben bei Brandklasse A ausgeführte gilt analog. Tabelle 6-5: Mindestanforderungen an das Löschvermögen für Prüfobjekte der Brandklasse A (nach DIN EN 3-7 [6.19]) Prüfobjekt Höchstmenge des Löschmittels Prüfobjekt Höchstmenge des Löschmittels ABC- Pulver [kg] wässrige Löschmittel einschl. Schaum [l] ABC- Pulver [kg] wässrige Löschmittel einschl. Schaum [l] 5 A 1 3 27 A 9 9 8 A 2 6 34 A 9 9 13 A 4 9 43 A 12 9 21 A 6 9 55 A 12 9 Anmerkung: Die in Spalte 2 und 3 angegebenen Mengen in kg bzw. l geben die Nennfüllmenge des jeweiligen Feuerlöschertyps in den folgenden Ländern an: Belgien, Frankreich, Deutschland, Italien, den Niederlanden, Portugal und Spanien. <?page no="200"?> 186 Tabelle 6-6: Mindestanforderungen an das Löschvermögen für Prüfobjekte der Brandklasse B Prüfobjekt Höchstmenge des Löschmittels Kurzzeichen Minimale Funktionsdauer [s] Löschpulver [kg] CO 2 [kg] Wässerige Löschmittel einschließlich Schaum [l] 21 B 6 1 2 1 34 B 6 2 2 2 55 B 9 3 2,5 3 70 B 9 4 2,5 4 89 B 9 4 2,5 4 113 B 12 6 2,5 6 144 B 15 9 2,5 9 183 B 15 12 2,5 12 233 B 15 12 2,5 12 Anmerkung 1: Die in den Spalten 3, 4, 5 und 6 angegebenen Mengen in kg bzw. l geben die Nennfüllmengen des jeweiligen Feuerlöschertypes in den folgenden Ländern an: Belgien, Frankreich, Deutschland, Italien, den Niederlanden, Portugal und Spanien Anmerkung 2: Die minimale Funktionsdauer in Spalte 2 ist dem Prüfobjekt der gleichen Zeile in Spalte 1 zugeordnet. Testfeuer Brandklasse F: Der Brennstoff besteht aus Speiseöl oder Speisefett mit einem Selbstentzündungsbereich von 330 o C bis 380 o C in einer Stahlschale, die ein tiefe Fritteuse nachbildet. Der Brennstoff wird bis zur Selbstentzündung aufgeheizt und brennt vor dem Löschversuch für 2 Minuten frei. Der Brand gilt als gelöscht, wenn innerhalb von 20 Minuten nach Löschung der Flammen keine erneute Entzündung an der heißen Gefäßwandung eintritt. Es darf nicht zu einem Überlaufen des Brennstoffes kommen. Für den Vergleich der Löschertypen und als Rechengröße für die Planung der Ausstattung von Gebäuden mit Feuerlöschern wurde die Löschmitteleinheit LE eingeführt (Tabelle 6-7). Mit ihrer Hilfe kann das Löschvermögen von Feuerlöschern unterschiedlicher Bauart verglichen und addiert werden. <?page no="201"?> 187 Tabelle 6-7: Löschmitteleinheiten, Löschvermögen und Feuerlöscherarten Löschmitteleinheiten Löschvermögen 1) Beispiele für Ausführungen für Brandklassen LE A B A B A und B 1 ) 1 5A 21B K 2 2 8A 34B PG 2; W 6 P 2 PG 2 3 55B K6; S 6 S 10 4 13A 70B W 10; S 10 5 89B 6 21A 113B PG 6 P 6 PG 6 9 27A 144B 10 34A 183 B PG 10 S 6 12 43A 183B PG 12 P 12 S 9 15 55A 233B 1) fahrbare Löscher: PG 50 = 4 * PG 12 = 48 LE; K 30 = 5 * K 6 = 15 LE 2) bei Brandklassen A und B zählt der niedrigere LE-Wert 6.1.3.5 Brandgefährdung von Gebäuden Nach § 13 ArbStättVO [6.15] sind Arbeitsstätten mit Feuerlöscheinrichtungen für die Bekämpfung von Entstehungsbränden auszustatten. Die erforderliche Anzahl von Feuerlöschern in Gebäuden richtet sich in Deutschland nach den ”Technischen Regeln für Arbeitstätten - Maßnahmen gegen Brände” (ASR 2.2) [6.20]. Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf diese Vorschrift. Wenngleich die ASR 2.2 sich ausdrücklich auf Arbeitsstätten bezieht, kann sie auch für vergleichbare sonstige Nutzungen (z. B. Wohnhäuser) angewendet werden. Hiernach sind Betriebsbereiche für Festlegung der Ausstattung mit Feuerlöschern zunächst hinsichtlich der Brandgefährdung zu analysieren und in eine der folgenden Brandgefährdungsklassen einzustufen: Normale Brandgefährdung liegt vor, wenn: die Wahrscheinlichkeit einer Brandentstehung die Geschwindigkeit der Brandausbreitung die dabei frei werdenden Stoffe und die damit verbundene Gefährdung für Personen, Umwelt und Sachwerte vergleichbar sind mit den Bedingungen bei einer Büronutzung. <?page no="202"?> 188 Erhöhte Brandgefährdung liegt vor, wenn: entzündbare bzw. oxidierende Stoffe oder Gemische vorhanden sind, die örtlichen und betrieblichen Verhältnisse für eine Brandentstehung günstig sind, in der Anfangsphase eines Brandes mit schneller Brandausbreitung oder großen Rauchfreisetzung zu rechnen ist, Arbeiten mit einer Brandgefährdung durchgeführt oder Verfahren bei denen eine Brandgefährdung besteht angewendet werden (z. B. Schweißen, Brennschneiden, Farbspritzen, Flammarbeiten) oder erhöhte Gefährdungen vorliegen (z. B. selbsterhitzungsfähige Stoffe oder Gemische, Stoffe der Brandklassen D und F, brennbare Stäube, extrem oder leicht entzündbare Flüssigkeiten oder entzündbare Gase) Die Richtlinie ASR 2.2 [6.20] enthält umfangreiche, beispielhafte Zuordnungstabellen von Betriebsbereichen mit erhöhten Brandgefahren. 6.1.3.6 Ausstattung von Gebäuden mit Feuerlöscheinrichtungen Abhängig von der Brandgefährdung und der Fläche ist die notwendige Grundausstattung von Gebäuden mit Löscheinheiten bei normaler Brandgefährdung der Tabelle 6-8 zu entnehmen. Anmerkung: Das in Tabelle 6-8 dargestellte Bemessungsverfahren geht nur von der Größe der Arbeitsstätte und von der Brandgefahr aus. Die Anwesenheit von Personen sowie deren Zugriffsmöglichkeit auf Feuerlöscher bleiben unberücksichtigt. Daher führt die Ausstattung gemäß Tabelle 6-8 zu einer teilweise recht großen Anzahl von Feuerlöschern. Mit Zustimmung der Brandschutzbehörde kann ggf. die Anzahl reduziert werden. Der Einsatzwert von Wandhydranten nach Punkt 5.1.2 soll nach Anhang 3 ASR 2.2 auf der Basis einer Gefährdungsbeurteilung bestimmt werden. Die Gefährdungsbeurteilung sollte mindestens die folgenden Gesichtspunkte analysieren: Ist das Löschmittel Wasser für die vorhandenen Brandklassen geeignet? Ist der Wandhydrant mit einem formstabilem Schlauch ausgestattet, so dass er von einer Person eingesetzt werden kann? Sind ausreichend viele Beschäftigte im analysierten Bereich in der Handhabung von Wandhydranten unterwiesen? <?page no="203"?> 189 Ist eine (nicht nur unerhebliche) Verrauchung von Fluchtwegen bei Einsatz des Wandhydranten auszuschließen? Wenn obige Fragen sämtlich mit ja beantwortet werden, können Wandhydranten bei der Ermittlung der erforderlichen Löscheinheiten wie folgt berücksichtigt werden: in Gebäuden/ Geschossen bis zu 400 m² sind Wandhydranten bei der Festlegung der Ausstattung mit Feuerlöschern nicht zu berücksichtigen in Gebäuden/ Geschossen über 400 m² können bis zu 1/ 3 der erforderlichen Löschmitteleinheiten durch Wandhydranten ersetzt werden, dabei ist ein Wandhydrant (in Abhängigkeit von der Abdeckung des Schutzbereiches, Punkt 6.1.2) mit bis zu 27 LE anzusetzen. Tabelle 6-8: Löschmitteleinheiten nach ASR 2.2 [6.20] (dort Tabelle 3) in Abhängigkeit von der Grundfläche des Schutzbereiches Grundfläche bis m² Löschmitteleinheiten für die Grundausstattung 50 6 100 9 200 12 300 15 400 18 500 21 600 24 700 27 800 30 900 33 1000 36 je weitere 250 6 Nach Festlegung der erforderlichen Löschmitteleinheiten je Schutzbereich ist mit Hilfe der Tabelle 6-7 die Ausstattung mit Feuerlöschern und Wandhydranten zu ermitteln. Wenn in einem Schutzbereich Stoffe mehrerer Brandklassen vorhanden sind (z. B. A, B, C und F), sind die Löscher entsprechend auszuwählen. Sofern keine für alle vorliegenden Brandklassen geeigneten Löschertypen existieren, sind ggf. mehrere Löscher einzuplanen, deren Löschvermögen für jede der vorhandenen Brandklassen ausreichen . Je Geschoss ist mindestens ein Feuerlöscher mit 6 LEvorzusehen. Feuerlöscher mit weniger als 6 LE sollen in der Regel nicht zur Brandbekämpfung in Gebäuden vorgesehen werden. Damit ist in der Regel ein Löscher PG 6 oder W 10 die Mindest- Grundausstattung. <?page no="204"?> 190 Abweichend von obiger Regelung können für die Grundausstattung bei normaler Brandgefährdung auch Feuerlöscher mit jeweils nur mindestens 2 Löschmitteleinheiten (LE) verwendet werden, wenn: sich hierdurch eine Vereinfachung in der Bedienung ergibt (z. B. durch mindestens 25 % Gewichtsersparnis je Löscher) die die Nutzbarkeit erhöht die Zugriffszeit zum nächstgelegenen Feuerlöscher reduziert wird (z. B. durch Halbierung der maximalen Entfernung) und die Anzahl der in der Bedienung der Feuerlöscher ausgebildeten Personen (Brandschutzhelfer) verdoppelt wird. Ergibt die Analyse eine erhöhte Brandgefährdung, sind über die Grundausstattung mit Feuerlöscheinrichtungen hinausgehende Schutzmaßnahme erforderlich. Dies können z. B. sein: Verdichtung der Feuerlöscherausstattung, um die maximale Entfernung zum nächstgelegenen Feuerlöscher und dadurch die Zeit bis zum Beginn der Entstehungsbrandbekämpfung zu verkürzen (empfohlen werden 5 m bis maximal 10 m) Anbringung mehrerer gleichartiger und baugleicher Feuerlöscher an einem Standort, um durch gleichzeitigen Einsatz mehrerer Feuerlöscher einen größeren Löscheffekt zu erzielen (sofern ausreichend Bedienpersonal vorhanden ist), Bereitstellung von zusätzlichen, geeigneten Feuerlöschern in Bereichen und/ oder an Arbeitsplätzen mit erhöhter Brandgefährdung, um eine schnelle und wirksame Entstehungsbrandbekämpfung zu ermöglichen (z. B. Kohlendioxidlöscher in Laboren, Fettbrandlöscher an Fritteusen etc.) Einbau von Wandhydranten in Gebäuden, bei denen eine hohe Löschleistung für die Entstehungsbrandbekämpfung oder zur Kühlung benötigt wird Maßnahmen für Tätigkeiten mit Gefahrstoffen nach TRGS 800 [6.21] „Brandschutzmaßnahmen“, z. B. Verwendung weniger gefährlicher Stoffe, Mengenbeschränkung, Kapsellung, Separierung, etc.) Einbau von Brandmeldeanlagen zur frühzeitigen Erkennung von Entstehungsbränden Einbau von halbautomatischen oder automatischen Löschanlagen 6.1.3.7 Standorte von Feuerlöschern Feuerlöscher müssen an gut sichtbaren und im Brandfall leicht und möglichst schnell zugänglichen Stellen angebracht sein. Sie müssen vor Beschädigungen und <?page no="205"?> 191 Witterungseinflüssen geschützt werden (Abdeckhauben, Schränke). Die Stellen, an denen sich Feuerlöscher befinden, müssen durch das Hinweiszeichen ” Feuerlöschgerät” nach ASR A1.3 [6.21] gekennzeichnet sein (Abbildung 6-4). Der Abstand jedes Punktes der Betriebsstätte zum nächsten Feuerlöscher soll maximal 20 m, nicht überschreiten. Bei erhöhter Brandgefährdung und/ oder bei unübersichtlichenbaulichen Objekten ist die Anzahl der Feuerlöscherstandorte zu erhöhen, um kürzere Eingreifzeiten aufgrund durchschnittlich kürzerer Wege zu erreichen. Es ist i. A. sinnvoll, Feuerlöscher in der Nähe der Ausgänge, an den Kreuzungen betrieblicher Verkehrswege, an ständig besetzten Stellen und/ oder in der Nähe der Einzelrisiken eines Gebäudes oder Betriebsgeländes anzubringen. 6.1.4 Inspektion und Wartung von Feuerlöschern Feuerlöscher können nur wirkungsvoll eingesetzt werden, wenn sie im Ernstfall vorhanden sind und funktionieren. Wenngleich Feuerlöscher vergleichsweise einfach gebaute Geräte sind, sollten sie doch regelmäßig auf Vorhandensein und äußere Beschädigungen überprüft werden, hierzu gibt DIN 14406-4 entsprechende Vorgaben [6.25], [6.26]. Turnusmäßig vorgeschriebene Wartungen (in der Regel alle 2 Jahre) sind von Fachfirmen durchzuführen, näheres hierzu enthalten die mit den Geräten gelieferten Gebrauchsanweisungen. Seit einigen Jahren sind Feuerlöscher am Markt, deren Instanthaltung auf eine Inspektion (Sichtprüfung) beschränkt ist und deren Hersteller eine 10-jährige Einsatzbereitschaft garantieren ohne dass Wartungen erforderlich sind. 6.1.5 Löschspraydosen Wenngleich Anlagentechnischer Brandschutz vorwiegend Anlagen in Betriebsgebäuden aller Art umfasst, gibt es doch einige Anwendungen auch in Wohngebäuden: Rauchwarnmelder (sind bereits in Punkt 5.11 behandelt worden) Löschspraydosen sind je nach Ausführung für den privaten häuslichen oder auch für den gewerblichen Bereich vorgesehen Sprinkleranlagen für Wohnbereiche werden unter Punkt 6.4.13 behandelt. Löschspraydosen sind keine tragbaren Feuerlöscher, sondern Spraydosen, die ein Löschmittel versprühen. Daher können sie auch die Ausstattung von Gebäuden mit Feuerlöschern nicht ersetzen, sondern nur ergänzen; dies gilt insbesondere für den gewerblichen Einsatz. Löschspraydosen haben jedoch den Vorteil, dass auch völlig <?page no="206"?> 192 ungeübte Personen sie intuitiv bedienen und begrenzte Brände unmittelbar in der Entstehungsphase erfolgreich bekämpfen können (vergl. z. B. bei Korhtoldt [6.23] oder in [6.24]). Löschspraydosen fallen unter den Geltungsbereich der europäischen Richtlinie über Aerosolpackungen die auch für Haarspray- oder Farbspraydosen gilt [6.27]. Abbildung 6-6: Löschspraydosen und beherrschbare Brandobjekte (Fotos: brandschutzes.de; Pyrmos Sprays jugendfeuerwehr-neubulach.de ; MPA Dresden) Löschspraydosen, für die die technische Richtlinie E DIN EN 16856 [6.28] vorliegt sind nicht nachfüllbare Druckgaspackungen, die ein Löschmittel und ein unter Druck stehendes Gas enthalten sind je nach Löschmittel geeignet für die Brandklassen A, A und B, A und F oder A, B und F sind nicht geeignet für die Brandklassen C und D enthalten wasserbasierte Löschmittel (Wasser, ggf. mit Additiven, maximal 1 l) oder Löschpulver (maximal 1 kg) haben ein Ventil, dass eine kontrollierten Ausstoß des Löschmittels ermöglicht haben eine Sicherung, die zur Inbetriebnahme entfernt werden muss und danach deutlich erkennen lässt, dass das Gerät benutzt wurde verwenden Luft, Argon, Helium oder Stickstoff als Treibgas dürfen mit einen Innendruck von maximal 13,2 bar befüllt werden müssen das Löschmittel für mindestens 6 Sekunden ausstoßen müssen eine Wurfweite des Löschmittels von mindestens 2 m erreichen <?page no="207"?> 193 müssen mit der/ den Brandklasse(n) für die sie geeignet sind und einer Warnung hinsichtlich der Brandklassen für die sie nicht geeignet sind gekennzeichnet sein. Wenngleich Löschspraydosen keine Feuerlöscher sind, so werden ihr Löschvermögen doch nach den gleichen Kriterien geprüft (Punkt 6.1.3.4). Löschspraydosen werden je nach Anwendungsbereich und erzieltem Löschvermögen an folgenden Brandobjekten geprüft (vergl. auch die Löschmittelmengen und Löschvermögen von Feuerlöschern unter Punkt 6.1.3.4): 3A, 5A und 8A 8B, 13B, 21B, und 34B 5F, 15F, 25F, 40F und 75F (5 Liter bis 75 Liter Speiseöl Das Mindest-Löschvermögen wird also durch die Prüfbrände 3A, 8B und 5F abgebildet. Ob ungeübte Personen tatsächlich die höheren Löschvermögen der Löschspraydosen ausnutzen können, erscheint zweifelhaft, selbst wenn sie mit der Bedienung einer Spraydose vertraut sind. Realistischer erscheint die mögliche Beherrschung der in Abbildung 6-6 dargestellten Brandobjekte mit Löschspraydosen. 6.2 Löschdecken Löschdecken wurden früher in erster Linie zum Ersticken von Bränden der Kleidung von Personen eingesetzt, da sie ein recht preiswertes Löschgerät sind. Die zu Grunde liegende DIN 14155 wurde jedoch im Jahr 2002 ersatzlos zurückgezogen, da sie nicht mehr dem Stand der Technik entsprach und der Einsatzzweck fragwürdig erschien (und erscheint s.w. u.). Dennoch ist eine europäische Norm - DIN EN 1869 [6.29] - entstanden. Sie nennt als Zweck der Löschdecke in erster Linie das Ablöschen von Speiseölbränden in handelsüblichen Fritteusen etc. bis 3 l Inhalt, lässt aber auch Löschdecken zu, die auch für das Löschen von Bränden geeignet sind, die auf die Kleidung von Personen übergegriffen haben. Löschdecken nach DIN EN 1869 sind nur für den einmaligen Gebrauch gedacht. Die Norm regelt die Ausführung, die Maße (mind. 1 m * 1 m; 1,2 m * 1,8 m gelten als geeignet zur Löschung brennender Kleidung von Personen), die maximale Zeit bis zur vollständigen Entfaltung (4 Sekunden), die Aufbewahrung der Löschdecke und beschreibt die durchzuführenden Prüfungen. Löschdecken werden in (nicht-gewerblichen) Küchen, Laboren, Vortragssälen, Schulen etc. vorgehalten. Nach weitgehend übereinstimmender Meinung aller deutschen Feuerwehren sind aus medizinischen Gründen (Verletzungsmuster betroffener Personen) und wegen der Eigengefährdung jedoch Feuerlöscher (Punkt 6.1.3.4) zum Ablöschen brennender Personen den Löschdecken vorzuziehen. Untersuchungen der Berufsgenossenschaft Nahrungsmittel und Gastgewerbe (BGN) haben für den gewerblichen und öffentlichen Bereich gezeigt, dass bei Löschversu- <?page no="208"?> 194 chen mit einer Löschdecke nach DIN EN 1869 an brennenden größeren Frittiereinrichtungen (also mehr als 3 Liter) eine erhebliche Verbrennungs- und Verletzungsgefahr besteht (Sprenger [6.30], DFV [6.32]). Daher sollten Löschdecken zur Bekämpfung von Speiseöl- und Speisefettbränden im gewerblichen und öffentlichen Bereich nicht verwendet werden. Für die wirksame Bekämpfung von Speiseöl- und Speisefettbränden sind laut dieser BGN-Untersuchung Feuerlöscher für die Brandklasse F (Fettbrandlöscher, Punkt 6.1.3.4) besser geeignet. Hinzu kommt, dass nicht wenige DIN EN 1869 konforme Löschdecken in entsprechenden Test nicht die erwartete Leistung erbringen. Die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung e.V. warnt daher in einer Informationsschrift [6.31] ausdrücklich vor der Verwendung - und damit implizit von der Vorhaltung - von Löschdecken als erstem und/ oder einzigem Löschgerät. <?page no="209"?> 195 6.3 Löschhilfeanlagen 6.3.1 Ortsfeste Löschanlagen Löschhilfeanlagen sind in baulichen Anlagen, Fahrzeugen oder Maschinen fest installierte automatisch wirkende Brandbekämpfungseinrichtungen, die - ausgelöst durch Brandfolgeerscheinungen wie Rauch oder Wärme - ihr Löschmittel weitgehend ohne aktive Beteiligung von Personen freisetzen. Sie werden eingesetzt, um einen Brand auf den Entstehungsbereich einzugrenzen, wenn infolge großer Brandabschnitte oder komplexer Gebäudegeometrie ein rechtzeitiges Eingreifen der Feuerwehr fraglich und/ oder wenn mit einer sehr schnellen Brandausbreitung zu rechnen ist. Ein vollständiges Ablöschen des Brandes wird von Löschhilfeanlagen in der Regel nicht erzielt. Die automatische Alarmierung der Feuerwehr ist daher obligatorisch. Löschhilfeanlagen - im Folgenden als Löschanlagen bezeichnet - werden als Raumschutzanlagen und als Objektschutzanlagen ausgeführt. Im Folgenden werden nur Raumschutzanlagen ausführlicher behandelt, da Objektschutzanlagen in aller Regel sehr speziell auf die zu schützende Einrichtung abgestimmt sein müssen. Der Schwerpunkt der technischen Erörterung wird dabei auf Sprinkleranlagen gelegt. 6.3.2 Teilbewegliche Löschanlagen Sprühwasser-Löschanlagen und Schaumlöschanlagen werden gelegentlich auch als teilbewegliche Feuerlöschanlagen (früher halbstationäre Löschanlagen genannt) ausgeführt. Diese Anlagen sind in DIN 14011 wie folgt definiert: „Die teilbewegliche Löschanlage ist eine nicht in allen Teilen ortsfest installierte Anlage, die durch die Zuführung des Löschmittels und ggf. durch Zuschalten geeigneter Geräte betriebsbereit wird.“ Diese Systeme sind hinsichtlich der Löschmittelverteileinrichtung (Rohrnetz und Löschmittelausbringevorrichtungen) mit ortsfesten Anlagen identisch. Im Einsatzfall muss die Feuerwehr das Löschmittel von außen (aus geschützten Bereichen) in die Anlage einbringen und damit den Löschvorgang einleiten. Das durch teilbewegliche Löschanlagen erreichte Sicherheitsniveau ist daher wesentlich abhängig von der Leistungsfähigkeit und der Eingreifzeit der Feuerwehr. Sie können aus diesem Grund nur im Rahmen eines Gesamt-Brandschutzkonzeptes angewendet werden (siehe hierzu [6.30]). Daher trifft man teilbewegliche Löschanlagen hauptsächlich in Betrieben mit Werkfeuerwehr an (Punkt 2.3.5). In der DIN 18230-1 „Baulicher Brandschutz im Industriebau” [6.34] - und damit in der Industriebaurichtlinie [6.35] - wird das Vorhandensein teilbeweglicher Löscheinrichtungen mit einem zusätzlichen Abminderungsfaktor L berücksichtigt. Einige wichtige Voraussetzungen für die Möglichkeit des Einsatzes teilbeweglicher Löschanlagen diskutiert Böke in [6.36], Regelungen für teilbewegliche Sprühwasser-Löschanlagen enthält die Richtlinie VdS 2395-1[6.37]. <?page no="210"?> 196 6.4 Sprinkleranlagen Sprinkleranlagen sind automatische Löschanlagen, die bei Wärmebeaufschlagung der Auslöseelemente über Sprühköpfe - Sprinkler - das Löschmittel Wasser selbständig abgeben. Sie dienen zur Eingrenzung der Brände in den überwachten Bereichen und tragen so zur Schadensminimierung bei. Die ersten Sprinkleranlagen wurden bereits 1879 in den USA entwickelt, im Jahre 1890 erhielt der Vorläufer der heutigen Firma Total Walter ein erstes Patent auf Sprinkler. Weltweit sind Sprinkleranlagen die am häufigsten eingebauten automatischen Löschanlagen. 6.4.1 Sprinkleranlagen - erfolgreiche Löschanlagen Die hohe Zuverlässigkeit der Sprinkleranlagen führt dazu, dass die Versicherer in Deutschland (im Prinzip jedoch weltweit) bei Risiken, die nach den von ihnen vorgegebenen Regelwerken mit Sprinkleranlagen ausgerüstet sind, bis 60 % Prämienrabatt für Feuerversicherungen für Gebäude, Gebäudeinhalt und Betriebsunterbrechung gewähren. Dabei räumen die Versicherer nur dann diese Prämien ein, wenn die Anlage durch vom Verband der Sachversicherer zertifizierte Errichter gebaut und durch zertifizierte Prüfstellen regelmäßig überprüft und gewartet wird. Sprinkleranlagen sollen Entstehungsbrände frühzeitig bekämpfen und die Brände auf ihren Entstehungsbereich begrenzen. Mit sehr hoher statistischer Wahrscheinlichkeit werden diese Schutzziele durch sachgemäß ausgeführte Sprinkleranlagen erreicht: Auf der Grundlage von über 100 000 weltweit erfolgreichen Einsätzen wird eine Erfolgsquote von 96 % bis 98 % je nach Land bestätigt. Dabei gelingt es den Sprinkleranlagen, ein Schadensfeuer in etwa 60 % der Einsatzfälle mit nur einem geöffneten Sprinkler und in etwa 80 % der Fälle mit bis zu fünf geöffneten Sprinklern zu kontrollieren. 6.4.2 Versagen von Sprinkleranlagen In verschiedenen Fällen haben in der Vergangenheit Sprinkleranlagen nicht den gewünschte Löscherfolg erzielt (siehe z. B. bei Karlsch [6.38], sowie [6.39] und [6.40]). Die Gründe hierfür waren: unterbliebene Anpassung der Löschanlage an neue, intensiver brennende Stoffe, zu hohe, zu dichte oder wasserundurchlässige Stapelung von Lagergütern, daher ungenügende Löschwirkung, Explosion oder Verpuffung, dadurch Zerstörung der Löschanlage, Überlaufen der Sprinkleranlage oberhalb oder unterhalb des Daches durch sehr schnell und großflächige Brandausbreitung aufgrund brennbarer Baustoffe und Bauteile, <?page no="211"?> 197 Unterlaufen der Sprinkleranlage durch sehr schnelle und großflächige Brandausbreitung aufgrund sehr hoher Brandausbreitungsgeschwindigkeit bei Lagergütern, Brandstiftung mit oder ohne Manipulation der Anlage, Fehler bei der Installation und Wartung, zu frühes Abschalten der ausgelösten Löschanlage von Hand. 6.4.3 Sprinklerschutz und Baulicher Brandschutz Durch den Einbau von Sprinkleranlagen werden bestimmte Baumaßnahmen erst möglich. So bestimmen die Sonderbauordnungen für Garagen, Versammlungsstätten und Verkaufsstätten, dass zur Umsetzung bestimmter baulicher Absichten der Einbau von Sprinkleranlagen vorgeschrieben ist. Andererseits können Sprinkleranlagen als Kompensation für beabsichtigte Abweichungen (Erleichterungen) vom bestehenden Baurecht eingesetzt werden, um bestehende brandschutztechnische Bedenken gegen die beabsichtigte Erleichterung zu kompensieren (Tabelle 6-9). Tabelle 6-9: Bauliche Erleichterungen durch Sprinkleranlagen (Beispiele) Rechtsgrundlage ohne Sprinklerschutz mit Sprinklerschutz Muster Verkaufsstättenverordnung MVKVO [6.37] Brandabschnittsfläche erdgeschossiger Verkaufsstätten 5 000 m² Brandabschnittsfläche erdgeschossiger Verkaufsstätten 10 000 m² Maximal 3 Geschosse mit nicht mehr als 3 000 m² Verkaufsfläche keine Stockwerksbegrenzung Decke F 30 in erdgeschossigen Verkaufsstätten keine Anforderungen Dachtragwerk in erdgeschossigen Verkaufsstätten feuerbeständig keine Anforderungen Rettungsweglänge max. 35 m Rettungswegweglänge max. 70 m Industriebau- Richtlinie MIndBauR [6.31] Rettungsweglänge max. 30 m (bis 50 m, wenn Raumhöhe > 5 m) Rettungswegweglänge max. 50 m (bis 70 m, wenn Raumhöhe > 5 m) Rauchabzüge wenn Brandbekämpfungsabschnitte > 20 000 m” Rauchabzüge wenn Brandbekämpfungsabschnitte > 30 000 m” Brandbekämpfungsabschnitte (ein oder mehrgeschossig) gemäß Anlage 4 Brandbekämpfungsabschnitte (ein oder mehrgeschossig) gemäß Anlage 4 x 3, soweit <= 30 000 m² Muster- Versammlungsstättenverordnung MVStättVO [6.38] nur unterhalb der Hochhausgrenze (22 m) möglich keine Höhenbeschränkung Gesamtfläche beschränkt auf 3600 m² keine Flächenbegrenzung <?page no="212"?> 198 6.4.4 Technische Regeln für Sprinkleranlagen und deren Bauteile Einige der derzeit vorhandenen technischen Regelungen für Sprinkleranlagen sind Tabelle 6-10 zu entnehmen. Für die anforderungsgerechte Ausführung von Sprinkleranlagen ist die Norm DIN EN 12845 heranzuziehen. Da nach DIN EN 12845 Sprinkleranlagen gebaut werden können, die den Europäischen Regeln entsprechen, jedoch dem bisher in Deutschland für Sprinkleranlagen üblichen Sicherheitsstandard nicht erreichen, wurde eine so genannte Restnorm, die DIN 14489, entwickelt [6.39]. Diese Norm beschreibt die Anwendungsbedingungen, denen Sprinkleranlagen nach EN 12845 in Deutschland unterliegen. In Deutschland künftig zu errichtende Sprinkleranlagen werden sowohl DIN EN 12845 als auch DIN 14489 genügen müssen. Daher beziehen sich die folgenden Ausführungen im Wesentlichen auf diese Bemessungsnormen. Auf Abweichungen zwischen diesen Normen, die im Kontext der hier dargestellten Anforderungen bedeutsam sein könnten, wird hingewiesen. Sofern entscheidende Abweichungen zu anderen Regelungen bestehen, wird darauf ebenfalls hingewiesen. DIN 14489 weist in der Einleitung darauf hin, dass Normen nur allgemeingültige, rein technische Regeln enthalten. Sie können daher nicht diejenigen Anforderungen enthalten, die sich für eine bestimmte Sprinkleranlage auf Grund besonderer örtlicher Verhältnisse oder der zu schützenden Risiken abweichend ergeben. Diese müssen auf Grund der Fachkunde der planenden und errichtenden Personen bzw. Institutionen festgelegt werden, um das erforderliche hohe Maß an Sicherheit zu erreichen. Tabelle 6-10: Einige Technische Regeln für Sprinkleranlagen Bezeichnung Titel Stand DIN EN 12845 Automatische Sprinkleranlagen Planung und Installation 2016-04 DIN 14489 Sprinkleranlagen - Allgemeine Grundlagen - Anforderungen für die Anwendung von Sprinkleranlagen nach DIN EN 12845 2011-06 DIN EN 12259-1 und Berichtigung 1 Ortsfeste Löschanlagen: Bauteile für Sprinkler- und Sprühwasserlöschanlagen - Teil 1: Sprinkler 2006-03 + 2007-01 DIN EN 12259-2 und Berichtigung 1 und Änderung A2 Ortsfeste Löschanlagen: Bauteile für Sprinkler- und Sprühwasserlöschanlagen - Teil 2: Nassalarmventilstationen 2001-08 2002-11 2006-02 DIN EN 12259-3 und Berichtigung 1 und Änderung A2 Ortsfeste Löschanlagen: Bauteile für Sprinkler- und Sprühwasserlöschanlagen - Teil 3: Trockenalarmventilstationen 2001-08 2008-06 2006-02 DIN EN 12259-5 Ortsfeste Löschanlagen: Bauteile für Sprinkler- und Sprühwasserlöschanlagen - Teil 5: Strömungsmelder 2002-12 E DIN EN 12259-12 Ortsfeste Löschanlagen: Bauteile für Sprinkler- und Sprühwasserlöschanlagen - Teil 12: Sprinklerpumpen 2017-05 VdS CEA 4001 Richtlinie für Sprinkleranlagen Planung und Einbau 2018-01 prEN 16925 Ortsfeste Löschanlagen: Automatische Sprinkleranlagen für Wohnbereiche 2017-07 <?page no="213"?> 199 Die europäische Versicherungswirtschaft hat mit der Richtlinie VdS CEA 4001 [6.45] eigene Regeln für die Bemessung von Sprinkleranlagen herausgegeben. Diese umfassen die technischen Regeln der DIN EN 12845 und der DIN 14489 und berücksichtigen daher auch die Anforderungen zur Wasserversorgung aus dem öffentlichen Trinkwassernetz aus DIN 2000 [6.1], und DIN 1988-600 [6.2] und DIN EN 1717 [6.44]. Daneben regelt die Richtlinie VdS CEA 4001 auch Bereiche zu denen die Normen DIN EN 12845 und DIN 14489 keine Bestimmungen enthalten und gehen insofern über die Normen hinaus, da dies zur Aufrechterhaltung des bisherigen hohen Sicherheitsstandards von Sprinkleranlagen für erforderlich gehalten wird. Da die dortigen Regelungen jedoch von versicherungsrechtlicher Bedeutung sind, müssen sie ergänzend zu den Normen angewandt werden, um Prämienrabatte für den Betreiber zu erhalten. Weitere Informationen zu Gemeinsamkeiten und Unterschieden von DIN EN 12845 und VdS CEA 4001 findet man bei Böke [6.47] und im Positionspapier des bvfa [6.49]. Die Normenreihe DIN EN 12259 enthält Regeln für die Bauteile von Sprinkleranlagen (Produktnormen). 6.4.5 Aufbau und Funktionsweise von Sprinkleranlagen Den Aufbau von Sprinkleranlagen zeigt schematisch Abbildung 6-7. Sprinkleranlagen bestehen danach im Wesentlichen aus: Sprinklern - zum Versprühen des Löschwassers Verteilerrohren - zur Versorgung der Sprinklerköpfe Alarmventilstationen - zur Freigabe des Löschwasserstromes Druckluft-Wasserbehälter Sprinklerpumpe mit Motor Energieversorgung Löschwasser-Zwischenbehälter Nachspeiseeinrichtung für Löschwasser (i. d. R. über Zwischenbehälter) Bei entsprechender Temperaturbeaufschlagung öffnen nur die betroffenen Sprinklerköpfe und verteilen Löschwasser auf den Brandherd. Das Alarmventil wird - angesteuert durch den Druckabfall im Rohrnetzsystem - geöffnet. Löschwasser wird zunächst aus einem unter Druck stehenden Vorratsbehälter und dann über die Sprinklerpumpe(n) nachgefördert. Das Öffnen des Alarmventiles wird durch eine angeschlossene Brandmeldeanlage (vergl. Kapitel 5) als Feueralarm detektiert. Über automatische Nachspeiseeinrichtungen (ggf. zusätzlich durch Einspeiseeinrichtungen für die Feuerwehr) wird für die Betriebszeit der Löschanlage ausreichend Löschwasser nachgeführt. Die Sprinkler über nicht vom Brand betroffenen Flächen bleiben <?page no="214"?> 200 verschlossen, dadurch wird der Löschwasserschaden so gering wie möglich gehalten. Abbildung 6-7: Aufbau von Sprinkleranlagen - Schema Hängende Sprinkler Stehende Sprinkler Hängende Sprinkler Stehende Sprinkler Druckluftposter Wasser Druckluft- Wasserbehälter Nass- Alarmventil Alarmglocke Trocken- Alarmventil Trockenanlage Nassanlage Alarmglocke Ansteuerung durch Brandmeldeanlage (Vorgesteuerte Anlagen) Schnellentlüfter Rückschlagventil Wasser Sprinklerpumpe mit Motor Zwischenbehälter Nachspeisung durch die Feuerwehr Automatische Nachspeisung aus dem Wasserversorgungsnetz Nachspeisung aus dem Wasserversorgungsnetz Druckluft-Nachspeisung <?page no="215"?> 201 Die Wirksamkeit von Sprinkleranlagen beruht im Wesentlichen auf den folgenden Effekten: Wärmeentzug aus dem Brandbereich (im Wesentlichen aus dem Brandgut) durch schnelle Verdampfung der Wassertropfen (hohe Kühlleistung), Einschränkung der Zünd- und Brennfähigkeit noch nicht vom Brand betroffener Materialien durch Vornässung, sehr schneller Einsatz der Brandbekämpfung Begrenzung von Bränden auf ihren Entstehungsherd, Kühlung benetzter Konstruktionselemente des Gebäudes teilweise Bindung/ Niederschlagung von Brandgasen, (teilweise Inertisierung durch Verdrängung des Luftsauerstoffes durch Wasserdampf) 6.4.6 Umfang des Sprinklerschutzes Grundsätzlich sind aus Sicht der Brandschutzbehörden alle Bereiche eines Gebäudes und alle direkt angrenzenden Gebäude durch Sprinkler zu schützen. DIN EN 12845 [6.43] fordert, die Abtrennung zwischen gesprinklerten und ungesprinklerten Bereichen mindestens in F 60 auszuführen. Nach DIN 14489 [6.44] müssen angrenzende ungesprinklerte Bereiche durch Wände abgetrennt werden, deren brandschutztechnische Anforderungen im Brandschutzkonzept, in den Bauauflagen der Baugenehmigungsbehörde oder im den Bauordnungen festgelegt sind (dies bedeutet für Deutschland in der Regel F90), während VdS CEA 4001 [6.45] sogar von Brandwand- oder Komplextrennwandqualität aus geht. Alle vorhandenen Öffnungen zwischen gesprinklerten und ungesprinklerten Bereichen sind mindestens feuerhemmend und selbstschließend auszuführen. Zusätzlicher Sprinklerschutz ist in folgenden Fällen in der Regel erforderlich: tragende Stahlkonstruktionen (siehe auch Punkt 8.2.2) Räume/ Anlagen mit besonderer Brandgefahr (z. B. Farbspritzkabinen, Trockenöfen, Härtekammern) Zwischendecken und Zwischenböden, die höher sind als 0,8 m Zwischendecken und Zwischenböden mit Höhen unter 0,8 m, wenn infolge vorhandener brennbarer Baustoffe eine Brandausbreitung nicht ausgeschlossen werden kann Anmerkung: In Zwischendecken und Zwischenböden, die niedriger sind als 0,8 m und nur geringe Brandlasten enthalten (zulässig sind bis zu 15 Elektrokabel bis 250 V einphasig je Kabeltrasse; VdS CEA 4001 fordert weniger als 12,6 MJ/ m²) kann i. d. R davon ausgegangen werden, dass eine Sprinklerung nicht erforderlich ist <?page no="216"?> 202 Ausnahmen vom Sprinklerschutz sind in den folgenden Fällen erforderlich: Silos oder andere Behälter mit quellfähigem Inhalt Bereiche von Industrieöfen oder Industriefeuerungsanlagen, Salzbädern, Metallschmelzpfannen etc., wenn durch das Löschwasser eine Gefahrenerhöhung eintritt Bereiche/ Räume in denen das Löschwasser eine Gefahr darstellen könnte (siehe Punkt 14.3.1) Ausnahmen vom Sprinklerschutz sind in den folgenden Fällen zulässig: Waschräume und Toilettenräume, die mit nichtbrennbaren Baustoffen abgetrennt sind und in denen keine brennbaren Materialien gelagert werden (keine Anforderung an die Türen) Treppenräume, die mindestens F 90 abgetrennt sind (d. h. in Deutschland alle Treppenräume in Gebäuden mittlerer Höhe) Feuerbeständige Schächte, die eigene Brandabschnitte bilden (z. B. Aufzugsschächte, Installationsschächte) Räume, mit anderen automatische Löschanlagen Zwischendecken- und Zwischenbodenbereiche ≤ 0,8 m (siehe Anmerkung auf Seite 206 und [6.41]) Technische Betriebsräume 150 m², die F90/ T30 abgetrennt sind (VdS CEA), z. B. Lüftungszentralen, Heizungs-, Kältemaschinen-, Aufzugsmaschinenräume Elektrische Betriebsräume 60 m² , F90/ T30 (VdS CEA) EDV-Räume 10 m², F90/ T30 ohne sonstige Brandlasten (VdS CEA) Kühlräume mit Temperaturen unter 0 o C bis 60 m², die F90/ T30 abgetrennt sind (VdS CEA) Büroräume und Wohnungen 150 m² , die F90/ T30 abgetrennt sind (VdS CEA) wassernasse Produktionsbereiche (z. B. die Nasspartien von Papiermaschinen Rampen und Vordächer aus nichtbrennbaren Baustoffen (sofern nicht dort gelagerte/ abgestellte Güter eine Brandgefahr darstellen . 6.4.7 Bemessung von Sprinkleranlagen Sprinkleranlagen müssen genau auf die Anforderungen des Schutzobjektes abgestimmt sein, um das erwarteten und mit der Rabattierung der Sachversicherer honorierte Schutzniveau sicherzustellen. Nur wenn die in DIN EN 12845, DIN 14489 und <?page no="217"?> 203 VdS CEA 4001 enthaltenen detaillierten Bemessungsregeln eingehalten werden, ist davon auszugehen, dass die in Punkt 6.4.1 angesprochene hohe Wirksamkeit von Sprinkleranlagen in der Praxis tatsächlich erreicht wird. Sprinkleranlagen sind daher grundsätzlich vollständig hydraulisch zu berechnen, d. h. die Volumenströme und Drucke sind für alle relevanten Anlagenpunkte zu ermitteln und aufeinander abzustimmen. Lediglich für kleinere Risiken (Brandgefahrenklasse LH und OH, siehe Punkt 6.4.7.1) erlaubt DIN EN 12845 die Anwendung bestimmter vorberechneter Werte (siehe Punkt 6.4.7.4). Das Rohrnetz von Sprinkleranlagen muss immer vollständig hydraulisch berechnet werden (Punkt 6.4.7.9) Die Norm DIN EN 12845 geht davon aus, das es für Produktionsrisiken (Punkt 6.4.7.1.1) ausreichend ist, aus der Art der Produktion und damit der verwendeten Stoffe die erfahrungsgemäß zu erwartende Brandbelastung abzuleiten und daraus die erforderliche Löschmittelrate zu bestimmen. Für Lagerisiken ist ein aufwändigeres Verfahren zur Ermittlung der Brandbelastung erforderlich, da weiter Faktoren entscheidend auf den Brandablauf und damit auf die erforderliche Löschmittelrate einwirken (Punkt 6.4.7.1.2 ff.). Die Bemessung einer Sprinkleranlage erfolgt zweckmäßig in folgenden Schritten: 1. Festlegung der Brandgefahrenklasse 2. Festlegung von Wirkfläche und Wasserbeaufschlagung 3. Festlegung der Art der Anlage 4. Dimensionierung der Wasserversorgung erforderlicher Volumenstrom, Mindestwirkzeit und Betriebszeit, Art der Wasserversorgung Zwischenbehälter, erforderlicher Druck 5. Auswahl der Pumpen 6. Auslegung der Energieversorgung 7. Auswahl der Sprinklerköpfe maximale Schutzfläche je Sprinkler, Reaktionsgeschwindigkeit Sprinklertyp (Sprühbild) 8. Anordnung der Sprinkler 9. Dimensionierung des Rohrnetzes Hinweis: Die im Folgenden dargelegten Regelungen decken die wichtigsten Anforderungen ab, sie sind jedoch nicht ausreichend um im Einzelfall die genaue Berechnung nach Norm zu ersetzen! <?page no="218"?> 204 6.4.7.1 Festlegung der Brandgefahrenklasse Die Nutzungen von Gebäuden werden nach DIN EN 12845 [6.43] zur Risikokategorisierung in Brandgefahrenklassen H (Hazard) eingeteilt. Die Brandgefahr wird nach der Betriebsart oder nach Art, Verpackung und Konfiguration von Lagergut festgelegt. Die Tabelle 6-11 zeigt die Definitionen und Randbedingungen. Tabelle 6-11: Brandgefahrenklassen H nach DIN EN 12845, DIN 14489 und VdS CEA 4001 Brandgefahrenklassen H (Hazard) nach DIN 12845, DIN 14489 und VdS CEA 4001 LH Light Hazard - Geringe Brandgefahr Nicht industrielle Nutzungen mit geringer Brandbelastung und Brennbarkeit, deren einzelne, durch feuerhemmende Wände abgetrennten Flächen nicht größer ist als 126 m² sind. OH Ordinary Hazard - Mittlere Brandgefahr Handels- und industrielle Nutzungen bei Verarbeitung und Herstellung von Materialien mit mittlerer Brennbarkeit und Brandbelastung. Unterteilt in OH1 bis OH4. Lagerung möglich 1) , wenn Auslegung mindestens nach OH3 bzw. nach OH4 erfolgt und die folgenden Grenzstapelhöhen eingehalten sind: Lager- Freist. oder alle anderen Lagerblöcke <= 50 m, Freistreifen 2,4 m kategorie Kompaktlager Fälle ² I 4,0 m 3,5 m (VdS CEA: 216 m² incl. Freistreifen 2 m) II 3,0 m 2,6 m III 2,1 m 1,7 m IV 1,2 m 1,2 m (Sprühwasser-Löschanlage sinnvoll) HHP High Hazard Production - Hohe Brandgefahr, Produktionsrisiken. Nutzungen bei Verarbeitung und Herstellung von Material hoher Brennbarkeit und Brandbelastung. Unterteilt in HHP1 bis HHP4. (für HHP4 sind Sprühwasser-Löschanlagen sinnvoll) Lagerung 1) möglich bei Nichtüberschreitung der Grenzstapelhöhen. Lager- Freist. oder alle anderen kategorie Kompaktlager Fälle I 4,0 m 3,5 m II 3,0 m 2,6 m III 2,1 m 1,7 m IV 1,2 m 1,2 m (Sprühwasser-Löschanlage sinnvoll) HHS High Hazard Storage - Hohe Brandgefahr, Lagerrisiken. Lagergut bei Überschreiten der Grenzstapelhöhen, die für OH und HHP genannt sind. Unterteilt in HHS1 bis HHS 4 mit zugehörigen Lagerrisiken Kategorien I bis IV 1) Lagerung liegt vor, wenn auf einer zusammenhängenden Fläche von mehr als 2 m² und/ oder in einer Höhe von mehr als 1,2 m gelagert wird (DIN 14489). 6.4.7.1.1 Brandgefahrenklassen in Produktionsbereichen In DIN EN 12845 erfolgt die Zuordnung von Produktionsbetrieben zu Brandgefahrenklassen H nach der Nutzung/ Produktion mit Hilfe von Tabellen, die nachfolgend inhaltlich (teilweise verkürzt und/ oder zusammengefasst) wiedergegeben sind. <?page no="219"?> 205 Tabelle 6-12: Nutzung mit kleiner Brandgefahr LH nach DIN EN 12845 Schulen und andere Bildungsstätten (bestimmte Bereiche); Büros (bestimmte Bereiche); Gefängnisse Tabelle 6-13: Nutzungen mit mittlerer Brandgefahr OH (Schematisiert, nach DIN EN 12845 und VdS CEA 4001) Branche Gruppe mittlerer Brandbelastung OH 1 1) OH 2 1) OH 3 OH 4 Glas, Keramik Glasfabriken Chemikalien Zementwerk Filmfabrik Färberei; Seifenfabrik; Fotolabor; Maler- und Lackierbetriebe (wasserbasierte Farben) Technische Betriebe Betrieb für Blechprodukte Maschinenbaufabrik; Metallbetrieb elektrotechnischer Betrieb; Radiozubehörfabrik, Waschmaschinenfabrik; Kfz-Werkstatt Lebensmittel und Getränke Bäckerei; Brauerei; Süßwarenfabrik, Schlachthof, Molkerei Tierfutterhersteller; Getreidemühlen; Herstellung von Trockengemüse und -suppen; Zuckerraffinerie Brennerei Verschiedenes Krankenhäuser; Hotels; Bibliotheken (ohne Buchgeschäfte); Restaurants; Schulen und Büros (sofern nicht LH) (physikalische) Labors, Wäscherei, Parkhäuser, Museen kleine Rundfunkstudios Bahnhöfe technische Betriebsräume von Fabriken, landwirtschaftliche Gebäude Kino, Theater, Konzerthallen, Tabakhersteller, Film- und TV-Studios Papier Buchbindereien; Kartonagenfabrik; Papierfabrik Altpapierverarbeitung Geschäfte und Büros Datenverarbeitung (ohne Bänderlagerung), Büros (sofern nicht LH) Kaufhäuser Einkaufszentren Ausstellungshallen Textilien und Bekleidung Lederwarenfabrik Teppichfabrik (ohne Gummi und Schaumstoff); Stoff- und Bekleidungsfabriken; Spanplattenfabrik; Schuhwarenfabrik (ohne Plastik und Gummi); Strickwarenfabrik; Bettwarenfabrik; Matratzenfabrik (ohne Schaumstoff); Näherei; Weberei; Woll- und Garnefabrik Baumwollverarbeitung; Flachs- und Hanfbearbeitung Holz Holzverarbeitungsbetrieb; Möbelfabrik und Polsterei (ohne Schaumstoff); Möbelausstellungsräume; Sägewerk; Sperrholzfabrik 1): Bereiche in OH 1 oder OH 2, in denen Farbe verarbeitet wird oder Bereiche mit ähnlicher Brandbelastung sollten nach OH 3 ausgelegt werden. <?page no="220"?> 206 Tabelle 6-14: Nutzung für Produktionsrisiken mit großer Brandgefahr HHP (Schematisiert, nach DIN EN 12845) HHP 1 HHP 2 HHP 3 HHP 4 Bodenbelag- und Linoleumherstellung; Anstrichfarben-, Farben und Lackherstellung, Maler- und Lackierbetriebe (Lösungsmittelfarben); Kunstharz-, Ruß- und Terpentinproduktion; Gummiersatzproduktion; Holzwolleproduktion, Streichholzproduktion; Kühlschrankfabrik; Druckereien; Kabelherstellung, Kunsstoffherstellung und -verarbeitung, Kunststoffwaren (außer geschäumtem Kunststoff); Gummiwarenerstellung; Kunstfaserherstellung (außer Acryl); Seilerei; Teppichfabrik (incl. Gummi und Schaumstoff); Schuhwarenfabrik (ohne Plastik und Gummi); Feuerzeugherstellung; Teeraufbereitung; Busdepots, leere Last- und Eisenbahnwagen; Kerzenwachs- und Parafinherstellung, Papierherstellung (Maschinenhallen); Teppichfabriken (incl. Gummi und Kunststoff), Sägemühlen, Spanplattenherstellung, Anstrich- und Farben und Lackherstellung Zellulosenitratherstellung, Auto- und Lkw- Reifenherstellung (Vulkanisierbetrieb); Herstellung von M3 Schaumstoffen (Abbildung 6-10), Schaumgummi- und Schaumstoffprodukten (außer M4* siehe Abbildung 6-10); Herstellung von Feuerwerkskörpern *) Herstellung von M4-Kunststoffen (Schaumstoffmattrazen, Verpackungen aus geschäumtem Polystyrol, Schaumstoffpolstermöbel etc.) ist gemäß DIN EN 12845 Tabelle B.1 (hier als Tabelle 6-16wiedergegeben) wie Lager einzustufen Die obigen Tabellen sind auch als Leitfaden für nicht speziell angesprochene Nutzungen anzuwenden. Dabei sind die in Tabelle 6-11 niedergelegten Randbedingungen einzuhalten. 6.4.7.1.2 Brandgefahren in Lagerbereichen Bei Lagerrisiken ist - zweckbestimmt - im Allgemeinen die Brandlast deutlich höher als in Produktionsbereichen. Zusätzlich ist zu beachten, dass das Brandverhalten gelagerter Materialien nicht nur durch die Eigenschaften des Lagermaterials selbst, sondern auch durch die Lagerform, die Art der Verpackung und die Art des Lagers entscheidend beeinflusst wird. Je nach Lagergut ist daher ein unterschiedliches Vorgehen zur Festlegung der Auslegungskriterien erforderlich. Die Auswahl des jeweils anzuwendenden Bemessungsverfahrens nach EN 12845 ist in Abbildung 6-8 dargestellt. Während also für einige Produkte bzw. Produktgruppen die Einstufung in eine Risikokategorie direkt in Listen des Anhangs C der DIN EN 12845 angegeben wird, ist bei der Einstufung von Lagern mit Waren die Gummi oder Kunststoffe enthalten, ein sehr detaillierter Zuordnungsprozess nach Anhang B der DIN EN 12845 erforderlich. Dieses komplexe Verfahren wurde entwickelt, um den höchst unterschiedlichen Anforderungen und Erfahrungen der Industrie und den unterschiedlichen zu erwartenden Brandverläufen angemessen Rechnung tragen zu können. <?page no="221"?> 207 Abbildung 6-8: Bestimmung der Brandgefahr für Lagerrisiken (ein besonderes Risiko stellen z. B. brennbare Flüssigkeiten dar) DIN EN 12845 bestimmt die erforderliche Löschmittelrate aus der erwarteten Wärmefreisetzung des Auslegungsbrandes. In Abbildung 6-9 ist der Ablauf dieses Zuordnungsprozesses nach DIN EN 12845 Anhang B zur Ermittlung der grundlegenden Auslegungsparameter der Sprinkleranlage dargestellt. Abbildung 6-9: Ermittlung der Löschmittelraten und der Wirkfläche bei Lagerrisiken (Visualisiert nach DIN EN 12845 Anhang B und VdS CEA 4001), Werte siehe unter Punkt 6.4.7.2 Stellen die Waren ein besonderes Risiko dar? Verwendung festgelegter besonderer Anforderungen Anhang G Schutz bei besonderen Gefahren Enthalten die Waren Gummi oder Kunststoffe? Verwendung einer Zuordnungsmethode Anhang B Methoden für die Zuordnung Verwendung alphabetischer Listen Zuordnung mit Produktlisten Anhang C Produktlisten Start ja ja nein nein Stellen die Waren ein besonderes Risiko dar? Stellen die Waren ein besonderes Risiko dar? Verwendung festgelegter besonderer Anforderungen Verwendung festgelegter besonderer Anforderungen Anhang G Schutz bei besonderen Gefahren Enthalten die Waren Gummi oder Kunststoffe? Enthalten die Waren Gummi oder Kunststoffe? Verwendung einer Zuordnungsmethode Verwendung einer Zuordnungsmethode Anhang B Methoden für die Zuordnung Verwendung alphabetischer Listen Verwendung alphabetischer Listen Zuordnung mit Produktlisten Zuordnung mit Produktlisten Anhang C Produktlisten Start ja ja nein nein Wärmefreisetzung Wirkfläche und Wasserbeaufschlagung Logischer Ablauf der Ermittlung der Löschmittelrate Physikalische Wirkungsbeziehungen Brandgefahrenklasse Art der Produktion Produktionsrisiken Brandgefahrenklasse Art der Produktion Produktionsrisiken Wie ist das Lagergut verpackt? Was wird gelagert ? Wieviel Kunststoff enthält das Lagergut ? Wie sieht das Lager selbst aus? Lagergut - Brennwert - Abbrandgeschwindigkeit Materialfaktor Lagerkonfiguration Lagerkategorie Lagerart Lagerrisiken Wie ist das Lagergut verpackt? Was wird gelagert ? Wieviel Kunststoff enthält das Lagergut ? Wie sieht das Lager selbst aus? Lagergut - Brennwert - Abbrandgeschwindigkeit Materialfaktor Lagerkonfiguration Lagerkategorie Lagerart Lagerrisiken Wärmefreisetzung Wirkfläche und Wasserbeaufschlagung Logischer Ablauf der Ermittlung der Löschmittelrate Physikalische Wirkungsbeziehungen Brandgefahrenklasse Art der Produktion Produktionsrisiken Brandgefahrenklasse Art der Produktion Produktionsrisiken Wie ist das Lagergut verpackt? Was wird gelagert ? Wieviel Kunststoff enthält das Lagergut ? Wie sieht das Lager selbst aus? Lagergut - Brennwert - Abbrandgeschwindigkeit Materialfaktor Lagerkonfiguration Lagerkategorie Lagerart Lagerrisiken Wie ist das Lagergut verpackt? Was wird gelagert ? Wieviel Kunststoff enthält das Lagergut ? Wie sieht das Lager selbst aus? Lagergut - Brennwert - Abbrandgeschwindigkeit Materialfaktor Lagerkonfiguration Lagerkategorie Lagerart Lagerrisiken <?page no="222"?> 208 6.4.7.1.3 Lagergüter und Materialfaktor Die Gesamtbrandgefahr von Lagergut, das heißt des gelagerten Produktes einschließlich seiner Verpackung, ist eine Funktion seiner Wärmefreisetzungsrate, die selbst wieder eine Funktion seines spezifischen Brennwertes und seiner Abbrandrate ist (wobei die Abbrandrate wiederum durch die Lagerkonfiguration nach Tabelle 6-17 beeinflusst wird, Abbildung 6-10). Abbildung 6-10: Materialfaktor nach DIN EN 12845 Tabelle 6-15: Beispiele für Waren und ihren Materialfaktor Materialfaktor Anteil Kunststoffe Beispiele ungeschäumt Gewichts % geschäumt Vol.% 1 < 5 % < 5 % Metallteile mit/ ohne Kartonverpackung auf Holzpaletten, Lebensmittel in Dosen, nichtsynthetische Gewebe, Holzprodukte, große elektrische Geräte, Kunststoff- oder Glasflaschen mit nichtbrennbaren Flüssigkeiten in Kartons 2 < 15 % < 25 % Holz- oder Metallmöbel mit Kunststoffsitzen, elektrische Geräte mit Kunststoffteilen oder Kunststoffverpackung, Kunstfasern 3 > 15 % > 25 % leere Autobatterien, Kunststoffaktenkoffer, PC, ungeschäumte Kunststofftassen und Besteck 4 nicht festgelegt > 40 % Schaumstoffmatratzen, Verpackungen aus geschäumten Polystyrol, Schaumstoffpolstermöbel Die Brandlast von vielen Waren wird wesentlich durch deren Gehalte an geschäumten und/ oder ungeschäumten Kunststoffen mit bestimmt, die nach DIN EN 12485 über die Festlegung des Materialfaktors erfasst werden. Die Festlegung des Material- Gewichtsanteil in % von ungeschäumten Kunststoffen Volumenanteil in % von geschäumten Kunststoffen 25 15 40 5 5 Materialfaktor 1 Materialfaktor 2 Materialfaktor 3 Materialfaktor 4 <?page no="223"?> 209 faktors von Lagergütern inklusive ihrer Verpackung erfolgt gemäß DIN EN 12845 nachTabelle 6-15. Dabei wird zunächst ein Materialfaktor für die Produkte betimmt. Wenn die Konfiguration der Waren es erfordert, wird der Materialfaktor modifiziert, um eine endgültige Kategorie zu erhalten Beispiele für Waren mit den verschiedenen Materialfaktoren enthält die Tabelle 6-16. 6.4.7.1.4 Lagerkonfiguration und Lagerkategorie Die Art der Verpackung von Waren, die Lagerkonfiguration, kann deren Abbrandverhalten positiv oder negativ beeinflussen. Aus dem Materialfaktor und der Lagerkonfiguration wird daher im Bemessungsverfahren für Sprinkleranlagen aus Tabelle 6-16 die Lagerkategorie ermittelt. Ist die Zuordnung in zwei Kategorien möglich, ist der höhere der Werte anzuwenden. DIN EN 12845 enthält weiterhin in Anhang C eine Liste der Kategorien von Produkten und ihren Verpackungen, die Kunststoffe oder Gummi nicht enthalten. Für Hochregallager, Lagerung brennbarer Flüssigkeiten, Recyclingbetriebe, Kleinladungsträger aus Polypropylen und Polyethylen und weitere besondere Risiken enthält Anhang G der DIN 12845 sehr detaillierte Regelungen zur Ausführung des Sprinklerschutzes. Tabelle 6-16: Lagerkategorien als Funktion der Lagerkonfiguration Lagerkonfiguration Materialfaktor Beispiele 1 2 3 4 außenliegender Kunststoffbehälter mit nichtbrennbarem Inhalt Kat. I, II, III Kat. I, II, III Kat. I, II, III Kat. IV Colakästen, Bierkästen; Kunststoffbehälter mit inertem Inhalt außenliegende Kunststoffoberflächen - ungeschäumt 1) Kat. III Kat. III Kat. III Kat. IV Metallteile in PVC-Lagerbehältern 1) , Lebensmittel in Dosen in Schrumpffolie außenliegende Kunststoffoberflächen - geschäumt Kat. IV Kat. IV Kat. IV Kat. IV überwiegend Kat. IV, z. B. Elektrogeräte in Stoßschutzverpackung aus Polystyrol und Schrumpffolie offene Struktur Kat. II Kat. II Kat. III Kat. IV Kartonagen: je nach Stapelung und Inhalt; z. B. leere gestapelte Kartons: Kat. II, stehend gelagerte Wellpappe: Kat. III Materialien in massiven Blöcken Kat. I Kat. I Kat. II Kat. IV Kautschuk in Blöcken,Vinylbodenplatten in Kompaktlagerung Material in Granulat- oder Pulverform Kat. I Kat. II Kat. II Kat. IV Kunststoffgranulat für Spritzgießen in Kartons keine besondere Konfiguration Kat. I Kat. II Kat. III Kat. IV Güter in Kartons, die in andere Kategorien nicht eingestuft werden können 1) Lagermaterialien und/ oder Verpackungen aus Polypropylen, Polyethylen oder Kunststoffen mit ähnlichem Brandverhalten sind in Kat. IV einzustufen <?page no="224"?> 210 6.4.7.1.5 Lagerarten Die Beeinflussung des Abbrandverhaltens von Lagergütern wird klar, wenn man sich die höchst unterschiedlichen horizontalen und insbesondere vertikalen Abstände des Lagergutes verschiedener Lagerarten vor Augen führt. Die Abbildung 6-11 zeigt schematisiert die fünf Grundtypen der Lagerarten, in Tabelle 6-17 sind die einzuhaltenden Randbedingungen und zusätzlichen Anforderungen für die verschiedenen Lagerarten aufgeführt. Abbildung 6-11: Lagerarten nach DIN EN 12 845 (schematisiert) Freistehendes Lager ST 1 Paletten-Regallager ST 4 Einreihiges Ständerlager ST 2 Mehrreihiges Ständerlager ST 3 Geschlossene oder gelattete Zwischenböden ST 5/ ST6 Freistehendes Lager ST 1 Paletten-Regallager ST 4 Einreihiges Ständerlager ST 2 Mehrreihiges Ständerlager ST 3 Geschlossene oder gelattete Zwischenböden ST 5/ ST6 <?page no="225"?> 211 Tabelle 6-17: Lagerarten nach DIN EN 12845, Einschränkungen und Bedingungen Lagerart BG Fläche jedes Lagerblockes Freistreifen zwischen Lagerreihen Freiraum um Lagerblock herum Regalsprinklerschutz in den Zwischenebenen Beschreibung ST 1 OH <= 50 m² keine Anforderungen ≥ 2,4 m keine freistehende Lager oder Kompaktlager HH <= 150 m² ST 2 OH <= 50 m² ≥ 2,4 m ≥ 2,4 m keine einreihige Ständer- oder Gitterboxpaletten HH keine Einschränkung keine Anforderungen ST 3 OH <= 50 m² keine Anforderungen ≥ 2,4 m keine mehrreihige Ständer- oder Gitterboxpaletten (einschließlich Doppelreihen) HH <= 150 m² ST 4 OH <= 50 m² ≥ 1,2 m ≥ 2,4 m keine Paletten- Regallager HH keine Einschränkung ≥ 1,2 m keine Anforderungen ohne 1) 2) erforderlich 3) ≥ 1,2 m und < 2,4 m erforderlich 4) ≥ 2,4 m erforderlich 5) ST 5 OH <= 50 m² ≥ 1,2 m ≥ 2,4 m keine geschlossene oder gelattete Zwischenböden bis 1 m Breite HH <= 150 m² < 1,2 m ≥ 2,4 m ohne 1) 2) <= 150 m² erforderlich 3) keine Einschränkung ≥ 1,2 m keine Anforderungen erforderlich 6) ST 6 OH Auslegung nach HH geschlossene oder gelattete Zwischenböden von mehr als 1 m und maximal 6 m Breite HH <= 150 m² ≥ 1,2 m ≥ 2,4 m erforderlich 2) 7) 1) Jedoch wird Regalsprinklerschutz in den Zwischenebenen empfohlen 2) Nur wenn Abstand höchstgelegenes Lagergut - Decke < 4 m, wenn > 4 m Regalsprinkler erforderlich 3) Annahme für die hydraulische Berechnung: Regalsprinklerschutz in 3 Zwischenebenen 4) Annahme für die hydraulische Berechnung: Regalsprinklerschutz in 2 Zwischenebenen 5) Annahme für die hydraulische Berechnung: Regalsprinklerschutz in 1 Zwischenebene 6) Annahme für die hydraulische Berechnung: Regalsprinklerschutz in 1 oder 2 Zwischenebenen 7) Wenn keine Regalsprinklerung möglich, muß jedes einzelne Regalfach mit nichtbrennbaren Brandschotts nach EN 13501-1, Euroklasse A1 oder A2 abgetrennt sein 6.4.7.2 Wirkfläche und Wasserbeaufschlagung Die Löschmittelrate (in Liter pro Minute), die von einer Sprinkleranlage ausgebracht werden muss um das jeweilige Risiko abzudecken, errechnet sich aus der Wasserbeaufschlagung und der Wirkfläche. <?page no="226"?> 212 Wasserbeaufschlagung: Theoretische Wassermenge, die pro Zeiteinheit und Fläche erforderlich ist in mm/ m² min (=Liter/ m² min) Wirkfläche: Fläche, die gleichzeitig mit Löschwasser versorgt werden muss in m². Die Größe der Wirkfläche ist so festzulegen, dass diese Fläche größer ist, als die Brandfläche, die sich bis zum Wirksamwerden von Löschmaßnahmen der Feuerwehr entwickelt. Die erforderliche Wasserbeaufschlagung muss in Abhängigkeit von der Wärmeentwicklung des Brandgutes bestimmt werden. Die Bestimmung von Wirkfläche und Mindestwasserbeaufschlagung in Abhängigkeit von der Brandgefahrenklasse, der Lagerart nach Punkt 6.4.7.1.5 und der Lagergutkategorie nach Punkt 6.4.7.1.4 erfolgt mit Hilfe der Tabelle 6-18 bis Tabelle 6-20 die aus DIN EN 12845 [6.43] entnommen wurden. Dabei ist zu unterscheiden, ob der Sprinklerschutz ausschließlich mit Deckensprinklern oder auch mit Regalsprinklern erfolgt. Die Wasserbeaufschlagung darf als Durchschnittswert der Gesamtwassermenge von 4 Sprinklern (wo zutreffend), dividiert durch die durch sie versorgte Schutzfläche, ermittelt werden (s. Anmerkung 2). Tabelle 6-18: Wasserbeaufschlagung und Wirkfläche für die Brandgefahrenklassen LH, OH und HHP nach DIN EN 12845 Brandgefahrenklasse (Mindest-) Wasserbeaufschlagung [mm/ min] Wirkfläche [m²] Nass- oder vorgesteuerte Anlage Trocken- oder Nass- Trockenanlage LH 2,25 84 nicht zulässig Auslegung nach OH 1 OH 1 5,0 72 90 OH 2 5,0 144 180 OH 3 5,0 216 270 OH 4 5,0 360 nicht zulässig Auslegung nach HHP 1 HHP 1 7,5 260 325 HHP 2 10,0 260 325 HHP 3 12,5 260 325 HHP 4 Sprühwasser-Löschanlage *) +): Sprühwasser-Löschanlagen sind kein Bestandteil dieser Norm. <?page no="227"?> 213 Tabelle 6-19: Wasserbeaufschlagungen und Wirkflächen für Deckensprinkler und bei Vorhandensein von Regalsprinklern nach DIN EN 12845 Lagerart Maximal zulässige Lagerhöhe 1) [m] Mindestwasserbeaufschlagung Wirkfläche (Nass- oder vorgesteuerte Anlage) 2) Kat. I Kat. II Kat. III Kat. IV [mm/ min] [m²] ST 4 Paletten- Regallager 3,5 3,54 2,2 1,6 7,5 260 2,6 2,0 10,0 3,2 2,3 12,5 3,5 2,7 15,0 ST 5 und ST 6 geschlossene oder gelattete Zwischenböden 3,5 3,54 1,6 7,5 260 2,2 2,0 10,0 2,6 2,3 12,5 3,2 2,7 15,0 1): der vertikale Abstand von der höchsten Regalsprinklerebene zu den Dach- oder Deckensprinklern abzüglich 1 m. 2)): Trocken- und Nass-Trocken-Anlagen sollten bei der Lagerung mit hoher Brandgefahr vermieden werden, besonders bei brennbaren Produkten höherer Kategorien und größeren Lagerhöhen. Sollte es dennoch erforderlich sein, eine Trocken- oder Nass-Trocken- Anlage zu installieren, sollte die Wirkfläche um 25 % erhöht werden. Durch die in Tabelle 6-18 bis Tabelle 6-20 genannten Mindestwasserbeaufschlagungen ist i. A. zunächst nur sichergestellt, dass der Brand auf das Ausmaß zur Zeit der Öffnung der Sprinkler beschränkt bleibt (Kontrollmodus, siehe Abbildung 6-12). Es öffnen in diesem Fall häufig neben dem direkt über dem Brandherd befindlichen Sprinkler auch die benachbarten. Soll aus bestimmten Gründen - beispielsweise bei sehr hoher Brandausbreitungsgeschwindigkeit - ein entstehender Brand durch die- Sprinkleranlage gelöscht werden, muss diese im so genannten Unterdrückungsmodus betrieben werden. Hierzu muss regelmäßig die für ein sicheres Ablöschen erforderliche Wasserbeaufschlagung (RDD - required delivery density) durch Versuche im Realmaßstab bestimmt werden. Ziel ist es, den Brand mit dem ersten öffnenden Sprinkler unmittelbar im Wesentlichen abzulöschen. Sprinkleranlagen, die im Unterdrückungsmodus betrieben werden (z. B. Sprinkleranlagen in hohen Lagern für Kunststoffe und/ oder Kartonnagen) sind i. A. mit CDMA bzw. CMSA-Sprinklern oder ggf. ESFR-Sprinklern auszustatten (Punkt 6.4.7.6). Abbildung 6-12: Löschmodi (schematisch) Wärmefreisetzung Zeit Wärmefreisetzung Zeit Wärmefreisetzung Zeit Wärmefreisetzung Zeit Brandkontrolle Brandunterdrückung Wärmefreisetzung Zeit Wärmefreisetzung Zeit Wärmefreisetzung Zeit Wärmefreisetzung Zeit Wärmefreisetzung Zeit Wärmefreisetzung Zeit Wärmefreisetzung Zeit Wärmefreisetzung Zeit Brandkontrolle Brandunterdrückung <?page no="228"?> 214 Tabelle 6-20: Wasserbeaufschlagungen und Wirkflächen für HHS bei ausschließlichem Schutz mit Deckensprinklern nach DIN EN 12845 (kursiv: typische Werte) Lagerart Maximal zulässige Lagerhöhe (siehe Anmerkung 1) [m] Mindestwasserbeaufschlagung Wirkfläche (Nass- oder vorgesteuerte Anlage) Kat. I Kat. II Kat. III Kat. IV [mm/ min] (s. Anmerkung 2) [ m²] ST 1: freistehende Lager oder Kompaktlager 5,3 4,1 2,9 1,6 7,5 260 6,5 5,0 3,5 2,0 10,0 260 7,6 5,9 4,1 2,3 12,5 260 -/ - 6,7 4,7 2,7 15,0 260 -/ - 7,5 5,2 3,0 17,5 260 -/ - -/ - 5,7 3,3 20,0 300 -/ - -/ - 6,3 3,6 22,5 300 -/ - -/ - 6,7 3,8 25,0 300 -/ - -/ - 7,2 4,1 27,5 300 -/ - -/ - -/ - 4,4 30,0 300 ST 2: einreihige Ständer- Palettenlager ST 4: Paletten- Regallager 4,7 3,4 2,2 1,6 7,5 260 5,7 4,2 2,6 2,0 10,0 260 6,8 5,0 3,2 2,3 12,5 260 -/ - 5,6 3,7 2,7 15,0 260 -/ - 6,0 4,1 3,0 17,5 260 -/ - -/ - 4,4 3,3 20,0 300 -/ - -/ - 4,8 3,6 22,5 300 -/ - -/ - 5,3 3,8 25,0 300 -/ - -/ - 5,6 4,1 27,5 300 -/ - -/ - 6,0 4,4 30,0 300 ST 3: mehrreihige Ständer-, Paletten oder Gitterboxlager 4,7 3,4 2,2 1,6 7,5 260 5,7 4,2 2,6 2,0 10,0 260 -/ - 5,0 3,2 2,3 12,5 260 ST 5 u. ST 6 geschlossene oder gelattete Zwischenböden -/ - -/ - -/ - 2,7 15,0 260 -/ - -/ - -/ - 3,0 17,5 260 1)): der kleinere Wert des vertikalen Abstandes vom Boden zu den Sprinklersprühtellern abzüglich 1 m oder der höchste Wert in der Tabelle 2): Trocken- und Nass-Trocken-Anlagen sollten bei HHS-Lagerungen mit hoher Brandgefahr vermieden werden, besonders bei brennbaren Produkten der höheren Kategorien und größeren Lagerhöhen. Sollte es dennoch erforderlich sein, eine Trocken- oder Nass-Trocken-Anlage zu installieren, muss die Wirkfläche um 25 % erhöht werden . <?page no="229"?> 215 6.4.7.3 Festlegung der Anlagenart Bei der Auswahl des erforderlichen Sprinkleranlagentyps sind die jeweiligen örtlichen Gegebenheiten zu berücksichtigen (Temperaturverhältnisse, Betriebsart, erwartete Fehlauslösungen). Es wird zwischen den folgenden Anlagentypen unterschieden: Nassanlagen Trockenanlagen Nass-Trockenanlagen Vorgesteuerte Anlagen Tandemanlagen 6.4.7.3.1 Nassanlagen In Nassanlagen ist das gesamte Rohrnetz inkl. des Sprinklerrohrnetzes bis zu den Sprinklern mit Druckwasser gefüllt. Daher verbietet sich normalerweise der Einsatz für Bereiche in denen mit Temperaturen unter 0° C zu rechnen ist. Es ist jedoch nach DIN EN 12 845 [6.43] gestattet Anlagenteile mit bis zu 20 Sprinklern mit Frostschutzmittel zu versehen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Begleitheizung, die das Rohrnetz auf einer Mindesttemperatur von + 5° C hält, zu installieren. Üblicherweise wählt man für frostgefährdete Bereiche jedoch Trockenanlagen. Die von einem einzelnen Nassalarmventil versorgte Fläche darf die in Tabelle 6-21 festgelegte Größe nicht überschreiten. Tabelle 6-21: Zulässige Sprinkleranzahl für Nassalarmventile und vorgesteuerte Alarmventile nach DIN EN 12845 Brandgefahrenklasse Maximale Schutzfläche pro Alarmventilstation nach DIN EN 12845 Schutzflache enthält Anzahl Sprinkler 1) LH 10000 m² 500 OH, einschließlich aller LH-Sprinkler 12000 m² außer bei Zoneneinteilung (Anhang D) und Personenschutzanlagen (Anhang F) 1000 HH, einschließlich aller OH- und LH-Sprinkler 9000 m² 1000 1): Bei maximaler Schutzfläche je Sprinkler. Entspricht den Werten der VdS CEA 4001 Für die Zonenunterteilung von Sprinkleranlagen und die dann in Abhängigkeit von den Schutzzielen zulässigen Sprinklerzahlen enthält DIN EN 12845 detaillierte Einzelvorschriften. <?page no="230"?> 216 6.4.7.3.2 Trockenanlagen Trockenanlagen sind normalerweise hinter dem Trockenalarmventil mit Luft oder Inertgas unter Druck gefüllt, während vor dem Trockenalarmventil Löschwasser unter Druck ansteht. Trockenanlagen dürfen nur dort installiert werden, wo Frostgefahr besteht oder die Temperatur 95° C übersteigen kann (z. B. in Trockenöfen). Öffnet ein Sprinkler der Trockenanlage, wird der Luftdruck abgebaut, das Trockenalarmventil öffnet und das Wasser strömt zu den geöffneten Sprinklern. Durch Schnellöffner und/ oder Schnellentlüfter (Abbildung 6-7) wird ein besonders rasches Ansprechen der Alarmventilstation erreicht. Die maximale Zeit zwischen dem Öffnen eines (Trocken-) Sprinklers und dem Austritt von Wasser an dieser Stelle darf für OH und HH Anlagen 60 Sekunden nicht überschreiten (für LH Anlagen sind 90 Sekunden zulässig). Hierdurch wird das Volumen des der Alarmventilstation nachgeschalteten Rohrnetzes und damit die Anzahl der Sprinkler begrenzt. Wird diese Zeit eingehalten ist das Leitungsvolumen von Trockenanlagen für LH- und OH-Risiken mit Schnellentlüftern auf 4,0 m³ begrenzt. Für HH-Risiken sind Schnellentlüfter obligatorisch und darf das Leitungsvolumen maximal 3 m³ betragen. Für HHS-Risiken sind Trockenanlagen nicht ohne weiteres einsetzbar, weil bei Bränden hoch gestapelter Waren die Gefahr besteht, dass das Feuer sich bis zum zeitverzögert erfolgenden Wasseraustritt (bis zu 60 Sekunden) soweit ausdehnt, dass die Sprinkleranlage es nicht mehr beherrschen kann. 6.4.7.3.3 Nass-Trockenanlagen Nass-Trockenanlagen enthalten entweder ein Nass-Trockenalarmventil oder eine Kombination aus einem Nassalarmventil und einem Trockenalarmventil. Während der Wintermonate ist die Anlage hinter dem Alarmventil mit Luft oder Inertgas unter Druck und der Rest der Anlage mit Wasser unter Druck gefüllt. Zu anderen Jahreszeiten ist die Anlage als Nassanlage geschaltet. Für die Ansprechzeit von Trockenteilen der Anlage nach DIN EN 12845 gilt das unter Punkt 6.4.7.3.2 ausgeführte. 6.4.7.3.4 Vorgesteuerte Anlagen Vorgesteuerte Anlagen sind Sprinkleranlagen bei denen die Alarmventilstation(en) durch eine automatische Brandmeldeanlage und nicht durch das Öffnen von Sprinklern aktiviert wird (Vorgesteuerte Anlage Typ A). Als Alternative ist auch die Ansteuerung der Alarmventilstation durch die automatische Brandmeldeanlage oder durch das Öffnen der Sprinkler möglich (Vorgesteuerte Anlage Typ B). Bei Vorgesteuerten Trockenanlagen muss sichergestellt sein, dass bei Störungen der ansteuernden Brandmeldeanlage die Anlage weiterhin wie eine gewöhnliche Trockenanlage funkti- <?page no="231"?> 217 oniert, d. h. die Alarmventile sind so zu gestalten bzw. anzusteuern, das die Auslösung dann auch ohne Branddetektion durch die BMA erfolgt. Sofern eine Sprinkleranlage mehr als eine vorgesteuerte Sprinklergruppe umfasst, muss im Rahmen einer Risikoanalyse dass mögliche Auslösen von mehr als einer vorgesteuerten Gruppe bewertet werden. Ist das gleichzeitige Auslösen nicht auszuschließen, muss das Mindestwasservolumen nach Punkt 6.4.7.4.3 um das Rohnetzvolumen aller vorgesteuerter Gruppen erhöht werden, und der Zeitraum bis zum Wasseraustritt am ungünstigsten Sprinkler auch bei Auslösen mehrerer (ggf. aller) vorgesteuerter Gruppen nicht mehr als 60 Sekunden betragen. Die zulässige Fläche je Alarmventilstation von vorgesteuerten Sprinkleranlagen ist Tabelle 6-21 zu entnehmen. 6.4.7.3.5 Tandem-Trocken- und Tandem-Nass-Trockenanlagen Als Tandemanlagen bezeichnet man Sprinkleranlagen, bei denen eine oder mehrere Trockenanlagen an eine Trocken- oder Nassanlage angeschlossen sind. Diese Anlagen dürfen nur wie folgt installiert werden: als Erweiterung zu einer Nassanlage in kleinen Bereichen mit möglicher Frostgefahr, in einem ansonsten ausreichend beheizten Gebäude, als Erweiterung zu einer Nass- oder Nass-Trockenanlage in Kühlhäusern und Hochtemperaturöfen oder Trockenräumen. Je Tandemanlage nach EN 12845 dürfen nicht mehr als 100 Sprinkler installiert sein. Sind mehr als zwei Tandemanlagen an ein Alarmventil angeschlossen, darf die Gesamtzahl der Sprinkler 250 in den Tandemanlagen nicht überschreiten. 6.4.7.4 Dimensionierung der Wasserversorgung 6.4.7.4.1 Betriebszeit - Leistungsfähigkeit Die Wasserversorgung von Sprinkleranlagen muss nach DIN EN 12845 zuverlässig in der Lage sein, am höchsten Auslegungspunkt mindestens die für den sicheren Betrieb erforderlichen Drucke und Durchflussraten zu liefern. Dabei muss - mit Ausnahme von Druckluftwasserbehältern - jede Wasserversorgung eine ausreichende Kapazität für die in Tabelle 6-22 genannten Betriebszeiten (auch: Mindestwirkzeiten) haben. <?page no="232"?> 218 Die Wasserversorgungen sollten dabei vorzugsweise unter der Kontrolle des Betreibers der Sprinkleranlage sein, um eine risikoadäquate Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Hinsichtlich der Qualität des für Sprinkleranlagen verwendeten Wassers legt DIN EN 12845 nunmehr nur noch fest, das „geeignetes sauberes Wasser“ zu verwenden ist. Damit ist es grundsätzlich auch möglich, z. B. Regenwasser oder Grauwasser zu verwenden. Tabelle 6-22: Wasserversorgung und Betriebszeit nach DIN EN 12845 Sprinkleranlage für Brandgefahrenklasse Wasserversorgung ausreichend für LH 30 Minuten OH 60 Minuten HHP 90 Minuten HHS 90 Minuten Wie eingangs bereits dargelegt, sind Sprinkleranlagen grundsätzlich hydraulisch zu berechnen, dies gilt auch für die Leistungsfähigkeit der Wasserversorgung. Mindestens müssen die Wasserversorgungen - zu ihnen gehört der gesamte hydraulische Anlagenteil vor den Alarmventilen, d. h. auch die Sprinklerpumpen - in der Lage sein, an jeder Alarmventilstation von LHbzw. OH-Anlagen die in Tabelle 6-23 aufgeführten Drucke und Durchflussraten zu liefern. Für HH-Risiken enthält DIN EN 12845 eine ähnliche Tabelle, die unter Einbeziehung der k-Faktoren der Sprinkler (Punkt 6.4.7.6.1) und der erforderlichen Durchmesser der Versorgungsleitungen die Anforderungen noch weit feiner untergliedert. Auf eine Wiedergabe wird hier verzichtet, da HH-Anlagen regelmäßig vollständig hydraulisch zu berechnen sind. Tabelle 6-23: Anforderungen an Druck und Volumenstrom für vorberechnete LH und OH-Anlagen nach DIN EN 12845 Brandgefahr und Anlagentyp Volumenstrom Druck an der Alarmventilstation Maximal geforderte Durchflussrate Druck an der Alarmventilstation [l/ min] [bar] [l/ min] [bar ] LH Nass- und vorgesteuerte Anlagen 225 2,2 + p H - - OH1 Nass- und vorgesteuerte Anlagen 375 1,0 + p H 540 0,7 + p H OH1 Trocken- und Nass-Trocken-Anlagen OH2 Nass- und vorgesteuerte Anlagen 725 1,4 + p H 100 1,0 + p H OH2 Trocken- und Nass-Trocken-Anlagen OH3 Nass- und vorgesteuerte Anlagen 1100 1,7 + p H 1350 1,4 + p H OH3 Trocken- und Nass-Trocken-Anlagen OH4 Nass- und vorgesteuerte Anlagen 1800 2,0 + p H 2100 1,5 + p H p H ist der hydrostatische Druckverlust in bar aufgrund der Höhendifferenz zwischen der Alarmventilstation und dem höchsten versorgten Sprinkler. Die Druckverluste infolge Reibung und Höhendifferenz müssen für jede Alarmventilstation einzeln berechnet werden <?page no="233"?> 219 6.4.7.4.2 Art und Auswahl der Wasserversorgung Der Verfügbarkeit des Löschmittels für den Betrieb einer Sprinkleranlage kommt naturgemäß eine besondere Bedeutung zu. Es sind folgenden Arten der Wasserversorgung zulässig (DIN EN 12845 und DIN 14489): Einfache Wasserversorgung öffentliches Wasserleitungsnetz oder öffentliches Wasserleitungsnetz mit einer oder mehrerer Druckerhöhungspumpen oder Druckluftwasserbehälter (nur LH- oder OH1-Anlagen) oder Hochbehälter oder Behälter mit einer oder mehrerer Pumpen oder unerschöpfliche Quelle mit einer oder mehreren Pumpen. Hochbehälter müssen allein auf Grund ihrer geodätischen Höhe den erforderlichen Wasserdruck sicherstellen, über eine eigene Leitung mit der Sprinkleranlage verbunden sein und die erforderliche Wassermenge jederzeit bevorraten Einfache Wasserversorgung mit erhöhter Zuverlässigkeit öffentliches Wasserleitungsnetz, das von zwei oder mehreren Wasserquellen gespeist wird, von zwei Seiten der Sprinkleranlage eingespeist wird, wenn jede Seite die erforderliche Durchflussmenge bereitstellt und die beiden Seiten von der Quelle bis Sprinkleranlage vollständig unabhängig voneinander sind Hochbehälter ohne Druckerhöhungspumpen oder Behälter mit zwei oder mehr Pumpen, die die gesamte erforderliche Wassermenge bevorraten unerschöpfliche Quelle mit zwei oder mehr Pumpen. Doppelte Wasserversorgung Doppelte Wasserversorgungen bestehen aus zwei einfachen Wasserversorgungen, die unabhängig voneinander sind. Jede der Wasserversorgungen muss dabei allein den Anforderungen der Sprinkleranlage für Druck- und Durchflussrate entsprechen. Es kann jede Kombination aus einfachen Wasserversorgungen verwendet werden, jedoch gelten folgende Einschränkungen: bei OH-Anlagen nicht mehr als einen Druckluftwasserbehälter, nicht mehr als einen Zwischenbehälter In DIN EN 12845 [6.43] sind Regeln für die Auswahl der Wasserversorgung nur für Anlagen mit besonderen Anforderungen festgelegt. Danach müssen in Deutschland: <?page no="234"?> 220 Sprinkleranlagen für Hochhäuser (nach Anhang E) und Sprinkleranlagen die vorrangig dem Personenschutz dienen (nach Anhang F) mindestens eine Wasserversorgung erhöhter Zuverlässigkeit haben. Die Vorschrift VdS CEA 4001 [6.45] geht hier wesentlich weiter. Sie enthält die nachfolgende Tabelle 6-24 zur Zulässigkeit der verschiedenen Wasserversorgungen und differenziert weiter sehr detailliert in Abhängigkeit von Brandgefahr und Anzahl der Sprinkler nach der Art der erforderlichen einfachen bzw. doppelten Wasserversorgungen. Wenn das Wasser für die Sprinkleranlage aus der öffentlichen Wasserversorgung entnommen werden soll, sind zusätzlich die Technischen Regeln der DIN 1988-600 [6.46] und DIN EN 1717 [6.48] zu beachten (vergl. auch Punkt 4.5.1) Tabelle 6-24: Zulässige Wasserversorgung nach VdS CEA 4001 [6.41] Brandgefahr (Anzahl der Sprinkler) Wasserversorgung einfach einfach mit erhöhter Zuverlässigkeit doppelt LH x x x OH x 1) x x HHP (< 500) x x x HHP (> 500) x 2) x 2) HHS (< 500) X 3) x x HHS (> 500 und < 5000) x 2) x 2) x 2) HHS (> 5000) x 2) 1) Für OH2 und OH3 ist die Verwendung einer Druckluftwasserbehälters als einzige Wasserquelle nicht zulässig 2) Jede Pumpenanlage ist mit einer Energiequelle zu versorgen, die von der Versorgung jeder weiteren Pumpe vollständig unabhängig ist. 3) maximal 80 Regalsprinkler 6.4.7.4.3 Mindestwasservolumen Für jede Sprinkleranlage ist ein für den Betrieb erforderliches Mindestwasservolumen vorzuhalten. Dieses muss entweder der tatsächlich erforderliche Wassermenge entsprechen oder während der Betriebszeit der Sprinkleranlage durch automatische Nachspeisung in einen Zwischenbehälter die erforderliche Gesamtmenge sicherstellen. Grundsätzlich ist, wie bereits ausgeführt, jede Sprinkleranlage nach DIN EN 12845 vollständig hydraulisch zu berechnen. Dabei ist die erforderliche Mindestwassermen- <?page no="235"?> 221 ge aus der maximalen Durchflussrate und der Mindestbetriebszeit zu berechnen. Die DIN EN 12845 enthält jedoch Tabellen für vorberechnete Sprinkleranlagen. Diese sind hier als Tabelle 6-25 und Tabelle 6-26 aufgeführt. Tabelle 6-25: Mindestwasservolumen für nach EN 12845 vorberechnete HHP- und HHS-Anlagen. Wasserbeaufschlagung Nassanlage Trockenanlage nicht mehr als [mm/ min] Mindestwasservolumen [m³] 7,5 225 280 10,0 275 345 12,5 350 440 15,0 425 530 17,5 450 560 20,0 575 720 22,5 650 815 25,0 725 905 27,5 800 1 000 30,0 875 1 090 Tabelle 6-26: Mindestwasservolumen für nach EN 12845 vorberechnete LH- und OH-Anlagen Anlagenart Höhe h des höchsten Sprinklers über dem tiefsten Sprinkler (1) [m] Mindestwasservolumen [m³] LH Nass- oder vorgesteuerte Anlage h 15 9 15 < h 30 10 30 < h 45 11 OH 1 Nass- oder vorgesteuerte Anlage h 15 55 15 < h 30 70 30 < h 45 80 OH 1, Trocken- oder Nass- Trocken- Anlage OH 2, Nass- oder vorgesteuerte Anlage h 15 105 15 < h 30 125 30 < h 45 140 OH 2, Trocken- oder Nass- Trocken- Anlage OH 3, Nass- oder vorgesteuerte Anlage h 15 135 15 < h 30 160 30 < h 45 185 OH 3, Trocken- oder Nass- Trocken- Anlage OH 4, Nass- oder vorgesteuerte Anlage h 15 160 15 < h 30 185 30 < h 45 200 OH 4, Trocken- oder Nass-Trocken- Anlage Anlage muss nach HH ausgelegt und hydraulisch berechnet werden. Anmerkung (1): ausgenommen sind Sprinkler in der Sprinklerzentrale <?page no="236"?> 222 Die in den Tabellen genannten Wassermengen sind ausschließlich für die Verwenddung in der Sprinkleranlage vorgesehen. Sonstige Brandbekämpfungseinrichtungen - z. B. Wandhydranten - müssen ggf. gesondert berücksichtigt werden. Nach Entleerung müssen die Vorratsbehälter durch Zulauf in längstens 36 Stunden wieder aufgefüllt werden können. 6.4.7.4.4 Mindestdruck Der von der (den) Wasserversorgungseinrichtung(en) einer Sprinkleranlage mindestens bereitzustellende Fließdruck P Q (bei maximalem Volumenstrom) berechnet sich aus dem erforderlichen Druck an den Sprinklern P S (zu berechnen über den k-Faktor, die erforderliche Wasserbeaufschlagung und den Schutzbereich der Einzelsprinkler), dem sich aus dem Aufbau der Anlage im Gebäude ergebenden hydrostatischen Gegendruck P H (Höhe des höchsten Sprinklers über der Sprinklerpumpe) und den Druckverlusten in den Rohrleitungen infolge Reibung P R beim maximalem Volumenstrom nach: Gleichung 6-1: P Q = P S + P H + P R Während über P S der Volumenstrom am Sprinkler nach Gelichung 6-2 eingestellt werden kann (Punkt 6.4.7.6), ist P H im Allgemeinen bei der Projektierung der Sprinkleranlage durch Gebäude- und beabsichtigte Lagerhöhe vorgegeben. Über die Art und Dimensionierung der Rohrleitungen kann P R in bestimmten Grenzen ebenfalls beeinflusst werden. DIN EN 12845 und VdS CEA 4001 enthalten detaillierte Angaben über die bei vorgegebenen Rohrmaterialien und Rohrdurchmessern in Abhängigkeit vom Volumenstrom bei der hydraulischen Berechnung von Sprinkleranlagen anzusetzenden Druckverluste (siehe Punkt 6.4.7.9). 6.4.7.4.5 Zwischenbehälter Zwischenbehälter von Sprinkleranlagen sind Vorratsbehälter für den ggf. sehr hohen Wasserbedarf einer Sprinkleranlage während der Betriebszeit, der häufig nicht durch die Sammelwasserversorgung (siehe Kapitel 4) erbracht werden kann. Sie müssen die folgenden Mindestvolumina haben (dabei muss das Nutzvolumen zusammen mit der Nachspeisung für die Versorgung der Anlage bei maximaler Durchflussrate über die anzusetzende Betriebszeit nach Tabelle 6-23 ausreichend sein): <?page no="237"?> 223 Tabelle 6-27: Mindestvolumina von Zwischenbehältern nach DIN EN 12845 Brandgefahrenklasse und Anlagentyp Mindestvolumen [m³] LH - Nass- oder vorgesteuerte Anlage 5 OH 1 - Nass- oder vorgesteuerte Anlage 10 OH1 - Trocken- oder Nass-Trocken-Anlage OH 2 - Nass- oder vorgesteuerte Anlage 20 OH 2 - Trocken- oder Nass-Trocken-Anlage OH 3 - Nass- oder vorgesteuerte Anlage 30 OH 3 - Trocken- oder Nass-Trocken-Anlage OH 4 - Nass- oder vorgesteuerte Anlage 70 HHP- und HHS-Anlage 70, jedoch mindestens 10 % des Gesamtvolumens (100) 6.4.7.4.6 Druckluftwasserbehälter Druckluftwasserbehälter als Teil der Wasserversorgung einer Sprinkleranlage dienen: als zweite, von externer Energiezufuhr unabhängige Wasserversorgung (Punkt 6.4.7.4.2 ) einer doppelten Wasserversorgung, als einfache Wasserversorgung bei Sprinkleranlagen für geringe Risiken (Punkt 6.4.7.4.2 ), zur Überbrückung der Zeit bis die Sprinklerpumpen ihre volle Leistung erreichen (dies kann je nach Pumpenart und Energieversorgung bis zu ca. 30 Sekunden dauern, siehe Punkte 6.4.7.4.7 und 6.4.7.5). Die Mindestwassermenge in einem Druckluftwasserbehälter für eine einfache Wasserversorgung muss 15 m³ für LH und 23 m³ für OH1-Anlagen betragen. Für eine doppelte Wasserversorgung muss die Mindestwassermenge bei LH- und OH-Anlagen (alle Gruppen) 15 m² betragen. Da jedoch bei doppelten Wasserversorgungen jede einzelne Wasserversorgung für den Betrieb der Sprinkleranlage ausreichen muss (d. h. mindestens die Wasserbeaufschlagung der Wirkfläche mit dem höchsten Wasserbedarf über die Betriebszeit sicherstellen muss), sind die Druckluftwasserbehälter im Einzelfall auch bedeutend größer. Das Luftvolumen muss mindestens 1/ 3 des Volumens des Druckluftwasserbehälters betragen. Der Druck im Behälter darf 12 bar nicht überschreiten. Luftdrücke und Wasserdurchflussraten müssen bis zur vollständigen Entleerung des Behälters den Ansprüchen der Sprinkleranlage entsprechen. <?page no="238"?> 224 Der (die) Druckluftwasserbehälter sind in besonderen geprinklerten Gebäuden der Feuerwiderstandsklasse F 30 oder in Räumen, die die Anforderungen des Punktes 0 an Sprinklerzentralen erfüllen, unterzubringen. Druckluftwasserbehälter müssen der EG-Druckgeräterichtlinie entsprechen [6.50] und dürfen nicht durch die Sprinklerpumpe befüllt werden. 6.4.7.4.7 Sprinklerpumpen Sprinklerpumpen müssen den für den Betrieb der Anlage notwendigen Druck bei den erforderlichen Durchflussraten liefern. Sie dürfen ausschließlich für den Betrieb von Brandbekämpfungseinrichtungen genutzt werden (gleichzeitiger Anschluss von Wandhydranten ist unter bestimmten Bedingungen möglich, siehe DIN EN 12485 Punkt 9.6.4, Kombinierte Wasserversorgung). Sprinklerpumpen nach DIN EN 12845 und VdS CEA 4001 müssen folgende wesentlichen Anforderungen erfüllen: möglichst als horizontale Kreiselpumpen ausgeführt werden, eine stabile Druck-Volumenstrom-Kennlinie haben (Abbildung 6-13) einen Druck von maximal 12 bar liefern, grundsätzlich hydraulisch berechnet werden mindestens die Nennförderströme und Nenndrucke für die Versorgung der hydraulisch ungünstigsten und der hydraulisch günstigsten Wirkfläche bereitstellen in der Lage sein, bei 140 % des Nennförderstroms für die ungünstigste Wirkfläche bei 70 % des Nenndruckes zu liefern die Nennleistung unabhängig vom Wasserstand im Zwischenbehälter erbringen, automatisch anlaufen, wenn der Druck in der Anlage auf 80 % des Betriebsdruckes fällt (eine ggf., vorhandene zweite Pumpe muss bei 60 % des Betriebsdruckes automatisch anlaufen, innerhalb von 15 Sekunden die Nennleistung liefern, durch Elektro- oder Dieselmotoren entsprechender Leistung angetrieben werden, eine jederzeit gesicherte Energieversorgung besitzen (vergl. Punkt 6.4.7.5), Versorgungskabel sind E 90 nach DIN 4102-12 [6.51] auszuführen bei Antrieb über Dieselmotoren muss der Kraftstoffvorrat für folgende Betriebszeiten bei Nennlast ausreichen: für 3 Stunden in LH-Anlagen für 4 Stunden in OH Anlagen für 6 Stunden in HH-Anlagen <?page no="239"?> 225 in baulich gesicherten Bereichen untergebracht werden (Sprinklerzentrale, siehe Punkt 6.4.7.8) sofern die Pumpen im Zulaufbetrieb aus Vorratsbehältern arbeiten, sind sie so zu platzieren, dass sich mindestens 2/ 3 des nutzbaren Wasservorrats oberhalb der Pumpe befinden die Saughöhe auch unter ungünstigsten Bedingungen nicht mehr als 2 m beträgt sofern die Sprinkleranlage von mehreren Pumpen versorgt wird (vergl. Punkt 6.4.7.4.2), müssen die Pumpen: aufeinander abgestimmte Kennlinien haben bei zwei Pumpen jede einzelne 100 % der erforderlichen Volumenströme und Drücke liefern, bei drei Pumpen jede einzelne mindestens 50 % der erforderlichen Volumenströme und Drücke liefern, eigene, voneinander unabhängige und möglichst unterschiedliche Energieversorgungen besitzen (also z.B. öffentliche Stromversorgung und Dieselmotor) Die Anzahl der in einer Sprinkleranlage einzusetzenden Pumpen ist in DIN EN 12845 nur indirekt geregelt: unter dem Punkt Wasserversorgung wird nur für die einfache Wasserversorgung lediglich eine Pumpe zugelassen. VdS CEA 4001 enthält die gleichen Regelungen. Zusammen mit Tabelle 6-24 ergibt sich, das Einzelpumpen bei LH- und OH-Anlagen, sowie bei HH-Anlagen die nicht mehr als 500 Sprinkler umfassen, zulässig sind. Alle anderen Risiken müssen mit mindestens 2 Sprinklerpumpen ausgestattet sein. Abbildung 6-13: Typische Kennlinie für Sprinklerpumpen 1: ungünstigste Wirkfläche, 2: günstigste Wirkfläche Die Leistungskennwerte von Sprinklerpumpen ergeben sich aus den Maximalwerten der hydraulischen Berechnung. Allerdings enthält DIN EN 12845 für vorberechnete Anlagen einige Mindestkennwerte von Pumpen (dort Tabellen 16 und 17), die auf 100 % 100 % 140 % 70 % Druck Durchflussrate 1 2 Nennlast Volllast <?page no="240"?> 226 den in Tabelle 6-24 und der entsprechenden Tabelle für HH-Risiken angegebenen Anforderungen an Druck- und Durchflussraten aufbauen. 6.4.7.5 Auslegung der Energieversorgung Die Energieversorgung von Sprinkleranlagen ist in DIN EN 12845 nicht geregelt. Daher werden in Tabelle 6-28 die Vorschriften der VdS CEA Richtlinie 4001 [6.45] dargelegt. Da diese Vorschriften den Standards entsprechen, die auch von den Feuerwehren bisher für die Betriebssicherheit von Sprinkleranlagen zugrunde gelegt werden, ist nicht zu erwarten, dass sich hieran künftig etwas Wesentliches ändert. Tabelle 6-28: Energieversorgung von Sprinkleranlagen nach VdS CEA 4001 <?page no="241"?> 227 Als Energieversorgung von Sprinkleranlagen kommen in Betracht (Tabelle 6-28): A) öffentliche elektrische Netze, B) Eigenstromerzeuger, C) Dieselmotoren und D) Ersatzstromerzeuger. 6.4.7.6 Auswahl der Sprinkler 6.4.7.6.1 Allgemeine technische Grundlagen Sprinkler sind automatisch auf Brandwärme reagierende Sprühdüsen, die durch einen wärmeempfindlichen Verschlussmechanismus - ein Schmelzlot oder ein Glasfässchen - geschlossen gehalten werden (Abbildung 6-14). Abbildung 6-14: Aufbau von Sprinklern - schematisch links mit Schmelzlot, rechts mit Glasfässchen Bei Erreichen einer Nennöffnungstemperatur erreicht das Schmelzlot die Schmelztemperatur, bzw. zerplatzt das Glasfässchen und der Verschluss des Sprinklers wird freigegeben. Die Nennöffnungstemperatur von Sprinklern soll etwa 30° über den zu erwartenden höchsten Nutzungstemperaturen liegen. In Sprinkleranlagen nach DIN EN 12845 dürfen nur Sprinkler nach DIN EN 12259-1 [6.52] verwendet werden. Das aus der Sprinklerdüse austretende Löschwasser wird über den je nach Anwendungsfall gestalteten Sprühteller (siehe Sprinklertypen, Punkt 6.4.7.6.4) über die Brandfläche verteilt. Durch die Wahl des Sprühtellers können die Ausbildung bestimmter Tröpfchengrößen, eine gleichmäßige Bodenbenetzung und die maximal zu versorgende Schutzfläche beeinflusst werden. Verschlussteil Sprinklerkörper Auslöseelement Sprühteller Anschlussgewinde Verschlussteil Verschlussteil Sprinklerkörper Sprinklerkörper Auslöseelement Auslöseelement Sprühteller Sprühteller Anschlussgewinde Anschlussgewinde <?page no="242"?> 228 Tabelle 6-29: Kennzeichnung von Sprinkler-Auslöseelementen Glasfasssprinkler Schmelzlotsprinkler Nennöffnungstemperatur in °C Farben Nennöffnungstemperatur in °C Farben 57 orange 57 bis 77 farblos 68 rot 80 bis 107 weiß 79 gelb 121 bis 149 blau 93 bis 100 grün 163 bis 191 rot 121 bis 141 blau 204 bis 246 grün 163 bis 182 lila 260 bis 302 orange 204 bis 343 schwarz 320 bis 343 schwarz Die Ausflussrate eines Sprinklerkopfes beträgt in Abhängigkeit vom Fließdruck: Gleichung 6-2: Q S = k x p 1/ 2 mit: p = Druck [bar] k = Ausströmfaktor Der k-Faktor bestimmt den Wasserstrom aus einer Sprinklerdüse bei 1 bar Fließdruck, für die üblichen Anschlussgewinde DN 10, DN 15 und DN 20 ergeben sich bei P S = 1 bar Wasserstromraten (k-Faktoren) von 57 l, 80 l und 115 l pro Minute (Feinsprüh- und Wassernebelanlagen: k-Faktor 3 bis 20, siehe Punkt 6.5.2) Über den Fließdruck am Sprinkler (der nach Gleichung 6.2 berechnet wird) kann somit die Wasserlieferung eines Sprinklers beeinflusst werden. Zusammen mit der für den Anwendungszweck vorgegebenen Schutzfläche kann daher die erforderliche Anzahl der Sprinkler und damit auch das erforderliche Rohrnetz beeinflusst werden. Einzuhalten sind dabei jedoch die Art der Sprinkler, ihr minimaler k-Faktor und der Mindestdruck am Sprinkler in Abhängigkeit von der Brandgefahr wie sie in Tabelle 6-30 enthalten sind. Der maximale Fließdruck am Sprinkler sollte ca. 5 bar nicht wesentlich überschreiten, der maximale Betriebsdruck nicht mehr als 12 bar betragen Tabelle 6-30: Sprinklerarten, k-Faktoren und Sprinkler-Mindestdruck Brandgefahr Sprinklerart Minimaler k-Faktor Mindestdruck [bar ] LH Normal-, Schirm-, Flachschirm-, Decken-, versenkte, verdeckte oder Seitenwandsprinkler 57 0,7 OH 80 0,35 HHP und HHS Dach- oder Deckenschutz Normal- oder Schirmsprinkler 80, 115 (oder 160) 0,5 HHS Regalsprinkler in hohen Lagern Normal-, Schirm- oder Flachschirmsprinkler 80 115 2 1 <?page no="243"?> 229 Sprinkler erzeugen Löschwasser-Tropfenspektren die durch geeignete Ausführung des Sprühtellers, gegen den der ausströmende Wasserfluss prallt, und durch Wahl des Betriebsdruckes (dieser bestimmt die Austrittsgeschwindigkeit des Wasserstromes) beeinflusst werden können. Im Normalfall sind mittlere Tropfendurchmesser von ca. 0,4 bis 1,5 mm üblich. Bei sogenannten CMSA-Sprinklern und ESFR- Sprinklern (siehe Punkt 6.4.7.6.4) sind die Tropfenspektren zu mittleren Durchmessern von ca. 2 mm bis 4 mm optimiert um schwere Tropfen und damit hohe Sinkgeschwindigkeiten und ein gesteigertes Eindringvermögen in aufsteigende Feuerplumes (siehe Kapitel 7) zu erreichen [6.53]. 6.4.7.6.2 Schutzfläche der Sprinkler Die Schutzfläche ist die maximal von einem einzelnen Sprinkler zu versorgende potentielle Brandfläche. Sie wird durch die Mittelsenkrechten der Verbindungslinien benachbarter Sprinkler und - soweit zutreffend - durch die räumlichen Begrenzungen gebildet. Die zulässigen Schutzflächen pro Sprinkler richten sich nach den Brandgefahrenklassen H und sind der Tabelle 6-31 zu entnehmen: Tabelle 6-31: Schutzflächen von Sprinklern Sprinklertyp Hazard H Zulässige Schutzfläche je Sprinkler [m²] Normalsprinkler und Schirmsprinkler LH OH HHP HHS 21 12 9 9 Seitenwandsprinkler 1) LH OH 17 9 1) Zur Anordnung von Seitenwandsprinklern in Abhängigkeit von der Raumbreite und -länge sind weitere Randbedingungen zu beachten (Tabelle 20 in DIN EN 12845) 6.4.7.6.3 Reaktionsgeschwindigkeit der Sprinkler Bei der Auswahl von Sprinklern ist noch die Zeit innerhalb der dieser auf einen Brand anspricht (dynamische Ansprechempfindlichkeit) bedeutsam. Wenn ein Sprinkler „träge” reagiert, kann es sein, dass bei sehr schneller Brandausbreitung die Sprinkleranlage „unterlaufen” wird (Brand bei Ford Köln, Zentrales Ersatzteillager am 20.10.77, Schaden 300 Mio. DM, [6.39], [6.40]). Zwar öffnen in diesem Fall natürlich die Sprinkler, jedoch hat der Brand bereits ein solches Ausmaß erreicht, dass die daraus resultierende Thermik die Fallgeschwindigkeit kleiner Wassertropfen in der Richtung umkehrt. Auch kann bereits im oberen Bereich der Flamme so viel Masse aus dem Sprinklertröpfchen abdampfen, dass der Rest in der Thermiksäule mit nach oben gerissen wird und somit nicht löschwirksam den eigentlichen Brandherd erreicht. <?page no="244"?> 230 Tabelle 6-32: Ansprechempfindlichkeiten und Response-Time-Index Ansprechempfindlichkeitsklasse RTI Standard ‚A‘ > 80 200 (m s) 0,5 Spezial 50 bis 80 (m s) 0,5 Schnell < 50 (m s) 0,5 Die Ansprechzeit von Sprinklern von der erstmaligen Wärmebeaufschlagung bis zum Öffnen, hängt im Wesentlichen von folgenden Faktoren ab: der Rauchgastemperatur der Rauchgasgeschwindigkeit der Temperatur des Rohrnetzes der Auslösetemperatur der Sprinkler dem Wärmeleitfaktor C der Sprinkler der dynamischen Ansprechempfindlichkeit der Sprinkler (RTI-Wert). Die zu erwartende Rauchgastemperatur und -geschwindigkeit, die den Wärmeeintrag in den Sprinkler bestimmen, können als Umgebungsfaktoren nur im Rahmen der Planung der Sprinkleranlage abgeschätzt werden. Die Temperatur des Rohrnetzes wird aufgrund der höheren Wärmekapazität für lange Zeit nicht unwesentlich hinter der Raumtemperatur und der Temperatur des Sprinklers zurückbleiben, so dass das Rohrnetz für den Sprinkler als Wärmesenke wirkt und somit die Reaktionszeit des Auslöseelementes verlängert. Der Einfluss der Rohrnetztemperatur kann über den Wärmeleitfaktor C des Sprinklers minimiert werden. In der Praxis werden hierzu häufig die Übergangselemente zwischen den Auslöseelementen und dem Sprinklerkörper aus Materialien geringer Wärmeleitfähigkeit (Kunststoff) ausgeführt. Typische Werte für den Wärmeleitfaktor C sind 0,5 bei Sprinklern mit RTI-Wert bis 50 und 1 für Sprinkler mit höheren RTI-Werten. Die dynamische Ansprechempfindlichkeit oder Reaktionsgeschwindigkeit der Sprinkler wird durch den sog. „RTI-Wert” (Response Time Index, z. T. auch “Trägheitsindex” genannt) gekennzeichnet und die Sprinkler danach in Ansprechempfindlichkeitsklassen eingeteilt. Der RTI-Wert entspricht einer Zeitkonstanten der Erwärmung des Auslöseelementes bei einer Geschwindigkeit der vorbeiströmenden Brandgase von 1 m/ s (siehe hierzu DIN EN 12259-1, sowie [6.54] und [6.55]). Je kleiner der RTI-Wert, desto empfindlicher und damit schneller reagiert der Sprinkler (Den Rechnungsgang zur Ermittlung der Wämeleitfaktoren C und RTI-Werte von Sprinklern aus den relevanten Temperaturen enthält Anhang 14.8) Eine Darstellung der für einen Musterbrand berechneten Reaktionszeiten für Sprinkler mit unterschiedlichen RTI-Werten zeigt Abbildung 6-16. Es wird deutlich, dass die Reaktionszeit einer Sprinkleranlage durch geeignete Wahl der Auslöselemente der Sprinkler um 1 bis 2 Minuten verkürzt werden kann. Aus diesem Grund legt <?page no="245"?> 231 DIN EN 12845 die Anforderungen an einzusetzende Sprinkler gemäß Tabelle 6-33 fest. Abbildung 6-15: Response-Time-Index als Zeitkonstante (schematisch) Abbildung 6-16: Reaktionszeit von Sprinklern mit unterschiedlichen RTI-Werten im Musterbrand bei sonst gleichen Bedingungen (schematisch; die Auslösung erfolgt jeweils am Schnittpunkt der RTI-Kurve mit der Ansprechtemperatur, d. h. für den RTI-Wert 25 nach ca. 230 Sekunden) Temperaturentwicklung und Ansprechzeit für Sprinkler mit verschiedenen RTI-Werten im Musterbrand 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Zeit [s] Temperatur Gastemperatur [oC] Ansprechtemperatur [oC] RTI 100 RTI 200 RTI 50 RTI 25 <?page no="246"?> 232 Tabelle 6-33: Einsatz von Sprinklern unterschiedlicher Ansprechempfindlichkeit Ansprechempfindlichkeit Regalsprinkler Deckensprinkler über Regalsprinklern Trockenanlagen vorgesteuert alle anderen Anwen dungen Standard ‚A’ nicht zulässig zulässig zulässig zulässig Spezial nicht zulässig zulässig zulässig zulässig Schnell zulässig zulässig nicht zulässig zulässig Die Deckensprinkler müssen die gleiche oder eine trägere Ansprechempfindlichkeit als die Zwischenebenensprinkler haben 6.4.7.6.4 Sprinklertypen und Sprinklerbezeichnungen Es gibt heute eine nahezu unübersehbare Vielfalt von Sprinklern und dementsprechend sehr viele unterschiedliche Bezeichnungen für Sprinkler je nach Einbaulage Wasserlieferung Sprühbild Tropfenspektrum Löschmodus speziellen Anwendungszweck Zudem werden die verwendeten Bezeichnungen nicht einheitlich angewendet und gelegentlich miteinander kombiniert. Im Folgenden wird eine denkbare Systematisierung üblicher Bezeichnungen vorgenommen. A. Klassifizierung auf Grund derEinbaulage Deckensprinkler Die Decke des Schutzbereiches ist die häufigste Einbauort für Sprinkler. Dies bedingt allerdings eine Mindest-Raumhöhe, so das ausreichend Freiraum für Personen und Lagerung sowie die Ausbildung des beabsichtigten Sprühbildes verfügbar ist. Deckensprinkler werden als stehende und hängende Sprinkler ausgeführt (Sprinklerkopf oberhalb bzw. unterhalb der Rohrleitung). Seitenwandsprinkler Seitenwandsprinkler werden eingesetzt, wenn die Raumhöhe den Einbau von Deckensprinklern nicht ermöglicht (vorwiegend in Aufenthaltsräumen) <?page no="247"?> 233 Regalsprinkler Wenn in einem Lager eine ausreichende Wasserbeaufschlagung des Lagergutes durch Deckensprinkler allein nicht sicher gestellt werden kann (beispielsweise bei Lagerarten St5 und St6 und/ oder bei Lagerung von Waren mit schneller Brandausbreitung und wasserabweisender Verpackung) Verdeckte Sprinkler Verdeckte Sprinkler sind hängende Sprinkler, die im inaktiven Zustand vollständig oberhalb der Decke angeordnet und durch eine Sprinklerkappe abgedeckt sind. Sie werden eingesetzt, wenn aus gestalterischen Gründen der Sprinkler nicht offen eingebaut werden kann. Bei Erwärmung fällt zunächst die Kappe herunter (i. d. R bei 57 o C), danach fährt der Sprinklerkopf durch den Wasserdruck unter die Decke und löst bei Erreichen der Auslösetemperatur normal aus. B. Klassifizierung auf Grund des Sprühbildes Das erforderliche räumliche Sprühbild von Sprinklern ist nach den örtlichen Gegebenheiten der speziellen Anwendung festzulegen: Normalsprinkler Normalsprinkler können sowohl in hängender als auch stehender Montage eingesetzt werden. Normalsprinkler haben eine annähernd kugelförmige Wasserverteilung (Abbildung 6-15). Damit erreicht ein Teil des Wassers (30% bis 40%) auch die Decke. Daher eignen sich Normalsprinkler auch für den Einbau unter brennbaren Decken. Die Schutzfläche bei Normalsprinklern beträgt 9 m², sie kann bei LH und OH-Risiken bis auf 21 m² erhöht werden (Tabelle 6-31). Schirmsprinkler Schirmsprinkler haben eine zum Boden gerichtete paraboloidförmige Wasserverteilung (Abbildung 6-17). Sie werden für hängenden und stehenden Einbau angeboten. Die Schutzfläche entspricht der von Normalsprinklern. Flachschirmsprinkler Flachschirmsprinkler haben eine flachere paraboloidförmige Wasserverteilung (Abbildung 6-17). Sie werden ebenfalls für hängenden und stehenden Einbau angeboten. Ein Teil des Wassers darf auch die Decke erreichen. Flachschirmsprinkler werden überwiegend für Regalschutz, Hohlraumschutz und zum Schutz von Rasterdecken eingesetzt. Eine besonders sorgfältige Anpassung an den jeweiligen Einsatzzweck ist erforderlich. Seitenwandsprinkler Seitenwandsprinkler weisen eine zum Boden gerichtete einseitigparaboloidförmige Wasserverteilung auf (Abbildung 6-17). Sie kommen dann <?page no="248"?> 234 zum Einsatz, wenn die Raumhöhe den Einbau von Schirmsprinklern nicht erlaubt. Es werden Seitenwandsprinkler für stehende und hängende Montage angeboten. Die maximal zulässige Raumbreite beträgt bei Installation von Sprinklern auf beiden Wänden 7,5 m, die zulässige maximale Schutzfläche 17 m². Seitenwandsprinkler sind in HHP und HHS (bzw. BG 4 nach VdS) nicht zulässig. Normalsprinkler Schirmsprinkler Flachschirmsprinkler Seitenwandsprinkler Abbildung 6-17: Sprühbilder verschiedener Sprinkler - schematisch Horizontale Seitenwandsprinkler Speziell für den Personenschutz in Krankenhäusern, Alten- und Pflegeheimen wurden horizontale Seitenwandsprinkler mit vergrößerter Wurfweite entwickelt. Die besondere Konstruktion dieser Sprinkler gestattet eine nachträgliche Installation bei geringem baulichen Aufwand. Dieser Sprinklertyp wird - da er in erster Linie als Personenschutzsprinkler konzipiert ist - stets mit Auslöseelementen der Ansprechempfindlichkeitsklasse ”Schnell” ausgestattet. Anmerkung: Wenngleich jede Sprinkleranlage auch den Personenschutz verbessert, erscheint das Konzept eines „Personenschutzsprinklers“ wegen der gerade bei Schwelbränden erheblichen Rauchentwicklung (Punkt 1.3) nicht unproblematisch. Zwar enthält Anhang F zu DIN EN 12845 Anforderungen an Sprinkleranlagen die vorrangig dem Personenschutz dienen, diese beziehen sich jedoch in ersten Linie auf die Größe, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Reaktionsgeschwindigkeit der Anlage. C. Klassifizierung nach Löschmodus (Tropfenspektrum und Wasserlieferung) Kontrollmodus Sprinkler Kontrollmodus Sprinkler (Control-Mode Density Area Sprinkler oder CMDA- Sprinkler) sind Sprinkler deren Leistungsfähigkeit auf Brandkontrole ausgelegt ist. Sie liefern daher eine bestimmte Wasserbeaufschlagung und verhindern eine Brandausbreitung durch Vornässung der Umgebung des unmittelbaren Brandherdes. Eine Brandlöschung ist nicht primäres Ziel dieser Sprinkler, wenngleich dies nicht selten erreicht wird. Sprinkleranlagen nach DIN EN 12845 bzw. VdS CEA 4001 sind für die Brandkontrolle ausgelegt. Kontrollmodus Sprinkler werden mit k-Faktoren von 80 bis 160 und Drucken von ca. 0,5 bar bis 2 bar betrieben. <?page no="249"?> 235 Unterdrückungsmodus Sprinkler Unterdrückungsmodus Sprinkler (Suppression Sprinkler) sollen primär einen Brand (im Wesentlichen) Ablöschen. Dazu ist eine höhere Wasserbeaufschlagung erforderlich. Derartige Sprinkler werden daher mit k-Faktoren von 160 bis 360 betrieben (dies bedingt größere Querschnitte). Großtropfensprinkler Das Tröpfchenspektrum von Großtropfensprinklern wird zu großen Tröpfchendurchmessern (ca. 2 mm bis 4 mm) - und damit „schweren“ Wassertröpfchen - optimiert. Damit kann ein relativ großer Prozentsatz des Löschwassers den Brandherd direkt erreichen. Großtropfensprinkler sind regelmäßig erforderlich, wenn die Brandunterdrückung das Schutzziel ist, werden jedoch auch im Kontrollmodus eingesetzt, wenn bei spezifischem Brandgut eine starke Thermik erwartet wird (Control-Mode Specific Application (CMSA) Sprinkler) ESFR-Sprinkler Für Spezialanwendungen in Lagergebäuden, bei denen einerseits hohe Stapelhöhen (bis 14 m) anzutreffen sind, andererseits nur eine Deckensprinklerung möglich ist, wurde in den USA der ESFR-Sprinkler entwickelt (Early Suppression Fast Response Sprinkler). Dieser ist seit einigen Jahren auch für den Einsatz in Deutschland zugelassen [6.55]. ESFR-Sprinkler sind Großtropfensprinkler. ESFR-Sprinkler müssen mit einem k-Faktor von 140 bis 360 betrieben werden. Damit erreichen sie Wasserstromraten von 300 bis 450 l pro Minute bei Drucken von 2 bar bis 4 bar.. Darüber hinaus weisen ESFR-Sprinkler einen sehr niedrigen RTI von < 30 (m s) 0,5 auf, um sicherzustellen, dass bei Ansprechen des Sprinklers noch keine starke Brandthermik vorhanden ist. Hinweis: Die Auslegung und der Einbau von Sprinkleranlagen mit ESFR- Sprinklern unterscheidet sich aufgrund sehr geringer zulässiger Fehlertoleranzen erheblich von den Planungsgrundsätzen bei Standard-Sprinkleranlagen. ESFR-Sprinkler können bei ungünstigen Planungsansätzen und Abweichungen, die für Standart- Sprinkleranlagen allgemeine Praxis sind, versagen. DIN EN 12845 und VdS CEA 4001 enthalten daher besondere Regeln für ESFR- Sprinkleranlagen in speziellen Anhängen. D. Klassifizierung nach speziellem Anwendungszweck Sicherheits-Doppelsprinkler (Pre-action Sprinkler) Sicherheits-Doppelsprinkler sind Sprinkler, bei welchen zwei Sprinklerköpfe aktiviert werden müssen, damit Löschwasser versprüht wird. Sie werden dort eingesetzt, wo Wasserschäden nicht toleriert werden können. Der erste ausgelöste Sprinklerkopf eines Sicherheits-Doppelsprinklers aktiviert zunächst ein Alarmsignal und erst, wenn auch der zweite Sprinklerkopf auslöst wird der Wasserfluss freigegeben. <?page no="250"?> 236 Elektrisch aktivierte Sprinkler In elektrisch aktivierten Sprinklern wird um das Glasfaß ein Heizelement geschoben, das - gesteuert über eine Brandmeldeanlage - das Glasfass aufheizen und so sehr schnell zum Platzen bringen kann. Dies bedingt die Verknüpfung jedes Sprinklerkopfes mit einer elektrischen Stromversorgung und die Ansteuerbarkeit über die Brandmeldeanlage, die dadurch gewissermaßen Teil der Sprinkleranlage wird. Weiter können bei Fortschreiten des Brandes gezielt Sprinkler aktiviert und so der Brand schnell begrenzt werden (die entsprechende Brandfall-Steuermatrix - Punkt 5.8.7- muss dies natürlich leisten). Auch der Sprinklerschutz von Öffnungen des Brandraumes kann so gezielt vorbeugend aktiviert werden. Die technische Ausführung und die Anwendungsparameter solcher Sprinkler werden derzeit diskutiert Tanklevskiy et. al. [6.56], ISO NP 6182-15 [6.57]. 6.4.7.7 Anordnung der Sprinkler Bei der Anordnung von Sprinklerköpfen sind die folgenden Abstände einzuhalten, um ein einwandfreies Sprühbild wie in Abbildung 6-17 gezeigt zu erreichen, damit die Schutzfläche sicher und gleichmäßig mit Wasser zu beaufschlagen und insbesondere ein gegenseitiges Besprühen das u. U. die Auslösung benachbarter Sprinkler verhindern könnte zu vermeiden: Freiräume unterhalb der Sprühteller mindestens für LH und OH: Flachschirmsprinkler 0,3 m alle anderen Sprinklertypen 0,5 m bei abgehängter offener Decke (mind. 70% offen) 0,8 m für HHP und HHS: 1,0 m Sprinkler zu Sprinkler: > 2,0 m Ausnahme: Gegenseitiges Besprühen sicher verhindert, Regalsprinkler in Zwischenebenen zu Wänden und Trennwänden der geringste der Werte: 2,0 m für normale Anordnung (Abbildung 6-18) 2,3 m für versetzte Anordnung (Abbildung 6-18) 1,5 m bei offenen Deckenunterzügen oder sichtbaren Sparren 1,5 m von offenen Fassaden bei Gebäuden ohne feste Außenwände 1,5 m bei brennbaren Außenwänden 1,5 m bei Außenwänden aus Metall, auch mit brennbarer Verkleidung oder Isolationsmaterial Die Anordnung der Sprinkler kann entsprechend in Normalanordnung oder versetzter Anordnung erfolgen. Dabei sind die Maximalen Abstände von Sprinklern gemäß Tabelle 6-34 einzuhalten (für Seitenwandsprinkler gelten ähnliche Abstandsregeln). <?page no="251"?> 237 Der Maximalabstand von Sprinklern (Sprühteller) von der Unterseite von Decken darf betragen: bei brennbaren Decken 0,3 m bei nichtbrennbaren Decken oder Dächern 0,45 m. Diese Maximalabstände sollen möglichst nicht ausgenutzt werden, bevorzugt sind Abstände um 7,5 bis 15 cm. Abbildung 6-18: Anordnung von Sprinklern nach DIN EN 12845 und DIN 14489: links Normalanordnung, rechts Versetzte Anordnung Der horizontale Abstand von Trägern und Balken zu den Sprinklern muss mindestens 0,2 m betragen. In allen Fällen sind die Abstände aus Tabelle 6-34 und Abbildung 6-19 einzuhalten. Die Maximale Schutzfläche der Sprinkler darf in keinem Fall überschritten werden (dies kann im Einzelfall auch geringere Sprinklerabstände als in Tabelle 6-34 aufgeführt zur Folge haben). Tabelle 6-34: Sprinklerabstände nach DIN EN 12845 Kursiv: Abweichende Abstände nach VdS CEA 4001 Brandgefahrenklasse Maximale Schutzfläche je Sprinkler [m²] Maximale Abstände in Abbildung 6-16 Normale Sprinkleranordnung Versetzte Sprinkleranordnung S [m] D [m] S [m] D [m] LH 21,0 4,6 4,6 4,6 (6,1) 4,6 (6,1) OH 12,0 4,0 4,0 4,6 (5,0) 4,0 (5,0) HHP und HHS 9,0 3,7 (3,75) 3,7 (3,75) 3,7 (4,4) 3,7 (4,4) <?page no="252"?> 238 Abbildung 6-19: Abstände von Sprinklern zu Unterzügen nach DIN EN 12485 DIN EN 12845 enthält darüber hinaus weitere detaillierte Ausführungen zur Anordnung von Sprinklern zu Unterzügen und Feldern in Dachstühlen an Säulen zu Plattformen, Leitungskanälen usw. zu Rolltreppen und Treppenräumen zu vertikalen Schächten und Rutschen zu Hindernissen an Decken in abgehängten offenen Decken zu Zwischenebenen-Sprinklern in HH-Risiken <?page no="253"?> 239 6.4.7.8 Sprinklerzentrale Räume zur Unterbringung von Sprinklerzentralen - d. h. der Pumpen und Alarmventile, ggf. Vorratsbehälter und des zugehörigen Rohrnetzes, der Ventile und sonstigen Armaturen sowie der Steuerung - müssen die folgenden Anforderungen erfüllen: dürfen nicht zu Lager- oder Produktionszwecken genutzt werden, innerhalb eines gesprinklerten Bereiches mindestens F 30 A abgetrennt sein, sie müssen innerhalb eines nicht gesprinklerten Gebäudeteiles mindestens F 90 A abgetrennt sein, über eine ausreichende Be- und Entlüftung verfügen, eine Raumtemperatur zwischen + 4 °C und + 40 °C aufweisen, bei Dieselaggregaten im gleichen Raum ist Sprinklerschutz der Sprinklerzentrale erforderlich, die Raumtemperatur darf dann nicht unter 10 °C absinken, die Tür zur Sprinklerzentrale muss jederzeit zugänglich sein und sollte sich möglichst in einer Außenwand befinden, bei Unterbringung der Sprinklerzentrale im eigenen Gebäude muss dies aus nichtbrennbaren Baustoffen bestehen. Die wesentlichen Einrichtungen der Sprinklerzentrale sind zu überwachen. Abweichungen vom Ruhezustand der Sprinkleranlage, die auf ein Feuer hinweisen können, wie Durchflussmeldung im Pumpenraum laufende Sprinklerpumpen Durchfluss von Wasser in einer Sprinklergruppe oder -zone sind als Feueralarm auszuweisen und an eine ständig besetzte Stelle weiterzuleiten (in der Regel sollte dies die Feuerwehr sein). Technische Störungen, die die Funktion der Sprinkleranlage im Einsatzfall beeinträchtigen könnten, wie z. B.: Ausfall der Stromversorgung, Niederdruck im Druckbehälter, in Trocken- oder vorgesteuerten Anlagen Wassermangel im Zwischenbehälter, zu niedrige Temperatur im Pumpenraum etc. sind als Störungsmeldungen an eine ständig besetzte Stelle (z. B. den betrieblichen Wartungsdienst) weiterzuleiten. Es sind schnellstmöglich Maßnahmen einzuleiten, um die Auswirkungen solcher Störungen auf die Funktionsfähigkeit der Sprinkleranlage zu minimieren. <?page no="254"?> 240 6.4.7.9 Rohrnetz der Sprinkleranlage Das Rohrnetz einer Sprinkleranlage ist grundsätzlich vollständig hydraulisch zu berechnen. Die EN 12845 enthält detaillierte Vorschriften über Rohrdurchmesser, Druckverhältnisse, Reibungswiderstände und Anordnung der Sprinkler in Abhängigkeit von der Brandgefahrenklasse. Bei so genannten vorberechneten Anlagen kann ein Teil der benötigten Auslegungsdaten der Norm entnommen werden. Anlagen mit Regalsprinklern und solche mit vermaschten Rohrnetzen oder Ringleitungskonfigurationen sind jedoch immer vollständig hydraulisch zu berechnen. Bei der hydraulischen Berechnung sind alle Rohrdurchmesser rechnerisch für die erforderlichen Volumenströme (bei Fließgeschwindigkeiten die überall unter 10 m/ s liegen müssen) zu bemessen. Dabei sind Druckverluste infolge Reibung mit Hilfe der sog. Hazen-Williams-Formel zu bestimmen (DIN EN 12845 Punkt 13, physikalisch technische Grundlagen z. B. bei Titus [6.56]), die notwendigen Eingangsdaten wie Rohrrauhigkeiten, äquivalente Längen von Formstücken, Ventilen etc. sind der Norm zu entnehmen (ein anerkanntes Berechnungsprogramm kann beim VdS bezogen werden). Rohrleitungen sollen aus Stahl oder - nach dem Alarmventil von Nassanlagen - aus Kupfer festgelegter Mindestwandstärken bestehen. In Nassanlagen dürfen unter festgelegten Bedingungen auch Kunststoff- und Verbundrohrsysteme eingesetzt werden. Derartige Rohrsysteme dürfen jedoch nicht offen verlegt sein, sondern müssen für mindestens 30 Minuten gegen Brandeinwirkung geschützt sein. Ist eine Relativbewegung zwischen verschiedenen Abschnitten des Rohrsystems zu erwarten z. B. bei Dehnungsfugen oder zur Versorgung freistehender Regalanlagen), dürfen flexible Verbindungen (Edelstahlschläuche) eingesetzt werden, die mindestens auf den 4-fachen Betriebsdruck der Sprinkleranlage ausgelegt sind. Sind Kompensatoren erforderlich, müssen diese aus Edelstahlbalgen bestehen. Schläuche und Kompensatoren müssen gegen äußere Einflüsse geschützt eingebaut werden. Rohrleitungen für Sprinkleranlagen sind so zu führen und zu befestigen, dass sie den zu erwartenden Beanspruchungen im Brandfall standhalten. Insbesondere müssen die Halterungen für Rohrleitungen so bemessen sein, dass bei extremen Belastungen, z.B. durch Gegenstände, die auf die Rohrleitungen fallen könnten, die Funktion der Sprinkleranlage nicht gefährdet werden kann. DIN EN 12845 legt die Abstände von Halterungen generell auf 4 m (Stahlrohre) bzw. 2 m (Kupferrohre) fest und gibt in Tabelle 40 die Mindesttragfähigkeit in Abhängigkeit vom Rohrdurchmesser vor. Bei Erwärmung von +20 °C auf +200 °C darf die Festigkeit der verwendeten Materialien nicht mehr als 25 % abnehmen. Brennbare Materialien dürfen nicht verwendet werden. <?page no="255"?> 241 6.4.8 Sprinkleranlagen mit Schaummittel Sprinkleranlagen können zum Löschen von brennbaren Flüssigkeiten nur eingesetzt werden, wenn die Zumischung von filmbildenden Schaummitteln zum Wasser erfolgt. Ausgenutzt wird die Eigenschaft der AFFF-Schaummittel (Aquaous Film Forming Foam - Anhang 2) auf der Oberfläche von brennbaren Flüssigkeiten einen dampfdichten, wässerigen Film auszubilden, so dass die Zufuhr neuen Brennstoffes aus Flüssigkeitslachen gestoppt und der Luftsauerstoff abgeschirmt wird. Daher ist auch nur eine geringe Verschäumung erforderlich, um den zusätzlichen Stickeffekt zu erreichen, so dass diese Anlagen keine Schaumlöschanlagen sind (diese werden unter Punkt 6.6 dargestellt). Die Zumischung von filmbildenden Schaummitteln ist gemäß DIN EN 12485 bei Lagerung brennbarer Flüssigkeiten erforderlich, Hinweise zur Auslegung enthält die Norm nicht. VdS CEA 4001 [6.45] gibt in Anhang M Regeln für Sprinkleranlagen mit Schaummittelzusatz bei Nassanlagen, Trockenanlagen und Trockenschnellanlagen. Bei herkömmlichen Sprinkleranlagen für die Bekämpfung von Feststoffbränden kann die Löschwirkung durch die Zugabe von Schaummittel erhöht werden [6.55]. Ausgenutzt wird hier die Eigenschaft des Schaummittels, die Oberflächenspannung des Wassers zu verringern. Das Schaummittel wirkt dann als Netzmittel, das Löschwasser kann besser in komplexes Brandgut eindringen. Nassanlagen müssen ständig mit einem Wasser-Schaummittel-Gemisch gefüllt sein (Premix). Dieses Gemisch ist deutlich aggressiver als Wasser. Daher sind besondere Anforderungen an die Werkstoffe der Anlage festgelegt. Bei Trockenanlagen darf die Zeit zwischen Auslösen der Sprinkler und dem Austreten des Löschmittels höchstens 30 Sekunden betragen, damit die Zeit für die Ausdehnung des Feuers so kurz wie möglich ist. Für die Schaummittelpumpen, deren Energieversorgung etc. gelten analoge Regelungen wie für die Wasserpumpen. Der Schaummittelvorrat muss so bemessen werden, dass die Anlage für mindestens 30 Minuten betrieben werden kann. Sehr detaillierte Ausführungen zu Sprinkleranlagen mit Schaummittel findet man in der amerikanischen Vorschrift NFPA 16 [6.60], die mit Zustimmung der Aufsichtsbehörden für die Bemessung von Anlagen mit speziellen Risiken, für die deutsche oder europäische Regeln nicht existieren, herangezogen werden kann. 6.4.9 Sprinkleranlagen mit Feinsprühtechnik Seit Mitte der 90er Jahre werden Sprinkleranlagen in Richtung der so genannten Feinsprühtechnik weiterentwickelt. Ziel ist es, eine auf konventioneller Sprinklertechnik beruhende Alternative zu Wassernebel-Löschanlagen (Punkt 6.5.2) zu schaffen. Da diese Anlagen aus konventionellen Sprinklern mit Glasfassverschuss und bei <?page no="256"?> 242 Niederdruck mittlere Tropfengrößen von unter 1 mm Durchmesser einsetzen, könnten sie auch als Feinsprühbzw. Wassernebel-Löschanlagen eingestuft werden (Punkt 6.5.2). Im Vergleich zu Wassernebel-Löschanlagen weisen Sprinkleranlagen in Feinsprühtechnik die folgenden wirtschaftlich vorteilhaften Merkmale auf: keine Edelstahlkomponenten zwingend erforderlich Niederdruckkomponenten bis ca. 16 bar Nenndruck Verwendung normaler Wasserqualitäten ohne Einsatz besonderer Feinfilter Gegenüber Sprinkleranlagen in konventioneller Ausführung haben solche mit Feinsprühtechnik folgende Vorteile: geringerer Löschwasserverbrauch, daher geringere Pumpenleistung und geringere Rohrdurchmesser kleinere Sprinklerzentralen bzw. geringer dimensionierte Wasserversorgungen. Durch Sprinkleranlagen in Feinsprühtechnik werden heute (2018) überwiegend folgende Risiken abgedeckt (vergl. auch Punkt 6.4.7.1): LH-Risiken OH1-Risiken (ohne Produktionsrisiken) OH2-Risiken (derzeit nur Parkhäuser und Tiefgaragen) Räume zur Lagerung brennbarer Flüssigkeiten. Zu beachten ist, dass derartige Anlagen als Sonderanlagen jeweils zugelassen werden müssen. Typische Auslegungskennwerte für bereits ausgeführte Sprinkleranlagen in Feinsprühtechnik sind (nach [6.61]): Löschintensitäten ab ca. 2,0 mm/ m² min k-Faktoren der Löschdüsen 3,5 bis 15 Drucke 6,0 bar bis 17,2 bar Schutzfläche je Düse 4,0 m²; 9,0 m²; 12.0 m² bis 16 m² Abstand der Düsen von Hindernissen ≥ 0,3 m bis ≤ 0,6 m (im Einzelfall bis 1,0 m) Abstand der Düsen untereinander 1,2 m; 1,5 m bis 2.0 m Anlagentypen Nass und Trocken in Anlehnung an VdS CEA 4001 Tropfengrößen Dv50 225 μm bis 430 μm je nach Düsentyp bisher zugelassene Raumhöhen 2,0 m; 2,5 m; 2,7 m; 5,0 m bis 7,5 m <?page no="257"?> 243 6.4.10 Beispiel für die Bemessung einer Sprinkleranlage Für die Lagerhalle einer Kartonagenfabrik (Abbildung 6-20) sind die wichtigsten Parameter der Sprinkleranlage überschlägig zu bemessen. Abbildung 6-20: Bemessung von Sprinkleranlagen - Übungsbeispiel Als Ergebnisse werden ermittelt: Brandgefahrenklasse ist HHS Lagerart ist ST 4 (Paletten-Regallager) Zwischenebenensprinkler sind nicht erforderlich Lagerkategorie ist III erforderliche Wasserbeaufschlagung ist 30 mm/ min Wirkfläche ist 300 m² erforderlicher Volumenstrom ist 9 m³/ min es werden Sprinkler mit K = 115 erforderlich die bei 5,5 bar zu betreiben sind es sind 340 Sprinkler erforderlich erforderlicher Druck an den Alarmventilstationen ist 6,62 bar (Druckverlust durch Reibung auf 0,2 bar gesetzt) die Betriebszeit ist 90 Minuten der Zwischenbehälter muss wenigstens 513 m³ nutzbaren Inhalt haben Sprinklerebene 6,0 m 7,35 m 1,85 m Länge 60 m Breite 45 m, Firsthöhe der Sheds 11 m Abmessungen: Lagergut: Papier und Kartonnagen, Fertigprodukte aller Art 3 m 1. Wasserversorgung: 2100 l/ min 2. Wasserversorgung: 1200 l/ min <?page no="258"?> 244 bei einem Pumpenwirkungsgrad von 65 % ist eine Antriebsleistung von 153 kW erforderlich der erforderliche Dieselvorrat ist 222 l. 6.4.11 Sprinkleranlagen und RWA Sprinkleranlagen nach DIN EN 12845 [6.43] sind in erster Linie für den Sachschutz ausgelegt. Für den Personenschutz, um der Feuerwehr ein schnelles Auffinden von Brandstellen in großen und/ oder unübersichtlichen Gebäuden zu ermöglichen, sowie für den Schutz der baulichen Konstruktion durch Wärmeabzug sind ggf. Rauch- und Wärmeabzugsanlagen erforderlich (Kapitel 7). Untersuchungen mit Hilfe von Brandsimulationsrechnungen und Versuche im Realmaßstab haben nachgewiesen, dass auch bei Sprinkleranlagen zusätzlich eine RWA mit mindestens ca. 0,5% Abzugsfläche erforderlich ist, um den Personenschutz zu gewährleisten. Wenn Sprinkleranlagen und RWA sowie deren Auslösungen korrekt aufeinander abgestimmt sind, d. h. die Sprinkler sicher innerhalb der Heißgasschicht liegen, ergeben sich die folgenden Erkenntnisse: die Zeit bis zum Ansprechen des ersten Sprinklers wird durch RWA nicht wesentlich beeinflusst (ca. +/ - 10 %); eine Ablenkung des vertikalen Heißgasstromes (Plume) und ein damit verbundenes Falschauslösen von Sprinklern findet nicht statt; die Anzahl der geöffneten Sprinkler ist mit offenen RWA deutlich geringer. Weitere Hinweise zur Wechselwirkung, insbesondere zur Abstimmung der Auslösungen von Wasserlöschanlagen und RWA enthält Punkt 7.8. <?page no="259"?> 245 6.4.12 Selbsttätige Löschhilfeanlagen Selbsttätige Löschhilfeanlagen (SL-Anlagen) sind ortsfeste Anlagen mit automatisch öffnenden Löschdüsen (Sprinklern), bei denen der Löschmittelvorrat der Anlage nur ausreicht, um die Zeit bis zum Beginn des Löscheinsatzes der Feuerwehr am Brandort zu überbrücken (ca. 15 Minuten). Eine sofortige automatische Alarmierung der Feuerwehr ist daher obligatorisch. Das technische Regelwerk zu SL-Anlagen ist in Anhang SL zu VdS CEA 4001 [6.45] enthalten. Die Ausbreitung des Brandes wird durch zwar verzögert, die Anlagen müssen jedoch nicht alle Anforderungen erfüllen, die an Wasserlöschanlagen (z. B. Sprinkleranlagen, Punkt 6.4.7) gestellt werden. SL- Anlagen sind daher Anlagen mit begrenzter Verfügbarkeit und geringerem Schutzwert als Sprinkleranlagen. Sie sollen in Klein- und Mittelbetrieben die Brandschäden reduzieren (Böke [6.62]) und können ggf. zu vollwertigen Sprinkleranlagen ausgebaut werden. Hinsichtlich der technischen Ausführung der Löschdüsen, Leitungen, Alarmventile etc. sind SL-Anlagen weitgehend identisch mit Sprinkleranlagen, eine Erweiterung zu Sprinkleranlagen nach VdS CEA 4001 ist i. a. möglich. Die Risiken, bis zu welchen der Einsatz von SL-Anlagen möglich ist, dürfen keine höhere Wasserbeaufschlagung als 10 mm/ min erfordern. Bei Trockenanlagen darf die Zeit bis zum Wasseraustritt am Sprinkler 30 Sekunden nicht überschreiten. 6.4.13 Sprinkleranlagen für Wohnbereiche Für Wohnbereiche, insbesondere für Wohnbereiche in kleineren Gebäuden, wie Ein- und Zweifamilienhäuser, Wohnhäuser bis 4 Obergeschosse, Wohn-, und Seniorenheime etc., sind Sprinkleranlagen bislang in Deutschland nicht üblich. Der Nutzen solcher Anlagen ist auf der Grundlage von Erfahrungen aus den USA gegeben. Auf Initiative einzelner Nationen wird daher wird derzeit (2018) das Normungsvorhaben E DIN EN 16925 [6.63] für Wohnraumsprinkleranlagen betrieben. Ziel ist die technische Beschreibung von Sprinkleranlagen für alle typischen Wohnraumnutzungen, die die dort vorhandenen Risiken beherrschen können und dennoch preiswert zu erstellen sind. Hierzu wurde auch ein neuer Sprinklertyp entwickelt, um die speziellen Bedürfnisse von Wohngebäuden zu erfüllen, der s. g. „Sprinkler für den Wohnbereich“ oder „Wohnraumsprinkler“ nach DIN 12259-14 [6.64]. Dieser Sprinklertyp ist insbesondere ausgelegt, um die Überlebensfähigkeit von Personen im Brandentstehungsraum zu verbessern. Wohnraumsprinkler müssen daher unter den Bedingungen des einem Wohnungsbrand nachgebildeten Prüfbrandes u. a. die Höchsttemperatur in Kopfhöhe (1,6 m) auf maximal 93 o C und über jeweils durchgängig 2 Minuten auf 54 o C begrenzen. Die wichtigsten Anforderungen an Wohnraumsprinkleranlagen enthält Tabelle 6-35. Bemerkenswert ist insbesondere die Möglichkeit des Anschlusses von Wohnraumsprinkleranlagen an die Brauchwasserversorgung. <?page no="260"?> 246 Wohnraumsprinkleranlagen sind bis auf wenige Ausnahmen über sämtliche Wohnbereiche zu erstellen (zulässige Ausnahmen - soweit vorhanden - ähnlich wie bei Sprinkleranlagen nach DIN EN 12845 vergl. Punkt 6.4.6). Ein Beispiel für eine Wohnraumsprinkleranlage mit kombinierter Wasserversorgung zeigt Abbildung 6-21. Abbildung 6-21: Beispiel für eine Wohnraumsprinkleranlage mit kombinierter Wasserversorgung Für alle hier nicht erneut erwähnten Attribute von Wohnraum-Sprinkleranlagen (hydraulische Berechnung, Alarmventilstationen, Verfügbare Wassermenge, Rohrleitungen, Pumpen, Anordnung von Sprinkler zu Wänden und Hindernissen, etc.) gelten weitgehend die Anforderungen für Sprinkleranlagen nach DIN EN 12845. <?page no="261"?> 247 Tabelle 6-35: Wohnraumsprinkleranlagen - wichtige Anforderungen Wohnraumsprinkleranlage Typ 1 Typ2 Typ 3 Einsetzbar für Gebäudetyp 1: einzelne Wohnungen in nicht gesprinklerten Gebäuden, Ein- und Zweifamilienhäuser, Fertighäuser Gebäudetyp 2: Wohnungen in Wohnblöcken, Mehrfamilienhaus mit gemeinsam genutzten Einrichtungen, Seniorenheim, Pflegeheim 1) , Kindergarten jeweils mit nicht mehr als 4 oberirdischen Geschossen Gebäudetyp 3: wie Gebäudetyp 2 mit mehr als 4 Geschossen, Hotels bis 4 Geschosse Mindest-Wasserbeaufschlagung 3) 4) Wohnraumsprinkler: 2,1 mm/ min 2) Schnellansprechende Weitwurfsprinkler: 4,1 mm/ min 2) Anzahl Auslegungssprinkler 1-2 1-4 2- 4 Schutzfläche der Sprinkler entsprechend Herstellerspezifikation für die Sprinkler- Auslegungsschutzfläche, maximal 37 m², RTI-Wert ≤ 50 (m s) 1/ 2 Betriebsdruck der Sprinkler entsprechend Herstellerspezifikation minimal 0,5 bar, maximal 12 bar Anordnung der Sprinkler minimaler Abstand Sprinkler zu Sprinkler 2,4 m 2) außer wenn gegenseitiges Besprühen sicher verhindert, maximaler Abstand aus maximaler Schutzfläche nach Herstellerangaben Mindestbetriebszeit 10 Minuten 30 Minuten Wasserversorgung kombinierte Wasserversorgung Sprinkler/ Brauchwasser zulässig, wenn Gesamtleistung (Wasserlieferung und Druck) ausreichend und Kontinuität sicher gestellt; DIN EN 1717 [6.44] ist zur Sicherstellung der Wasserhygiene zu beachten (Punkt 4.5.1) Anlagengröße 1 Wohneinheit 2500 m² 1) jedoch keine Krankenhäuser; höchstens 10 Bewohner 2) oder nach Herstellerspezifikation falls diese höher ist 3) für begrenzte Bereiche mit höherer Brandgefahr mit Ausnahme von Wohnräumen gelten höhere Werte 4) Trockenbereiche (Abbildung 6-21) bis maximal 1,4 m² Fläche je Sprinkler zulässig <?page no="262"?> 248 6.5 Sonstige Wasser-Löschanlagen 6.5.1 Sprühwasser-Löschanlagen Sprühwasser-Löschanlagen (auch: Sprühflutanlagen) sind ähnlich aufgebaut wie Sprinkleranlagen, jedoch sind die Löschdüsen ständig offen (Abbildung 6-22), so dass bei Auslösung sofort die gesamte Wirkfläche mit Löschwasser beaufschlagt wird. Sie sind in der europäischen Technische Spezifikation DIN CEN/ TS14816 [6.66] technisch beschrieben. Anmerkung: Eine Technische Spezifikation wird auf europäischer Ebene dann veröffentlicht, wenn noch nicht ausreichend Erfahrungen mit der betreffenden Anlage für die Herausgabe einer Norm vorliegen, oder die Bewertung im Rahmen von Brandschutzkonzepten noch nicht allgemein anerkannt ist. Die Technische Spezifikation ist daher - bei gleichwertigem technischen Inhalt - rechtlich etwas unterhalb einer Norm, die als anerkannte Regel der Technik gilt, angesiedelt. Für die Bauteile von Sprühflutanlagen gelten die einschlägigen Vorschriften der Normenreihe DIN EN 12259 (Tabelle 6-10). Nachfolgend werden die Wesentlichen Anforderungen an Sprühwasser-Löschanlagen (SPA) nach DIN CEN/ TS 14816 dargestellt. Sprühwasser-Löschanlagen werden zum Schutz von Räumen und Objekten eingesetzt, bei denen hohe Brandlasten vorhanden sind, mit schneller Brandausbreitung zu rechnen, Wasser als Löschmittel anwendbar ist und wenn zur gleichen Zeit die gesamte bauliche Anlage (bzw. ein abgetrennter Bereich insgesamt) mit einer bestimmten Wassermenge beaufschlagt werden muss. Typische Anwendungsgebiete sind daher: Müllbunker und Müllverbrennungsanlagen Bühnen (MVStättV § 24 [6.42] und VStättV der Länder) Transformatoren Anlagen und Behälter mit brennbaren Flüssigkeiten Spänesilos (generell Holzverarbeitende Industrie) Spanplattenfabriken Kraftwerksanlagen Papierfabriken Hydraulikräume Feuerwerkskörperfabriken und Munitionsfabriken Kabelkanäle und Rohrtrassen Förderbänder und ähnlicher Transportanlagen <?page no="263"?> 249 Anmerkung: DIN CEN/ TS 14816 [6.66] nennt als weiteren Anwendungsbereich im informativen Anhang A den Expositionsschutz von Anlagen und Bauwerken. Dieser Anwendungsbereich wird in Deutschland bisher durch DIN 14495 [6.67] geregelt und hier in Kapitel 9 behandelt. Abbildung 6-22: Sprühwasser-Löschanlage - Schema Sprühwasser-Löschanlagen können wie Sprinkleranlagen automatisch mit Hilfe von wärmeempfindlichen Auslöseelementen (z. B. sog. Anregungssprinkler) oder angesteuert durch eine Brandmeldeanlage (vergl. Punkt 5.6.5) ausgelöst werden. Insbesondere in Versammlungsstätten (Bühnen, Berieselung der Schutzvorhänge, der Seitengassen, Hinterbühnen etc.) sind auch Handauslösungen, die die SPA insgesamt oder einzelne Anlagengruppen auslösen, üblich. Dies ist erforderlich, weil auf Bühnen häufig mit Showeffekten gearbeitet wird, die ein Abschalten der Brandmeldeanlage erfordern. Die Handauslösung wird vertretbar, da während der Betriebszeiten von (Groß-) Bühnen Feuerwehrpersonal anwesend sein muss (Brand- <?page no="264"?> 250 sicherheitswachsdienst nach Maßgabe der Brandschutzgesetze und Versammlungsstättenverordnungen, z. B. MVStättV § 25 und § 41, [6.42]). Die Zeitspanne vom Ansprechen des Anregers (BMA; Anregungssprinkler, Handauslösung) bis zum Austritt des Wassers aus den Löschdüsen darf nicht mehr als 40 Sekunden betragen. Die Mindestbetriebszeit von Sprühwasserlöschanlagen beträgt generell 30 Minuten. Die von einer Löschdüse einer Sprühflutanlage zu schützende Fläche darf in Räumen 12 m² und im Freien 9 m² nicht überschreiten. Hinweise zur erforderlichen Wasserbeaufschlagung für einige typische Anwendungsfälle sind Tabelle 6-36 und Tabelle 6-37 zu entnehmen. Tabelle 6-36: Wasserbeaufschlagung durch Sprühwasser-Löschanlagen nach DIN CEN/ TS 14816. Schutzobjekt min. Wasserbeaufschlagung 1) min. Löschzeit 1) Gruppe [l/ (m² min)] [min] Fläche [m²] Anzahl Bühnen Höhe 10 m Höhe > 10 m 5 7 (7,5) 10 (30) 10 (30) Gesamte Fläche 1 3 Spänesilos 2) Schütthöhe 3 m Schütthöhe > 3 m 5 m Schütthöhe > 5 m 7,5 (5) 10,0 12,5 30 (60) 30 (60) 30 (60) Gesamte Fläche 1 1 1 Müllbunker 3) Schütthöhe 2 m Schütthöhe > 2 m 3 m Schütthöhe > 3 m 5 m Schütthöhe > 5 m 5,0 7,5 12,5 20,0 30 (60) 30 (60) 30 (60) 30 (60) 100 bis 400 (400) -/ - -/ - -/ - -/ - Schaumstofflager Lagerhöhe 2 m Lagerhöhe > 2 m 3 m Lagerhöhe > 3 m 4 m Lagerhöhe > 4 m 5 m 10,0 15,0 22,5 30,0 30 (60) 45 (60) 60 60 ≥ 150 ≥ 150 ≥ 200 ≥ 200 -/ - -/ - -/ - -/ - 1) auch: Mindestwirkzeit, - Werte aus prCEN/ TC 14816 in Klammern 2) prCEN/ TC 14816 gibt die Werte für die Holzwirtschaft insgesamt an 3) prCEN/ TC 14816: Müllverbrennungsanlagen - Müllhalden Bei automatischer Auslösung darf die Überwachungsfläche je Überwachungselement in Räumen auf bis zu 20 m² erhöht werden, im Freien bleibt sie bei 9 m². Die automatische Auslösung kann erfolgen durch: mechanische Auslösung hydraulische Auslösung pneumatische Auslösung elektrische Auslösung <?page no="265"?> 251 eine Kombination dieser Auslösungen. Die Vornorm DIN CEN/ TS 14816 nennt zusätzlich die in Tabelle 6-37 empfohlenen Bemessungskriterien. Tabelle 6-37: Wasserbeaufschlagung durch Sprühwasser-Löschanlagen nach DIN CEN/ TS 14816. Schutzobjekt min. Wasserbeaufschlagung min. Löschzeit 1) sonstiges [l/ (m² min)] [min] Förderband 7,5 30 maximale Fläche je Sprühdüse 12 m²; automatische Aktivierung und Anhalten des Förderbandes Kabelpritschen 1) in Gebäuden 7,5 10 60 (30) 60 (30) gerichtete Düsen Flächendüsen Transformatoren, ölgekühlt 15 bis 30 60 abhängig von der Oberflächenstruktur Kohlebunker 7,5 90 maximale Fläche je Sprühdüse 9 m² Räume mit ölversorgten Anlagen (Turbinen, Hydraulik, Ölrecycling) 10 60 (30) Auslaufzeit der Turbine wenn diese > 60 Minuten ist 1): DIN CEN/ TS 14816 enthält detaillierte Randbedingungen in Abhängigkeit von Abmessungen, und Abständen der Kabelpritschen (Werte in Klammern) Für allgemeine Gefährdungen, wie z. B. Verarbeitungsanlagen mit leicht entflammbaren Flüssigkeiten in Behältern und Rohrleitungen sowie brennbare Lösungsmittel in ortsfesten oder ortsveränderlichen Behältern ist die Wasserbeaufschlagung nach DIN CEN/ TS 14816 in Abhängigkeit von: der beteiligten Substanz und des Behältertyps der Zielstellung des Schutzes (kontrollierter Brand, Expositionsschutz) der Deckenhöhe über der geschützten Oberfläche der zu erwartenden Brandfläche zu bestimmen. Für den allgemeinen Flächenschutz mit Wasser bei Bränden ausgelaufener Mineralölprodukte enthält DIN CEN/ TS 14816 sehr detaillierte Empfehlungen zur Wasserbeaufschlagung, Anordnung und Sprühwinkel der sowie Austrittsgeschwindigkeit des Löschmittels aus den Sprühdüsen. Für alle hier nicht angesprochenen Bauteile, Anschlussbedingungen und Funktionsabläufe von Sprühwasser-Löschanlagen gilt dass unter den Punkten 6.4.7.4, 6.4.7.5, 6.4.7.8 und 6.4.7.9 zu Sprinkleranlagen ausgeführte. <?page no="266"?> 252 6.5.2 Feinsprüh-Löschanlagen 6.5.2.1 Eigenschaften von Wassernebel Die bei einem Löschvorgang tatsächlich erreichte Kühlwirkung von Löschwasser hängt u. a. wesentlich von der Wasseroberfläche ab, die für den Energietransfer zur Verfügung steht (daneben beeinflussen die Verweilzeit des Löschwassers in der unmittelbaren Umgebung des Brandherdes und die vorhandene Temperaturdifferenz die in eine gegebene Löschwassermenge übertragbare Wärmeenergie). Je größer die spezifische Oberfläche des eingebrachten Wassers, desto mehr Löschwasser wird direkt verdampfen und dadurch dem Brandherd weitere Energie entziehen (Die spezifische Verdampfungswärme von Wasser beträgt 2260 kJ/ kg; erfolgt lediglich eine Erwärmung - von z. B. 10 o C auf 100 o C - kann 1 kg Wasser dem Brandherd nur rund 375 kJ Wärmeenergie entziehen). Es liegt also nahe, durch Verringerung des mittleren Tropfendurchmessers des Löschwassers die Kühl- und damit die Löschwirkung zu verbessern. Abbildung 6-23: Tropfendurchmesser und spezifische Oberfläche Die Oberfläche des Löschwassers steigt bei kleiner werdenden Tropfendurchmessern überproportional an. Grobe Wassertropfen, wie sie typischerweise von Sprinkleranlagen oder den Strahlrohren der Feuerwehr erzeugt werden (mittlere Durchmesser ca. 2 mm), löschen im Wesentlichen durch Benetzung der Oberfläche des Brandgutes (Anlage 2). Sehr feine Wassernebel (mittlere Tröfchendurchmesser ≤10 μm) löschen dagegen dreidimensional im Raum. Heute (2018) typische Wassernebel (Tröpfchendurchmesser ca. 30 μm bis 100 μm) liegen im Zwischenbereich. Daher kommt auch dem Volumenlöscheffekt schon gewisse Bedeutung zu, so dass Wassernebel gelegentlich auch als „2,5dimensionales Löschmittel“ bezeichnet wird. Spezifische Oberflläche von 1 Liter Löschwasser 0 100 200 300 400 500 0 200 400 600 800 1000 Tropfendurchmesser [Mikrometer] Oberfläche [m²] <?page no="267"?> 253 Wissenschaftliche Untersuchungen des Löschmittels Wasser in feinzerteilter Form (Wassernebel, siehe hierzu in [6.68], [6.69]und [6.70]) haben weiter gezeigt, dass auch die Reduzierung des Sauerstoffgehaltes im Brandbereich einen wesentlichen Beitrag zur Löschwirkung liefert (Stickeffekt, siehe Anhang 2). Die Abbildung 6-24 zeigt, dass die Löschung von Bränden genau dann eintritt, wenn die kritische Sauerstoffkonzentration für das jeweilige Brandgut unterschritten wird. Es ist also zu vermuten, dass es hier zur lokalen Inertisierungseffekten kommt. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Löschwirkung von Wassernebel u. a. von der Raumgröße und von der Brandleistung beeinflusst wird. Wird letztere zu klein (unterhalb ca. 1 MW) ist nur mit Wassernebel keine Löschung mehr möglich. Dies liegt vermutlich daran, dass die Wärmestrahlung und die Thermik des Brandes nicht mehr ausreichen, die notwendigen nahezu 100% Luftfeuchte zu erzeugen bzw. die wasserbeladene Luft kontinuierlich an den Brandherd zu transportieren. Abbildung 6-24: Sauerstoffkonzentration bei der Löschung mit Wassernebel (unter Berücksichtigung des Wasserdampfes, schematisiert nach [6.65]) Hinsichtlich der Raumdurchdringung verhalten sich feine Wassernebel ähnlich wie Löschgase, so dass insbesondere auch nicht zu große Hindernisse umströmt werden. Gute Löschwirkung erreicht Wassernebel bei Tröpfchenkonzentrationen von ca. 500 g/ m³ bis 600 g/ m³. Um diese löschfähige Konzentration überall im Raum erzeugen und ausreichend lange aufrechterhalten zu können, ist der Verteilung der Löschdüsen und ggf. vorhandenen Luftströmungen im Raum besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Da der Tröpfchenschwarm nur solange als Volumenlöschmittel wirken kann, wie er sich nicht auf Oberflächen absetzt, muss der Wassernebel im Löschvlumen solange ständig erneuert werden, bis Rückzündungen nicht mehr auftreten. Ein Absetzen der Tröpfchen kann auch minimiert werden, wenn die Feinsprüh- Löschanlage erst bei Temperaturen von ca. 80 o C bis 90 o C auslöst. Ein Teil der Tröpfchen wird dann sofort verdampfen, so dass der Wasserdampf als Löschgas 0 5 10 15 Löschzeit 12 Minuten Zeit [min] O 2 -Konzentration 21 % 20 % 19 % 18 % 17 % 16 % 15 % 14 % 13 % 12 % 0 5 10 15 Löschzeit 12 Minuten Zeit [min] O 2 -Konzentration 21 % 20 % 19 % 18 % 17 % 16 % 15 % 14 % 13 % 12 % <?page no="268"?> 254 wirkt. Das hierfür zur Verfügung stehende Zeitfenster ist allerdings stark von den Randbedingungen zu erwartender Brände abhängig und ggf. nur klein. Der Wasserbedarf für Feinsprüh-Löschanlagen beträgt gegenüber Sprinkleranlagen mit vergleichbarer Wirkung nur etwa 15% bis 20% bei tendenziell etwas kürzeren Löschzeiten (ca. 80%). Detaillierte Informationen hierzu enthält ein Forschungsbericht der Universität Karlsruhe (Kunkelmann [6.74]) Aufgrund möglicher heftiger Reaktionen oder der Erzeugung gefährlicher Reaktionsprodukte kann Wassernebel insbesondere bei folgenden Stoffen nicht als Löschmittel eingesetzt werden: Reaktionsfähige Metalle (Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Titan, Zirkon, Uran, Plutonium) Metallalkoxide (z. B. Natriummethoxid) Metallamide (z. B. Natriumamid) Carbide (z. B. Kalziumcarbid) Halide (z. B. Benzoylchlorid, Aluminiumchlorid) Hydride (z. B. Lithium-Aluminiumhydrid) Oxyhalide (7. B. Phosphoroxybromid) Silane (z. b. Trichlormethylsilan) Sulfide (z. B. Phosphorpentasulfid) Cyanate (z. B. Metylisocyanat) Füssiggase (LNG, LPG). 6.5.2.2 Auslegung von Feinsprüh-Löschanlagen Die Wirkung von Feinsprüh-Löschanlagen (Wassernebel-Löschanlagen) mit Tropfendurchmessern von 20 m bis 100 m beruht nach dem unter Punkt 6.5.2.1 ausgeführten auf den folgenden gegen Sprinklerbzw. Sprühwasser-Löschanlagen erhöhten bzw. neuen Effekten: Physikalische Kühlung: in der Flammenzone verdampfen kleinere Tropfen schlagartig, dadurch wird der Energiekreislauf der Verbrennung gestört (unterschreiten der Mindestverbrennungstemperatur, Anhang 5) Antikatalytischer Effekt feinster Wassertropfen: Radikale der Kettenreaktion der Verbrennung lagern sich kurzzeitig an Tröpfchen an (Wandeffekt) dadurch wird der Reaktionsablauf in der Flamme beeinträchtigt (Anhang 4). Inertisierungseffekt <?page no="269"?> 255 durch Verdünnen des Sauerstoffanteiles aufgrund des entstehenden Wasserdampfes in der Luftströmung zur Flammenreaktionszone, dadurch Reduzierung der Brandreaktion und damit der Wärmefreisetzung teilweise Blockierung der Strahlungsrückkoppelung von der Flamme zum Brandgut (vergl. auch Punkt 8.1.4) dadurch steht weniger Energie für die Aufbereitung des Brandgutes zur Verfügung (siehe Punkt 14.1.3). Die grundlegenden zu beachtenden Parameter bei der Bemessung von Wassernebel-Löschanlagen haben Böke et. al. in [6.69] sehr instruktiv dargestellt. In den USA stehen die Regeln der National Fire Protection Association (NFPA 750) zur Verfügung [6.71], weitere Hinweise zur Auslegung entnimmt man [6.70]. In Europa liegt zu den Anforderungen an Feinsprüh-Löschanlagen der Normentwurf E DIN EN 14972 vor [6.82], der auf der Basis einer älteren Technischen Spezifikation DIN CEN/ TS 14972 erstellt wurde. Ziele von Wassernebel-Löschanlagen sind demnach: die Brandkontrolle (Begrenzung der Wärmefreisetzungsrate im Wesentlichen auf den Wert zur Zeit des Auslösens der Löschanlage), und/ oder die Brandunterdrückung (Wesentliche Reduzierung der Wärmefreisetzungsrate und der Verhinderung des erneuten Anwachsens) und/ oder die Brandlöschung (vollständige Löschung auch von Schwelbränden, d. h. Reduzierung der Wärmefreisetzungsrate auf 0) Da es sich bei Wassernebel-Löschanlagen (D v0,90 des emittierten Tröpfchenspektrums bei Betriebsdruck in 1 m Abstand von der der Düse < 1 mm) um eine noch relativ neue Entwicklung handelt, liegen 2018 Prüfergebnisse im Realmaßstab nur bei Wohnbereichen (Kantinen, Restaurants und Maschinenräumen auf Seeschiffen) sowie Treppenräumen vor. Weitere Einsatzbereiche werden intensiv untersucht (siehe z. B. in [6.73], [6.74], [6.75], [6.76], [6.77], [6.78], [6.76], [6.78]). Wegen der noch nicht generell abgesicherten Erkentnissen zur Wirksamkeit von Feinsprüh- Löschanlagen, betont jedoch E DIN EN 14972, dass diese Anlagen bestimmten, derzeit noch nicht vollständig beschriebenen Referenz-Prüfungen im Realmaßstab zu unterziehen sind. In den künftigen neuen Teilen der DIN EN 14972 werden Standard-Testszenarien ausführlich beschrieben, die im Realmaßstab überprüft worden sind (bzw. sein werden) , und deren Ergebnisse auf ähnliche Anwendungsfälle übertragen werden können. Es ist beabsichtigt, folgende grundsätzlichen Prüfszenarien zu beschreiben (schematisiert und zusammengefaßt): Risiken geringer Brandgefahr (Büros, Klassenräume, Hotelzimmer) (einfach ausgestatte) Wohnungen, etc.) <?page no="270"?> 256 Risiken mittlerer Brandgefahr ohne Lagerung (aufwändig ausgestattete) Wohnungen, Krankenhäueser, Bibliotheken, Restaurants, ungenutzte Dachböden (vergleichbar LH-Risiken nach DIN EN 12845) gewerbliche Nutzungen niedrigen Risikos (vergleichbar OH-Risiken nach DIN EN 12845) horizontale Zwischendecken- und Zwischenbodenbereiche Garagen (ohne Stapelsysteme) Einkaufsbereiche (Lagerflächen 50 m²) Wohnhäuser, Mehrparteienhäuser, Wohnblöcke Die Beurteilung der Wirksamkeit von Wassernebel-Löschanlagen erfolgt relativ zur Löschwirkung einer Referenz-Sprinkleranlage, die nach DIN EN 12845 ausgeführt ist. Die Brandschäden werden unter Anlegung eines strengen Maßstabes verglichen. Die Brandschäden nach Einsatz der Wassernebel-Löschanlage müssen geringer sein, als die nach Einsatz der Referenz-Sprinkleranlage. Für Brände in Büroräumen enthielt DIN CEN/ TS 14972 in Anhang A bereits ein genau beschriebenes Referenzszenario (Abbildung 6-25), die künftigen Prüfungen werden nach diesem Muster entwickelt. Abbildung 6-25: Bürobrandlast für die Prüfung von Feinsprüh-Löschanlagen nach DIN CEN/ TS 14972 <?page no="271"?> 257 Technisch werden unter Wassernebel-Löschanlagen ausgeführt als Niederdruckanlagen (Betriebsdruck bis 12,5 bar), Mitteldruckanlagen (Betriebsdruck 12,5 bis 35 bar), Hochdruckanlagen (Betriebsdruck höher als 35 bar), [6.71] sowie als Einstoff- oder Zweistoff-Löschanlagen. Bei Zweistoff-Löschanlagen wird der Wassernebel mit Hilfe eines Hochdruckgases (bisher überwiegende Stickstoff) erzeugt das ggf. zusätzlich durch Absenkung des Sauerstoffniveaus im Brandraum zur Löschwirkung beiträgt (siehe hierzu [6.79], [6.80], [6.81]). E DIN EN 14972 unterscheidet diese Ausführungsvarianten hinsichtlich ihrer Löschwirkung nicht (daher wird bei den Prüfungen der Löschwirksamkeit stets Luft als Treibgas verwendet). Soweit allerdings die verwendeten Gase den Sauerstoffgehalt im geschützten Bereich absenken, müssen auch die Sicherheitsanforderungen für Gaslöschanlagen der DIN EN 15004-1 [6.82] (siehe Punkt 6.8) erfüllt werden. Durch die Verwendung von Wassernebel wird es gegenüber Sprinkler- oder Sprühflutanlagen grundsätzlich schwieriger, das Wasser nahe genug an den Brandherd heranzubringen, da die Masse und die Fallgeschwindigkeit der Tröpfchen u. U. sehr klein werden und der Tropfenschwarm aufgrund der Brandthermik möglicherweise den Brandherd nicht erreicht [6.69]. Die Weiterentwicklung der Sprühdüsen von Wassernebel-Löschanlagen ermöglicht es heute aber, Räume mit Höhen bis zu 7,5 m lediglich durch deckenmontierte Düsen sicher mit der erforderlichen Wasserintensität zu beaufschlagen. Einige typische Parameter für die Anordnung der Düsen und zur erforderlichen Wasserbeaufschlagung von Wassernebel-Löschanlagen enthält Tabelle 6-38. Die Anordnung der Löschdüsen muss unter Beachtung der folgenden Aspekte festgelegt werden: Risikoart (OH, LH, Kabelkanäle, Zwischenböden etc.) Düsenposition relativ zur Brandlast (Abstand, Ausrichtung) Düsenposition relativ zur Decke und Ausführung der Decke Abstände zu Wänden und anderen Hindernissen (zusätzliche Düsen hinter Hindernissen und um Öffnungen) Minimaler und Maximaler Düsenabstand Düsentyp (Sprühwinkel, k-Faktor) Aufgrund der nahezu schlagartigen Löschwirksamkeit von Wassernebel- Löschanlagen für Räume relativ geringer Ausdehnung (im Einzelfall nur etwa 60 Sekunden [6.76], [6.77]) werden prinzipiell nur geringe Gesamt-Wassermengen benötigt. Für größere Räume sind die Löschzeiten allerdings vergleichbar mit den von Sprinkleranlagen (Kunkelmann [6.74]), daher empfiehlt E DIN EN 14972 die Anlagen auf minimale Löschzeiten entsprechend Tabelle 6-39 auszulegen. <?page no="272"?> 258 Tabelle 6-38: Düsenparameter und Wasserbeaufschlagung typischer Feinsprüh- Löschanlagen (nach Schremmer [6.57]) Typische Düsenleistungsparameter Parameter Niederdruck Mitteldruck Hochdruck Einstoffdüsen Zweistoffdüsen Druck [bar] 4 - 8 8 - 14 Wasser 3 - 5 Gas 3,5 - 5,5 20 - 35 80 - 150 Tropfengrößen [μm] 40 - 200 40 - 300 5 - 200 20 - 200 20 bis 150 k-Faktor 1,4 - 14 3,5 - 10 1 - 10 1 - 11 0,3 - 2,5 Sprühwinkel [ o ] 90 - 140 90 - 110 90 - 140 90 - 120 60 - 90 Volumen-Wasserbeaufschlagung für Brandlöschung [l / m³ min] Niederdruck Mitteldruck Hochdruck Einstoffdüsen Zweistoffdüsen Druck [bar] 4 - 8 12 - 14 Wasser 3 - 5 Gas 3,5 - 5,5 30 - 40 60 - 80 Brandgefahr LH 1,50 1,50 1,00 1) 1,00 0,70 Brandgefahr OH 1,50 1,50 1,00 1,00 0,70 1) Dies entspricht bei üblichen Raumhöhen von 2,5 m bis 5 m einer Wasserbeaufschlagung von 2,5 l/ m² min bis 5 l/ m² min. Damit ergibt sich über die Mindestlöschzeit von 10 Minuten eine Gesamt-Wasserbeaufschlagung von mindestens 25 l/ m² bis 50 l/ m² Tabelle 6-39: Minimale Löschzeiten von Feinsprüh-Löschanlagen nach E DIN EN 14972 Systemanforderung Löschzeit 1) 2) Brandlöschung Mindestens die zweifache Löschzeit der relevanten Prüfbrände mit der dort ermittelten Mindest-Wasserbeaufschlagung, minimal 10 Minuten, falls im Prüfbericht nichts anderes festgelegt ist Brandkontrolle und Brandunterdrückung Mindestens für eine Löschzeit von 30 Minuten bzw. 60 Minuten wie für das Risiko in DIN EN 12845 festgelegtTabelle 6-22 Seite 223) Wassernebel-Löschanlagen die im intermittierenden Löschverfahren eingesetzt werden, müssen den Löschvorgang für die obige Löschzeit wiederholen können. 2) Für netzunabhängige Wassernebel-Löschanlagen mit integriertem Löschwasservorrat sollte ein Reservesystem vorhanden sein, das für eine zweite volle Löschzeit ausgelegt ist. Die Anforderungen an die Wasserversorgung von Wassernebel-Löschanlagen sind weitgehend anlog zu denen von Sprinkleranlagen, allerdings in E DIN EN 14972 nur allgemein verbal formuliert. Zusätzlich muss das Löschwasser wegen der geringen Düsendurchmesser weitgehend frei von Schmutz und Faserstoffen sein, ggf. sind Filtersysteme erforderlich. (Trinkwasser erfüllt i. A. diese Anforderung). Auch die Anforderungen an Pumpen, Rohrleitungen, Ventile, Kontrolleinrichtungen, etc. sind - unter Berücksichtigung des höheren Druckes -analog zur DIN EN 12845. <?page no="273"?> 259 Die Energieversorgung von Wassernebel-Löschanlagen sollte so ausgeführt werden, dass die Funktion der Anlage für 24 Stunden auch bei Ausfall der Netzversorgung sichergestellt ist. Wassernebel-Löschanlagen sollen in der Regel automatisch auslösen. Als Auslöseelemente kommen mechanische, elektrische, pneumatische, hydraulische oder sprinklerartige Systeme in Betracht. Zusätzlich sind Handauslösungen vorzusehen. Nach der Aktivierung des Systems muss das Löschmedium bei automatischen Trocken- und vorgesteuerten Anlagen mit automatischen Düsen innerhalb 60 Sekunden aus der aktivierten Düse austreten, bei Anlagen mit offenen Düsen innerhalb von 30 Sekunden an allen Düsen austreten. Wassernebel-Löschanlagen eignen sich vorwiegend für folgende Schutzobjekte: Maschinenräume kleinerer und mittlerer Größe Kabelkanäle und Kabelschächte Öffnungen in Brandabschnittsbegrenzungen Gefahrstofflager bis 6 m Raumhöhe und bis 1 000 m³ Raumvolumen Räume bis 7,5 m Höhe Als Objektschutz für Gasturbinen Spanplattenpressen Werkzeugmaschinen Kunststoffverarbeitungsmaschinen Fahrzeuge (auch Fahrzeugsilos). Als Vorteile von Wassernebel-Löschanlagen können genannt werden: schneller Löscherfolg durch schnelles Absenken der Brandraumtemperatur geringer Wasserverbrauch geringe Rohrleitungsdimensionen und Gewichte hervorragender Personenschutz durch die rauchgasreinigende, kühlende und strahlungswärmeabschirmende sowie -bindende Wirkung des Wassernebels umweltfreundlichstes Löschmittel. <?page no="274"?> 260 6.6 Schaumlöschanlagen Wenn in einem Objekt mit Bränden größerer Mengen brennbaren Flüssigkeiten gerechnet werden muss, wie z. B. bei: Lagern für brennbare Flüssigkeiten und Flüssiggase (Tanklager, Regallager) Verladungs- und (größere) Abgabeanlagen für brennbare Flüssigkeiten Raffinerien Chemische Industrie Erdölgewinnungsanlagen (Off-Shore Ölbohrplattformen) (größeren) Tankschiffen Flughäfen sind in der Regel Schaumlöschanlagen erforderlich um die Risiken eines Brandfalles zu beherrschen. Daneben werden Schaumlöschanlagen in bestimmten Einzelfällen auch zur Beherrschung von Bränden der Brandklasse A eingesetzt. Generell nicht einsetzbar sind Schaumlöschanlagen, wenn der Wassergehalt des Schaumes zu gefährlichen Reaktionen führen kann (z. B. bei Natrium, Kalium und deren Legierungen, Triethylaluminuium, Phosphorpentoxid) bei brennbaren Metallen wie Aluminium und Magnesium bei unter Spannung stehende nicht isolierte elektrische Einrichtungen bei Chemikalien die Sauerstoff oder andere Oxidationsmittel freisetzen, die die Verbrennung unterstützen. Löschschaum wird durch Verschäumung eines Schaumbildner-Wassergemisches mit Luft (Luftschaum) erzeugt (Abbildung 6-26 und Abbildung 14-7 in Punkt 14.3.2). Das Schaummittel-Wassergemisch entsteht durch Zumischung von 0,3% bis 6% eines Schaumbildners zum Wasser. Der für einen festgelegten Mindestzeitraum stabile Schaum ist leichter als brennbare Flüssigkeiten (Tabelle 6-40) und schwimmt daher auf deren Oberfläche. Die charakteristische Kenngröße für Löschschaum ist die Verschäumungszahl, die die Volumenvergrößerung bei der Verschäumung angibt. Es gilt: Gleichung 6-3: VZ = (V W+S + V L )/ V W+S = 1 + V L / V W+S mit: V W+S = Volumen Wasser-Schaummittel- Gemisch [m³] oder [l] V L = Volumen Luft [m³] oder [l] Gleichung 6-4: VZ = (Q W+S + Q L )/ Q W+S = 1 + Q L / Q W+S <?page no="275"?> 261 mit: Q W+S = Volumenstrom Wasser-Schaummittel- Gemisch [m³/ s] oder [l/ min] V L = Volumen Luft [m³/ s] oder [l/ min] Abbildung 6-26 Wesentliche Bestandteile und Funktionsweise einer Aspirierenden Schaumlöschanlage am Beispiel einer Tank-Innenbeschäumung auf die Flüssigkeitsoberfläche: Der Schaum entsteht durch Einmischung von Luft am Schaumtopf, expandiert, wird mittels Gießkrümmer auf die Innenseite der Tankwandung gesprüht und gleitet daran herab und auf die Flüssigkeitsoberfläche (Surface-application). <?page no="276"?> 262 Schaumlöschanlagen werden nach Art des erzeugten Löschschaumes und Art der Schaumerzeugung eingeteilt in: Aspirierende (Luft ansaugende) Schaumlöschanlagen Schwerschaumlöschanlagen (4bis 20-fache Verschäumung) Mittelschaumlöschanlagen (21bis 200-fache Verschäumung) Leichtschaumlöschanlagen (201bis 1 000-fache Verschäumung) Druckluft-Schaumlöschanlagen (die in der Regel Schwerschaum erzeugen) Tabelle 6-40: Schaumarten Schaumart Verschäumungszahl 1) 2) Inhalt in 1 m³ Schaum ca. Masse 4) ca. Wasser Schaumbildner Luft Schwerschaum 4 bis 20 (7) 2) 141 l 1,4 l 3) 857 l 143 kg Mittelschaum 21 bis 200 (50) 20 l 0,19 l 3) 986 l 20 kg Leichtschaum über 200 (1000) 1 l 0,03 l 3) 999 l 1 kg 1) Verschäumungszahl: VZ = (V W+S + V L )/ V W+S (auch: Expansionsverhältnis) 2) in Klammern: typischerweise in der Praxis erreichter Wert 3) bei typischer Zumischung von 3% Schaummittel 4) bei Verschäumung mit typischem Wert der Verschäumungszahl Die Löschwirkung von Schaum besteht in erster Linie aus einem Ersticken der Flammen durch die Trennung von brennbarem Stoff und dem Luftsauerstoff (Anhang 2). Des Weiteren kühlt dass im Laufe der Zeit (10 Minuten bis 60 Minuten) aus dem Schaum ausfallende Wasser das Brandgut. Unterstützt wird die Trennwirkung einer Schaumschicht bei bestimmten Schaumarten durch einen Wasser- oder Polymerfilm, der sich auf der Oberfläche der brennenden Flüssigkeit ausbildet (Punkt 14.3.2,Tabelle 6-45). Zu den weiteren Eigenschaften von Löschschaum und Schaumbildner, zu Aufbringungsarten, Einsatztaktik etc. wird auf Punkt 6.6.4, den Anhang 2, auf die im folgenden zitierten Normen und auf die Literatur [6.83] bis [6.91] verwiesen. Technische Regeln für die Bemessung von Aspirierenden Schaumlöschanlagen (Abbildung 6-23) enthält die europäische Norm DIN EN 13565-2 [6.92]; Anforderungen für die Bauteile von Schaumlöschanlagen enthält DIN EN 13565-1 [6.93] Schaumlöschanlagen haben sehr spezielle Anforderungen und müssen auf den Anwendungszweck hin optimiert werden. Dabei sind eine Vielzahl Parameter, unterschiedlicher Löschmethoden, etc. zu beachten. Die wichtigsten Parameter zurAuslegung von Schaumlöschanlagen werden in Punkt 6.6.4 dargestellt, für detailliertere Bemessungsgrundlagen wird auf die Fachliteratur verwiesen. <?page no="277"?> 263 6.6.1 Schwerschaum-Löschanlagen Schwerschaumlöschanlagen dienen in erster Linie der Brandbekämpfung und dem Schutz von Tankanlagern. Des Weiteren werden sie in der Petrochemischen Industrie, in Lagern brennbarer Flüssigkeiten, Umschlageinrichtungen und auf Schiffen installiert. Brände in den genannten Einrichtungen sind zwar recht selten (siehe z. B. bei Ramsden [6.94]), jedoch wegen der leichten Entflammbarkeit und hervorragenden Brennbarkeit der Flüssigkeiten (zum Einfluss verschiedener petrochemischer Produkte und Zündquellen siehe z. bei Jones [6.95]) sowie der vorhanden bzw. sich aufgrund eines Schadensfeuers ergebenden Geometrie äußerst komplex und schwer zu beherrschen (Brunswig [6.96], [6.97], Pais [6.98], Falkenheiner [6.99], Glor [6.100], Lavergne [6.101]). Ziel von automatischen Schwerschaum-Löschanlagen ist daher, die schnellstmögliche Begrenzung der brennenden Flächen. Abbildung 6-27: Schwerschaum-Löschanlage zur Beschäumung eines Tanks und der zugehörigen Tanktasse - Schema Schwerschaum-Löschanlagen sind in DIN EN 13565-2 [6.92] genormt . Diese Norm enthält detaillierte Regeln zum Aufbau und zur empfohlenen Leistung dieser Löschanlagen in Abhängigkeit von verschiedenen Risiken, zur Anzahl der Schaumaufgabestellen und zur Art der Aufgabe), zur Schaummittelversorgung, zur Wasserversorgung und zur Energieversorgung (Punkt 6.6.4). Abbildung 6-27 zeigt einen typischen Anwendungsfall von Schwerschaum-Löschanlagen. <?page no="278"?> 264 6.6.2 Mittelschaum-Löschanlagen Mittelschaum-Löschanlagen werden hauptsächlich in Räumen eingesetzt, in denen brennbare Flüssigkeiten gelagert, umgefüllt oder verarbeitet werden. Sie sind in DIN EN 13565-2 [6.92] technisch beschrieben. Ein typisches Anwendungsbeispiel zeigt schematisiert Abbildung 6-28. In derartigen umschlossenen baulichen Anlagen ist im Vergleich zu Tanklagern nach Abbildung 6-27 davon auszugehen, dass nur relativ geringe Mengen brennbarer Flüssigkeit auf kleineren Flächen in Brand geraten können. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass Brände auch weitere u. U. gestapelte Gebinde beschädigen könnten, so dass eine höhere Schaumdecke relativ schnell aufgebaut werden sollte. Daher ist Mittelschaum hier das bevorzugt eingesetzte Löschmittel. Abbildung 6-28: Mittelschaum-Löschanlage für ein Lager brennbarer Flüssigkeiten (Verschäumung außerhalb der Düse) Mittelschaum-Löschanlagen werden auch als modifizierte Sprühflutanlagen mit Verschäumung außerhalb der Düse erstellt. Die zu erwartende Brennstofftiefe bei beschädigten Gebinden darf dann 25 mm nicht überschreiten. 6.6.3 Leichtschaum-Löschanlagen Leichtschaum-Löschanlagen eignen sich wegen der hohen erreichbaren Volumenströme des Löschschaums (je nach Anzahl der Leichtschaumgeneratoren bis zu mehrere 1000 m³/ min] in erster Linie für die schnelle vollständige Flutung großer Räume, wie Kabeltunnel, Lagerräume, Keller, Schiffsladeräumen und Flugzeughan- <?page no="279"?> 265 gars. Sein geringer Wassergehalt erzeugt keine wesentliche Kühlung, er bewirkt durch Verdrängung der Luft das Ersticken des Brandes. Er wird in erster Linie für Flüssigkeitsbrände eingesetzt, ist jedoch auch sehr wirkungsvoll bei Bränden der Brandklasse A. Neben der Brandbekämpfung wird Leichtschaum auch für die Unterdrückung des Dampfaustrittes aus Flüssigkeitsoberflächen (soweit sein Gewicht ausreicht, den Dampfdruck auszugleichen) und als Isolierbzw. Abschirmschicht gegen Wärmestrahlung. Aufgrund des geringen Schaumgewichtes (Tabelle 6-40) ist die Anwendung in Freien in der Regel nicht möglich. (In der ehemaligen DDR wurde allerdings Leichtschaum zur Schneisenbildung bei Waldbränden eingesetzt [6.83]). Leichtschaum-Löschanlagen sind in DIN EN 13565-2 [6.92] genormt. Abbildung 6-29: Leichtschaum-Löschanlage - Anwendungsbeispiel (schematisch). Der in Abbildung 6-29 gezeigte Anwendungsfall in einem Flugzeughangar war früher allein üblich und wird auch heute noch so umgesetzt (z. b. Boston Airport [6.102]). Daneben stehen heute moderne filmbildende Schäume zur Verfügung (AFFF - filmbildender Schaum, siehe Punkt 6.6.4.5 und [6.89]), die den anlagentechnischen Aufwand deutlich verringern. Diese Schäume werden als filmbildende Schwerschäume über normale automatisierte Schaumwerfer [6.83], [6.103] ausgebracht. <?page no="280"?> 266 6.6.4 Einige Auslegungsparameter für Aspirierende Schaumlöschanlagen Wie oben bereits ausgeführt, sind bei der Auslegung von Schaumlöschanlagen viele spezielle Parameter des zu schützenden Risikos zu beachten. Nachfolgend werden die wichtigsten Aspekte anhand der Empfehlungen in DIN EN 13565-2 [6.92] dargestellt. Weitere umfassende Abhandlungen findet man bei Scheffey [6.104], [6.105] und Hickey [6.106]), sehr detaillierte Auslegungsvorschriften mit vielen Konstruktions-Beispielen in NFPA 11 [6.107] sowie in [6.108]. Nicht behandelt werden die Auslegungsvorschriften für Schaumlöschanlagen für Flüssiggasbrände. 6.6.4.1 Anforderungen an Schwer- und Mittelschaumlöschanlagen Schwer- und Mittelschaum-Löschanlagen nach DIN EN 13565-2 müssen die zu schützende Fläche (Auffangraum, Flüssigkeitsoberfläche im Tank, Ringspalte von Schwimmdachtanks, Abfüllstation etc.) in einer vorbestimmten Zeit (5 Minuten bis 20 Minuten) unter Berücksichtigung des Brennstoffes des Fließverhalten des Schaumes (je höher die Verschäumung, umso schlechter das Fließverhalten) der Schaumzerstörung durch Abbrand, Entwässern, mechanische Einflüsse und Undichtigkeiten der Umfassungsbauteile des Schaumverlustes durch Windeinwirkung und Brandthermik von Hindernissen im Beschäumungsraum der Art des Objektes der Aufbringungsart löschwirksam abdecken. Die Löschwirkung einer Schaumdecke ist im Wesentlichen abhängig von der Schaumart der Art des verwendeten Schaummittels der Höhe der aufgebrachten Schaumschicht dem zu erwartenden Abbrand (Schaumzerstörung durch Flammenkontakt) Die Art des Schaumes (Tabelle 6-40) wird im Wesentlichen durch das Brandgut und die Art des Objektes bestimmt. Im Allgemeinen wird für (Flüssigkeits-)Oberflächen Schwerschaum sowie für stark gegliederte Objekte und umschlossene Räume Mittelschaum verwendet. Zur Auswahl des Schaummittels enthält der Punkt 6.6.4.5 einige Ausführungen. <?page no="281"?> 267 Die Höhe der mindestens aufzubringenden löschwirksamen Schaumschicht ist abhängig vom Dampfdruck des Brandgutes, vom Wassergehalt des Schaumes (Verschäumungszahl! ) und von der Struktur und Homogenität des Schaumes da die Schaumschicht durch ihre Masse (im Wesentlichen bestimmt durch den Wassergehalt, sieheTabelle 6-40) und den Widerstand gegen Aufreißen, d. h. das Verschieben von Schaumbläschen (im Wesentlichen bestimmt durch die Größe und Homogenität der Blasen und die kinematischen Zähigkeit des Wasser- Schaummittelgemisches) einen Gegendruck zum Dampfdruck aufbauen muss, so dass kein weiterer Brennstoff über die Schaumschicht aufsteigen kann. Als Faustregel kann für konventionell erzeugten Schaum aus aspirierenden Schaumlöschanlagen angenommen werden: erforderliche Mindestdicke der Schaumschicht bei filmbildenden Schäumen 10 cm bei nicht-filmbildenden Schäumen 20 cm. (Für Druckluft-Schaum aus stationären Löschanlagen ist nach Herstellerangaben eine Mindestdicke der Schaumschicht von nur ca. 2 cm ausreichend, Punkt 6.6.5) Abbildung 6-30: Tankbeschäumung von Innen: Sub-surface-application Um den erzeugten Schaum möglichst effektiv auf die abzulöschende oder zu schützende Oberfläche aufzubringen muss die (unvermeidliche) Schaumzerstörung durch das Aufbringen minimiert werden. Hierzu ist es wichtig, den Schaum sanft auf die brennende Oberfläche gleiten zu lassen. Hierzu stehen - abgestimmt auf den jeweiligen Anwendungsfall - unterschiedliche Aufbringungsarten zur Verfügung: <?page no="282"?> 268 von Oben auf die Oberfläche (surface-application, koventionelle Aufbringung) gegen ein Hindernis (Schaumleitblech, Tankwand, Umfassung des Auffangraumes, siehe Abbildung 6-27), so dass der Schaum aufgleitet von Unten durch die Flüssigkeit (Abbildung 6-30) (nicht mit allen Schaummitteln möglich, siehe Tabelle 6-45 und nicht bei allen Flüssigkeiten möglich) durch direktes Einleiten des Schaumes am Boden des Behälters in die Flüssigkeit und Aufschwimmen des Schaumes (sub-surface-application) durch Einleiten des Schaumes über einen Schlauch, dessen offenes Ende auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmt (semi-sub-surface-application) Zur Sicherstellung des Löscherfolges müssen Schaumlöschanlagen so viel Schaum aufbringen, dass auch unter Berücksichtigung des Abbrandes bei bereits brennenden Flüssigkeiten - der bis zu 50 % des Schaumvolumens ausmachen kann [6.96] - sich die Schaumdecke schließt und sich innerhalb von nicht mehr als 20 Minuten auf die erforderliche Schichtdicke aufbaut. Daher gibt DIN EN 13565-2 in Abhängigkeit von den zu beschäumenden Objekten Mindestaufbringraten q Sch [l/ m² min] für das aufzubringende Schaummittel-Wassergemisch vor. Gleichung 6-5: q Sch = q th * f k * f O * f H mit: q Sch = Mindest-Aufbringrate [l / m² min] q th = Nenn-Aufbringrate (4 l / m² min) f k = Faktor zur Berücksichtigung der Schaummittelklasse (Tabelle 6-43) f O = Faktor zur Berücksichtigung der Objektart (Tabelle 6-41 Tabelle 6-42) f H = Faktor zur Berücksichtigung des Düsenabstandes d in Sprühflutanlagen (1,0 für d < 5 m; 1,25 für d > 5m) Für die Nenn-Aufbringrate gilt: q th = 4 l/ min m², einige Werte für die übrigen Faktoren enthalten Tabelle 6-41 bis Tabelle 6-43, eine etwas detailliertere Erläuterung dieser Faktoren findet man bei Albert [6.109]. Die Korrekturfaktoren für die Schaummittelklasse aus Tabelle 6-43 berücksichtigen die unterschiedliche Löschleistung verschiedener Schäume. Diese wird auf der Grundlage der in den Schaummittelnormen (DIN EN 1568-1 bis DIN EN 1568-4) festgelegten Prüfungen bestimmt. I A ist die höchste und III D die niedrigste Leistungsstufe von Schaummitteln nach DIN EN 1568 (Punkt 6.6.4.5) Die Korrekturfaktoren für das Brandobjekt berücksichtigen die unterschiedliche Zeit, die aufgrund der baulichen Eigenart des Objektes bis zur vollständigen Beschäumung vergeht. Je länger diese Zeit ist, desto größer wird die Schaumzerstörung <?page no="283"?> 269 durch den an den Rändern weiterhin angreifenden Brand sein, daher wird die Aufbringrate durch den Korrekturfaktor f O entsprechend erhöht. Tabelle 6-41: Korrekturfaktoren für die Objektart bei Lachen und Auffangbereichen für brennbare Flüssigkeiten nach DIN EN 13565-2, Auszug Lachenbildung und Auffangbereiche Ortsfeste Anlagen, Beschäumung von oben Brandgefahr Anordnung / Fläche [m²] Korrekturfaktor f O Betriebsdauer [min] Schwerschaum 3) Mittelschaum 3) Schwerschaum 3) Mittelschaum 3) Lachenbrände 1) in Auffangbereichen im Freien 0,75 0,75 15 15 im Innenraum 2) 1,0 1,0 20 15 Große Brennstoffmengen 4) in Auffangbereichen im Freien < 400 1,0 1,0 20 15 > 400 und < 2000 1,0 1,0 45 30 > 2000 1,25 1,25 45 30 Produktions-, Handhabungs- und Lagerbereiche für brennbare Flüssigkeiten im Innenraum 1,5 1,5 15 15 1 ) Lachen: Brennstoffhöhe ≤ 25 mm 2) bei Lachentiefe > 25 mm besonderes Risiko! (dies ist nicht durch DIN EN 13565-2 abgedeckt, hier sind besondere Bemessungen erforderlich) 3) Schaummittel entsprechend der Brennstoffart (polar - nicht polar) 4) Große Brennstoffmengen: Brennstoffhöhe > 25 mm Tabelle 6-42: Korrekturfaktoren für die Objektart bei Tanks für brennbare Flüssigkeiten (nach DIN EN 13565-2, Auszug zusammengefasst) Vorratstanks für brennbare Flüssigkeiten 1) Ortsfeste Anlagen, Beschäumung von oben Brandgefahr Brandart Korrekturfaktor f O Betriebsdauer [min] Oben offene Schwimmdachtanks gesamter Oberflächenbereich als Festdachtank zu behandeln nur Randdichtungsbereich 3,0 20 Festdachtanks gesamter Oberflächenbereich < 45 m 1,0 60 45 m < ´<60 1,25 60 > 60 1,5 60 1) Schaummittel entsprechend der Brennstoffart (polar - nicht polar) Mit real zu erzielenden Verschäumungsfaktoren (Schwerschaum ca. 4 bis 7, Mittelschaum ca. 25 bis 35) ergeben die obigen Mindestaufbringraten flächenunabhängige Beschäumungszeiten für Auffangräume von ca. 5 Minuten bis 10 Minuten (bei mobilen Anlagen 10 Minuten bis 20 Minuten). <?page no="284"?> 270 Tabelle 6-43: Korrekturfaktoren für die Schaummittelklasse (Auszug aus DIN EN 13565-2) Löschleistungsstufe 1) Korrekturfaktor Lachen 2) f k, Lachen Korrekturfaktor große Brennstoffmengen 2) f k, grMenge Typische Schaumarten (informativ, siehe Punkt 6.6.4.5 und Anhang 2) Schwerschaum 3) nach DIN EN 1568-3 nicht polar 4) DIN EN 1568-4 polar 5) DIN EN 1568-3 nicht polar 4) DIN EN 1568-4 polar 5) I A 1,0 1,5 1,0 2.0 AFFF-AR, FFFP-AR, FFFP I B 1,0 1,5 1,1 2,25 AFFF-AR, FFFP-AR, FFFP I C 1,1 1,5 1,25 2,5 AFFF, FFFP I D 1,1 n.e. 6) - AFFF, FFFP II A 1,0 2,0 1,0 2,5 AFFF-AR, FFFP- AR, FP-AR, FP II B 1,0 2,0 1,0 2,75 AFFF-AR, FFFP- AR, FP-AR, FP II C 1,1 2,0 1,25 3,0 AFFF-AR, FFFP- AR, FP-AR, FP II D 1,1 n.e. - FP III B 1,5 n.e. - S, P III C / III D 1,75 n.e. - S 1) nach DIN EN 1568-3 bzw. DIN EN 1568-4, siehe Punkt 6.6.4.5 2) Brennstofftiefe bei Lachen ≤ 25 mm, bei großen Brennstoffmengen > 25 mmm 3) Mittelschaum (DIN EN 1568-1) muss Korrekturfaktoren f k, Lachen = 1,0 und f k,grMenge = 1,5 haben 4) zum Aufgeben auf nicht-polare Flüssigkeiten, z. B. Kohlenwasserstoffe mit weniger als 10% Anteil polarer Flüssigkeiten (z. B. Ethanol) 5) zum Aufgeben auf polare Flüssigkeiten, z. B. Alkohole, die Schäume DIN EN 1568-3 zerstören 6) nicht empfohlen, da u. U. höhere Aufbringraten und längere Beschäumungszeiten erforderlich Zu dieser reinen Beschäumungszeit kommt noch die Zeit zur Inbetriebnahme der Anlage, d. h. die Zeit bis zum Austreten von Schaum. Diese wird im Wesentlichen durch die Dimensionierung der Rohrleitungen bestimmt (die in großen Tanklagern allerdings erhebliche Längen haben können). Die Rohrleitungen sollten so ausgelegt werden, dass die folgenden Zeiten bis zum Austreten von Schaum an der entferntesten Aufgabestelle nicht überschritten werden (DIN EN 3565-2 enthält hierzu allerdings keine zeitlichen Anforderungen): in Gebäuden: 1 Minute im Freien: 3 Minuten in Tanklagern: 10 Minuten in sonstigen Objekten die im Brandsschutzkonzept festgelegte Zeit. Die Anzahl der erforderlichen Schaumaufgabeeinrichtungen ist so zu planen, dass die obigen Volumenströme erbracht und auch unter Berücksichtigung von Hindernissen, die die Schaumausbreitung beeinträchtigen, die berechnete Zeit bis zur vollständigen Beschäumung (5 Minuten bis 10 Minuten) eingehalten wird. Die Schaum- <?page no="285"?> 271 aufgabeeinrichtungen sind gleichmäßig zu verteilen, der gegenseitige Abstand soll ca. 26 m bis 30 m nicht übersteigen (oder: je ca. 450 m² zu beschäumender Fläche ist eine Aufgabeeinrichtung vorzusehen). Das zu Sprinkleranlagen hinsichtlich der Pumpen, der nergieversorgung, Rohrleitungen, Löschzentralen etc. ausgesagte (Punkte 6.4.7.4.2, 6.4.7.4.7, 6.4.7.5) gilt für die Komponenten von Schaumlöschanlagen analog. Zusätzlich zu den Schaumaufgabeeinrichtungen der Schwer- oder Mittelschaumlöschanlage empfiehlt DIN EN 13565-2 in den geschützten Risiken auch Einrichtungen für die manuelle Brandbekämpfung mit Schaum vorzusehen. Diese Einrichtungen sollen so geplant sein, dass jeder Punkt des Gefährdungsbereiches über Handrohre mit einer Durchflussrate von 200 l/ min Schaummittel-Wasser-Gemisch beauschlagt werden kann. Diese Durchflussrate muss für mindestens 30 Minuten aufrechterhalten werden können. Die Einrichtungen zur manuellen Brandbekämpfung können als eigene Löschanlagen oder als Teil der automatischen Schaumlöschanlage erstellt werden. Im letzteren Fall müssen die hierfür erforderliche Schaummittemengen zusätzlich vorhanden sein und die erforderliche Wassermenge muss zusätzlich zum Volumenstrom der Löschanlage bereitgestellt werden (Punkt 6.6.4.3). 6.6.4.2 Anforderungen an Leichtschaumlöschanlagen Leichtschaumanlagen erzeugen Schaum mit Verschäumungszahlen VZ die üblicherweise bei 500 bis 1000 liegen. Die Verschäumungszahl ist unter Berücksichtigung folgender Faktoren festzulegen: Erforderliche Feuchte (hieraus resultiert das Schaumgewicht) Stabilität bei aufsteigender Wärme (Brandthermik) Stabilität bei Windeinwirkung (Anlagen im Freien) Bei Leichtschaumanlagen ist das pro Minute erzeugte Schaumvolumen der wichtigste Auslegungsparameter. Daher gibt DIN EN 13565-2 die für verschiedene Anwendungsfälle zulässige maximale Füllzeit für Raumschutzanlagen vor. Sieht ein Brandschutzkonzept nicht die vollständige Flutung des Schutzbereiches vor, so muss die geplante Füllhöhe die Gefahrenhöhe um mindestens 3 m übersteigen. Aus dieser maximalen Füllzeit wird die erforderliche Aufbringrate für Raumschutzanlagen nach Gleichung 6-6 ermittelt. Der einströmende Leichtschaum verdrängt in der Regel Luft aus den geschützten Räumen. Daher müssen spätestens bei Aktivierung der Anlage entsprechend dimensionierte Abströmöffnungen verfügbar sein, die oberhalb der maximalen Füllhöhe liegen müssen. Sofern der Leichtschaum unter Verwendung der in dem geschützten Raum vorhanden Luft - die im Brandfall heiß und mit Brandgasen beaufschlagt ist - erzeugt werden soll, sind hierfür besonders geeignete Schaummittel zu verwenden (Inside-Air-Foam, HotFoam, Heißschaum, Smoke-Foam; [6.110], <?page no="286"?> 272 [6.111]). Sofern sich Personen in den geschützten Bereich aufhalten, sollten diese vor Auslösung der Anlage eine angemessene Evakuierungszeit zur Verfügung haben (auf Anmerkung 4 in Tabelle 6-43 wird hingewiesen! ). Elektrische Anlagen sollten vor der Flutung abgeschaltet werden. Tabelle 6-44: Empfohlene maximale Raum-Füllzeiten T für Leichtschaumanlagen nach DIN EN 13565-2 Brandgefahr Feuerwiderstandsklasse der Konstruktion F 30 F 90 brennbare Flüssigkeiten, Flammpunkt ≤ 40 o C 2 min 3 min brennbare Flüssigkeiten, Flammpunkt > 40 o C 3 min 3 min brennbare Stoffe geringer Dichte, z. B.: (geschäumte Kunststoffe und Gummi, Zellstoffrollen, Krepppapier etc.) 3 min 4 min brennbare Stoffe hoher Dichte, z. B.: (Papierrollen, Kraft- oder beschichtetes Papier - gebunden) 5 min 6 min brennbare Stoffe hoher Dichte, z. B: (z. B. Papierrollen, Kraft- oder beschichtetes Papier - nicht gebunden) 4 min 5 min Gummireifen 3 min 4 min brennbare Stoffe in Kartons, Säcken, Kunststofffässern 5 min 6 min 1. Sofern die Lagerhöhe 4,6 m übersteigt oder mit sehr schneller Brandausbreitung zu rechnen ist, sind diese Füllzeiten durch Prüfungen zu bestätigen. 2. Polare Brennstoffe sind nicht berücksichtigt, sie können höhere Aufbringraten erfordern. 3. Die Netto-Füllrate für den geschützten Bereich sollte mindestens 3 m/ min betragen. 4. Die Füllzeiten gehen von einer maximalen Verzögerung von 30 Sekunden zwischen Aktivierung der Anlage und Schaumaustritt aus. Bei längeren Zeiten sind die zulässigen maximalen Füllzeiten um die 30 Sekunden überschreitende Zeit zu verringern. Gleichung 6-6: R = V / T * CN * CL mit: R = Schaumaufbringrate [m³/ min] V = Füllvolumen [m³] T = Füllzeit nach Tabelle 6-43 [min] CN = Ausgleichsfaktor für Schaumzerstörung (Mindestwert 1,15) CL = Ausgleichsfaktor für Schaumverlust an Undichtigkeiten der Umfassungsbauteile (Mindestwert 1,2) Für Raumschutzanlagen mit Leichtschaum muss die verfügbare Wasser- und Schaummittelmenge ausreichen, um das 4-fache Füllvolumen zu erzeugen bzw. die Anlage 15 Minuten lang zu betreiben. Neben der obigen Gleichung 6-6 und Tabelle 6-44 für Raumflutung enthält DIN EN 13565-2 auch Regeln für die Anwendung von Leichtschaum auf Oberflächen. <?page no="287"?> 273 6.6.4.3 Wasserversorgung von Schaumlöschanlagen Die Wasserversorgung von Schaumlöschanlagen nach DIN EN 13565-2 errechnet sich aus der Berechnungsfläche, der Mindestaufbringrate und der erforderlichen Betriebszeit (auch Mindestwirkzeit) der Anlage gemäß Tabelle 6-41 undTabelle 6-42. Die Betriebszeit darf bei Risiken bei denen ausschließlich von Lachenbränden auszugehen ist, verringert werden, wenn die Aufbringrate erhöht wird, sie muss jedoch mindestens 70 % der festgelegten Mindest-Betriebszeit betragen. Die Wasserversorgungsanlagen müssen für die erforderlichen Volumenströme Q nach Gleichung 6-7 bzw. Gleichung 6-8, die erforderlichen Drucke (Nenndruck des Schaumerzeugers + hydrostatischer Gegendruck + Reibungsverlust in den Anlagenteilen) und für das erforderliche Mindest-Wasservolumen V min vollständig hydraulisch berechnet und ausgelegt werden. Der Wasserbedarf ist für das größte anzunehmende Brandszenario zu berechnen, dabei sind ggf. Bedarfe für zu aktivierende Kühleinrichtungen (Punkt 8.2.1.4) und manuelle Brandbekämpfung zu berücksichtigen. Da Schaum und das aus ihm freiwerdende Schaummittel-Wasser-Gemisch grundsätzlich als wassergefährdende Flüssigkeit angesehen werden müssen (Punkt 10.2.1), sind entsprechend dimensionierte Einrichtungen zur Löschwasserrückhaltung zu schaffen (Punkt 10). Der Wasserbzw. Wasser-Schaummittelbedarf errechnet sich nach folgenden Gleichungen: Gleichung 6-7 : Q S,M = q Sch * A mit: Q S,M = Volumenstrom Wasser- Schaummittelgemisch [l/ min] bei Schwer- und Mittelschaum q Sch = Mindestaufbringrate [l/ m² min] gemäß Gleichung 6-3 A = Berechnungsfläche [m²] Die Berechnungsfläche ist diejenige - nicht notwendigerweise zusammenhängende - Fläche, die mit Schaum zu beaufschlagen ist, also z. B. die Nettofläche des Auffangraumes (Gesamtfläche abzüglich Tankflächen) oder die Tankfläche. Für komplexere Anwendungsfälle (Füll- und Entleerungsstationen, Ringspalte von Schwimmdachtanks etc.) enthält DIN EN 13565-2 weitere Bestimmungen zu den anzusetzenden Berechnungsflächen. Gleichung 6-8: Q L = (R * 1000 l/ m³) / VZ mit: Q L = Volumenstrom Wasser- Schaummittelgemisch [l/ min] bei Leichtschaum R = Schaumaufbringrate [m³/ min] gemäß Gleichung 6-6 VZ = Verschäumungszahl Gleichung 6-9: V min = Q * t B * (1- Z R ) mit: V min = minimaler Volumenstrom [l/ min] <?page no="288"?> 274 Q = Q S,M gemäß Gleichung 6-10 oder Q L gemäß Gleichung 6-11 t B = Mindest-Betriebszeit = t Z in [min] Z R = Zumischrate [%] Für Überschlagsrechnungen kann in Gleichung 6-9 Z R vernachlässigt werden. Weiter ist noch die Art des für die Schaumerzeugung verfügbaren Wassers von Bedeutung. Steht nur Salzwasser zur Verfügung, so hat dies Auswirkungen auf das verwendbare Schaummittel, seine Zumischrate und die Verschäumungszahl. 6.6.4.4 Schaummittelvorrat Der vorzuhaltende Schaummittelvorrat bei Schwer- und Mittelschaumanlagen bestimmt sich nach Gleichung 6-10. Es sind mindestens 200 % des nach Gleichung 6-10 berechneten Schaummittelvorrates vorzuhalten (Damit ist auch der im Rohrnetz verbleibende Teil des Schaummittel-Wasser-Gemisches abgedeckt). Hinzu kommt der Bedarf für den Einsatz von Handrohren (200 l/ min für 30 min), wenn diese aus der Löschanlage versorgt werden. Gleichung 6-10 : V S,M = q Sch * A * t Z * Z R mit: V S,M = Schaummittelvorrat [l] Schwer- und Mittelschaummittel q Sch = Mindestaufbringrate [l/ m² min] gemäß Gleichung 6-9 A = Berechnungsfläche [m²] t Z = Zumischzeit = t B [min] aus Tabelle 6-41oder Tabelle 6-42 Z R = Zumischrate [%] Der vorzuhaltende Schaummittelvorrat für Leichtschaumanlagen sollte ausreichen, den kontinuierlichen Betrieb für mindestens 15 Minuten (t z ) sicherzustellen, oder das 4fache des geplanten Füllvolumens zu erzeugen und ist nach Gleichung 6-11 zu berechnen. Zusätzliche Schaummittelmengen sollten bereitgehalten werden, um mit Handrohren ggf. Nachlöscharbeiten durchführen zu können. Gleichung 6-11: V L = Q L * t Z * Z R mit: V L = Schaummittelvorrat [l] Leichtschaummittel Q L = Volumenstrom Wasser- Schaummittelgemisch [l/ min] gemäß Gleichung 6-6 t Z = Zumischzeit = t B ≥ 15 min [min] Z R = Zumischrate [%] <?page no="289"?> 275 6.6.4.5 Auswahl des Schaummittels Das in einer Schaumlöschanlage verwendete Schaummittel beeinflusst entscheidend die Schaumeigenschaften (Leedy[6.112]) und muss sorgfältig ausgewählt werden in Abhängigkeit von der Art des Brandgutes (Kohlenwasserstoffe, polare Flüssigkeiten wie Alkohole, Feststoffe), Art und Orientierung der zu beschäumenden Oberflächen (z. B. ist bei geneigten Flächen „klebriger Schaum“ erforderlich, damit die Schaumdecke an diesen Flächen - z. B. Kesselwagen oder Flugzeugen - einige Zeit gut haftet und nicht sofort wieder abläuft), dem verfügbaren Wasser, dem verfügbaren Füllgas (Luft, Rauch), dem spezifischen Verbrauch (erforderliche Zumischung), der Einsatztemperatur unter Aspekten der Haltbarkeit über längere Zeit (d. h. der Wirtschaftlichkeit) und relevanten Umweltschutzgesichtspunkten (Punkt 14.3.2). Anmerkung: Anders als in Schaumlöschanlagen können die bei öffentlichen Feuerwehren vorgehaltenen Schaummittel nicht auf den speziellen Anwendungszweck hin ausgewählt werden, sondern müssen universell einsetzbar sein. Die Tabelle 6-45 enthält eine Übersicht über gebräuchliche Schaummittle und deren Einsatzbereiche. Schaummittel, die in Schaumlöschanlagen nach DIN EN 13565-2 eingesetzt werden, müssen den einschlägigen Normen für Schaummittel genügen: DIN EN 1568-1 für Mittelschaum für nicht-polaren Flüssigkeiten [6.85] DIN EN 1568-2 für Leichtschaum für nicht-polaren Flüssigkeiten [6.86] DIN EN 1568-3 für Schwerschaum für nicht-polaren Flüssigkeiten [6.87] DIN EN 1568-4 für Schwerschaum für polaren Flüssigkeiten [6.88] Die Schaummittel werden in den oben genannten Normen in eine Leistungsstufe eingeordnet. Maßgebend für die Einstufung sind das Löschvermögen, d. h. die Zeit bis zum vollständigen Ablöschen eines definierten Brandes (gekennzeichnet durch die Löschleistungsstufe I bis III, I ist die höchste Leistungsstufe), und die Rückbrandfestigkeit, d. h. die Mindestzeit, während der kein erneutes dauerhaftes Aufflammen der abgelöschten Fläche erfolgt (gekennzeichnet durch die Rückbrandbeständigkeit A bis D; A ist die höchste Rückbrandbeständigkeit). Zu möglichen Umweltbelastungen durch die Anwendung von Löschschaum, insbesondere fluortensidhaltigem Löschschaum, enthält Punkt 14.3.2 weitere Ausführungen. <?page no="290"?> 276 Tabelle 6-45 Schaummittel - Eignung und Einsatzgebiete (nach [6.86]) PROTEINSCHAUMMITTEL PROTEIN- SCHAUMMITTEL P Brandklassen A + B, für Brände nicht schaumzerstörender Kohlenwasserstoffe, Feststoffbrände. Raffinerien, Tankläger, Chemische und Petrochemische Industrie, Schifffahrt Schwerschaum FLUOR-PROTEIN- SCHAUMMITTEL FP Brandklassen A + B, Brände nicht polarer Kohlenwasserstoffe, Vergaserkraftstoff mit geringen Anteilen polarer Stoffe, Feststoffbrände. Chemische und Petrochemische Industrie, Raffinerien, Tanklager, Flughäfen, Schifffahrt Schwerschaum für "Sub Surface" Beschäumung geeignet. WASSERFILM- BILDENDE PRO- TEIN- SCHAUMMITTEL AFFF AFFF-AR Brandklasse A + B Brände polarer und nichtpolarer, schaumzerstörender Kohlenwasserstoffe Feststoffbrände. Chemische und Petrochemische Industrie, Pharmazeutische Industrie, Schifffahrt Schwerschaum für "Sub Surface" Beschäumung geeignet. POLYMERFILM- BILDENDE PROTEIN- SCHAUMMITTEL FFFP FFFP-AR Brandklassen A + B Brände polarer und nicht polarer, schaumzerstörender Kohlenwasserstoffe, Feststoffbrände Chemische und Petrochemische Industrie, Pharmazeutische Industrie, Schiffahrt Schwerschaum (z. T. auch wasserfilmbildend) SYNTHETISCHE SCHAUMMITTEL MEHRBEREICHS- SCHAUMMITTEL S Brandklasse A + B; Brände nicht schaumzerstörender Kohlenwasserstoffe, Feststoffbrände Kommunale Feuerwehren Chemische und Petrochemische Industrie; Flughäfen; Schiffahrt Schwer-, Mittel- und Leichtschaum Class A-Schaum AFFF- SCHAUMMITTEL AFFF Brandklassen A + B. Brände nicht polarer Kohlenwasserstoffe, Lösemittel, Feststoffbrände Chemische und Petrochemische Industrie, Flughäfen, Offshore Anlagen Schwer- und Mittelschaum für "Sub Surface" Beschäumung und Sprinklereinsatz geeignet. ALKOHOLBE- STÄNDIGE UNIVERSAL- SCHAUMMITTEL (polymer- und wasserfilmbildend, mit Fluorkomponenten FFFP FFFP-AR Brandklassen A + B. Brände stark schaumzerstörender, polarer und nicht polarer Lösungsmittel, Feststoffbrände Pharmazeutische Industrie, Chemische und Petrochemische Industrie, Lackindustrie, Offshore Anlagen Schwer- und Mittelschaum für "Sub Surface" Beschäumung und Sprinklereinsatz geeignet. <?page no="291"?> 277 Die Korrelation zwischen Löschleistung und Schaummittelklasse ist nicht vollkommen und eindeutig, die Tabelle 6-46 gibt hier jedoch einen orientierenden Überblick. Tabelle 6-45 enthält eine kategorisierte Zusammenstellung verschiedener für den Einsatz in Schaumlöschanlagen geeigneter Schaummittel und typische Einsatz bereiche (nach [6.90]). Tabelle 6-46: Typische Löschleistungen für verschiedene Schaummittelklassen Schaummittelklasse 1) Löschleistungsstufe Rückbrandbeständigkeit Filmbildung FFFP-AR I A ja AFFF-AR I B ja FFFP I B ja AFFF I B ja FP-AR II A nein FP II A nein P-AR III B nein P III B nein S-AR III C nein S III C nein 1) zur Bedeutung der Abkürzungen siehe Tabelle 6-45 und Punkt 14.3.2 2) AR bedeutet „alcohol resistant“ und bezeichnet Schaummittel für polare Flüssigkeiten, wie z. B. Alkohole 6.6.4.6 Beispiel für die Bemessung einer Schwerschaumlöschanlage Für den in Abbildung 6-31 dargestellten Auffangraum eines Tanklagers für Vergaserkraftstoff sind überschlägig die folgenden Auslegungsparameter einer Schaumlöschanlage für Oberflächenbeschäumung zu bestimmen. Abbildung 6-31: Tanklager - Auslegung der Schaumlöschanlage Es werden ermittelt und nach obigen Gleichungen berechnet: 70 m 120 m Durchmesser 18 m Durchmesser 30 m 70 m 120 m Durchmesser 18 m Durchmesser 30 m <?page no="292"?> 278 Schaumart: Schwerschaum geplante Verschäumungszahl: 7 geplantes Schaummittel: Fluor-Protein Klasse II C mit Zumischung: 3 % Berechnungsfläche: ≈ 5000 m² Mindest-Aufbringrate: 6,25 l/ m² min Zumischzeit: 45 Minuten Wasserbedarf: Volumenstrom Wasser-Schaummittelgemisch: = 31250 l/ min davon Volumenstrom Schaummittel: ca. 937 l/ min Wasservorrat: ≈ 1125 m³ Wasser Schaummittelbedarf = 42165 l zuzüglich 100 % Reserve Schaummittelvorrat. = 83,3 m³ Volumenstrom Schaum: 219 m³/ min Zeit für eine 20 cm dicke Schaumschicht: ca. 4,6 Minuten Ein weiteres Auslegungsbeispiel für eine Schaumlöschanlage enthält der sehr informative Artikel von Koppe [6.107]. 6.6.5 Druckluft-Schaumlöschanlagen Während aspirierende Schaumlöschanlagen die benötigte Luft durch Venturi-Effekt unmittelbar vor der Ausbringungsvorrichtung ansaugen, pressen Druckluft- Schaumlöschanlagen die Luft (in Einzelfällen auch den Stickstoff) weit vor der Auswurfeinrichtung in einer Mischkammer in das Schaummittel-Wasser-Gemisch ein (Abbildung 6-32). Hierzu muss die Luft unter mindestens dem gleichen Druck eingepresst werden, unter dem das Wasser-Schaummittelgemisch in die Mischkammer gelangt. Dieser Druck wird u. a. von der zu überwindenden Entfernung bis zur Ausbringung, dem hydrostatischen Gegendruck und dem erforderlichen Druck an der Auswurfeinrichtung bestimmt und liegt entsprechend bei ca. 5 bis 12 bar. Das Einpressen der Luft unter genau definierten Bedingungen ermöglicht es, einen sehr homogenen Schaum zu erzeugen, dessen einzelne Schaumblasen nur einige 100 Mikrometer bis 1 mm groß sind. Wesentliche Parameter für die erzeugte Schaumqualität sind das Wasser-Luft Verhältnis der Mischdruck die Eigenschaften des Schaummittels. <?page no="293"?> 279 Abbildung 6-32: Druckluft-Schaumlöschanlage schematisch nach einer Vorlage von OneSeven [6.116], der Drucklufterzeuger kann durch eine Stickstoff-Flasche(nbatterie) ersetzt werden Allgemein zugängliche Technische Regeln für stationäre Druckluft- Schaumlöschanlagen gibt es derzeit - Mitte 2018 - in Europa noch nicht. In Nordamerika werden Druckluft-Schaumlöschanlagen in NFPA 11 [6.107] allgemein beschrieben. Auch das so genannte Design-Manual eines Herstellers [6.114] gibt lediglich den Hinweis auf firmeneigene Berechnungsprogramme. Mit DIN 14430 liegt eine Norm für Druckluftschaumlöschanlagen für Feuerwehrfahrzeuge vor [6.115]. 6.6.5.1 Schaumerzeugung in Druckluft-Schaumlöschanlagen Die Erzeugung von hochwertigem Schaum in der Mischkammer ist nun technisch eine recht anspruchsvolle Aufgabe. Das Wasser-Schaummittelgemisch und die Luft haben bei Eintritt in die Mischkammer zunächst unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten. Die Ausstattung der Mischkammer mit geeigneten Störkörpern (Abbildung 6-32) ermöglicht jedoch eine (nahezu) vollständige Umwandlung der eingebrachten Medien in einen homogenen und kontinuierlichen Blasenstrom. Das Verhältnis des Wasser und Schaummittel Volumenstroms zum Luft- Volumenstrom in die Mischkammer (kurz: Wasser-Luft-Verhältnis; dies ist die der Verschäumungszahl analoge Größe, Punkt 6.6) bestimmt den Volumenstrom des beim Mischdruck erzeugten Druckluftschaumes, wie aus Gleichung 6-12 unmittelbar ersichtlich ist. <?page no="294"?> 280 Gleichung 6-12 : Q S,M = Q W+S + Q L * p / p M mit: Q S,M = Schaumvolumenstrom bei Mischdruck [l/ min] Q W+S = Volumenstrom Wasser-Schaummittelgemisch [l/ min] Q L = Luftvolumenstrom [l/ min] p = Umgebungsdruck (i. d. R. 1 bar) [bar] p M = Mischdruck [bar] Der Mischdruck ist wesentliches Kriterium für die physikalischen Eigenschaften des entstehenden Druckluftschaumes und dessen Verhalten in den Verteilerleitungen. Ein höherer Mischdruck führt bei sonst gleichen Gegebenheiten zunächst zu kleineren Schaumblasen und damit einem geringeren Schaumvolumenstrom bei Austritt aus der Mischkammer (also beim Mischdruck). Der Schaumvolumenstrom Q S,M bei Mischdruck muss über geeignet dimensionierte Leitungen transportiert werden (Punkt 6.6.5.2). Bei der Entspannung eines gegebenen Volumenstroms Druckluftschaum auf Umgebungsdruck führt ein höherer Mischdruck zum einen natürlich (Kontinuitätsgleichung) zu einem größeren Schaumvolumenstrom gemäß: Gleichung 6-13: Q S,U = Q S,M * p M / p mit: Q S,U = Schaumvolumenstrom bei Umgebungsdruck [l/ min] Q S,M = Schaumvolumenstrom bei Mischdruck [l/ min] Die Entspannung führt zum anderen jedoch auch zu größeren Schaumblasen, d. h. wichtige Eigenschaften des fertigen Schaumes, wie Löschwirksamkeit Fließfähigkeit, Haftung an Oberflächen Wasserhalbwertzeit werden ebenfalls durch den Mischdruck beeinflusst. 6.6.5.2 Förderung von Druckluft-Schaum Der fertige Druckluftschaum muss durch die an den Mischdruckregler anschließende Leitung transportiert werden. Druckluftschaum zeigt jedoch als Zwei-Phasen- Strömung eines inkompressiblen und eines kompressiblen Mediums relativ komplexes Strömungsverhalten (Grundlagen siehe z. B. bei Brauer [6.117]). Wichtige Parameter, die das Strömungsregime beeinflussen sind: <?page no="295"?> 281 der tatsächlich erreichte Grad der Vermischung der beiden Medien die Fließgeschwindigkeit die Abmessungen der Leitungen die Viskosität des Schaumes Die jeweils optimalen Werte des Wasser-Luft Verhältnisses und des Mischdruckes müssen mit relativ geringen Abweichungen eingehalten werden, um die Schaumeigenschaften in den zulässigen Toleranzen für die Förderung zu halten. Daher sind durchflussabhängig unterschiedlich große Mischkammern erforderlich. Zusätzlich ist zu beachten, dass die Dekompression des Druckluftschaumes nicht schlagartig bei Austritt in die Umgebung erfolgt, sondern bereits innerhalb der Leitungen beginnt (nach Herstellerangaben beträgt der Fließdruck unmittelbar vor der Auswurfeinrichtung - Schaumrotoren, Monitore oder Flachstrahldüsen - in der Regel nur noch 1 bar bis 2 bar [6.118]). Daher nimmt auch das durch die vorgegebenen Leitungen zu transportierende Druckluftschaumvolumen in Richtung der Auswurfeinrichtung zu. Bei konstantem Leitungsdurchmesser muss daher auch die Fließgeschwindigkeit zunehmen. Um dadurch nicht unvermeidlich Schaumblasen zu zerstören - und damit wieder die Fließ- und Löscheigenschaften des Druckluft-schaumes zu beeinflussen - muss bei der Auslegung von Druckluft-Schaumlöschanlagen das teilwese entspannte Schaumvolumen am Ende der Leitungen betrachtet werden. Die erhöhte Fließgeschwindigkeit in der Schaumleitung führt dazu, dass Druckluftschaum auch ohne besondere Gestaltung der Auswurfeinrichtung im Verhältnis zu konventionell erzeugtem Schaum hohe Wurfweiten erzielt. Der feinblasige Schaum hat gegenüber konventionell erzeugtem Schaum i. A. eine etwas reduzierte Fließfähigkeit, erfüllt jedoch die entsprechenden Anforderungen der DIN EN 1568-3 [6.87] an Schwerschaum. 6.6.5.3 Schaummittel für Druckluft-Schaumlöschanlagen Die Verwendung eines Schaummittels in Druckluft-Schaumlöschanlagen stellt dieses vor besondere Herausforderungen: das jeweilige Schaumblasenhäutchen muss die Expansion der Schaumblasen auf das 10 bis 12-fache Volumen ohne Zerstörung des Bläschens aushalten. Während mache Hersteller auch für Druckluft-Schaumlöschanlagen die Verwendung einer Vielzahl von Schaummitteln zulassen [6.114], dann aber die Zumischung des Schaumbildners auf 2% bis 6% einstellen müssen, bietet ein deutscher Hersteller ein für den Einsatz in seinen Druckluft-Schaumlöschanlagen optimierte Schaummittel an, die lediglich mit 0,3 % bis 0,6% zugemischt werden müssen [6.116]. <?page no="296"?> 282 6.6.5.4 Einige Auslegungsparameter von Druckluft- Schaumlöschanlagen Wie unter Punkt 6.6.5 bereits ausgeführt, gibt es derzeit noch keine allgemein anerkannten Regeln der Technik für Druckluft-Schaumlöschanlagen. Die folgenden Daten wurden daher aus den verfügbaren Unterlagen von Herstellern und Prüfinstituten zusammengestellt ([6.114], [6.116], [6.118] bis [6.121]). Tabelle 6-47: Einige Auslegungsparameter für Druckluft-Schaumlöschanlagen Auslegungsparameter Brennbare Flüssigkeit nicht-polar polar Löschmittelbeaufschlagung 1,63 l/ m² min 2,45 l/ m² min Zumischung 1) 0,3% (2%) 0,6% (6%) Fläche pro Löschdüse 9 m² bis 14 m² Betriebszeit 10 Minuten 1) für Spezialschaummittel (OneSeven Druckluft-Schaumlöschanlagen [6.110]) in Klammern: bestimmte handelsübliche Schaummittel [6.108] 6.6.5.5 Einsatz von Druckluft-Schaumlöschanlagen Druckluft-Schaumlöschanlagen haben folgende Vorteile gegenüber konventionellen (aspirierenden) Schaumlöschanlagen [6.118] bis [6.121]: geringere Schaumbeaufschlagung erforderlich (40% bis 50% des Volumenstroms konventioneller Anlagen [6.120]) bessere Löschwirkung dadurch geringere Löschzeit (weniger als 50% der Löschzeit einer konventionellen Anlage [6.120]; ein 11,5 MW Poolfeuer wird in weniger als 5 Minuten vollständig gelöscht, während mit aspirierender Schaumlöschanlage keine Löschung mehr gelingt [6.121]) Längere Rückzündungszeit wegen der längeren Wasserhalbwertszeit (etwa doppelt so lang wie bei konventionellen Anlagen [6.120]) hohe Austrittsenergie daher größere Wurfweite und bessere Durchdringung der aufsteigenden heißen Rauchgase stabilere Schaumdecke (Bläschengröße und Schaummittel) daher verbesserte Abbrandbeständigkeit bessere Haftfähigkeit des Schaumes an vertikalen Oberflächen geringere erforderliche Wasser- und Schaummittelmengen, daher kleinere Vorratsbehälter gute Durchfeuchtungsvermögen des Schaumes stärkere Kühlung des Brandgutes und Brandraumes <?page no="297"?> 283 Kosten geringer (da in der Regel weniger Auswurfvorrichtungen ausreichen) Druckluft-Schaumlöschanlagen werden eingesetzt, wenn Kosten- oder Umweltschutzgesichtspunkte zu einer Minimierung der erforderlichen Löschwassermenge und Schaummittelmenge veranlassen. Die Kosten für eine betriebsbereite Anlage (incl. Schaummittelvorrat und ggf. Druckgasbehälter) betragen nach Herstellerangaben je nach Anwendungsfall nur 60% bis 80% der Kosten für eine aspirierende Schwerschaumlöschanlage Druckluft-Schaumlöschanlagen sind im Einsatz zum Schutz von: Recycling Anlagen Tunnelanlagen Petrochemische Anlagen (Tanks, Tanklager, Produktionseinrichtungen, Abfülleinrichtungen, Verladeeinrichtungen) Energieerzeugungsanlagen Windkraftanlagen (z. B. so genannte Stored-Energie-Systeme [6.116]) Hangars und Heliports Schiffen, Bohrinseln, Generatoren und Maschinenräumen 6.7 Pulverlöschanlagen Pulverlöschanlagen löschen mit Löschpulver, das aufgrund seines inhibitorischen (antikatalytischen) Löscheffektes (Blockierung freier Radikale in der Flamme, vergl. Anhang 2 oder [6.125]) insbesondere für das Löschen von Flammenbränden geeignet ist. Den prinzipiellen Aufbau von Pulverlöschanlagen zeigt Abbildung 6-33. Pulverlöschanlagen sind demnach ortsfeste Großpulverlöscher (vergl. Punkt 6.1.3, insbesondereAbbildung 6-4). Bei Auslösung der Anlage wird der Treibgasbehälter geöffnet. Das Treibgas - i. A. Stickstoff - drückt das Löschpulver in kurzer Zeit (je nach Anwendungsfall ca. 20 Sekunden bis 30 Sekunden) durch die Löschdüsen, so dass eine großvolumige Pulverwolke auf den Brandherd geblasen wird. Aufgrund der relativ geringen Wurfweite des Pulvers und möglicher Windeinflüsse, die zum schnellen Abtreiben der Pulverwolke führen können, müssen die Löschdüsen nahe am potentiellen Brandherd angeordnet werden. Löschpulver hinterlassen erhebliche Verschmutzungen, daher ist der Einsatzbereich insbesondere auf Objekte oder Anlagen beschränkt, bei denen dies keine Rolle spielt oder bei denen dies in Kauf genommen werden muss, weil nur ein schlagartiges Löschen erfolgreich sein kann. Pulverlöschanlagen, für die die europäische Norm DIN EN 12416 [6.126] Auslegungsvorschriften zur erforderlichen Löschmittelmenge, Ausbringezeit des Pulvers <?page no="298"?> 284 etc. enthält, werden wegen der erforderlichen schlagartigen Löschwirkung hauptsächlich angewendet bei: Freiluftanlagen, die brennbare Flüssigkeiten oder brennbare Gase enthalten Destilliertürmen Kesselwagen-Beladungsanlagen Triebwerksbühnen und Triebwerksprüfständen Metallbädern Abfalldeponien oder Zwischenlagern für Leichtmetalle brennbaren Metalle in Kernkraftwerken (Natrium) A bbildung 6-33: Pulver-Löschanlage - Schema Pulverlöschanlagen können bei folgenden Risiken nicht verwendet werden: <?page no="299"?> 285 Brandgut, das eigene Sauerstoffquellen enthält (z. B. Zellulosenitrat) wenn die Gefahr von tiefsitzenden Bränden oder Schwelbränden besteht, die vom Löschmittel nicht erreicht werden können (z. B. Papierrollen). Die Auslösung von Pulverlöschanlagen erfolgt über Flammenmelder und von Hand. Handauslösungseinrichtungen sind in unmittelbarer Nähe von Arbeitsplätzen, von denen der Schutzbereich eingesehen werden kann, anzuordnen. Das Ausblasen des Pulvers darf wegen der schlagartigen Sichtbehinderung und der damit verbundenen Beeinträchtigung der Fluchtmöglichkeit anwesender Personen, erst mit einer auf den Einzelfall abgestimmten Verzögerung erfolgen. Löschpulveranlagen mit automatischer Pulverauslösung müssen daher mit einer Warneinrichtung ausgestattet sein, die auf das unmittelbar bevorstehende Ausblasen des Löschpulvers aufmerksam macht. Die Warnzeit ist so zu bemessen, dass eine Flucht aus dem Wirkungsbereich der Anlage möglich ist. Diese Sicherheitsanforderung kann zu Konflikten mit der erforderlichen sehr schnellen Ausbringung des Löschmittels führen, die vor dem Aufheizen von Oberflächen, an denen sich der Brennstoff erneut entzünden könnte, erfolgen muss. Der Mindest-Löschmittelvorrat von Pulverlöschanlagen nach DIN EN 12416 ist für Raumschutzanlagen (gesamter Raum wird mit Pulver beaufschlagt) entsprechend Gleichung 6-14 und für Einrichtungsschutzanlagen (Schutzbereich nicht vollständig von festen Umhüllungsbauteilen umgeben) nach Gleichung 6-15 zu berechnen. Gleichung 6-14: Q R = K 1 * V + K 2 * A S + K 3 * A L + K 4 * R V * t mit: Q R = Pulvermenge für Raumschutz [kg] V = Gesamtvolumen des Raumes [m³] (Bruttovolumen abzüglich Einbauten, in die das Pulver nicht eindringen kann) A S = Gesamtfläche der Öffnungen < 5% der Gesamtoberfläche A R des Raumes [m²] A R = Gesamtoberfläche des Raumes [m²] (Boden, Decke, Wände) A L = Gesamtfläche der Öffnungen 5 % < A R < 15% [m²] R V = Luftwechselrate [m³/ s] T = Flutungszeit [s] und: K 1 = Basis Löschmittelmenge [kg/ m³] K 2 = Zuschlagmenge [kg/ m²] für Öffnungen bis 5% von A R K 3 = Zuschlagmenge [kg/ m²] für Öffnungen über 5% von A R K 4 = Zuschlagmenge für während der Flutung nicht abgeschalteten Raumluftanlagen [kg/ m³] <?page no="300"?> 286 Gleichung 6-15: Q E = K 5 * V i mit: Q E = Pulvermenge für Einrichtungsschutz [kg] V i = Gesamtvolumen des Schutzraumes [m³] berechnet als imaginäres Volumen, das das Schutzobjekt nach allen Seiten mit einem Abstand von ≥ 1,5 m oder bis zur nächsten festen Begrenzung umhüllt K 5 = Basis-Löschmittelmenge [kg/ m³] Einrichtungsschutz Für Kohlenwasserstoffbrände sind die K-Faktoren nach Tabelle 6-48 zu verwenden. Für andere Brände dürfen die K-Faktoren bestehender gleichartiger Löschanlagen verwendet werden oder aus Brandversuchen abgeleitet werden. Tabelle 6-48: Pulverlöschanlagen: K-Faktoren für Kohlenwasserstoffbrände K-Faktor Bestimmung Pulvermenge K 1 Basismenge Raumschutz 0,65 kg/ m³ K 2 Zuschlagmenge Öffnungen 5% 2,5 kg/ m² K 3 Zuschlagmenge Öffnungen 5% bis 15% 1) 5,0 kg/ m² K 4 Zuschlagmenge Raumlüftung 0,65 kg/ m³ K 5 Basismenge Einrichtungsschutz 1,2 kg/ m³ 1) die Gesamtfläche aller Öffnungen darf 15% der Gesamtoberfläche A R nicht überschreiten Die ermittelten Pulvermengen müssen innerhalb von maximal 30 Sekunden nach Auslösung der Anlage ausgebracht werden. Abhängig von der Art des Löschpulvers, der Düsen (Wand- oder Deckendüsen) und der Schutzart (Raumschutz oder Einrichtungsschutz) sind bestimmte Mindestflutungszeiten und Durchflussraten der Düsen einzuhalten, um eine gleichmäßige Beaufschlagung des Schutzbereiches mit Löschpulver zu gewährleisten. Die Rohrleitungen sind entsprechend auszulegen. 6.8 Gaslöschanlagen Gaslöschanlagen setzen als Löschmittel bestimmte Löschgase ein, darunter ist Kohlendioxid - CO 2 - das am häufigsten verwendete. Im Einsatzfall wird der gesamte zu schützende Bereich mit einer bestimmten Auslegungskonzentration des Löschmittels geflutet, Gaslöschverfahren sind also Volumenlöschverfahren. Gaslöschanlagen werden im allgemeinen als Raumschutzanlagen konzipiert, d. h. der gesamte zuschützende Bereich (Schutzbereich) wird auf einmal mit einer bestimmten Menge des Löschgases geflutet, um die für eine Brandbekämpfung erforderliche Konzentration des Löschmittels zu erreichen. Hierzu darf der Schutzbereich keine wesentlichen Undichtigkeiten aufweisen, ggf. sind erkannte Undichtigkeiten zu beseitigen (zur Wirkung eingeplanter Druckentlastungsöffnungen siehe Punkt 6.8.4). <?page no="301"?> 287 Zum Schutze von Einrichtungen (z. B. Maschinen, siehe Punkt 6.12.1) werden Gaslöschanlagen wo immer möglich als geschlossener Einrichtungsschutz (Flutung eines durch eine Einhausung der zu schützenden Einrichtung abgeteilten Schutzbereiches) ausgeführt. Nur wo dies aufgrund der Abmessungen oder der räumlichen Struktur der Einrichtung nicht möglich ist, wird auch mit Gaslöschanlagen ein offener Einrichtungsschutz realisiert. Bei dieser Schutzart muss das in die Umgebung des Schutzbereiches abdiffundierende Löschgas kontinuierlich ersetzt werden. Nach der Löschwirkung der Löschgase können die folgenden Grundtypen von Gaslöschanlagen unterschieden werden: Gaslöschanlagen, die ausschließlich durch Ersticken löschen CO 2 -Löschanlagen Argon-Löschanlagen Stickstoff-Löschanlagen Löschanlagen, die Gemische der o. g. Gase einsetzen Gaslöschanlagen, die überwiegend durch physikalische Kühlung und Antikatalyse löschen: Löschanlagen mit dem Löschmittel FM 200 ® Löschanlagen mit dem Löschmittel Novec 1230 ® Löschanlagen mit dem Löschmittel Trigon 300 ® . Daneben sind noch eine Reihe weiterer Löschgase der zweiten Gruppe für den Einsatz zugelassen (Tabelle 6-49). Gaslöschanlagen und gasförmige Löschmittel sind technisch in der Normenreihe DIN EN 15004 beschrieben. Der Teil 1 dieser Europanorm ist bis auf geringe Abweichungen mit der ISO 14520-1 [6.127] inhaltsgleich. In DIN EN 15004-1 [6.82] werden allgemeine Anforderungen an Planung, die Installation und den Betrieb von Gaslöschanlagen dargestellt. In den übrigen Teilen der Normenreihe EN 15004 (Tabelle 6-49) werden die einzelnen Löschgase hinsichtlich ihrer physikalischen und technischen Anforderungen beschrieben, einige Daten enthält Tabelle 14-12 im Anhang 3. Ausdrücklich ausgenommen vom Geltungsbereich der EN 15004 sind CO 2 -Löschanlagen, diese sind in VdS 2093 und ISO 6183 beschrieben. Die Anforderungen an die allein für Gaslöschanlagen nach DIN EN 15004 zugelassenen Bauteile sind in der Normenreihe DIN EN 12094 [6.140] beschrieben. Gaslöschanlagen eignen sich insbesondere für den Schutz von: Räume und Anlagen mit brennbaren Flüssigkeiten (z. B. Lackherstellung, Spritzlackierereien, Druckmaschinen) Räume und Anlagen mit brennbaren Gasen <?page no="302"?> 288 Elektrische und Elektronische Einrichtungen (Computerräume, Schalträume, Telefonvermittlungen, etc.) Sonstige besonders hochwertige Güter, die durch das Löschmittel nicht beschädigt werden dürfen (alle in Löschanlagen nach DIN EN 15004 zugelassenen Löschmittel hinterlassen nach dem Verdampfen keinerlei Rückstände). Des Weiteren sind Gaslöschanlagen auch bei brennbaren festen Stoffen (Brandklasse A, siehe Tabelle 6-3 und Anhang 2) grundsätzlich einsetzbar, allerdings sind dort bei vielen Stoffen höhere löschwirksame Gaskonzentrationen und längere Einwirkzeiten erforderlich. Tabelle 6-49: Normenreihe DIN EN 15004 für Gaslöschanlagen (ohne CO 2 -Löschanlagen) Norm Stand Inhalte DIN EN 15004-1 (ISO 14520-1: 2006, modifiziert) 2016-09 Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Löschanlagen mit gasförmigen Löschmitteln - Teil 1: Planung, Installation und Instandhaltung DIN EN 15004-2 (ISO 14520-5: 2006, modifiziert) 2014-04 Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Löschanlagen mit gasförmigen Löschmitteln - Teil 2: Physikalische Eigenschaften und Anlagenauslegung für Feuerlöschmittel FK-5-1-12 DIN EN 15004-3 (ISO 14520-6: 2006, modifiziert) 2008-09 Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Löschanlagen mit gasförmigen Löschmitteln - Teil 3: Physikalische Eigenschaften und Anlagenauslegung für Feuerlöschmittel HCFC/ A DIN EN 15004-4 (ISO 14520-8: 2006, modifiziert) 2015-02 Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Löschanlagen mit gasförmigen Löschmitteln - Teil 4: Physikalische Eigenschaften und Anlagenauslegung für Feuerlöschmittel HFC 125 DIN EN 15004-5 (ISO 14520-9: 2006, modifiziert) 2008-09 Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Löschanlagen mit gasförmigen Löschmitteln - Teil 5: Physikalische Eigenschaften und Anlagenauslegung für Feuerlöschmittel HFC 227ea DIN EN 15004-6 (ISO 14520-10: 2005, modifiziert) 2008-09 Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Löschanlagen mit gasförmigen Löschmitteln - Teil 6: Physikalische Eigenschaften und Anlagenauslegung für Feuerlöschmittel HFC 23 DIN EN 15004-7 (ISO 14520-12: 2005, modifiziert) 2018-03 Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Löschanlagen mit gasförmigen Löschmitteln - Teil 7: Physikalische Eigenschaften und Anlagenauslegung für Feuerlöschmittel IG-01 DIN EN 15004-8 (ISO 14520-13: 2005, modifiziert) 20108-03 Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Löschanlagen mit gasförmigen Löschmitteln - Teil 8: Physikalische Eigenschaften und Anlagenauslegung für Feuerlöschmittel IG-100 DIN EN 15004-9 (ISO 14520-14: 2005, modifiziert) 2018-03 Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Löschanlagen mit gasförmigen Löschmitteln - Teil 9: Physikalische Eigenschaften und Anlagenauslegung für Feuerlöschmittel IG-55 DIN EN 15004-10 (ISO 14520-15: 2005, modifiziert) 2018-03 Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Löschanlagen mit gasförmigen Löschmitteln - Teil 10: Physikalische Eigenschaften und Anlagenauslegung für Feuerlöschmittel IG-541 In der Regel ungeeignet sind Gaslöschanlagen, wenn mit Bränden von sauerstoffhaltigen Materialien oder Chemikalien von Zubereitungen, die oxidierende Materialien enthalten (z. b. bei einigen organischen Peroxiden <?page no="303"?> 289 von Materialien und Chemikalien, die mit dem Löschmittel reagieren können (z. B. Alkalimetalle, Metallamine und Metalhydride, weitere Einschränkungen bei CO 2 siehe Punkt 6.8.9) gerechnet werden muss oder wenn bei Stoffen der Brandklasse A tiefsitzende Brandherde zu erwarten sind (z. B. Brände in Holz, in Papierrollen oder -ballen, in Textilenstapeln oder -ballen). Gaslöschanlagen sind weiterhin nicht einsetzbar, wenn im Schutzbereich betriebsmäßig (d. h. nicht durch einen Brand) größere Oberflächen über die thermischen Zersetzungstemperatur des Löschmittels aufgeheizt sind. 6.8.1 Anforderungen an den Schutzbereich Gaslöschanlagen müssen im gesamten Schutzbereich die Auslegungskonzentration des jeweiligen Löschmittels über eine zur Brandlöschung ausreichende Zeit aufrechterhalten. Dies wird dann möglich, wenn die Schutzbereiche räumlich abgeschlossen sind Raumschutz, geschlossener Einrichtungsschutz bei offenen Schutzbereichen (wenn eine Einhausung nicht möglich ist) solange kontinuierlich Löschgas nachströmt, bis die Feuerwehr eintrifft. Die Umfassungsbauteile des Schutzbereiches müssen also eine ausreichende Dichtigkeit aufweisen. Durch die üblicherweise vorhandenen baulichen Leckagen (Ritzen und Fugen) strömt jedoch immer in gewissem Umfang Löschgas ab. Dies muss bei der Bemessung der Löschmittel-Einsatzmenge berücksichtigt werden. Während DIN EN 15004-1 diesen Einfluss lediglich über den so genannten Sicherheitsfaktor bei der Bemessung der Auslegungskonzentration des Löschmittels abdeckt (Punkt 6.8.2), gehen die Richtlinien des VdS einen Schritt weiter. So führen VdS 2093 [6.128] in Punkt 3.1.1, VdS 2380 [6.130] und VdS 2381 [6.131] jeweils in Punkt 2.2.1 in die Berechnungsformel zur Bestimmung der Löschmittel-Einsatzmenge zusätzlich zum „Volumenfaktor“ der DIN EN 15004-1 noch einen „Oberflächenfaktor“ in die Berechnungsformel ein, durch den die vorzuhaltende Löschmittelmenge gegenüber den Anforderungen der Norm erhöht wird (hierzu enthält Punkt 14.4.2 einige Berechnungsbeispiele). Öffnungen in den Umfassungsbauteilen der Schutzbereiche von Gaslöschanlagen sind wenn immer möglich dauerhaft zu verschließen oder mit automatischen Verschlüssen zu versehen, die vor Einströmen des Löschgases schließen. Sofern eine angemessene Dichtheit des Schutzbereiches damit nicht zu erreichen ist, muss der Wirkungsbereich der Löschanlage ggf. auf die benachbarten Risiken und Räume ausgedehnt werden. Sofern dies nicht möglich ist, muss das Abströmen des Löschgases durch nichtverschließbare Öffnungen bei der Berechnung der Einsatzmenge berücksichtigt werden. Während DIN EN 15004-1 hierzu keine weiteren Hinweise <?page no="304"?> 290 enthält, führen die oben genannten VdS-Richtlinien hierzu einen „Öffnungsterm“ in die Berechnungsformeln ein (Punkt 14.4.1). Lüftungsanlagen im Schutzbereich sind bei Aktivierung der Löschanlage grundsätzlich abzuschalten und mit automatischen Klappen zu verschließen. Müssen Lüftungsanlagen aus Sicherheitsgründen in Betrieb bleiben, so sind das Volumen der Lüftungskanäle und das Fördervolumen der Lüftungsanlage (berechnet über die Haltezeit der Löschanlage, Punkt 6.8.3.2) dem Flutungsvolumen hinzu zu rechnen. (Die Richtlinien VdS 2380 und VdS 2381 setzen hier das vierfache Luftvolumen während der Haltezeit an.) Für die nicht von der DIN EN 15004-1 behandelten CO 2 -Löschanlagen ist der Berechnungsansatz für die Löschmittel-Einsatzmenge in allen diesbezüglichen technischen Regelungen ähnlich (Punkte 6.8.9 und14.4.2). Bei der Errichtung von Gaslöschanlagen ist zu prüfen, ob infolge des in den (weitgehend geschlossenen) Schutzbereich ausströmenden Druckgases für das Bauwerk gefährliche Druckerhöhungen auftreten können (übliche Bauteile können Drucken von ca. 500 Pa widerstehen, siehe hierzu bei Schlosser [6.132] bis [6.134]). Außerdem kann, wenn die Raumluft nicht in ausreichendem Maße entweichen kann, möglicherweise keine ausreichende Löschmittelkonzentration aufgebaut werden. Es sind daher definierte Druckentlastungseinrichtungen zu schaffen, deren Berechnung z. B. nach Anhang 7 der VdS 2093 [6.128] oder nach ISO 6183 erfolgen kann. Diese Druckentlastungseinrichtungen sollten folgende Anforderungen erfüllen: für jeden baulich abgetrennten Bereich der Gaslöschanlage unabhängig voneinander ausgeführt sein, möglichst ohne Fremdenergie öffnen und schließen (z. B. schwerkraftabhängig), falls Fremdenergie erforderlich ist, muss diese über die Anlage, die auch die Gaslöschanlage versorgt, bereitgestellt werden, nach Druckausgleich wieder schließen, um zu verhindern, dass Löschgas unkontrolliert abströmt, Druckentlastungsöffnungen sollten möglichst direkt ins Freie führen, sind Kanäle erforderlich, sind diese entsprechend den Anforderungen der LüAR [6.129] auszuführen, bei Auslegung sind der zulässige Überdruck, die maximalen Massenströme und der Widerstandsbeiwert(e) der Druckentlastungseinrichtung zu berücksichtigen, Druckentlastungseinrichtungen sind so anzuordnen, dass nur überschüssiges Löschgas ausströmt, Absaugsysteme sind als Druckentlastungseinrichtung nicht zulässig. <?page no="305"?> 291 6.8.2 Auslegungskonzentration von Löschgasen Wie unter Punkt 6.8 bereits ausgeführt, sind bei der Konzeption von Gaslöschanlagen die unterschiedliche Löschwirkungen und Löschwirksamkeiten der Löschgase zu berücksichtigen. Die Normen DIN EN 15004 und DIN EN ISO 14520 beschreiben in den Anhängen zum jeweiligen Teil 1 ausführlich komplexe Verfahren zur Bestimmung der Löschwirkung der verschiedenen Löschgase unter unterschiedlichen räumlichen Bedingungen für verschiedene Brandobjekte (vergl. bei Böke et. al. [6.69] ). Als Ergebnisse sind in den Löschmittelnormen die für unterschiedliches Brandgut erforderlichen Löschkonzentrationen aufgelistet. Die Löschkonzentration ist die geringste Konzentration eines Löschmittels (gemessen in Volumenprozent, Vol.%), die zum Löschen eines bestimmten Brandobjektes (Holzstoß, Kunststoffplatten, brennbare Flüssigkeit) unter genau festgelegten Versuchsbedingungen ohne Sicherheitsfaktor erforderlich ist. Aus den für Raumbrände ermittelten Löschkonzentrationen werden mit einem Sicherheitsfaktor - der in DIN EN 15004-1 zunächst generell mit 1,3 angesetzt wird - die Auslegungskonzentrationen des Löschmittels für die Brandklassen B und A berechnet, die bei der Planung von Gaslöschanlagen zu Grunde zu legen sind. Tabelle 6-50 : Auslegungskonzentrationen in Volumenprozent in Deutschland zugelassener gasförmiger Löschmittel nach DIN EN 15004, VdS 2093 [6.128], VdS 2380 [6.130] und VdS 2381 [6.131] Löschmittel Auslegungskonzentration nach DIN EN 15004 nach VdS für Brandklasse A B 1) A B 1) Holz und Kunststoff high hazard 2) n-Heptan high hazard 2) n-Heptan CO 2 3) n.v. n.v. n.v. 47,0% 34,0% Argon (IG-01) 41,9% 49,2% 51,7% 50,0% 53% Stickstoff (IG-100) 40,3% 45,2% 47,6% 45,2% 47,6% Inergen ® (IG-541) 39,9% 45,7% 48,1% 45,7% 48,1% Argonit ® (IG-55) 40,3% 45,2% 47,6% 45,7% 48,1% FM 200 7,9% 8,5% 9,0% 8,4% 8,8% Novec 1230 ® 5,3% 5,6% 5,9% 5,8% 6,1% Trigon 300 16,3% 16,3% 16,4% n.v. n.v. 1) bei einigen brennbaren Flüssigkeiten sind höhere Auslegungskonzentrationen erforderlich 2) in EN 15004 nicht näher definiert, diese Tabelle geht von Elektrischen Schalt- und Verteilräumen, Kabelböden etc. aus 3) Auslegungskonzentration für Zellulose und Kunststoffe nach VdS: 57% bis 61 % Der Sicherheitsfaktor 1,3 in EN 15004-1 für die Auslegungskonzentration des Löschmittels soll u. a. folgende Effekte berücksichtigen: <?page no="306"?> 292 Leckage durch Undichtheit des geschützten Bereiches (Punkt 6.8.1) Leckage durch Türen, die während des Löschmittelausstoßes geöffnet werden könnten Leckagen, die durch starke Expansion des Löschmittels erzeugt werden könnten die Wirkung eingeplanter Druckentlastungsflächen (Punkt 6.8.1) der Einfluss von Wechselwirkungen des Löschmittels mit dem Brand oder mit heißen Oberflächen auf die Löschmittelkonzentration die Verringerung giftiger oder korrosiver Brandfolgeprodukte. Sofern detaillierte Untersuchungen des mit einer Gaslöschanlage auszustattenden Objektes ergeben, das höhere Sicherheitsfaktoren in Ansatz zu bringen sind als 30 %, müssen diese für die Anlagenplanung zu Grunde gelegt werden. Für die in Deutschland zugelassenen gasförmigen Löschmittel enthält Tabelle 6-50 die Auslegungskonzentrationen (nach DIN EN 15004). Sie sind wegen des Sicherheitsfaktors stets höher als die Mindest-Löschkonzentration nach Tabelle 14-12 in Anhang 3. Sofern im Brandfall Bedingungen vorliegen können, die zu eine erneuten Entzündung oder zu einer Explosion führen können, muss die Gaslöschanlage nach der initialen Löschung auch dies zuverlässig verhindern. Wenn daher die Konzentration der Brennstoffdämpfe oder -gase im Schutzbereich 50% oder mehr der unteren Explosionsgrenze erreichen kann (siehe Punkt 14.2.2) und die Verflüchtigung des Brennstoffes vor dem Brand ausreicht, die untere Explosionsgrenze zu erreichen (dies kann u. a. dann auftreten, wenn die Temperatur des Brandstoffes die Flammpunkttemperatur überschreitet) oder die Löschanlage nicht schnell genug reagieren kann, bevor die Brandtemperatur die Verflüchtigung des Brennstoffes auf ein gefährliches Niveau erhöht muss die Konzentration des durch die Gaslöschanlage ausgebrachten Löschmittels die Inertisierungskonzentration des Brennstoffes zuzüglich eines Sicherheitszuschlages von 10% erreichen. Die Inertisierungskonzentration ist mittels eines in Anhang D der DIN EN 15004-1 beschriebenen Verfahrens zu bestimmen. 6.8.3 Bemessung von Gaslöschanlagen 6.8.3.1 Löschmittelmenge für Raumschutzanlagen Die Menge des in einer Gaslöschanlage bereitzustellenden Löschmittels muss ausreichen, um den größten angeschlossenen gefährdeten einzelnen Bereich mit der Auslegungskonzentration fluten zu können. Sind an einer Anlage mehrere <?page no="307"?> 293 gefährdete Bereiche angeschlossen, muss der Löschmittelvorrat für alle ggf. gleichzeitig zu flutenden Bereiche (Festlegung im Brandschutzkonzept [6.29]) ausreichen. Sofern die Risikoanalyse des Brandschutzkonzeptes dies ergibt oder die zuständige Brandschutzdienststelle dies fordert, sind Reservemengen vorzuhalten. Um die Auslegungskonzentrationen des Löschmittels zu erreichen, muss berechnet werden, wie viel Löschgas in einen bestimmten Bereich einzubringen ist, d. h. wie groß die Einsatzmenge Q E des Löschmittels ist. Neben der Auslegungskonzentration des gewählten Löschgases für die vorhandenen Brandgefahren gehen als Einflussgrößen das Volumen des Schutzbereiches (in m³), das spezifische Volumen des Löschgases (in m³/ kg) und die zu erwartende Mindesttemperatur (in o C) des Schutzbereiches gemäß Gleichung 6-16 bzw. Gleichung 6-17 in die LöschmittelEinsatzmenge ein. Als Volumen des Schutzbereiches ist nach DIN EN 15004-1 das rechnerische Volumen V R anzusetzen, d. h. das Raumvolumen abzüglich des Volumens aller Einbauten, in die das Löschgas nicht eindringen kann (auch z. B. im Inneren einer Halle gelegene gasdichte Räume u. ä.), ggf. zuzüglich der Volumina zur Berücksichtigung der Wirkung von Lüftungsanlagen, die im Flutungsfall nicht - oder nicht rechtzeitig - abgeschaltet werden können. Gleichung 6-16: für verflüssigte Gase nach DIN EN 15004-1: Q EFG = V R / S * c/ (100-c) Gleichung 6-17: für nicht verflüssigte Gase nach DIN EN 15004-1: Q EPG = V R / S * ln(100/ [100-c]) mit: Q = Einsatzmenge des Löschmittels [kg] V R = rechnerisches Volumen des [m³] Schutzbereiches = V V + V L - V G V V = Raumvolumen [m³] V Z = Lüftungsvolumen während der Flutungszeit [m³] V G = Volumen gasdichter Einbauten [m³] S = spezifisches (Dampf-)Volumen des Löschgases [m³/ kg] c = Auslegungskonzentration [Vol.%] Das spezifische Volumen S der Löschgase ist der Kehrwert der Dichte ρ des überhitzen Gases bzw. Dampfes und damit temperaturabhängig. Es wird mit Hilfe von zwei spezifischen Konstanten für jedes Löschgas, die den Normen für die Gase zu entnehmen sind, gemäß Gleichung 6-18 berechnet. Die Konstanten der zugelassenen Löschmittel sind der Tabelle 14-12 in Anhang 4 zu entnehmen. <?page no="308"?> 294 Gleichung 6-18: S = k 1 + k 2 * T mit: S = Spezifisches Volumen [m³/ kg] k 1 aus der Löschmittelnorm [m³/ kg] k 2 aus der Löschmittelnorm [m³/ kg * K] (hier in Tabelle 14-12 Seite 581) T = erwartete Mindesttemperatur des Schutzbereiches [ o C] In Deutschland sind bei der Bemessung der Löschgas-Einsatzmenge zusätzlich zur DIN EN 15004-1 die Vorschriften des Verbandes der Sachversicherer zu beachten, um die Rabattfähigkeit der Löschanlage sicherzustellen. In den technischen Regeln der VdS wird zusätzlich zur Einsatzmenge in Abhängigkeit vom Raumvolumen gemäß Gleichung 6-16 oder Gleichung 6-17 (so genannter Volumenterm in den Formeln des VdS) eine weiter Einsatzmenge in Abhängigkeit von der bewerteten Größe der Außenfläche und den tatsächlich im Einzelfall vorhandenen bewerteten Öffnungen vorgenommen („Oberflächenterm“ und „Öffnungsterm“ in den Formeln des VdS). Die Einsatzmengen nach VdS sind daher i. A. höher. Vergleichende Beispielberechnung für die Löschmittel Stickstoff, FM 200 und CO 2 enthält Punkt 14.4.2. Da die Normenreihe DIN EN 15004 für Gaslöschanlagen in ganz Europa gilt, ist davon auszugehen, dass diese Löschanlagen in ganz unterschiedlichen Höhen über dem Meeresspiegel eingesetzt werden. Der Luftdruck nimmt jedoch um mehr als 11 % auf 1000 m Höhenunterschied ab. Daher wird mit steigender Höhe des Anlagenortes der Bedarf an Löschmittel (in kg) ebenfalls abnehmen (bei Anlagen unter Meereshöhe entsprechend zunehmen). In DIN EN 15004-1 werden Korrekturfaktoren k H für die Einsatzmenge des Löschmittels angegeben. Die Korrekturfaktoren wurden auf der Basis der Barometrischen Höhenformel (für Sauerstoff) berechnet und sind hier als Abbildung 6-34 wiedergegeben. Die nach Gleichung 6-16 oder Gleichung 6-17 berechnete Löschmitteleinsatzmenge ist mit diesem Korrekturfaktor zu multiplizieren. Damit ergibt sich die Mindestlagerungsmenge Q L des Löschmittels zu: Gleichung 6-19: Q L = Q E * k H mit: Q L = Löschmittel-Lagermenge [kg] Q E = Löschmittel Einsatzmenge [kg] gemäß Gleichung 6-16 oder Gleichung 6-17 k H = Korrekturfaktor für die Meereshöhe aus Abbildung 6-34 In den Berechnungsformeln ist die Höhenlage der Löschanlage nur dann zu berücksichtigen, wenn sie um mehr als 1000 m (entsprechend 11 %) von der Meereshöhe abweicht (Abbildung 6-34). <?page no="309"?> 295 Abbildung 6-34: Korrekturfaktoren f H für die Meereshöhe von Gaslöschanlagen nach DIN EN 15004-1, VdS 2093, VdS 2380 und VdS 2381 Sofern Halteflutungen erforderlich sind (Punkt 6.8.3.2), muss die Löschmittel- Mindestlagermenge entsprechend erhöht werden. 6.8.3.2 Haltezeit der Löschanlage Um einen Löscherfolg sicherzustellen muss die Auslegungskonzentration des Löschgases nicht nur erreicht, sondern auch über eine gewisse Zeit aufrechterhalten werden. Hierzu ist es erforderlich, entweder die Umfassungsbauteile des Schutzbereiches dicht genug zu konstruieren, oder während der Haltezeit, gesteuert durch Konzentrationsmessgeräte oder nach Erfahrungswerten der Anlagenhersteller, nach zu begasen. Um eine Überprüfung der Haltezeiten durch Probeflutungen zu vermeiden ist in Anhang E der DIN EN 15004-1 eine sog. Türgebläse-Prüfung beschrieben, nach deren Ergebnissen in einem komplexen Rechenverfahren die Kriterien für die Theoretische Haltezeit festzulegen sind. Während der mindestens 10 Minuten langen Haltezeit einer Gaslöschanlage müssen dann in der Praxis die folgenden Bedingungen erfüllt werden: bei Beginn der Haltezeit muss im gesamten Schutzbereich die Auslegungskonzentration erreicht sein, am Ende der Haltezeit darf die Löschgaskonzentration bei 20 %, 50 % und 80 % der Raumhöhe nicht weniger als 95 % der Auslegungskonzentration betragen. Die für die Aufrechterhaltung der Auslegungskonzentration während der Haltezeit erforderlichen Löschmittelmengen sind zusätzlich zur nach Punkt 6.8.3.1 ermittelten Mindestlagermenge vorzuhalten. <?page no="310"?> 296 6.8.3.3 Flutungszeit, Rohrnetz und Düsen Das Ausströmen des Löschgases muss so schnell wie möglich abgeschlossen sein, um einen Brand schnell zu unterdrücken. Die Flutungszeit von Raumschutzanlagen muss den folgenden Bedingungen genügen: bei verflüssigten Löschgasen (Ausnahme CO 2 ): darf sie bei 20 o C nicht mehr als 10 Sekunden betragen um mindestens 95 % der Auslegungskonzentration erreichen. bei nicht verflüssigte Löschgasen: darf sie bei 20 o C und Brandklasse B nicht mehr als 60 Sekunden sowie bei 20 o C und Branklasse A nicht mehr als 120 Sekunden betragen um mindestens 95 % der Auslegungskonzentration erreichen. Die Rohrleitungen und die Düsen von Gaslöschanlagen sind auf die für das Einhalten der maximalen Flutungszeiten erforderlichen Durchflussströme auszulegen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei flüssigen Löschgasen die Strömung als Zweiphasenströmung erfolgt. Die Rohrleitungen müssen aus nichtbrennbaren Werkstoffen bestehen und sind hinsichtlich der Druckfestigkeit und der Temperaturbeanspruchung nach nationalen Vorschriften zu bemessen. Da es bei der sehr schnellen Ausströmung der elektrisch nichtleitenden Löschmittel aus den Düsen zu elektrostatischen Aufladungen kommen kann, sind die Rohrleitungen und Düsen leitfähig miteinander zu verbinden und zu erden. Die Halterungen der Rohrleitungen müssen so ausgelegt werden, dass die zu erwartenden Kräfte beim Ausströmen des Löschmittels (auch in flüssiger Form oder als Zwei-Phasen-Strömung) sicher abgefangen werden. Die Düsen von Gaslöschanlagen müssen so dimensioniert und verteilt werden, dass sie die Anforderungen an die Flutungszeit sicher erfüllen. Es dürfen nur vom Hersteller für die betreffende Anlage zugelassene Düsen verwendet werden. Wo ein Verstopfen von Düsen nicht mit Sicherheit auszuschließen ist (z. B. infolge Vereisung) sind parallel zu den Düsen Berstscheiben oder andere Einrichtungen vorzusehen, die einen unzulässigen Druckaufbau sicher verhindern. Um Schäden auf Grund des erheblichen Schalldruckes beim Ausströmen der Löschgase zu vermeiden stehen besondere Düsen mit Schalldämpfung zur Verfügung; in komplexen hochverdichteten Lagern werden auch Diffusionsrohre die innerhalb der Lagerkonstruktion verlaufen und das Löschmittel mit geringem Druck über viele kleine Öffnungen abgeben eingesetzt. <?page no="311"?> 297 6.8.4 Personenschutz Gaslöschanlagen werden als Raum- oder als Objektschutzanlagen eingesetzt. Raumschutz heißt, dass ein bestimmter Raum insgesamt mit dem Löschgas geflutet wird. Dabei werden z. T. Löschgaskonzentrationen erreicht, die für Menschen schädlich oder sogar nach kurzer Zeit tödlich sind (vergl. DIN EN 15004-1 Anhang G [6.82]; für CO 2 vergl. auch [6.137] und Anhang 2). Bei Inertgas-Löschanlagen ist die Auslegekonzentration der Löschgase so hoch (Tabelle 6-50), dass hypoxische Effekte oder sogar Ersticken auftreten können, da die Sauerstoffkonzentration unter 12% Meeresspiegeläquivalent abgesenkt wird. Zum Personenschutz sind daher aus jedem Schutzbereich Notausgänge und in jedem Falle eine Warneinrichtung und eine Verzögerungseinrichtung erforderlich, damit Personen rechtzeitig vor Einblasen des Löschgases den Raum verlassen können. Nach DIN EN 15004-1 muss die zeitliche Verzögerung von der Auslösung einer Gaslöschanlage bis zum Ausblasen des Löschmittels mindestens 10 Sekunden betragen, zusätzlich ist hierzu in Deutschland die berufsgenossenschaftliche Vorschriften zu beachten. Daneben sind bei Löschanlagen bzw. Löschgasen, deren Auslegungskonzentration die LOAEL-Konzentration überschreiten (d. h. die Konzentration, bei der erstmals schädliche toxikologische oder physiologische Effekte beobachtet wurden) Sperrvorrichtungen einzubauen, die handbetätigt den Löschmittelausstoß verhindern können. Betätigungseinrichtungen für diese Sperrvorrichtungen sind an geeigneten Stellen des Schutzbereiches, z. B. in der Nähe der Ausgänge, einzubauen (siehe hierzu in VdS 3518 [6.138]). Bei Auslösen der Anlage müssen akustische und ggf. optische Warneinrichtungen (vergl. Kapitel 5) innerhalb des Schutzbereiches auslösen, um vor dem unmittelbar bevorstehenden Ausstoß des Löschmittels zu warnen. Diese Warneinrichtungen müssen auch nach Beendigung des Löschmittelausstoßes für mindestens 30 Minuten weiter in Betrieb bleiben. In gleicher Weise sind an den Zugängen zu mit Löschgas beaufschlagten Bereichen Warneinrichtungen zu aktivieren, die auf die Gefahren des Löschgases hinweisen und den Zutritt ohne Atemschutz verbieten. 6.8.5 Ansteuerung von Gaslöschanlagen Gaslöschanlagen sind durch automatische Branderkennungssysteme (BMA, Punkt 5) in Verbindung mit automatischen Betätigungssystemen anzusteuern und müssen daneben manuell ausgelöst werden können. Die BMA ist auf die zu erwartenden Brandursachen auszurichten. Eine Zweimelder-Abhängigkeit der Auslösung ist zu prüfen. Manuelle Auslösungen müssen außerhalb des Schutzbereiches der Gaslöschanlage oder in der Nähe der Ausgänge angebracht werden. Handauslösungen müssen den gleichzeitigen Betrieb aller für den jeweiligen Schutzbereich erforderlichen automatischen Ventile bewirken. <?page no="312"?> 298 6.8.6 Inertgas-Löschanlagen Nach Wegfall der Halone (Punkt 6.8.7) wurde die Suche nach geeigneten gasförmigen Löschmitteln zunächst auf Inertgase mit geringem (keinem) Ozon- Schädigungspotential konzentriert (siehe hierzu Pleß et. al. [6.144], weitere Hinweise zu Löschanlagen mit sog. "sauberen" Löschmitteln findet man in NFPA 2001 [6.145]). Hier boten sich in erster Linie Stickstoff und daneben die Edelgase an. Helium und Neon scheiden als Löschmittel aus, da sie (wesentlich) leichter sind als Luft und somit Brandstellen nur schlecht erreichen können (Molgewicht Luft ca. 29, He 4, Ne 20). Krypton und Xenon sind dagegen deutlich schwerer als Luft (Kr 84, Xe 131) so dass - auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten - von den Edelgasen nur Argon verbleibt (Molgewicht 40, zu ca. 0,93 % in der Luft enthalten). Heute sind die folgenden Inertgase bzw. Inertgasmischungen als Löschmittel am Markt: Stickstoff 100 % Stickstoff (N 2 , IG-100) Argon 100 % Argon (Ar, IG-01, [6.146]) Inergen ® 50 % bis 52 % Stickstoff, 8 % bis 10 % Kohlendioxid, 40 % Argon (IG-541, [6.147]). Argonit ® , bzw. i2 ® 50% Stickstoff , 50% Argon (IG-55 [6.148]) 6.8.6.1 Permanent-Inertgas-Löschanlagen Die oben unter Punkt 6.8.6 genannten Löschgase werden derzeit (2018) noch überwiegend als Permanentgase bei 200 bar bis 300 bar in Druckgasflaschen bevorratet. Löschanlagen mit bei -196 o C verflüssigtem Stickstoff als Löschmittelvorrat sind technisch machbar, jedoch noch nicht am Markt. Löschanlagen mit chemisch gebundenen Inertgasen werden in Punkt 6.8.6.2 behandelt. Den Aufbau von Permanentgas Löschanlagen zeigt schematisch Abbildung 6-35. Die Löschwirkung aller Inertgase besteht im Ersticken des Brandes durch Verdrängung des Sauerstoffes. Die erforderlichen Auslegungskonszentrationen dieser Löschmittel enthält Tabelle 6-50. Inertgas-Löschanlagen müssen diese Auslegungskonzentration (gemessen entsprechend Punkt 6.8.3.3) innerhalb einer Flutungszeit von nicht mehr als 60 Sekunden erreichen. Ein anschauliches Praxisbeispiel für eine Inertgaslöschanlage (Stickstoff) für ein Gefahrstofflager findet man bei Siebert et. al. [6.149]; den Einsatz von Stickstoff im praktischen Brandeinsatz an einem Getreidesilo beschreibt Fromader in [6.150]. Die Löschmittelbedarfe für Inertgas-Löschanlagen sind nach DIN EN 15004-1 entsprechend Gleichung 6-17 zu berechnen. Für Anlagen auf Meereshöhe ergeben sich Einsatzmengen im Bereich von 0,75 kg/ m³ bis 1,20 kg/ m³ Löschmittel, die Einsatzmengen nach der Richtlinie der Sachversicherer VdS 2380 sind je nach Inertgas etwa 20 % bis 30 % höher. <?page no="313"?> 299 Abbildung 6-35: Permanentgas-Löschanlagen nach DIN EN 15004-1 - schematisch 6.8.6.2 SPGG Inertgas Löschanlagen Um insbesondere für Raum- oder massenbegrenzende Randbedingungen Inertgas- Löschanlagen zur Verfügung zu stellen, sind modular aufgebaute Löschsysteme entwickelt worden, die die Löschgase in chemisch gebundener Form bevorraten. Diese so genannten Solid Propelled Gas Generator (SPGG) Löschsysteme, die aus der Airbag-Technologie entwickelt wurden, setzen die Löschgase durch Verbrennung bestimmter Chemikalien frei (ein ähnlicher Prozess wie in Aerosolgeneratoren, siehe Punkt 6.9). Je nach verwendeter Rezeptur des Ausgangsmaterials werden im Wesentlichen die folgenden Inertgase durch die Verbrennung freigesetzt: Stickstoff N 2 (ca. 30% bis 99 %) Wasserdampf / Wasser H 2 O (ca. 20% bis 60%) Kohlendioxid CO 2 (ca. 8% bis 33%) Je nach Zusammensetzung der emittierten Inertgase sind folgende Löscheffekte wirksam (Punkt 14.1.4, vergl. hierzu bei Sampson [6.153]): Ersticken Kühlung Antikatalyse Während die ersten Entwicklungen der SPGG Löschtechnik in erster Linie Raumfahrt- und Militäranwendungen verfolgten, sind heute auch modulare Raumschutzanlagen verfügbar, die nahezu reinen Stickstoff produzieren (Richardson [6.154]). Diese Anlagen werden - abhängig von der Größe des Schutzbereiches - aus bestimmten identischen Grundmodulen aufgebaut, die simultan oder zeitlich gestaffelt aktiviert <?page no="314"?> 300 werden. Die einzelnen Module haben Abmessungen von ca. 25 cm Durchmesser und ca. 30 cm bis 80 cm Länge und produzieren jeweils eine bestimmte Menge Stickstoff. Da wegen der identischen Löschwirkung - Ersticken - natürlich dieselben Mengen an Stickstoff in den Schutzbereich eingebracht werden müssen (vergl. Punkt 6.8.2, Tabelle 6-50; technische Regeln für SPGG Löschanlagen gibt es derzeit - 2018 - noch nicht), wird die entsprechende Anzahl Löschmodule im Schutzbereich installiert und gemeinsam ausgelöst. Daher nehmen diese Löschanlagen für größere Schutzbereiche durchaus ansehnliche Ausmaße an, sind jedoch insgesamt noch deutlich kleiner (und leichter) als konventionelle Inertgas-Löschanlagen (Abbildung 6-36). Abbildung 6-36: Schutz eines Serverraumes mit SPGG-Inertgas-Löschanlagen - Beispiel Die SPGG Löschanlagen werden elektrisch ausgelöst und in der Regel über Branddetektoren aktiviert. Einige Produkte aktivieren sich zusätzlich selbsttätig, sobald bestimmte Raumtemperaturen überschritten werden (Grzyll [6.155]). Als Vorteile von SPGG-Löschanlagen sind zu nennen: leicht auch nachträglich einzubauen und/ oder an lokale Anforderungen anzupassen (Anzahl der Gasgeneratoren) keine Druckbehälter Abmessungen und Massen geringe als konventionelle Inertgas-Löschanlagen keine Rohrleitungen und Düsen <?page no="315"?> 301 problemlose Instantsetzung nach Auslösung (Austausch der Gasgeneratoren) (nahezu) wartungsfreie Lebensdauer von mehr als 10 Jahren kostengünstig (Herstellerangaben). 6.8.7 Halonlöschanlagen Bis 1996 standen Halon 1211 (CF2ClBr) und Halon 1302 (CF3Br) als gasförmige Löschmittel zur Verfügung (Halone sind vollständig halogenierte Kohlenwasserstoffe). Die Auslegungskonzentration der genannten Halone beträgt nur 3 % bis 6 %. Da Halone aufgrund ihres Schädigungspotentials für die Ozonschicht (Ozone Depleting Potential, ODP) nicht mehr hergestellt werden dürfen [6.143], scheiden sie nunmehr aus (Halone sind nach nur noch in ganz speziellen Anlagen zugelassen, z. B. in Raumfahrzeugen.) Zur Erläuterung der antikatalytischen Löschwirkung der Halone wird auf Punkt 14.1.6 verwiesen. 6.8.8 Löschanlagen mit halogenierten Kohlenwasserstoffen Seit Ende der 90er Jahre werden neue gasförmige Löschmittel erforscht, die möglichst die Vorteile der Halone und gleichzeitig ein sehr geringes Ozon- Schädigungspotential (ODP) aufweisen (siehe hierzu bei Robin [6.152]). Diese zur Unterscheidung von den in Punkt 6.8.7 behandelten Halonen als „halogenierte Löschgase“ bezeichneten Substanzen enthalten zwar Halogene, sind aber chemisch komplizierter aufgebaut als Halone. Derzeit werden Deutschland Löschanlagen angeboten, die folgenden halogenierten Löschgase verwenden: FM 200 ® (CF 3 -CHF-CF 3 , siehe [6.156]), Novec ® 1230 (CF 3 CF 2 C(O)CF(CF 3 ) 2 , siehe [6.157]) und Trigon ® 300 (CHF 3 ); siehe [6.158]). Die Löschwirkung der halogenierten Löschgase besteht in ihrer inhibitorischen Wirkung durch unterbrechen der Reaktionsketten durch entstehende Radikale und Kühlung in der Flammenzone durch Aufbrechen von Bindungen (Punkt 14.1.6). Die Löschgase werden als Flüssiggase gelagert und - wegen ihres geringen Dampfdruckes - mit Hilfe eines überlagerten Treibgases (Stickstoff bei 25 bar oder 42 bar) ausgebracht. Die Ausströmung in den Schutzbereich erfolgt als fein zerstäubte Flüssigkeit. Infolge der großen spezifischen Oberfläche nehmen die Gaströpfchen sehr schnell die Umgebungstemperatur an und verdampfen praktisch sofort vollständig, sofern die Temperatur im Schutzbereich nicht zu tief liegt. (Diese Mindesttemperatur ist abhängig vom Löschgas, unterhalb von etwa -25 o C ist eine für das Erreichen der Auslegungskonzentration ausreichende Verdampfung häufig nicht möglich.) <?page no="316"?> 302 Wegen des Gastransportes innerhalb der Rohrleitungen und des Ausstoßes in flüssiger Form können gegenüber Permanentgasen sehr kurze Flutungszeiten (10 Sekunden) erreicht werden. Anlagentechnisch sind Löschanlagen mit halogenierten Kohlenwasserstoffen den Inertgas-Löschanlagen ähnlich, genaueres ist der Normenreihe DIN EN 15004 zu entnehmen. Daneben enthält VdS 2381 [6.131] Grundlagen für die Planung und den Einbau von Löschanlagen mit halogenierten Löschgasen aus Sicht der Sachversicherer. Die Auslegungskonzentrationen dieser Löschgase enthält Tabelle 6-50, die wichtigsten technischen Daten sind derzeit noch nicht angebotenen halogenierten Löschgase enthält Tabelle 14-12. Abbildung 6-37: Löschanlagen mit halogenierten Kohlenwasserstoffen nach DIN EN 15004-1 schematisch Die Löschmittelbedarfe sind nach DIN EN 15004-1 entsprechend Gleichung 6-16 zu berechnen. Für Löschanlagen auf Meereshöhe mit den in Deutschland zugelassenen halogenierten Kohlenwasserstoffen ergeben sich Einsatzmengen im Bereich von 0,575 kg/ m³ bis 0,875 kg/ m³ Löschmittel, die Einsatzmengen nach VdS 2380 sind etwa 20 % bis 25 % höher (Punkt 14.4.2). Diese Einsatzmengen liegen etwa 15 % bis 25% niedriger als diejenigen von Inertgasen. Aufgrund der Lagerung als Flüssiggas ergeben sich jedoch wesentlich geringere Lagervolumina als bei Permanentgas (ca. Faktor 4 bis 6, je nach Druck des Inertgases, vergl. Punkt 14.4.2). 6.8.9 CO 2 -Löschanlagen Kohlendioxid-Löschanlagen (CO 2 -Löschanlagen) sind die mit Abstand am häufigsten ausgeführten Gaslöschanlagen. Sie erreichen im langjährigen Durchschnitt eine Erfolgsquote von 95% und mehr (Böke [6.139]). CO 2 -Löschanlagen nutzen den Verdrängungseffekt des für das Brandgeschehen im Wesentlichen inerten Kohlendioxids gegenüber der normalen Umgebungsluft, löschen also durch Ersticken (siehe Punkt 14.1.4 und [6.125]). Die löschfähige Kon- <?page no="317"?> 303 zentration des CO 2 (Punkt 6.8.9) ist solange aufrechtzuerhalten, bis Brände sicher gelöscht sind (Haltezeit). Die Eigenschaften des Löschmittels CO 2 sind der DIN EN ISO 5923 [6.137] zu entnehmen, seine Vor- und Nachteile sind in Punkt 14.3.4 bzw. in [6.125] ausführlich dargestellt. Nicht geeignet sind CO 2 -Löschanlagen bei Anlagen die Aluminium-, Titan- oder Magnesiumlegierungen verarbeiten [6.159]. In CO 2 -Löschanlagen muss - wie bei allen ortsfesten automatischen Löschanlagen - die auszubringende Einsatzmenge des Löschmittels auf den zu erwartenden Brandstoff, das Volumen und die sonstigen Eigenschaften des Schutzbereichs abgestimmt sein (vergl. Punkt 6.8). Hierzu enthalten die technischen Regeln VdS 2093 [6.128], CEA 4007 [6.160] und ISO 6183 [6.161] weitgehend übereinstimmende Berechnungsvorschriften. Eine europäische bzw. deutsche Norm wird es nicht geben, da mit den genannten Richtlinien allgemein anerkannte technische Regeln existieren und ein Normungsbedarf daher nicht gesehen wird. Nach den Richtlinien VdS 2093 und CEA 4007 wird die Löschmittel-Einsatzmenge für CO 2 grundsätzlich gemäß Gleichung 6-20 berechnet (Abweichungen in ISO 6183 siehe Anmerkungen ) Gleichung 6-20: (VdS 2093) Q = K B * k T * k H * (0,75 kg/ m³ * V R + 0,20 kg/ m² * A R ) + Q R + Q G mit: Q = Einsatzmenge Löschmittel [kg] K B = Korrekturfaktor Brennstoff V R = V v + 4 V Z - V G V V = Raumvolumen [m³] V Z = Lüftungsvolumen während der Flutungszeit [m³] V G = Volumen gasdichter Einbauten [m³] A R = (A V + 30 A 0 ) A V = Gesamtoberfläche incl. Öffnungen [m²] A 0 = Gesamtfläche nicht verschließbarer Öffnungen [m²] Q R = Restmenge CO 2 im Rohrnetz [m³] Q G = verdampfte CO 2 -Menge Anmerkungen: Sofern die Aufrechterhaltung der CO 2 -Konzentration durch ausreichende Raumdichtheit oder Halteflutung(en) gewährleistet ist, kann der Oberflächenterm A V auf Null gesetzt werden. Bei Hochdruckanlagen können die Terme Q R und Q G in Gleichung 6-20 vernachlässigt werden VdS 2093 und CEA 4007 enthalten für Schutzbereiche mit deutlich überdurchschnittlich großen Oberflächen (d. h. stark gegliederte Räume) eine Begrenzungsregel für die nach Gleichung 6-20 berechneten CO 2 - Einsatzmengen (Punkt 14.4.2). In ISO 6183 sind in Gleichung 6-20 als Löschmittel-Grundmenge statt 0,75 kg/ m³ nur 0,7 kg/ m³ vorgesehen, der Faktor k H und die Terme Q R und Q G sind nicht enthalten <?page no="318"?> 304 Die Faktoren 0,75 kg/ m³ (K G ), 0,20 kg/ m³ (K A ) für die Grundmengen des Löschmittels sind dabei für eine erforderliche Löschmittel Auslegungskonzentration von 34 % berechnet, die für viele brennbare Flüssigkeiten (u. a. n-Heptan) gilt. Für diese Auslegungskonzentration wird der Korrekturfaktor für den Brennstoff gleich 1 gesetzt, und alle anderen Brennstoffe darauf bezogen (Tabelle 6-51). Sind verschiedene Brennstoffe im Schutzbereich vorhanden, so ist der höchste Korrekturfaktor in Tabelle 6-51 einzusetzen. Einige K B -Werte für Materialien der Brandklasse A enthält die Tabelle 6-52 (das zu verschiedenen Brennstoffen im Schutzbereich ausgefürhrte gilt analog). K B -Werte für einige im Realbrand geprüfte Risiken sind in Tabelle 6-53 dargestellt. Tabelle 6-51: CO 2 -Löschanlagen - Korrekturfaktoren für einige Brennstoffe Brandklasse B (Auszug aus VdS 2093 bzw. CEA 4007, KlammerwerteISO 6183) Material K B -Faktor CO 2 -Auslegungskonzentration 1) 2) [Vol.%] O 2 -Konzentration [Vol.%] Acetylen 2,57 66 7,1 Butan 1,00 34 13,8 Butanol 1,60 49 10,7 Diesel, Benzin, Kerosin 1,00 34 13,8 Dimethylether 1,22 40 12,6 Erdgas 1,10 37 13,2 Ethylen 1,60 49 10,7 Flugzeugbenzin, JP4 1,06 36 13,4 n-Heptan 1,03 34 13,8 Methylalkohol 1,60 (1,22) 49 (40) 10,7 (12,6) Propan 1,06 36 13,4 Schwefelkohlenstoff 3,03 72 5,9 Wasserstoff 3,30 75 5,3 1) Ohne Berücksichtigung von Temperatureffekten 2) Die CO 2 -Auslegungkonzentration muss innerhalb der Flutungszeit erbracht werden Die mit Ausgabe 2013 eingeführten Faktoren zur Berücksichtigung der Temperatur und der Höhenlage der Anlage gleichen die VdS-Bemessungsvorschrift für CO 2 - Löschanlagen etwas an jene der ISO 6183 und der DIN EN 15004-1 an. Allerdings wird in VdS 2093 (und ISO 6183) nicht mit den physikalischen Konstanten gerechnet (Gleichung 6-18), sondern mit pauschalierten Temperatureinflüssen auf die erforderliche Löschgasmenge: Gleichung 6-21: (VdS 2093) k T,kalt = 1 - 0,02 * (T + 20 o C) mit: T = Raumtemperatur und: T -20 oC Anmerkung: VdS 2093 erhöht bei nur bei Temperaturen unter -20 o C je weiterem Grad Temperaturabsenkung um die Löschmittelmenge um 2%. <?page no="319"?> 305 ISO 6183 erhöht bei Temperaturen unter -18 o C je weiterem Grad Temperaturabsenkung und bei Temperaturen über 93 o C je weiteren 5 o C Temperaturanstieg die Löschmittelmenge um 1,8% Der Faktor k H in Gleichung 6-20 zur Berücksichtigung der Höhe in der die Löschanlage installiert ist ergibt sich aus Abbildung 6-34 mit der Abweichung, das dieser für CO 2 -Anlagen bis zu einer Höhe von 1000 m pauschal gleich 1 gesetzt wird. Anmerkung: In ISO 6183 ist eine Berücksichtigung der Höhenlagenicht vorgesehen. Tabelle 6-52: CO 2 -Löschanlagen - Korrekturfaktoren für einige Brennstoffe Brandklasse A (Auszug aus VdS 2093 bzw. CEA 4007) Material K B - Faktor CO 2 -Konzentration [Vol%] O 2 -Konzentration [Vol%] innerhalb 4 Minuten 2) innerhalb 1 Minute 3) innerhalb 4 Minuten 2) innerhalb 1 Minute 3) Baumwolle 1) 2,00 57 34 9,1 13,8 Papier, Wellpappe 1) 2,25 61 34 8,2 13,8 Plastikstoffe (Granulat) 1) 2,00 57 34 9,1 13,8 Polystrol 1,00 - 34 - 13,8 Polyurethan 1,00 - 34 - 13,8 Zellulose 1) 2,25 61 34 8,2 13,8 1) Die O 2 -Konzentration darf für 20 Minuten 13,8 Vol.-% nicht überschreiten. 2) Innerhalb der ersten 4 Minuten muss der angegebene Wert erreicht werden, d. h. die CO 2 -Konzentration muss den entsprechenden Wert über- und die Sauerstoffkonzentration den entsprechenden Wert unterschreiten. Bei CO 2 -Niederdruckanlagen können 4 Minuten überschritten werden. 3) Bei CO 2 -Niederdruckanlagen sind auch 2 Minuten zulässig. Die VdS bzw. CEA Richtlinien und ISO 6183 enthalten auch im Wesentlichen gleichlautende detaillierte Auslegungs- und Planungsgrundsätze für Rohrnetz, Düsen, Auslösung und Ansteuerung, Überprüfung und Betrieb von CO 2 -Löschanlagen. Die in Punkt 6.8.3 dargelegten Grundsätze zur Planung von Gaslöschanlagen sind in diesen Regelungen unter Berücksichtigung der speziellen Parameter des Löschmittels CO 2 umgesetzt. Weitere Hintergrundinformationen zur Planung von Kohlendioxid- Löschanlagen sind z.B. in der NFPA-Richtlinie 12 [6.141] und in [6.142] enthalten. Bauteile für Kohlendioxid-Löschanlagen (Rohleitungen, Fittings, Ventile, Druckentlastungseinrichtungen, etc.) sind in den Normen der Reihe DIN EN 12094 [6.140] beschrieben. Zusätzlich zu den nach Gleichung 6-20 ermittelten CO 2 -Einsatzmengen ist eine mindestens gleich große CO 2 -Reservemenge vorzuhalten. Sofern aus einer einzelnen Vorratseinrichtung mehr als 30 Flutungsbereiche versorgt werden, erhöht sich die Reservemenge auf 200%. Um Füll- und Entnahmetoleranzen der CO 2 - Vorratsbehälter und ggf. in den Rohrleitungen verbleibendes flüssiges Kohlendioxid auszugleichen, sind in der Regel 10 % Zuschlagsmenge auf die Summe der Einsatz- und Reservemenge vorzuhalten. <?page no="320"?> 306 Die Flutungszeit von CO2-Löschanlagen für den Raumschutz darf folgende Werte nicht überschreiten: CO2-Hochdruckanlagen: 60 Sekungen CO2-Niederdruckanlagen: 120 Sekunden. Für die Haltezeit von CO2-Löschanlagen gilt im Wesentlichen Punkt 6.8.3.2, für Brandklasse A sind mindestens 20 Minuten Haltezeit erforderlich. Tabelle 6-53: CO 2 -Löschanlagen - Korrekturfaktoren für ausgewählte Risiken (Auszug aus ISO 6183, VdS 2093 bzw. CEA 4007 sind identisch) Einrichtung K B - Faktor CO 2 -Konzentration [Vol%] O 2 -Konzentration [Vol%] innerhalb 4 Minuten 2) innerhalb 1 Minute 3) innerhalb 4 Minuten 2) innerhalb 1 Minute 3) Elektrische Schalt- und Verteilerräume 1) 1,20 40 34 12,6 13,8 Elektronische Datenverarbeitungsanlagen 1) 2,25 62 34 8,2 13,8 Generatoren einschließlich Kühlsystem 1) 4) 2,00 58 34 9,1 13,8 Kabelräume, -böden und -kanäle 1) 1,50 47,00 34 11,2 13,8 Ölgefüllte Transformatoren 1) 2,00 58 34 9,1 13,8 Textilmaschinen 2,00 58 34 9,1 13,8 1) Die O 2 -Konzentration darf für 20 Minuten 13,8 Vol.-% nicht überschreiten. 2) Innerhalb der ersten 4 Minuten muss der angegebene Wert erreicht werden, d. h. die CO 2 -Konzentration muss den entsprechenden Wert über- und die Sauerstoffkonzentration den entsprechenden Wert unterschreiten. Bei CO 2 -Niederdruckanlagen können 4 Minuten überschritten werden. 3) Bei CO 2 -Niederdruckanlagen sind auch 2 Minuten zulässig 4) Die Haltezeit muss ausgedehnt werden bis die Generatoren abgestellt sind. 6.8.9.1 CO 2 -Hochdruck-Löschanlagen In CO 2 -Hochdruck-Löschanlagen ist das Kohlendioxid in Stahlflaschen von 30 kg bzw. 40 kg Inhalt als druckverflüssigtes Gas gespeichert (56 bar, Dichte 766 kg/ m³). Die Anlagen ähneln somit den in Abbildung 6-37 dargestellten Löschanlagen mit halogenierten Löschgasen. Allerdings ist eine Treibgasüberlagerung bei Kohlendioxid nicht erforderlich, da der Dampfdruck des Löschmittels ausreichend ist. Des Weiteren ist das erforderliche Lagervolumen und daher die Anzahl der erforderlichen Löschmittelbehälter bei CO 2 nicht unwesentlich größer (Punkt 14.4.2). Die Flaschenbatterien werden über eine Waageeinrichtung auf Gasverlust überwacht. Hochdruckanlagen werden aus wirtschaftlichen Gründen (Anzahl der Gasflaschen, Komplexität der Auslöse- und Steuerungseinrichtungen) im Allgemeinen beierforderlichen Kohlendioxid- Vorräten bis etwa 2000 kg und daher überwiegend für Raumgrößen bis ca. 2000 m³ eingesetzt. <?page no="321"?> 307 6.8.9.2 CO 2 -Niederdruck-Löschanlagen In CO 2 -Niederdruck-Anlagen ist Kohlendioxid in tiefkalter Form als Flüssiggas gespeichert (KOTIKA-Anlagen ® , 20 bar bei - 20 o C). Dies hat den Vorteil, dass deutlich größere Löschmittelmengen als bei Hochdruck-Anlagen wirtschaftlich vorgehalten werden können. (Kohlendioxid erzeugt - abhängig von der Endtemperatur - beim Übergang von der flüssigen Form in die Gasphase je Kilogramm bei 0 o C ca. 509 Liter, bei 20 o C ca. 546 Liter Gas). Abbildung 6-38: CO 2 -Niederdruckanlage - Schema Erforderlich sind hier jedoch gut wärmeisolierte Tanks und leistungsfähige Kühlmaschinen, um die Tieftemperatur des Löschmittels zu halten bzw. leistungsfähige Verdampfer, um die zur Einhaltung der Flutungszeit notwendigen Volumenströme gasförmigen Kohlendioxids sicherzustellen (Punkt 6.8.3.3). Die Ausführung der Verteilersysteme, Ausbringevorrichtungen, Auslöse- und Warneinrichtungen entspricht im Übrigen jenen der CO 2 -Hochdruckanlage. <?page no="322"?> 308 6.9 Löschanlagen mit kondensierten Aerosolen Die Entwicklung von Löschanlagen für kondensierte Aerosole in den letzten Jahren ist ebenfalls Folge des Halon-Verbotes (Punkt 6.8.7, Pleß et al. [6.144]). Man suchte ein Löschmittel, das die Nachteile von CO 2 (Raumbedarf, Giftigkeit) bzw. Löschpulver (Verschmutzung, Sichtbehinderung) vermeidet. Ausgangspunkt waren Forschungen in der Sowjetunion, die feste Raketentreibstoffe mit einer flammenunterdrückenden Kühlung verbanden, und daraus ein hocheffektives Löschsystem entwickelten [6.162], [6.163] [6.164]. Dieses ist unter den Handelsnamen Micro-K ® [6.165], [6.166], Dynameco ® [6.167] bzw. Stat-X ® [6.168] am Markt erhältlich. Ein pyrotechnischer Treibsatz wird in einem Generator gezündet (siehe Abbildung 6-39). Das sich entwickelnde Aerosol ist das eigentliche Löschmittel (Anhang 2). Die sehr feinen Partikel mit Abmessungen von 2 μm bis 5 μm werden innerhalb einiger Sekunden ausgestoßen. Sie entziehen der Flammenzone einerseits einen Teil der erforderlichen freien Radikale durch deren Rekombination mit den Aerosolteilchen (antikatalytischer bzw. inhibitorischer Löscheffekt), zum anderen den reaktionsfähigen Teilchen einen Teil der Energie (physikalische Kühlung, Anhang 5) und unterbrechen dadurch die Kettenreaktion . Das Löschmittel besteht aus gepressten feinsten Feststoffpartikeln (häufig basierend auf Alkalimetallsalzen, etwa 40% der Masse) und Gasen (hauptsächlich Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf, etwa 60% der Masse) ist chemisch stabil und hinterlässt sehr wenig Rückstände. Ein großer Vorteil besteht in der geringen erforderlichen Löschmittelmenge, die nach Herstellerangaben [6.168] deutlich unter 100 g/ m³ liegt (CO 2 : ca. 1000 g/ m³, Wassernebel ca. 500 g/ m³). Abbildung 6-39: Aerosol-Löscheinheit - Prinzipieller Aufbau Aerosol-Feuerlöscheinrichtungen können als ortsfeste Raumschutzeinrichtungen, in Fahrzeugen und Maschinen oder auch zur unmittelbaren Brandbekämpfung (Feuerlöscher) eingesetzt werden. Potentielle Anwendungsgebiete sind: Lagerräume Elektroräume, Computerräume <?page no="323"?> 309 Garagen, Kaufhäuser Flugzeuge, Schiffe, Kraftfahrzeuge Die benötigte Anzahl Löscheinheiten wird im zu schützenden Bereich installiert, die Auslösungen vernetzt und über eine Brandmeldeanlage angesteuert. Nicht eingesetzt werden dürfen Aerosol-Löschanlagen bei Bränden unter Beteiligung von Stoffen, die Sauerstoff freisetzen (z. B. Zellulosenitrat) oxidierenden Stoffen (z. B. Stickoxide und Fluor, Natriumchlorat oder Natriumnitrat) Stoffen, bei denen eine Selbsterwärmung möglich ist (z. B. bestimmte organische Peroxide) reaktiven Metallen (z. B. Natrium, Kalium, Magnesium, Titan, Zirkonium), reaktive Hydride oder Metall-Amide selbstentzündlichen Stoffen (z. B. weißer Phosphor, metallischorganische Verbindungen). Die technischen Anforderungen an die Aerosol-Generatoren sind im DIN-Fachbericht CEN/ TR 15276-1 [6.169], Planungshinweise für Löschanlagen die das Löschmittel kondensierte Aerosole benutzen im Normentwurf E DIN EN 15276-2 [6.170] enthalten. Ähnlich wie bei Gaslöschanlagen die Löschkonzentration wird danach die Lösch- Aufbringdichte des Aerosols - die Mindestmasse einer Aerosol bildenden Mischung je Kubikmeter Rauminhalt des Testraumes, die zur Löschung genau festgelegter Testbrände (Heptan, verschiedene Kunststoffe, Holz und Holzwerkstoffe) erforderlich ist - bestimmt und daraus mit einem Sicherheitsfaktor von 1,3 die Auslegungs- Aufbringdichte in Gramm Löschmittel je Kubikmeter Rauminhalt des Schutzbereiches berechnet. Entscheidende Gesichtspunkte bei der Planung der Löschanlage und Auswahl der Aerosolgeneratoren sind Dichtheit der Umfassungsbauteile, Öffnungen und Lüftung, Druckentlastung Flutungszeit (nicht mehr als 90 Sekunden), die erforderliche Auslegungs-Aufbringdichte des Löschmittels (in Abhängigkeit vom Brandgut, s. o.) und deren Aufrechterhaltung über die Haltezeit eine gleichmäßige Verteilung des Löschmittels im Schutzbereich <?page no="324"?> 310 die Art der Anlagenauslösung (von Hand oder automatisch durch eine eingebaute Wärmezündeinrichtung oder elektrisch, angesteuert durch eine Brandmeldeanlage die Löschzeit nach Beendigung der Flutung (im Löschtest) Brandklasse B: 30 Sekunden Brandklasse A: 60 Sekunden die zuverlässige Verhinderung von Rückzündungen für eine Zeit von mindestens 10 Minuten, falls erforderlich durch zeitlich verzögert gezündete Aerosol-Generatoren die Vermeidung der Gefährdung von Personen oder brennbaren Gegenständen durch das Aerosol und/ oder den (die) heißen Aerosolstrahl(en) Dies sind inhaltlich überwiegend die Kriterien, die auch bei Gaslöschanlagen zu beachten sind. Da Aerosol auch Spuren giftiger Substanzen enthalten kann, gelten dieselben Regeln für den Personenschutz (Auslöseverzögerung, Warnung Anwesender, Unterbrechung des Auslösevorgangs durch Handschalter etc.) wie für Gaslöschanlagen. Im Allgemeinen sollte der Einsatz von Aerosol-Löschanlagen jedoch nur in nicht für Personen zugänglichen Bereichen erfolgen. 6.10 Mehrstoff-Löschanlagen Im Bestreben die Wirkung von Löschanlagen zu verbessern und gleichzeitig den Anlagentechnischen Aufwand - insbesondere die Löschmittelvorräte - zu reduzieren, werden in den letzten Jahren mehr und mehr Löschanlagen entwickelt, die mehrere Löschmittel zeitlich simultan oder gestaffelt kontinuierlich oder in Intervallen durch dieselben Rohrleitungsund/ oder Düsensysteme einsetzen. Zu diesen im Folgenden so bezeichneten Mehrstoff- oder Hybrid- Löschanlagen werden hier nur solche Anlagen gezählt, die mindestens ein zweites Löschmittel mit dem Ziel einer Steigerung der Gesamt-Löschwirkung einsetzen. Somit werden hier u. a. Gas-Löschanlagen mit halogenierten Kohlenwasserstoffen (Punkt 6.8.8) oder Pulverlöschanlagen (Punkt 6.7), die Stickstoff lediglich als Treibmittel verwenden, nicht als Mehrstoff Löschanlagen eingestuft. Auch Löschanlagen, die lediglich über die Steuerungseinrichtungen mehrere sonst unabhängige konventionelle Löschanlagen zu einer Einheit verknüpfen (z. B. Anlagen, die zur schnellen Brandlöschung zunächst Löschpulver und danach zur Kühlung über eigene Leitungen und Düsen Wasser oder Schaum einsetzen, so genannte Twin-Agent Anlagen [6.171]), werden hier nicht zu den Mehrstoff-Löschanlagen gezählt. <?page no="325"?> 311 6.10.1 Löschanlagen mit Wasser und Stickstoff Die Entwicklung von Löschanlagen, die gleichzeitig Wasser und Stickstoff als Löschmittel einsetzen, hat zwei Wurzeln: zum einen wird die Wirksamkeit von Wassernebel-Löschanlagen durch die Verwendung von Stickstoff als Trägermedium erhöht zum anderen wird die Löschwirkung von Stickstoff-Löschanlagen durch Zugabe von Wassernebel, der erhitzte Oberflächen kühlen soll, verbessert. Grundsätzlich besteht eine lineare Beziehung zwischen der erforderlichen Wassernebelkonzentration und der erforderlichen Stickstoffkonzentration (Abbildung 6-40, nach Forssell et al. [6.172]) für eine erfolgreiche Löschung. Man erkennt, dass die Summe der Wirkung beider Löschmittel immer ausreicht um rechnerisch den Löscherfolg sicher zu stellen. Abbildung 6-40: Stickstoff-Wassernebel-Konzentrationen von Hybrid-Löschanlagen zur Brandlöschung (theoretisch) Als zusätzlicher Parameter des Wassernebels geht die mittlere Tröpfchengröße ein, da bei konstanter Wasserbeladung mit abnehmendem Durchmesser der Wärmeübergang besser wird (Abbildung 6-41, nach [6.172]). 6.10.1.1 Wassernebel-Stickstoff-Löschanlagen Während Wassernebel-Löschanlagen (Punkt 6.5.2) durch geeignete Düsen reines Wasser mittels hohen Drucks versprühen, zerstäuben Wassernebel-Stickstoff- Löschanlagen das Löschwasser mittels Stickstoff in Zweistoffdüsen (verschiedene 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 25 50 75 100 125 150 175 200 Wassernebelkonzentration [g/ m³] Stickstoffkonzentration [Vol.%] <?page no="326"?> 312 Konstruktionen von Zweistoffdüsen findet man bei Starke et. al. [6.173]). Für Wassernebel-Stickstoff-Löschanlagen wird die mittlere Tröpfchengröße auf ca. 150 μm bis 200 μm eingestellt. Durch den sich vor der Düse ausbildenden Stickstoffstrahl können die Wassertröpfchen, die sich bei konventionellen Wassernebel-Löschanlagen ähnlich wie ein Gas ausbreiten, gezielter zum erwarteten Brandherd transportiert werden [6.79], [6.80]. Daraus folgt zwar, dass der Anordnung und Ausrichtung der Düsen in Relation zu möglichen Brandherden besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden muss, jedoch ermöglichen die hohe Tröpfchengeschwindigkeit (typisch ca. 50 m/ s bis 150 m/ s, bei einem Düsendruck von 5 bar bis 8 bar) und die sich daraus ergebenden stabilen Wassernebelstrahlen mit Längen von mehreren Metern (ein Hersteller gibt bis zu 8 m an [6.174]) entsprechende Abstände von potentiellen Brandorten. Abbildung 6-41: Erforderliche Wasserbeaufschlagung von Hybrid-Löschanlagen in Abhängigkeit von Wasserbeladung und mittlerer Tröpfchengröße Nach Herstellerangaben wird der Wassernebel durch einige Massenprozent Stickstoff ergänzt (ca. 6%, [6.174]). Die Löschwirkung von Wassernebel, die im Wesentlichen auf Kühlung beruht, ist unter Punkt 6.5.2.1 ausführlich beschrieben. Der Beitrag des Stickstoffes zur Verbesserung der Löschwirkung besteht vorrangig aus seiner Funktion als Trägermedium für die Wassertropfen und nur nachrangig in erstickender Löschwirkung bzw. Inertisierung des Schutzbereiches. Auf Grund der in der Regel nicht gasdichten Umfassungsbauteile des Schutzbereiches (vergl. Punkt 6.8.1) und der eingesetzten Stickstoffmenge wird i. A. nur ein geringer Inertisierungseffekt erreicht (bei üblicher Wasserbeaufschlagung von ca. 1 l/ m³ min wird über eine Lösch- 0 0,25 0,50 0,75 1,00 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 0 Stickstoffkonzentration [Vol.%] Wassernebelkonzentration [g/ m³] 25 μm Mittlerer Tröpfchendurchmesser 50 μm 100 μm Erforderliche Wasserbeaufschlagung [l/ m² min] <?page no="327"?> 313 zeit von 10 Minuten bei 6% Stickstoff und angenommenen 25% Verlusten rechnerisch die Sauerstoffkonzentration auf ca. 18% abgesenkt). Wassernebel-Stickstoff-Löschanlagen haben folgende Vorteile: sie benötigen sehr wenig Wasser, das sehr gezielt an die erwarteten Brandherde transportiert wird der Wasserdruck für die Düsen liegt nur bei ca. 1 bar, so dass keine eigenen Hochdruckpumpen erforderlich sind wegen der geringen Wassermengen sind auch für die Versorgungsleitungen nur geringe Durchmesser erforderlich (25 mm), daher geringer Platzbedarf und Kostenvorteile bei der Montage Druckentlastungsöffnungen für den Schutzbereich sind nicht erforderlich 6.10.1.2 Stickstoff-Wassernebel-Löschanlagen Stickstoff-Wassernebel-Löschanlagen sind Gas-Löschanlagen, die nach den unter Punkt 6.8.3.1 dargestellten Regeln für den Raumschutz ausgelegt sind (also insbesondere die gleiche Stickstoffmenge benötigen, und die gleichen Sicherheitseinrichtungen aufweisen müssen) jedoch zusätzlich eine geringe Menge Wassernebel in den Raum einbringen. Die schnelle Löschwirkung durch den inertisierenden Stickstoff wird unterstützt durch die Kühlwirkung des Wassernebels (mittlerer Tröpfchendurchmesser je nach Produkt ca. 10 μm bis 50 μm, [6.175], [6.176]) am Brandgut und an erhitzten Oberflächen. Dadurch kann eine Rückzündung sehr sicher verhindert werden (Es bleibt derzeit abzuwarten, ob bei diesen Anlagen u. U. ein Absinken der Stickstoffkonzentration über die Haltezeit toleriert werden kann.) Ein Auslegungsschema für Stickstoff-Wassernebel-Löschanlagen zeigt die Abbildung 6-42. Auch bei diesem Anlagentyp werden Stickstoff und Wasser durch dieselben Rohrleitungen gefördert und über dieselben Düsen ausgebracht. Während die eingesetzte Stickstoffmenge von Stickstoff-Wassernebel-Löschanlagen jener von Gaslöschanlagen entspricht und entsprechend in Druckgasflaschen (in der Regel bei 200 bar, vergl. Punkt 6.8.6) bevorratet wird, ist die eingesetzte Wassermenge gering, sie entspricht etwa 500 g/ m³ bis 700 g/ m³, ein Hersteller gibt nur etwa 60 g/ m² an [6.177]). Die Wasservorräte sind bemessen, dass dieses lediglich während der Flutungszeit der Anlage, also nur über etwa 60 s bis 120 s (vergl. Punkt 6.8.3.3) kontinuierlich eingemischt wird. Die gesamte Wasserbeaufschlagung beträgt somit bei üblichen Raumhöhen von 2,5 m bis 5 m nur etwa 1,5 l/ m² bis 3,5 l/ m², d. h. nur etwa 7% der von Wassernebel-Löschanlagen ausgebrachten Menge (vergl. Punkt 6.5.2.2,Tabelle 6-37). Stickstoff-Wassernebel-Löschanlagen werden dort eingesetzt, wo Schwelbrände auftreten können (die von reinen Inertgas-Löschanlagen nur bei deutlich verlängerter <?page no="328"?> 314 Haltezeit gelöscht sicher werden können) und/ oder zur Sicherheit von anwesenden Personen auch bei Auslösung eine gute Sicht erforderlich ist. Abbildung 6-42: Stickstoff-Wassernebel-Löschanlage - schematisch 6.10.2 Löschanlagen mit Schaum und Wasser Für die Anwendung insbesondere als Objektschutzanlagen (Punkt 6.12) innerhalb von Kücheneinrichtungen aber auch zum Schutz von Maschinen (insbesondere industrielle Großfahrzeuge) sind Löschanlagen verfügbar [6.178], deren Löschvorgang abgestimmt auf die speziellen Risiken in professionellen Küchen wie folgt abläuft: Branddetektion und Auslösung durch wärmeempfindliche Auslöseelemente (ähnlich wie für Sprinkler verwendet, Punkt 6.4.7.6) oder durch anwesendes Personal über Handauslösung Ausbringung eines Löschschaumes zur Löschung von Flüssigkeits oder Fettbränden [6.179] Nach einer Verzögerung von einigen Sekunden für den Aufbau und die Stabilisierung der (Emulsions-)Schaumschicht Abgabe (durch dieselben Düsen) eines Wassernebels zur Kühlung der Einrichtungen um Rückzündungen bei evtl. Aufreißen der Schaumschicht zu verhindern. Als Vorteile dieser Anlagen werden angegeben: gegenüber reinen Schaum- oder reinen Wassernebellöschanlagen die doppelte Sicherheit <?page no="329"?> 315 15fach schnellere Abkühlung des heißen Fettes als bei reinen Schaumanlagen insgesamt geringerer Löschmittelbedarf (der Schaumbedarf kann minimiert werden, da die Absicherung gegen Rückzündung durch das Wasser erfolgt, Wassernebel-Löschanlagen benötigen wenig Wasser, Punkt 6.5.2) daher weniger und/ oder kleinere Löschmitteltanks als bei anderen Systemen überlappende Abdeckungsbereiche der Löschdüsen, daher umfassend einsetzbar bei hoher Flexibilität hinsichtlich der Verteilung der Brandlasten 6.10.3 Löschanlagen mit Löschgasen und Schaum Für den Objektschutz von Maschinen in der Industrie, für die Fahrerkabinen und für die Motorräume von Großfahrzeuge sind Löschanlagen verfügbar, die nacheinander Löschgas und Schaum einsetzen (Abbildung 6-42). Abbildung 6-43: Gas-Schaum-Löschanlage - schematisch Ausgelöst durch Brandmelder (in der Regel Wärmemelder, für spezielle Anwendungsgebiete auch Flammenmelder, Punkte 5.7.2.6, 5.7.2.5), die in das Löschsysem integriert sind, wird zunächst ein Löschgas (FM 200 oder FE 36 [6.180], siehe Punkt 14.4.1) in den geschützten Bereich eingeblasen (der Schutzbereich kann umschlos- <?page no="330"?> 316 sen oder offen sein), das die Primärlöschung bewirkt. Nach einer kurzen „Haltezeit“ wird danach über dieselben Rohrleitungen und Düsen Luftschaum über die Einrichtung gesprüht, der auf Grund seiner Fließfähigkeit ggf. ausgetretener brennbarer Flüssigkeit folgt und alle Oberflächen abdeckt (aufgrund der speziellen Fähigkeit wird in diesem Fall FireAde 2000 eingesetzt, [6.180], Punkt 14.3.10) Als Vorteile dieser in der Regel speziell für die Anwendung konzipierten Systeme werden angegeben: sehr schnelle und zuverlässige Löschung die Löschgaskonzentration führt nicht zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen kompakte, vollständig selbsttätig arbeitende Systeme 6.10.4 Löschanlagen mit Halogenierten Kohlenwasserstoffen und Pulver Für den Schutz beliebiger Risiken in Räumen sind unter dem Namen CeaseFire modulare Löschanlagen verfügbar, die als Löschmittel halogenierte Kohlenwasserstoffe (FE 227, Punkt 14.4.1) und ABC-Löschpulver verwenden [6.181], [6.182]. Das ABC- Pulver ist im Löschgas dispergiert, welches zur Stabilisierung der Pulverdispersion geliert ist (alle halogenierten Kohlenwasserstoffe, die als Löschmittel verwendet werden, liegen bei Zimmertemperatur als Flüssiggas vor). Die Module des Systems sind selbstständige kleine Löschanlagen, die keinerlei Rohrleitungen oder Energieversorgung benötigen (Abbildung 6-44, eine Vernetzung und gemeinsame Auslösung durch Brandmelder ist jedoch möglich). Das gelierte Löschgas mit dem dispergierten ABC-Pulver ist mit einem Treibgas (i. d. R. Stickstoff) bei einem Druck von ca. 12 bar überlagert. Wird das Verschlusselement des Löschmittelbehälters - bei der Verwendung von unabhängigen Einzelmodulen einfach ein Sprinklerkopf (Abbildung 6-44) - auf die Auslösungstemperatur erhitzt und gibt das Löschmittel frei, wird dieses innerhalb von 3 bis 5 Sekunden ausgetrieben und im Schutzbereich verteilt (Raumschutz bzw. Total Flooding System). Standardmodule können ein Raumvolumen von rund 22,5 m³ (ca. 2,5 m * 2,5 m * 3,6 m) schützen (die Module sind mit verschiedenen Löschmittelmengen und äußeren Abmessungen verfügbar). Wegen des beigefügten Löschpulvers, dass auch nachdem das Löschgas entwichen ist - eine Rückzündung verhindert, brauchen keine besonderen Anforderungen an die Raumdichtheit erfüllt zu werden (vergl. hierzu unter Punkt 6.8.1). Zwar müssen beaufschlagte Räume vom Pulver gereinigt werden, jedoch kann dies nach Herstellerangaben einfach durch Absaugen geschehen. Auch soll das nicht toxische Pulver keine unmittelbaren Schäden an elektrischen und elektronischen Einrichtungen verursachen. Als Vorteile des Modularen Löschsystems CeaseFire CFF werden genannt: <?page no="331"?> 317 voll funktionsfähige Anlage, keine Energieversorgung erforderlich Aktivierung allein durch die Brandwärme zwei hocheffektive Löschmittel werden kombiniert, dadurch sehr kurze Löschzeiten Rückzündung durch Löschpulver verhindert, daher keine Kühlung des Brandgutes erforderlich einfache Montage, Anpassung an neue Anforderungen und Wartung (nahezu wartungsfrei, lediglich Inspektion auf Druckerhalt) sehr kostengünstig Abbildung 6-44: HKW-Pulver-Löschanlage - schematisch Unter dem Handelsnamen Fire Foe™ ist ein automatisches Löschsystem am Markt, das speziell auf den Einsatz in kleinen Räumen konzipiert ist (Fahrzeugkabinen, Maschinenräume auf Booten) welches nach demselben Prinzip wie CeaseFire CFF arbeitet [6.183]. Fire Foe™ benutzt das Löschmittel Envirogel ® welches aus einer Mischung der (gelierten) Löschgase FE 36 und FE 25 sowie Natriumbikarbonat- Pulver (NaHCO 3 ) besteht [6.184]. Die Fire Foe™ Löscheinheiten bestehen aus Rohren aus einem speziellen Kunststoff, die mit ca. 7 bar druckbeaufschlagt sind. Bei ca. 80 o C beginnt das Material zu erweichen während gleichzeitig der Innendruck ansteigt. Bei ca. 150 o C Umgebungstemperatur werden die Röhren - die in verschiedenen Größen erhältlich sind - durch den sich aufbauenden Überdruck zerstört und verteilen schlagartig das Löschmittel im Schutzbereich. Durch den Zusatz des Löschpulvers zum Löschmittel wird nach Herstellerangaben insbesondere die HF- Produktion der Löschgasmischung bei der Reaktion in der Flammenzone minimiert. <?page no="332"?> 318 6.11 Sauerstoffreduktionsanlagen Während Inertgas-Löschanlagen den Brand löschen, indem durch schnelle Flutung der Räume mit Inertgas (Stickstoff, Edelgasen, Kohlendioxid oder Gemischen daraus) der Sauerstoff verdrängt wird, wird bei Sauerstoffreduktions- und Inertisierungsanlagen der Sauerstoffgehalt im Raum durch Zuführung von Inertgas ständig auf einem niedrigen Niveau gehalten, so dass Brennstoffe nur schwer oder gar nicht entzündbar sind [6.185], [6.186]. Die Reduktion der Sauerstoffkonzentration beeinflusst das Brandverhalten von Feststoffen durch zwei Phänomene: die Zündenergie der Stoffe erhöht sich die Brandausbreitungsgeschwindigkeit wird erheblich verlangsamt Daher ist die Brandwahrscheinlichkeit in einem Raum mit reduzierter Sauerstoffkonzentration wesentlich geringer als unter Normalbedingungen. Bei einer Absenkung der Sauerstoffkonzentration auf ca. 15 Vol.-% Meeresspiegeläquivalent, der den Bedingungen in einer Höhe von ca. 3000 m über dem Meeresspiegel entspricht, ist ein mögliches Brandrisiko ganz entscheidend vermindert. Gleichzeitig ist eine Personengefährdung weitgehend ausgeschlossen ([6.187], Abbildung 6-45). In Schutzbereichen, in denen sich Feststoffe befinden, die auch bei 15 %iger Sauerstoffkonzentration noch brennen, kann der Sauerstoff noch weiter auf ca. 12 Vol.-% abgesenkt werden. Ein ständiger Aufenthalt von Personen ist in dieser Atmosphäre nicht mehr möglich. Für marktgängige Sauerstoffreduktionsanlagen wird heute (2018) in erster Linie als Inertgas Stickstoff verwendet (Alternativen siehe Punkt 6.8.6). Dieser bietet folgende Vorteile: Stickstoff ist nicht toxisch Stockstoff hat gegenüber allen anderen Inertgasen (mit Ausnahme von CO 2 ) die beste Löschwirkung Stickstoff verteilt sich optimal im Raum, da die Dichte ähnlich wie Luft ist (Molgewicht 28 bei Stickstoff gegenüber 29 bei Luft) Stickstoff ist einfach zu gewinnen. Sauerstoffreduktionsanlagen werden eingesetzt für Räume mit wenigen Leckagen, die keine ständige Frischluftzufuhr, sondern Umluftlösungen besitzen sowie für Bereiche, die nicht ständig begangen werden müssen, z. B. EDV-Bereiche und Telekommunikationseinrichtungen elektrische Schalt- und Verteilerräume Datenarchive, <?page no="333"?> 319 Archive in Museen und Bibliotheken, stark automatisierte Fertigungsbereiche, Lager mit hoher Wertekonzentration oder Brandgefahr [6.187], [6.188] Tiefkühllager Tresore und Container. Abbildung 6-45: Brandrisiko und Personengefährdung bei reduziertem Sauerstoffgehalt der Luft (Meerespiegeläquivalent) Inertisierungsbereich Nicht geeignet sind Sauerstoffreduktionsanlagen für Bereiche in denen folgende Stoffe vorhanden sind: Chemikalien, die Sauerstoff abgeben können (z. B. Zellulosenitrat) Oxidationsmittel enthaltende Gemische (z. B. Natriumchlorat) Chemikalien, die sich selbst thermisch zersetzen können (z. B. organische Peroxide) reaktionsfreudige Metalle (z. B. Natrium, Kalium) Als technische Regel für Sauerstoffreduktions- und Inertisierungsanlagen liegen DIN EN 16750 [6.190] und die Richtlinie VdS 3527 vor [6.191]. Diese unterscheiden: Sauerstoffreduktionssanlagen Anlagen zur Verhinderung der Brandentstehung oder einer Brandausbreitung (vorbeugender Brandschutz) Inertisierungsanlagen Anlagen zur Verhinderung des Entstehens explosionsfähiger Atmosphären (vorbeugender Explosionsschutz) <?page no="334"?> 320 Sauerstoffreduktions- und Inertisierungssanlagen unterscheiden sich in erster Linie hinsichtlich ihres Schutzzieles, weniger hinsichtlich der Anlagentechnik. Die Anlagen bestehen im Wesentlichen aus Inertgasbehältern und ggf. den zugehörigen Verdampfereinrichtungen, bzw. einer Inertgaserzeugungsanlage, Ventilen, Druckminderern und einem fest verlegten Rohrnetz mit Düsen sowie Einrichtungen zur Überwachung, Ansteuerung und Auslösung der Anlage. Im Folgenden werden lediglich Sauerstoffreduktionssanlagen etwas näher betrachtet. Abbildung 6-46: Lager mit Sauerstoffreduktionsanlage (nach [6.183]) Die Anlagen können als Permanent-Sauerstoffreduktionsanlagen oder zur Inertisierung im Bedarfsfall - allerdings noch vor einem Brandereignis - ausgeführt werden. Letzteres bedingt eine Brandmeldeanlage für den Schutzbereich. Diese sollte auch für Permanentanlagen eingebaut werden, da Sauerstoffreduktionsanlagen pyrolyseprozesse (z. B. infolge überhitzter Kabel) oder Schwelbrände nicht in jedem Fall verhindern können. Für die Wirksamkeit der Anlage müssen im Rahmen einer Risikoanalyse insbesondere Art, Umfang, der zu schützenden Stoffe und daraus folgend die erforderliche maximale Sauerstoffkonzentration der zu schützenden Räume der Inertgasversorgung einer zusätzlichen Inertgasversorgung (sofern erforderlich, s. w. u.) von Alarmierungseinrichtungen für anwesende Personen und die Feuerwehr <?page no="335"?> 321 bei einer Inertisierung im Bedarfsfall die maximal zulässige Zeit bis zum Erreichen der höchstzulässigen Sauerstoffkonzentration ermittelt werden. Ggf. sind auch Aufbau und Verpackung der Stoffe von Bedeutung, da es möglicherweise zu einem Einschluss von Sauerstoff und/ oder der Verhinderung des Eindringens des Inertgases kommen könnte. Bei der Planung von Anlagen zur Rauminertisierung sind für die Umfassungsbauteile dieselben konstruktiven Aspekte zu beachten wie bei Gaslöschanlagen (Punkt 6.8.1). Als Inertgas behandeln DIN EN 16750 und VdS 3527 nur Stickstoff. Grundsätzlich sind auch andere Inertgase (z. B. CO 2 oder Argon) geeignet. Die Auswahl des Inertgases ist unter Berücksichtigung möglicher Reaktionen mit Materialien oder Einrichtungen im Schutzbereich zu treffen (z. B. kann es bei Magnesium- oder Aluminiumstaub zu Reaktionen mit CO 2 , im Einzelfall auch mit N 2 kommen [6.159]). Für andere Gase als Stickstoff ist die Eignung durch Prüfung der Entzündungsgrenze der Stoffe nachzuweisen. Nicht für Sauerstoffreduktionsanlagen zugelassen sind Wasserdampf und Aerosole (Punkt 6.9). Sauerstoffreduktionsanlagen können ihr Schutzziel „Brandvermeidung“ nur erreichen, wenn sie sicher verhindern, dass die Auslegungskonzentration des Sauerstoffes im Schutzbereich überschritten wird. Die Auslegungskonzentration ist die höchstzulässige Sauerstoffkonzentration, die sich aus der Entzündungsgrenze (Zündschwelle) des zündwilligsten Stoffes im Schutzbereich zuzüglich eines Sicherheitsspielraumes, ergibt. Der Sicherheitsspielraum ist auf 0,95% (DIN EN 16750) bzw. 1% (VdS 3527) festgelegt und deckt auch Messunsicherheiten der O 2 -Sensoren ab. Für einige Stoffe sind die Entzündungsgrenzen und Auslegungskonzentrationen in Tabelle 6-54 enthalten. Aus der Auslegungskonzentration des Sauerstoffes nach Tabelle 6-54 kann gemäß Gleichung 6-22 die erforderliche Konzentration des Inertgases berechnet werden. Gleichung 6-22: IG = 100 * (1 - O 2,max / O 2,Start ) mit: IG = Konzentration Inertgas [Vol.%] O 2,max = Sauerstoff-Auslegungskonzentration [Vol.%] O 2,Start = Sauerstoff-Anfangskonzentration [Vol.%] Aus der Auslegungskonzentration wird unter Berücksichtigung der Unsicherheiten von Messeinrichtungen, der betrieblich bedingten örtlichen und zeitlichen Schwankungen des Sauerstoffgehaltes (z. B. auf Grund des Öffnens von Türen) sowie der zu erwartenden Auswirkungen von Alarmen auf den Betriebsablauf ein Sollwert für den Konzentrationsregler abgeleitet. Oberhalb dieses Sauerstoffsollwertes werden Alarmierungsschwellen für die Sauerstoffkonzentration (Voralarm, Hauptalarm) so festgelegt, dass durch geeignete Maßnahmen die Auswirkungen minimiert werden können. <?page no="336"?> 322 Tabelle 6-54: Entzündungsgrenzen einiger Stoffe für die Brandvermeidung mittels Sauerstoffreduktion (nach DIN EN 16750 und VdS 3527, Auszug) Material Entzündungsgrenze/ Zündschwelle Vol.-% O 2 Auslegungskonzentration Vol.-% O 2 Kunststoffe als Verpackungsmaterial und Bestandteil von Produkten (z.B. Gehäuse) PE-HD (Gehäuse, Baustoff) 16,00 15,00 PP (Gehäuse, Baustoff) 16,00 15,00 PMMA 15,90 14,90 ABS 16,00 15,00 PVC (Kabel) 16,90 15,90 EDV Risiko 15,90 14,90 PE-LD (Verpackungsfolie) 15,90 14,90 Zellulose in Form von Verpackungsmaterial und Bestandteil von Produkten (z.B. Bücher, Akten) Fichtenholz / Kiefernholz (Palettenholz, unbehandelt) 17,00 16,00 Wellpappe, Karton palettiert (Verpackungskartonage, braun, unbehandelt, unbedruckt) 15,00 14,00 Papier (Schreibpapier, 80 g/ m², weiß, unbehandelt)* 14,10 13,10 Lösemittel (Temperatur bis 30 o C) Xylol 14,70 13,70 Isopropanol 14,00 13,00 Isobutanol 14,80 13,80 Ethanol 12,80 11,80 Aceton 13,00 12,00 Methanol 11,00 10,00 n-Heptan 13,00 12,00 Toluol 14,00 13,00 Anlagentechnische Maßnahmen können z. B. die Inbetriebnahme weiterer Inertgasquellen (Reservebehälter, redundante Erzeugungseinrichtung), das automatische Verschließen des Schutzbereiches u. a. m. sein. Als betriebliche Maßnahme wäre z. B. das Abfahren von Maschinen, als organisatorische Maßnahme das Heranführen externer Inertgasquellen denkbar. Die Inertgasversorgung muss den maximalen Bedarf aller angeschlossenen Schutzbereiche sicherstellen. Hierzu sind alle wichtigen Anlagenparameter zu überwachen, Sollwertabweichungen müssen einer ständig besetzten Stelle gemeldet werden. Als Inertgas-Versorgungseinrichtungen dienen wahlweise: stationäre oder mobile Flaschen oder Tanks mit gasförmiger Bevorratung (analog Permanentgas-Löschanlagen, Abbildung 6-35) <?page no="337"?> 323 stationäre oder mobile Flaschen oder Tanks mit flüssiger Bevorratung und Verdampfer (analog zu CO 2 -Niederdruckanlagen, Abbildung 6-38) Inertgaserzeugungsanlagen bzw. Luftzerlegungsanlagen. Die Verfügbarkeit bzw. Betriebsbereitschaft der Versorgungseinrichtung sind zu überwachen. Die insgesamt für einen bestimmten Zeitraum erforderliche Inertgasmenge ist abzustimmen auf: die Absenkung des Sauerstoffgehaltes auf den erforderlichen Grenzwert (dies erfordert ggf. mehrfache Spülung des Schutzbereiches mit Inertgas) betriebsbedingte Abströmverluste (z. B. durch Ein- und Ausschleusen von Betriebsmitteln in den/ aus dem Schutzbereich) die Leckrate der Umfassungsbauteile (Bestimmung z. B. mit einer Türgebläseprüfung nach VdS 2380). Anlagentechnisch entsprechen Anlagen für dauerhafte Sauerstoffreduktion im Schutzbereich im Wesentlichen Permanentgasbzw. CO 2 -Löschanlagen (je nach Inertgas) mit längerer Flutungszeit, d. h. die Rohrleitungen und Ausströmdüsen können anders dimensioniert werden. Bei bedarfsabhängiger Inertisierung, die so schnell erfolgen muss, das die Situationen nicht außer Kontrolle gerät, sind Druckausgleichseinrichtungen vorzusehen (Punkt 6.8.1). Die Warneinrichtungen gemäß Punkt 6.8.4 sind auch für Bedarfs-Inertisierungsanlagen vorzusehen Eine denkbare Gefährdung ggf. im Schutzbereich anwesender Personen durch die Absenkung des Sauerstoffgehaltes ist zu beachten. DIN EN 16750 stuft daher Sauerstoffreduktionsanlagen in Abhängigkeit von der Auslegungskonzentration in Risikoklassen ein und empfiehlt entsprechend abgestufte Sicherheitsmaßnahmen, die von einer Unterweisung des Personals (O 2 -Gehalt 17%) bis zur absoluten Zutrittsverhinderung (O 2 -Gehalt < 13%) reichen. 6.12 Objektschutzanlagen Sämtliche der beschriebenen Löschanlagen können in geeigneter Konfiguration auch als Objektschutzanlagen aufgebaut werden. Die wesentlichen Anlagenkomponenten entsprechen dann jenen der Raumschutzanlagen, allerdings ermöglicht im Allgemeinen die Beschränkung der Anlage auf einen relativ kleinen Raum auch Vereinfachungen der Abläufe und die Integration von Bauteilen. Im Folgenden werden kurz die Grundzüge und Funktionsprinzipien einiger Löschanlagen für Spezialprobleme vorgestellt. Hierzu wird zunächst am Beispiel der DIN EN ISO 19353 [6.199] eine geeignete Vorgehensweise zur Ermittlung der brandschutztechnisch erforderlichen Maßnahmen zur zuverlässigen Abdeckung eines gegebenen Risikos dargestellt. <?page no="338"?> 324 6.12.1 Risikoanalyse für den Objektschutz - Verfahren nach DIN EN ISO 19535 Für Maschinen aller Art (Fräsen, Drehbänke, Schleifmaschinen, Gießautomaten, Pressen, Umformeinrichtungen, aber auch Rotationsdruckmaschinen, Walzgerüste, Extruder etc.) gibt die DIN EN ISO 19353 [6.199] ein Verfahren zur Ermittlung, Beurteilung und Verminderung des bei Maschinen vorhandenen bzw. von ihnen ausgehenden Brandrisikos. Dieses Verfahren ist auch bei Risikoanalysen und Schutzmaßnahmen für andere Objekte (z. B. für Laborabzüge, Vitrinen, Prüfstände etc.) sinngemäß anwendbar. Nach DIN EN ISO 19353 ist wie folgt vorzugehen Erstellung einer Auflistung aller beteiligten Stoffe der Maschine (des Schutzobjektes) und des Prozesses einschließlich der Werk-, Roh- und Hilfsstoffe Bewertung der beteiligten Stoffe hinsichtlich: Entzündbarkeit, Entflammbarkeit, Brennbarkeit, brandfördernder Wirkung und ihrer toxischen Emissionen im Brandfall Ermittlung der Brandlast Erstellung einer Auflistung der möglichen Zündquellen: Wärmeenergie, z. B.: Heizungsanlagen, Verbrennungsmotore, offenes Licht oder Feuer, heiße Oberflächen, Schweißspritzer, Laser oder andere starke Strahlungsquellen; Elektrische Energie, z. B.: Elektrische Beleuchtungsgeräte, Elektromagnetische Strahlung, Kurzschluss, Elektrischer Lichtbogen, Erdungsfehler, Leiterschluss, Blitzeinschlag, Entladung statischer Elektrizität, loser Kontakt, übermäßige Erwärmung infolge Überlastung, induktive Erwärmung, unangepasster elektrischer Anschluss; Mechanische Energie, z. B.: Reibung (z. B. Heißlaufen), Ultraschall, Schlag, Schleifen, Kompression (einschließlich adiabatischer Kompression); Chemische Energie, z. B.: Selbsterhitzung, Selbstentzündung wie von pyrophoren Stoffen, durchgehende exotherme Reaktionen . Aufstellung von möglichen Brandszenarien entsprechend der Brandlast und den Zündquellen Bewertung möglicher Brandrisiken durch menschliches Fehlverhalten, wie Vertauschen von Stoffen und falsche Bedienung von Steuereinrichtungen. Nach der Analyse des Brandrisikos muss dies unter Berücksichtigung der zu erwartenden Schäden bewertet werden. Dabei spielen ökonomische und technische Erwägungen sowie Fragen zu Entschädigungen eine Rolle. Ergibt die Bewertung, dass <?page no="339"?> 325 die Maschine (das Schutzobjekt) nicht sicher ist, müssen Maßnahmen zur Risikominderung ergriffen werden. Technische Brandschutzmaßnahmen umfassen: konstruktive und/ oder verfahrenstechnische Maßnahmen integrierte Brandmelde- und Löschanlagen zusätzliche Maßnahmen Benutzerinformationen Die Maßnahmen sind nach der so genannten Maschinenrichtlinie (DIN EN ISO 12100 [6.200]) entsprechend der obigen Reihenfolge durchzuführen. 6.12.1.1 Konstruktive und verfahrenstechnische Maßnahmen Die Brandgefahr von Maschinen (Objekten) muss nach DIN EN ISO 12100 im Wesentlichen durch konstruktive und/ oder verfahrenstechnische Maßnahmen beseitigt oder reduziert werden („design it out“). Die verfahrenstechnischen Maßnahmen umfassen u. a. folgendes (Beispiele siehe auch in [6.201]): Verwendung nicht brennbarer, nicht entflammbarer und/ oder schwer brennbarer, schwer entzündbarer, z. B. die Flammenausbreitung verzögernder Materialien bei der Konstruktion der Maschine (des Objektes); Beseitigung oder Reduzierung des Risikos der Überhitzung sowohl der Maschine (des Objektes) selbst, als auch der Stoffe, die von der Maschine gebraucht werden (bzw. im Schutzbereich vorhanden sind), wie Gase, Flüssigkeiten, Feststoffe oder Dämpfe. (Das Risiko ist unter Berücksichtigung von Prozessabweichungen, die zu einer Überhitzung führen können, zu analysieren); Auswahl der Werkstoffe für die Konstruktion der Maschine (des Objektes) derart, dass nachteilige Wechselwirkungen mit den produzierten oder von der Maschine gehandhabten Stoffen (im Schutzbereich vorhandenen Stoffen) ausgeschlossen oder reduziert werden; Konstruktion der Maschine (des Objektes) so, dass brennbare oder brandfördernde Konzentrationen oder Ansammlungen von Rohstoffen, Zwischenprodukten oder Endprodukten über die notwendige Menge hinaus vermieden werden. Kann die Brandgefahr nicht ausgeschlossen werden, müssen die Auswirkungen des Brandes, einschließlich Flammen, Hitze und Rauch usw., z. B. durch Abschirmung oder Einhausung der Maschine begrenzt werden, um die Gefährdung von Personen <?page no="340"?> 326 und/ oder Schäden an Sachen und/ oder Umwelt auszuschließen oder zu begrenzen. Abbildung 6-47: Auswahl von Brandschutzmaßnahmen an Maschinen im Hinblick auf den zu erwartenden Schaden 6.12.1.2 Vollintegrierte Brandmelde- und Löschsysteme Die Risikoverminderung kann durch Integration von Brandmelde- und Löschsystemen (Sicherheitsbauteilen) in die Maschine (das Schutzobjekt) erreicht werden, die sicherstellen, dass ein Brand gelöscht oder so weit wie möglich auf den Entstehungsbereich beschränkt bleibt. Bei Verwirklichung der Anforderungen ist entsprechend des Schemas in Abbildung 6-47 vorzugehen. Ein Beispiel für ein Sicherheitsbauteil bestehend aus Branderkennungselement, Brandmeldezentrale, Vorratsbehälter, Verteilerrohrnetz und Löschdüsen enthält Abbildung 6-48. Das Schadensausmaß wird maßgeblich von der Abbrandrate und der Dauer des Brandes bestimmt. Die Branderkennung muss daher so schnell wie möglich erfolgen und der Löschvorgang mit der geringstmöglichen Verzögerung eingeleitet werden. Soweit erforderlich sind Spezialmelder oder spezielle Adaptionsmittel für die Brandmelder einzusetzen (z. B. Lichtleiterkabel). Falls Personen durch die Löscheinrichtung gefährdet werden können, z. B. wenn toxische Löschmittel verwendet werden, muss die Sicherheit von Personen im Bereich der Maschine (und ggf. in der eigentlichen Maschine bzw. des Schutzobjektes) angemessen berücksichtigt werden. Hierzu <?page no="341"?> 327 sind Warneinrichtungen und eine Auslöseverzögerung, ggf. auch eine Auslöseunterbrechung (vergl. Punkt 6.8.4), einzuplanen. Abbildung 6-48: Maschine mit integrierter Brandmelde- und Löschanlage - Beispiel 6.12.1.3 Zusätzliche Maßnahmen an Maschinen Um das erforderliche Sicherheitsniveau zu erreichen und/ oder weitere ökonomische Schäden zu vermeiden bzw. zu verringern, kann es sinnvoll sein, zusätzliche Brandschutzmaßnahmen vorzusehen. Dies können z. B. sein: gesteuertes Herunterfahren der Maschine und/ oder von Hilfsaggregaten einschließlich der Abtrennung von allen nicht erforderlichen Rohstoffen und Produkten; Not-Stop der Maschine, Abtrennung der nicht erforderlichen Energiezufuhr (z. B. Versorgung mit elektrischen Strom und Brennstoffen); Abschottung des durch die Feuerlöschanlage beaufschlagten Bereiches, z. B. durch Einhausung oder Wasservorhang. Wenn nötig sind auch Rückhalte- oder Auffangeinrichtungen für die im Brandfalle eingesetzten Löschmittel vorzusehen (siehe Kapitel 10). <?page no="342"?> 328 6.12.1.4 Benutzerinformation Dem Betreiber der Maschine (des Objektes) sind umfassende und verständliche Dokumentationen zur Verfügung zu stellen, so dass er in der Lage ist, die installierten Maschinen und Anlagen sowie die technischen Brandschutzeinrichtungen in einem bestimmungsgemäßen und einsatzbereiten Zustand zu erhalten und im Bedarfsfalle die erforderlichen Brandbekämpfungsmaßnahmen einzuleiten. Die Dokumentation muss auch Angaben über Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung der technischen Brandschutzeinrichtungen im Hinblick auf die bestimmungsgemäße Verwendung der Maschine (des Objektes) sowie Warnhinweise auf ein verbleibendes Restrisiko enthalten. Wird auf Wunsch des Benutzers die Brandschutzeinrichtung der Maschine in ein bestehendes Brandschutzkonzept des Betreibers eingepasst, sind die Schnittstellen zu definieren und in der Betriebsanleitung zu beschreiben. Der Hersteller der Maschine (des Schutzobjektes) muss die möglichen Sach- und Umweltschäden, die im Brandfalle von der Maschine verursacht werden können, feststellen, und ggf. die Bedingungen, die er für die Aufstellung der Maschine vorgesehen hat, einschließlich Anforderungen an den Aufstellungsort. Weicht der Benutzer von den Bedingungen des Herstellers ab, liegt es an ihm, die möglichen Sach- und Umweltschäden zu beurteilen, die bei der Ausbreitung eines Brandes über die Maschine hinaus an der Umgebung (einschließlich angrenzender Gebäude) entstehen können. Diese Beurteilung kann die ursprüngliche Schadenseinstufung verändern und zusätzliche Maßnahmen des Benutzers erforderlich machen. 6.12.2 Kleinlöschanlagen Für spezielle Anwendungsfälle, insbesondere für den Objektschutz aber auch für einzelne Räume bis ca. 100 m³ Volumen, sind Kleinlöschanlagen eine ökonomisch wie brandschutztechnisch vernünftige Lösung. Entsprechend der Vielzahl unterschiedlicher Schutzobjekte - EDV-Räume und Serverschränke, Maschinen (z. B. Werkzeugmaschinen, Motoren, Turbinen, Triebwerke, Hydraulikanlagen), Kücheneinrichtungen, Härteanlagen, Laboreinrichtungen, aber auch Kabeltrassen, Absauganlagen, Museumsvitrinen oder Tresore - ist eine allgemeingültige technische Beschreibung schwierig. Daher sind nur die wichtigsten Eigenschaften von Kleinlöschanlagen in DIN 14497 genormt [6.122]. Wenn ein spezielles Schutzobjekt die Einhaltung dieser technischen Regel nicht ermöglicht oder erfordert, kann selbstverständlich davon abgewichen werden. In diesem Fall sollte jedoch ein vergleichbares Schutzniveau der gewählten Lösung zu jenem, das bei voller Einhaltung der DIN 14497 erreicht würde, nachgewiesen werden (die Konformitätsvermutung der Norm gilt dann nicht). Kleinlöschanlagen nach DIN 14497 sind Einbereichslöschanlagen, die hinsichtlich des Löschmittelvorrates entsprechend Tabelle 6-55 beschränkt sind. <?page no="343"?> 329 Kleinlöschanlagen müssen innerhalb von nicht mehr als 4 Sekunden nachdem eine Aktivierung mittels Branderkennungselementen oder Handauslösung erfolgt ist das Löschmittel freigeben. Den prinzipiellen Aufbau und einige Ausführungsbeispiele von Kleinlöschanlagen zeigen Abbildung 6-48 und Abbildung 6-49. Tabelle 6-55: Löschmittelvorräte in Kleinlöschanlagen nach DIN 14497 Löschmittel Löschmittelmenge Abmessungen des Schutzbereiches 1) Wasser und wässerige Lösungen Entsprechend der Füllmenge eines Druckbehälters mit einem Druckinhaltsprodukt ≤ 1000 bar*l 2) ca. 5 m² bis 10 m² 3) Schaum ca. 8 m² bis 10 m² 4) Pulver ca. 150 m³ 5) Kohlendioxid 20 kg ca. 25 m³ Nichtverflüssigte Inertgase (N 2 , Ar, Mischgase 6) ) 18 kg ca. 20 m³ Halogenierte Kohlenwasserstoffe 7) 15 kg ca. 10 m³ bis 20 m³ 8) 1) Gerundet, abgeschätzt auf Grund der erforderlichen Löschmittelraten für Räume ohne Öffnungen und Belüftung. Insbesondere bei Wasser und Schaum stark abhängig von Brandverhalten und Geometrie. 2) also bei 10 bar 100 l Löschmittel oder 100 kg Löschpulver 3) Brandklasse A 4) filmbildendes Schaummittel, ohne Reserven (7fache Verschäumung, 10 cm Schaumdecke ) 5) für Kohlenwasserstoffbrände, siehe Punkt 6.7 6) Siehe Punkte 6.8.3.1, 14.3.5, 14.3.6 7) Siehe Punkte 6.8.8, 14.3.8 8) abhängig von Brandgut und Löschmittel, siehe Tabelle 6-49 Wegen der oben angesprochenen Problematik die Vielzahl der möglichen Kleinlöschanlagen abzudecken, sind stets die Wirksamkeit und die Zuverlässigkeit solcher Anlagen im Einzelfall nachzuweisen. Dies soll mit Hilfe eines ausführlichen Produkthandbuches für die Anlagen dokumentiert werden. Der Nachweis der Wirksamkeit muss sich dabei am Schutzziel der Kleinlöschanlage orientieren, das den angestrebten Endzustand bei einem Brand beschreibt. Schutzziele können dabei durchaus unterschiedlich sein: Löschen eines Brandes Verhinderung der Ausbreitung eines Brandes Minimierung, im Idealfall Vermeidung des Schadensumfanges an der geschützten Einrichtung der Ausfallzeit der geschützten Einrichtung Schutz und Rettung von Daten u. a. m. <?page no="344"?> 330 Abbildung 6-49: Kleinlöschanlagen - Beispiele (mit freundlicher Genehmigung der Firma Brodinger IT-Sicherheitstechnik) Die Wirksamkeit von Kleinlöschanlagen Hinsichtlich des Erreichens des festgelegten Schutzzieles kann z. B. durch Brand- und Löschversuche, Probeflutungen und Konzentrationsmessungen oder Berechnungen nach anerkannten Technischen Regeln nachgewiesen werden. Dabei muss sichergestellt sein, dass die vom Hersteller angenommenen Einsatzbedingungen und Leistungsmerkmale (z. B. Vorbrenndauer bis zur Auslösung der Anlage, Betriebszeit der Anlage, Löschmittelmenge und Löschmittelrate) die möglichen Brandszenarien sicher abdecken. Daher ist in aller Regel eine genaue Analyse möglicher Brandereignisse erforderlich (Punkt 6.12.1). Der Nachweis der Zuverlässigkeit von Kleinlöschanlagen kann z. B. durch Bauteilprüfungen der wesentlichen Bestandteile nach den einschlägigen technischen Regeln wie DIN EN 54 für automatische Brandmelder DIN EN 54-2 für Kleinlöschzentralen DIN EN 12094-9 für Branderkennungselemente mit Glasfass oder Schmelzlot DIN EN 12094-11 für Einrichtungen zur Schwundüberwachung DIN EN 12094-6 für Blockieranlagen (bei KLA mit Personenschutzelementen, vergl. Punkt 6.8.4) und Systemprüfungen, die - für alle Anlagenvarianten - anhand der technischen Unterlagen theoretisch und durch Probeauslösungen nachweisen, dass die Bauteile des Systems technisch kompatibel sind und bestimmungsgemäß zusammenwirken. Kleinlöschanlagen, die mittels Spezialschäumen, die bei Kontakt mit Fetten aufschäumen, sehr gute Löschwirkung, erzielen werden heute mehr und mehr als Rou- <?page no="345"?> 331 tinemaßnahme in größeren Küchen eingesetzt und können von Hand oder über Wärmemelder ausgelöst werden. Regeln für den Einbau und den Betrieb in gewerbsmäßigen Küchen enthält DIN 18869-6 [6.123] Kleinlöschanlagen sind danach grundsätzlich bei Frittier Fettmengen von mehr als 50 kg (insgesamt) bzw. Heizleistung der Frittier Einrichtungen von mehr als 60 kW einzubauen. Unter den Handelsnamen FlexiSys und FireDeTec werden Kleinlöschanlagen angeboten die hinsichtlich der meisten Punkte DIN 14497 entsprechen und durch einen so genannten Anregungsschlauch - der bei manchen Systemen gleichzeitig als Ausbringevorrichtung für das Löschmittel dient - den Brand detektieren. Diese Anregungsschläuche bestehen aus druckbeaufschlagten speziellen Kunststoffen, die bei einer Temperaturbelastung von ca. 120 o C lokal zerstört werden. Der daraus folgenden Druckabfall wird zur Betätigung eines Alarmventiles genutzt, das den Löschmittelstrom freigibt (ganz ähnlich den Alarmventilen von Sprinkleranlagen, Punkt 6.4.5). Handelt es sich um ein so genanntes direktes Löschsystem, wird das Löschmittel (CO2, Argon, Stickstoff, halogenisierte Kohlenwasserstoffe, aber je nach Anwendungsfall gelegentlich auch Wasser oder Schaumlösungen) über den Anregungsschlauch und dessen entstandene Öffnung direkt in den Bereich der Branddetektion abgegeben. Bei indirekten Löschsystemen dient der Druckabfall im Angegungsschlauch zur Ventilöffnung, die Ausbringung des Löschmittels erfolgt jedoch über ein getrenntes Rohrsystem mit eigenen Düsen. Wesentlicher Vorteile dieser Systeme sind die nachträgliche Installierbarkeit auch in schwierigen räumlichen Verhältnissen (s. w. o), die lineare Branddetektion und die sehr gezielte Löschmittelabgabe. Neben den oben genannten wird mehr und mehr ein anderer Typ Kleinlöschanlagen mit Löschmittelmengen im Kilogramm bzw. Liter Bereich angeboten. Diese Geräte sind entweder ähnlich konstruiert wie die Glasfässchen von Sprinklern (Punkt 6.4.7.6) und geben ihren Inhalte bei Zerstörung des Gefäßes infolge des sich ausdehnenden Löschmittels explosionsartig frei, oder das Löschmittel wird mit Hilfe eines pyrotechnischen Sprengsatzes innerhalb einiger Millisekunden ausgetrieben. Die sich in beiden Fällen entwickelnde Löschmittelwolke reicht nach Herstellerangaben aus, Räume bis zu etwa 2,5 m³ zuverlässig abzulöschen [6.124]. Eine andere Entwicklungslinie für die Optimierung von Kleinlöschanlagen auf das spezielle Schutzobjekt sind Mehrstoff-Löschanlagen, die unter Punkt 6.10 beschrieben sind. <?page no="346"?> 332 6.12.3 Funkenlöschanlagen Bei der Be- und Verarbeitung sowie bei der Trennung brennbarer Stoffe können Funken entstehen, die zusammen mit den brennbaren Stäuben, Spänen, Schnitzeln, Flocken etc. über Transporteinrichtungen in nachgeschalteten Anlagebereichen Brände verursachen können. Zündquellen sind hauptsächlich funkenbildende Fremdkörper, stumpfe Werkzeuge, heiße Oberflächen aber auch Reibungswärme und Überhitzung. Filter, Bunker, Silos und sonstige im Verbund mit Fördereinrichtungen stehende Maschinen und Einrichtungen sind besonders gefährdet. Wirkungsvollen Schutz bieten Funkenerkennungs- und Funkenlöschanlagen [6.192]. Diese Anlagen haben die Aufgabe, Funken und Glimmnester zu erkennen und sorechtzeitig zu löschen, dass in der im Prozess nachfolgenden Anlage weder ein Brand ausbrechen noch eine Explosion entstehen kann. Eine bereits angelaufene Explosion kann mit Funkenlöschanlagen nicht beherrscht werden, hierfür sind Explosionsunterdrückungseinrichtungen oder eine explosionstechnische Entkoppelung von Anlagenteilen erforderlich (Punkte 6.12.4 und 6.12.5). Funkenlöschanlagen löschen selbsttätig und müssen nach einem Löschvorgang automatisch sofort wieder einsatzbereit sein. Funkenlöschanlagen sind in der VdS-Richtlinie 2106 [6.193] technisch beschrieben und bestehen aus den folgenden Hauptkomponenten: Funkenerkennungsanlage, mit Funkenmelder Funkenmelderzentrale Funkenlöschanlage, mit Wasserversorgung, Magnetventil, Rohrleitungen Löschdüsen Absperreinrichtungen (gesichert) (falls notwendig: Begleitheizung). Mit Hilfe der Funkenerkennungsanlage werden Funken und Glimmnester rechtzeitig erkannt. Danach können Alarmierung, geeignete Steuerungsvorgänge (z. B. Abschalten von Maschinen) sowie Funkenlöschung und/ oder Funkenausscheidung unmittelbar und automatisch eingeleitet werden. Die Funkenmelder reagieren höchst empfindlich und mit sehr kurzer Verzögerung auf Infrarotstrahlung und leiten ein elektrisches Signal an die Funkenmelderzentrale weiter. Den prinzipiellen Aufbau und die Wirkungsweise zeigt Abbildung 6-50. Als Löschmittel für Funkenlöschanlagen wird hauptsächlich Wasser (ohne Zusätze, Beladung ca. 350 g/ m³ bis 500 g/ m³) eingesetzt. Die Verwendung anderer Löschmittel, z. B. Löschpulver, ist zulässig, wenn sie zweckmäßig und wirksam sind. Bei Ansprechen der Anlage wird das Wasser in Form eines Löschstoßes fein verteilt für eine bestimmte Zeitdauer in die Förderstrecke eingesprüht. <?page no="347"?> 333 Der Löschvorgang wird beeinflusst vom Rohrdurchmesser, der Art des Fördergutes, von der Fördergutdichte und der Fördergeschwindigkeit. Er ist abhängig vom zeitlich anstehenden Funkenflug und kann aus mehreren Löschstößen bestehen. Die Dauer eines Löschvorganges beträgt im Allgemeinen bis zu 10 Sekunden. Die Löschwassereingabe muss mindestens 5 Sekunden über die Dauer der Funkenerkennung hinausgehen. Funkenmelder und Löschdüsen sind ausreichend weit voneinander entfernt einzubauen. Der Abstand richtet sich nach der Transportgeschwindigkeit des Fördergutes und der Gesamtverzögerungszeit des Schutzsystems. Abbildung 6-50: Funkenlöschanlage - Schema: Detektion - Löschung Anmerkung: Das Ausbringen des Löschmittels und die Betätigung der Schnellöffnungsventile erfolgt bei manchen Anlagen mit Hilfe von pyrotechnischen Einrichtungen vergleichbar zum Airbag in KFZ vergl. Abbildung 6-50 rechts. Anstelle der Funkenlöschung kann auch eine Funkenausscheidung von der Funkenerkennung angesteuert werden. Die Funkenausscheidung besteht normalerweise aus der Umlenkeinrichtung, z.B. einer Schnellschlussklappe, die dafür sorgt, dass Fördergut mit erkannten Funken aus der Förderleitung ausgeschleust wird, der zugehörigen Steuerung und nichtbrennbaren Behältern für das ausgeschiedene Fördergut. Hinsichtlich Dauer der Ausscheidung gilt das zum Löschvorgang ausgeführte analog. Funkenerkennungsanlagen sind nur dann sinnvoll, wenn sie mit geeigneten sonstigen Schutzmaßnahmen kombiniert werden. Müssen z. B. pneumatische Förderleitungen durch Brandwände geführt werden, sind in die Leitungen Schnellschlussklappen - möglichst in der Wand - einzubauen, um eine Brandübertragung unmittelbar auszuschließen. Schnellschlussklappen in pneumatischen Förderleitungen, die durch Funkenlöschanlagen geschützt sind, müssen grundsätzlich nach den Funkenlöschanlagen angeordnet werden. Schnellschlussklappen müssen durch Funkenmelder (z.B. Funkennacherkennung) angesteuert werden. (An anderer Stelle geforderte Brandschutzklappen bleiben davon unberührt.) Weiter Hinweise zu den zu beachtenden Parametern entnimmt man z. B. [6.198]. <?page no="348"?> 334 6.12.4 Explosionsunterdrückungsanlagen Verbrennungsvorgänge laufen, abhängig von den speziellen stofflichen Gegebenheiten, mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ab. Überschreitet die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Flammenfront einige Meter pro Sekunde spricht man von einer Explosion [6.125]. Überall wo in der Industrie brennbare Flüssigkeiten, Gase oder Stäube gehandhabt werden, besteht Explosionsgefahr, denn rund 80 % aller industriellen Stäube sind explosionsfähig ([6.195] bis [6.198]) Nachdem eine Explosion angelaufen ist, können die Folgen durch explosionstechnische Maßnahmen wie Explosionsunterdrückung und -entkopplung begrenzt werden. Explosionsunterdrückungssysteme werden dort eingesetzt, wo der Explosionsdruck die Druckfestigkeit der Industrieanlage überschreiten könnte. Die vor der Flammenfront her laufende Druckwelle aktiviert bei einem Grenzdruck oder beim Überschreiten maximaler Druckanstiegsgeschwindigkeiten über Drucksensoren die Löschanlage. Die Ventile oder Berstscheiben geben innerhalb weniger Millisekunden den Löschmittelvorrat über Kugeldüsen in die Anlage ab. Zum Erreichen dieser kurzen Löschzeiten werden zum Austreiben der Löschmittel aus dem Behälter häufig pyrotechnische Zünder eingesetzt, bzw. das permanent unter einem hohen Druck gelagerte Löschmittel wird durch pyrotechnisch geöffnete Ventile freigegeben. Als Löschmittel wird überwiegend Löschpulver eingesetzt, das die Verbrennungsreaktion der Explosion unterbricht. Den prinzipiellen Aufbau und die Funktion von Explosionsunterdrückungsanlagen zeigt Abbildung 6-51. Abbildung 6-51: Behälterschutz mit Explosionsunterdrückungsanlage -Schema <?page no="349"?> 335 6.12.5 Explosionstechnische Entkopplung Explosionstechnische Entkopplungssysteme verhindern, dass die Flammenfront und/ oder Druckwelle einer Explosion in geschützte Anlagenteile eindringt. Dies geschieht entweder durch den sofortigen mechanischen (explosionsfesten) Verschluss der Verbindungswege mit Explosionsschutzventilen und Schnellschlussschiebern, Explosionsschutzventilen oder durch den Aufbau einer Löschmittelsperre (Flammenunterdrückung). Löschmittelsperren sind grundsätzlich den Funkenlöschanlagen vergleichbar. Infrarot-Flammendetektoren oder Druckdetektoren erkennen die anlaufende Explosion. Die Löschmittelbehälter bauen in Sekundenbruchteilen vor der anlaufenden Flammenfront eine Löschpulverwolke auf, die die in sie hineinlaufenden Flammen ablöscht (Abbildung 6-52). Abbildung 6-52: Löschmittelsperre - Schema <?page no="350"?> 336 6.13 Literaturverzeichnis zu Kapitel 6 [6.1] DIN 2000: 2017-02 Zentrale Trinkwasserversorgung - Leitsätze für Anforderungen an Trinkwasser, Planung , Bau betrieb und Instandhaltung der Versorgungsanlagen - Technische Regel des DVGW [6.2] DIN 1988-600: 2010-12 Technische Regeln für Trinkwasserinstallationen (TRWI); Teil 600: Trinkwasser-Installationen in Verbindung mit Feuerlösch- und Brandschutzanlagen; Technische Regel des DVGW [6.3] DIN 14462: 2012-09 Löschwassereinrichtungen: Planung, Einbau, Betrieb und Instanthaltung von Wandhydrantenanlagen und Überflur- und Unterflurhydrantenanlagen [6.4] Büssem, R.: Anschluß von Feuerlöschanlagen an Trinkwassernetze, vfdb- Zeitschrift 1/ 95 [6.5] Spangardt, G.: Neue Regeln für Wandhydranten unter Berücksichtigung von DIN 1988, in s+s report 6/ 2003 [6.6] DIN EN 671-1: 2012-07 Ortsfeste Löschanlagen - Wandhydranten Teil 1: Schlauchhaspeln mit formstabilem Schlauch [6.7] DIN EN 671-2: 2012-07 Ortsfeste Löschanlagen - Wandhydranten Teil 2: Wandhydranten mit Flachschlauch [6.8] E DIN 14461-1: 2016-01 Feuerlösch-Schlauchanschlußeinrichtungen - Teil 1: Wandhydrant mit formstabilem Schlauch [6.9] E DIN 14461-6: 2016-01 Feuerlöschschlauchanschlusseinrichtungen - Teil 6: Wandhydranten mit Flachschlauch für geschultes Personal [6.10] DIN 14461-3: 2016-01 Feuerlösch-Schlauchanschlußeinrichtungen - Teil 3: Schlauchanschlussventile PN 16 [6.11] DIN EN 694: 2014-10 Feuerlöschschläuche - Formstabile Schläuche für Wandhydranten [6.12] DIN 14365-1: 1991-02 Mehrzweckstrahlrohre FN 16; Maße, Werkstoffe, Ausführung, Kennzeichnung - Zurückgezogen [6.13] Schöttner, M.-A.: Wandhydranten Typ F: Ist die Feuerwehr schneller? Brand- Schutz 9/ 2015, S. 764 ff. [6.14] BGV A8 Unfallverhütungsvorschrift (UVV) Sicherheits und GEsundheitsschutzkennzeichnung am Arbeitsplatz des Hauptverbandes der gewerblichen Berufsgenossenschaften [6.15] Verordnung über Arbeitsstätten - ArbStättVO -vom 05.08.93, BGBl I 1975, 729, i. d. F. vom 27.09.02 [6.16] GLORIA-WERKE: Feuerlöscher Produktinformation D.S./ Kat.F/ 1/ 82/ 4 [6.17] DIN EN 2 Brandklassen [6.18] DIN V 14406-5: 2003-02 Tragbare Feuerlöscher -Teil 5: Prüfung tragbarer Feuerlöscher nach DIN EN 3 auf Eignung zum Löschen von Speiseöl- und Speisefettbränden; jetzt in DIN EN 3-7: 2007-10 als Anhang [6.19] EN 3-7: 2007-10 Tragbare Feuerlöscher - Teil 7: Eigenschaften, Leistungsanforderungen und Prüfungen [6.20] ASR 2.2: Maßnahmen gegen Brände, Mai 2018 (GMBl.) vom 18.05.2018, S. 446 <?page no="351"?> 337 [6.21] TRGS 800: 2010-12 Technische Regeln für Gefahrstofffe - Brandschutzmaßnahmen [6.22] ASR A1.3: 2017 Sicherheits- und Gesundheitsschutzkennzeichnung, GMBl 2017 S. 7 [6.23] Kortholdt, C.: Feuerlöscherspray und PM 10 am Verkehrsflughafen Frankfurt/ Main: Erfahrungsbericht, Zeitschrift WFV-Info II/ 2016, S. 15 ff [6.24] Brand bekämpfen, aber richtig; Zeitschrift test 01 2018, S. 66 ff. 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Kaiz; C.: Aktive Brandvermeidung in einem Hochregallager, GIT Sicherheit + Management 3/ 2002 [6.189] Minimax Brandschutz und Sicherheitstechnik - Permatec-Produktinformation [6.190] DIN EN 16750: 2017-11 Ortsfeste Löschanlagen - Sauerstoffreduzierungsanlagen - Konstruktion, Einbau, Planung und Instanthaltung [6.191] VdS 3527: 2015-05 Sauerstoffreduzierungsanlagen - Planung und Einbau [6.192] Kujau, P.: Moderne Funkenlöschanlagen - wirkungsvoll und zuverlässig, s+s report 2/ 2002 <?page no="359"?> 345 [6.193] VdS-Richtlinie 2106: 2012-12 ‘Richtlinien für Funkenerkennungs-, Funkenausscheidungs- und Funkenlöschanlagen [6.194] Minimax: Firmenbroschüre F 52 Funkenlöschanlagen [6.195] Glor, M.: Staubexplosionen: Gefahren und Schutzmaßnahmen, s+s report 2/ 20002 [6.196] Vogel, M.: Explosionsunterdrückung und explosionstechnische Entkopplung, in s+s report 6/ 1999 [6.197] Post, R.: Explosionsunterdrückung an Zerstäubungstrocknern, in GIT Sicherheit + Management 8/ 200 [6.198] Schremmer, U.: Neuentwicklungen auf dem Gebiet der Brand- und Explosionsunterdrückung, s+s report 3/ 2000 [6.199] DIN EN ISO 19353: 2016-07 Sicherheit von Maschinen - Vorbeugender und Abwehrender Brandschutz [6.200] DIN EN ISO 12100: 2011-03 Sicherheit von Maschinen -Allgemeine Gestaltungsleitsätze - Risikobeurteilung und Riskominderung [6.201] Total-Walter GmbH: Brand- und Explosionsschutz an Werkzeugmaschinen, GIT Sicherheit + Management 3/ 2001 <?page no="360"?> 346 7 Rauch- und Wärmeabzugsanlagen 7.1 Aufgabenstellung Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (RWA) haben die Aufgabe, im Brandfall durch Abführen von Rauch und Wärme aus dem Brandraum einen abschwächenden Einfluss auf den Brandverlauf vom Entstehungsbrand über den fortentwickelten Brand zum Vollbrand zu nehmen. Der Entstehungsbrand ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen im Raum auch oberhalb der Brandausbruchstelle 200° C noch nicht überschritten haben (vergl. Abbildung 1-1, Seite 5). Beim fortentwickelten Brand wird in der unmittelbaren Umgebung des Brandes diese Temperatur überschritten. Temperaturen von ca. 300 o C bis 450 o C führen zur Pyrolyse brennbarer Stoffe in der Umgebung des Brandherdes und damit zum Freiwerden brennbarer Gase (im Wesentlichen CO). Diese Gase sammeln sich im Raum an. Wird im weiteren Brandverlauf eine Temperatur von ca. 550° C nicht nur an der- Brandstelle, sondern in einem größeren Bereich des Raumes (in der Regel unterhalb der Decke) überschritten, kommt es - sofern genügend Luftsauerstoff zur Verfügung steht - zum Feuerübersprung (Flash-over; siehe auch Südmersen [7.1]). Dabei erfolgt eine schlagartige Zündung der Schwelgase, so dass es zu einer sehr rasch ablaufenden Brandausbreitung kommt. RWA beeinflussen diesen Brandverlauf positiv hinsichtlich des Angriffes der Feuerwehr, der Personenrettung und des Schutzes der baulichen Anlage. Durch ihre Funktion tragen sie zum Erreichen der folgenden Schutzziele bei: die Rettungs- und Angriffswege soweit rauchfrei zu halten, dass die Benutzbarkeit auch für ungeschützte Personen erhalten bleibt (zur Wirkung von Brandrauch auf den Menschen vergl. Punkt 1.3.3) die Brandbekämpfung durch Schaffung einer rauchfreien Schicht zu erleichtern, so dass es der Feuerwehr möglich wird, den Brandherd zügig zu erreichen, den Flash-over und den Vollbrand zu verzögern bzw. zu vermeiden, Einrichtungen zu schützen, Brandfolgeschäden durch Brandgase und thermische Zersetzungsprodukte herabzusetzen und im Idealfall zu vermeiden, und die thermische Beanspruchung der Bauteile durch Abzug der Brandwärme zu vermindern. <?page no="361"?> 347 Anmerkung: Baurechtlich müssen Gebäude so erstellt, unterhalten und betrieben werden, dass die Rettung von Personen und wirksame Löschmaßnahmen möglich sind. Grundlagen der bauordnungsrechtlichen Anforderungen zur Rettung von Personen aus Standardbauten sind die innere Abschottung der Gebäude die Führung, Bemessung und bauliche Ausbildung der Rettungswege betriebliche/ organisatorische und ggf. anlagentechnische Maßnahmen einschließlich der Alarmierung. Sind diese grundlegenden Anforderungen eingehalten (= im Normalfall), ist bauordnungsrechtlich eine Rauchableitung nur zur Unterstützung der Brandbekämpfung durch die Feuerwehr vorgesehen. Dass bauordnungsrechtlich in bestimmten Fällen Öffnungen zur Rauchableitung oder Rauchabzugsanlagen verlangt werden, trägt der Erfahrung Rechnung, dass diese - selbst wenn dafür keine quantifizierte Entrauchungswirkung vorgegeben ist - die Feuerwehr bei ihrer Arbeit unterstützen. Die Bedeutung von Entrauchungseinrichtungen für die Rauchfreihaltung der Rettungswege und der Angriffswege der Feuerwehr wird klar, wenn man die bei Verbrennung von Stoffen entstehenden Rauchmengen (Abbildung 7-1) in Beziehung zu üblichen Raumgrößen setzt. So wird beim Brand eines im Treppenraum eines sechsgeschossigen Wohnhauses (16 m², 21 m hoch, 336 m³ Rauminhalt) abgestellten Kinderwagens, bei dem nur 1 kg Schaumstoff verbrennt, ohne Rauchabzug der Treppenraum mehrfach vollständig verraucht. Eine 5 m hohe Lagerhalle von 20 m x 40 m Größe (Rauminhalt 4000 m³) wird bei Verbrennung einer einzigen Holzpalette (Masse ca. 10 kg) vollständig verrauchen (siehe auch bei Steinert [7.2]). Abbildung 7-1: Rauch- und Brandgasvolumina bei der Verbrennung von jeweils 1 kg Material 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Schaumgummi Heizöl Weichschaumstoff Petroleum GFK Polypropylen Linoleum Spanplatte Birkensperrholz Zellulose, Papier Hart-PVC [m³/ kg] <?page no="362"?> 348 Aber auch bei Büronutzungen ist mit erheblicher Rauchentwicklung zu rechnen. So wird ein relativ großer Büroraum (50 m², 3 m hoch) beim Brand eines üblichen Bürostuhls (Rauchproduktion bis 1,5 m³/ s; VDMA [7.3]) in nur etwa 100 Sekunden vollständig verrauchen. Beim (ungehinderten) Brand von Computern, Druckern etc. dauert dieser Vorgang etwa 3 bis 5 Minuten (siehe auch bei Detzer et. al. [7.4]) Die RWA nutzen wo möglich den thermischen Auftrieb der Brandgase und werden dann als Natürliche Rauchabzugsanlagen - NRA - bezeichnet. Sofern der Einsatz von Rauchabzügen aufgrund der Gebäudegeometrie (untere Geschosse mehrgeschossiger Gebäude) nicht möglich ist, können Maschinelle Rauchabzüge (MRA) eingesetzt werden, die durch Zwangslüftung mittels Ventilatoren den Rauchabzug durchführen. Differenzdruck-Lüftungsanlagen erzeugen ein gerichtetes Druckgefälle zur Rauchfreihaltung von Rettungswegen. 7.2 Wirkung von Rauch- und Wärmeabzügen 7.2.1 Physikalische Grundlagen und Einflussgrößen Physikalische Grundlage für die Wirkung von Rauch- und Wärmeabzugsanlagen die auf dem natürlichen Auftrieb der heißen Brandgase beruhen - Natürliche Rauchabzugsanlagen: NRA - ist die Tatsache, dass die aufgrund der gegenüber Luft geringeren Dichte aufsteigenden Heißgase unter der Raumdecke eine Rauchschicht bilden. Diese Rauchschicht wird vom Brand über den Rauchpilz, den so genannten ”Plume”, mit Rauchgas angereichert. Beim Aufsteigen des Rauches wird über die Oberfläche des Plumes kalte Umgebungsluft eingemischt. Ziel der NRA ist, durch geeignet bemessene Abzugsöffnungen (oder bei Maschinellen Rauchabzugsanlagen mit Hilfe von Ventilatoren) die Rauchschicht (quasi-)stabil zu halten, d. h., nach einer kurzen Anlaufphase, mindestens so viel Rauch und Wärme aus der Schicht abströmen zu lassen, wie durch den Brand nachgeliefert wird. Die zugrunde liegende Theorie teilt den Brandraum in zwei Zonen ein, (Zonenmodell, siehe auch bei Heins [7.5]) die obere Schicht heißer Rauchgase die untere Schicht relativ kühler Luft Beide Schichten stehen über den Plume in Verbindung und tauschen miteinander, dem Plume und - wenn die Natürlichen Rauch- und Wärmeabzüge geöffnet bzw. die Maschinellen Rauch- und Wärmeabzüge (Punkt 7.7) in Betrieb sind - mit der Umgebung Masse und Energie aus (Abbildung 7-2). Durch Aufstellung und Lösung der Austauschgleichungen für Masse und Energie können die Bedingungen für eine stabile Schichtung ermittelt werden (Wärmebilanzrechnung, siehe hierzu z. B. bei Hosser et. al. [7.6] oder VDI 6019 [7.7], [7.8]) Eine Zusammenstellung der allgemeinen wissenschaftlichen Grundlagen für Rauch- und Wärmeabzug findet man bei Ostertag et. al. [7.9]. <?page no="363"?> 349 Abbildung 7-2: Grundlegende Austauschbeziehungen von Zonenmodellen, links für Masse, rechts für Energie (nach Heins [7.5]; nicht alle Anteile haben den gleichen Einfluss) 7.2.2 Plumemodelle Für die Bemessung von NRA sind die Massenströme im Plume von entscheidender Bedeutung. In der Literatur (u. a. Brein [7.10], Thomas et. al. [7.11], Zukosky [7.12]) sind eine ganze Reihe von Plumemodellen veröffentlicht, die in relativ weiten Grenzen streuende Massenströme ergeben. Zu beachten ist dabei, dass für alle Modelle die jeweiligen Gültigkeitsgrenzen der Formeln, insbesondere hinsichtlich der relativen Abmessungen des Raumes und des Brandes einzuhalten sind. Abbildung 7-3: Plumemodell nach Thomas und Hinkley m o e = eingemischter Raumluftstrom [kg/ s] m o Pl = Massenstrom im Plume [kg/ s] Decke Plume m° pl Grenzschicht Decke U Brandherd d Q° pl m °e R ° m °Verbr m °Pl ~ 0,188 * U * d 3/ 2 Rauchschicht raucharme Schicht Decke Plume Plume m° pl Grenzschicht Decke U Brandherd d Q° pl m °e R ° m °Verbr m °Pl ~ 0,188 * U * d 3/ 2 m °Pl ~ 0,188 * U * d 3/ 2 Rauchschicht raucharme Schicht <?page no="364"?> 350 Das Plumemodell von Thomas und Hinkley [7.11] gilt in großen Räumen, wenn die Flammenspitzen in die Rauchschicht hineinreichen. Diese Verhältnisse sind für die meisten NRA zugrunde zu legen. Der vom Plume in die Rauchgasschicht hineingetragene Massenstrom ergibt sich aus der Masse des verbrannten Brandgutes zuzüglich der im unteren Teil des Plumes eingemischten kalten Frischluft (Abbildung 7-3). Der Massenstrom im wandfernen Plume in großen Räumen nach Thomas und Hinkley m PLT+H wird nach folgender Formel berechnet: . . Gleichung 7-1 : m PLT+H + R = 0,188 * d 3/ 2 * U [kg/ s] dabei ist: . R = Abrandrate [kg/ s] m PL = Massenstrom des Plumes [kg/ s] U = (4 * A Br * ) 1/ 2 = Umfang der Brandfläche [m] d = Höhe der raucharmen Schicht [m] mit: A Br = Brandfläche [m²] Anmerkung: Als große Räume gelten Räume mit L > 5 * D f mit L größere Seitenlänge des Raumes [m] D f = Durchmesser des Feuers [m] mit der Fläche A Br [m²] Es ist zulässig in Gleichung 7-1 die Abbrandrate R gegenüber der in den Plume eingemischten Umgebungsluft zu vernachlässigen. Der Stoffumsatz ist mit nur 1 % bis 2,5 % des Plumemassenstroms deutlich kleiner ist als die Masse der eingemischten Frischluft (Ostertag et. al.[7.9]). Bei hohen Räumen und/ oder kleinen Brandflächen erreichen die Flammenspitzen häufig nicht die Rauchgasschicht. Für diese Randbedingungen ist das Plumemodell von Zukoski besser anwendbar [7.12], das von einem Plume mit virtuellem punktförmigen Ursprung ausgeht. Abbildung 7-4: Plumemodell nach Zukoski m o e = eingemischter Raumluftstrom [kg/ s], m o Pl = Massenstrom im Plume [kg/ s] <?page no="365"?> 351 Der Massenstrom im wandfernen Plume nach Zukoski m PLZ wird nach folgender Gleichung berechnet: . . Gleichung 7-2: m PLZ + R = 0,076 * (d - z 0 ) 5/ 3 * Q 1/ 3 [kg/ s] . . dabei ist: Q = (1 - f r,pl ) * A Br * h“ c [kW] . m PL = Massenstrom des Plumes [kg/ s] . R = Abrandrate [kg/ s] d = Höhe der raucharmen Schicht [m] z 0 = h fl - 0,175 * Q 2/ 5 [m] = Lage des virtuellen Plumeursprunges . mit: h fl = 42 * D * [(1-f r,pl ) * h“ c / H ui,eff * 0 * (g *D) 1/ 2 ] 0,61 = Flammenhöhe nach Thomas [7.11] [m] Q = konvektiver Anteil der Brandleistung [kW] D = Durchmesser der Brandfläche [m] 0 = Dichte der Umgebungsluft (1,2045) [kg/ m³] g = Erdbeschleunigung (9,81) [m/ s²] H ui,eff = unterer effektiver Heizwert . von Holz (15 000) [kJ/ kg] h“ c = spezifische Brandleistung [kW/ m²] f r,pl = anteiliger Strahlungsverlust im Plume . Das oben zur Vernachlässigung der Abbrandrate R ausgeführte gilt analog. In den Abbildungen 7-2 bis 7-4 und den Gleichungen 7-1 und 7-2 ist unterstellt, dass sich der Brand auf der Bodenebene des Brandraumes befindet. Dies ist auch die Annahme, die in den im Folgenden dargestellten Technischen Regeln zu Grunde gelegt wird. Etwas allgemeiner können die Gleichungen 7-1 und 7-2 mit der so genannten effektiven Aufstiegshöhe der Brandgase Y eff anstelle der Höhe der raucharmen Schicht geschrieben werden. Dabei ist Y eff der Abstand der Flammenwurzel von der Unterkante der Rauchschicht (siehe hierzu z. B. in VDI 6019 [7.7], [7.8] und Abbildung 7-10). 7.3 Technische Regeln für RWA Rauch - und Wärmeabzugsanlage - RWA - ist der Oberbegriff für eine Reihe von technischen Realisierungen dieser Anlagen gemäß Abbildung 7-5. Die für Rauch- und Wärmeabzüge anzuwendenden technischen Regeln entnimmt man nachfolgender Tabelle 7-1. Die Normen DIN 18232-2 [7.13] und DIN 18232-5 [7.14] sind Bemessungsnormen und werden im Folgenden schwerpunktmäßig dargestellt. Die Normenreihe DIN EN 12101 beschränkt sich im Wesentlichen auf die Komponenten von RWA (Produktnormen), und enthält nur in DIN EN 12101-6 einige Hinweise zur Bemessung von Differenzdrucksystemen zur Rauch und Wärmefreihaltung. Bei der Planung von RWA ist zu beachten, dass zum Erreichen einer Rabattie- <?page no="366"?> 352 rungsfähigkeit der Brandversicherungsprämien zusätzlich zu den Normen die Vorschriften der VdS Schadensverhütung (VdS bzw. VdS CEA) zu beachten sind, die in erster Linie den Sachschutz in den Vordergrund stellen. Abbildung 7-5: RWA - Einteilung und technische Regeln (fett: Planungs- und Bemessungsnormen, kursiv: Produktnormen) Tabelle 7-1: Technische Regeln für RWA Technische Regeln für RWA Benennung Titel Stand DIN 18232-1 Rauch- und Wärmeabzugsanlagen: Begriffe und Anwendungen 2002-02 DIN 18232-2 Rauch- und Wärmefreihaltung Teil 2: Natürliche Rauchabzüge (NRA) - Bemessungen, Anforderungen und Einbau 2007-11 DIN 18232-5 Rauch- und Wärmeableitung - Teil 5: Maschinelle Rauchabzugsanlagen (MRA) - Anforderungen, Bemessungen 2012-11 DIN 18232-7 Rauch- und Wärmeableitung - Teil 7: Wärmeabzüge aus schmelzbaren Stoffen - Bewertungsverfahren und Einbau 2008-02 VdS CEA 4020 VdS CEA Richtlinien für Planung und Einbau von Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (RWA) - Natürliche Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (NRA) Planung und Einbau 2009-10 DIN EN 12101-1 Rauch- und Wärmefreihaltung Teil 1: Bestimmungen für Rauchschürzen - Anforderungen und Prüfverfahren 2006-06 DIN EN 12101-2 Rauch- und Wärmefreihaltung Teil 2: Festlegungen für natürliche Rauch- und Wärmeabzugsgeräte 2014-09 DIN EN 12101-3 Rauch- und Wärmefreihaltung - Teil 3: Bestimmung für maschinelle Rauch-und Wärmeabzugsgeräte 2015-12 DIN EN 12101-6 Rauch- und Wärmefreihaltung - Teil 6: Differenzdrucksysteme - Bausätze 2005-09 DIN EN 12101-7 Rauch- und Wärmefreihaltung - Teil 7: Entrauchungsleitungen 2011-08 DIN EN 12101-8 Rauch- und Wärmefreihaltung - Teil 8: Entrauchungsklappen 2011-08 E DIN EN 12101-9 Rauch- und Wärmefreihaltung - Teil 9: Steuerungstafeln und Notenergieversorgung 2004-12 DIN EN 12101-10 + Berichtigung 1 Rauch- und Wärmefreihaltung - Teil 10: Energieversorgung 2006-01 2009-07 Natürlich wirkende Rauchabzugsanlagen - NRA - Maschinelle Rauchabzugsanlagen - MRA - Rauch- Differenzdruckanlagen - RDA - Wärmeabzugsanlagen - WA - Rauch- und Wärmeabzugsanlagen - RWA - DIN 18232-2 DIN 18232-5 DIN EN 12101-2 DIN EN 12101-3 DIN EN 12101-6 DIN 18230-1 DIN 18232-4 DIN 18232-7 <?page no="367"?> 353 7.4 Natürliche Rauch- und Wärmeabzügen (NRA) 7.4.1 Einflussgrößen Die Bemessung von Rauchabzugsanlagen nach DIN 18232 erfolgt mit dem Ziel, durch den Rauchabzug im Deckenbereich am Boden des Brandraumes eine ausreichend hohe raucharme Schicht zu erzeugen. Die dazu erforderlichen aerodynamischen Öffnungsflächen A W sind abhängig von der Nutzung des Gebäudes (rechnerische Brandfläche), der Deckenhöhe (h), der geforderten Höhe der raucharmen Schicht (d) der erwarteten Brandentwicklungsdauer (t) und der Energiefreisetzung (Q), die eine Funktion der Brandlast und Brandausbreitungsgeschwindigkeit ist. 7.4.2 Bemessungsgrundlagen für NRA in DIN 18232-2 Die Norm DIN 18232-2 [7.13] gilt für die Bemessung und den Einbau von Natürlichen Rauchabzugsanlagen -NRA - für Räume mit vertikaler Rauchableitung durch thermischen Auftrieb über Dach für eingeschossige Gebäude und das oberste Geschoß mehrgeschossiger Gebäude. Sie gibt informative Hinweise für die Bemessung und den Einbau von NRA für Räume mit Rauchableitung über Außenwände. Die DIN 18232-2 gilt für Räume, die mindestens 1600 m² groß sind, d. h. in erster Linie für hallenartige Bauwerke der Industrie, des Gewerbes und der Logistik. Die Ermittlung der in DIN 18232-2 angegebenen Rauchabzugsflächen erfolgte für die verschiedenen Brandszenarien mit einem vereinfachten Zonenmodell, bei dem angenommen wurde, dass die untere raucharme Schicht nicht erwärmt wird (d. h. die Energieströme Q S,G , Q S,P , Q S,B und Q K; B-L in Abbildung 7-2 wurden unberücksichtigt gelassen). In diesem vereinfachten Modell wurde für die Rauchgasschicht ferner die Massen und die Energiebilanz für den stationäre Fall mit Berücksichtigung der Erwärmung der eingetragenen Umgebungsluft des Wärmeabflusses durch die über die NRA abgeführten Rauchgase der Wärmemenge zur Erwärmung der Bauteile in der Rauchgasschicht gelöst. Die Erwärmung der umgebenden Bauteile wurde nur für die erforderlichen Öffnungsflächen, nicht aber für die Rauchgastemperatur berücksichtigt. Dennoch liegen die mit diesem Verfahren ermittelten Rauchgastemperaturen i. A. auf der si- <?page no="368"?> 354 cheren Seite (weitere Informationen zu den physikalischen Grundlagen die der DIN 18232-2 zu Grunde liegen findet man bei Schneider et.al. [7.15] sowie bei Ostertag et. al. [7.16]) . Da in der Norm nur der stationäre Zustand zu Grunde gelegt wird, bleibt der Zeitpunkt der Öffnung der NRA unberücksichtigt. Im Realfall ist daher nicht vollständig ausgeschlossen, dass es vor Öffnung der NRA auch im raucharmen Bereich zu einer Verrauchung kommen kann. Zur Absicherung von Rettungswegen ist es daher erforderlich, die Rauchabzugsöffnungen sehr frühzeitig, d. h. also durch Ansteuerung über automatische Rauchmelder sicherzustellen. Die Wirkung von NRA ist in gewissem Umfang auch von der Raumgröße abhängig. Insbesondere in kleinen oder kompliziert geformten bzw. unterteilten Räumen können lokale Einflüsse die Rauchgasführung beeinflussen. Auch für lange schmale Räume (Flure, Tunnel) ist das Berechnungsverfahren der DIN 18232-2 nicht geeignet. Für Räume, die kleiner als ca. 200 m² sind und/ oder deren geringste Abmessung wesentlich unter 10 m liegt, sollten NRA daher mit anderen Verfahren - z. B. Brandsimulationsrechnungen, die Wandeinflüsse berücksichtigen (u. a. VDI 6019 [7.7], [7.8]) - bemessen werden. 7.4.3 NRA für Dachflächen - Bemessung nach DIN 18232-2 Zur Darstellung des nicht immer einfachen Bemessungsprozesses von NRA nach DIN 18232-2 wurde das Ablaufschema in Abbildung 7-6 entwickelt. Die einzelnen Schritte zur Bestimmung der zum Erreichen des in Punkt 7.1 dargestellten Schutzzieles erforderlichen Rauchabzugsflächen werden im Folgenden erläutert. Anmerkung: Die Bemessung von NRA für Sonderbauten auf bauordnungsrechtlicher Grundlage wird unter Punkt 7.4.5 behandelt. 7.4.3.1 Brandumfang Die Brandrauchproduktion von Schadenfeuern ist abhängig vom Stoffumsatz [kg/ s], d. h. von der pro Zeit- und Flächeneinheit verbrannten Masse des Brandgutes. Der Stoffumsatz selbst ist eine Funktion der spezifischen Verbrennungsgeschwindigkeit [kg/ (m² s)] (vergl. auch Anhang 1) und der Brandfläche. Letztere ist abhängig von der Brandausbreitungsgeschwindigkeit (siehe Tabelle 7-2) und der erwarteten Brandentwicklungsdauer. Im Verfahren nach DIN 18232-2 wird unterstellt, dass sich der Brand nach Eingreifen der Feuerwehr nicht mehr ausbreitet und die RWA für die dann erreichte (rechnerische) Brandfläche ausgelegt. Der rechnerischen Brandfläche entspricht im Bemessungsverfahren nach DIN 18232-2 eine Bemessungsgruppe. <?page no="369"?> 355 Abbildung 7-6: Bemessung von Rauchabzügen nach DIN 18232-2 - Schema <?page no="370"?> 356 7.4.3.2 Erwartete Brandentwicklungsdauer Die erwartete Brandentwicklungsdauer nach DIN 18232-2 umfasst die Zeit von der Brandentstehung bis zum Beginn der Brandbekämpfung. Dabei sind die folgenden Zeiten als Bemessungshilfsgrößen anzusetzen: Brandentdeckungs- und Meldezeit: 10 Minuten im Normalfall 5 Minuten wenn die NRA mittels automatischer Rauchmelder nach DIN EN 54-7 [7.13] auslöst werden 0 Minuten bei Vorhandensein einer Brandmeldeanlage mit automatischen Rauchmeldern Anmerkung: Naturgemäß sind die im Normalfall anzusetzenden 10 Minuten Brandentdeckungszeit nicht wissenschaftlich begründbar. Nach Meinung vieler Feuerwehren dürfte die im Normalfall tatsächlich vergehende Zeit deutlich höher sein. Eingreifzeit der Feuerwehr: 5 Minuten bei günstigen Verhältnissen (z. B. bei anerkannter Werkfeuerwehr) 10 Minuten im Normalfall (d. h. bei Berufsfeuerwehr, Betriebsfeuerwehr mit ständiger Einsatzbereitschaft) 15 Minuten bei ungünstigen Verhältnissen (z. B. Freiwilliger Feuerwehr mit hauptamtlichen Kräften, Betriebsfeuerwehr ohne ständige Einsatzbereitschaft) 20 Minuten bei besonders ungünstigen Verhältnissen (sonstigen Feuerwehren) Brandentwicklungsdauer Die Summe aus Brandentdeckungs- und Meldezeit sowie Eingreifzeit (vergl. Abbildung 2-3 auf Seite 41) ergibt die erwartete Brandentwicklungsdauer, die somit mindestens 5 Minuten beträgt. 7.4.3.3 Rechnerische Brandfläche und Bemessungsgruppe Die rechnerische Brandfläche ergibt sich aus der Brandausbreitungsgeschwindigkeit und der erwarteten Brandentwicklungsdauer. Der rechnerischen Brandfläche entspricht eine Bemessungsgruppe gemäß Tabelle 7-2. <?page no="371"?> 357 Bei unterschiedlichen Nutzungen in einzelnen Rauchabschnitten innerhalb eines Raumes und unterschiedlichen Brandausbreitungsgeschwindigkeiten ist für die Bemessung aller NRA grundsätzlich die höchste Brandausbreitungsgeschwindigkeit zu wählen. Tabelle 7-2: Brandentwicklungsdauer und Bemessungsgruppen BMG nach DIN 18232-2 Anzusetzende Brandentwicklungsdauer Bemessungsgruppe bei einer Brandausbreitungsgeschwindigkeit Spalte 1 2 3 4 Zeile Minuten besonders gering mittel 1) 3) besonders groß 0,15 m/ min 0,25 m/ min 0,45 m/ min 1 ≤ 5 1 2 3 2 ≤ 10 3) 2 3 4 3 ≤ 15 3 4 5 4 ≤ 20 1) 4 5 5 2) 5 20 5 5 2) 5 2) 1) Durchschnittswerte für NRA ohne besonderen Nachweis; bei der Verwendung dieser Durchschnittswerte ergibt sich hierbei die Bemessungsgruppe 5 2) In diesen Fällen sind die Schutzziele dieser Norm allein durch NRA nicht erreichbar, Es sind weitere Maßnahmen zur Erreichung der Schutzziele erforderlich. 3) Durchschnittswerte für MRA ohne besonderen Nachweis. Ergibt die Bemessung der Brandentwicklungsdauer und Brandausbreitungsgeschwindigkeit die Zeile 5 oder Zeile 4 Spalte 4 ist die Bemessung von MRA nach DIN 18232 nicht möglich. Ist eine automatische Sprinkleranlage installiert, darf auch für errechnete Bemessungsgruppen > 3 ohne weiteren Nachweis die Bemessungsgruppe 3 angesetzt werden. Das Vorhandensein einer Sprinkleranlage wird daher im weiteren Verfahren mit geringeren Öffnungsflächen der NRA ‚belohnt‘, da davon auszugehen ist, dass der Brandumfang und damit die Rauchproduktion durch die automatische Löschanlage begrenzt werden. Die den Bemessungsgruppen nach Tabelle 7-3 zu Grunde liegende Brandfläche ergibt sich aufgrund der folgenden Festlegungen für die Norm DIN 18232-2: für die Bemessungsgruppe 1 (BMG 1) wird eine Brandfläche von 5 m² angenommen; diese Brandfläche verdoppelt sich für jede weitere Bemessungsgruppe die spezifische Brandleistung h‘‘ c beträgt stets 300 kW/ m² (dies ist die für NRA kritische geringe Brandleistung von Feststoffen wie Holz, Holzwerkstoffe, Bücher etc.) die Strahlungsverluste aus dem Plume f r,pl wurde mit 20% der Brandleistung angenommen <?page no="372"?> 358 die Bauteile im Bereich der Rauchgasschicht absorbieren 40 % der Brandleistung konvektiv oder durch Strahlung das Zuluft-Abluft-Verhältnis beträgt stets 1,5 : 1 Aus den obigen Randbedingungen ergeben sich die in Tabelle 7-3 dargestellten Bemessungsbrände, die in den zugrundeliegenden Brandsimulationsrechnung zu den erforderlichen Öffnungsflächen dieser Norm führen. Tabelle 7-3: Bemessungsbrände in DIN 18232-2 (Hinweis: Informativ, zur Anwendung der Norm werden diese Werte nicht benötigt.) Parameter Einheit Bemessungsgruppe 1 2 3 4 5 Fläche m² 5 10 20 40 80 Seitenlänge m 2,236 3,162 4,472 6,325 8,944 Durchmesser m 2,523 3,568 5,046 7,136 10,093 Umfang m 7,927 11,210 15,853 22,420 31,707 Brandleistung kW 1.500 3.000 6.000 12.000 24.000 konvektiver Anteil kW 1.050 2.100 4.200 8.400 16.800 7.4.3.4 Raumhöhe und Höhe der raucharmen Schicht Als Höhe des zu schützenden Raumes gilt seine lichte Höhe, bei geneigten Dächern die mittlere lichte Höhe (rechnerische Innenhöhe) jeweils vom Fußboden bis zur Unterkante Dach (Abbildung 7-7, nach VS CEA 4020 [7.18]). Rauchoffene Decken mit mindestens 50% freiem gleichmäßig verteiltem Flächenanteil, wie z. B. Gitterrostböden, gelten nicht als Decken im Sinne der DIN 18232-2. Die der DIN 18232-2 zu Grunde liegende Sicherheitsphilosophie geht davon aus, dass die anzustrebende Höhe d der raucharmen Schicht bei mindestens 2,5 m liegen muss um eine sichere Benutzung der Rettungswege durch Jedermann zu ermöglichen (vergl. hierzu auch die Wirkungen von Rauch auf den Menschen in Kapitel 1). Soweit es die Nutzung erfordert, sollen bei der Bemessung auch höhere Werte für d zugrunde gelegt werden. Verlaufen z. B. Teile der Rettungswege in einer Höhe H über dem Fußboden des Raumes, so muss die Höhe der raucharmen Schicht mindestens H + 2,5 m betragen (Abbildung 7-7). Auch der erforderliche Mindestabstand der Zuluftöffnungen zur Rauchschichtuntergrenze ist bei der Festlegung der Höhe der raucharmen Schicht zu beachten (siehe Abbildung 7-11 auf Seite 374). Die Temperatur der Rauchschicht darf dabei maximal 200 o C betragen. Sofern die Höhe der raucharmen Schicht oberhalb der höchsten Rettungswege mehr als 2,5 m beträgt, können auch höhere Temperaturen akzeptiert werden (zur Bedeutung des so genannten „Temperaturkriteriums“ der Brandgasschicht über Rettungswegen sie- <?page no="373"?> 359 he z. B. in [7.5], [7.6], [7.7] oder [7.8] und der dort angegebenen weiterführenden Literatur). Abbildung 7-7: Raumhöhe, erforderliche Höhe der raucharmen Schicht, Rauchschürzen und die Wirkung von NRA (nach [7.13]) Die Dicke der Rauchschicht z soll in der Regel mindestens 1 m betragen. Nur bei Raumhöhen unter 3,5 m sind im Einzelfall geringere Rauchschichtdicken akzeptierbar, die Rauchschichtdicke z muss jedoch mindestens 0,5 m betragen. Bei kleineren Rauchschichtdicken besteht die Gefahr, dass raucharme Luft die Schicht durchstößt und ebenfalls abgeführt wird (Hinkley [7.19], Spratt et. al. [7.20]). Damit wäre die vorgesehene Abzugsleistung für Rauch nicht mehr zu erreichen. Auf die Verknüpfung der Rauchschichtdicke mit der Vorgabe für die maximal zulässige Abmessung einzelner NRA-Geräte nach Punkt 7.4.3.6 wird hingewiesen. Bei der Bemessung der NRA nach DIN 18232-2 wird vorausgesetzt, dass die zu entrauchenden Dachflächen entweder weniger als 1600 m² groß sind oder durch Rauchschürzen (Punkt 7.5) in entsprechend maximal 1 600 m² große Rauchabschnittsflächen A R unterteilt wird (Abweichungen: Punkt 7.4.3.5). Der Abstand von Rauchschürzen untereinander und zu Außenwänden darf 60 m nicht überschreiten. Rauchschürzen müssen mindestens 1 m hoch sein. Ist die raucharme Schicht d <= 4 m, muss die Rauchschürze mindestens 0,5 m in diese hineinragen. Bei d > 4 m muss die Höhe der Rauchschürze mindestens der Rauchschichthöhe z entsprechen (Abbildung 7-8). Näheres zur Aufgabenstellung und den grundsätzlichen Anforderungen an Rauchschürzen enthält Punkt 7.5. <?page no="374"?> 360 Abbildung 7-8: Darstellung der Rechengrößen nach DIN 18232-2 7.4.3.5 Aerodynamisch wirksame Öffnungsfläche der NRA Da die Rauchentwicklung eines Feuers im Anwendungsbereich der DIN 18232-2 nicht von der Größe der Rauchabschnittsfläche abhängt (das Feuer kennt die Größe des Raumes in dem es brennt nicht, siehe aber Punkt 7.4.3.1), legt DIN 18232-2 für jeden Rauchabschnitt eine Mindestfläche für die notwendigen Rauchabzüge fest. Sie ist in jedem Rauchabschnitt (dessen Größe zwischen 200 m² und 1600 m² liegen darf) vorzusehen. Die erforderlichen wirksamen Öffnungsflächen sind Tabelle 7-4 und Anhang 6 auf Seite 592 ff. zu entnehmen. Für die Ermittlung der Werte der Tabelle 7-4 wurde je nach Raumhöhe und gewünschter Höhe der raucharmen Schicht mit der Plumeformel nach Thomas und Hinkley bzw. Zukoski gerechnet. Da die beiden Plumemodelle nicht kompatibel sind, wurde in einem kleinen Übergangsbereich zwischen den Ergebnissen der beiden Formeln interpoliert. Der Verlauf der Werte der aerodynamisch wirksamen Öffnungsflächen für verschiedene Parameter ist in Abbildung 7-9 exemplarisch dargestellt. Anmerkung: VdS CEA 4020 [7.18] geht bei der Festlegung der Brandentwicklungsdauer etwas anders vor (Einstufung nach Brandrisiko) und enthält ferner einen Ansatz zur Berücksichtigung der Rauchabschnittsgröße. Die erforderlichen A W -Flächen werden dann als Prozentsätze der Rauchabschnittsflächen (mit einigen zusätzlich zu berücksichtigenden Randbedingungen) angegeben. Die Differenzierung der Raumhöhen und Rauchschichtdicke ist weniger ausgeprägt als in DIN 18232-2. Die letztlich ermittelten aerodynamisch wirksamen RWA-Flächen nach VdS CEA sind in der gleichen Größenordnung wie jene nach DIN 18232-2, liegen jedoch generell etwas höher. Rauchabzug 1 m <= H Sch >= z d >= 2,5 m A R A R Rauchschürze h z >= 0,5 m Wenn d <= 4m: H Sch = z + 0,5 m A Wi A Zu A Zu A WRA = Σ A Wi RA,i h Zu >= 1 m A Wi <= 60 m <?page no="375"?> 361 Tabelle 7-4: Erforderliche aerodynamische Öffnungsfläche A W [m²] von NRA je Rauchabschnitt (Auszug aus Tabelle 3 der DIN 18232-2, die gesamte Tabelle befindet sich in Anhang 5, Seite 592 ff.) Raumhöhe a Höhe der Rauchschicht Höhe der raucharmen Schicht a h [m] z [m] d [m] 1 2 3 4 5 3,0 0,5 2,5 4,8 6,2 8,2 11,0 15,4 4,0 1,5 2,5 2,8 3,6 4,7 6,4 8,9 1,0 3,0 4,9 6,2 8,0 10,6 14,4 5,0 2,0 3,0 3,4 4,4 5,7 7,5 10,2 1,0 4,0 7,1 10,3 13,8 17,7 23,4 3,0 3,0 2,7 3,6 4,6 6,1 8,3 6,0 2,0 4,0 5,0 7,3 9,8 12,6 16,5 1,0 5,0 9,3 14,1 20,5 27,2 35,0 4,0 3,0 2,4 3,1 4,0 5,3 7,2 7 3,0 4,0 4,1 6,0 8,0 10,2 13,5 2,0 5,0 6,6 9,9 14,5 19,2 24,7 1,0 6,0 11,9 17,3 26,3 38,5 49,4 5,0 3,0 2,1 2,8 3,6 4,8 6,5 4,0 4,0 3,6 5,2 6,9 8,9 11,7 8 3,0 5,0 5,4 8,1 11,9 15,4 20,2 2,0 6,0 8,4 12,2 18,6 27,2 34,9 1,0 7,0 17,1 19,9 31,4 47,7 66,8 6,0 3,0 1,9 2,5 3,3 4,3 5,9 5,0 4,0 3,2 4,6 6,2 7,9 10,5 9 4,0 5,0 4,7 7,0 10,3 13,6 17,5 3,0 6,0 6,9 10,0 15,2 22,5 28,5 2,0 7,0 12,1 14,1 22,2 33,7 47,2 1,0 8,0 23,3 25,4 35,7 56,2 83,9 7,0 3,0 1,8 2,3 3,0 4,0 5,5 6,0 4,0 2,9 4,2 5,6 7,2 9,5 5,0 5,0 4,2 6,3 9,2 12,1 15,6 10 4,0 6,0 6,0 8,6 13,1 19,3 24,7 3,0 7,0 9,8 11,5 18,2 27,5 38,6 2,0 8,0 16,5 18,0 25,2 39,7 59,3 1,0 9,0 30,9 33,2 38,7 63,7 98,2 9,0 3,0 1,6 2,1 2,7 3,5 4,8 8,0 4,0 2,5 3,7 4,9 6,3 8,3 7,0 5,0 3,5 5,3 7,8 10,3 13,2 6,0 6,0 4,9 7,1 10,7 15,7 20,2 12,0 b 5,0 7,0 7,6 8,9 14,1 21,3 29,9 4,0 8,0 11,7 12,7 17,8 28,1 42,0 3,0 9,0 17,8 19,2 22,3 36,8 56,7 2,0 10,0 28,1 30,0 33,0 49,2 78,8 1,0 11,0 49,9 53,0 57,8 73,7 123,0 Anmerkung: Die in dieser Tabelle angegebenen Aw-Werte beinhalten keine Sicherheitszuschläge. Bemessungsgruppe a Bei Zwischenwerten muss der jeweils nächst höhere Wert gewählt werden. b Für Räume höher 12 m dürfen diese Werte auch von 12 m hohen Räumen verwendet werden, mwenn die Höhe der jeweiligen raucharmen Schicht zu Grunde gelegt wird. <?page no="376"?> 362 Abbildung 7-9: Einige Abhängigkeiten der aerodynamischen Öffnungsfläche nach DIN 18232-2: 2007: A W (h) für konstante Rauchschichtdicke z = 1 m A W (BMG) für konstante h und d A W (h) für konstante raucharme Schicht d = 3 m Aw (h) für konstante Rauchschichtdicke z = 1 m 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4 5 6 7 8 9 10 Raumhöhe h [m] A W [m ²] A W (BMG) für konstante h und d 0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 Bemessungsgruppe A W [m²] AW (h) für konstante raucharme Schicht d = 3 m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 4 5 6 7 8 9 10 Raumhöhe h [m] A W [m ²] Aw (h) für konstante Rauchschichtdicke z = 1 m 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4 5 6 7 8 9 10 Raumhöhe h [m] A W [m ²] A W (BMG) für konstante h und d 0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 Bemessungsgruppe A W [m²] AW (h) für konstante raucharme Schicht d = 3 m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 4 5 6 7 8 9 10 Raumhöhe h [m] A W [m ²] <?page no="377"?> 363 Anmerkung: Die in Tabelle 3 der DIN 18232-2 berechneten Werte gelten für Brände bei denen die Höhe der raucharmen Schicht d gleich der effektiven Aufstiegshöhe Y eff der Rauchgase ist (dies wird im Allgemeinen der Fall sein, vergl. Punkt 7.2.2). Sofern aber 2,5 m ≤ Y eff ≠ d gilt, können die Werte der Tabelle 3 der DIN 18232-2 dennoch für die Ermittlung der erforderlichen aerodynamischen Öffnungsflächen der NRA verwendet werden, wenn zunächst Y eff = d Tabelle angenommen wird, und danach die tatsächliche Höhe der raucharmen Schicht gemäß Abbildung 7-10 berechnet wird. Abbildung 7-10: Anwendung von Tabelle 3 DIN 18232-2 für von d abweichende Aufstiegshöhen der Rauchgase Für mindestens 7 m hohe Räume und mehr als 1600 m² Fläche darf bei der Bemessung der NRA ab Bemessungsgruppe 3 (also bei hohen Räumen und relativ großen Auslegungsbränden) und bei mindestens 1 m hohen Rauchschürzen (soweit erforderlich) pro 1600 m² eine der folgenden Erleichterungen A oder B gewählt werden: Erleichterung A nach DIN 18232-2 Überschreiten der Rauchabschnittsfläche Die maximale Größe des einzelnen Rauchabschnittes A R darf auf bis zu 2600 m² vergrößert werden, wenn die aerodynamisch wirksame Rauchabzugsfläche nach Tabelle 7-4 für jede angefangenen 100 m² über 1600 m² hinaus um 10 % des tabellierten A w -Wertes erhöht wird (d. h. also Verdoppelung bei A R = 2600 m²). Gleichung 7-3: A w ‘ = A w + (A R -1600 m²) / 100 * 0,1 * A w Erleichterung B nach DIN 18232-2 Kleinere Rauchschürzenhöhe <?page no="378"?> 364 Wenn die den Rauchabschnitt begrenzende Rauchschürze nicht auf mehr als die Mindesthöhe von 1 m erhöht werden kann, dürfen die in Tabelle 7-4 angegebenen A W -Werte bei Vorhandensein von mehr als einem Rauchabschnitt auf jeweils 50 m² aerodynamisch wirksamer Rauchabzugsfläche pro Rauchabschnitt begrenzt werden, wenn insgesamt mindestens der in Tabelle 7-4 angegebene A W -Wert für den gesamten Raum erreicht wird, und alle NRA der benachbarten Rauchabschnitte über die Auslösestelle des betroffenen Rauchabschnitte mit geöffnet werden, da eine Unterströmung der Rauchschürze nicht auszuschließen ist, und die Zuluftfläche mindestens auf den in Tabelle 7-4 genannten Wert (also den Bemessungsbrand) abgestimmt wird. 7.4.3.6 Geometrische Öffnungsflächen, Abmessungen und Anordnung der NRA Die aerodynamisch wirksamen Öffnungsflächen der NRA müssen durch die Rauchabzugsgeräte - RWG zur Verfügung gestellt werden. Aus strömungsphysikalischen Gründen kommt es in der Realität jedoch an Öffnungen zur Einschnürung des austretenden Fluidstrahles. Daher müssen die durch die RWG zur Verfügung gestehlten geometrischen Flächen A geo größer sein. In der Praxis wird dies durch den so genannten Ausströmfaktor c w des jeweiligen RWG erfaßt. Daher ist die geometrisch erforderliche Öffnungsfläche einer NRA gemäß Gleichung 7-4 zu berechnen. Gleichung 7-4: A w = A geo * c w [m²] mit: A geo = geometrische Öffnungsfläche [m²] c w = Ausströmfaktor Marktgängige RWG haben im Einbauzustand Ausströmfaktoren von ca. 0,5 bis 0,7; bei sorgfältiger Ausrundung der strömungsbegrenzenden Flächen ist auch 0,75 erreichbar. Bei der Anordnung der Rauchabzugsgeräte auf der Dachfläche sind die folgenden Regeln zu beachten: Es ist im Allgemeinen zweckmäßiger, eine größere Anzahl kleinerer RA als eine kleinere Anzahl größerer RA vorzusehen. Seitenlänge oder Durchmesser der geometrischen Öffnungsfläche A G <= 3 m (Maßgebend ist die Deckenöffnung) Seitenlänge oder Durchmesser der geometrischen Öffnungsfläche A G >= 1 m (Maßgebend ist die Deckenöffnung), <?page no="379"?> 365 die kleinere Seitenlänge sollte den Wert 1,5 * z 1/ 2 nicht überschreiten (d. h. bei z = 1 m darf die Seitenlänge nicht mehr als 1,5 m betragen, damit nicht neben dem Rauch auch Frischluft die Rauchschicht durchstößt) mindestens 1 RA je 200 m² Dachfläche bei Unterteilung durch Rauchschürzen o. ä. wirkende Bauteile je abgegrenzter Dachfläche mindestens 1 NRA möglichst gleichmäßige Verteilung innerhalb des Rauchabschnittes Abstände von NRA untereinander: 4 m <= D RA <=20 m Abstände zwischen NRA und Außenwand(Brandwand): D AW <=10 m Anmerkung: Wegen der Gefahr der Brandübertragung über Rauch- und Wärmeabzugsanlagen fordert der Verband der Sachversicherer in Richtlinie VdS CEA 4020 [7.18] zusätzlich folgende Abstände: zu Komplextrennwänden: 7 m zu Brandwänden: 5 m zwischen Gebäuden unterschiedlicher Höhe: 5 m wenn die höhere Außenwand feuerbeständig und öffnungslos ist: 2,5 m zu Außenwänden: 2,5 m Daneben sind Maßnahmen erforderlich, um bei starken Seitenwinden eine Brandübertragung aus der RWA auf das angrenzende Dach zu verhindern. Dies wird z. B. durch Abdeckung einer brennbaren Dachhaut mit einer mindestens 0,5 m breiten, mindestens 5 cm dicken Grobkiesschicht erreicht. 7.4.3.7 Ausführung der NRA Die technischen Anforderungen an die Rauchabzugsgeräte sind in DIN EN 12101-2 beschrieben [7.21]. Rauchabzugsanlagen müssen die folgenden wesentlichen technischen Bedingungen erfüllen: Bauart und Werkstoffe von NRA: so konstruiert, befestigt und verankert, dass die Funktionsfähigkeit unter den zu erwartenden Beanspruchungen sichergestellt ist (d. h. z. B auch bei Schneelast oder Seitenwind), Funktion darf durch Korrosion oder Alterung nicht beeinträchtigt werden, <?page no="380"?> 366 bewegliche Teile müssen gegen Vereisung geschützt sein, Austrittsöffnungen mindestens 25 cm über der benachbarten Dachfläche, müssen sicher gewartet und geprüft werden können, die aerodynamisch wirksame Öffnungsfläche darf sich bei Beanspruchung mit Heißgas mit der Temperatur entsprechend der Klassifizierung nach Tabelle 7-5 über mindestens 30 Minuten nicht wesentlich (maximal um 10 %) verändern, Baustoffe mindestens Klasse B 2 nach DIN 4102-1 [7.22], gegen Flugfeuer und strahlende Wärme (DIN 4102-7 [7.23]) beständig - soweit erforderlich. Baustoffe im Brandfall nicht oder nicht brennend abtropfend oder abfallend. Auslösung von NRA: müssen mit Fernauslösung (per Hand) und automatisch wirkenden thermischen Einzelauslösungen ausgestattet sein (Auslösetemperatur der thermischen Auslöser in der Regel <= 72° C), zusätzliche automatische rauchmeldergesteuerte Auslösungen oder Auslösung durch automatische Brandmeldeanlagen dürfen zur Fernauslösung verwendet werden (siehe Punkt 6.5 zur Kombination mit Sprinkleranlagen! ) automatische Auslöser müssen spätestens nach 4 Minuten (unter den Bedingungen des Prüfbrandes) ansprechen. Der Öffnungsvorgang darf nicht länger als 60 Sekunden dauern. bei RWA mit Gruppenauslösung dürfen nicht mehr als die innerhalb eines Dachabschnittes gelegenen RWG automatisch öffnen. bei automatischer Gruppenauslösung durch Rauchmelder ist für je 400 m² Dachabschnittsfläche mindestens ein Rauchmelder vorzusehen. dürfen nur per Hand ausgelöst werden können, wenn die belüfteten Räume mit einer Raumbrandschutzanlage mit gasförmigem Löschmittel ausgestattet sind (siehe Punkt 6.8). Natürliche Rauch- und Wärmeabzugsgeräte werden entsprechend ihrer Leistung im Prüfverfahren nach DIN EN 12101-2 entsprechend der Regelungen DIN EN 13501-4 [7.24] klassifiziert. (DIN EN 13501-4 dient nur zur Klassifizierung von Bauteilen für Anlagen zur Rauchfreihaltung und enthält selbst keine zusätzlichen Anforderungen an diese). Die Leistungskriterien von NRA zeigt Tabelle 7-5 <?page no="381"?> 367 Tabelle 7-5: Einige Leistungsanforderungen an NRA nach DIN EN 12101-2 Klasse der NRA Prüftemperatur [ o C] Mindestfunktionsdauer [min] B 300 1) 300 30 B 600 600 30 B θ 2) nach Angabe 30 1) Der Buchstabe B bezeichnet nach DIN EN 13501-4 [7.24] den Funktionserhalt von NRA 2) Geräte für besondere Temperaturanforderungen bei Temperatur Θ 7.4.3.8 Energieversorgung von NRA NRA öffnen nach Auslösung mit Hilfe von im System gespeicherter Energie, wie z. B. Federdruck, Gasdruck (in der Regel kleine CO 2 -Patronen), mit Hilfe externer pneumatischer Energie aus Kompressoren oder mit Hilfe elektromechanischer Antriebe und elektrischer Energie. Die Energieversorgung von NRA muss DIN EN 12101-10 [7.25] entsprechen. (Daneben ist VdS 2593 [7.26] zu beachten). Die Energieversorgung muss demnach die Leistungsanforderungen sämtlicher angetriebenen Bauteile der RWA - hier der NRA - erfüllen. Wenn die NRA bei Ausfall der Energieversorgung automatisch in die Funktionsstellung geht, ist nach DIN EN 12101-10 nur eine Energieversorgung (Hauptenergieversorgung) erforderlich. Ist dies nicht der Fall, d. h. die NRA wird mit Energieeinsatz in die Funktionsstellung gebracht, muss eine Sekundärenergieversorgung vorhanden sein. Sie muss in der Lage sein, die NRA bei Unterbrechung der Hauptenergieversorgung noch nach 72 Stunden zweimal über die geplante Betriebsdauer in Betrieb zu setzen. Diese Anforderungen gelten sowohl für pneumatische als auch elektrische Antriebe. Die Umschaltung auf das jeweilige Sekundärenergiesystem muss automatisch erfolgen. Anmerkung: VdS 2593 fordert für elektrische Energieversorgung von RWA immer eine Sekundärenergieversorgung. Die Funktionsdauer von elektrischen Leitungen und pneumatischen Rohren und dem dazu gehörenden Zubehör muss im Brandfall bis zum Erreichen des Funktionszustandes und ggf. über die geplante Betriebsdauer der RWA sichergestellt sein. Elektrische Zuleitungen müssen daher DIN 4102-12 [7.27] für die geplante Betriebsdauer entsprechen. Daneben müssen die Zuleitungen (wenn die Funktionsstellung im Brandfall nicht durch Abschalten der Energie erreicht wird) auf Kurzschluss, Unterbrechung und Verlustströme überwacht werden. Pneumatische Verbindungen müssen aus Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium oder Stahl bestehen. Für die Leitungen der Energieversorgung von NRA gilt: <?page no="382"?> 368 bei automatischem Betrieb, d. h. bei selbständigem Erreichen der Funktionsstellung ohne externe Energie: keine Anforderungen an die Feuerwiderstandsdauer für NRA nur mit Handauslösung: erforderliche Feuerwiderstandsdauer 30 Minuten für Leitungen die andere als die versorgten Rauchabschnitte durchqueren: erforderliche Feuerwiderstandsdauer 120 Minuten 7.4.3.9 Zuluft Damit die Rauchabzugsanlage ihre volle aerodynamische Wirkung entfalten kann, ist für ausreichende Zuluft für die NRA im unteren Bereich der Räume zu sorgen. Die aerodynamisch wirksame Fläche der Zuluftöffnung A zu muss gemäß DIN 18232-2 mindestens das 1,5-fache der aerodynamisch wirksamen Öffnungsflächen A W aller Rauchabzugsöffnungen des Rauchabschnittes mit der größten aerodynamisch wirksamen Öffnungsfläche betragen. Die Zuluftöffnungen sollen gleichmäßig verteilt und an mindestens 2 Seiten des Rauchabschnittes angeordnet sein (zur Auswirkung verschiedener Zuluftführungen siehe z. B. bei Detzer et. al. [7.4] oder Quenzel [7.28]). Ihre Oberkante muss zur Unterkante der Rauchschicht einen Abstand von mindestens 1 m aufweisen. Im Bereich von Türen oder Fenstern mit nicht mehr als 1,25 m Breite darf dieser Abstand auf 0,5 m reduziert werden. Sofern die Zuluftöffnungen zu einer aufwärts gerichteten Strömung der Zuluft führen, soll der Abstand mindestens 1,5 m betragen (Abbildung 7-11). Abbildung 7-11: Anforderungen an Zuluftöffnungen für NRA nach DIN 18232-2 Anrechenbare Zuluftöffnungen sind: als Zuluftöffnungen erstellte Öffnungen <?page no="383"?> 369 im Brandfall manuell und zerstörungsfrei von außen öffenbare Tore und Türen. (Dies gilt nicht, wenn die Werkfeuerwehr entsprechende Öffnungen schaffen, z. B. im unteren Gebäudebereich angeordnete Fenster, zeitgerecht zerstören kann.) Zuluftflächen müssen unverzüglich nach Auslösung der NRA geöffnet werden können, z. B automatisch, durch Werkfeuerwehr, durch betriebliche oder organisatorische Maßnahmen. Anmerkung : „...unverzüglich nach Auslösung...“ heißt hier, dass die Flächen jedenfalls so schnell geöffnet werden, dass die Rauchschicht zu keiner Zeit auf weniger als 2,5 m über dem Boden absinkt. Je nach Raumgeometrie stehen daher nur wenige (1 bis 3) Minuten für die Öffnung zur Verfügung. Es ist in jedem Einzelfall zu prüfen, ob nicht automatisierte Öffnungen zeitgerecht verfügbar gemacht werden müssen. Im zurückgezogenen Normentwurf E DIN EN 12101-4: 2003 [7.29] wurde gefordert, dass sich automatisierte Zuluftöffnungen nach Empfang des Öffnungssignals innerhalb von 60 Sekunden in die Funktionsstellung im Brandfallbewegen müssen. Zur Ermittlung der aerodynamisch wirksamen Fläche von Zuluftöffnungen sind die Rohbaumaße (geometrischen Zuluftöffnungen) mit einem Faktor c Z nach Tabelle 7-6 zu korrigieren: Tabelle 7-6: Korrekturfaktoren für Zuluftöffnungen Öffnungsart Öffnungswinkel Korrekturfaktor c z Tür- oder Toröffnungen, Maschengitter 0,7 Öffenbare Jalousien 90 o 0,65 Dreh- oder Kippflügel 90 o 0,65 >= 60 o 0,5 >= 45 o 0,4 >= 30 o 0,3 Der Öffnungswinkel darf Abweichungen von ± 5 o aufweisen Sofern eine mindestens 1,5fache Zuluftöffnung nicht dargestellt werden kann, eröffnet DIN 18232-2 die Möglichkeit, stattdessen in gewissem Umfange die Rauchabzugsflächen entsprechend zu erhöhen. Es ist dann der Erhöhungsfaktor k gemäß Tabelle 7-7 festzulegen und die vergrößerte RWA-Fläche A Wkorr nach Gleichung 7-1 zu berechnen (vergl. bei Ostertag et. al. [7.7]). Die beschriebene Reduzierung der Zuluftflächen ist nur zulässig, wenn die Zuluft bodennah und horizontal eintritt und die Oberkante der Zuluftöffnung mindestens 2 m unterhalb der Rauchschichtgrenze liegt. Gleichung 7-1: A Wkorr = k * A W mit: k = 2,5 - A Zu,vorh / A W <?page no="384"?> 370 Tabelle 7-7: Vergrößerung der NRA bei Nutzung als Zuluftfläche NRA als Zuluftflächen A Zu,vorh / A W 1,5 1,25 1 k 1 1,25 1,5 Zwischen den Werten darf linear interpoliert werden, k = 2,5- A Zu,vorh / A W A Zu,vorh = vorhandene geometrische Zuluftöffnungen A W = berechnete geometrische Öffnungsfläche der RWA vor Korrektur Sofern die obige Regelung vergrößerter RWA-Flächen zur Kompensation geringerer Zuluftflächen im Einzelfall zur Anwendung kommt, sind mehrere Umstände zu berücksichtigen, die u. U. die Ausbildung einer stabilen Rauchschicht oder einer ausreichend raucharmen Schicht beeinträchtigen können: Eine geringere Zuluftöffnung wird zu einer erhöhten Zuluftgeschwindigkeit führen (für einen entwickelten Brand sind im Standardfall - A zu / A W = 1,5 - Lufteintrittsgeschwindigkeiten zwischen ca. 1,5 m/ s und ca. 2,5 m/ s zu erwarten). Diese erhöhte Geschwindigkeit des Zuluftstrahles kann im Einzelfall - z. B. wenn sich der Brand in der Nähe der Zuluftöffnung befindet - die Ausbildung des Plumes beeinflussen und Rauch aus dem Plume in die raucharme Schicht verschleppen. Abhängig von Windeinflüssen kann es zur Rückführung von bereits abgeströmten Rauchgasen durch die brandfernen NRA-Geräte kommen. Um diese Einflüsse zu minimieren sollte daher die durch Rauchschürzen innerhalb des Rauchabschnittes so weit als möglich sichergestellt werden, dass die Zuluft die sich ausbildende Rauchschicht des Brandraumes nicht beeinflusst. Falls auf Grund der baulichen Verhältnisse eine natürliche Zuluftzuströmung nicht in ausreichendem Maße sicher zu stellen ist, muss die Zuluft maschinell in den Brandraum eingeführt werden. Diese Variante der Zuluftführung ist in DIN 18232-2 nicht vorgesehen, jedoch auch nicht untersagt. Sofern die oben angesprochenen Kriterien hinsichtlich Zuluftmenge und Zulufteintrittsgeschwindigkeit eingehalten werden, ist an einer solchen Ausführung grundsätzlich nichts auszusetzen. Dies führt jedoch i. A. zu sehr großen Quellauslässen und damit relativ hohem baulichen Aufwand. Abhängig von der Raumgeometrie sind die jeweils im Einzelfall erforderlichen Zuluftventilatoren zu aktivieren und Entrauchungsklappen zu öffnen (vergl Punkte 7.7.4.5 und 5.8.7) Anders als bei natürlicher Zulufteinführung, bei der nur die tatsächlich benötigte Luftmenge nachströmt, müssen maschinelle Zuluftgeräte auf die maximal benötigte Luftmenge ausgelegt werden, da eine der Brandentwicklung angepasste Luftversorgung nicht realisierbar ist. Das erzwungene Einbringen der insbesondere in der Anfangsphase des Brandes dann viel zu großen Luftmengen kann aber die angstrebte Druckverteilung im Brandraum in Frage stellen, da sich in der Regel ein gewisser Überdruck im Brandraum aufbauen wird. Daher kann es zur Beeinträchtigung des Plumes und im weiteren Brandverlauf zu negativen Auswirkungen auf die <?page no="385"?> 371 angestrebte Schichtbildung kommen. Dies kann Rauchverschleppungen in die raucharme Schicht oder sogar in benachbarte Bereiche zur Folge haben. 7.4.4 NRA in Wänden Rauchabzüge in Wänden werden für den Rauch und Wärmeabzug aus Geschossen, die nicht das einzige oder oberste Geschoss sind, eingesetzt. Allerdings sind derzeit die Bemessungsgrundlagen noch nicht vollständig wissenschaftlich abgesichert, auch fehlen ausreichend Praxiserfahrungen. Die folgenden Ausführungen geben den Stand der Diskussion wieder, wie er in Anhang B (Informativ) zu DIN 18232-2 [7.13] niedergelegt ist. 7.4.4.1 NRA in Wänden - Bemessung nach DIN 18232-2 Zunächst sollte für jeden Rauchabschnitt mit dem für NRA in Decken geschilderten Verfahren (Abbildung 7-6) die aerodynamisch wirksame Rauchabzugsfläche A W bestimmt werden. Da bei NRA in Wänden die Wirkung des Windes entscheidend sein kann (Punkt 7.4.4.3; der Staudruck kann den wirkenden Druck Δp ab für die Rauchgase verringern), müssen die NRA mindestens in 2 entgegengesetzt liegende Außenwände eingebaut und mit einer Luv-Lee-Steuerung ausgestattet werden. Da bei Wind nur die jeweils in Lee liegende NRA geöffnet wird, aber die berechnete Öffnung bereitstellen muss, folgt daraus, das insgesamt Gleichung 7-5: A w,Wand = 2 * A w,Dach als aerodynamisch wirksame Rauchabzugsfläche in Wänden bereitgestellt werden muss. Die aerodynamische Wirksamkeit von NRA für Wandeinbau sollte mittels Brandsimulationsrechnungen nachgewiesen werden. Hierauf kann verzichtet werden, wenn bei der Ermittlung der Öffnungsflächen die in Tabelle 7-8 enthaltenen Durchflussbeiwerte c berücksichtigt und die aerodynamisch wirksamen Öffnungsflächen A W,Wand ’ gemäß Gleichung 7-6 berechnet werden. Gleichung 7-6: A W,Wand ’ = 2 * A W,Dach / c Die so ermittelten Rauchabzugsflächen sollten mit einem Abstand der Oberkante der NRA zur Decke von maximal 0,5 m gleichmäßig verteilt auf mindestens zwei gegenüberliegende Außenwände eines Rauchabschnittes eingebaut werden. Die NRA sollte vollständig in der Rauchschicht und die Unterkante der Austrittsöffnung mindestens 0,5 m oberhalb der Grenze zur kalkulierten raucharmen Schicht liegen (Abbildung 7-12). <?page no="386"?> 372 Tabelle 7-8: Durchflussbeiwerte c für NRA in Wänden Öffnungsart Öffnungswinkel Durchflussbeiwert c vollständig geöffnete Fläche 0,65 Jalousie 90 o 0,65 Dreh- oder Kippflügel ≥ 60 o 0,50 Dreh- oder Kippflügel ≥ 45 o 0,40 Dreh- oder Kippflügel ≥ 30 o 0,30 Der Öffnungswinkel darf eine Abweichung von ± 5 o aufweisen Abbildung 7-12: Natürliche Rauchabzüge in Wänden 7.4.4.2 Zuluft für NRA in Wänden Die Zuluftflächen sollten mindestens das 1,5fache der nach dem obigen Verfahren ermittelten Öffnungsflächen aller NRA in Außenwänden der größten Rauchabschnittsfläche des Raumes betragen. Sie sollten gleichmäßig verteilt an den Seiten, an denen auch die NRA eingebaut sind, angebracht sein. Die Zuluftflächen sollten vollständig in der raucharmen Schicht und möglichst tief liegen. Ihre Oberkante sollte zur Untergrenze der Rauchschicht eine Abstand von mindestens 1 m aufweisen, der im Bereich von Türen und Fenstern mit nicht mehr als 1,25 m Breite auf 0,5 m reduziert werden kann (Abbildung 7-11, Seite 374). ....mindestens in zwei gegenüberliegenden Wänden wenn Windgeschwindigkeit > 1 m/ s => nur Öffnung in Lee =< 0,5 m >= 0,5 m >= 0,5 m =< 0,5 m Rauchschicht Zuluft wie bei NRA in Decken <?page no="387"?> 373 7.4.4.3 Ansteuerung von NRA in Wänden Es wurde bereits dargelegt, dass für NRA in Wänden der Einfluss des Windes besondere Bedeutung erhält. Bei Windstille (Windgeschwindigkeit < 1 m/ s) sollten die NRA- und Zuluftflächen in gegenüberliegenden Außenwänden geöffnet werden (Gerhard et. al. [7.30]). Steigt die ungestörte Windgeschwindigkeit deutlich über 1 m/ s (gemessen als 10-Minuten-Mittelwert oberhalb des Daches), sollten die NRA und Zuluftflächen in der windabgewandten Seite geöffnet werden, so dass beide in einer Unterdruckzone liegen. Die Ansteuerung von NRA in Wänden sollte über automatische Rauchmelder erfolgen. Als auslösendes Element ist ein Melder auf 80 m² ausreichend (vergl. auch Punkt 5.8.5.1). Zusätzlich sollte mindestens eine Handauslösevorrichtung je Rauchabschnitt vorhanden sein. 7.4.5 Bemessung von NRA in Sonderbauverordnungen Die Bemessung von NRA nach DIN 18232-2 führt wie dargestellt zu bestimmten Anforderungen an die Größe von Rauch- und Wärmeabzugsöffnungen und die zugeordneten Zuluftöffnungen. Auf der Grundlage der der DIN 18232 zu Grunde liegenden Brandmodelle (Energie- und Massebilanzmodell) als auch physikalischströmungsmechanischer Modelle hat die ARGEBAU mit etwas anderen Randbedingungen Berechnungen mit dem Ziel angestellt, den Bauschaffenden einfachere Bemessungsregeln für NRA in Sonderbauten, die keine hallenartige Industrie- oder Gewerbebauten sind, an die Hand zu geben. Die angesetzten Randbedingungen sind: Ein Brandverlauf bis zum Ende der Entstehungsphase mit einer Brandleistung von 2 MW als Bemessungsszenario über einen Zeitraum von einer Stunde. (Dies wird als charakteristische Brandleistung eines in der Entstehungs und Entwicklungsphase brandlastgesteuerten Brandes und zugleich gerundeter Maximalwert des sich bei 1,5 m² wirksamer Rauchabzugsfläche AW einstellenden ventilationsgesteuerten Brandes angesehen). Die Rauchableitung aus dem Brandraum dient in erster Linie der Unterstützung des Löschangriffs der Feuerwehr. Ein gewisser Raucheintrag in die unter Punkt definierte raucharme Schicht wird akzeptiert, da der Löschangriff - der ein Innenangriff unter umluftunabhängigem Atemschutz ist - nur unwesentlich beeinflusst wird (siehe hierzu bei Cimolino et. al. [7.31]). Das Gebäude ist ansonsten entsprechend der baurechtlichen Vorgaben gestaltet, Abweichungen existieren nicht. Unter den obigen Randbedingungen ist eine aerodynamisch wirksame Rauchabzugsfläche A W von 4 m² bis 5 m² je Rauchabschnitt von 1600 m² ausreichend. Hierauf aufbauend hat die ARGEBAU in den Musterbauordnungen <?page no="388"?> 374 Muster-Versammlungsstättenverordnung - MVStättVO - 2014 [7.32] Muster-Verkaufsstättenverordnung - MVKVO - 2014 [7.33] Muster-Industriebaurichtlinie - MindBauR - 2014 [7.34] Vorgaben für Rauchabzugsflächen veröffentlicht. Einige davon sind in Tabelle 7-9 dargestellt. Tabelle 7-9: Anforderungen zur Rauchableitung in einigen Musterbauordnungen - schematisiert Raumart 1) Raumgröße 2) Einrichtung zur Rauchableitung Zuluft 3) Versammlungsräume, Verkaufsräume, Produktionsräume, sonstige Aufenthaltsräume, Magazine, Lagerräume 200 m² - 1000 m² (1600 m²) Öffnungen zur Rauchableitung im Dach 1% der Grundfläche 12 m² im oberen Wanddrittel 2% der Grundfläche > 1000 m² (> 1600 m²) RWA im Dach oder oberen Wanddrittel 1,5 m² je 400 m² Grundfläche 12 m² 1) entsprechend der jeweiligen MBO 2) Klammerwerte: MIndBauR 3) grundsätzlich gleiche Größenordnung mit den angegebenen Oberbzw. Untergrenzen Die Musterbauordnungen gestatten bei Raumgrößen unterhalb von 1000 m² (MInd- BauR 1600 m²) Öffnungen zur Rauchableitung (Fenster, Türen, Oberlichte) die nicht explizit Rauchabzugsanlagen sein müssen. Des Weiteren sind die geforderten aerodynamischen Rauchabzugsflächen für Raumgrößen unterhalb von 1000 m² (MInd- BauR 1600 m²) deutlich geringer als nach DIN 18232-2. Die Musterbauordnungen enthalten weitere Anforderungen für in der schematischen Tabelle 7-9 nicht aufgeführte Räume bzw. bei Vorhandensein von Löschanlagen, zur Funktion von Öffnungsvorrichtungen und zu deren Anordnung u. a. m. (siehe z. B. bei Zehfuß [7.35]). 7.5 Rauchschürzen 7.5.1 Allgemeine Anforderungen Rauchschürzen sind Hindernisse zur Begrenzung der Ausbreitung von Rauch und Brandgasen. Sie können, wenn es die bauliche Gestaltung erfordert, als Rauchvorhänge (Aktive Rauchschürzen nach DIN EN 12101-1 [7.36]) ausgeführt werden, die erst im Brandfall (Rauchfall) - angesteuert durch eine Brandmeldeanlage - in Position fahren. Rauchschürzen sind wesentliche Bauteile von Rauch- und Wärmeabzugssystemen in ausgedehnten baulichen Anlagen. Sind erforderliche Rauchschürzen im Brandfall nicht (oder nicht rechtzeitig) in ihrer geplanten Position, wird ein RWA-System nicht so arbeiten wie es geplant ist, m. a. W. dass Erreichen der Schutzziele der RWA-Anlage (Punkt 7.1) wird in Frage gestellt. Rauchschürzen ermöglichen im speziellen Anwendungsfall die Rauchfreihaltung von <?page no="389"?> 375 Treppen und Rolltreppen Aufzügen und Aufzugsvorräumen Fluren und Korridoren Rettungswegen in Atrien nicht vom Brand betroffenen Nutzungseinheiten oder Teilen von Nutzungseinheiten. Rauchschürzen werden ausgeführt an den Grenzen geplanter Rauchreservoirs als raumabschließende Bauteile als Möglichkeit einen Rauchstrom zu kanalisieren als geplanter Zweitnutzen konstruktiver Bauteile bzw. unter Einbeziehung derselben als im Verrauchungsfall gezielt zu aktivierende Systeme (z. B. durch eine BMA auf der Grundlage einer Brandfall- Steuermatrix, vergl. Punkt 5.8.7). Rauchschürzen können aus einer Vielzahl von steifen oder flexiblen Materialien bzw. Materialkombinationen bestehen, wie z. b. Beton, Mauerwerk, Metall, Brandschutzplatten, Metall-, Glas- oder Kevlar-Gewebe, Glasfaserverstärkter Kunststoff, Mineralwolle u. a. m., sofern die Anforderungen der Norm an die Temperaturbeständigkeit und die maximale Permeabilität erfüllt werden. Dabei werden die genannten Materialien in gerollter, gefalteter, gleitender oder mit Gelenken versehener Ausführung für aktive Rauchschürzen verwendet. Neben den die eigentliche Barriere darstellenden Bauteilen gehören zu Rauchschürzen die notwendigen Energieversorgungen, Antriebe, Auslöse- und Kontrollelemente. 7.5.2 Rauchschürzen nach DIN EN 12101-1 Die technischen Anforderungen an Rauchschürzen werden in der Europäischen Norm DIN EN 12101-1 [7.36] detailliert beschrieben. Es werden danach unterschieden: Statische Rauchschürzen (SSB - Static Smoke Barriers; fest angebrachte Rauchschürzen) die sich ständig in der für den Brandfall geplanten Position (Brandfallposition) befinden, Aktive Rauchschürzen (ASB - Active Smoke Barriers; Selbsttätige Rauchschürzen), die sich bei Auslösung selbsttätig aus der Ruheposition in die für den Brandfall geplante Position (Brandfallposition) begeben. <?page no="390"?> 376 (Rauchschürzen können auch als Kombination aus SSB und ASB konstruiert werden) Aktive Rauchschürzen werden gemäß Tabelle 7-10 kategorisiert. Je nach Schutzziel ist die geeignete Kategorie zu realisieren; bei RWA-Anlagen zur Rettungswegsicherung ist in der Regel ASB 1 (oder ggf. ASB 3) einzusetzen. Zu Selbsttätigen Rauchschürzen und deren Einzelkomponenten, wie Antriebe, Auslöseeinrichtungen und Steuereinrichtungen, enthalten die Richtlinien VdS 2881 bis VdS 2885 [7.37] bis [7.41] weiterführende Hinweise. Tabelle 7-10: Anforderungen an aktive Rauchschürzen (ASB) nach DIN EN 12101-1 (Selbsttätige Rauchschürzen) Typ ASB 1 ASB 2 ASB 3 ASB 4 Brandfallposition >= 2,5 m oberhalb des Fußbodens beliebig Funktion bei Energieausfall, Kabelbruch etc. geht selbsttätig kontrolliert in die Brandfallposition geht selbsttätig kontrolliert in die Brandfallposition zweite Energieversorgung (Baterie, Feder, etc.) nein sinnvoll nein sinnvoll Kabel mit Funktionserhalt nein ja nein ja Absenk geschwindigkeit 1) 2) 0,06 m/ s bis 0,30 m/ s 0,06 m/ s bis 0,15 m/ s soweit zur Rettungswegsicherung erforderlich 1) Rauchschürzen sollten innerhalb von 60 Sekunden ihre Brandfallposition erreichen. Ist dies auf Grund ihrer Länge nicht möglich, darf dadurch das Erreichen des Schutzziels nicht gefährdet werden. 2) Durch geeignete visuelle und akustische Warneinrichtungen ist auf den Absenkvorgang aufmerksam zu machen um Verletzungen oder Panik zu vermeiden . 7.5.3 Temperaturbeständigkeit von Rauchschürzen Rauchschürzen müssen einschließlich ihrer Befestigungen den Temperaturen in der Rauchschicht standhalten ohne dass ihre Funktion beeinträchtigt wird. Die Prüftemperatur für Rauchschürzen nach DIN EN 12101-1 ist auf mindestens 600 o C festgelegt, für Rauchschürzen bei welchen höhere Temperaturen der Rauchgasschicht nicht auszuschließen sind, wird die Temperatursteigerung der Einheits-Temperatur- Zeitkurve nach EN 1363-1 [7.42] zugrunde gelegt (siehe auch Anhang 7). Die Rauchschürzen werden dann entsprechend Tabelle 7-11 klassifiziert. Während des Heißrauchtestes dürfen Rauchschürzen ihre Funktion nicht verlieren (z. B. durch Zusammenfallen) nicht nachhaltig entflammen, <?page no="391"?> 377 keine wesentliche Vergrößerung der konstruktiven Spalte zeigen, keine Löcher oder Risse aufweisen, die eine bestimmte Größe überschreiten keine Veränderungen der Halterungen zeigen innerhalb von 10 Minuten nach Beginn des Tests keine brennende Tropfen oder Partikel abfallen lassen. Tabelle 7-11: Einige Anforderungen an Rauchschürzen nach DIN EN 12101-1 Klasse der Rauchschürze Mindestfunktionsdauer [min] Prüftemperatur 600 o C Prüftemperatur ETK nach EN 1363-1 [7.42] D 30 1) DH 30 2) 30 D 60 DH 60 60 D 90 DH 90 90 D 120 DH 120 120 DA DHA > 120 1) Der Buchstabe D bezeichnet nach DIN EN 13501-4 [7.24] die Formstabilität von Rauchschürzen unter Beanspruchung mit erhöhter Temperatur 2) Die Buchstaben DH bezeichnet nach DIN EN 13501-4 [7.24] die Formstabilität von Rauchschürzen unter Beanspruchung mit der ETK 7.5.4 Dichtheit von Rauchschürzen Rauchschürzen werden mit dem Ziel eingesetzt, den Rauchdurchtritt zu minimieren, d. h. insbesondere, dass sie bis unmittelbar unter das Dach geführt werden müssen. Auch dürfen Einbauten, wie Unterdecken, Galerien, Kabelbühnen etc. die Wirksamkeit nicht beeinträchtigen. Allerdings kann es erforderlich sein, zwischen der Rauchschürze und angrenzenden Bauteilen, zwischen aneinandergrenzenden Rauchschürzen sowie zwischen den Einzelteilen einer Rauchschürze konstruktive Spalte oder Toleranzen vorzusehen (z. B. zwischen Rollenkern und Umhüllung sowie zwischen dem Schürzenmaterial und der Umhüllung bei Rauchschürzen aus flexiblem Material die nach Art eines Rollos herunter laufen). Diese Leckstellen dürfen jedoch die Funktion nicht beeinträchtigen. Daher sind Rauchschürzen, die keine funktionalen Toleranzen benötigen (i. W. also SSB) so zu versiegeln, dass kein Rauchdurchtritt an den Übergängen zu den sonstigen Bauteilen erfolgen kann. Bei Rauchschürzen, die konstruktionsbedingt Lücken aufweisen müssen, sollten diese nach DIN EN 12101-1 folgende Maximalabmessungen nicht überschreiten: 20 mm bei Rauchschürzen die bis zu 2 m herablaufen 40 mm bei Rauchschürzen die mehr als 2 m bis zu 6 m herablaufen <?page no="392"?> 378 60 mm bei Rauchschürzen die mehr als 6 m herablaufen. Aneinandergrenzende Rauchschürzen (ASB) sollten sich zur Minimierung der konstruktiven Spalte überlappen, gleiches gilt für Anschlüsse an Bauteile. Wenn erforderlich, sollten seitliche Führungsschienen angebracht werden, die die konstruktiven Spalte begrenzen. Eine weitere Ursache von Leckagen kann eine sich aufgrund der Druckunterschiede auf den beiden Seiten von aktiven Rauchschürzen (bis ca. 20 Pa) ergebende Biegung sein. Bei frei hängenden Rauchschürzen werden sich zwischen den ASB und den angrenzenden Bauteilen seitlich annähernd dreieckförmige Öffnungen ergeben. Diese Abweichung aus der vertikalen Position wird auch dazu führen, dass sich die untere horizontale Kante der Rauschschürze anhebt. Im informativen Anhang E zu DIN EN 12101-1 werden für verschiedene Anwendungsfälle Formeln zur Berechnung der Auslenkung und der zum Ausgleich erforderlichen Verlängerung der Rauchschürze sowie für die Berechnung der Rauchgas-Massenströme durch die seitlichen Leckagen angeben. Zusätzlich sollte die Gesamtfläche der konstruktiven und durch Biegung verursachten Spalten 0,5 % der Fläche der Rauchschürze in Funktionsstellung im Brandfall nicht überschreiten. Durch die obigen konstruktionsbedingten Spalte dringt natürlich der Rauch in den zu schützenden Bereich ein. Mit Hilfe der ermittelten Rauchgas-Massenströme in den geschützten Bereich ist abzuschätzen, ob das Schutzziel trotz der Leckagen erreicht werden kann. Ist dies nicht möglich, müssen weitere konstruktive Schutzmaßnahmen umgesetzt werden (z. B. Kantenführung der Rauchschürzen, doppelte Rauchschürzen o. ä.). Das Material der Rauchschürze selbst muss ebenfalls eine ausreichende Mindestdichtheit aufweisen. Während diese bei üblichen homogenen Materialien (z. B. Metallblech) vorausgesetzt wird, müssen sonstige Materialien (z. B. Gewebe) in der Typprüfung der Rauchschürzen eine Leckrate erreichen, die bei einer Druckdifferenz von 25 Pa unter 25 m³/ h m² liegt. 7.6 Anwendungsbeispiel für NRA im Dach Für die in Abbildung 7-13 dargestellte Halle sind NRA im Dach nach DIN 18232-2 zu bemessen. Die Randbedingungen sind wie folgt: Hallenhöhe 8,8 m; Dachneigung 5 o Brandabschnitt 1: 60 m * 20 m, Brandausbreitungsgeschwindigkeit mittel 2 Tore 4 m * 4 m und eine Tür 2,2 m * 2 m ins Freie 2 Tore 4 m * 4 m in Brandabschnitt 2 Brandabschnitt 2: 60 m * 60 m, Brandausbreitungsgeschwindigkeit besonders groß 5 Tore 4 m * 4 m und 2 Türen 2,2 m * 2 m ins Freie 2 Tore 4 m * 4 m in Brandabschnitt 1 Rauchschürze 3 m hoch teilt BA 2 in 2 Rauchabschnitte von 60 m * 30 m <?page no="393"?> 379 Abbildung 7-13: Ausstattung einer Halle mit Natürlichen Rauchabzügen, Übungsbeispiel 7.7 Maschinelle Rauchabzüge - MRA Maschinelle Rauchabzugsanlagen - MRA - haben ebenso wie natürliche Rauchabzüge die Aufgabe, eine raucharme Schicht im Brandraum zu ermöglichen. Die raucharme Schicht wird jedoch nicht durch die Thermik der Brandgase und deren Abführung über Öffnungen im Dach oder in den Wänden erreicht, sondern durch Absaugen der Rauchgase mittels Ventilatoren. Die Aktivierung der Anlage muss unmittelbar nach Branderkennung durch Ansteuerung über Temperatur- oder Rauchmelder erfolgen. Der Vorteil des maschinellen Abzuges ist die sofortige Verfügbarkeit der vollen Volumenleistung, die auch bei relativ kaltem Rauch schon gegeben ist. Als Nachteil ist zu sehen, dass der durch die Ventilatoren geförderte Massenstrom wegen der Volumenausdehnung der Rauchgase geringer wird, wenn die Heißgase höhere Temperaturen aufweisen. Bei hohen Temperaturen ist die Leistungsfähigkeit maschineller Rauchabzüge daher geringer als die natürlicher Rauchabzüge. Maschinelle Rauchabzugsanlagen dürfen nicht mit Differenzdruck- Entrauchungsanlagen - RDA verwechselt werden, die ebenfalls direkt Brandgase maschinell absaugen. Differenzdruck-Entrauchungsanlagen können jedoch im Unterschied zu MRA - keine Rettungswege im Brandraum selbst sichern (Punkt 7.1), sondern nur den Raucheintritt in geschützte Räume (z. B. Treppenräume) durch den Aufbau von Druckunterschieden verhindern (Punkt 7.9.2). je 200 m² mind. 1 RA BA 2: 1 8 Stück je RA je 2 m * 1,5 m 60 m 80 m Abstand RA-RA >= 4m BA 1: 8 Stück je 2 m * 1,25 m BA 1 BA 2 Rauchschürze je 200 m² mind. 1 RA BA 2: 1 8 Stück je RA je 2 m * 1,5 m 60 m 80 m Abstand RA-RA >= 4m BA 1: 8 Stück je 2 m * 1,25 m BA 1 BA 2 Rauchschürze <?page no="394"?> 380 7.7.1 Aufbau von MRA Maschinelle Rauchabzüge werden dann erforderlich, wenn Natürliche Rauchabzüge (NRA) nicht eingesetzt werden können. Im Wesentlichen werden sie daher eingesetzt, um die Rauchschicht in mehrgeschossigen Gebäuden oder Gebäuden, in denen die Decke nicht offen durchbrochen werden kann, zu beeinflussen. Den prinzipiellen Aufbau Maschineller Entrauchungsanlagen zeigt Abbildung 7-14. Abbildung 7-14: Prinzipielle Aufbau und Bestandteile Maschineller Rauchabzugsanlagen (Schema einer Anlage mit allen Bestandteilen, z ur Funktion der Entrauchungsklappen siehe Punkt 7.7.4) Die wesentlichen Komponenten von MRA sind: Entrauchungsventilator(en) (1) nach DIN EN 12101-3 Entrauchungsleitung (2) nach DIN EN 12101-7 mit Absaugöffnung(en) innerhalb des zu entrauchenden Raumes 1 1 2 2 2 2 3 3 4 4 5 5 6 7 1 8 9 10 11 12 <?page no="395"?> 381 Entrauchungsleitungen (3) nach DIN EN 12101-7 außerhalb des zu entrauchenden Raumes ohne Öffnungen oder mit brandschutztechnisch gesicherten Anschlüssen in verschiedenen Geschossen oder Brandabschnitten Entrauchungsklappen für Einzelabschnitte (4) nach DIN EN 12101-8 zum Öffnen im zu entrauchenden Geschoss Entrauchungsklappen für Mehrfachabschnitte (5) nach DIN EN 12101-8 zum brandschutztechnisch gesicherten Abschluss der nicht vom Brand betroffenen Bereiche Statischen Rauchschürzen (6) oder Beweglichen Rauchschürzen (7) nach DIN EN 12101-1 zur Begrenzung der horizontalen Ausdehnung der Rauchschicht Zulufteinrichtungen (8) zum Nachströmen von Außenluft, ggf. über Zuluftleitungen oder Zuluftventilatoren(9) Stromversorgung (10) und Steuerleitungen (11) nach DIN EN 12101-10 [7.25] bzw. DIN EN 12101-9 zum Betrieb der Entrauchungsventilatoren und zur Steuerung von Klappen Auslöseeinrichtung mit Brandfrüherkennung (12) Der Aufbau und die Bemessung von Maschinellen Rauchabzügen ist in DIN 18232-5 [7.14] geregelt. Die Europäische Normenreihe DIN EN 12101 enthält für MRA nur die technischen Anforderungen an die Komponenten des Systems und keine Bemessungsregeln. 7.7.2 Grenzen von MRA Im Unterschied zu Natürlichen Rauchabzügen, die aufgrund des thermischen Auftriebs der Rauchgase arbeiten, gibt es bei MRA kein stabiles Gleichgewicht zwischen den in die Rauchgasschicht einströmenden und daraus ausströmenden Massen. Dies liegt an der Tatsache, dass die Ventilatoren konstante Rauchgasströme fördern. Der für eine stabile Schichtung zu fördernde Massenstrom nimmt aber mit steigender Temperatur und der Dauer des Brandes zu, weil einerseits die Dichte der Rauchgase abnimmt und andererseits in der Regel der ursächliche Brand größer wird (der Stoffumsatz wächst) und damit mehr Rauchgase produziert. Daher ist nur dann eine effektive Entrauchung zu erreichen, wenn die Eingangsgrößen, d. h. letztlich die Brandkenngrößen, korrekt dimensioniert sind. Ergebnis durchgeführter Rechnungen, die die obigen Randbedingungen berücksichtigen, ist daher, dass bei ausschließlichem Einsatz von MRA die Rauchgasschicht zunehmen, d. h. absinken wird. Das Ziel von Dimensionierungsbetrachtungen für MRA kann daher nur sein, über eine bestimmte Zeit - die länger sein muss als die Entfluchtungszeit - eine raucharme Schicht bestimmter Höhe zu gewährleisten (Abbildung 7-15). <?page no="396"?> 382 Abbildung 7-15: Maschinelle Rauchabzüge, Abnahme der Höhe der raucharmen Schicht für verschiedene Volumenströme der Abluftventilatoren - Beispiel Die Absaugung der Rauchgase muss möglichst gleichmäßig über den zu entrauchenden Bereich verteilt erfolgen, denn viele kleine Absaugöffnungen zeigen deutlich bessere Wirkung als wenige große. Daneben ist die Absaugleistung je Absaugstelle begrenzt. 7.7.3 Maschinelle Rauchabzüge - Bemessung nach DIN 18232-5 Die Norm DIN 18232-5 gilt für die Bemessung und den Einbau von Maschinellen Rauchabzugsanlagen - MRA - in großflächigen Räumen mit einer Mindesthöhe von 3 m. Sie gilt daher - wie auch die DIN 18232-2 - in erster Linie für hallenartige Bauwerke der Industrie, des Gewerbes und der Logistik. Die Bemessung von MRA nach DIN 18232-5 [7.14] erfolgt grundsätzlich analog der Bemessung von NRA nach DIN 18232-2 [7.13]. Die in Abbildung 7-8 (Seite 366) für NRA definierten Größen gelten ebenso. Die Parameter für die Bemessung der erforderlichen Volumenströme der MRA wurden so festgelegt, dass ein vergleichbares Sicherheitsniveau wie bei NRA erreicht wird. Bei der Bemessung von MRA werden unterstellt: ein frühes Einschalten der MRA durch eine automatische Brandmeldeanlage oder ständig anwesendes eingewiesenes Personal ein schnelles Eingreifen der Feuerwehr (die Brandentwicklungsdauer wird mit einer Zeit von 10 Minuten gerechnet) 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 5 Höhe der rauchfreien Schicht [m] Zeit [min] 25 m³/ s 20 m³/ s 16 m³/ s 13 m³/ s 5 m³/ s 6 m³/ s 8 m³/ s <?page no="397"?> 383 eine mittlere Brandausbreitungsgeschwindigkeit die maximale Brandfläche wird daher mit <= 80 m² angesetzt Rauchgastemperaturen unterhalb des Flash-Over (< 600 o C) Unterteilung in Rauchabschnitte A R <= 1600 m² (für die Tabellenwerte wurde A R = 400 m² verwendet, um auch kleine Rauchabschnitte zu erfassen) Rauchschürzen müssen der Dicke der Rauchschicht entsprechen und mindestens 1 m hoch sein (1 m <= H Sch >= z) Wärmefreisetzungsraten von Feststoffbränden (ca. 300 kW/ m², davon 80% wurden in die Tabellen eingearbeitet.) Zur Darstellung des Bemessungsprozesses für MRA wurde das Ablaufschema in Abbildung 7-16 entwickelt. Die einzelnen Schritte zur Bestimmung der zum Erreichen des in Punkt 7.1 dargestellten Schutzzieles erforderlichen Rauchabzugs-Volumenströme werden im Folgenden erläutert. 7.7.3.1 Brandumfang, Brandentwicklungsdauer und Bemessungsgruppe Analog zum Verfahren für NRA wird die für die Bemessung der Abzugsleistung von MRA nach DIN 18232-5 [7.14] zu Grunde zu legende Brandrauchproduktion aus dem Stoffumsatz, der Brandausbreitungsgeschwindigkeit und der erwarteten Brandentwicklungsdauer abgeleitet. Auch in DIN 18232-5 wird unterstellt, dass sich der Brand nach Eintreffen der Feuerwehr nicht mehr ausbreitet und die Anlage für eine (maximale) rechnerische Brandfläche ausgelegt, der im Bemessungsverfahren eine Bemessungsgruppe zugeordnet wird (vergl. Punkte 7.4.3.1 bis 7.4.3.3). Für die Festlegung der Bemessungsgruppe der MRA ist dann Tabelle 7-2 (Seite363) anzuwenden, d. h. die Ermittlung der BMG erfolgt nach demselben Verfahren wie bei NRA. Allerdings sind Brandentwicklungsdauern von mehr als 20 Minuten für MRA nicht vorgesehen, da dann im Allgemeinen mit Flash-Over-Temperaturen zu rechnen ist, die MRA nach DIN 18232-5 überfordern würden. Im Unterschied zu NRA darf bei der Bemessung von MRA die Bemessungsgruppe nach Tabelle 7-2 bei Vorhandensein einer Sprinkleranlage ohne Nachweis um 1 Stufe reduziert werden, da Sprinkleranlagen sowohl die Wärmefreisetzungsraten und damit die Rauchgasmenge als auch die Rauchgastemperatur herabsetzen. Ist eine stärkere Berücksichtigung automatischer Löschanlagen gewünscht, so ist hierüber ein besonderer Nachweis zu führen. Die zum Zeitpunkt der Auslösung der Sprinkleranlage herrschenden Bedingungen sind dabei maßgebend für den Volumenstrom und die erforderliche Temperaturbeständigkeit. <?page no="398"?> 384 Abbildung 7-16: Bemessung von Maschinellen Rauchabzügen nach DIN 18232-5 <?page no="399"?> 385 Bei MRA ist die Rauchgastemperatur von besonderer Bedeutung, da sie die erforderliche Temperaturbeständigkeit der Bauteile bestimmt. Die Temperatur der in die Rauchgasschicht einströmenden Gase ist bei unverändertem Brandumfang, umso höher, je weniger Kaltluft in den Plume eingemischt wird, d. h. in erster Linie von der Höhe d des Plumes abhängig (vergl.Abbildung 7-3, Seite 355 und Abbildung 7-4 , Seite 356). Daher muss im Bemessungsverfahren nach DIN 18232-5 überprüft werden, ob die Flammenbasis wesentlich oberhalb des Fußbodens liegen kann, z. B. auf der Oberfläche von Lagergut. Sind brennbare Materialien höher als 1,5 m gestapelt, ist die Bemessungsgruppe um eine Stufe zu erhöhen. Sofern dies wegen der bereits erreichten maximalen Bemessungsgruppe 5 nicht mehr möglich ist, muss die Lagerhöhe auf 1,5 m reduziert werden. 7.7.3.2 Abzuführender Rauchgasvolumenstrom von MRA Nach Festlegung der erforderlichen Höhe der raucharmen Schicht (vergl. hierzu Abbildung 7-7, Seite 365) sind für eine Brandleistung von 300 kW/ m² die aus jedem Rauchabschnitt abzuführende Rauchgasvolumenströme und die zugehörigen mittleren Rauchgastemperaturen aus den Tabellen 4 und 5 der DIN 18232-5 zu ermitteln (hier wiedergegeben als Tabelle 7-11 und Tabelle 7-12). Die Mindestdicke der raucharmen Schicht in Zeile 1 dieser Tabellen darf nicht unterschritten werden. Dabei soll in der Regel eine raucharme Schicht d von mindestens 3 m zu Grunde gelegt werden, lediglich bei Räumen mit einer Höhe von 4 m oder weniger wird d >= 2 m akzeptiert. Tabelle 7-12: Abzuführender Volumenstrom V RS in m³/ h je Rauchabschnitt für eine Brandleistung von 300 kW/ m² und Rauchabschnittsgröße 400 m² (Tabelle 3 aus DIN 18232-5) Basistabelle Abzuführender Rauchgasvolumenstrom je Rauchabschnitt V RS [m³/ h] Zeile Dicke der raucharmen Schicht [m] Bemessungsgruppe 1 2 3 1) 4 5 1 2 23000 38000 64000 112000 Flash-Over 2 2,5 29000 46000 75000 128000 223000 3 3 34000 55000 88000 145000 248000 4 4 43000 72000 115000 184000 303000 5 5 50000 85000 143000 229000 366000 6 6 59000 96000 165000 276000 436000 7 7 73000 105000 183000 311000 512000 8 8 88000 121000 197000 342000 580000 9 9 105000 143000 206000 368000 633000 10 10 123000 166000 231000 387000 681000 berechnet für: Rauchabschnittsfläche 400 m²; Brandleistung 300 kW/ m² 1) für übliche Bemessung anzusetzender Wert des Volumenstromes <?page no="400"?> 386 DIN 18232-5 enthält in Anhang A weitere analoge Tabellen A1 und A2, für die eine Wärmefreisetzung von 600 kW/ m² zugrunde gelegt wurde, die erforderlichen Volumenströme sind entsprechend höher. Bei der Anwendung der oben genannten Tabellen ist zu beachten, diese als so genannte „Basistabellen“ für eine Raumgröße (Rauchabschnittsgröße) von 400 m² berechnet wurden. Tabelle 7-13: Mittlere Rauchschichttemperatur Θ RS in o C für eine Brandleistung von 300 kW/ m² und Rauchabschnittsgröße 400 m² (Tabelle 4 aus DIN 18232-5) Mittlere Rauchschichttemperatur Θ RS [ o C] Zeile Dicke der raucharmen Schicht [m] Bemessungsgruppe 1 2 3 1) 4 5 1 2 210 290 400 560 Flash- Over 2 2,5 160 210 290 400 560 3 3 130 170 230 310 430 4 4 100 120 150 210 290 5 5 80 100 120 160 210 6 6 70 90 100 120 170 7 7 60 80 90 110 140 8 8 50 70 90 100 120 9 9 50 60 80 90 110 10 10 40 60 70 90 100 berechnet für: Rauchabschnittsfläche 400 m²; Brandleistung 300 kW/ m² 1) für übliche Bemessung anzusetzende mittlere Rauchschichttemperatur Um die Absaugleistung der Tabelle 7-12 an die vom gleichen Brand in größeren (oder kleineren) Rauchabschnitten erforderlichen anzupassen, ist bei von 400 m² abweichender Raumgröße eine Korrektur der Werte mit Hilfe des Diagrammes in Abbildung 7-17 (entspricht Bild 4 aus DIN 18232-5) vorzunehmen. Generell geht DIN 18232-5 davon aus, dass die Rauchabschnitte nicht größer als 1600 m² sind. Können Rauchabschnitte nicht durch Wände oder Rauchschürzen auf 1600 m² begrenzt werden, sind in Ausnahmefällen Rauchabschnittsgrößen bis zu 2600 m² möglich, wenn die Absaugleistung erhöht wird (s. w. u.). Für die Korrektur der Absaugleistung nach der Basistabelle auf die tatsächlich gegebene Raumgröße gilt: Gleichung 7-7: V RS , korr = V RS dV [m³/ h] <?page no="401"?> 387 Abbildung 7-17: Korrekturwerte dV für die abzuführenden Rauchgasvolumenströme bei von 400 m² abweichenden Rauchabschnittsgrößen A R (berechnet für eine Brandleistung von 300 kW/ m²) Der physikalische Hintergrund für diese Korrektur ist die mit zunehmender Raumgröße abnehmende mittlere Rauchschichttemperatur, die zu geringeren abzuführenden Rauchgasvolumina führt (die Energie des Brandes verteilt sich auf größere Flächen). Die durch Anwendung der Gleichung 7-7 und der Abbildung 7-17 bei Rauchabschnitten größer 400 m² erreichte Absenkung des erforderlichen Rauchgasvolumenstromes liegt zwischen -0,2% (bei BMG 1, d = 10 m und 500 m²) und etwa -10% (bei BMG 5, d = 3 m und 1600 m²). Analog ist eine Erhöhung des Rauchgasvolumenstromes von 0,5% bis 3,5% bei Rauchabschnittsgrößen von 200 m² erforderlich. DIN 18232-5 enthält in Anhang A eine analoge Abbildung, für die eine Wärmefreisetzung von 600 kW/ m² zugrunde gelegt wurde, die erforderlichen Volumenkorrekturwerte sind entsprechend höher. Um eine Minimierung der abzuführenden Rauchgasströme für Rauchabschnitte bis 1600 m² zu ermöglichen, enthält DIN 18232-5 eine Berechnungsvorschrift zur Berücksichtigung von Wärmeverlusten aus der Rauchschicht an/ durch die den Rauchabschnitt begrenzenden Bauteile (die Anwendung ist nicht zwingend). Hierzu wird zunächst gemäß Gleichung 7-8 eine korrigierte Rauchschichttemperatur berechnet, und danach nach Gleichung 7-9 der korrigierte Rauchgasvolumenstrom ermittelt (die dadurch erreichbare Reduzierung der Absaugleistung liegt i. A. im Bereich von 10% bis 15 %). <?page no="402"?> 388 Gleichung 7-8: mit: δ = 0,031 (A R ) 1/ 3 Strahlungsverlustfaktor, vereinfachend ohne Berücksichtigung der Temperatur nach VDI 6019, Blatt 2 T RS = Mittlere Rauchschichttemperatur [K] nach Tabelle 7-11 [K], T RS = Θ RS + 273 T ∞ = Umgebungsbzw. Zulufttemperatur [K] V RS = Rauchgasvolumenstrom [m³/ h] nach Tabelle 7-11 c p = Spezifische Wärmekapazität des Rauchgases = 1010 [J/ kg K] U i = Wärmedurchgangskoeffizient des i-ten in der Rauchschicht liegenden [W/ m² K] Bauteils A i = Fläche des i-ten in der Rauchschicht liegenden Bauteils [m²] A R = Fläche des Rauchabschnittes [m²] Gleichung 7-9: [m³/ h] Kann in Ausnahmefällen die Rauchabschnittsgröße von 1600 m² nicht eingehalten werden (z. B. wenn betriebliche Einrichtungen dies nicht zulassen), eröffnet DIN 18232-5 die Möglichkeit, die Rauchabschnittsgröße auf maximal 2600 m² zu erhöhen, wenn abzuführende Rauchgasvolumenstrom V RS ‘‘ gemäß Gleichung 7-10 erhöht wird. Gleichung 7-10: V RS ‘‘ = V RS + (A R -1600 m²) / 100m² * 0,1 * V RS [m³/ h] (Dies entspricht der Erleichterung A für NRA,Gleichung 7-3 Seite 369). Die Berücksichtigung von Wärmeverlusten aus der Rauchschicht an/ durch die den Rauchabschnitt begrenzenden Bauteile ist bei Rauchabschnitten größer 1600 m² nicht vorgesehen. 7.7.4 Ausführung von MRA 7.7.4.1 Temperaturanforderungen an die Bauteile von MRA Die zur Rauchableitung eingesetzten Geräte müssen den thermischen Belastungen durch die heißen Rauchgase für ausreichend lange Zeit gewachsen sein. Zur Bestimmung der Anforderungen an die Bauteile von MRA ist daher zu berücksichtigen, dass die in Tabelle 7-13 aufgeführten mittleren Temperaturen der Rauchschicht lokal _______________ ________________________________ (1-δ) * (T RS - T ∞ ) ____ * ∑ (U i * A i ) ___ 1 + 353,18 V RS * c p ______ T RS ___ T RS = _ +T ∞ V RS ‘ = V RS * T RS * T RS,Korr [m³/ h] * T RS * T RS,Korr _______ <?page no="403"?> 389 - z. B. in der Nähe des Plumes - u. U. deutlich überschritten werden können. Daher sind zur Festlegung der Temperaturklassen der MRA-Bauprodukte die maximal zu erwartenden lokalen Temperaturen zu Grunde zu legen. Hieraus ergeben sich die in Tabelle 7-14 dargestellten Anforderungen an die Temperaturklassen geeigneter Entrauchungsventilatoren. Für die übrigen MRA-Bauprodukte (Punkte 7.7.4.4 bis 7.7.4.6) sind entsprechende Temperaturklassen zu wählen (Tabelle 7-14). Für Brandlasten von mehr als 300 kW/ m² bis zu 600 kW/ m² enthält Anhang A der DIN 18232-5 eine analoge Tabelle der erforderlichen Temperaturklassen. Tabelle 7-14: Temperaturklassen von Entrauchungsventilatoren unter Berücksichtigung lokaler Rauchgastemperaturen bei Eintritt in die Rauchgasschicht Erforderliche Temperaturklassen für Entrauchungsventilatoren Zeile Dicke der raucharmen Schicht [m] Bemessungsgruppe 1 2 3 1) 4 5 1 2 F 400 F 600 Flash-Over - - 2 2,5 F 300 F 600 F 600 Flash-Over - 3 3 F 300 F 400 F 600 Flash-Over - 4 4 F 200 F 300 F 300 F 400 F 600 5 5 F 200 F 200 F 300 F 300 F 600 6 6 F 200 F 200 F 200 F 300 F 400 7 7 F 200 F 200 F 200 F 200 F 300 8 8 F 200 F 200 F 200 F 200 F 300 9 9 F 200 F 200 F 200 F 200 F 200 10 10 F 200 F 200 F 200 F 200 F 200 berechnet für: Rauchabschnittsfläche 400 m²; Brandleistung 300 kW/ m² 1) für übliche Bemessung erforderliche Temperaturkategorie Tabelle 7-15: Zuordnung von Temperaturklassen zu Geräteanforderungen für Maschinelle Entrauchungsanlagen Zeile Ventilatoren Ventilator und elastische Stutzen bei Ventilatoraufstellung Leitungen Klappen DIN EN 12101-3 innerhalb des Gebäudes außerhalb des Gebäudes DIN EN 12101-7 DIN EN 12101-8 oder oder oder DIN EN 13501-4 DIN EN 13501-4 DIN EN 13501-4 Temperaturklasse innerhalb außerhalb Einzelabschnitt Mehrfachabschnitt Einzelabschnitt Mehrfachabschnitt des Brandraumes 1 F 200 E 300 30* S EI xx S E 300 30* S E 300 30* S EI xx S E 300 30* S EI xx S 2 F 300 E 300 30* S EI xx S E 300 30* S E 300 30* S EI xx S E 300 30* S EI xx S 3 F 400 (90) E 600 30* S EI xx S E 600 30* S E 600 30* S EI xx S E 600 30* S EI xx S F 400 (120) 4 F 600 E 600 30* S EI xx S E 600 30* S E 600 30* S EI xx S E 600 30* S EI xx S 5 F 842 - EI xx S - EI xx S - EI xx S * Zeitdauer nach Brandschutzkonzept; xx gemäß bauaufsichtlicher Anforderung <?page no="404"?> 390 Die für die Entrauchungsventilatoren ermittelten Temperaturklassen gehen in die Festlegung der Temperaturklassen der übrigen Bauteile gemäß Tabelle 7-14 ein. Die Geräte für Einzelabschnittsentrauchung dürfen nur innerhalb des zu entrauchenden Abschnittes eingesetzt werden, die Geräte für Mehrfachabschnitte sind zu verwenden, wenn mehrere brandschutztechnisch getrennte Abschnitte durch die MRA Bauteile verbunden werden. 7.7.4.2 Anzahl und Anordnung der Absaugstellen Wie NRA-Geräte auch, sollten die Absaugstellen von MRA (Absaugöffnungen in Entrauchungsleitungen oder Einzelventilatoren) möglichst gleichmäßig in der Decken- oder Wandfläche angeordnet werden. Da durch maschinelle Rauchabzugsanlagen eine Zwangsströmung erzeugt wird, ist die Anordnung im Detail jedoch weniger bedeutsam. Für die Mindestzahl der erforderlichen Absaugstellen ist die effektive Dicke der Rauchschicht d S unterhalb der Absaugöffnung bis zur Rauchschichtgrenze gemäß Abbildung 7-18 sowie die mittlere Temperatur Θ RS der Rauchschicht (Tabelle 7-13) maßgebend. Dazu ist zunächst die Ausrichtung der Absaugöffnungen festzulegen, die sich stets vollständig innerhalb der Rauchschicht befinden müssen. Abbildung 7-18: Für die Bemessung der Absaugstellen oder Einzelventilatoren von MRA anzusetzende Dicke d S der Rauchschicht Mit Hilfe des Nomogramms in Abbildung 7-19 kann dann aus der effektiven Rauchschichtdicke d S (die nicht wesentlich geringer als 0,5 m sein sollte) und der mittleren Rauchschichttemperatur der maximale zulässige Volumenstrom V* i,max (maximale Absaugleistung) einer Absaugöffnung bestimmt werden (siehe Beispiel in Abbildung 7-19). Durch diese Begrenzung der Absaugleistung wird sichergestellt, dass die An- <?page no="405"?> 391 lage bei den gegebenen Bedingungen nur Rauch fördert (analog zur Mindestdicke der Rauchschicht bei NRA, Punkt 7.4.3.4). Abbildung 7-19: Nomogramm zur Bestimmung des maximalen zulässigen Volumenstroms V* i,max von Rauchabzugsöffnungen (Bild Nr. 6 aus DIN 18232-5: 2012 übernommen mit freundlicher Genehmigung des DIN) Beispiel: Δd S = 1,0 m und Θ RS = 400 o C Maximal zulässiger Volumenstrom V* i,max = 17000 m³/ h <?page no="406"?> 392 Anmerkung: Obwohl akustische Gesichtspunkte bei Rauchabführung keine Rolle spielen, sollte die Strömungsgeschwindigkeit in den Leitungen 20 m/ s nicht überschreiten. Die Anzahl der erforderlichen Absaugöffnungen N ergibt sich danach einfach aus Gleichung 7-11: N ≥ V RS / V i, max Um zu verhindern, dass die Absaugleistungen benachbarter Absaugstellen sich gegenseitig negativ beeinflussen, muss der Abstand S min zwischen den Außenkanten benachbarter Absaugöffnungen (Abbildung 7-18) mindestens dem aus nachfolgender Gleichung 7-12 zu berechnenden entsprechen: Gleichung 7-12: S min ≥ 0,015 * V i1/ 2 [m] mit: V i in m³/ h Um mögliche Verminderungen des abführbaren Volumenstroms von Absaugstellen in der Nähe von Hindernissen wie Wänden oder Rauchschürzen zu vermeiden, wird empfohlen, einen Abstand Δρ (Abbildung 7-18) der Rauchabsaugöffnung gemäß Gleichung 7-13 einzuhalten (Anforderung nicht in DIN 18232-5 enthalten): Gleichung 7-13: Δρ ≥ S min / 2 ≥ 0,0075 * V i1/ 2 7.7.4.3 Anordnung der Rauchaustrittsstellen Die Lage der Rauchaustrittsstellen am Gebäude muss so festgelegt werden, dass die Rückführung von Rauch durch die Zulufteinrichtungen verhindert wird. Das Ansaugen von Rauch durch Zuluftöffnungen ist im Allgemeinen nicht zu erwarten, wenn die Bedingungen: h Aus - h Zu ≥ 2,5 m oder h Aus - h Zu ≥ 0 wenn Abstand ≥ 8 m oder h Aus - h Zu ≥ 0 wenn Abstand ≥ 2,5 m und in verschiedenen Fassaden eingehalten werden (Abbildung 7-20). Im Einzelfall kann darüber hinaus die Berücksichtigung der vorherrschenden Windrichtungen erforderlich sein. <?page no="407"?> 393 Abbildung 7-20: Rauchaustrittsstellen und Zuluftöffnungen von MRA (Schematisch, es ist nur ein Brand unterstellt) 7.7.4.4 Entrauchungsventilatoren Entrauchungsventilatoren müssen heiße Brandgase für ausreichend lange Zeit bei im Wesentlichen konstantem Volumenstrom (±10%) und Druck (± 20%) fördern können. Die Anforderungen und Prüfbedingungen für Entrauchungsventilatoren sind in der DIN EN 12101-3 [7.44] enthalten. Diese technische Regel unterscheidet zunächst maschinelle Geräte für folgende Anwendungsklassen: Geräte für den Betrieb außerhalb oder innerhalb des Rauchabschnittes (bei Betrieb innerhalb des Rauchabschnittes erfolgt die Temperaturbeanspruchung auch von außen! ) Geräte, die zur Verhinderung von Gefährdungen durch die Außentemperatur des Gerätes wärmegedämmt sind, oder nicht wärmegedämmte Geräte Not-Abzugsgeräte (d. h. Funktion nur im Entrauchungsfall) und Geräte mit Doppelfunktion (d. h. Verwendung auch als Lüftungsgeräte im täglichen Lüftungsbetrieb) Geräte für die ein Kühlluftanschluss erforderlich ist. Die Ventilatoren können mit direktem Antrieb (Motor innerhalb des Ventilators) oder indirektem Antrieb (Motor außerhalb des Ventilators) ausgeführt sein. Bei Ventilato- <?page no="408"?> 394 ren mit direktem Antrieb kann sich der Motor unmittelbar im Luftstrom (Brandgasstrom) befinden oder durch eine Kapselung abgetrennt sein. Je nach Ausführung des Motors kann eine externe Kühlluftleitung erforderlich sein. Kühlung von Antriebsriemen oder Lagern ist regelmäßig erforderlich, wenn der Motor selbst wegen der erwarteten hohen Brandgastemperatur außerhalb des Ventilators angeordnet wird. Entrauchungsventilatoren müssen entsprechend ihrer Leistungseinstufung über die in Tabelle 7-16 angegebenen Zeiten funktionsfähig bleiben (auch nach kurzzeitiger Abschaltung innerhalb des Prüfzeitraumes). Im Einzelfall sind entsprechend des möglichen Aufstellungsortes und der erwarteten Rauchgastemperatur geeignete Entrauchungsventilatoren auszuwählen. Tabelle 7-16: Leistungsanforderungen an Entrauchungsventilatoren nach DIN EN 12101-3 Klasse des Entrauchungsventilators Prüftemperatur [ o C] Mindestfunktionsdauer [min] F 200 1) 200 120 F 300 300 60 F 400 400 90 oder 120 F 600 600 60 F 842 842 2) 30 nicht klassifiziert nach Festlegung des Auftraggebers 1) Der Buchstabe F bezeichnet nach DIN EN 13501-4 [7.24] den Funktionserhalt von maschinellen Rauch- und Wärmeabzugsgeräten 2) entspricht Temperaturbeanspruchung ETK nach 30 Minuten Sofern Entrauchungsventilatoren für den Einsatz im Freien vorgesehen sind, muss das Gerät auch für den Einsatz unter Windbzw. Schneelast nach DIN EN 12101-3 geprüft werden. Vorhandene Klappen oder Jalousien müssen dann innerhalb von 30 Sekunden unter einer Windlast von 200 Pa öffnen. Die gleiche Öffnungszeit muss unter der klassifizierten Schneelast eingehalten werden. 7.7.4.5 Entrauchungsklappen Entrauchungsklappen werden in Entrauchungssystemen eingesetzt, um die Anzahl der Entrauchungsleitungen und die Absaugleistung der Entrauchungsventilatoren, die für heiße Brandgase ausgelegt werden müssen, zu begrenzen. Entrauchungsklappen sind dafür ausgelegt, entweder Brandgase aus einem einzelnen Brandabschnitt eines Gebäudes ins Freie zu führen, dann sind Entrauchungsklappen für Einzelabschnitte nach DIN EN 12101-8 [7.45] einzusetzen, die in der Regel keine isolierenden Eigenschaften haben, oder Brandgase über Leitungen, die mit mehreren Brandabschnitten eines Gebäudes verbunden sind ins Freie zu führen, dann sind <?page no="409"?> 395 Entrauchungsklappen für Mehrfachabschnitte nach DIN EN 12101-8 einzusetzen, die in der Regel auch Anforderungen an die maximale Temperaturerhöhung an der brandabgewandten Seite erfüllen müssen, also als isolierte Klappen auszuführen sind. Die Entrauchungsklappen von MRA haben im Gegensatz zu Brandschutzklappen nach DIN 4102-6 [7.46] - die im Brandfall immer schließen - zwei Funktionsstellungen (Sicherheitsstellungen): offen und geschlossen. Die in einem bestimmten Entrauchungsfall des Gebäudes erforderliche Sicherheitsstellung muss bei der Planung des Systems definiert werden (sog. Brandfallstellung). Die für die gezielte Entrauchung definierter Rauchabschnitte notwendigen Stellungen aller Entrauchungsklappen müssen in der Steuerung des Systems verfügbar sein (vergl. Punkt 5.8.7156). Wenn mehrere Brand- oder Rauchabschnitte über einen gemeinsamen Schacht (oder eine gemeinsame Leitung) verbunden sind, werden die einzelnen Entrauchungszonen durch normalerweise geschlossene Entrauchungsklappen für Mehrfachabschnitte vom gemeinsamen Schacht getrennt (siehe Abbildung 7-14 auf Seite 386). Die Sicherheitsstellung - „offen“ - wird für die zu entrauchende Zone durch den Entrauchungsklappenantrieb angesteuert, während alle anderen Entrauchungsklappen in der für diesen Entrauchungszustand geltenden Sicherheitstellung „geschlossen“ bleiben (bzw. bei Anlagen mit Doppelfunktion geschlossen werden). Entrauchungsklappen müssen - entsprechend der Festlegung in DIN EN 12101-8 - nach DIN EN 1366-10 [7.47] geprüft werden. Klappen für Einzelabschnitte werden bei 300 o C oder 600 o C geprüft, Klappen für Mehrfachabschnitte unter den Temperaturen der Einheitstemperaturkurve. Sofern Entrauchungsklappen eine Sicherheitsstellung geschlossen haben, müssen sie auch die thermischen Anforderungen an Brandschutzklappen (analog DIN 4102- 6 [7.46]) erfüllen. Daher müssen Entrauchungsklappen für Mehrfachabschnitte insgesamt feuerbeständig sein. Sie dürfen jedoch nicht durch thermische Auslösungselemente in Betrieb gesetzt werden. Tabelle 7-17: Einige Leistungskriterien für Entrauchungsklappen nach DIN 12101-8 Klasse von Entrauchungsklappen für Brandprüfung Leckrate [m³/ (h * m²)] Temperaturerhöhung [ o C] Einzelabschnitte Mehrfachabschnitte Temperatur [ o C] Zeit [min] Umgebungsbedingungen Brandprüfung E 600 1) 5) 600 30 ≤ 360 ≤ 360 nicht erforderlich E 600 S 1) 3) 5) ≤ 200 ≤ 200 EI multi 2) 5) ETK 6) 30, 60, 90, 120 ≤ 360 ≤ 360 ≤ 140 im Mittel ≤ 180 maximal EI multi S 5) ≤ 200 ≤ 200 1) Der Buchstabe E bezeichnet nach DIN EN 13501-4 [7.24] den Erhalt des Raumabschlusses 2) Die Buchstabe I bezeichnet nach DIN EN 13501-4 [7.24] den Erhalt der Wärmedämmung 3) Index S für Rauchdichtheit (geringere Leckrate) 4) Index multi für Entrauchungsklappen für Mehrfachabschnitte 5) Zusatz HOT 400/ 30 für Funktion bei erhöhter Temperatur möglich 6) Temperatur entsprechend der ETK bei Prüfdauer gemäß Spalte Zeit <?page no="410"?> 396 Entrauchungsklappen werden in beide Richtungen durch aktive Antriebselemente bewegt und müssen daher eine gesicherte Energieversorgung haben. Die Entrauchungsklappenantriebe müssen die Entrauchungsklappe auf Befehl der Steuerungseinrichtung innerhalb von 60 Sekunden gezielt in die jeweilige Sicherheitsstellung bringen können. Die eingenommene Sicherheitsstellung darf nur vom Steuerungssystem bestimmt werden und sich nach Erreichen nicht selbständig verändern. Daher dürfen Entrauchungsklappenantriebe keine temperaturgesteuerten Auslöseeinrichtungen oder Rückführgestänge besitzen, die unkontrolliert - z. B. bei Stromausfall - die Stellung der Entrauchungsklappe verändern könnten. Werden Entrauchungsklappen und ihre Antriebe für den Betrieb bei Umgebungstemperatur ausgelegt, müssen sie durch Rauchmelder in einem frühen Brandstadium ausgelöst werden (vergl. Punkt 5.6.5). Sie verbleiben bzw. bewegen sich dann lediglich in die Brandfallstellung. Werden Entrauchungsklappen und ihre Antriebe durch die Feuerwehr erst bei höheren Temperaturen mit Hilfe von Schaltern oder sonstigen Steuerelementen in Betrieb gesetzt oder die Ansteuerung erfolgt erst bei höheren Temperaturen, müssen sie über 30 Minuten die Schließfunktion bis zu einer Temperatur von 400 o C sicherstellen (HOT 400/ 30 Prüfung, HOT = High-Operational- Temperatur). Entrauchungsklappen nach DIN EN 12101-8 werden entsprechend der in den Prüfungen erreichten Leistungskriterien nach den Regeln der DIN EN 13501-4 [7.24] für den Einsatz klassifiziert, wie es auszugsweise in Tabelle 7-17 wiedergegeben ist. 7.7.4.6 Entrauchungsleitungen Entrauchungsleitungen werden in Rauch- und Wärmeabzugssystemen genutzt, um im Inneren von Gebäuden gelegene Rauchabschnitte mit dem Freien zu verbinden und die Anzahl der für hohe Temperaturen auszulegenden Entrauchungsventilatoren zu begrenzen. Entrauchungsleitungen werden für folgende grundlegende Funktionen ausgelegt: Zuführung von Frischluft in Rauchabschnitte über freie Nachströmung oder unter Verwendung von Druckbelüftungsanlagen (Zuluftleitungen), Abführung von Rauch aus einem einzelnen Brandabschnitt ins Freie ohne Durchquerung anderer Brandabschnitte (Entrauchungsleitungen für Einzelabschnitte), Abführung von Rauch ins Freie unter Verwendung von Rauch- und Wärmeabzugsanlagen die mit einem oder mehreren Brandabschnitten verbunden ist mit oder ohne Durchquerung anderer Brandabschnitte (Entrauchungsleitungen für Mehrfachabschnitte). Zuluftleitungen, durch die nur Frischluft und kein Brandgas strömt, müssen nur wenn sie andere Brandabschnitte durchqueren mit Anforderungen an die Feuerwiderstandsdauer ausgeführt werden und können im Übrigen allein nach den Anforderungen der Lüftungsanlage (also z. B. als ungeschützte Stahlleitungen) ausgeführt wer- <?page no="411"?> 397 den. Allerdings sind auch für Zuluftleitungen - wie für alle Lüftungs- und Entrachungsleitungen - neben den rein technischen Anforderungen aufgrund der Zweckbestimmung (Abmessungen, Formstabilität, Dichtheit, Druckfestigkeit) zusätzlich die Anforderungen des Baurechtes, nach der jeweils geltenden Lüftungsanlagenrichtlinie zu erfüllen (hier wird auf die Muster-Lüftungsanlagen Richtlinie MLüAR [7.48] Bezug genommen). Als Beispiel für baurechtliche Anforderungen an die Ausführung von Lüftungsleitungen enthält Abbildung 7-21 einige Anforderungen der MLüAR. Abbildung 7-21: Einige Anforderungen an Lüftungsleitungen nach MLüAR (Beispiel für Entrauchungsleitungen, schematisch) Entrauchungsleitungen für Einzel- oder Mehrfachabschnitte, durch die Brandgase abgeführt werden sollen, sollten DIN EN 12101-7 [7.49] entsprechen und die folgenden Anforderungen erfüllen: Konstruktion der Leitung und der Aufhängungen ausgelegt für 20 m/ s bei erhöhten Temperaturen Formstabilität (Querschnitt) muss bei Umgebungstemperatur und bei erhöhter Temperatur erhalten bleiben Widerstandsfähig gegen definierte Unterdrucke. V V V V VV VV VV VV Brandgasabführung Entrauchungskanal EI Entrauchungsschacht EI 90 (F 90) Entrauchungsklappe EI Frischluftzuführung Frischluftschacht EI 90 (F 90) Entrauchungsklappe E Unterdecke F 30 Frischluftkanal EI Frischluftkanal E V Rauchabzugsgerät V Frischluftgerät Brandgasabführung Entrauchungskanal EI Entrauchungsschacht EI 90 (F 90) Entrauchungsklappe EI Frischluftzuführung Frischluftschacht EI 90 (F 90) Entrauchungsklappe E Unterdecke F 30 Frischluftkanal EI Frischluftkanal E VV Rauchabzugsgerät VV Frischluftgerät V V V V VV VV VV VV Brandgasabführung Entrauchungskanal EI Entrauchungsschacht EI 90 (F 90) Entrauchungsklappe EI Frischluftzuführung Frischluftschacht EI 90 (F 90) Entrauchungsklappe E Unterdecke F 30 Frischluftkanal EI Frischluftkanal E V Rauchabzugsgerät V Frischluftgerät Brandgasabführung Entrauchungskanal EI Entrauchungsschacht EI 90 (F 90) Entrauchungsklappe EI Frischluftzuführung Frischluftschacht EI 90 (F 90) Entrauchungsklappe E Unterdecke F 30 Frischluftkanal EI Frischluftkanal E VV Rauchabzugsgerät VV Frischluftgerät <?page no="412"?> 398 Zusätzlich müssen Entrauchungsleitungen für Mehrfachabschnitte nach DIN EN 12101-7 die Anforderungen an die Wärmeisolation analog DIN 4102-6 erfüllen. Die Temperaturerhöhung auf der brandabgewandten Seite muss im Mittel ≤ 140 o C und im Maximum ≤ 180 o C bleiben. Tabelle 7-18: Einige Leistungsanforderungen an Entrauchungsleitungen nach DIN EN 12101-7 Klasse von Entrauchungsleitungen für Brandprüfung Leckrate [m³/ (h * m²)] Temperaturerhöhung [ o C] Einzelabschnitte Mehrfachabschnitte Temperatur [ o C] Zeit [min] Umgebungsbedingungen Brandprüfung E 300 1) 300 30, 60, 90, 120 ≤ 10 ≤ 10 nicht erforderlich E 300 S 1) 3) ≤ 5 ≤ 5 E 600 600 ≤ 10 ≤ 10 E 600 S ≤ 5 ≤ 5 EI multi 2) 4) ETK 5) ≤ 10 ≤ 10 ≤ 140 im Mittel ≤ 180 maximal EI multi S ≤ 5 ≤ 5 1) Der Buchstabe E bezeichnet nach DIN EN 13501-4 [7.24] den Erhalt des Raumabschlusses 2) Die Buchstabe I bezeichnet nach DIN EN 13501-4 [7.24] den Erhalt der Wärmedämmung 3) Index S für Rauchdichtheit (geringere Leckrate) 4) Index multi für Entrauchungsklappen für Mehrfachabschnitte 5) Temperatur entsprechend der ETK bei Prüfdauer gemäß Spalte Zeit Entrauchungsleitungen müssen entsprechend der Festlegung in DIN EN 12101-7 geprüft und nach DIN EN 135021-4 [7.24] klassifiziert werden. Leitungen für Einzelabschnitte werden bei konstant 300 o C oder 600 o C, Leitungen für Mehrfachabschnitte unter den Temperaturen der Einheitstemperaturkurve jeweils von der Innen- und der Außenseite und definiertem Druckunterschied geprüft. Einbau- oder Anbauteile von Entrauchungsleitungen (Zugangsöffnungen, Schalldämpfer oder andere Dämpfungseinrichtungen, Drehklappen, Strömungs- und Gasmengenanzeiger, Abschlussgitter) müssen die gleichen Anforderungen erfüllen wie die Leitungen selbst. Die Spalte, die bei der Installation von Entrauchungsleitungen in den raumabschließenden Bauteilen entstehen, müssen so abgedichtet werden, dass die Durchbrüche nicht zum Versagen der Anlage infolge Leckage von Brandgasen in andere Rauchbzw. Brandabschnitte führen. Die allgemeinen baurechtlichen Anforderungen zur Leitungsausführung gelten für Entrauchungsleitungen ebenso. 7.7.4.7 Energieversorgung von MRA Für die Energieversorgung von MRA gilt das unter Punkt 7.4.3.8 ausgeführte sinngemäß, d. h. es sind die Anforderungen der DIN EN 12101-10 [7.25] zu erfüllen. Je- <?page no="413"?> 399 de der Energieversorgungen muss ausreichen, die Versorgung der Gruppe von Maschinellen Rauchabzugsanlagen mit dem höchsten Energiebedarf bei der geplanten Abzugsleistung über die gesamte geplante Betriebsdauer der MRA sicherzustellen. Die elektrische Energie kann entweder von zwei getrennten öffentlichen Energieversorgungsbetrieben oder von einem solchen Betrieb und einer Notstromerzeugungsanlage geliefert werden. Versorgungskabel der MRA (Ventilatoren und Entrauchungsklappen) müssen von der Versorgung des übrigen Bauwerkes ab Eintritt in das Bauwerk unabhängig sein. Versorgungs- und Steuerkabel sind daher mindestens in E 30 nach DIN 4102-12 [7.27] auszuführen oder außerhalb des Entrauchungsbereiches zu verlegen. Eine Energieversorgung der Sicherheitsstufe 1 (so genannte Sprinklerpumpenschaltung nach VDE CEA 4001 [6.41], eine gute bildliche Darstellungen enthält das vdma Informationsblatt 5 [7.89]) kann für MRA im Einzelfall ausreichen, wenn ein Brandschutzkonzept dies nachweist und die Brandschutzbehörde zustimmt (verbleibendes statistisches Ausfallrisiko für die Stromversorgung ca. 13 Minuten pro Jahr). 7.7.4.8 Ansteuerung von MRA Maschinelle Rauchabzugsanlagen sind über automatische Brandmeldeanlagen (Punkt 5) mit automatischen Meldern - in der Regel Rauchmelder (Punkt 5.7.2.4) - anzusteuern. Auch die unverzügliche Auslösung über ständig anwesendes geschultes Personal entspricht den Anforderungen der DIN 18232-5. Zusätzlich sind stets Handauslösungen erforderlich. Sofern die Brandmelderzentrale in den Räumen für die eine MRA vorgesehen ist eingebaut werden soll, sind die Vorgaben aus DIN VDE 0833-2 zu beachten, d. h. in der Regel ist der Raum für die BMZ gegen den Schutzbereich der MRA vollständig feuerbeständig auszuführen (Punkt 5.6.2). 7.7.5 Zuluft für MRA Für die Zuluft für Räume die mit MRA ausgestattet sind, sind - soweit möglich - in den Außenwänden bodennah, jedoch stets innerhalb der raucharmen Schicht, Nachströmöffnungen anzuordnen. Sie müssen in der Leistung auf die Rauchabzugsventilaoren abgestimmt sein (Zuluftverhältniss 1: 1) und sollten unverzüglich (d. h. automatisch angesteuert, durch eine Werkfeuerwehr oder gleichwertige innerbetriebliche organisatorische Vorkehrungen hergestellt) nach Auslösung der MRA zur Verfügung stehen, um einen Unterdruck im Brandraum zu vermeiden. Die erforderlichen Abstände der Oberkante dieser Zuluftöffnungen für MRA entsprechen jenen von NRA (Abbildung 7-9, Seite 368). Als Zuluftöffnungen können angerechnet werden: eigenständige Zulufteinrichtungen <?page no="414"?> 400 Tore, Türen und Fenster, die zerstörungsfrei von außen geöffnet werden können Anmerkung: Die bei NRA mögliche Zerstörung von Öffnungen durch eine Werkfeuerwehr - die immer etwas Zeit benötigt - ist wegen der bei MRA sofort verfügbaren vollen Absaugleistung nicht vorgesehen. Zur Ermittlung der wirksamen Fläche von Zuluftöffnungen von MRA sind die Rohbauöffnungen mit denselben Faktoren c z nach Tabelle 7-6 (Seite 372) wie bei NRA zu korrigieren. Sind Nachströmöffnungen nicht möglich, ist ein maschinelles Zuluftsystem erforderlich (Abbildung 7-21). Beide Systeme sind mindestens gleichzeitig in Betrieb zu nehmen, vorzugsweise sollte die maschinelle Zuluftanlage kurz vor der Abluftanlage aktiviert werden. Um Verwirbelungen der Rauchschicht und/ oder gegenseitige Beeinflussungen der Ab- und Zuluftsysteme (Lüftungstechnische Kurzschlüsse) zu vermeiden, darf die horizontale Eintrittsgeschwindigkeit der Zuluft in den zu entrauchenden Raum 1 m/ s nicht überschreiten (impulsarme Zuuft; dies ist ggf. durch Umlenkungen, Prallwände oder vergleichbare Maßnahmen an den Zuströmöffnungen sicher zu stellen). Die Kombination von natürlichen und maschinellen Nachströmeinrichtungen für MRA ist möglich. Zu beachten ist, dass die Zuluftöffnungen stets so weit von den Ausblasöffnungen (Rauchaustrittsstellen) für Brandgase entfernt angeordnet sind, dass kein Rauch angesaugt werden kann. Die Bedingungen, unter welchen dies im Allgemeinen gegeben ist, enthält Punkt 7.7.4.3. 7.7.6 Bemessung von MRA in Sonderbauverordnungen Die Bemessung von MRA nach DIN 18232-5 führt wie dargestellt zu bestimmten Anforderungen an die abzuführenden Rauchgasvolumina und die zugeordneten Zuluftöffnungen. Auf der Grundlage der der DIN 18232 zu Grunde liegenden Brandmodelle (Energie- und Massebilanzmodell) als auch physikalisch-strömungsmechanischer Modelle hat die ARGEBAU mit etwas anderen Randbedingungen Berechnungen mit dem Ziel angestellt, den Bauschaffenden einfachere Bemessungsregeln für MRA in Sonderbauten, die keine großflächigen Industrie- oder Gewerbehallen sind, an die Hand zu geben. Die angesetzten Randbedingungen sind unter Punkt 7.4.5 bereits erläutert worden. Hierauf aufbauend hat die ARGEBAU in den Musterbauordnungen Muster-Versammlungsstättenverordnung - MVStättVO - 2014 [7.32] Muster-Verkaufsstättenverordnung - MVKVO - 2014 [7.33] Muster-Industriebaurichtlinie - MindBauR - 2014 [7.34] Vorgaben für Mindestrauchvolumenströme veröffentlicht. Danach sind einheitlich in <?page no="415"?> 401 Versammlungsräumen Verkaufsräumen Produktionsräume sonstigen Aufenthaltsräumen Magazinen Lagerräumen bei weniger als 1.600 m² Fläche Rauchgasvolumenströme von 10.000 m³/ h je 400 m² Fläche ausreichend. Bei mehr als 1.600 m² sind je weitere 400 m² zusätzliche Rauchgasvolumenströme von 5.000 m³/ h sicherzustellen. Wenn sichergestellt ist, dass dieser Luftvolumenstrom im Bereich der Brandstelle auf einer Grundfläche von max. 1.600 m² gleichmäßig von den Absaugstellen und Rauchabzugsanlagen gefördert werden kann, genügt ein Gesamt-Rauchgasvolumenstrom von 40000 m³/ h. Insgesamt ergeben diese Regelungen geringere Rauchgasvolumenströme als bei Bemessung nach DIN 18232-5. Die Zuluftflächen sind im unteren Raumdrittel so anzuordnen, dass die Strömungsgeschwindigkeit 3 m/ s nicht überschreitet (DIN 18232-5: 2 m/ s) . Maschinelle Rauchabzugsanlagen müssen nach den genannten Musterbauordnungen für eine Betriebszeit von mindestens 30 Minuten und eine Rauchgastemperatur von 600°C ausgelegt sein (ab 40.000 m³/ h Temperaturbeständigkeit 300°C). 7.8 RWA und Löschanlagen Bei der Kombination von Rauch- und Wärmeabzugsanlagen mit Löschanlagen ist eine mögliche gegenseitige Beeinflussung nicht auszuschließen. In Gebäuden mit automatischen Feuerlöschanlagen darf das Auslösen von Löschanlagen nicht dadurch verzögert werden, dass durch Rauch- und Wärmeabzugsanlagen die Brandwärme abfließen kann. In Gebäuden mit Sprinkleranlagen (auch Schaum-, Sprühwasser- oder Pulver-Löschanlagen) ist deshalb die gruppenweise Auslösung der Rauch- und Wärmeabzugsgeräte nur manuell zulässig. Selbstverständlich kann in Räumen mit Gaslöschanlagen die Auslösung von RWA ebenfalls nur manuell erfolgen. Die mögliche Beeinflussung war in den vergangenen Jahren Gegenstand intensiver Untersuchungen, insbesondere wurden zur Wechselwirkung zwischen Sprinkleranlagen und RWA zahlreiche Brandsimulationsrechnungen durchgeführt. Die mögliche Beeinflussung zwischen den Anlagetypen hängt danach im Wesentlichen von der Art (und damit von der Reihenfolge) der Auslösung der Anlagen ab. Letztere wird durch das (Haupt-) Schutzziel der jeweiligen Anlage bestimmt (Punkt 5.3.10, Sprinkleranlagen und RWA). In der auf VdS 2815 [7.50] basierenden Tabelle 7-19 sind die Kom- <?page no="416"?> 402 binationsmöglichkeiten für Standardfälle unter Beachtung der o. g. Aspekte zusammengestellt. Die automatische Auslösung von Sprinkleranlagen erfolgt temperaturabhängig. Neben der Auslösetemperatur beeinflusst die Ansprechempfindlichkeit der Sprinklers (RTI-Wert, vergl. Punkt 5.3.7.6.3) das Auslöseverhalten. Die selbsttätige Auslösung von Sprühwasser-Löschanlage erfolgt über Detektion der verschiedenen Brandkenngrößen (Rauch, Wärme, Strahlung). In Kombination mit den verschiedenen Auslösemöglichkeiten des Rauch- und Wärmeabzugs (Handauslösung, Thermoelement, Rauchmelder) ergibt sich die Auslösereihenfolge. Entsprechend der Auslösereihenfolge werden die unterschiedlichen Schutzziele erfüllt. Bei Handauslösung wird die Rauch- und Wärmeabzugsanlage immer nach der Wasserlöschanlage aktiviert werden. In diesem Fall unterstützt der Rauchabzug den Löschangriff durch die Feuerwehr und entlastet durch Ableitung der Brandwärme die Konstruktion. Damit der Sprinkler in der Schicht der heißen Rauchgase liegt, ist bei Rauchabschnitten von > 2000 m 2 immer eine Rauchschürze erforderlich. Die Höhe dieser Rauchschürze muss mindestens 500 mm betragen und die Sprinkler müssen deckennah montiert sein. Sofern dies sichergestellt ist, ist der Einfluss der RWA auf die Funktion der Sprinkleranlage gering (Stahl [7.51], Covelli [7.52], VDMA [7.53]). Bei der relativ empfindlichen ESFR-Technik ist eine negative Beeinflussung der Anlage durch den Rauchabzug nicht auszuschließen, so dass die Kombination hier nur unter strengen Randbedingungen möglich ist (Die VdS CEA-Richtlinie für Sprinkleranlagen [7.54] geht in Anhang L ausführlich auf die Besonderheiten von ESFR- Sprinkleranlagen ein). Die Auslösung des natürlichen Rauchabzugs über Rauchmelder kommt in Kombination mit ESFR-Sprinklern nicht in Frage. Bei maschinellem Rauchabzug sollte die Auslösung nach den ESFR-Sprinklern erfolgen. Gleiches gilt für den natürlichen Rauchabzug bei Auslösung über Thermoelemente. Ein nahezu gleichzeitiges Auslösen beider Anlagen wird bei der Kombination von Sprühwasser-Löschanlagen mit maschineller Entrauchung bzw. RWA mit Rauchmeldern angestrebt. Dies kann durch die Ansteuerung der maschinellen Entrauchung über die Alarmventilstation der Löschanlage bzw. über eine gekoppelte Auslösung über Rauchmelder umgesetzt werden. Wenn die Sicherung von Flucht- und Rettungswegen im Vordergrund steht, ist es sinnvoll, wenn die RWA vor der Wasserlöschanlage anspricht. Um dies sicher zu stellen, kann die Auslösung der RWA über Rauchmelder erfolgen. Dabei ist zu beachten, dass nach VdS eine Überwachungsfläche von 400 m 2 pro Rauchmelder zulässig ist. Um das Ansprechen der Rauchmelder vor dem Thermoelement der Wasserlöschanlage sicherzustellen, sollte die Überwachungsfläche der Melder jedoch 200 m 2 nicht überschreiten. Durch das Auslösen des Rauchabzugs vor der Löschanlage muss bei der Anordnung der Geräte darauf geachtet werden, dass der Rauchabströmweg nicht zur Ausbildung eines Schneiseneffekts bei der Sprinklerauslösung führt. Gleiches gilt auch für den maschinellen Rauchabzug, der immer über Rauchmelder ausgelöst wird. <?page no="417"?> 403 Tabelle 7-19: Kombinationen von RWA und Wasserlöschanlagen Rauch- und Wärmeabzüge und automatische Löschanlagen RWA Sprinkler ESFR Sprühwasser Feinsprüh Maschineller Rauchabzug Unter Beachtung der Querlüftung möglich, (bei Strahlventilation nicht sinnvoll) eingeschränkt möglich, siehe Vorgabe nach FM 2-2 für Lüftung bedingt möglich, Ansteuerung nur über SP-Ventilstation Kombination in der Regel nicht sinnvoll Natürlicher Rauchabzug Auslösung über Rauchmelder Kombination möglich und sinnvoll unter Berücksichtigung der Anordnung nicht sinnvoll Kopplung möglich und sinnvoll unter Berücksichtigung der Anordnung und verknüpfter Auslösung Kombination in der Regel nicht sinnvoll Natürlicher Rauchabzug Auslösung über Thermoelemente Kombination möglich und sinnvoll unter Berücksichtigung der Anordnung Auslösung RWA nach ESFR (ESFR 68°C, RTI< 50; RWA 141°C, RTI> 80) konstruktive Anforderungen sind zu beachten Kombination möglich und sinnvoll unter Berücksichtigung der Anordnung Kombination in der Regel nicht sinnvoll Natürlicher Rauchabzug Auslösung über Handmelder sinnvolle Kombination sinnvolle Kombination sinnvolle Kombination bedingt möglich Noch kritischer als die Kombination ESFR-Technik und RWA ist die Kombination von Wassernebel-Löschanlagen mit Rauchabzügen zu sehen. Hier besteht die Gefahr, dass die Luftströmung die kleinen Wassertröpfchen ablenkt. Lediglich bei Handauslösung der RWA ist die Kombination zur Unterstützung der Brandbekämpfung durch die Feuerwehr denkbar (siehe auch Ausführungen im Kapitel 6 Löschanlagen unter Punkt 6.4.7.6.4, Sprinklertypen). <?page no="418"?> 404 7.9 Rauchschutz-Differenzdruckanlagen Rettungswege müssen zu belüften sein, um eine unverzügliche Ableitung eindringender Rauchgase zu ermöglichen und die Benutzbarkeit auch durch ungeschützte Personen sicherzustellen (vergl. § 35 (8) MBO [7.55]) Hierzu können vorhandene Fenster (= NRA in Wänden), NRA in Decken oder MRA dienen. Dabei muss sichergestellt werden, dass die Rauchabzugsanlagen nicht ihrerseits dazu führen, dass Teile der Rettungswege mit Rauchgasen beaufschlagt werden. Da im oberen Drittel eines Brandraums ein Überdruck gegenüber der Umgebung herrscht (siehe z. B. bei John [7.56] oder in [7.57]), wird der Rauch durch geöffnete Türen (während Flüchtens von Personen oder des Löschangriffes der Feuerwehr; vergl. Anmerkung auf Seite 353) dem Druckgefälle folgen und somit auch die Rettungswege verrauchen. Solange die eindringenden Rauchvolumina in ausreichendem Umfang aus den Rettungswegen ins Freie abgeführt werden bleiben diese dennoch nutzbar. Die Rauchabführung erfolgt bei außenliegenden Treppenräumen, Aufzugsvorräumen, etc. i. A. über öffenbare Fenster und Türen. Zur Rauchfreihaltung von innenliegenden Rettungswegen werden allerdings Rauchabzugsanlagen mit Leistungen von 8000 m³/ h bis zu 10000 m³/ h benötigt, die über 60 Minuten Temperaturen bis 600 o C aushalten. Weiter haben Untersuchungen mittels Brandsimulationsrechnungen ergeben (Hosser et. al. [7.58]), dass innenliegende Treppenräume - auch bei Vorhandensein von NRA oder MRA entsprechend dem Baurecht - soweit verrauchen können, dass die Nutzbarkeit für die obersten Geschosse nicht mehr möglich ist. Hiervon muss ausgegangen werden, wenn über geöffnete Türen eine Verbindung vom Brandraum über den notwendigen Flur bis zum Treppenraum bestehen kann, also immer dann, wenn viele Personen auf den Rettungsweg angewiesen sind. Eine NRA oder MRA ist dann nicht in der Lage den Treppenraum und den notwendigen Flur ausreichend raucharm zu halten (vergl. z. B. Darstellungen in [7.59]). Als Alternative zu NRA und MRA können die Rettungswege durch Umkehrung des natürlichen Druckgefälles rauchfrei gehalten werden, so dass Rauchgase nicht eindringen können. Hierzu sind sie mit Rauchschutz-Differenzdruckanlagen auszustatten. Rauchschutz-Differenzdruckanlagen können auf zwei Arten gebaut werden: als Differenzdruck-Belüftung - in den geschützten Räumen wird ein höherer Druck als im Brandraum erzeugt als Differenzdruck-Entlüftung - im Brandraum oder den angrenzenden Bereichen wird ein geringeren Druck als in den geschützten Räumen erzeugt Für Rauchschutz-Differenzdruckanlagen - RDA - liegt die europäische Norm DIN EN 12101-6: 2005-09 [7.60] vor. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich daher auf diese technische Regel. Als Einstieg in die Thematik liegt ein Leitfaden des Arbeitskreises RDA vor, der die Aussagen der DIN EN 12101-6 zusammenfaßt [7.61]. <?page no="419"?> 405 7.9.1 Differenzdruck-Belüftungsanlagen Differenzdruck-Belüftungsanlagen blasen - angesteuert durch eine Brandmeldeanlage oder eigene Rauchmelder - Frischluft in einem solchen Volumenstrom in die geschützten Räume ein, dass: bereits vorhandener Rauch über sich öffnende Rauchabzüge (Klappen, Kanäle, allgemein: Abströmöffnungen) ins Freie gespült wird eine kontinuierliche Durchspülung des geschützten Raumes mit Frischluft erfolgt aufgrund des sich aufbauenden Überdruckes kein weiterer Rauch aus dem Brandraum in den geschützten Bereich eindringen kann trotz des Überdruckes die bestimmungsgemäße Nutzung der Rettungswege möglich bleibt, insbesondere die Türen geöffnet werden können Die Lufteinströmung erfolgt dabei so, dass die Rettungswege entgegen der Fluchtrichtung von Frischluft durchströmt werden (Abbildung 7-22, Seite 413). 7.9.1.1 Auslegung von Differenzdruck-Belüftungsanlagen Die Auslegung und Konfiguration von Differenzdruck-Belüftungsanlagen hängt wesentlich vom zu erreichenden Schutzziel ab. Differenzdruck-Belüftungsanlagen müssen daher entsprechend angepasste Auslegungskriterien erfüllen, die u. a. von folgenden Fakten abhängen: Müssen in erster Linie Rettungsmaßnahmen oder Brandbekämpfung ermöglicht werden? Bieten die nicht betroffenen Nutzungseinheiten auch im Brandfall einen sicheren Aufenthalt? Wie viele Personen nutzen das Objekt? Sind die Personen ortskundig oder ortsfremd? Sind Personen in ihrer Bewegungsfähigkeit eingeschränkt? Welche Zeit vergeht bis die Nutzer das Objekt verlassen können? Müssen bei Räumung oder Evakuierung viele Personen gleichzeitig die Rettungswege nutzen? DIN EN 12101-6 kategorisiert daher die zu schützenden Bauwerke in die Gebäudeklassen A bis F und definiert für jede Gebäudeklasse die erforderlichen Auslegungsbedingungen. Diese werden unter den Punkten 7.9.1.3.1 bis 7.9.1.3.6 (etwas gekürzt) dargestellt. Die in DIN EN 12101-6 vorgegebenen Auslegungswerte beruhen u. a. auf Arbeiten von John [7.62] sowie Untersuchungen von Seeger et. al. [7.63]. <?page no="420"?> 406 7.9.1.2 Differenzdruck-Belüftung von Treppenräumen, Vorräumen und Fluren Für die Differenzdruck-Belüftung von Treppenräumen, Aufzugsschächten, Vorräumen und notwendigen Fluren gibt DIN EN 12101-6 auf der Grundlage der Einstufung des Bauwerkes in eine Gebäudeklasse (siehe Punkt 7.9.1.3) weitere Hinweise zur Anwendung der empfohlenen Differenzdruckkriterien und die jeweils anzuwendenden Randbedingungen. Die Anlagen werden sämtlich für einen Überdrück von 50 Pa in den vertikalen Rettungswegen ausgelegt, gemessen bei geschlossenen Türen. Je Druckbelüftungsstufe - dargestellt durch einen dem jeweils höheren Druckbereich nachgelagerten Rettungsweg - wird der Überdruck um je 5 Pa abgesenkt. In Abbildung 7-22 sind in zwei Beispielen die Auslegungskriterien für die Drücke sowie ein einfaches Anwendungsbeispiel dargestellt (Berechnungen siehe z. B. bei John [7.61]). Für die Druckbelüftung von einzelnen Räumen, die gegen Raucheintritt von außen geschützt werden sollen, enthält die Norm ebenfalls Hinweise. Der Druck in derartigen Räumen muss mindestens 10 Pa geringer sein, als in anschließenden Rettungswegen, die ebenfalls druckbelüftet sind (in Abbildung 7.22 oben links könnte also der Überdruck in einer Nutzungseinheit 30 Pa betragen). Anmerkung: Das in Abbildung 7-22 rechts dargestellte Überdruckbelüftungsprinzip wird auch von den Feuerwehren zur Unterstützung der Brandbekämpfung mittels tragbarer Lüftungsgeneratoren angewandt (Pulm [7.64]). Wenn eine Tür zum Brandgeschoss geöffnet wird, weil die Feuerwehr einen Löschangriff vornimmt, wird der Überdruck im Flur oder Vorraum innerhalb weniger Hunderstelsekungen zusammenbrechen. Die RDA muss nun so ausgelegt werden, dass sich innerhalb von nicht mehr als 3 Sekunden wieder ein Druck aufbaut, der zu einer Durchströmung der Türöffnung mit Frischluft führt, die ausreicht, den Rauch im Brandbereich zurückzuhalten. Um diese Anforderung zu erfüllen, wird eine von der Gebäudeklasse abhängige Strömungsgeschwindikeit definiert (Punkte 7.9.1.3.1 bis 7.9.1.3.6). Die in den Brandbereich einströmende Luft muss über Öffnungen in der Fassade, Abströmkanäle oder maschinelle Entrauchungsanlagen entweichen können. Wenn während des Löschangriffs der Feuerwehr die Räumung des Gebäudes möglicherweise weiterlaufen muss, können weitere Türen geöffnet werden. Die RDA muss in der Lage sein, auch unter diesen sich ändernden Bedingungen die geforderten Drucke und Volumenströme bereitzustellen (Punkt 7.9.1.5). Einige Aspekte die bei der Auslegung zu beachten sind und Schwierigkeiten die auftreten können werden unter den Punkten 7.9.1.4 und 7.9.1.6 angesprochen. <?page no="421"?> 407 Abbildung 7-22: Differenzdruck-Belüftung von Treppenräumen und Vorräumen Beispiele nach DIN EN 12101-6 <?page no="422"?> 408 7.9.1.3 Differenzdruck-Belüftungsanlagen nach DIN EN 12101-6 7.9.1.3.1 Auslegungskriterien für Gebäudeklasse A Die Auslegungsbedingungen für Differenzdruck-Belüftungsanlagen in Gebäudeklasse A beruhen auf der Annahme, dass im Brandfall nicht das gesamte Gebäude evakuiert werden muss, sondern dass die Bewohner nicht direkt betroffener Nutzungseinheiten (Wohnungen) im Gebäude verbleiben können. Es müssen also nur wenige Personen die Rettungswege benutzen. Daher ist es unwahrscheinlich, dass gleichzeitig mehr als eine Tür zum geschützten Bereich geöffnet ist (entweder die zwischen Treppenraum und Vorraum/ Korridor oder die Ausgangstür. Gebäudeklasse A - Auslegungskriterien für Differenzdruck-Belüftungsanlagen Luftgeschwindigkeit Differenzdruck >= 0,75 m/ s alle Türen bis auf eine geschlossen 1) , Abströmöffnung im Geschoss mit der offenen Tür geöffnet 50 Pa alle Türen geschlossen Abströmöffnung im Geschoss in dem gemessen wird geöffnet Türöffnungskräfte unter allen Bedingungen <= 100 N, gemessen am Türgriff. 1) Wenn zwischen Treppenraum und Nutzungseinheit ein einfacher Vorraum angeordnet ist, sind beide Türen des Vorraumes zu öffnen Abbildung 7-23: Auslegungskriterien für Differenzdruck-Belüftungsanlagen für Gebäudeklasse A nach DIN EN 12101-6 0,75 m/ s A Druckdifferenz Tür geschlossen Tür offen Zuströmung mit Geschwindigkeit Abströmung geöffnet Zuströmung vom Feuerwehraufzugsschacht Aufzugstür geschossen Aufzugstür offen Legende: 50 Pa <?page no="423"?> 409 7.9.1.3.2 Auslegungskriterien für Gebäudeklasse B Die Auslegungsbedingungen für Differenzdruck-Belüftungsanlagen in Gebäudeklasse B beruhen auf der gleichen Annahme wie in Gebäudeklasse A. Zusätzlich soll parallel zu den Rettungsmaßnahmen die Brandbekämpfung ohne erhebliche Verrauchung der Brandbekämpfungswege (i. d. R. = Rettungswege) durchgeführt werden können. Aufgrund der Vorgehensweise der Feuerwehr ist daher davon auszugehen, dass Türen im Brandgeschoss und einem benachbarten Geschoss (i. d. R. im darunterliegenden) geöffnet sein können. Die Ausbreitung heißen Rauchs wird durch die Maßnahmen der Feuerwehr (Sprühstrahl) starkeingeschränkt. Gebäudeklasse B - Auslegungskriterien für Differenzdruck-Belüftungsanlagen Luftgeschwindigkeit Differenzdruck >= 2 m/ s Türen im Brandgeschoss geöffnet; Tür des Feuerwehraufzuges und des Vorraumes eines benachbarten Geschosses geöffnet; Abströmöffnung im Brandgeschoss geöffnet 50 Pa zwischen Treppenraum und Nutzungsbereich und zwischen Aufzugsschacht und Nutzungsbereich 45 Pa zwischen Vorraum und Nutzungsbereich alle Türen geschlossen Abströmöffnung im Brandgeschoss geöffnet Türöffnungskräfte unter allen Bedingungen <= 100 N, gemessen am Türgriff Abbildung 7-24: Auslegungskriterien für Differenzdruck-Belüftungsanlagen für Gebäudeklasse B nach DIN EN 12101-6 50 Pa 45 Pa B Druckdifferenz Tür geschlossen Tür offen Zuströmung mit Geschwindigkeit Abströmung geöffnet Zuströmung vom Feuerwehraufzugsschacht Aufzugstür geschossen Aufzugstür offen Legende: 2 m/ s <?page no="424"?> 410 7.9.1.3.3 Auslegungskriterien für Gebäudeklasse C Die Auslegungsbedingungen für Differenzdruck-Belüftungsanlagen in Gebäudeklasse C beruhen auf der Annahme, dass alle Nutzer des Gebäudes gleichzeitig alarmiert und noch in der Brandentstehungsphase evakuiert werden (Brandmeldeanlage! ). Die Bewohner sind zur Zeit des Alarms aufmerksam (wach), informiert und ortskundig (z. B. Büronutzung). Die Treppenräume werden während der Evakuierung genutzt und sind danach leer, der Luftvolumenstrom muss geringe, während der Evakuierung in den Treppenraum eingedrungene Rauchgasmengen wieder ausspülen. Gebäudeklasse C - Auslegungskriterien für Differenzdruck-Belüftungsanlagen Luftgeschwindigkeit Differenzdruck Differenzdruck >= 0,75 m/ s Türen im Brandgeschoss geöffnet 1) ; alle anderen Türen geschlossen Abströmöffnung im Brandgeschoss geöffnet 10 Pa Tür ins Freie geöffnet; alle anderen Türen geschlossen Abströmöffnung im Geschoss in dem gemessen wird geöffnet 50 Pa alle Türen geschlossen Abströmöffnung im Geschoss in dem gemessen wird geöffnet Türöffnungskräfte unter allen Bedingungen <= 100 N, gemessen am Türgriff 1) Wenn zwischen Treppenraum und Nutzungseinheit ein einfacher Vorraum angeordnet ist, sind beide Türen des Vorraumes zu öffnen Abbildung 7-25: Auslegungskriterien für Differenzdruck-Belüftungsanlagen für Gebäudeklasse C nach DIN EN 12101-6 0,75 m/ s C Druckdifferenz Tür geschlossen Tür offen Zuströmung mit Geschwindigkeit Abströmung geöffnet Zuströmung vom Feuerwehraufzugsschacht Aufzugstür geschossen Aufzugstür offen Legende: 50 Pa 10 Pa <?page no="425"?> 411 7.9.1.3.4 Auslegungskriterien für Gebäudeklasse D Die Auslegungsbedingungen für Differenzdruck-Belüftungsanlagen in Gebäudeklasse D beruhen auf der Annahme, dass Nutzer des Gebäudes zur Zeit des Alarms schlafen können (z. B. in Hotels). Die Nutzer sind mit dem Gebäude teilweise nicht vertraut oder benötigen Hilfe und daher mehr Zeit als in gewohnter Umgebung um das Freie oder einen anderen sicheren Bereich zu erreichen. Klasse D Systeme können im Einzelfall das Fehlen von notwendigen Treppenräumen oder Vorräumen kompensieren. Gebäudeklasse D - Auslegungskriterien für Differenzdruck-Belüftungsanlagen Luftgeschwindigkeit Differenzdruck Differenzdruck >= 0,75 m/ s Türen im Brandgeschoss geöffnet 1) ; Tür ins Freie geöffnet, alle anderen Türen geschlossen Abströmöffnung im Brandgeschoss geöffnet 10 Pa eine Tür eines Geschosses (nicht Brandgeschoss) ist geöffnet; Tür ins Freie geöffnet; alle anderen Türen (auch im Brandgeschoss) geschlossen Abströmöffnung im Geschoss in dem gemessen wird geöffnet 50 Pa alle Türen geschlossen Abströmöffnung im Geschoss in dem gemessen wird geöffnet Türöffnungskräfte unter allen Bedingungen <= 100 N, gemessen am Türgriff 1) Wenn zwischen Treppenraum und Nutzungseinheit ein einfacher Vorraum angeordnet ist, sind beide Türen des Vorraumes zu öffnen Abbildung 7-26: Auslegungskriterien für Differenzdruck-Belüftungsanlagen für Gebäudeklasse D nach DIN EN 12101-6 0,75 m/ s 50 Pa 10 Pa D Druckdifferenz Tür geschlossen Tür offen Zuströmung mit Geschwindigkeit Abströmung geöffnet Zuströmung vom Feuerwehraufzugsschacht Aufzugstür geschossen Aufzugstür offen Legende: <?page no="426"?> 412 7.9.1.3.5 Auslegungskriterien für Gebäudeklasse E Die Auslegungsbedingungen für Differenzdruck-Belüftungsanlagen in Gebäudeklasse E beruhen auf der Annahme, dass das Gebäudes im Brandfall geplant und daher geordnet evakuiert wird. Während der Evakuierungszeit wird das Gebäude noch für längere Zeit genutzt, während der sich der Brand weiter entwickeln und größere Mengen heißer Rauchgase mit höheren Drucken erzeugen kann. Bei diesem Szenario müssen die Treppenräume rauchfrei gehalten werden, da Personen in den nicht vom Brand betroffenen Geschossen sich auch nach einiger Zeit noch retten können. Gebäudeklasse E - Auslegungskriterien für Differenzdruck-Belüftungsanlagen Luftgeschwindigkeit Differenzdruck Differenzdruck >= 0,75 m/ s Türen im Brandgeschoss geöffnet 1) ; Türen im Geschoss über dem Brandgeschoss geöffnet; Tür ins Freie geöffnet, alle anderen Türen geschlossen Abströmöffnung im Brandgeschoss geöffnet 10 Pa zwei Türen benachbarter Geschosse (nicht Brandgeschoss) sind geöffnet; Tür i. Freie geöffnet; alle anderen Türen (auch im Brandgeschoss) geschlossen; Abströmöffnung im Geschoss in dem gemessen wird geöffnet 50 Pa alle Türen geschlossen Abströmöffnung im Geschoss in dem gemessen wird geöffnet Türöffnungskräfte unter allen Bedingungen <= 100 N, gemessen am Türgriff 1) Wenn zwischen Treppenraum und Nutzungseinheit ein einfacher Vorraum angeordnet ist, sind beide Türen des Vorraumes zu öffnen Abbildung 7-27: Auslegungskriterien für Differenzdruck-Belüftungsanlagen für Gebäudeklasse E nach DIN EN 12101-6 0,75 m/ s 50 Pa 10 Pa E Druckdifferenz Tür geschlossen Tür offen Zuströmung mit Geschwindigkeit Abströmung geöffnet Zuströmung vom Feuerwehraufzugsschacht Aufzugstür geschossen Aufzugstür offen Legende: <?page no="427"?> 413 7.9.1.3.6 Auslegungskriterien für Gebäudeklasse F Die Auslegungsbedingungen für Differenzdruck-Belüftungsanlagen in Gebäudeklasse F beruhen auf der gleichen Annahme wie in Gebäudeklasse B. Zusätzlich kann sich die Schlauchanschlusseinrichtung für die Feuerwehr (Punkt 9.1) in den Fluren der Nutzungseinheiten befinden, so dass weitere Türen geöffnet sind. Gebäudeklasse F - Auslegungskriterien für Differenzdruck-Belüftungsanlagen Luftgeschwindigkeit Luftgeschwindigkeit Differenzdruck >= 2 m/ s Türen im Brandgeschoss geöffnet 1) ; Treppenraumtür und Aufzugstür im Geschoss unter dem Brandgeschoss geöffnet; Tür ins Freie geöffnet; wenn der Wandhydrant im Flur der Nutzungseinheiten: Tür zur Nutzungseinheit im Geschoss unter dem Brandgeschoss geöffnet), alle anderen Türen geschlossen Abströmöffnung im Brandgeschoss geöffnet >= 1 m/ s alle Türen zu Nutzungseinheiten im Brandgeschoss sind geöffnet; Tür ins Freie geöffnet; alle anderen Türen geschlossen Abströmöffnung im Geschoss in dem gemessen wird geöffnet Alternative: 30facher Luftwechsel im Vorraum des Brandgeschosses; Tür ins Freie geöffnet alle anderen geschlossen; Abströmöffnung im Geschoss in dem gemessen wird geöffnet 50 Pa zwischen Treppenraum und Nutzungseinheit und zwischen Aufzugsschacht und Nutzungseinheit. 10 Pa zwischen Vorraum und Nutzungseinheit alle Türen geschlossen Abströmöffnung im Geschoss in dem gemessen wird geöffnet Türöffnungskräfte unter allen Bedingungen <= 100 N, gemessen am Türgriff 1) Wenn zwischen Treppenraum und Nutzungseinheit ein einfacher Vorraum angeordnet ist, sind beide Türen des Vorraumes zu öffnen Abbildung 7-28: Auslegungskriterien für Differenzdruck-Belüftungsanlagen für Gebäudeklasse F nach DIN EN 12101-6 F Legende: Druckdifferenz Tür geschlossen Tür offen Zuströmung mit Geschwindigkeit Abströmung geöffnet Aufzugstür geschossen Aufzugstür offen Tür offen, wenn WH in Flur der Nutzungseinheit Druckdifferenz Tür geschlossen Tür offen Zuströmung mit Geschwindigkeit Abströmung geöffnet Aufzugstür geschossen Aufzugstür offen Tür offen, wenn WH in Flur der Nutzungseinheit Tür offen, wenn WH in Flur der Nutzungseinheit 45 Pa 50 Pa 50 Pa 2 m/ s 1 m/ s F Legende: Druckdifferenz Tür geschlossen Tür offen Zuströmung mit Geschwindigkeit Abströmung geöffnet Aufzugstür geschossen Aufzugstür offen Tür offen, wenn WH in Flur der Nutzungseinheit Druckdifferenz Tür geschlossen Tür offen Zuströmung mit Geschwindigkeit Abströmung geöffnet Aufzugstür geschossen Aufzugstür offen Tür offen, wenn WH in Flur der Nutzungseinheit Tür offen, wenn WH in Flur der Nutzungseinheit F Legende: Druckdifferenz Tür geschlossen Tür offen Zuströmung mit Geschwindigkeit Abströmung geöffnet Aufzugstür geschossen Aufzugstür offen Tür offen, wenn WH in Flur der Nutzungseinheit Druckdifferenz Tür geschlossen Tür offen Zuströmung mit Geschwindigkeit Abströmung geöffnet Aufzugstür geschossen Aufzugstür offen Tür offen, wenn WH in Flur der Nutzungseinheit Tür offen, wenn WH in Flur der Nutzungseinheit 45 Pa 45 Pa 50 Pa 50 Pa 50 Pa 50 Pa 2 m/ s 2 m/ s 1 m/ s 1 m/ s <?page no="428"?> 414 7.9.1.4 Bemessung von Differenzdruck-Belüftungsanlagen Auf der Grundlage der in Abbildung 7-23 bis 7-27 dargestellten Auslegungskriterien sind die Differenzdruck-Belüftungsanlagen so zu planen, dass die erforderlichen Drücke und Luftvolumenströme in allen Betriebszuständen erreicht werden. Die Drucke sind durch die Auslegungskriterien vorgegeben. Sie sind größer, als der sich einstellende Druck im Brandraum, der in verschiedenen z. T. umfangreichen Versuchsserien gemessen worden ist [7.57]. Zum zweiten dürfen die Differenzdrucke jedoch nicht so groß werden, dass schwächeren Personen die Kraft fehlt die Türen zu öffnen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass diese Person u. U. auch noch die Schließkraft des Türschließers (z. b. bei RS-Türen nach DIN 18095 [7.65]) überwinden muss. Ostertag et. al. leiten in [7.66] für in Deutschland gebräuchliche Türabmessungen eine zulässige Druckdifferenz von 57 Pascal (bei maximaler Schließkraft) ab, in der Norm DIN EN 12101-6 werden 60 Pa als Bemessungsdruck für die Türöffnungskraft angesetzt. Der Luftbedarf ist grundsätzlich wie folgt zu ermitteln: 1. Identifikation aller Luftwege bei geschlossenen Türen (Spalten und Risse um Türen, Fahrschachttüren und Fenster, bauliche Öffnungen zwischen geschützten und ungeschützten Abschnitten, Undichtigkeiten der Fassade, Abströmöffnungen etc.) 2. Berechnung der Gesamt-Leckraten Q DC für die identifizierten Luftwege bei den Auslegungs-Druckdifferenzen 3. Berechnung der Gesamtzuluft bei geschlossenen Türen unter Einrechnung eines Sicherheitsaufschlag von 50 % zu Q S = 1,5 Q DC 4. Identifikation der offenen Türen gemäß erforderlicher Systemklasse 5. Berechnung der Gesamtzuluft durch alle geöffneten Türen mit einem Sicherheitsaufschlag von 15 % für die Anlagenundichtigkeiten zu Q SDO = 1,15 Q DO 6. Berechnung der erforderlichen Gesamtzuluft aus dem größeren Wert von Q S und Q SDO mit einem Sicherheitsaufschlag von 50 % für unbekannte Luftabströmungen 7. Berechnung der erforderlichen Luftauslässe aus den druckbeaufschlagten und den nicht druckbeaufschlagten Bereichen (Überdruckventile bzw. Abströmeinrichtungen) 8. Berechnung der Türöffnungskräfte, ggf. erneute Festlegung der Druckdifferenzen, Änderung der Türen etc. 9. Bestimmung der Ventilatorleistung Diese im Prinzip einfache Berechnung kann im Anwendungsfall aufgrund der Vielzahl der zu berücksichtigenden Faktoren recht aufwändig werden. DIN EN 12101-6 enthält im Informativen Anhang A [7.60] einen Muster-Berechnungsgang und Vorschläge zu den zu verwendenden Leckageflächen, weitere Berechnungen findet man bei John [7.62]. <?page no="429"?> 415 7.9.1.5 Ausführung von Differenzdruck-Belüftungsanlagen Bauteile zur Verwendung in Differenzdruck-Belüftungsanlagen nach DIN EN 12101- 6, wie Druckbelüftungsventilatoren, Entrauchungsklappen und Entrauchungsleitungen, müssen nach den einschlägigen Teilen der DIN EN 12101 geprüft sein. Da sich die Zuluftventilatoren und Lüftungsleitungen bei Druckbelüftungsanlagen stromaufwärts der Rauchgase (also auf der kühlen Seite, siehe Abbildung 7-22) befinden, sind in der Regel keine besonderen thermischen Anforderungen zu erfüllen, Nur wenn sie in brandgefährdeten Bereichen installiert sind bzw. die Lüftungsleitungen durch Räume mit Brandlasten führen, sind die Geräte entsprechend Punkt 7.7.4.4 bis Punkt 7.7.4.6 auszuführen oder feuerbeständig einzuhausen. Die Rauchabströmeinrichtungen (Entrauchungsklappen und ggf. Entrauchungskanäle) sind mit den entsprechenden Komponenten von Druckentlüftungsanlagen vergleichbar und ebenso entsprechend auf die maximal zuerwartenden Rauchgastemperaturen abzustimmen (vergl. Punkt 7.9.2.2 sowieTabelle 7-16, Seite 400, und Tabelle 7-17 Seite 401) Die Luftansaugpunkte sind so zu positionieren, dass kein Rauch angesaugt werden kann (vergl. Punkt 7.7.5; der Arbeitskreis RDA vertritt - über die Anforderungen der DIN EN 12101-6 hinaus - die Auffassung, dass Luftansaugöffnungen grundsätzlich ebenerdig angeordnet sein sollten [7.67]). Luftauslasspunkte müssen insbesondere in Treppenräumen so verteilt sein, dass eine gleichmäßige Verteilung erfolgt (i. d. R. alle drei Geschosse, vergl. Darstellung in [7.59]) und Luftkurzschlüsse - z. B. durch unmittelbar daneben liegende, im Brandfall offene Türen ins Freie - vermieden werden. Alle Türen die Bereiche mit unterschiedlicher Druckbeaufschlagung trennen sind mit Türschließern (i. d. R. rauchmeldergesteuert) zu versehen, also z. B. als RS-Türen nach DIN 18095 [7.65] auszuführen. Jeder druckbelüftete Rettungsweg muss ein eigenes Differenzdruck-Belüftungssystem erhalten. Treppenräume, Vorräume und Flure sind durch jeweils eigene, voneinander unabhängige Luftzuführungen zu versorgen. Um die für die Wirksamkeit der Differenzdruck-Belüftungsanlage erforderlichen Druckdifferenzen entsprechend Punkt 7.9.1.3 aufrecht zu erhalten, muss durch Leckagen oder geöffnete Türen in nicht druckbeaufschlagte Bereiche eindringende Luft über dort vorhandene Entlüftungseinrichtungen abströmen können. Die Entlüftungsmöglichkeiten können durch vorhandene Undichtigkeiten (z. B. eine Lüftungsanlage), durch automatisch geöffnete Abzüge in der Fassade des Gebäudes, durch Abströmkanäle oder durch maschinelle Abzüge dargestellt werden. Werden automatisch kontrollierte Entlüftungseinrichtungen verwendet, dürfen im Entrauchungsfall nur die Abzüge im Brandgeschoss geöffnet bzw. die Entlüftungsventilatoren in Betrieb genommen werden. In Treppenräumen müssen die Differenzdruck-Belüftungsanlagen unter zwei höchst unterschiedlichen Bedingungen arbeiten: sowohl wenn alle Türen geschlossen sind, als auch mit (teilweise) geöffneten Türen (siehe Auslegungskriterien Punkt 7.9.1.3). Dabei wird der Luftvolumenstrom mit geöffneten Türen deutlich größer sein, als mit geschlossenen Türen. Werden die Türen bei im Volllastbetrieb laufenden Zuluftventilatoren geschossen, könnten sich Druckdifferenzen von mehr als 60 Pa aufbauen, <?page no="430"?> 416 die danach das Öffnen von Türen verhindern (siehe Punkt 7.9.1.3.6) oder erheblich erschweren. Es sind daher entweder Überdruckventile vorzusehen, oder durch Regelung der Zulufteinrichtungen mittels Druckfühlern sicherzustellen, dass innerhalb von nicht mehr als 3 Sekunden die neuen Druck- und Volumenstromanforderungen an die Zuluft erreicht werden. Überdruckventile dürfen nicht in Nutzungsbereiche ausblasen (Durchdringung von Wänden mit definiertem Feuerwiderstand), sondern müssen direkt oder über Kanäle mit dem Freien verbunden sein. Differenzdruck-Belüftungsanlagen sind in der Regel mit Alarmierungseinrichtungen für die Bewohner der Gebäude zu koppeln. Die Funktionsfähigkeit der Ventilatoren, Rauchklappen und sonstigen Komponenten im Brandfall ist durch eine Ersatzstromversorgung und/ oder Kabel mit Funktionserhalt (mindestens E 60 nach DIN 4102-12 [7.27]) analog zu MRA (siehe Punkt 7.7.4) sicherzustellen. Sofern eine Ersatzstromversorgungsanlage als sekundäre Energiequelle verwendet wird, muss diese Stromerzeugungsanlage DIN EN 12101-10 [7.25] entsprechen (Auslegungsleistung nach 15 Sekunden, Kraftstoff für mindestens 4 Stunden bis 72 Stunden Vollastbetrieb je nach Störungsprotokoll, Störungsanzeige und -weiterleitung). 7.9.1.6 Differenzdruck-Belüftungsanlagen für hohe Hochhäuser Wie vorgehend dargestellt werden Rauchschutz Druckanlagen eingesetzt, um das Eintreten von Feuer und Rauch in einen Schutzraum (z. B. innen liegender Treppen-, Sicherheitstreppenraum oder Feuerwehraufzugsschacht) sicher zu verhindern. Aufgrund von Temperaturunterschieden der Luft im Inneren des Hauses und der durch die RDA eingeblasenen Außenluft können die damit verbundenen Dichtedifferenzen der Luft zu Strömungen im Treppenhaus führen, die die Funktion dieser Anlagen negativ beeinflussen. Diese Beeinträchtigung findet ggf. in der kritischen Selbstrettungsphase statt, für die RDA eigentlich ausgelegt sind. Eine Kompensation dieses Phänomens ist jedoch schwierig, da es vom Wetter und der Gebäudehöhe abhängt. Die Auswirkungen dieses Kamineffektes und den Einfluss der Eingangsparameter haben Klothe et. al. [7.68] ausführlich analysiert. Sie kommen zu dem Schluss, dass unter den Druckbedingungen mit denen eine RDA arbeiten muss (Maximaldruck im Treppenraum ca. 50 Pa, Minimaldruck ca. 20 Pa) eine akzeptable Druckbeaufschlagung hoher Treppenräume unter bestimmten Wetterbedingungen, bei bestimmten Höhenlagen und bei bestimmten (realistischen) Luftleckraten des Gebäudes nicht möglich ist (Musterberechnungen der Höhenbegrenzung findet man in [7.68] und [7.69]). John [7.62] und Ostertag et. al. [7.66] haben ebenfalls darauf hingewiesen, dass bei Überdrucksystemen zur Rauchfreihaltung von Treppenräumen in Hochhäusern (> ca. 60 m) zusätzlich der Einfluss der Thermik aufgrund der Außentemperaturen als wesentliche Einflussgröße berücksichtigt werden muss. <?page no="431"?> 417 Eine Möglichkeit, auch unter schwierigen Bedingungen eine akzeptable Funktion von RDA Anlagen in hohen Treppenräumen zu erreichen, ist die Unterteilung des Treppenraumes in vertikale Abschnitte von 8 bis 10 Geschossen [7.68]. Dadurch wird der ebenfalls unterteilte Kamineffekt technisch beherrschbar. Die RDA für jeden der vertikalen Abschnitte ist dann wie für einen eigenen Treppenraum zu planen. Die Luftversorgung kann entweder für jeden Abschnitt getrennt oder über ein gemeinsames System (Ventilatoren und Kanäle) mit je Abschnitt einzeln ansteuerbaren Klappen realisiert werden. Diese Systeme sollten nur eingesetzt werden, wenn auf der Grundlage einer stufenweisen, geordneten Evakuierung davon ausgegangen werden kann, dass nur wenige Türe (Geschosstüren und Türen in der Treppenraumunterteilung) gleichzeitig geöffnet sind (vergl. Gebäudeklasse F auf Seite 416). Foth et. al. [7.70] [7.71] haben ein Anlagenkonzept vorgeschlagen das Eindringen von Rauch und Feuer in den Treppenraum in hoher Hochhäuser (> 60 m), die in Deutschland immer Feuerwehraufzüge und Vorräume (Sicherheitsschleusen) zwischen Treppenraum und Nutzungseinheiten haben müssen [7.72], sicher zu verhindern und dabei von dessen Höhe und dem wetterbedingten Kamineffekt unabhängig zu sein. Dazu wird nicht der Treppenraum und über diesen die Sicherheitsschleuse belüftet, sondern ausschließlich die Sicherheitsschleuse des Brandgeschosses unmittelbar druckbelüftet. Diese Umsetzungsvariante sorgt für eine höhenunabhängige Funktion der Anlage und schließt damit Probleme aufgrund der Thermik im Treppenraum aus. Auch fallen bei diesem Anlagenkonzept die negativen Effekte weg, die das Öffnen einer oder mehrerer nicht vom Brand betroffenen Sicherheitsschleusen und - damit einhergehend - ein möglicherweise gefährlicher Druckabfall in der Sicherheitsschleuse des Brandgeschosses hervorrufen kann. Die Umsetzung dieses Anlagenkonzeptes erfordert die unmittelbare Lufteinbringung in die Sicherheitsschleuse, die in Richtung der Tür zur Nutzungseinheit eingeblasen wird. Der zu haltende Überdruck braucht nach durchgeführten CFD-Analysen (Steinert [7.73]) nur ca. 20 Pa zu betragen. Dadurch wird gewährleistet, dass die Türöffnungskraft unter 100 N bleibt. Das Abströmen der in die Sicherheitsschleuse eingebrachten Luft in den Treppenraum wird durch die spezielle Anordnung der Zuluftöffnungen und hoher Eintrittsgeschwindigkeit minimiert. Die Einbringung der Luft erfolgt über Lüftungskanäle, die das Gebäude von unten nach oben durchlaufen und in jeder Sicherheitsschleuse über eine steuerbare Entrauchungsklappe verfügen. Weiter ist in dem Bereich vor jeder Sicherheitsschleuse eine Abströmmöglichkeit für den Brandrauch vorzusehen, über welche -zusammen mit dem erforderlichen Volumenstrom Frischluft - auch die geforderte Luftgeschwindigkeit von 2 m/ s durch die geöffnete Schleusentür in den Nutzungsbereich realisiert wird. Diese Rauch- Abströmmöglichkeit kann über die Fassade durch öffenbare Fenster oder über einen Kanal realisiert werden. Die Klappen der Kanäle sind im Normalfall geschlossen und werden im Brandgeschoss - durch ein Signal der BMA gesteuert - automatisch geöffnet (Brandfall-Steuermatrix, siehe Punkt 5.8.7). Zwischen Treppenraum und Sicherheitsschleuse wird keine Strömung erzeugt. Überdruckentlastungsventile stellen bei geschlossenen Schleusentüren eine Solldruckdifferenz in der Schleuse von 20 Pa sicher. Das Ausblasen der - dann im We- <?page no="432"?> 418 sentlichen rauchfreien - Druckluft soll über Kanäle oder ggf. auch den Aufzugsschacht über Dach erfolgen. 7.9.2 Differenzdruck-Entlüftungsanlagen Rauchfreihaltung von Rettungswegen durch Differenzdruck-Entlüftung - Rauchabsaugung - wird dann eingesetzt, wenn das Abströmen von Rauchgasen aus dem Brandraum nach außen nicht möglich ist, oder der für eine Rauchförderung durch Leitungen ins Freie erforderliche Überdruck zu groß wird. Rauchabsaugsysteme werden also überwiegend für Räume unter Erdgleiche eingesetzt werden. Die Differenzdruck-Entlüftungsanlage muss an den kritischen Türöffnungen die in den Punkten 7.9.1.3.1 bis 7.9.1.3.6 festgelegten Druckdifferenzen und Geschwindigkeiten der Zuluft erreichen. Dazu werden entsprechende Volumenströme von Rauchgasen aus dem Brandraum abgesaugt. Im Brandraum selbst wird damit zwar der Druck entsprechend abgesenkt, dennoch bewirkt die Rauchabsauganlage keinen Schutz für den Brandraum selbst, sondern nur für die vorgelagerten geschützten Bereiche (Abbildung 7-29). Im Brandraum kann durchaus die Verrauchung auch bei abgesenktem Druck erheblich sein, so dass dort interne Rettungswege unbenutzbar bleiben. Dies ist der entscheidende Unterschied in der Wirkung zwischen Maschinellen Rauchabzügen - die für eine bestimmte Zeit im Brandraum oder Teilen davon eine raucharme Schicht erzeugen (siehe Punkt 7.7) - und Differenzdruck- Entlüftungsanlagen. 7.9.2.1 Bemessung von Differenzdruck-Entlüftungsanlagen Die erforderliche Leistung einer Differenzdruck-Entlüftungsanlage ist grundsätzlich wie folgt zu ermitteln: 1. Identifikation aller Luftwege bei geschlossenen Türen 2. Berechnung des erforderlichen Volumenstroms für die Auslegungs- Luftgeschwindigkeit von 0,75 m/ s (Rettung) bzw. 2 m/ s (Brandbekämpfung) in der offenen Tür zu erreichen. 3. Berechnung der erforderlichen Druckdifferenz über der kritischen Tür zur Erzeugung des Volumenstroms nach 2. 4. Berechnung des durch die Leckagen bei der Druckdifferenz nach 3 erzeugten Volumenstroms. 5. Berechnung der Leistung eines Abluftventilators, der die Summe der Volumenströme nach 3 und 4 fördert. 6. Berechnung der Leistung eines Abluftventilators, der bei den gegebenen Leckagen und geschlossenen Türen den erforderlichen Differenzdruck entsprechend der Gebäudeklasse erzeugt <?page no="433"?> 419 7. Berechnung der Druckdifferenz über der geschlossenen Tür bei Verwendung der größeren Abluftleistung nach 5 oder 6. 8. Berechnung der Öffnungskraft der Tür aufgrund der Druckdifferenz, Einbau von Druckentlastungseinrichtungen wenn diese Kraft größer als 100 N ist. Abbildung 7-29: Druckverhältnisse für eine typische Differenzdruck-Entlüftungsanlage (Rauchabsauganlage) 7.9.2.2 Ausführung von Differenzdruck-Entlüftungsanlagen Entrauchungskanäle, Entrauchungsklappen und Entrauchungsventilatoren sind entsprechend der Zweckbestimmung der Differenzdruck-Entlüftungsanlage hinsichtlich der Temperaturanforderung nach DIN EN 12101-6 wie folgt auszulegen: Entrauchungsleitungen (und -klappen sofern vorhanden): Feuerwiderstandsanforderungen und Zeit die mindestens der höchsten Feuerwiderstandsdauer der durchquerten Bauteile entsprechen (also z. B. EI 90, vergl. Tabelle 7-17 und Tabelle 7-18). Entrauchungsventilatoren: 1000 o C für ungesprinklerte Bereiche (dies entspricht der Temperatur der ETK nach 99 Minuten, daher wird hier implizit eine Funktionsfähigkeit über 120 Minuten unterstellt, vergl. auchTabelle 7-15) 300 o C (über 60 Minuten) für gesprinklerte Bereiche. Antriebe und Steuerung von Entrauchungsklappen sind analog zu MRA auszulegen (Punkt 7.7.4). Hinsichtlich der Energieversorgung von Rauchabsauganlagen und der Ausführung der Versorgungsleitungen gilt das zu Differenzdruck-Belüftungsanlagen ausgeführte analog. Zur Sicherstellung der Zuströmung von Frischluft in den entlüfteten Raum sind im geschützten Bereich Zuluftöffnungen erforderlich. Diese sind so anzuordnen, dass <?page no="434"?> 420 kein Rauch eingesaugt wird (analog zu MRA, vergl. Abbildung 7-19 auf Seite 396). Zur Überströmung in den druckentlüfteten Bereich sind Überströmöffnungen vorzusehen. Diese können ggf. auch durch bei Rauchabsaugung öffnende Klappen, Ventile oder Jalousien etc. dargestellt werden. Diese Öffnungen müssen, wenn sie in Nutzungseinheiten führen, durch Brand- und Entrauchungsklappen (Punkt 7.7.4) gesichert werden, da die Umfassungsbauteile des druckentlüfteten Bereiches - in dem der Brand als Auslegungskriterium dient - in aller Regel feuerbeständig auszuführen sind. Alle Türen zum entlüfteten Bereich sind mit Türschließern (i. d. R. rauchmeldergesteuert) zu versehen, also z. B. als RS-Türen nach DIN 18095 [7.65] auszuführen. 7.10 Rauchmanagement durch Strahlventilationsanlagen In großflächige Nutzungseinheiten, wie z. B. Parkgaragen, werden aus Gründen der Rettungswegsicherung und zur Verhinderung einer vollständigen Verrauchung rauchabschnittsbildende Wände (in der Regel F 30 mit RS-Türen) gefordert. Ein Rauchabschnitt darf dabei - je nach Bundesland - bis zu 2500 m² groß sein. Für geschlossene Garagen, insbesondere Tiefgaragen, sind Einrichtungen zur Rauchabführung im Brandfall obligatorisch [7.75]. Ein Entrauchungskonzept, das als Impuls-Ventilations-System (IVS; [7.76]) oder Jet- Ventilation (JV; [7.77]) bezeichnet wird, kann auch in Nutzungseinheiten mit mehr als 2500 m² Fläche die Schaffung baulicher Rauchabschnitte entbehrlich machen, so dass prinzipiell großzügige und übersichtliche Strukturen realisiert werden können, ohne die Sicherheit der Rettungswege zu gefährden. Im Gegensatz zu maschinellen Rauchabzügen (MRA, siehe Punkt 7.7), bei denen zwischen Absaugstelle und Zuluftöffnung erzeugte Unterdruck im Raum maßgebend für die Größe und Richtung desabgeführten Luftbzw. Rauchstroms ist, wird die (Rauchgas-) Strömung beim IVS bzw. JV durch im Raum befindliche Strahlventilatoren (Axialventilatoren) aktiv direkt unterstützt und teilweise gelenkt. Die Ventilatoren sind dabei so angeordnet und werden bedarfsabhängig so gesteuert (Abbildung 7-30), dass bei Rauchdetektion die dem Detektionsort gruppenweise zugeordneten Strahlventilatoren eine Luftströmung in Richtung der Absaugstelle (Schacht) erzeugen. Dadurch wird die Abströmgeschwindigkeit von Rauch im Bereich der aktiven Strahlventilatoren größer als in den übrigen Bereichen. Die beschleunigt abströmenden Rauchmassen erzeugen ein Zuströmen von Frischluft in die rasch bewegten Rauchmassen (analog dem Einströmen von Frischluft in einen Feuerplume, vergl. Punkt 7.2.2). Dies hat zur Folge, dass der Rauch stark abgekühlt wird und eine Ausbreitung entgegen der Luftströmung entscheident behindert wird. <?page no="435"?> 421 Abbildung 7-30: Funktionsweise des Rauchabzuges mit Strahlventilationsanlagen am Beispiel eines Brandes im Untergeschoss einer Tiefgarage Durch die Projektierung der Anlage hinsichtlich der Kapazität und Anordnung der Strahlventilatoren sowie der Zuluft- und Absaugpunkte sind bereits in der Planungsphase die Grenzen potenziell verrauchender Bereiche („virtuelle Rauchabschnitte“) festlegbar. Die Strahlventilatoren werden zu Gruppen zusammengefasst, die im Betrieb maximale Rauchabschnitte von bis zu 2500 m 2 gewährleisten, ohne dass Wände zur Rauchabschnittsbildung erforderlich werden. Die Schachtventilatoren sind in ihrer Wirkungsrichtung umkehrbar und arbeiten damit je nach Brandentstehungsort entweder als Zu- oder Abluftventilatoren. Die Anlagen werden in Garagen im Normalbetrieb zur CO-Abführung eingesetzt. Treten erhöhte CO-Werte auf, wird der Volumenstrom gezielt erhöht. Da die Detektion brandbedingten Kohlenmonoxids bereits vor einer Rauchdetektion stattfinden kann, sollte die Anlage so konzipiert werden, dass CO-Stufen und Brandfallstufe dieselbe Strömungsrichtung, lediglich mit veränderten Volumina, erzeugen um die Strömungsverhältnisse technisch beherrschen zu können. Die erste Anlage dieser Art in Deutschland wurde in einer ca. 15000 m² großen zweigeschossigen Tiefgarage in Solingen eingebaut. Weitere Anlagen wurden in zwei Tiefgaragen in Erfurt ausgeführt. Hierbei wurde auch auf eine Sprinklerung verzichtet. <?page no="436"?> 422 Anmerkung: Dieser Verzicht wird allerdings von verschiedenen Brandschutzinstitutionen sehr kritisch gesehen, da die Kühlwirkung von Sprinkleranlagen wegfällt und daher die Gefahr der Brandausbreitung auf Nachbarfahrzeuge erhöht wird (vergl. hierzu z. B bei Merci et. al. [7.79] und bei [7.91]) Bei der Planung von Strahlventilationsanlagen sind die folgenden Randbedingungen zu berücksichtigen: die virtuellen Rauchabschnitte sind entlang der Fahrgassen zu planen; Anmerkung: Aufgrund der in verschiedenen realen Brandversuchen mit Pkw gemessenen Temperaturen der Rauchgasschicht und des Plumes ist eine Brandübertragung über Fahrgassen in einer Mindestbreite von ca. 6 m hinweg unwahrscheinlich (Dobbernack [7.78]). die von der Anlage abführbaren Rauchgasvolumina müssen größer sein als die in Bewegung gesetzten Gasvolumina (Einmischung von Frischluft an den Grenzen der virtuellen Rauchabschnitte); um Rückströmungen von Rauch aufgrund thermischer Effekte des Brandes zu vermeiden, ist eine mittlere Luftgeschwindigkeit von > 1,4 m/ s im gesamten Querschnitt des geplanten virtuellen Rauchabschnittes sicherzustellen; Anmerkung: Dies ist durch Versuche messtechnisch für jeden geplanten virtuellen Rauchabschnitt nachzuweisen; hierzu muss die Anlage insbesondere die sich aufgrund der baulichen Gegebenheiten (z. B. Verengungen) einstellenden Druckverluste ausgleichen können. In der Strahlrichtung der Achsialventilatoren ist die Strömungsgeschwindigkeit wesentlich höher: bis zu 20 m/ s. auch bei Ausfall eines Strahlventilators durch direkte Brandeinwirkung ist eine mittlere Luftgeschwindigkeit von > 1,2 m/ s im gesamten Querschnitt des betroffenen virtuellen Rauchabschnittes sicherzustellen; die Zulufteinführung muss möglichst parallel zu den Strahlrichtungen erfolgen um Verwirbelungen zu minimieren; die Tiefgarage ist abschnittsweise durch Rauchmelder einer BMA zu überwachen, die BMA muss auf der Grundlage einer Brandfall- Steuermatrix brandortabhängig die jeweils vordefinierten Ventilatoren in Betrieb setzen (vergl. hierzu Punkt 5.8.7) (die Rauchdetektion ist unmittelbar der Feuerwehr weiterzumelden); bei Rauchdetektion ist die CO-Lüftung auszuschalten, um die volle Leistung der Strahlventilatoren für die Entrauchung nutzen zu können; <?page no="437"?> 423 bei Rauchdetektion ist zunächst die Evakuierung des Bauwerkes sicher zu stellen, damit dort etwa vorhandene Personen nicht durch den Rauch flüchten müssen; dies bedingt i.: A.: eine mindestens 2 Minuten lange Verzögerung des Anlaufens der Impulsventilatoren Warnung Anwesender mittels Sprachalarm das Hochfahren des Entrauchungsmodus der Anlage auf Nennleistung sollte nicht länger als 90 s dauern. Die in verschiedenen realen Brandversuchen mit Pkw gemessenen Temperaturen und Temperaturverläufe ([7.77] und [7.90]) bis zur Ablöschung des Brandes auch mehrerer Pkw durch die Feuerwehr ergeben die folgenden Anforderungen an die Anlagen: Temperaturbeständigkeit der Achsialventilatoren (Strahlventilatoren) und der Abluftventilatoren (auch aller ggf. als Abluftventilatoren eingeplanten Zuluftventilatoren) gemäß Kategorie F 300 nach DIN EN 12101-3 (300 o C über 60 Minuten, siehe Tabelle 7-15); Energieversorgungsleitungen für die Strahlventilatoren in E 30 nach DIN 4102-12 [7.27]; Energieversorgungsleitungen zu den Abluftventilatoren (auch aller ggf. als Abluftventilatoren eingeplanten Zuluftventilatoren) in E 90 nach DIN 4102-12; Notstromversorgung für das Gesamtsystem; es sollte ein zentrales Anzeige- und Steuerungstableau für die Feuerwehr vorgesehen werden, an dem die Feuerwehr weitere Rauchabschnitte gezielt aktivieren kann. Vorteilhaft wirken sich im Brandfall vor allem folgende Punkte aus: Frühzeitige Alarmierung: Die für den Rauchabzug mit Hilfe von Strahlventilatoren notwendige Brandmeldeanlage kann die frühzeitige Alarmierung der Feuerwehr sicherstellen. Fluchtbedingungen: Rauchabschnittsbildende Wände (F 30) führen nicht mehr zu einer Einengung der Rettungswege auf die Fahrgassen. Zugänglichkeit: Durch den Fortfall baulicher Rauchabschnittsbildungen bleibt der Brandort mindestens luvseitig für die Feuerwehr (aber auch für flüchtende Nutzer der Garage) begehbar. Eine Brandbekämpfung kann damit ohne große Personenrisiken vorgetragen werden. Informationslage: Die Informationslage ist luvseitig , im Gegensatz zu geschlos- <?page no="438"?> 424 senen und in der Folge vollständig verrauchten Abschnitten, relativ gut (Abbildung 7-30). Nachteilig können sich im Brandfall folgende Punkte auswirken: Informationslage: Es bildet sich keine raucharme Schicht über den gesamten Rauchabschnitt aus, dieser ist somit nicht mehr vollständig einsehbar. Fluchtbedingungen: Leeseitige Rettungswege werden i. d. R. durch den Rauch unpassierbar. Anmerkung: Ein europäisches Normvorhaben für Jet-Ventilationsanlagen mit dem Titel „Horizontal powered ventilation systems for enclosed car-parks“ ist bisher über den Status eines Arbeitspapiers des TC 191 nicht hinausgekommen [7.92] 7.11 Wärmeabzugsanlagen - WA Natürliche Rauchabzüge (NRA) und maschinelle Rauchabzüge (MRA) wirken stets auch als Wärmeabzüge (WA). RWA die in erster Linie zu dem Zweck eingesetzt werden, die Wärmebeanspruchung von Bauteilen zu verringern, sind in der Regel mit Hilfe der DIN 18 230-1 - Baulicher Brandschutz im Industriebau - [7.80] auf ihre Wirkung als WA zu überprüfen. Dabei beschreibt DIN 18230-1 die Wirkung vorgegebener Öffnungen - die nicht alle Rauchabzugsöffnungen im Sinne der DIN 18232-2 sein müssen - als Wärmeabzug (ausgedrückt im sog. w-Faktor, siehe Punkt 7.11.2). Wo erforderlich, ist daher in einem iterativen Prozess zwischen DIN 18230-1 und DIN 18232-2 die optimale Größe und Ausführung von RWA und WA festzulegen. Eine weitere Möglichkeit der Bewertung von Wärmeabzügen besteht in der Berechnung ihrer Wirkung mit Hilfe von Brandsimulationsmodellen. 7.11.1 Wärmeabzug durch Zerstörung von Bauteilen Reine Wärmeabzüge müssen erst bei höheren Temperaturen als Rauchabzüge wirksam werden - etwa ab 300 o C - um das Gebäude thermisch zu entlasten. Sie müssen daher nicht zwangsläufig als automatisch wirkende (öffnende bzw. absaugende) Geräte ausgeführt sein. Es können auch Dach- und Wandflächen als Wärmeabzug dienen, die z. B. durch brandbedingte Zerstörung die Öffnungen freigeben. Nach DIN 18230-1 dürfen auf den Wärmeabzug die in Tabelle 7-20 aufgeführten Öffnungsflächen angerechnet werden. <?page no="439"?> 425 Tabelle 7-20: Anrechenbarkeit von Öffnungen für den Wärmeabzug bei der Berechnung des w-Faktors Fläche und Öffnungsverschluss Anrechenbarkeit ständig offen immer zu 100% Flächen von RWA-Geräten nach DIN 12101-2 immer zu 100% Flächen von Toren, Türen und Lüftungsgeräten, die ins Freie führen und von außen ohne Gewaltanwendung geöffnet werden können immer zu 100%, sofern das Öffnen sichergestellt ist (z. B. durch anwesendes Personal, eine automatische Öffnung bei Rauch und Wärmeentwicklung ist nicht erforderlich) Verschluss mit Kunststoffen mit einer Schmelztemperatur < 300 o C im Dachbereich zu 100% 1) in der oberen Hälfte des Außenwand 2) wenn t ä ≤ 15 min zu 50% 3) wenn t ä ≥ 30 min zu 100% 4) Verglasungen, die bei Brandeinwirkung ganz oder teilweise zerstört werden 5) Einfach-Fensterglas: wenn t ä ≤ 15 min zu 80% 3) wenn t ä ≥ 30 min zu 100% handelsübliches Zweischeiben-Isolierglas: wenn t ä ≤ 15 min zu 35% 6) wenn 15 min ≤ t ä ≥ 30 min zu 50% 6) wenn t ä ≥ 30 min zu 100% Flächen von Wärmeabzugsöffnungen mit Nachweis, wenn die äquivalente Branddauer ohne Berücksichtigung der betrachteten Öffnungen größer ist als die Auslösezeit der WA nach DIN 18232-7 Flächen von Öffnungen mit Abdeckungen die im Brandfall zerstört werden mit Nachweis flächiger Freigabe der Öffnungen durch Brandeinwirkung nach ETK innerhalb von 15 Minuten, wenn t ä ≥ 15 min Maschinelle Rauchabzüge grundsätzlich nicht; mit deren Leistung, wenn ein genauerer Nachweis mittels Wärmebilanzrechnung geführt wird und die Funktion sicher gestellt ist 1) horizontal oder geneigt, siehe Abbildung 7-32 auf Seite 432 2) vertikal oder geneigt siehe Abbildung 7-32 auf Seite 432 3) wenn Werkfeuerwehr vorhanden und technisch und organisatorisch dazu in der Lage ist, zu 100% 4) Zwischenwerte dürfen interpoliert werden 5) für Brandabschnitte mit geringer Brandbelastung und/ oder großer Höhe sind ggf. detaillierte Betrachtungen nach Anhang E.13.2 der DIN 18230-2 erforderlich 6) wenn Werkfeuerwehr vorhanden darf der Wert verdoppelt werden Anmerkung: Im Brandfall offene Dachflächen stehen oftmals im Widerspruch zur Forderung der Landesbauordnungen nach harter Bedachung (gegen Flugfeuer und strahlende Wärme widerstandsfähige Bedachung nach DIN 4102-7 [7.22]). Zur Genehmigungsfähigkeit dürfen daher nur gewisse Prozentsätze der Dachfläche als Wärmeabzugsflächen ausgeführt werden, Mindestabstände zu Dachrändern, Brandwänden, Lichtelementen und Weicher Bedachung sind einzuhalten. Als Materialien für im Brandfall zerstörte Wärmeabzugsflächen kommen die folgenden Stoffe in Betracht, deren Feuerwiderstandszeiten ausreichend gering sind: <?page no="440"?> 426 Glas (nicht G-Glas oder F-Glas nach DIN 4102-13 [7.80]) Einfach-Fensterglas Drahtglas mit Drähten nur in einer Richtung Handelsübliches Zweischeiben-Isolierglas Aluminium Faserzementplatten unverstärkte Thermoplaste wie: Styrol-Acrylnitril (SAN) Polycarbonat (PC) Polyvinylchlorid (PVC) Polymethylmethacrylat (PMMA) (z. B. Makrolon ® ) Das Versagens- und damit Öffnungsverhalten der Materialien der obigen ersten Gruppe ist jedoch von ausreichend hohen Temperaturen (ca. 550 o C) bzw. schnellen Temperaturanstiegen abhängig. Bei sich langsam entwickelnden Bränden kommen nur Thermoplaste in Frage, die bei Temperaturen weit unterhalb der Entzündungstemperaturen abschmelzen. Von entscheidender Wichtigkeit ist dabei, dass die abschmelzenden Materialien nicht ihrerseits zur Brandausbreitung beitragen. Daher sind ausschließlich nicht brennend abtropfende Materialien geeignet. (Daneben ist bei Deckenflächen zu berücksichtigen, dass u. U. die Feuerwehr sich unterhalb der sich zerstörenden Bereiche aufhalten könnte.) Abbildung 7-31: Wärmeabzug durch abschmelzende Baustoffe Ein einheitliches Prüfverfahren für derartige Wärmeabzugsflächen aus thermoplastischen Werkstoffen enthält DIN 18232-7 [7.81]. Diese technische Regel beschreibt die Ermittlung eines so genannten Thermischen Trägheitsindexes - TTI für abschmelzende Abdeckungen von Wärmeabzügen. Der TTI-Wert beschreibt in Analogie zum RTI-Wert bei Sprinklern (Punkte 6.4.7.6.3 und 14.8) das Verhalten der Abdeckungen bei Wärmebeaufschlagungen und ist abhängig von <?page no="441"?> 427 der Masse des in der Abzugsfläche eingesetzten Materials (Rahmenanteile können in der Regel vernachlässigt werden) der Größe der der Brandgasströmung ausgesetzten Fläche der spezifischen Wärmekapazität des Materials der Schmelzwärme des Materials der Wärmeübergangszahl in Abhängigkeit von den Strömungsverhältnissen Die Ermittlung des TTI-Wertes ist derzeit noch auf im Wesentlichen horizontal eingebaute, ein- oder mehrschalige plattenförmige Abdeckungen aus monolythischen Werkstoffen (z. B. herkömmliche ein- oder mehrschalige Lichtkuppeln) anwendbar. Stegmehrfachplatten können aufgrund des anderen Aufschmelzverhaltens derzeit noch nicht abgebildet werden. Für die Bestimmung des TTI Wertes müssen die oben genannten Stoffkennwerte und der Zeitpunkt des Aufschmelzens unter einer bekannten Temperaturbelastung (z. B. konstanter Brandrauchtemperatur) bekannt sein. Ein frei verfügbares Rechenmodell [7.82] kann dann für die Bestimmung der TTI-Werte herangezogen werden. Aus dem TTI-Wert und der Schmelztemperatur kann danach mit Hilfe einer Interpolationsfomel mit genügender Genauigkeit der Zerstörungszeitpunkt bei Beanspruchung mit den Temperaturen der ETK nach DIN 4102-2 [7.22] ermittelt werden. Diese Zeit kann nun direkt mit der äquivalenten Branddauer nach DIN 18230-1 in Bezug gesetzt werden. 7.11.2 Bemessung von Wärmeabzügen nach DIN 18230-1 Die DIN 18230-1 „Baulicher Brandschutz im Industriebau“ gibt ein brandschutztechnisches Bemessungsverfahren vor, dass, ausgehend von der im Gebäude vorhandenen Brandlast, der Art der Nutzung sowie den baulichen und brandschutztechnischen Randbedingungen, die erforderliche Feuerwiderstandsdauer erf t F von tragenden Bauteilen berechnet. Die Verknüpfung mit dem Baurecht erfolgt über die Industriebaurichtlinie [7.34]. Eine ausführliche Behandlung des gesamten Bemessungsverfahrens ist hier nicht möglich, auf die Norm und die hierzu erschienene Fachliteratur [7.83] bis [7.87] und insbesondere die übersichtliche Erläuterung des Verfahrens nach DIN 18230-1 bei Schneider et. al. [7.88] wird daher verwiesen. Zunächst wird nach DIN 18230-1 die rechnerische Brandlast in dem zu betrachtenden Gebäude oder Gebäudeteil bestimmt. Hierzu müssen die Massen und die Heizwerte der gelagerten Materialien und Einrichtungen nach den Vorschriften der DIN 18230-1 ermittelt und aufsummiert werden. Für gekapselte Brandlasten, von denen zu erwarten ist, dass sie nicht oder nicht vollständig am Brand teilnehmen enthält DIN 18230-1 detaillierte Vorgaben zu deren Berücksichtigung bei Ermittlung der rechnerischen Brandlast. Aus der rechnerischen Brandlast wird gemäß Gleichung 7-14 die sog. Äquivalente Branddauer t ä berechnet. Diese beschreibt die durch den Abbrand der rechnerischen Brandlast erwartete Erwärmung der Bauteile <?page no="442"?> 428 und projiziert diese auf die Einheits-Temperaturkurve nach DIN 4102-1 (vergl. auch Abbildung 7-35 auf Seite 439). M. a. W, die äquivalente Branddauer t ä ist diejenige Zeit, bei der auf Grund einer Erwärmung gemäß ETK die gleiche maximale Bauteiltemperatur wie im zu erwartenden Naturbrand erreicht würde. Gleichung 7-14: t ä = q R * c * w mit: q R = rechnerische Brandlast c = beschreibt den Wärmeabfluss durch die Erwärmung der Umfassungsbauteile (Wände, Fußboden, Decke) w = Wärmeabzugsfaktor oder Ventilationsfaktor, berücksichtigt den konvektiven Wärmeverlust (Ventilation) durch Öffnungen im Gebäude Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf DIN 18230-1 [7.79], dort wird ein auf umfangreichen Brandsimulationsrechnungen beruhendes Verfahren zur Ermittlung des w-Faktors angegeben. Der w-Faktor ist im Wesentlichen abhängig von: dem Verhältnis a v der Wandöffnungen A v zur Fläche des Bemessungsabschnittes A (a v = A v / A) dem Verhältnis a h der Deckenöffnungen A h zur Fläche des Bemessungsabschnittes A (a h = A h / A) dem Vorhandensein von Öffnungen im oberen Raumbereich der mittleren Hallenhöhe h m Die folgenden Randbedingungen sind bei der Ermittlung des w-Faktors einzuhalten: 0,5 ≤ w wenn: A h < 0,5% A (d. h. keine oder sehr kleine WA-Flächen im Dach) muss : A v ≤ 2 * A v,ob bleiben mit: A v,ob = Öffnungen im oberen Wandbereich und: 0,025 A ≤ A v ≤ 0,25 A Anmerkung: Zu den anrechenbaren Öffnungen siehe Punkt 7.4.3.9! Der Wärmeabzugsfaktor wird bei gleichmäßig verteilten Brandlasten und Öffnungsflächen nach Gleichung 7-15 berechnet: Gleichung 7-15: w = w 0 * w Mit: w 0 nach Gleichung 7-16 w nach Gleichung 7-17 <?page no="443"?> 429 Sind die Brandlasten lokal konzentriert bzw. ungleichmäßig verteilt (dies ist der Fall, wenn die Brandbelastung einer Teilfläche um mehr als 10 % von der durchschnittlichen Brandbelastung abweicht), darf unter bestimmten Bedingungen ein Wärmeabzugsfaktor w T für die Teilfläche ermittelt werden. Abbildung 7-32: Geometrie zur Ermittlung des w-Faktors nach DIN 18230-1 Sind die Wärmeabzugsflächen ungleichmäßig verteilt (dies ist der Fall, wenn die auf die Teilfläche bezogene horizontale Öffnungsfläche a h,T kleiner ist als 50 % der bezogenen horizontalen Öffnungsfläche a h ), muss ein Teilabschnittsnachweis geführt werden (zu den Bedingungen und Berechnungen von w T wird auf DIN 18230-1 verwiesen). Ein Teilabschnittsnachweis ist i. a. dann günstiger, wenn die Fläche des Teilabschnittes weniger als ca. 45 % der Gesamtfläche beträgt. Im Folgenden wird nur die Berechnung von w weiter erläutert. Der Faktor w 0 ist abhängig von den Verhältnissen der Flächen von Wand- und Deckenöffnungen a v und a h . Die Berechnung von w 0 erfolgt nach Gleichung 7-16: Gleichung 7-16: 1,0 + 145,0 * (0,4 - a v ) 4 1,6 + β w * a h mit: β w = 20,0 *(1 + 10 * a v - 64 * a v 2 ) und: β w >= 16 und: w 0 ≥ 0,5 und: 0,025 ≤ av ≤ 0,25 Abhängig von a h und a v ergeben sich Werte von w 0 zwischen 2,5 und 0,5 (Abbildung 7-33). Der Faktor w in Gleichung 7-15 berücksichtigt die mittlere Raumhöhe h m ( Abbildung 7-32 ) gemäß: Gleichung 7-17: w = (6,0/ h m ) 0,3 ( w = 1 für h m = 6 m) A h A h A v A G A v,ob h m A v,ob h m / 2 A h A h A h A v A v A G A v,ob A v,ob h m / 2 h m w 0 = <?page no="444"?> 430 Geringere Raumhöhen als 6 m führen daher zu einer Erhöhung, größere Raumhöhen zu einer Abminderung von w 0 durch w. Die Werte von w schwanken bei Raumhöhen von 2,5 m bis 20 m zwischen 1,23 und 0,7. Abbildung 7-33: Ventilationsfaktor w 0 nach DIN 18230-1in Abhängigkeit von der horizontalen Ventilation a h und der vertikalen Ventilation a v Abbildung 7-34: Einfluss der mittleren Gebäudehöhe h m 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 w 0 vertikale Ventilation a v Ventilationsfaktor w 0 in Abhängigkeit von a v und a h ah = 0,000 ah = 0,010 ah = 0,020 ah = 0,030 ah = 0,040 ah = 0,050 ah = 0,075 ah = 0,100 ah = 0,150 ah = 0,200 ah = 0,250 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 alpha w Gebäudehöhe [m] Einfluß der mittleren Gebäudehöhe auf den Ventilationsfaktor w = w 0 * alpha w <?page no="445"?> 431 Aus den Wertebereichen von w 0 und w ergibt sich eine Variation von w zwischen ca. 3,5 (bei geringen Raumhöhen, fehlenden Deckenöffnungen und kleinen Wandöffnungen) und 0,35 (bei sehr hohen Räumen und Deckensowie Wandöffnungen von 25%). Die äquivalente Branddauer kann also bei der Gestaltung des Gebäudes durch Anpassung der Kubatur und der Öffnungen rechnerisch erheblich (Faktor 10) variiert werden. Abbildung 7-35 zeigt den möglichen Wertebereich für den w-Faktor und dessen Werte, berechnet für einzelne typische Gebäudeausführungen. Abbildung 7-35: Möglicher Wertebereich des w-Faktors 7.11.3 Zuluft bei Wärmeabzügen Bei Wärmeabzügen ist die Zuluftführung nicht so kritisch wie bei NRA und MRA, deren Schutzziel die Schaffung einer raucharmen Schicht ist. Die abströmenden heißen Rauchgase müssen jedoch auch bei WA durch Zuluft ersetzt werden, damit die Anlagen mit den Rauchgas-Volumenströmen ausreichend Energie abführen. Daher sind nach DIN 18232-5 ausreichende Zuluftöffnungen in der unteren Hälfte (ggf. bei mehreren Ebenen innerhalb des Schutzbereiches der Anlage in der unteren Ebene) zu schaffen, die mindestens 6 m² groß sein müssen. Diese Zuluftöffnungen müssen offen bzw. durch die Feuerwehr leicht zu öffnen sein. 7.11.4 Anwendungsbeispiel für den Wärmeabzugsfaktor Für die in Abbildung 7-13 (Punkt 7.6 Seite 381) dargestellte Halle soll die Wirkung der Rauchabzüge im Brandabschnitt 1 als Wärmeabzüge abgeschätzt werden. Hierzu wird der w-Faktor mit und ohne die RWA-Öffnungen bestimmt. <?page no="446"?> 432 Randbedingung: Fenster im oberen Hallenbereich vorhanden, nicht offenbar und mit Drahtgläsern von 8 mm Dicke mit gekreuzten Drähten geschlossen. Dieses Glas hat die Feuerwiderstandsklasse G 30 nach DIN 4102-13. Die Fensteröffnungen sind daher als Wärmeabzüge nicht anrechenbar. Ausgangsdaten: A = 1200 m² h = 8,8 m A v = 36,4 m² (2 Tore je 4 breit und 4 m hoch, 1 Tür 2,2 m breit 2 m hoch, jederzeit von außen leicht zu öffnen) A h,ohne = 0 m² (keine Öffnungen im Dach) A h,mit = 20 m² (vorhandene RWA) Bei der Berechnung von w ohne ist zu berücksichtigen, dass sich die Tore und die Tür in der unteren Wandhälfte befinden. Sie dürfen daher bei fehlenden Deckenöffnungen nicht als Wärmeabzugsflächen A v angesetzt werden. Andererseits ist der Wertebereich von a v begrenzt, so dass für diesen Fall a v = 0,025 als kleinstmöglicher Wert einzusetzen ist. Ergebnis: w ohne = 2,155 w mit = 1,588 w mit / w ohne = 0,737 ≈ 74 % Da w als Faktor in die Bestimmung der äquivalenten Branddauer t ä eingeht (Gleichung 7-14), wird letztere also durch die als reine Rauchabzüge dimensionierten RWA auf ca. 74 % des Wertes ohne RWA abgesenkt. Daher wird auch die Bauteiltemperatur entsprechend der ETK geringer ausfallen (Abbildung 7-36). <?page no="447"?> 433 Abbildung 7-36: Einfluss der RWA, berechnet als Wärmeabzugsflächen, in der Halle nach Abbildung 7-13 auf die Äquivalente Branddauer t ä - Übungsbeispiel Den Einfluss steigender Wärmeabzugsflächen für die hier betrachtete Halle zeigt Abbildung 7-37. Bei insgesamt 6 % Wärmeabzugsflächen - d. h. insgesamt 72 m², die zusätzlichen Flächen z. B. dargestellt durch abschmelzende Lichtbänder - wird der Wärmeabzugsfaktor w und damit die äquivalente Branddauer t ä auf 50 % des Wertes ohne Wärmeabzüge gemindert. Dadurch wird bei der brandschutztechnischen Bemessung der Bauteile (erft F ) eine Abminderung der erforderlichen Feuerwiderstandsklasse von F 30 auf F 0 möglich, so dass dann auch die Verwendung von tragenden Bauteilen aus ungeschütztem Stahl möglich wäre. Abbildung 7-37 Einfluss steigender Wärmeabzugsflächen im Dach auf den Wärmeabzugsfaktor w und die Äquivalente Branddauer t ä - Übungsbeispiel 600 0 15 30 45 t äohne ETK Natürlicher Brand (NB) ohne Wärmeabzug Bauteiltemp.(NB) Bauteiltemp.(ETK) Branddauer [min] Temperatur [°C] Natürlicher Brand (NB) mit Wärmeabzug t ämit 0 <?page no="448"?> 434 7.12 Literaturverzeichnis zu Kapitel 7 [7.1] Südmersen, J.: Grundsätze für den Innenangriff unter Atemschutz, in: Cimolino (Hrg): Atemschutz, ISBN 3-609-68420-8, Augsburg 2001 [7.2] Steinert, C.: Wie viel Brandrauch entsteht … ? , vfdb-Jahresfachtagung 2000, Tagungsband [7.3] VDMA: Rauchentwicklung im Brandfall; Brandverhütung und Feuersicherheit 3/ 2001 [7.4] Detzer, R., Lehnhäuser, F., Klingsch, W.: Rauchausbreitung in Räumen während der Initialbrandphase, in vfdb-Zeitschrift 3/ 2004, Seite 149 ff. 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DIN EN 12101-3: 2006-04 Berichtigung 1 [7.45] DIN EN 12101-8: 2011-08 Rauch- und Wärmefreihaltung Teil 8: Festlegungen für Entrauchungsklappen [7.46] DIN 4102-6: 1977-09 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen - Teil 6: Lüftungsleitungen - Begriffe Anforderungen, Prüfungen [7.47] DIN EN 1366-10: 2017-07 Feuerwiderstandsprüfung für Installationen -Teil 10: Entrauchungsklappen [7.48] ARGEBAU: Muster-Richtlinie über brandschutztechnische Anforderungen an Lüftungsanlagen (Muster-Lüftungsanlagen-Richtlinie -M-LüAR) v. 29.09.2005 i. d. F. v. 12.12.2015 [7.49] DIN EN 12101-7: 2011-08 Rauch- und Wärmefreihaltung Teil 8: Entrauchungsleitungen [7.50] VdS 2815: 2013-09 Zusammenwirken von Wasserlöschanlagen und Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (RWA) [7.51] Stahl, K.-H.: Rauch- und Wärmeabzugsanlagen und Löschanlagen - Wirksamkeitskonflikt oder sinnvolle Ergänzung? 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Die Beanspruchung des Bauteiles - in der Regel handelt es sich um Stahlbauteile - durch den zu erwartenden Brand kann z. B. durch Kühlung soweit vermindert werden, dass die Beeinflussung des Tragverhaltens oder der sonstigen wichtigen Eigenschaften in einem vertretbaren Rahmen bleibt. Die Kühlung kann passiv oder aktiv erfolgen. Bei einem passiven Kühlsystem wird die einwirkende Wärmeenergie z. B. durch eine Phasenumwandlung eines geeigneten Stoffes über die erforderliche Zeit gebunden. Die kühlende Substanz wird dazu in das Bauteil eingebracht, und entzieht den in der Phasenumwandlung speicherbaren Energiebetrag der einwirkenden Wärmenergie des Brandes. Die Temperatur des Stoffes und des Bauteiles steigt nicht wesentlich über die Umwandlungstemperatur, solange die Phasenumwandlung nicht abgeschlossen ist (siehe Punkt 8.3.1). Vergleichbar ist dieser Vorgang der Kühlung von Getränken durch eingebrachtes Eis, wobei - im Idealfall - die Temperatur 0 o C (Schmelzpunkt des Eises) gehalten wird, bis das Eis vollständig aufgebraucht ist. Ist eine passive Kühlung nicht gewünscht oder nicht umsetzbar, kann durch aktive Anlagen die das zu schützende Bauteil unter Nutzung von Hilfsenergie mit einer kühlenden Substanz - in der Regel Wasser - beaufschlagt werden. Im Folgenden werden die wichtigsten Randbedingungen und einige technische Lösungen für Wasserkühlsysteme vorgestellt. 8.1 Physikalisch-technische Grundlagen Wärmeenergie kann durch Leitung, Konvektion und Strahlung auf Bauteile übertragen werden. Durch Wärmeleitung wird im Wesentlichen Energie innerhalb von festen Körpern transportiert, dies ist für die Bauteilbelastung infolge eines Brandes von untergeordneter Bedeutung. Konvektion und Wärmstrahlung dagegen leisten - je nach den Gegebenheiten des Einzelfalls - einen Beitrag von ca. 75 % bis 80 % (Konvektion) bzw. 20 % bis 25 % (Strahlung) zum gesamten Wärmeeintrag in ein Bauteil. Konvektion ist insbesondere dann der wesentliche Faktor, wenn ein Bauteil sich nahe am oder im Feuer befindet, also im Wesentlichen bei Bränden in umschlossenen <?page no="454"?> 440 Räumen. Bei Bränden im Freien ist dagegen die Wärmestrahlung der entscheidende Faktor, da die heißen Brandgase unmittelbar über dem Brandherd nach oben abströmen und entferntere Bauteile in der Regel nicht beaufschlagen. 8.1.1 Wärmeübergang durch Konvektion Der Wärmeübergang durch Konvektion auf ein Bauteil kann durch den einfachen Zusammenhang für die Wärmestromdichte Gleichung 8-1: q = α * (T G - T B ) mit: α = Wärmeübergangszahl [ W/ m² K] T G = Temperatur der Brandgase [K] T B = Temperatur des Bauteils [K] beschrieben werden. Die Wärmeübergangszahl α ist dabei abhängig von der Art bzw. Zusammensetzung der Brandgase, dem Material und der Oberflächenbeschaffenheit des Bauteiles sowie den Temperaturen des Gases und des Bauteiles. Nach Eurocode 2 [8.2] sind für α die folgenden Werte anzusetzen: für den Brandraum: α = 25 W/ m² K für die Außenflächen: α = 5 W/ m² K. Mit diesem Wert errechnet sich beispielsweise der von einem gut entwickelter Zimmerbrand mit einer Temperatur von 950 o C hervorgerufene Wärmeeintrag in ein Umfassungsbauteil, dass zu diesem Zeitpunkt eine Temperatur von 150 o C haben möge, zu q = 25 W/ m² K * (950 - 150)K = 20 kW/ m² Die aufgenommene Wärmeenergie führt zur Temperaturerhöhung der Bauteile und schließlich zur Zündung brennbarer Bestandteile. 8.1.2 Wärmeübergang durch Strahlung Bei Bränden können erhebliche Strahlungsintensitäten auftreten. Während in geschossenen Brandräumen die Wärmeübertragung durch Strahlung nur unter Einführung einer Anzahl von vereinfachenden Annahmen einigermaßen erfassbar ist (vergl. z. B. bei Schneider [8.3]), kann die auf ein Bauteil auftreffende Strahlungswärme der Flamme(n) im Freien, wenn also der Brandrauch keinen wesentlichen Beitrag liefert, recht einfach bestimmt werden. Die Intensität der ausgesandten Strahlung (Energiestromdichte über alle Wellenlängen, gemessen in kW/ m² s oder kW/ m² min) steigt mit der 4. Potenz der Temperatur [8.4], [8.5] entsprechend Gleichung 8-2. <?page no="455"?> 441 Gleichung 8-2: E 0 = * * T 4 mit: E 0 = von der heißen Oberfläche ausgesandte Energiestromdichte [ kW/ m² s] = Emisionskoeffizient (0 < <= 1) = Boltzmann-Konstante [W * m -2 * K -4 ] (5,67 10 -8 W * m -2 * K -4 ) T = absolute Temperatur in Kelvin [K] Für praktische (Flammen-)Strahlerflächen ist mit 0,7 bis 0,95 anzusetzen [8.6]. Die Ausbreitung der Wärmestrahlung (elektromagnetische Wellenstrahlung) im Raum erfolgt nach den optischen Gesetzen, d. h. sie nimmt gemäß Gleichung 8-3 mit dem Abstand ab. Gleichung 8-3: E r = E 0 / r 2 mit: E r = Energiestromdichte [ kW/ m² s] im Abstand r E 0 = von der heißen Oberfläche ausgesandte Energiestromdichte [ kW/ m² s] r = Abstand Strahler - Empfänger [m] Für die vom bestrahlten Objekt aufgenommene Energie sind noch die geometrische Größe und Lage des Strahlers und die geometrische Lage und des Empfängers von Bedeutung. Diese Konfigurations- oder Geometriefaktoren können grundsätzlich sämtlich streng mathematisch berechnet werden Wegen der - mit Ausnahme einfacher Geometrien - relativ aufwändigen Rechnungen wird in der Regel auf vorberechnete Tabellen bzw. Formeln zurückgegriffen (siehe z. B. bei [8.5] [8.6]) Für eine kleine quadratische Empfängerfläche dF 1 , die der (als vergleichsweise unendliche ausgedehnt angenommenen) Strahlerfläche F 2 im Abstand r parallel zentrisch gegenüberliegt (eine für Abschätzungen i. A. ausreichende Näherung, die den Maximalwert der empfangenen Strahlungsintensität ergibt, Abbildung 8-1) erhält man für den Geometriefaktor : Gleichung 8-4: = 2/ * [a/ (a 2 + r 2 ) 1/ 2 * arctg(b/ (a 2 + r 2) 1/ 2 + + b/ (b 2 + r 2 ) 1/ 2 * arctg(a/ (b 2 + r 2 ) 1/ 2 ] mit: = Geometriefaktor a = halbe Länge der strahlenden Fläche [m] b = halbe Breite der strahlenden Fläche [m] r = Abstand Strahler - Empfänger [m] <?page no="456"?> 442 Abbildung 8-1: Geometriefaktor für kleine Empfangsfläche und unendlich große Strahlerfläche Das Strahlungsabsorptionsvermögen des Empfängers ist eine (grundsätzlich wellenlängenabhängige) Materialkonstante, die Strahlungsabsorption in der dazwischen liegenden Luftschicht kann vernachlässigt werden, wenn nur die maximal mögliche Belastung der bestrahlten Fläche interessiert. Für die Absorptionsvermögen kann ebenfalls auf Tabellenwerte zurückgegriffen werden. Beispielsweise ist das relative Absorptionsvermögen A bezogen auf Sonnenwärme (auch dies eine für praktische Zwecke i. A. ausreichende Näherung, [8.6]): Aluminium A = 0,45 Eisen, oxidiert A = 0,74 Farbe, weiß A = 0,14 bis 0,18 Farbe, schwarz A = 0,97 Putz, weiß A = 0,3 Ziegel, rot A = 0,65 bis 0,7 Damit erhält man in ausreichender Näherung für die Strahlenbelastung der Empfängerfläche (z. B. die Oberfläche eines der Flamme gegenüberstehenden Tanks): Gleichung 8-5: E abs = E * *A mit: E abs = absorbierte Energiestromdichte [ kW/ m² s] = Geometriefaktor A = Absorptionsvermögen Bestrahlte Objekte werden durch die aufgenommene Energie erwärmt, bei brennbaren Stoffen kann schließlich die Zündung erfolgen. Die kritische Bestrahlungsintensität [8.7] beträgt z. B. für die Entzündung von Holz oder Farbe: 8 bis 15 kW/ m 2 die Feuerübertragung in Tanklagern: 12 kW/ m 2 (bei ungekühlten Tanks): die Feuerübertragung in Tanklagern: 36 kW/ m 2 (auch bei Kühlung der bestrahlten Tanks) <?page no="457"?> 443 Dem gegenüber haben systemanalytische Untersuchungen ergeben (Pfoh [8.8]), dass bei brennenden Tanks bzw. Tanklagern maximale Bestrahlungsintensitäten benachbarter Tanks von bis zu 70 kW/ m 2 nicht auszuschließen sind. Da bei kommerziellen Tanklagern selten der gegenseitige Abstand von Tanks eingehalten werden kann, der eine Feuerübertragung oder auch nur eine kritische Erwärmung der Tankwand bis zum Erweichen ausschließt (dies wird in der Regel oberhalb des Flüssigkeitsstandes im Tank auftreten, vergl. z. B. bei Brunswig [8.9]), ist anlagentechnischer Schutz der Tanks durch Berieselungsanlagen in der Regel erforderlich. 8.1.3 Kühlung durch Wasserfilme Bei der Kühlung von bestrahlten Oberflächen mit Hilfe von Wasserfilmen sind die Einflüsse verschiedener Faktoren zu berücksichtigen (vergl. z. B. bei Seeger [8.10]): Reflektion eines geringen Teiles der eingestrahlten Wärme Absorption der Wärmestrahlung durch die Wasserschicht und nachfolgender Wärmeenergieabzug durch Abfluss des Wassers Erwärmung der Oberfläche durch nicht absorbierte Wärmestrahlung Kühlung der Oberfläche durch den Wasserfilm (bis hin zur Verdampfung desselben) Kühlung der Oberfläche durch das Innen angrenzende Medium Luft oder Dampf (geringe Wärmekapazität) Flüssigkeit (hohe Wärmekapazität) Die Absorption von Strahlung durch Wasserfilme ist von Pearson et al. [8.11] eingehend untersucht worden. Darauf aufbauend hat Lev [8.12] die Eindringtiefe von Wärmestrahlung in Wasserfilme berechnet. Als unabhängig von der Temperatur der strahlenden Fläche geltendes Ergebnis dieser Berechnungen ist festzuhalten: > 90% der einfallenden Strahlung werden innerhalb eines Millimeters absorbiert. Dies heißt für das hier untersuchte Problem exponierter Oberflächen, dass Wasserschichtdicken von 1 mm ausreichen, die Strahlenbelastung auf weniger als 1/ 10 des Wertes bei ungeschützten Oberflächen abzusenken. Diese Schichtdicke entspricht im stationären Zustand einer Wasserbeaufschlagung (Berieselungsstromdichte) von 1 Liter pro Quadratmeter und Minute (1 l/ m² min). (Seeger berechnet für Tanks eine minimale theoretische Berieselungsstromdichte von nur ca. 0,5 l/ m² min [8.10]). Die bis auf die zu schützende Oberfläche durchdringende Wärmestrahlung erwärmt diese. Die Oberfläche gibt diese Wärme konvektiv <?page no="458"?> 444 ebenfalls an das Wasser ab solange dessen Temperatur geringer ist als die der Oberfläche, d. h. bis zum Siedepunkt des Wassers. Das Berieselungswasser führt also zunächst die gesamte eingestrahlte Energie ab. Der Kühlwasserstrom von 1 l/ m² min ist nach den weiteren Ergebnissen von Lev ausreichend, um bis zu einer Strahlungsintensität von ca. 20 kW/ m² eine Stahloberfläche (z. B. die eines Tanks) auf einer Temperatur von unter 100 o C zu halten (Abbildung 8-2). Wird die Strahlungsintensität höher, dampft mehr und mehr Wasser aus dem Wasserfilm ab. Die Verdampfungswärme des Wassers kann nun der einfallenden Strahlung weitere Energie entziehen. Bei einer Strahlungsstärke von ca. 40 kW/ m² jedoch verdampft so viel Wasser, dass der Film (der genannten Wasserstromdichte von 1 l/ m² min) zunächst aufreißt und schließlich ganz verschwindet. Abbildung 8-2: Oberflächentemperatur an bestrahlten Stahlplatten (nach [8.12]) Die dann ungeschützte Stahloberfläche erhitzt sich bei einer Bestrahlungsstärke von 40 kW/ m² relativ schnell. Unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Tank kühlt von Innen der Tankinhalt die Wandung. Im Allgemeinen stellt der Tankinhalt eine sehr große Wärmesenke dar, so dass unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche die weitere Erwärmung der Tankwand durch die Wärmekapazität der Flüssigkeit erheblich verzögert wird. Oberhalb der Flüssigkeit allerdings erhitzt sich die Wandung innerhalb 10 Minuten bis 15 Minuten auf über 400 o C, so dass mit einem Versagen gerechnet werden muss. Temperatur einer Stahlwandung unter Bestrahlung und Kühlung 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Strahlungsintensität [kW/ m²] Temperatur [ o C] Berieselungsstromdichte 4 l/ m² min Berieselungsstromdichte 3 l/ m² min Berieselungsstromdichte 2 l/ m² min Berieselungsstromdichte 1 l/ m² min <?page no="459"?> 445 Durch das Erhöhen der Dicke der Wasserschicht auf der Außenfläche der Wandung (gleichbedeutend mit einer größeren Wasserbeaufschlagung) kann der Punkt des Aufreißens zu höheren Strahlungsintensitäten hin verschoben werden. Auch wenn die Wandungstemperatur auf etwas über 100 o C ansteigt - also auch direkt auf der Wandung Wasser verdampft - kann zunächst dennoch ausreichend Wärme abgeführt werden, bis bei noch höheren Strahlungsintensitäten der gleiche Effekt wie oben geschildert eintritt (Abbildung 8-2). 8.1.4 Kühlung durch Regenvorhänge Um einen Kühleffekt auf eine zu schützende Oberfläche auszuüben ist es nicht zwingend erforderlich, dass ein Wasserfilm die Oberfläche benetzt. Es genügt, wenn das zur Kühlung eingesetzte System die Erwärmung des Schutzobjektes verhindert. Da wie unter Punkt 8.1.3 ausgeführt, die Wärmestrahlung eines Brandes im Wesentlichen innerhalb einer nur 1 mm dicken Wasserschicht absorbiert wird, müsste ein dieser Schichtdicke äquivalenter Regenvorhang aus einzelnen Wassertropfen bei ausreichender Tropfendichte eine ähnliche Wirkung zeigen. Bei Wolken wird ganz selbstverständlich davon ausgegangen, dass diese die Wärme der Sonnenstrahlung von der Erdoberfläche abschirmen. Bei Feinsprüh-Löschanlagen (Kapitel 6) wird präventiv die Wärme abschirmende Wirkung des Wassernebels genutzt. Nicht vom bestrahlten Objekt absorbierte Wärmeenergie aber ist einer Kühlung desselben äquivalent. Die Strahlungsabsorbierende Wirkung von Regenvorhängen ist von Ravigururajan et. al. [8.13] und Coppale [8.14] untersucht worden, die Ergebnisse können durch die Abbildung 8-2 dargestellt werden. Danach ist durch Regenvorhänge mit einer Breite von nur 3 m je nach Tröpfchenradius und Masse des in einem Kubikmeter vorhandenen Wassers (Droplet-Loading) eine sehr deutliche Verringerung der Transmissivität des Vorhanges zu erreichen. Der erforderliche Wasserinhalt von solchen Regenvorhängen ist bei gleicher Wirkung deutlich geringer als es einer Wasserschichtdicke von 1 mm entsprechen würde (nur 0,01 bis 0,1 l/ m²), da sich durch Reflexionen und Rückstrahlung von Tröpfchen zu Tröpfchen eine hohe resultierende Gesamtabsorption - wie man sie auch von Nebelwänden bzw. Wolken kennt - ergibt. Für technisch einsetzbare Systeme dieser Art müssen noch eine ganze Reihe weiterer Parameter berücksichtigt werden. Insbesondere muss sichergestellt sein, dass der Vorhang überall ähnliche Eigenschaften hat und die Tropfen so groß sind, dass sie nicht durch Wind oder die Thermik eines nahen Brandes abgetrieben werden. Frei zwischen einen potenziellen Brandherd und ein zu schützendes Objekt platzierte Regenvorhänge werden daher in der Praxis bisher nicht sehr häufig ausgeführt. Ein Anwendungsbeispiel in einer Papierlagerhalle hat der Autor in [8.15] beschrieben. <?page no="460"?> 446 Abbildung 8-3: Abschwächung von Wärmestrahlung durch 3 m breite Wasservorhänge nach [8.13], Kurvenparameter sind die Tropfenradien in μm 8.2 Kühlung von Außen 8.2.1 Behälterberieselung Die technischen Anforderungen an Anlagen zur Berieselung oberirdischer Behälter zur Lagerung brennbarer Flüssigkeiten - z. b. in Tanklagern - im Brandfalle sind in DIN 14495 festgelegt [6.62]. Die als Vornorm erschienene europäische technische Spezifikation DIN CEN/ TS 14816 [8.17] behandelt die Behälterberieselung als eine Sonderform einer Sprühwasser-Löschanlage, die zum Expositionsschutz gefährdeter Behälter und anderer Bauteile vorbeugend eingesetzt wird. Diese technische Spezifikation enthält eine Reihe Abweichungen und für den Anwender interessante zusätzliche Festlegungen. Auf die Abweichungen wird jeweils hingewiesen, zusätzliche Festlegungen werden - soweit sinnvoll - hier ebenfalls dargestellt. Aufgrund des Status einer Technischen Spezifikation (siehe Anmerkung auf Seite 253) ist jedoch weiterhin die DIN 14495 alleinige technische Regel für Behälterberieselungsanlagen in Deutschland. (Naturwissenschaftlich-theoretische Überlegungen zum Verhalten von Tanks unter Brandbedingungen findet man z. B. bei Busenius [8.18], [8.19], mit den speziellen Risiken von Schwimmdachtanks beschäftig sich Ramsden in [8.20]) <?page no="461"?> 447 8.2.1.1 Berieselungsanlagen Generell gilt, dass Behälter allseitig gleichmäßig mit der nach Punkt 8.2.1.3 geforderten Berieselungsstromdichte zu beaufschlagen sind. Nach Art und Betrieb der Berieselung werden die folgenden Berieselungsanlagen unterschieden: ortsfeste Berieselungsanlagen: Anlagen, die aus einem ortsfest verlegten Rohrleitungssystem mit Hilfe geeigneter Aufgabevorrichtungen den zu kühlenden Behälter nach Auslösung der Anlage automatisch mit einem ausreichend starken und gleichmäßig verteilten Wasserfilm beaufschlagen. ortsbewegliche Berieselungsanlagen: Anlagen, bei denen mit Hilfe von oszillierenden Strahlrohren oder Wasserwerfern (automatisch oder von Hand betrieben - Werkfeuerwehr! ) der zu kühlende Behälter bzw. Behälterabschnitt möglichst gleichmäßig mit Wasser beaufschlagt wird teilbewegliche Berieselungsanlagen: Anlagen, bei denen mit Hilfe von oszillierenden Strahlrohren oder Wasserwerfern der zu kühlende Behälter bzw. Behälterabschnitt möglichst gleichmäßig mit Wasser beaufschlagt wird, und bei denen ein Teil Einrichtungen zur schnellen Inbetriebnahme ortsfest verlegt ist (z. B. Wasserwerfer, das Rohrnetz zur Wasseraufgabe) und andere erst bei Inbetriebnahme hinzugefügt werden. 8.2.1.2 Berieselungsarten bei Behältern Je nach Art des zu kühlendem Behälters werden die folgenden Berieselungsarten unterschieden: Stehende Behälter Mantelberieselung durch eine Ringleitung, die in gleichmäßigen Abständen mit Aufgabeeinrichtungen (Sprühdüsen) versehen ist, die das Wasser breitflächig und gleichmäßig auf die Manteloberfläche des Behälters leiten. Rohrleitungen und Düsen unterhalb der Reißnaht des Behälters bei mehr als 12 m Höhe: 2 oder mehr Düsenringen mit möglichst gleichem Abstand <?page no="462"?> 448 Anmerkung: CEN/ TS 14816 fordert einen maximalen Düsenringabstand von 5 m und lässt eine maximale Höhe für nur einen Düsenring von 8 m zu. bei Festdachtanks mit bis zu 20 m Durchmesser ist die Berieselung über das Dach mit Umlenkung zulässig, bei Festdachtanks über 20 m Durchmesser kann die Berieselungsanlage in Abschnitte von >= 120 o eingeteilt werden. Dachberieselung ist aus brandschutztechnischer Sicht (nach DIN 14495) nicht unbedingt erforderlich darf dann gleichzeitig im laufenden Betrieb eingesetzt werden, wenn die Wasserversorgung für die Mantelberieselung nicht gefährdet wird Anmerkung: CEN/ TS 14816 fordert verbindlich eine Dachberieselung. Abbildung 8-4: Berieselungsanlagen für Behälter brennbarer Flüssigkeiten - Schema nach DIN 14495 Berieselung mit Wasserwerfern fest oder schwenkbar angeordnet, automatisch oder handbetrieben <?page no="463"?> 449 müssen die erforderliche Berieselungsstromddichte erbringen (Wasserlieferung, Oszillationsfrequenz) Liegende Behälter und Kugelbehälter allseitige Berieselung erforderlich Stützenberieselung erforderlich, wenn die Stützen nicht F 90 nach DIN 4102-2 [8.1], bei Kugelbehältern über 15 m Durchmesser ist eine Unterteilung in Abschnitte von >= 120 o möglich, wenn die Berieselungsstromdichte nach Abbildung 8-5 auf das Doppelte erhöht wird. Die Berieselungsanlage muss generell so konstruiert und dass Besprühungsmuster so geplant sein, dass eine möglichst gleichmäßige Wasserbeaufschlagung auf die zu besprühenden Flächen sichergestellt ist. Hierzu sollten die Düsen auf verschiedenen Düsenringen versetzt zueinander angeordnet sein. Die Düsen müssen so dicht an der Oberfläche angeordnet sein, dass mögliche Windeinflüsse minimiert werden. Diese Abstände werden in CEN/ TS 14816 auf nicht mehr als 35 cm bei der Mantelberieselung stehender und nicht mehr als 65 cm bei der Berieselung liegender Behälter festgelegt. 8.2.1.3 Berieselungsstromdichte bei Behältern Die im Normalfall erforderliche Berieselungsstromdichte (Wasserbeaufschlagung) für Tanks zur Lagerung brennbarer Flüssigkeiten ist nach Abbildung 8-5 zu bemessen. Sie ist auf das doppelte des Wertes nach Abbildung 8-5 zu erhöhen, wenn von den eingelagerten Stoffen besondere Gefahren ausgehen. Nach den in Punkt 8.1.3 dargestellten Ergebnissen liegen diese Berieselungsstromdichten auf der sicheren Seite. Besondere Gefahren können von brennbaren Flüssigkeiten z. B. ausgehen, wenn die Stoffe zur Polymerisation neigen die Stoffe zur Zersetzung neigen, die Stoffe aufgrund ihres niedrigen Siedepunktes in Druckbehältern gelagert werden müssen Anmerkung: CEN/ TS 14816 fordert für die Berieselung von Druckbehältern für brennbare Flüssigkeiten eine Berieselungsstromdichte von 10 l/ m² min Wird die Berieselung in Teilbereichen vorgenommen, muss dort eine Berieselungsstromdichte von 1 l * m -2 *h -1 sichergestellt sein. Wenn die Behälter innerhalb von Auffangräumen aus Stahl (Ringmantel) angeordnet sind, sind statt des Behältermantels die Außenflächen des Ringmantels mit den <?page no="464"?> 450 Berieselungsstromdichten nach Abbildung 8-5 zu berieseln. Sofern der Behälter höher ist als der Ringmantel, ist der überstehende Teil des Behälters ebenfalls zu berieseln (das Berieselungswasser ist aus dem Ringraum abzuführen! ). Abbildung 8-5: Diagramm der erforderliche Berieselungsstromdichten (Wasserbeaufschlagung) nach DIN 14495 Anmerkung: CEN/ TS 14814 fordert ebenfalls die Wasserbeaufschlagung nach Abbildung 8-5, lediglich bei Tankdurchmessern unter 20 m muss nach diesem Normentwurf die Berieselungsstromdichte 1,114 l/ m² min betragen. Ringmantelflächen aus Beton brauchen nicht berieselt zu werden, für überstehende Behälter gilt das oben gesagte. Die obigen Anforderungen gelten auch für Behälter und Auffangräume mit Wärmedämmung, die geringe Beständigkeit gegen Wärmestrahlung besitzen (Kunststoff, Leichtmetall). Der Wasserstrom von 1 l/ m² min ist nun ein relativ geringer Strom der in der Praxis schwierig zu realisieren ist. Es werden relativ kleine Düsendurchmesser und geringe Drucke erforderlich. Daher übertreffen in der Regel die in der Praxis anzutreffenden Berieselungsanlagen diese Mindestwasserbeaufschlagung. Zu berücksichtigen ist auch, dass die Dicke des Wasserfilmes durch Wind stark beeinflusst werden kann, bis hin zum Abtreiben des Wassersprays bevor es die Wandung erreicht, oder zum Aufreißen des Wasserfilmes an der windzugewandten Seite. Wenn aufgrund von Windeinfluss, verstopften Düsen oder nicht ausreichender Wasserlieferung (Volumenstrom, Druck) der Wasserfilm stellenweise aufreißt, können diese Bereiche nur noch durch Wärmeleitung innerhalb der Wandung des Tanks zu den noch benetzten Bereichen gekühlt werden. Lev hat berechnet [8.12], dass trockene Bereiche - abhängig von der Bestrahlungsintensität - die Standfestigkeit 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 [l/ m² min] Behälterdurchmesser [m] <?page no="465"?> 451 von Stahlwandungen in Frage stellen wenn ihre maximale Ausdehnung mehr als ca. 40 cm beträgt. Bei der Planung der Berieselungsanlage ist diesem Aspekt besondere Aufmerksamkeit zu widmen; die technischen Regeln haben aus diesem Grunde die Maximalabstände der Sprühdüsen festgelegt. 8.2.1.4 Wasserversorgung Die Wasserversorgung von Berieselungsanlagen muss die folgenden Anforderungen erfüllen: ausreichend für das größte Einzelobjekt den erforderlichen Fließdruck und Volumenstrom für mindestens 120 Minuten erbringen Einspeisemöglichkeiten für die Feuerwehr haben nicht frostsicher verlegte Bereiche müssen vollständig entleert werden können Wasserversorgung unmittelbar durch das Hydrantennetz ist zulässig, wenn die sonstigen Anforderungen erfüllt sind. 8.2.1.5 Inbetriebnahme Berieselungsanlagen nach DIN 14495 müssen die folgenden baulichen und betrieblichen Bedingungen erfüllen: aus geschützten Bereichen heraus in Betrieb genommen werden können (dies gilt auch für ortsbewegliche und teilbewegliche Anlagen! Wärmestrahlung! ) unmittelbar nach Brandausbruch betrieben werden können bei ortsbeweglichen und teilbeweglichen Anlagen sind von der Alarmierung bis zur Inbetriebnahme maximal 5 Minuten zulässig (Werkfeuerwehr! ) von Hand durch geschultes Personal (Werkfeuerwehr) möglich sein (ausreichend Personal muss bereitstehen) das Anfallende Berieselungswasser aus den Auffangräumen für brennbare Flüssigkeiten ableiten können oder die Auffangräume von Tanklagern müssen so bemessen sein, dass sie das Berieselungswasser über die gesamte Betriebszeit von 120 Minuten zusätzlich aufnehmen können (vergl. Kapitel 10) <?page no="466"?> 452 8.2.2 Kühlung von tragenden Bauteilen durch Berieselung Grundsätzlich ist es möglich, auch andere tragenden Bauteile als Behälterwände mittels Wasserberieselung zu kühlen. Insbesondere für Stahlbauteile ist eine nicht unerhebliche Erhöhung der Feuerwiderstandsdauer zu erwarten. Wegen der im Allgemeinen jedoch stark differenzierten äußeren Form tragender Stahlbauteile und der damit verbundenen Schwierigkeiten, eine ausreichend gleichmäßige Benetzung zu erreichen sowie aus ästhetischen Gründen wird diese Möglichkeit nur selten eingesetzt. Bekannt ist, dass in alter, erhaltenswerter Bausubstanz gelegentlich Gusseisen- Stützen durch Berieselung im Brandfall (analog einer auf die Stützen beschränkten Sprühflutanlage) geschützt werden. Sprinkleranlagen zum Schutz filigraner weitspannender Raumfachwerkträger - allerdings mehr im Sinne von Lösch- und Wasserschleieranlagen, die mehr zufällig auch das Bauteil besprühen - werden gelegentlich eingebaut. Abbildung 8-6: Expositionsschutz von Gebäuden nach CEN/ TS 14816 Während die Norm DIN 14495 sich auf Berieselungsanlagen zum Expositionsschutz von Behältern beschränkt, sind im Entwurf der technischen Spezifikation CEN/ TS 14816 [8.17] weitere Einsatzgebiete genannt. Die wichtigsten Festlegungen sind in Tabelle 8-1 zusammengestellt. Erwartete Quelle der Wärmestrahlung 10 m 10 m 10 m 10 m Sprühdüse 10 m Erwartete Quelle der Wärmestrahlung 10 m 10 m 10 m 10 m Sprühdüse 10 m <?page no="467"?> 453 Tabelle 8-1: Bauteilberieselung nach CEN/ TS 14816 Art des Bauteils Sonstige Randbedingungen Berieselungsstromdichte Stahlbauteile horizontal, tragend 4 l/ m² min vertikal, tragend 10 l/ m² min Rohrhalterungen gemäß CEN/ TS 14816: 2004-01 Tabelle 2 8,2 l/ m² min bis 10,2 l/ m² min Kabelpritschen und Kabelstrecken Schutz vor Bränden brennbarer Flüssigkeiten 12,5 l/ m² min wenn andere Löschanlagen vorhanden 6 l/ m² min Transformatoren Oberseite und Seiten incl. Zubehör (Ölkühler, Zuleitungen, jedoch keine offenen Elektroeitungen) 10 l/ m² min Unterseite und Bodenflächen 6 l/ m² min Vertikale Gebäudeoberflächen *) exponierte Oberfläche ist: die Gesamthöhe des exponierten Gebäudes, die senkrechte Projektion des brennenden Gebäudes auf das exponierte zuzüglich 10 m auf beiden Seiten (Abbildung 8-5) 2 l/ m² min über mindestens 60 Minuten *) Im Allgemeinen wird Expositionsschutz bei baulichen Anlagen durch Abstand erreicht (siehe z. B. [8.21]). Zwar wird dies in CEN/ TS 14816 nicht explizit ausgeführt, jedoch ist anzunehmen, dass Gebäudeberieselungen nach Abbildung 8-6 nur bei baulichen Anlagen mit brennbaren Flüssigkeiten (oder aus sonstigen Gründen erheblich erhöhter Brandgefahr bzw. -temperatur) als Wärmestrahlungsquelle und Unterschreiten der aufgrund einer im Rahmen eines Brandschutzkonzeptes erfolgenden Abschätzung der Strahlungsintensität erforderlichen Abstände (siehe Punkt 8.1.2) zu Nachbargebäuden empfohlen werden. 8.2.3 Kühlung von nichttragenden Bauteilen Zur Kühlung von Kabeltrassen und Rohrtrassen enthält CEN TS 14816 [8.17] Hinweise, auf Tabelle 8-1 wird verwiesen. Für die Schutzvorhänge (”Eiserner Vorhang”) von Großbühnen fordern die Versammlungsstättenrichtlinien bühnenseitige Berieselungsanlagen [8.21]. Diese sollen durch Kühlung des Schutzvorhanges sicherstellen, dass eine Feuerwiderstandsdauer wie bei den Wänden des Bühnenhauses erreicht wird. Die Berieselungsstromdichte ist (überwiegend) auf 15 l pro Minute je Meter Breite ausgelegt. Die Wasserversorgung muss (überwiegend) so ausgelegt sein, dass bei Betrieb aller vorhandenen Berieselungs- und Sprühflutanlagen eine Betriebszeit von mindestens 10 Minuten sichergestellt ist. Anmerkung: Aus Sicht der Feuerwehren sollte hier eine Mindestwirkzeit von mindestens 30 Minuten gefordert werden. <?page no="468"?> 454 Für den Abschluss von Öffnungen in Wänden mit definierter Feuerwiderstandsdauer (F 30-Wände, F 90-Wände) werden sog. Textile Feuerschutzabschlüsse oder Feuerschutzvorhänge angeboten. Diese sind aus feuerbeständigen Materialien gefertigt und verschließen im Brandfall die zu schützenden Öffnungen, ähnlich wie dies Rauchschürzen tun (vergl. Punkt 6.4.2). Der Feuerdurchgang wird aufgrund der verwendeten Materialien (z. B. Aramidfaser- oder metallverstärktes Glasfasergewebe) für die jeweils angestrebte Zeit (30 Minuten bis 120 Minuten) sicher verhindert, also der Raumabschluss E nach DIN EN 1634-1 [8.23] erhalten. Allerdings erhitzt sich bei den meisten derartigen Vorhängen die feuerabgewandte Seite des Vorhanges auf mehrere 100 o C, so dass eine Einstufung in eine Feuerwiderstandsklasse nach DIN 4102-2 [8.22], z. B. also F 30, bzw. eine Einstufung als Feuerschutzabschluss nach DIN 4102-5 [8.24] nicht erfolgen kann (Wang [8.25]). Diese Vorhänge - die für F 90 als Doppelvorhänge ausgeführt werden - werden daher auf der jeweils brandabgewandten Seite berieselt. Die Wasserbeaufschlagung sollte ca. 2 l/ m² min bis 4 l/ min m² betragen. Dadurch kann die Temperaturerhöhung dort auf nur ca. 80 o C begrenzt werden [8.26]. (Ein analoges System mit Innenkühlung wird in Punkt 8.3.2 beschrieben.) Derzeit auf dem Markt erhältliche Feuerschutzvorhänge erreichen deutlich größere Abmessungen (bis zu 30 m Breite und 7 m Höhe), als dies mit Feuerschutzabschlüssen nach DIN 4102-5 möglich ist. Die Dimensionierung der Wasserversorgung und die Auslegung und Absicherung der Energieversorgung von Berieselungsanlagen für Feuerschutzvorhänge müssen auf die geplante Betriebsdauer abgestimmt werden. Zur Berechnung der erforderlichen Wasserbeaufschlagung und Betriebsdauer wird im Allgemeinen eine detaillierte Analyse möglicher Brandabläufe und der daraus folgenden Wärmebeaufschlagung erforderlich sein. Zwar geben die dem Baurecht zu entnehmenden erforderlichen Feuerwiderstandsdauern der durch Feuerschutzvorhänge ersetzten Bauteile Anhaltspunkte für die Mindestbetriebsdauer, jedoch ist zu berücksichtigen, dass die Funktion der Feuerschutzvorhänge ausschließlich auf einer ausreichenden Wasserberieselung fußt. Versagt diese, wird auch der Feuerschutzvorhang innerhalb weniger Minuten nicht mehr die in DIN 4102 niedergelegten Anforderungen erfüllen. Aus Sicht der Feuerwehr sollten daher die entsprechenden Bestimmungen für Sprinkleranlagen sinngemäß angewendet werden. Durch die in neuerer Zeit vermehrt aufkommende Verwendung intumeszierender (bei Temperaturbeaufschlagung aufschäumender) Materialien im Schichtaufbau von Feuerschutzvorhängen, die eine ausreichende Isolationswirkung sicher stellen, kann allerdings nunmehr bei bestimmten Produkten auf eine Berieselung verzichtet werden. <?page no="469"?> 455 8.3 Kühlung von Innen 8.3.1 Innenkühlung tragender Bauteile In den achtziger Jahren des 20. Jahrhunderts wurde in Forschungsvorhaben untersucht [8.27], inwieweit der Feuerwiderstand von Stahlstützen durch Wasserfüllung und -durchströmung verbessert werden kann. Man versprach sich von wassergekühlten Stahltragwerken die folgenden Vorteile: der Stahl bleibt sichtbar, eine Brandschutzbekleidung braucht nicht angebracht zu werden schlanke ästhetische Konstruktionen größere architektonische Möglichkeiten Gewinn zusätzlich nutzbarer Flächen wirtschaftlichen Brandschutz (nahezu) beliebig verlängerbare Feuerwiderstandsdauer hohe Brandsicherheit Abbildung 8-7: Innengekühlte Stahlstützen - Prinzip; links Stütze mit außenliegendem Fallrohr (SAF), rechts Stütze mit innenliegendem Fallrohr (SIF) Es wurden später die in Abbildung 8-7 dargestellten Konstruktionen mit außenliegenden und mit innenliegenden Fallrohren an Bauteilen mit bis zu 7,45 m Stützenhöhe (zzgl. Wasser-Vorratsbehälter) in Brandversuchen und theoretisch mit Brandsimulationsrechnungen untersucht [8.28]. Als Kühlmittel wurden Wasser und Salzlösungen benutzt. Der Abtransport der durch den Brand in die Stütze eingebrachten Ener- <?page no="470"?> 456 gie erfolgt - nach der Aufwärmphase - im Wesentlichen durch das Verdampfen des Kühlmittels. Wenngleich nachgewiesen werden konnte, dass die zu erwartenden Temperaturen der Stahlstütze zuverlässig weit unterhalb der kritischen Temperatur von ca. 450 o C bleiben, wurde das Forschungsvorhaben später nicht weiter verfolgt. Es wurden nur sehr wenige ( << 10) Gebäude mit innengekühlten Stahlstützen erstellt, darunter das Centre Pompidou in Paris, bei dem die korrosionstechnischen Probleme durch das Kühlmedium erheblich sind. 8.3.2 Innenkühlung nichttragender Bauteile Für die Unterteilung großer Hallenflächen im Brandfall können Brandschutzvorhänge eingesetzt werden, die im Brandfall, ausgelöst durch eine Brandmeldeanlage bzw. Einzelmelder, die Unterteilung herstellen. Derartige Brandschutzvorhänge schließen im Brandfall aufgrund der Schwerkraft, sie sind in der Regel aus Glasfasergewebe hergestellt. Mit diesen Systemen werden unterschiedliche Feuerwiderstandszeiten erreicht, die durch Kühlung (vergl. Punkt 8.2.3) erhöht werden können. Abbildung 8-8: Innengekühlter Brandschutzvorhang - Schließvorgang (nach [8.29]) Seit einiger Zeit sind doppelwandige innengekühlte Brandschutzvorhänge erhältlich, die nach Firmenangaben [8.29] Feuerwiderstandszeiten von 180 Minuten erreichen (Abbildung 8-8). Beide Schürzen sind mit Berieselungseinrichtungen ausgestattet, von denen jeweils die dem Brand zugewandte in Betrieb genommen wird. Typische Einsatzgebiete sind: Ausstellungshallen, Flugzeughallen, <?page no="471"?> 457 Lager- und Speditionshallen, Fabrikhallen, bei denen eine dauerhafte Segmentierung nicht möglich ist Im Brandfall schließt der Vorhang innerhalb ca. 30 Sekunden. Die brandbelastete Schürze wird innen mit Wasser berieselt. Die erforderliche Berieselungsstromdichte (Wasserbeaufschlagung) liegt bei ca. 50 l/ m min bis 70 l/ m min, je nach Höhe des Brandschutzvorhanges [8.29] (entsprechend ca. 6 l/ m² min). Abbildung 8-9: Innengekühlter Brandschutzvorhang Temperaturen (nach [8.29]) Das nicht verdampfte Berieselungswasser wird bis zu einer gewissen Menge in einer integrierten Tasche unten zwischen den beiden Schürzen aufgefangen und verbessert den unteren Abschluss des Brandschutzvorhanges, das übrige Wasser muss abgeführt werden. Den sich einstellenden Temperaturverlauf über dem Brandschutzvorhang zeigt Abbildung 8-9. Weltweit wurde bereits eine große Anzahl derartiger Brandschutzvorhänge realisiert, so erhielt eine Ausstellungshalle in Paris ein System von 12 m Höhe und 85 m Länge [8.29]. <?page no="472"?> 458 8.4 Literaturverzeichnis zu Kapitel 8 [8.1] DIN 4102-2: 1977-09 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen - Bauteile - Begriffe, Anforderungen und Prüfungen [8.2] DIN V ENV 1992-2-2: 2010-12 Eurocode 1 - Grundlagen der Tragwerksplanung und Einwirkungen auf Tragwerke Teil 2-2: Einwirkungen auf Tragwerke - Einwirkungen im Brandfall [8.3] Schneider, U.: Ingenieurmethoden im Baulichen Brandschutz, ISBN 3-8169-2290-2, Rennigen 2001 [8.4] Meschede; D. (Hrg.): Gerthsen Physik, 21. Auflage, Springer Verlag Berlin 2002, ISBN 3-540-42024-X, S 583 [8.5] Tien, C. L., Le, K. Y. and Stretton, A. J.: Radiation Heat Transfer, in SFPE- Handbook of Fire Protection Engineering, 2 nd Edition, P. 1-65 [8.6] Baschkirzew,M. P.: Aufgaben zur Wärmeübertragung, Anhang XXIII; Staatsverlag der DDR Berlin 1972, VLN 610 DDR LSV 3093 [8.7] Fire Spread in Storage Tank Farms; Fire International October/ November 1987 [8.8] Pfoh, B.: Ausgewählte systemananlytische Untersuchungen zur Brandsicherheit von Tanklagern, vfdb-Zeitschrift 3/ 84 [8.9] Brunswig, H.: Mineralöl-Tankbrände - Erlebnisse und Erfahrungen, Teil 1: Das Brandverhalten von Mineralöltanks, vfdb-Zeitschrift 2/ 85 [8.10] Seeger, P. G.: Über die Wasserberieselung von Lagertanks für brennbare Flüssigkeiten zur Kühlung des Tankmantels im Brandfall, vfdb-Zeitschrift 3/ 71 [8.11] Pearson, R. G. and Elliot, D.: The absorption of thermal radiation by water film; Atomic Energi Establishment Report AEEW-R-1098 [8.12] Lev, Y.: Cooling sprays for hot surfaces, Fire Prevention 222, September 1989 [8.13] T. E. Ravigururajan and M. P Beltray: A Modell for the Attenuation of Fire Radiation Through Water Droplets, Fire Safety Journal, 15: 2, 1989, pp 171-181 [8.14] Copalle, A.: Fire Protection: Water Curtains, in Fire Safety Journal 20 (1993), p. 241 - 251 [8.15] Gressmann, H.-J.: Anlagentechnischer Brandschutz für eine Papierlagerhalle, Braunschweiger Brandschutz Tage 2003, Tagungsband [8.16] DIN 14495: 1997-07 Berieselung von oberirdischen Behältern zur Lagerung brennbarer Flüssigkeiten im Brandfalle [8.17] DIN CEN/ TS 14816: 2009-05 Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Sprühwasserlöschanlagen - Planung, Einbau und Warting; Deutsche Fassung CEN/ TS 14816: 2008 [8.18] Busenius, S.: Spezielle Berechnungsverfahren für Tankbrände, in Handbuch Brandschutz III - 9.1.4, ecomed-Verlag, 60. Ergänzungslieferung 02/ 2002 [8.19] Busenius, S.: Modell zur Tankwandaufheizung, in Handbuch Brandschutz III - 9.1.5, ecomed-Verlag, 32. Ergänzungslieferung 06/ 1996 [8.20] Ramsden, N.: Das LASTFIRE Projekt - eine Studie über die Risiken bei großen Schwimmdachtanks, vfdb-Zeitschrift 1/ 2000 <?page no="473"?> 459 [8.21] ARGEBAU: Musterbauordnung (MBO) - Fassung Mai 2016 [8.22] ARGEBAU: Muster-Verordnung über den Bau und Betrieb von Versammlungsstätten - MVStättV - i. d. F. vom Juli 2014 [8.23] DIN EN 1634-1: 2018-04 Feuerwiderstandsprüfungen für Tür- und Abschlusseinrichtungen Teil 1: [8.24] DIN 4102-5: 1977-09 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen; Feuerschutzabschlüsse, Abschlüsse in Fahrschachtwänden und gegen Feuer widerstandsfähige Verglasungen, Begriffe, Anforderungen und Prüfungen [8.25] Wang, M.: Feuerschutzabschlüsse oder Feuerschutzvorhänge, vfdb-Zeitschrift 3/ 2000 [8.26] Stöbich Brandschutz GmbH und Co. Kg.: Produktinformation: Textiler Feuerschutzabschluss mit isolierender Wirkung [8.27] Witte, Hönig, Klingsch: Stahlkonstruktionen mit Wasserkühlung, 2. Statusseminar des BMFT, November 1981 [8.28] Hönig: Wärme- und strömungstechnische Analyse brandbeanspruchter Hohlprofilkonstruktionen mit Wasserkühlung, Bauphysik 6/ 1991 [8.29] Boullet. S.A.: Fachinformation Brandschutzvorhang <?page no="474"?> 460 9 Einrichtungen nur für die Feuerwehr 9.1 Löschwasseranlagen in baulichen Anlagen Zur Erleichterung des Einsatzes der Feuerwehr werden in ausgedehnten baulichen Anlagen häufig Löschwassereinrichtungen gefordert. Diese Löschwasseranlagen ersparen der Feuerwehr das Verlegen von Schläuchen und können so die Eingreifzeit der Feuerwehr deutlich verkürzen (vergl. Punkt 2.4.1). Wenngleich die Führung der Löschwasserleitungen von Löschwassereinrichtungen nicht immer von unten nach oben erfolgen muss (z. B. werden zum Schutz von größeren unterirdischen Anlagen - z. B. U-Bahnhöfen oder Tiefgaragen - in den meisten Städten Löschwasserleitungen eingebaut) und Löschwasserleitungen nur ein Teil der Anlagen darstellen, so hat sich doch der Begriff „Steigleitungen“ für Löschwassereinrichtungen allgemein eingebürgert. Im Folgenden wird der Begriff Steigleitungen deshalb gelegentlich als Synonym für „Löschwassereinrichtungen in baulichen Anlagen“ benutzt. Die Anforderungen an Löschwasseranlagen sind in DIN 14462 [9.1] und DIN 1988- 600 [9.2] technisch beschrieben. Es werden unterschieden: Trinkwasser-Installationen mit Wandhydranten (Punkt 6.1.2) Wandhydrantenanlagen (Punkt 6.1.2) Löschwasseranlagen „nass“ (Steigleitungen „nass“) Löschwasseranlagen „trocken“ (Steigleitungen „trocken“) Löschwasseranlagen „nass/ trocken“ (Steigleitungen „nass/ trocken“) Leitungsanlagen für Unter- und Überflurhydranten im Anschluss an Trinkwasseranlagen (Punkt 4.5.4) 9.1.1 Löschwasseranlagen „nass“ In Löschwasseranlagen „nass“ nach DIN 14462 [9.1] sind an die Steigleitungen Wandhydranten angeschlossen, die ständig mit Wasser gefüllt sind und unter Druck stehen, so dass die Einsatzbereitschaft jederzeit unmittelbar gegeben ist. Diese Löschwasserleitungen sind ständig mit Trinkwasser gefüllt und müssten daher wie Trinkwasserleitungen betrieben, d. h. insbesondere ständig durchspült werden. Nach DIN 1988-600 [9.2] bedeutet dies, dass aus wasserhygienischer Sicht der Wasserinhalt der Leitungen mindestens dreifach wöchentlich vollständig ausgetauscht werden muss. In der Praxis stößt dies erfahrungsgemäß auf Schwierigkeiten. Daher sind Löschwasseranlagen „nass“ ausschließlich über so genannte Löschwas- <?page no="475"?> 461 serübergabestellen anzuschließen, die das Trinkwasser sicher vom nicht- Trinkwasser in den Leitungen trennen (generelle Ausführungen zur Wasserhygiene enthält Punkt 4.5.1). Die zulässigen Anschlussarten für Löschwasseranlagen „nass“ enthält nachfolgendeTabelle 9-1, einige schematische Darstellungen die Abbildung 9-1, weitere detaillierte Angaben hierzu siehe in [9.1], [9.2] und bei Spangardt [9.5]). Tabelle 9-1: Ausführung der Löschwasserübergabe aus dem Trinkwassernetz an Brandschutzanlagen Brandschutzanlage Zulässige Anschlussarten an der Löschwasserübergabestelle (Alternativen) Löschwasseranlage „nass“ nach DIN 14462 mit Wandhyranten Typ F oder S nach DIN EN 671 Freier Auslauf Typ AA oder AB nach DIN EN 1717 Löschwasseranlage „nass-trocken“ nach DIN 14462 mit Wandhyranten Typ F oder S nach DIN EN 671 Freier Auslauf Typ AA oder AB nach DIN EN 1717 Füll- und Entleerungsstation nach DIN 14463-1 Trinkwasserinstallation nach DIN 14462 mit Wandhydrant Typ S nach DIN EN 671 Schlauchanschlussventil 1“ mit Sicherungseinrichtung nach DIN 14461-3 Feuerlösch- und Brandschutzanlage mit offenen Düsen, z. B. nach DIN 14494, DIN 14495, DIN CEN/ TS 14816, Freier Auslauf Typ AA oder AB nach DIN EN 1717 Füll- und Entleerungsstation nach DIN 14463-2 Direktanschlussstation nach DIN 14464 Sprinkleranlagen, z. B. nach DIN 14489, DIN EN 12845 Freier Auslauf Typ AA oder AB nach DIN EN 1717 Direktanschlussstation nach DIN 14464 Anlagen mit Unter - und Überflurhydranten Freier Auslauf Typ AA oder AB nach DIN EN 1717 Füll- und Entleerungsstation nach DIN 14463-1 Unter- und Überflurhydranten nach DIN EN 14384 und DIN EN 14339 Die Wandhydranten an Löschwassereinrichtungen nach DIN 14462 sollten aus brandschutztechnischer Sicht ausschließlich als Typ F nach DIN 14461-1 [9.3] ausgeführt werden, damit die Feuerwehr ihre Schläuche am Schlauchanschlussventil nach DIN 14461-3 [9.4] anschließen und die dann höhere Wasserlieferung der Löschwasseranlage „nass“ ausnutzen kann (vergl. Punkt 6.1.2). Da die Löschwasserleitungen „nass“ ständig mit Wasser gefüllt sind, müssen sie entweder in frostfreien Bereichen verlegt sein, oder eine Begleitheizung erhalten (z. B. in offenen Garagen). 9.1.2 Löschwasseranlagen „trocken” Während Wandhydranten (Punkt 6.1.2) an nasse Steigleitungen angeschlossen sind und somit unmittelbar von jedem sofort benutzt werden können, wird bei Löschwasseranlagen „trocken” erst im Bedarfsfall das Wasser durch die Feuerwehr in die Steigleitung eingespeist (Abbildung 9-1 links). Das System ist von der Trinkwasserinstal- <?page no="476"?> 462 lation des Gebäudes vollständig getrennt zu halten, so dass wasserhygienische Probleme entfallen (vergl. Punkt 4.5.1). Abbildung 9-1: Löschwassereinrichtungen nach DIN 14462 - Schemata links: Löschwassereinrichtung „trocken“, rechts: Löschwasser einrichtung „nass“, Mitte Löschwassereinrichtung „nass/ trocken“ Steigleitungen „trocken” nach DIN 14462 [9.1] sind daher stets ausschließlich für die Benutzung durch die Feuerwehr gedacht und werden mit Feuerlösch- Schlauchanschlußeinrichtungen für die Wassereinspeisung und Wasserentnahme nach DIN 14461-2 bis -5 ([9.6] bis [9.8]) und DIN 14463-1 bis DIN 14463-3 ([9.9] bis [9.11]) ausgestattet. Rohrbelüftungseinrichtungen (nach DIN 14463-3 [9.10]) - und ggf. fernbetätigte Füll- und Entleerungsstationen (nach DIN 14463-2 [9.11]) - sorgen für eine schnelle Auffüllbarkeit (maximal 60 Sekunden bis zum Wasseraustritt an der Wasserentnahmeeinrichtung) und vollständige Entleerung des Systems. Trockene Steigleitungen werden wie folgt eingesetzt: in frostbeaufschlagten Bereichen in Bereichen ohne ständig benutzte Entnahmestelle in Bereichen, in denen nicht davon ausgegangen werden kann, dass die Nutzer im Gefahrenfall eine Wandhydrantenanlage benutzen würden (Wohnhäuser, insbesondere Hochhäuser) in Bereichen mit erhöhter Missbrauchsgefahr für Wandhydranten (Vandalismus, Diebstahl). <?page no="477"?> 463 9.1.3 Löschwasseranlagen „nass/ trocken” Die Löschwasseranlagen „nass/ trocken“ nach DIN 14462 entsprechend den Löschwasseranlagen „nass“ mit dem Unterschied, dass zusätzlich zwischen dem Trinkwassernetz und der Steigleitung eine Fernbetätigte Füll- und Entleerungsstation nach DIN 14463-3 [9.10] angeordnet ist (Abbildung 9-1 Mitte). Die Löschwasserleitung selbst ist im Normalfall nicht mit Wasser gefüllt, sondern wird im Bedarfsfall durch diese Station - die ein DIN/ DVGW-Prüfzeichen haben muss - selbsttätig und fernbedient gefüllt. Damit entfallen wasserhygienische Probleme, da die Steigleitung nur kurzfristig und bei gleichzeitig hohem Wasserdurchfluss - während der Brandbkämpfung - mit der Trinkwasserinstallation des Gebäudes verbunden ist und nach Beendigung der Brandbekämpfung belüftet und entleert wird. Der Ansteuerimpuls für die Öffnung der Füllstation von Löschwasserleitungen „nass/ trocken“ kann von einer Brandmelderzentrale nach DIN EN 54-2 [9.12] oder von einer Steuereinrichtung nach DIN EN 12094-1 [9.13] ausgehen. Die Energieversorgung der Steuereinrichtung - die auch Teil der Brandmelderzentrale sein kann - muss DIN EN 54-4 [9.14] entsprechen. In der Regel wird das Ventil jeder Entnahmeeinrichtung überwacht (z. B. durch Mikroschalter) und bei dessen Öffnung der Steuerimpuls erzeugt. Die Öffnung der Ventile der Füll- und Entleerungsstation selbst kann mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Da es sich bei Löschwasseranlagen „nass/ trocken“ um Sicherheitseinrichtungen handelt, muss die Energieversorgung der Öffnungseinrichtung überwacht und Störungen angezeigt werden. Die Steigleitung wird nach Öffnen eines Wandhydranten oder einer Schlauchanschlusseinrichtung automatisch innerhalb maximal 60 Sekunden geflutet. Werden alle Entnahmeeinrichtungen vollständig geschossen, wird diese Wiederherstellung des Normalzustandes als Steuerimpuls für die automatische Entleerung genutzt. <?page no="478"?> 464 9.2 Gebäudefunkanlagen 9.2.1 Bedarf Nach den Bauordnungen der Länder müssen bauliche Anlagen so beschaffen sein, dass bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame Löscharbeiten möglich sind (siehe z. B. NBauO [9.15]). Dies erfordert grundsätzlich eine lückenlose Funkversorgung an der Einsatzstelle zur Führung von Einsatzkräften der Feuerwehr. Der Feuerwehrfunk an und innerhalb der Einsatzstelle wird im 2 m-Band- Bereich des sog. „BOS-Funkes” (BOS = Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben) abgewickelt. Physikalisch bedingt treten insbesondere in Anlagen in denen in größerem Umfang Stahlbeton oder Haustechnik (Lüftungskanäle! ) verbaut ist, Beeinträchtigungen der Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen auf (Reflektionen, Refraktion, Diffraktion). Dies kann dazu führen, dass der Funkverkehr stark eingeschränkt wird oder nicht mehr möglich ist. Die Errichter bautechnischer Anlagen können daher verpflichtet werden, für geeignete technische Maßnahmen zu sorgen, um eine ausreichende Funkversorgung zu gewährleisten. Dabei muss diese Funkversorgung nicht nur im Objekt selbst realisiert werden, sondern dieser Bereich muss sich - einsatztaktisch bedingt - auch ca. 50 m um das Objekt einschließlich der zugehörigen Feuerwehrzufahrten erstrecken, damit die Kommunikation von Außen nach Innen möglich wird (Abbildung 9-2). Abbildung 9-2: Gebäudefunkanlagen als Führungsmittel der Feuerwehr 9.2.2 Technische Ausführungen Allgemein anerkannte technische Regeln zu Feuerwehr-Gebäudefunkanlagen existieren derzeit (2018) nicht. Bestehende Anlagen wurden im Wesentlichen individuell nach den Vorgaben der Feuerwehren von den Herstellern entwickelt. Eine <?page no="479"?> 465 Fachempfehlung für die Anforderungen an Feuerwehr-Gebäudefunkanlagen im BOS Digitalfunk wurde vom Fachausschuss Technik der Deutschen Feuerwehren erarbeitet [9.16]. Zur Vereinheitlichung der Inbetriebnahmeeinrichtungen aktiver Gebäudefunkanlagen (Punkt 8.2.2.2) dient ein Feuerwehr-Gebäudefunk Bedienfeld (FGB) (Punkt 9.2.3). Es gibt zwei Anlagenarten zur Verbesserung der Funkversorgung: Passive Gebäudefunkanlagen Aktive Gebäudefunkanlagen Die Feuerwehren fordern im Interesse eines allgemein hohen Sicherheitsstandards generell aktive Gebäudefunkanlagen. Eine Verträglichkeit dieser Anlagen mit den bestehenden Funkverkehrskreisen und anderen ortsfesten Funkanlagen muss gewährleistet sein. 9.2.2.1 Passive Gebäudefunkanlagen Passive Systeme zur Funkrufreichweitenverbesserung sind nur sinnvoll in Objekten, in denen lediglich lokal konzentrierte Funkunterversorgungen in wenigen Bereichen vorhanden sind („HF-Löcher”). Die Anlage wird ohne Stromversorgung betrieben und besteht in der Regel lediglich aus einer Konfiguration von Antennen, Verbindungseinrichtungen der verlustarmen Spezialkabeln (siehe hierzu z. B in [9.17]). Daher sind derartige Anlagen deutlich kostengünstiger zu errichten als aktive Gebäudefunkanlagen. Die notwendigen Kabelverbindungseinrichtungen und Antennen müssen aufgrund der Aufgabenstellung in der Funktionserhaltklasse E 90 nach DIN 4102-12 [9.18] ausgeführt und vor unbeabsichtigten mechanischen Beschädigungen geschützt sein. Je „Funkloch“ sind eine Außen- und eine Innenantenne mit den entsprechenden Verbindungen erforderlich (Abbildung 9-2 links). Jede dieser Gesamtkonfigurationen wird als Resonanzsystem auf die eingestrahlte HF-Frequenz abgestimmt, die Außenantenne nimmt die Energie auf, leitet sie über die Kabelverbindung nach Innen weiter (deutlich verlustärmer als bei direkter Einstrahlung), die Innenantenne schwingt mit und strahlt einen Teil der Energie direkt in den unterversorgten Bereich ein. 9.2.2.2 Aktive Gebäudefunkanlagen Aktive Systeme als ortsfeste Relaisfunkstellen für erhöhte Gesamtanforderungen sind zur Versorgung von funkproblematischen Objekten (Tiefgaragen, großflächige massive Gebäude) erforderlich. Ein typisches Aufbauschema zeigt Abbildung 9-3. Da die Strahlerkabelschleife bestimmungsgemäß Energie abstrahlt, müssen Verstärker- <?page no="480"?> 466 systeme in der Funkanlage den Energieverlust ausgleichen. Grundsätzlich gleich aufgebaute Systeme sichern vielfach den Rundfunkempfang in Tunnelanlagen (Verkehrsfunk! ). Die Anlage muss den technischen Richtlinien der BOS entsprechen. Gegenseitige negative Beeinflussung der Funkkommunikation darf bei gleichzeitigem Betrieb mehrerer, unabhängig voneinander installierter Gebäudefunkanlagen nicht auftreten. Die Anlagen sind so abzugleichen, dass sie sich störungsfrei in das bestehende Funknetz integrieren. Im Allgemeinen sind die Strahlerkabel (Schlitzbandkabel) als Schleife auszubilden bzw. mindestens aber mehrseitig einzuspeisen. Die Funkanlagen müssen in feuerbeständig abgesicherten, stets zugänglichen Räumen untergebracht sein. Ggf. ist eine Ersatzstromversorgung für mindestens 4 Stunden erforderlich. Für die notwendigen Kabel, Verbindungseinrichtungen und Antennen gilt das unter Punkt 9.2.2.1 ausgeführte analog. Abbildung 9-3: Aktive Gebäudefunkanlagen für die Feuerwehr - Blockschaltbild Das System sollte, angesteuert durch das Auslösen einer zu installierenden Brandmeldeanlage, automatisch eingeschaltet werden (vergl. Punkt 5.6.5). Das Rücksetzen der BMA in den Ruhezustand schaltet das System dann wieder ab. Die zentrale Betriebstechnik von Gebäudefunkanlagen ist in einem Raum zu installieren, der - analog zur Unterbringung einer Brandmelderzentrale, siehe Punkt 5.6.1 - feuerbeständige Wände und Decken und feuerhemmende Türen hat. Alle verwendeten Leitungen, Kabel, Verbindungseinrichtungen und Antennen sind in Funktionserhaltklasse E 90 nach DIN 4102-12 zu verlegen und vor unbeabsichtigten mechanischen Beschädigungen zu schützen. 9.2.3 Feuerwehr-Gebäudefunkbedienfeld Zum Einschalten aktiver Gebäudefunkanlagen die nicht automatisch durch eine Brandmeldeanlage angesteuert und betriebsbereit gemacht werden, ist in DIN 14663 ein Feuerwehr-Gebäudefunkbedienfeld - FGB - technisch beschrieben [9.19]. Die- Brandmeldeanlage Besprechungseinrichtung Störmeldeeinrichtung Schlüsselschalter 2 m -BOS Funkanlage HF- Koppelfeld Strahlerkabelschleife Außenantenne 2 m - Band Brandmeldeanlage Besprechungseinrichtung Störmeldeeinrichtung Schlüsselschalter 2 m -BOS Funkanlage HF- Koppelfeld Strahlerkabelschleife Außenantenne 2 m - Band <?page no="481"?> 467 ses ermöglicht der Feuerwehr die einfache Inbetriebnahme von Gebäudefunkanlagen (in Analogie zum Feuerwehr-Bedienfeld für Brandmeldanlagen, siehe Kapitel 5). Das FGB ist in unmittelbare Nähe der Gebäudefunkanlage oder an einer von der zuständigen Brandschutzdienststelle festgelegten Stell zu installieren. Aus einsatztaktischer Sicht empfiehlt sich die gemeinsame Installation mit der Brandmeldeanlage, über die bauliche Anlagen, die ein Gebäudefunksystem erfordern, mit hoher Wahrscheinlichkeit verfügen. Hinsichtlich der technischen Ausführung, der Sicherung der Übertragungswege etc. gilt das in Kapitel 5 zum FBF ausgeführte Abbildung 9-4: Feuerwehr-Gebäudefunkbedienfeld FGB nach DIN 14663 9.3 Feuerwehrpläne für bauliche Anlagen Für eine rasche Orientierung am Objekt und zur Beurteilung der Lage benötigen die Feuerwehren für komplexere bauliche Anlagen oder Anlagen mit besonderen Gefahren Feuerwehrpläne nach DIN 14095 [9.20]. Diese Pläne enthalten in einem einheitlichen Zeichen- und Farbschema für die Feuerwehr wichtige Informationen. Die Erstellung von Feuerwehrplänen obliegt dem Betreiber der baulichen Anlagen (Rechtsgrundlage ist in der Regel § 54 MBO [9.21]) und unterliegt in der Regel den Vorgaben der örtlichen Feuerwehr. Feuerwehrpläne müssen die folgenden Angaben enthalten: Mindestangaben: Bezeichnung des Objektes; Art der Nutzung; Lage der Hauptzufahrt (nach Möglichkeit am unteren Rand des Planes) Nordpfeil <?page no="482"?> 468 Entfernungsraster von (vorzugsweise) 10 m (ggf. 20 m oder 50 m), mit Angabe des Rastermaßes Abbildung 9-5: Beispiel für einen Feuerwehrplan für bauliche Anlagen nach DIN 14095 <?page no="483"?> 469 Bezeichnung der Geschossigkeit (z. B.: -1-E+3+1D), ggf. des Geschosses; Brandwände und sonstige raumabschließende Wände; Öffnungen in Decken und Wänden; Zugänge und Notausgänge (grüne Pfeile); Treppenräume und Treppen, deren Laufrichtung und die über sie erreichbaren Geschosse; nicht befahrbare und nicht begehbare Flächen (Farbe: gelb); besondere Angriffs- und Rettungswege (z. B. Fluchttunnel); Feuerwehr- und sonstige Aufzüge; Bedienstellen von brandschutztechnischen Anlagen (z. B. BMZ, RWA) und von sonstigen betriebstechnischen Anlagen die von der Feuerwehr bedient werden dürfen/ sollen; Steigleitungen Ortsfeste und bewegliche Löscheinrichtungen mit Angaben über Art und Menge der Löschmittel und Lage der Zentrale (Farbe: blau) Elektrische Betriebsräume. Besondere Angaben: Räume oder Flächen mit besonderen Gefahren (Farbe: rot); Art und Menge von: feuergefährlichen Stoffen, Gefahrstoffe in Bereichen mit biologischen Arbeitsstoffen ggf. Einstufung; Gefahrengruppe bei radioaktiven Stoffen; Gefahrengruppe bei gentechnischen Labors; Warnhinweise auf nicht einzusetzende Löschmittel: Hinweise auf besondere brandschutztechnische Risiken; Hinweise zu Aufstellfächen für Hubrettungsfahrzeuge; Hinweise zur Löschwasserversorgung (Entnahmestellen, Leistung, Schieber etc.; Farbe: blau); Hinweise zur Löschwasserrückhaltung (z. B. Abwasserpläne) elektrische Freileitungen und Oberleitungen. Ergänzende Angaben, z. B: Betreiber (Brandschutz-) Verantwortlicher Sicherheitsingenieur <?page no="484"?> 470 Sofern die (formatfüllende) Darstellung der baulichen Anlage auf einer Seite (A3) nicht möglich ist, kann ein Übersichtsplan beigefügt werden. Sonderpläne (z. B. Schnittbilder der Geschossigkeit, Entrauchungspläne, Abwasserpläne, etc.) sind für Gebäudeteile zu erstellen soweit dies zur Zweckerfüllung erforderlich ist. Abbildung 9-6: Beispiel für einen Geschossplan nach DIN 14095 <?page no="485"?> 471 Abbildung 9-7: Beispiel für einen Entrauchungsplan nach DIN 14095 <?page no="486"?> 472 9.4 Literaturverzeichnis zu Kapitel 9 [9.1] DIN 14462: 2012-09 Löschwassereinrichtungen Planung, Einbau, Betrieb und Instandhaltung von Wandhydrantenanlagen sowie Anlagen mit Über- und Unterflurhydranten [9.2] DIN 1988-600: 2010-02 Technische Regeln für Trinkwasserinstallationen - Teil 600: Trinkwasser-Installationen in Verbindung mit Feuerlösch- und Brandschutzanlagen; Technische Regeln des DVGW [9.3] DIN 14461-1: 2016-01 Feuerlösch-Schlauchanschlusseinrichtungen - Teil 1: Wandhydrant mit formstabilem Schlauch [9.4] DIN 14461-3: 2016-01 Feuerlösch-Schlauchanschlusseinrichtungen - Teil 3: Schlauchanschluß-Ventile PN 16 [9.5] Spangardt, G.: Neue Regeln für Wandhydranten unter Berücksichtigung von DIN 1988, in s+s report 6/ 2003 [9.6] DIN 14461-2: 2009-09 Feuerlösch-Schlauchanschlusseinrichtungen; Einspeiseeinrichtung und Entnahmeeinrichtung für Steigleitung „trocken" [9.7] DIN 14461-4: 2008-02 Feuerlösch-Schlauchanschlusseinrichtungen; Einspeisearmatur PN 16 für Steigleitung „trocken" [9.8] DIN 14461-5: 2008-02 Feuerlösch-Schlauchanschlusseinrichtungen; Schlauchanschlussarmatur PN 16 für Steigleitung „trocken" [9.9] DIN 14463-1: 2007-01 Löschwasseranlagen - Fernbetätigte Füll- und Entleerungsstationen - Teil 1: Für Wandhydrantenanlagen „nass/ trocken“ [9.10] DIN 14463-3: 2012-09 Löschwasseranlagen - Fernbetätigte Füll- und Entleerungsstationen - Teil 3: Be- und Entlüftungsventile PN 16 für Löschwasserleitungen „nass/ trocken" und „trocken" [9.11] DIN 14463-2: 2003-07 Löschwasseranlagen - Fernbetätigte Füll- und Entleerungsstationen - Teil 2: Für Wasserlöschanlagen mit leerem und drucklosem Rohrnetz; Anforderungen und Prüfung [9.12] DIN EN 54-2: 2016-03 Brandmeldeanlagen Teil 2: Brandmeldezentralen mit Änderung DIN EN 54-2: 1997-12/ A1: 2007-01 [9.13] DIN EN 12094-1: 2003-07 Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Bauteile für Löschanlagen mit gasförmigen Löschmitteln Teil 4: Anforderungen und Prüfverfahren für automatische elektrische Steuer- und Verzögerungseinrichtungen; mit Berichtigung 1: 2006-09 [9.14] DIN EN 54-4: 2015-11 Brandmeldeanlagen Teil 4: Energieversorgungseinrichtungen mit Ergänzungen DIN EN 54-4/ A1: 2003-03 und DIN EN 54-4/ A2: 2003-08 [9.15] Niedersächsische Bauordnung - NBauO - vom 3. April 2012 [9.16] DFV und AGBF-Bund: Fachempfehlung Nr. 1 vom 12. Januar 2012 Musteranforderunge für Objektfunk im BOS Digitalfunk http: / / www.feuerwehrverband.de/ fileadmin/ Inhalt/ FACHARBEIT/ FB4_Technik/ DF V-Fachempfehlung_Mindestanforderungen_digi_Objektfunkanlagen.pdf [9.17] Alscher, A.: Funkreichweitenverbesserung: Das IKODA Passiv Repeater System, FFZ Feuerwehr Fachzeitschrift 8/ 2003 [9.18] DIN 4102-12 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen - Funktionserhalt von elektrischen Kabelanlagen, Anforderungen und Prüfungen <?page no="487"?> 473 [9.19] DIN 14663: 2016-02 - Feuerwehr-Gebäudefunkbedienfeld [9.20] DIN 14095: 2007-05 Feuerwehrpläne für bauliche Anlagen [9.21] ARGEBAU: Musterbauordnung - MBO - i. d. F. vom Mai 2016 und Begründung hierzu <?page no="488"?> 474 10 Anlagen zur Löschwasserrückhaltung Am 1. November 1986 brannte in Basel eine Lagerhalle der Sandoz AG, in der im Wesentlichen Pflanzenschutzmittel gelagert waren, vollständig ab [10.1]. Der Werkfeuerwehr und den örtlichen Feuerwehren gelang es zwar, nach mehreren Stunden den Brand zu löschen, jedoch wurden mit den abfließenden Löschwassern erhebliche Mengen des in der dort gelagerten Konzentration hochgiftigen Pflanzenschutzmittels in den Rhein gespült. In der Folge kam es zu einer großflächigen Vergiftung der Flora und Fauna des Rheines, die sich bis zum Niederrhein hinzog. Diese letztlich durch den Eigentümer der Lagerhalle verursachte Schädigung der Umwelt stellt eine Verletzung der Wasserhaushaltsgesetzes (WHG [10.2]) durch ihn dar. Dieses Gesetz verpflichtet dazu: „… bei Maßnahmen, mit denen Einwirkungen auf ein Gewässer verbunden sein können, die nach den Umständen erforderliche Sorgfalt anzuwenden, um eine Verunreinigung des Wassers oder eine sonstige nachteilige Veränderung seiner Eigenschaften zu verhüten…“. Aufgrund des in § 19 g Absatz 1 WHG niedergelegten sog. „Besorgnisgrundsatzes“ wird dies für Anlagen zum Lagern, Abfüllen, Herstellen, Behandeln und Verwenden wassergefährdender Stoffe dahingehende präzisiert, dass diese „…so eingebaut, aufgestellt, unterhalten und betrieben werden, dass eine Verunreinigung der Gewässer oder eine sonstige nachteilige Veränderung ihrer Eigenschaften nicht zu besorgen ist.“ Die Anlagen müssen so ausgeführt sein und betrieben werden, dass sie mindestens den allgemein anerkannten Regeln der Technik entsprechen. Danach war es auch für die Sandoz AG erforderlich, zu verhindern, dass kontaminierte Löschwasser in ein Oberflächengewässer gelangen konnte. Die Entstehung des abfließenden Löschwassers war nicht zu vermeiden, da stets nur ein Teil des aufgebrachten Wassers verdampft. Auch ist regelmäßig davon auszugehen, dass das Löschwasser mit Brandfolgeprodukten, Brandgut oder sonstigen Stoffen verunreinigt sein kann. Zwar verfügte das Sandoz Werk über Möglichkeiten zur Löschwasserrückhaltung, diese waren jedoch offensichtlich nicht ausreichend. 10.1 Technische Regeln Löschwasser-Rückhaltung In der Analyse dieses Unglücks [10.3], [10.4] und den daraus gezogenen Schlussfolgerungen wurde erkannt, dass die damalige Vielfalt von Richtlinien zur Bemessung von Auffangräumen bei Lagerung umweltgefährdender, giftiger, sehr giftiger oder auch brennbarer Flüssigkeiten für Anwender - im Wesentlichen die chemische Großindustrie und der Handel - aber auch Behörden nicht mehr handhabbar war. <?page no="489"?> 475 Die vor 1986 vorhandenen gesetzlichen und technischen Regeln beschäftigen sich in erster Linie mit Gefährdungsaspekten die von den stofflichen Eigenschaften der Gefahrstoffe ausgehen (Explosionsgefahr, Brandgefahr, Vergiftungsgefahr, Verätzungsgefahr), nicht aber mit den Folgen von Bränden. Unter dem Eindruck des Brandes bei Sandoz wurden seit 1986 die in Tabelle 10-1 aufgeführten technischen Regelwerke zur Rückhaltung kontaminierter Löschwässer eingeführt bzw. überarbeitet. Tabelle 10-1: Ältere Technische Regeln zur Löschwasser-Rückhaltung Regeln zur Bemessung von Auffangräumen Kurzbezeichnung Titel Stand VCI-Richtlinie Brandschutzkonzept in Chemielagern, VCI 1/ 1987 TRGS 514 Technische Regeln für Gefahrstoffe Lagern sehr giftiger und giftiger Stoffe in Verpackungen und ortsbeweglichen Behältern, BArbBl 12/ 1992 S. 40 bis 12/ 1992 Anlage 1 zur TRbF 100 TRBF 100 Technische Regeln für brennbare Flüssigkeiten - Allgemeine Sicherheitsanforderungen, BArbBl 7/ 8 1980 (in die Neufassung der TRbF 100 vom11/ 87 eingeflossen) 7/ 1980 11/ 1987 TRbF 110 DABF-Empfehlungen Sicherheitstechnische Anforderungen an ortsfeste Löschwasser-Rückhalteeinrichtungen in Lagern für brennbare Flüssigkeiten, BArbBl 5/ 1989 5/ 1989 TRbF 210 Technische Regeln für brennbare Flüssigkeiten - Lager Gefahrenklasse A III (A I, A II, B) 2/ 1996 Anhang 1 zur TRGS 524 TRGS 514 Technische Regeln für gefährliche Stoffe - Lagern sehr giftiger und giftiger Stoffe in Verpackungen und ortsbeweglichen Behältern - Brandschutzkonzept 9/ 1987 IPS-Leitlinie Regeln zur Verbesserung des Brandschutzes in Pflanzenschutzmittellagern, Anhang zur IPS-Leitlinie Brandschutz in Pflanzenschutzmittellagern, Industrieverband Pflanzenschutz e. V. 5/ 1987 CEA-Richtlinie Empfehlungen für den Brandschutz für Lager mit gefährlichen Stoffen, Comiteé Européen des Assurances, Commision Incendie, Sous Commission 42P 5/ 1992 VdS-Richtlinie 2218 Richtlinien für den Brandschutz für Lager mit gefährlichen Stoffen 6/ 1988 Löschwasser- Rückhalte-Richtlinie Richtlinie zur Bemessung von Löschwasserrückhalteanlagen beim Lagern wassergefährdender Stoffe - Löschwasser-Rückhalte-Richtlinie (LöRüRl) - Einführungserlasse der Bundesländer 8/ 1992 In der Folge wurde mit der Erarbeitung einer einheitlichen Löschwasser-Rückhalte- Richtlinie (LöRüRl) [10.5] unter Beteiligung der großen Hersteller und Verarbeiter wassergefährdender Stoffe sowie der Feuerwehren begonnen. Die Löschwasser- Rückhalte-Richtlinie wurde dann 1992 fertig gestellt und gilt nach Einführung durch die Bundesländer im Wesentlichen bis heute. Einige Kritikpunkte und neuere Ansätze zur Löschwasser-Rückhaltung werden in den Punkten 10.4 und 10.5 dargestellt. <?page no="490"?> 476 10.2 Löschwasser-Rückhalte-Richtlinie (LöRüRl) Zur Klärung der Frage nach ausreichenden aber nicht überdimensionierten Rückhaltevolumina für kontaminiertes Löschwasser wurden insgesamt 312 Brände analysiert, bei denen Daten über die verbrauchte Löschwassermenge (oder die eingesetzten Rohre der Feuerwehr und die Löschzeit) und die Brandfläche bekannt waren (Günther et. al. [10.6]). Hieraus konnten u. A. die folgenden Erkenntnisse abgeleitet werden: fast alle Brandflächen lagen unterhalb von 2400 m², da in der Regel bei größeren Brandabschnittsflächen besondere bauliche bzw. anlagentechnische Brandschutzmaßnahmen (Brandmeldeanlagen, automatische Löschanlagen) vorhanden sind, die verhindern können, das Großbrände entstehen, der Löschwasserverbrauch steigt annähernd linear mit der Brandfläche und kann mit der Beziehung, Maximale Löschwassermenge in m³ = 1,5 * Brandfläche in m² beschrieben werden, die Brände mit Löschzeiten über 90 Minuten konzentrieren sich um die obige Grenzgerade, so dass davon auszugehen ist, dass die Löschwasserverbräuche Maximalwerte für vollentwickelte Brände handelt, vollentwickelte Großbrände erfassen in der Regel den gesamten Brandabschnitt, so dass die Brandfläche identisch mit der Brandabschnittsfläche ist, wenn die Brandabschnittsfläche 600 m² überschreitet muss mit großer Wahrscheinlichkeit mit einem Vollbrand gerechnet werden, der eine Löschzeit von 90 Minuten und mehr erfordert Aus Untersuchungen zur Menge des tatsächlich zur Brandlöschung beitragenden Löschwassers [10.7] war bekannt, dass nur etwa die Hälfte der aufgebrachten Wassermengen verdampfen, so dass mit ca. 50% abfließendem Löschwasser gerechnet werden muss. Aus diesen Erkenntnissen wurde folgende grundlegende Bemessungsregel für erforderliche Rückhaltevolumina für möglicherweise kontaminiertes Löschwasser abgeleitet: Maximal erforderliches Rückhaltevolumen in m³ = 0,75 * Brandfläche in m² Ausgehend von diesen Untersuchungen und Überlegungen fanden schließlich die folgenden Parameter in der „Richtlinie zur Bemessung von Löschwasserrückhalteanlagen beim Lagern wassergefährdender Stoffe (LöRüRl)“ Berücksichtigung (siehe z. B. bei Temme [10.8]): Art der zuständigen Feuerwehr(en): öffentliche Feuerwehr(en), Werkfeuerwehr, die die Eingreifzeit wesentlich beeinflusst, <?page no="491"?> 477 Brandschutztechnische Infrastruktur des Betriebes (Brandmeldeanlage, Löschanlagen), die die denkbare Brandentwicklung und damit die Brandfläche beeinflusst, Fläche des Lagerabschnittes (= potenzielle Brandabschnittsfläche), Lagermenge, Lagerdichte und Lagerhöhe als Größen die die Brandlasten und damit die Möglichkeiten der Brandausbreitung und Erfolgsaussichten der Brandbekämpfung beeinflussen, Art des Lagers (im Freien, in Gebäuden verschiedener Geschossigkeit, in ortsbeweglichen oder ortsfesten Behältern) als Größen die die Ausbreitungsmöglichkeit von Schadenfeuern und die Erreichbarkeit der Brandstellen beeinflussen. Die LöRüRl wurde in allen Bundesländern mit Einführungserlassen als technische Baubestimmung eingeführt. Die wichtigsten Regelungen zur Löschwasserrückhaltung werden in den folgenden Punkten (z. T. etwas verkürzt) erläutert. 10.2.1 Wassergefährdende Stoffe Die LöRüRl gilt für Wassergefährdende Stoffe nach dem Wasserrecht (WHG [10.2] und Landeswassergesetze). Wassergefährdende Stoffe sind feste, flüssige und gasförmige Stoffe, die geeignet sind, nachhaltig die physikalische, chemische oder biologische Beschaffenheit des Wassers nachteilig zu verändern. Die Einstufung von wassergefährdenden Stoffen erfolgt nach den Vorschriften des Wasserrechts (VwVwS [10.9]) entsprechend ihrer Gefährlichkeit in folgende Wassergefährdungsklassen (WGK): WGK 1: schwach wassergefährdende Stoffe (Beispiele: Essigsäure, Schwefelsäure) WGK 2: wassergefährdende Stoffe (Beispiele: Ammoniak, Leichtes Heizöl) WGK 3: stark wassergefährdende Stoffe (Beispiele: Benzin, Chlor) (Für Stoffe, deren Wassergefährdungspotential nicht sicher bekannt ist, werden die Anforderungen an die Löschwasserrückhaltung nach WGK 3 ermittelt.) Die Sicherheitsphilosophie der LöRüRl geht von einer vollständigen Rückhaltung des erfahrungsgemäß (Punkt 10.1) zu erwartenden kontaminierten Löschwassers aus. Daher muss für Stoffe der WGK 1 mindestens 100% Auffangvolumen für Löschwasser vorhanden sein. Wegen des höheren Gefährdungspotenzials wird für Stoffe der WGK 2 eine Auffangkapazität von 150% und für Stoffe der WGK 3 von 200% des zu erwartenden Schadwassers gefordert. <?page no="492"?> 478 Zur Ermittlung des insgesamt vorzuhaltenden Rückhaltevolumens bei Zusammenlagerung von Stoffen unterschiedlicher Wassergefährdungsklassen gilt: 1 t WGK 3 entspricht 100 t WGK 1 und 1 t WGK 2 entspricht 10 t WGK 1 10.2.2 Geltungsbereich der Löschwasser-Rückhalterichtlinie Die Löschwasser-Rückhalterichtlinie (LöRüRl) gilt für bauliche Anlagen in denen wassergefährdende Stoffe der Wassergefährdungsklasse WGK 1 mit mehr als 100 t je Lagerabschnitt oder der Wassergefährdungsklasse WGK 2 mit mehr als 10 t je Lagerabschnitt oder der Wassergefährdungsklasse WGK 3 mit mehr als 1 t je Lagerabschnitt gelagert werden. Die Richtlinien gelten sowohl für die Lagerung in baulichen Anlagen wie im Freien. Vom Geltungsbereich der Löschwasser-Rückhalte-Richtlinie ausgenommen sind sog. „Bereitstellungen“ und „innerbetriebliche Beförderungen“ (näheres hierzu enthält Punkt 10.2.5) sowie solche Stoffe, für die besondere Vorschriften existieren, insbesondere: Stoffe, die bei Berührung mit Wasser entzündliche Gase entwickeln, explosionsgefährliche Stoffe Druckgase organische Peroxide ammoniumnitrathaltige Düngemittel radioaktive Stoffe Die Vorschriften der LöRüRl gelten sowohl für Lager insgesamt, als auch für Lagerabschnitte, die für sich allein die jeweiligen Bedingungen erfüllen. 10.2.3 Sicherheitskategorien Auf Betreiben der chemischen Großindustrie, die in der Regel in den entsprechenden Chemiewerken über Werkfeuerwehren verfügen (vgl. Punkt 2.2), wurden ”Sicherheitskategorien” geschaffen, die die Leistungsfähigkeit der örtlichen Brand- <?page no="493"?> 479 schutz- und Hilfeleistungskräfte bei der Rückhaltung bzw. dem Entstehen kontaminierten Löschwassers berücksichtigen, so ähnlich, wie es auch in der Industriebaurichtlinie [10.10] bzw. in DIN 18230-1 [10.11] der Fall ist. Ausgangspunkt war dabei die Überlegung, dass das Löschwasser-Rückhaltevolumen umso kleiner sein kann, je schneller ein Brand erkannt, bekämpft und effektiv erfolgreich gelöscht werden kann. Die höheren Sicherheitskategorien der LöRüRl führen zu der Möglichkeit, bestimmte Stoffe überhaupt lagern zu können bzw. die sonst zugelassenen Lagermengen zu erhöhen. Es werden in der LöRüRl folgende Sicherheitskategorien unterschieden: Sicherheitskategorie K 1: öffentliche Feuerwehr keine besondere Anforderung an die Brandmeldung Sicherheitskategorie K 2: öffentliche Feuerwehr besondere Anforderung an die Brandmeldung Sicherheitskategorie K 3: Werkfeuerwehr besondere Anforderungen an die Brandmeldung Sicherheitskategorie K 4: öffentliche Feuerwehr oder Werkfeuerwehr und automatische Feuerlöschanlage einschließlich automatischer Brandmeldung 10.2.4 Allgemeine Anforderungen an Löschwasser-Rückhalteanlagen Anlagen zur Rückhaltung von Löschwasser sind nicht erforderlich, wenn die (Gesamt-)Lagermenge kleiner als 200 t WGK 1 ist (bis 5% WGK 2 zulässig). Anlagen zur Rückhaltung von Löschwasser müssen die folgenden allgemeinen Anforderungen erfüllen (vergl. VdS 2564-1 [10.22]): ausreichende Dichtigkeit (Stahl, 20 cm wasserundurchlässiger Beton nach DIN 1045-2 [10.12], geeignete Folien) ausreichende Beständigkeit des Materials (ggf. auch vorhandener Dichtungen) gegen zu erwartende Medien über die bis zur Entsorgung zu erwartende Zeit <?page no="494"?> 480 Feuerwehrumfahrten für Freilager > 1 600 m² offene Löschwasser-Rückhalteanlagen für die Feuerwehr erreichbar gemeinsame Löschwasser-Rückhaltung zulässig, Ausrichtung nach dem größten Lagerabschnitt Nutzung von Auffangräumen nach VbF [10.13] oder VAwS [10.14] können bei entsprechender Vergrößerung als Löschwasser- Rückhalteanlagen mit benutzt werden Überfüllung muss rechtzeitig erkannt werden können keine Beeinträchtigung der Löschmaßnahmen der Feuerwehr durch offene Löschwasser-Rückhalteanlagen Beständigkeit gegen Brandwärme (wo erforderlich) schneller, folgerichtiger und sicherer Einsatz (bei nicht automatischen Systemen) durch nicht mehr als 2 Personen 10.2.5 Lagern, Lagerdichte und Lagermenge Beim Lagern von Wassergefährdenden Stoffen in Blocklagern mit Lagerguthöhen bis zu 4 m, in Blocklagern mit Lagerguthöhen bis zu 5 m bei Vorhandensein einer automatischen Feuerlöschanlage, in Regallagern mit Lagerguthöhen bis zu 5 m, in Block- und Regallagern mit Lagerhöhen bis zu 6 m, wenn jede Lagerguteinheit von mindestens einer Seite für den Löschangriff der Feuerwehr zugänglich ist und eine Lagerguttiefe von 1,5 m je Lagerguteinheit nicht überschritten wird, in Regallagern mit Lagerguthöhen bis zu 40 m bei Vorhandensein einer automatischen Feuerlöschanlage bestimmen sich die zulässige Lagermenge und die zulässige Fläche des Lagerabschnitts nach Tabelle 10-2. Die zugrunde gelegte Lagerdichte von ca. 1 t/ m² entspricht den Erfahrungen aus Lagern der einschlägigen Industrie. Bei Lagern von brennbaren Flüssigkeiten nach VbF [10.13] sind für die Lagermengen und Lagerflächen die Regelungen der VbF und der TRbF 20 [10.16] maßgeblich. Unter Lagern wird nach LöRüRl das Vorhalten von Stoffen zur weiteren Nutzung, Abgabe oder Entsorgung verstanden. Nicht als Lagern im Sinne der LöRüRl zählen die Bereitstellung von Stoffen im Produktionsprozess und das sog. transportbedingte Zwischenlagern für die innerbetriebliche Beförderung, während das Bereithalten zur Abgabe (= Auslieferung) - sofern dafür regelmäßig besondere Stellen genutzt werden - als Lagern klassifiziert wird. <?page no="495"?> 481 Tabelle 10-2: Lagergrößen und Lagermengen nach LöRüRl Sicherheitskategorie Zulässige Lagermenge sowie zulässige Fläche des Lagerabschnitts in t bzw. m² (bei Lagerdichten von 0,7 bis 1,2 t/ m²) 1) in Gebäuden Geschosszahl: 1, erdgeschossig 2) im Freien (Randbedingungen Punkt 10.2.8) 1 2 3 4 5 6 7 WGK 1 3) WGK 2 WGK 3 WGK 1 WGK 2 WGK 3 K 1 200 50 50 200 75 100 K 2 800 400 200 800 600 400 K 3 1 200 800 600 1200 1200 1200 K 3 (2 Staffeln) 1 600 1 000 800 1600 1500 1600 K 3 (Zug) 2 000 1 200 1 000 2000 1800 2000 K 4 4 000 3 000 2 400 4000 4500 4800 1) Bei einer Lagerdichte unter 0,7 t/ m² sind die angegebenen Werte für die Fläche mit dem Faktor 1,3 zu multiplizieren; bei einer Lagerdichte von mehr als 1,2 t/ m² sind die angegebenen Werte für die Fläche mit dem Faktor 0,5 zu multiplizieren. 2) Abminderungsfaktoren für erdgeschossig angeordnete und mehrgeschossige Lagerabschnitte für Sicherheitskategorie K 2, K 3 und K 4: in Gebäuden mit zwei Geschossen: 0,7 in Gebäuden mit drei Geschossen: 0,6 in Gebäuden mit mehr als drei Geschossen: 0,5 3) Keine Löschwasser Rückhaltung erforderlich, wenn im Lagerabschnitt bis zu 200 t WGK 1- Äuqivalent (Punkt 10.2.1) mit maximal 5% WGK 2 zulässig sind. 10.2.6 Bemessung von Löschwasser-Rückhalteanlagen Die Größe der gemäß LöRüRl erforderlichen Auffangräume für Löschwasser wird von den folgenden Faktoren beeinflusst: der Wassergefährdungsklasse der Lagerung in Gebäuden oder im Freien der Lagerfläche/ Lagermenge der Lagerart und der Lagerhöhe der Art und Größe der Lagerbehälter der Sicherheitskategorie Dabei ist die Bemessung im Einzelnen sehr detailliert vorgegeben. Für die häufigsten Fälle werden im Folgenden die Regelungen der LöRüRl dargestellt. Beispiele für sich ergebende Auffangraumgrößen mit den jeweiligen Randbedingungen enthält Abbildung 10-1. <?page no="496"?> 482 Bei brennbaren wassergefährdenden Flüssigkeiten sind zusätzlich und vorrangig die Vorschriften der Verordnung über brennbare Flüssigkeiten und der darauf beruhenden technischen Regeln zu beachten. 10.2.7 Lagern in Verpackungen, ortsbeweglichen Gefäßen und Behältern bis 3000 Liter Inhalt in Gebäuden Die Bemessung der erforderlichen Löschwasser-Rückhaltevolumina für die unter Punkt 10.2.5 genannten Lagerflächen bestimmt sich nach Tabelle 10-3 , sofern die Lagerguthöhen 12 m nicht überschreiten. Die Gefahrstoffe dürfen sich dabei in ortsbeweglichen Gefäßen und Behältern (Flaschen, Kanister, Container) befinden, die maximal 3000 Liter Inhalt haben. Hiervon werden dann auch versandfertig verpackte, auf Paletten gelagerte Kleingebinde erfasst, so dass die Regelungen der Tabelle 10-3 auf die meisten in der Praxis anzutreffenden Lager anzuwenden sind. Tabelle 10-3: Lagergrößen und Auffangvolumina für Lagerhöhen bis 12 m Lagergrößen und Auffangvolumina für Lagerhöhen bis 12 m Fläche des Lagerabschnittes [m²] Erforderliches Volumen der Löschwasser-Rückhalteanlage für WGK 1 in den Sicherheitskategorien bei K 1 und K 2 [m³] bei K 3 und K 4 [m³] 25 6 6 50 12 12 75 18 18 100 25 25 150 45 40 200 70 55 250 100 70 300 135 90 400 200 125 500 250 150 600 300 150 700 350 150 800 400 150 900 450 150 >= 1000 500 150 Beim Lagern von Stoffen der WGK 2 sind die angegebenen Werte für das Volumen mit dem Faktor 1,5 zu multiplizieren, bei Lagern von Stoffen der WGK 3 mit dem Faktor 2 Ergeben sich aus der tatsächlichen Fläche des Lagerabschnitts Zwischenwerte, so darf bei der Ermittlung des Volumens der Löschwasser-Rückhalteanlage nach Tabelle 10-3 interpoliert werden. Dies gilt auch, wenn die Fläche des Lagerabschnittes weniger als 25 m² beträgt. Die unter Anwendung der Tabelle 10-3 ermittelten <?page no="497"?> 483 Volumina von Löschwasser-Rückhalteanlagen sind in Abbildung 10-1 graphisch dargestellt. Abbildung 10-1: Auffangräume für kontaminiertes Löschwasser nach LöRüRl bei erdgeschossiger Lagerung und Lagerdichte 1 t/ m²; Nomenklatur: WGK: Wassergefährdungsklasse; G: in Gebäuden; F: im Freien; K: Sicherheitskategorie nach Punkt 10.2.3. Anwendungsbeispiel: Es sollen 600 t Gefahrstoff der Wassergefährdungsklasse 3 auf einer Lagerfläche im Freien gelagert werden. Bei Sicherheitskategorie 1 - nur öffentliche Feuerwehr - sind dann 600 m³ Auffangraum für die Löschwasserrückhaltung erforderlich. Ist die Sicherheitskategorie 4 verfügbar, verringert sich der erforderliche Auffangraum auf 300 m³. <?page no="498"?> 484 Sofern die Lagerguthöhe 12 m überschreitet (d. h. im Wesentlichen bei Hochregallagerung), ist die Tabelle 10-4 maßgeblich. Tabelle 10-4: Lagergrößen und Auffangvolumina für Lagerhöhen > 12 m Lagerguthöhe in m Erforderliches Volumen der Löschwasser- Rückhalteanlage für WGK 1 in m³ 12 < h 18 175 18 < h 24 225 24 < h 32 275 32 < h 40 325 Beim Lagern von Stoffen der WGK 2 sind die angegebenen Werte für das Volumen mit dem Faktor 1,5 zu multiplizieren, beim Lagern von Stoffen der WGK 3 mit dem Faktor 2. 10.2.8 Lagern in Verpackungen, ortsbeweglichen Gefäßen und Behältern bis 3000 Liter Inhalt und Schüttgüter im Freien Die ‚Bemessung der Löschwasser-Rückhalte-Anlagen bestimmt sich für diese Lagerarten nach Tabelle 10-3. Dabei müssen die Anforderungen an die Sicherheitskategorie vollständig erfüllt sein, d. h. auch im Freien muss eine geeignete automatische Brandmeldeanlage und/ oder eine geeignete automatische Löschanlage vorhanden sein. Eine Lagerung im Freien liegt auch vor, wenn das Lager mit einem Wetterschutzdach versehen ist, sofern mindestens 3 vollflächig offene Seiten vorhanden sind (Belüftung, Brandbekämpfung) Wärmeabzugsflächen von mindestens 50 % der Grundfläche im Dach vorhanden sind die Überdachung nicht wärmegedämmt ist. Die Werte für die Auffangvolumina der Tabelle 10-3 sind dann in Sicherheitskategorie K 2 mit dem Faktor 1,5 in Sicherheitskategorie K 3 mit dem Faktor 2,0 zu multiplizieren (analog zur zulässigen Lagergröße, vergl.Tabelle 10-2). Die Werte für Sicherheitskategorie K 4 gelten nur dann, wenn für den Einsatz im Freien nachweislich geeignete automatische Brandmelder und eine automatische Löschanlage installiert sind. <?page no="499"?> 485 10.2.9 Ortsfeste Behälter und ortsbewegliche Behälter über 3000 Liter Unter die nachfolgenden Regelungen fallen im Wesentlichen Tanks, Tankfahrzeuge und große Aufsetztanks. Da diese Tanks bereits aufgrund der erforderlichen mechanischen Stabilität und der für den Transport maßgebenden Sicherheitsanforderungen gegen Havarien eine deutlich höhere Sicherheit auch bei Bränden aufweisen als Kleingebinde, sind trotz der großen potenziell freizusetzenden Stoffmengen die erforderlichen Rückhaltevolumina für Löschwasser im Verhältnis zur Lagermenge geringer als bei Stückgutlagerung in einer Vielzahl kleinerer Behälter. 10.2.9.1 Lagerung ohne Löschwasser-Rückhaltung In folgenden Fällen wassergefährdender Substanzen sind Löschwasser-Rückhalteanlagen nicht erforderlich: nichtbrennbare Flüssigkeiten in brennbaren Behältern, wenn ein Auffangraum für die wassergefährdende Flüssigkeit vorhanden ist, bei Lagerung in Behältern, die vollständig im Erdreich eingebettet sind, bei Lagerung in doppelwandigen Behältern aus Stahl mit einem Rauminhalt 1 000 m³, die mit einem zugelassenen Leckanzeigegerät ausgerüstet sind, für brennbare pastöse Stoffe, die unter erhöhter Temperatur gelagert werden, und feste brennbare Stoffe ist im Einzelfall zu entscheiden, ob und welches Löschwasser-Rückhaltevolumen erforderlich ist. 10.2.9.2 Lagern von brennbaren Flüssigkeiten Soweit Auffangräume für brennbare Flüssigkeiten aufgrund der Vorschriften der VbF [10.13], des VAWS [10.14] oder einzelner Prüfbescheide erforderlich sind und diese Auffangräume auch als Löschwasser-Rückhalteanlagen genutzt werden sollen, muss das Fassungsvermögen der Auffangräume für den Produktaustritt und zusätzlich zur Aufnahme des Löschwassers und/ oder Löschschaumes berechnet werden. Es ist entweder die Höhe des Auffangraumes. wie er nach TRbF 110 und TRbF 210 (siehe Anmerkung! ) zu bemessen ist, um 30 cm zu erhöhen, soweit Schwerschaum nach DIN EN 1568-3 [10.18] verwendet wird (siehe Anmerkung), oder <?page no="500"?> 486 über geeignete Mechanismen eine Beschränkung des Füllgrades der Behälter herbeizuführen, so dass stets ein ausreichender Freiraum des Auffangraumes gewährleistet ist oder rechnerisch nachzuweisen, dass das Fassungsvermögen ausreicht. Anmerkung: Die TRbF 110 und die TRbF 210 sind bei der 2002 abgeschlossenen Überarbeitung der Technischen Regeln für brennbare Flüssigkeiten soweit erforderlich in die TRbF 20 [10.16] eingearbeitet worden. Die Festlegungen für die Größe der Auffangräume für brennbare Flüssigkeiten sind unverändert übernommen worden (jetzt TRbF 20 Punkt 3.2.3) und legen folgendes fest: Auffangräume für die Lagerung brennbare Flüssigkeiten müssen mindestens fassen können: den Rauminhalt des größten in ihnen aufgestellten Tanks bei Lagerung in ortsbewegliche Gefäßen - Lagermenge bis 100 m³: 10 % des gesamten Lagervolumens, mindestens den Inhalt des größten Einzelgefäßes - Lagermenge von 100 m³: bis 1000 m³ 3 % des gesamten Lagervolumens, mindestens 10 m³ bei Lagermenge von mehr als 1000 m³: 2 % des gesamten Lagervolumens, mindestens 30 m³ Der rechnerische Nachweis der ausreichenden Rückhaltevolumina erfolgt nach der Gleichung: Gleichung 10-1 : V G = V P + W L + W B + V Sch - P - E Darin bedeutet: V G = Gesamt-Fassungsvermögen V P = Fassungsvermögen für die brennbaren Flüssigkeiten in m³ gemäß TRbF 110 Nr. 7.4 und TRbF 210 Nr. 3.5 W L = Wassermenge aus dem Löschmittel in m³ (Schaum nach DIN EN 1568-3 [10.18]) multipliziert mit den Bewertungsfaktoren F G , F L und F F nach Tabellen 9.5 bis 9.7 W B = Wassermenge in m³ von der Berieselung (Kühlung nach DIN 14495 [10.17]), soweit es mit dem Löschwasser W L vermischt wird, multipliziert mit den Bewertungsfaktoren F G , F L und F F nach Tabelle 10-5 bis Tabelle 10-7 V Sch = Löschschaumvolumen in m³ bei einem angenommenen 50%igen Zerfall des Schaumes nach DIN 14493-2 P = in benachbarte Auffangräume oder in andere Behälter abgeführte brennbare Flüssigkeiten in m³ E = in andere Löschwasser-Rückhalteanlagen abgeleitetes Löschwasser, bzw. Wasser aus dem Löschschaum oder getrennt von Lagergut abgeleitetes, nicht verunreinigtes Löschwasser in m³ <?page no="501"?> 487 (z. B. über eine Einrichtung nach TRbF 110 Nr. 7.59 (jetzt TRbF 20 Punkt 4.3.3.3; siehe Anmerkung! ) Über die obigen Bewertungsfaktoren F G , F L und F F sollen für die Lagerung brennbarer Stoffe wichtige Besonderheiten des betrieblichen Brandschutzes genauer erfasst werden. Dabei wird für die als "typisch" angesehenen Verhältnisse jeweils der Faktor 1 angesetzt, sofern die angetroffenen Verhältnisse z. B. hinsichtlich der Größe der vorhandenen Auffangräume dazu führen könnten, dass mehr kontaminiertes Löschwasser als 0,75 m³ je Quadratmeter potentieller Brandfläche anfällt, wird der zu berücksichtigende Faktor größer als 1, im umgekehrten Fall kleiner als 1. Tabelle 10-5: Bewertungsfaktor für Auffangräume Bewertungsfaktor F G für die Größe der Auffangräume Fläche in m² Bewertungsfaktor G 1 = bis 100 F G1 = 0,8 G 2 = über 100 bis 1 000 F G2 = 0,9 G 3 = über 1 000 bis 2 000 F G3 = 1,0 G 4 = über 2 000 bis 5 000 F G4 = 1,05 G 5 = über 5 000 F G5 = 1,1 Die Fläche G ist die größte freie Fläche des Auffangraumes (Fläche des Auffangraumes abzüglich der Fläche bzw. der in ihm aufgestellten Behälter). Bei der Unterteilung eines Auffangraumes durch Zwischenwälle oder Wände gelten die Faktoren F G entsprechend den Teilflächen. Der Bewertungsfaktor F G (Tabelle 10-5) trägt der Tatsache Rechnung, dass ein Brand in kleineren Auffangräumen schneller und daher mit weniger Löschmittel gelöscht werden kann. Die Zeit für das Wirksamwerden von Löschmaßnahmen (der Feuerwehr oder der Löschanlage) steigt nämlich mit der Größe der Brandfläche auf Grund der bereitzustellenden Einsatzkräfte und -mittel deutlich an [10.20]. Daneben wird der Löschmittelverlust durch Abbrand (bei Schaum) etwas größer, so dass mehr Löschmittel aufzubringen ist. Der Bewertungsfaktor F L (Tabelle 10-6) berücksichtigt die Tatsache, dass mit später einsetzender Brandbekämpfung der Brand größer wird und die zu erwartende Löschmittelmenge und damit das potenzielle Schadwasservolumen ansteigen. Der Bewertungsfaktor F F (Tabelle 10-7) soll berücksichtigen, dass in der Regel davon auszugehen sein dürfte, dass öffentliche Feuerwehren aufgrund der fehlenden Ortskenntnis und möglicherweise fehlender Spezialausrüstung etwas länger brauchen werden um wirksame Brandbekämpfungsmaßnahmen umzusetzen. Der Brand wird damit gegenüber dem Vorhandensein einer Werkfeuerwehr potenziell größer, zum Ablöschen wird daher mehr Löschmittel erforderlich sein. <?page no="502"?> 488 Tabelle 10-6: Bewertungsfaktor für Brandbekämpfungsanlagen Bewertungsfaktor F L für Löschart/ Feuerlöschanlagen Löschart/ Feuerlöschanlage Bewertungsfaktor L 1 = mobile Brandbekämpfung F L1 = 1,1 L 2 = mobile Brandbekämpfung mit automatischer Brandmeldung F L2 = 1,05 L 3 = halbstationäre nichtautomatische Feuerlöschanlage F L3 = 1,05 L 4 = stationäre nichtautomatische Feuerlöschanlage F L4 = 1,0 L 5 = halbstationäre nichtautomatische Feuerlöschanlage mit automatischer Brandmeldung F L5 = 0,95 L 6 = stationäre nichtautomatische Feuerlöschanlage mit automatischer Brandmeldung F L6 = 0,9 L 7 = stationäre automatische Feuerlöschanlage einschließlich automatischer Brandmeldung F L7 = 0,8 Bei der Berechnung der aufzufangenen Löschwasservolumina ist im Regelfall eine Brandbekämpfungsdauer von 30 Minuten anzusetzen. Die aufgrund der Brandbekämpfung zu erwartenden Löschmittelmengen ist somit durch Multiplikation der erforderliche Löschmittelrate (in Liter/ m² Minute, siehe hierzu z. B. [10.20]) mit 30 Minuten zu ermitteln. Sofern während der Brandbekämpfung Lagergut aus dem/ den betroffenen Behälter/ n in andere Behälter abgeführt werden kann (Risikoanalyse im Einzelfall erforderlich! ), kann dies bei der Bemessung der Löschwasser-Rückhaltevolumina berücksichtigt werden. Gleiches gilt für einen evtl. anzusetzenden Abbrand. Tabelle 10-7: Bewertungsfaktor für Brandbekämpfungsmaßnahmen Bewertungsfaktor F F für Brandbekämpfung durch die Feuerwehr Brandbekämpfung durch die Feuerwehr Bewertungsfaktor F 1 = öffentliche Feuerwehr F F1 = 1,1 F 2 = Werkfeuerwehr F F2 = 1,0 10.3 Technische Ausführung von Löschwasser-Rückhalteanlagen Löschwasser-Rückhalteanlagen sind Anlagen, die dazu bestimmt und geeignet sind, das bei einem Brand anfallende verunreinigte Löschwasser bis zu einer geordneten <?page no="503"?> 489 Entsorgung aufzunehmen. Im Allgemeinen werden die folgenden Ausführungen unterschieden (vergl. z. B. bei Rossmann [10.15] und VdS 2564-1 [10.22]): selbsttätig wirkende bauliche Systeme nicht selbstständig wirksame technische Systeme stationär automatisch auslösend stationär manuell auszulösen mobil manuell einzusetzen. Als selbsttätig wirkende bauliche Löschwasser-Rückhalteanlage gelten Anlagen, in die das Löschwasser ohne zusätzliche Maßnahmen allein aufgrund der Schwerkraft abläuft. Hierzu gehören Löschwasser Rückhaltebecken außerhalb oder innerhalb von Gebäuden, die als solche erstellt werden, sonstige offene oder geschlossene Becken, Kanäle, Gruben, Rohre oder Behälter ( z. B. Auffangräume für brennbare Flüssigkeiten nach TRbF 20 [10.15], Tanks, Regenwasserkanalisation) sonst anders genutzte Räume und Flächen (abgesenkte bzw. durch überfahrbare Aufkantungen abgetrennte Verkehrsflächen, Kellerräume, ) Da die genannten Flächen im Normalfall eine Oberflächenentwässerung benötigen, muss diese entweder über im Einsatzfall automatisch abgeschaltete Pumpen erfolgen oder der Regenwasserablauf durch im Einsatzfall automatische Klappen oder Ventile (betätigt durch die Masse des an- oder aufströmenden Löschwassers) verschlossen werden. Das in der Regel erhebliche Volumen der Oberflächenentwässerung unterhalb der Nutzfläche (Regenwasserkanalisation) kann bei kleineren Gefahrstofflagern bzw. gefahrstoffverarbeitenden Betrieben zur Löschwasserrückhaltung genutzt werden, wenn an geeigneten Stellen - vor Eintritt des Wassers in den Vorfluter - automatische Absperreinrichtungen eingebaut werden. Natürlich müssen dazu die Verhältnisse der Entwässerung auf das Genaueste bekannt sein. Nicht selbstständig wirkende technische Systeme zur Rückhaltung von Löschwasser benötigen Energie und/ oder der Aktivierung durch anwesende Personen um wirksam zu werden. Automatische Systeme werden aufgrund geeigneter Kenngrößen (Brandrauch, Brandwärme) aktiviert und fahren pneumatisch, elektrisch, hydraulisch oder durch Feder- oder Schwerkraft in die Absperrposition. Als stationäre, automatisch wirkende Rückhaltesysteme werden z. B. eingesetzt: die oben genannten Auffangeinrichtungen, in die das Löschwasser jedoch durch automatisch anlaufende Pumpen gefördert wird, <?page no="504"?> 490 Löschwasserbarrieren (in Toren, Ausfahrten, Durchfahrten und sonstigen Öffnungen, in der Oberflächenentwässerung) die selbsttätig auslösen und in die Absperrposition fahren Löschwassersperren innerhalb des Rohrnetzes der Oberflächenentwässerung (Absperrschieber, Wehre, Dichtkissen und sonstige Absperreinrichtungen), die automatisch aktiviert werden. Um für bestehende Gebäude die Anforderungen der LöRüRl umsetzen zu können werden - wo erforderlich - die Umfassungswände des Gebäudes durch Anstriche von Innen wasserundurchlässig gemacht. Betriebsnotwendige Türen erhalten Schwellen, oder werden - wo Schwellen nicht möglich sind - durch fest installierte und im Einsatzfall durch die (Werk-)Feuerwehr in die Absperrposition zu bringende Barrieren verschlossen. Diese Systeme werden an der baulichen Anlage fest installiert oder benötigen zumindest fest installierte Halterungen. Als stationäre, jedoch erst durch Personen - z. B. die Feuerwehr - einsatzbereit gemachte Löschwasser-Rückhaltesysteme werden eingesetzt: von Hand auszulösende Löschwasserbarrieren (bewegliche Schwellen, Spundwände) handbetätigte Absperreinrichtungen (Schieber, Klappen) von Hand in fest installierte Halterungen einzusetzende Barrieren Wenn fest installierte Anlagen zur Löschwasser-Rückhaltung nicht erforderlich sind oder nicht zur Verfügung stehen können eine Vielzahl mobiler Systemen eingesetzt werden, um situationsangepasst Auffangräume - ggf. auch zunächst temporär - zu schaffen (siehe z. B. bei Ziegler [10.17]): Einlauf-Abdichtungen (Gully-Ei, Magnetfolien, Sandsäcke) mobile Mehrkammer-Sperrschläuche Kanaldichtkissen ad hoc erstellte Erdwälle, Auffangräume aus Folien mit oder ohne Medienkreislauf (von der Feuerwehr bei auslaufendem Gefahrstoff als Erstmaßnahme häufig eingesetzt) Sicherheitscontainer, Absaugfahrzeuge. Der Einsatz nicht automatischer stationärer und insbesondere mobiler Systeme muss jedoch zeitgerecht umsetzbar sein. Sofern der Einsatz durch die öffentliche Feuerwehr erfolgen soll, sind sie daher vom Betreiber gemeinsam mit der örtlich zuständigen Feuerwehr zu planen und in die Feuerwehreinsatzpläne für den Betrieb aufzunehmen. <?page no="505"?> 491 10.4 Grenzen der LöRüRl Die Löschwasser-Rückhalterichtline von 1992 erfuhr schon bald nach ihrer Einführung Kritik. Einwände hinsichtlich vorgeblich zu großer und damit unwirtschaftlicher Auffangräume sind im Wesentlichen der zu erwartenden maximalen zurück zu haltenden Löschwassermenge geschuldet (Punkt 10.2 und dort zitierte Originalliteratur). Gleiches gilt für die Beschränkung der maximalen Lagerflächen nach LöRüRL. Es wurden daher verschiedene Alternativen für die Berechnung des notwendigen Auffangraumes für kontaminiertes Löschwasser vorgeschlagen (UMH [10.28], UALux [10.29]). Andere Einwände beziehen sich auf (Koppe [10.23], VdS [10.31]) den Geltungsbereich der LöRüRL, die insbesondere nicht anwendbar ist für Umschlaganlagen Abfüllanlagen, Produktionsanlagen (Herstell-, Behandlungs- und Verwendungsanlagen) Rohrleitungsanlagen die Beschränkung auf in Wassergefährdungsklassen eingestufte Stoffe und Vernachlässigung von u. a.: noch nicht als wassergefährdend eingestuften Stoffen Stoffen, die nicht als wassergefährdend eingestuft werden können (z. B. Lebensmittel wie Fette, Öle etc.) aber im Brandfall Schäden verursachen können, Stoffen, die erst im Brandfall wassergefährdende Stoffe freisetzen oder als Verbrennungsprodukt erzeugen (z. B. Chlorwasserstoff, Dioxine, Benzpyren, vergl. hierzu in VdS [10.31] und UALux [10.29], sowie Punkt 14.7) Stoffe, die während der Brandbekämpfung in die Umwelt gelangen (z. B. Schaummittel). Sehr informative Schilderungen einiger Brandereignisse, deren Folgen für die Umwelt und Kosten für die Schadensbeseitigung enthält VdS [10.31]. Insgesamt setzt sich mehr und mehr die Auffassung durch, dass Löschwasser in der Regel schadstoffbelastet ist und daher Maßnahmen zur Kontrolle der Ausbreitung und/ oder Entsorgung in den meisten Fällen erforderlich sind (siehe auch Punkt 10.6). <?page no="506"?> 492 10.5 Löschwasser-Rückhaltung nach VdS 2557 Das Institut für Brandschutz der VdS Schadenverhütung hat 2013 eine Leitlinie zur Planung und zum Einbau von Löschwasser-Rückhalteanlagen - VdS 2557 - herausgegeben, die die Thematik umfassend behandelt und für die unter Punkt 10.4 dargestellten Kritikpunkte Lösungen anbietet. Es bleibt derzeit (Anfang 2016) noch abzuwarten, ob diese Leitlinie eines Tages zur Modifizierung der RöRüRL führt. Wegen des analytischen Ansatzes und damit zukunftweisenden Charakters werden im Folgenden die wesentlichen Inhalte dargestellt. Unabhängig vom möglichen Freiwerden von Gefahrstoffen auf Grund von Havarien ohne Brand, stellt VdS 2557 zunächst klar, dass Maßnahmen zur Löschwasser- Rückhaltung nicht erforderlich sind, wenn Brände mit Sicherheit ausgeschlossen werden können im Brandfall nur mit nicht wasserhaltigen Löschmitteln gelöscht wird (Pulver, Gas, Inertisierung vergl. Punkte 6.7, 6.8 und 6.11) Als Ergebnis einer Gefahren- und Risikoanalyse (Punkt 110.5.3) sich lediglich eine überwiegend geringe und nur in wenigen Fällen mittlere Bewertung des stofflichen Gefahrenpotentials ergibt. Für die Berechnung der Löschwasser-Rückhaltevolumina sind folgende Schritte durchzuführen: Erfassung des stofflichen Gefahrenpotentials Erfassung weiterer relevanter Kriterien (z. B. Nähe zu Wasserschutzgebieten, organisatorische Randbedingungen) Bewertung und Analyse der Ergebnisse Berechnung der erforderlichen Rückhaltevolumina 10.5.1. Stoffliches Gefahrenpotential Als stoffliches Gefahrenpotential im Sinne der VdS 2557 gelten u. a.: in eine Wassergefährdungsklasse eingestufte Stoffe wassergefährdende Stoffe, die noch nicht eingestuft sind, aber wegen der von ihnen ausgehenden potentiellen Gefahren (R-Sätze,bzw. H-Sätze, vergl. GHS [10.30]) so eingestuft werden können Lebensmittel und vergleichbare Stoffe, die nicht als wassergefährdend eingestuft werden können <?page no="507"?> 493 Betriebsstoffe, die oder deren Verbrennungsprodukte schädliche Eigenschaften aufweisen; insbesondere: Rohstoffe, Hilfsstoffe, Zwischenprodukte, Halbfertig- und Fertigprodukte, Betriebstoffe (Treibstoffe, Schmierstoffe, Kühlmittel, etc.) Packmittel (Kartons, Folien, Paletten, etc.), Lager- und Transporthilfen (Förderfahrzeuge) sowie Abfälle Baustoffe die oder deren Verbrennungsprodukte schädliche Eigenschaften aufweisen; insbesondere: Dämmstoffe, Abdichtungen, Kunststoffe, Imprägnierungen von Holzbauteilen, etc. Löschmittel. Die Klassifizierung der stofflichen Gefahren erfolgt auf Grund folgender Stoffeigenschaften: Wassergefährdungsklasse gemäß Tabelle 10-8 Brandgefahrenklasse gemäß Tabelle 10-9 sonstiger ggf. vorhandener Gefahrenpotentiale gemäßTabelle 10-10. Tabelle 10-8: Stoffklassifizierung nach Wassergefährdungsklasse, R- und H-Sätzen WGK 1) GHS-Äquivalent R-Sätze H-Sätze 1 gesundheitsschädlich R22, R 21, R 20 H 302, H 312, H 332 2 giftig R 25, R 24, R 23 H 301, H 311, H 331 3 sehr giftig R 28, R 27, R 26, R 23 H 300, H 310, H 330 1) 1 t WGK 3 entspricht 10 t WGK 2 entspricht 100 t WGK 1 Zur Einschätzung der Brandeigenschaften von Materialien nutzt VdS 2557 folgende Kriterien: Flammpunkt brennbarer Flüssigkeiten Heizwert und Abbrandgeschwindigkeit bei Feststoffen Stoffmenge bwz. Brandlast (entsprechend dem in DIN 18230 beschriebenen Verfahren) Materialien, denen keines der in Tabelle 10-8 oder Tabelle 10-9 genannten Gefährdungsmerkmale zugeordnet werden kann, haben nicht selten dennoch eine oder mehrere der nachfolgenden schädlichen Eigenschaften: Entstehung von Schadstoffen im Brandfall (z. B. Entwicklung von Chlor und nachfolgend Salzsäure beim Verbrennen von PVC) <?page no="508"?> 494 Freiwerden von enthaltenen Schadstoffen im Brandfall (z. B. bei der brandbedingten Zerstörung von Behältern für Betriebsstoffe oder beim Verbrennen imprägnierter Holzbauteile) Löschen nur mit wassergefährdenden Sonderlöschmitteln möglich (z. B. Schaum bei Reifenbränden, Netzmittel bei Faserstoffen) Verursachung von Schäden bei unkontrollierter Freisetzung (z. B. Beeinträchtigung der Kiemenatmung von Wassertieren, Schäden an Lagergut oder Kontamination des Bodens durch Eindringen von freigesetztem Speiseöl,) Beispiele für solche Gefährdungspotentiale einiger Materialien und eine Klassifizierung des Riskos auf der Grundlage von Mengenschwellen enthält Tabelle 10-10 auf Seite 502 . Nicht aufgeführten Stoffen können i. A. durch Analogieschlüsse ebenfalls Mengenschwellen zugeordnet werden. Weitere nützliche Informationen hierzu enthalten UMH [10.28] und UALux [10.29]. Tabelle 10-9: Stoffklassifizierung nach Brennbarkeit - Beispiele (nach Tabelle 2 aus VdS 2557, wiedergegeben mit freundlicher Genehmigung des VdS) Beispiele Brandgefahrenklasse nach VdS 2557 1) F1 F2 F3 hochentzündlich - R 12 leichtentzündlich - R11 und rasch abbrennend entzündlich - R10 leicht bis normal brennbar, normal entflammbar schwerbrennbar (nur mit Stützfeuer) bzw. nicht brennbar Packmittel geschäumte Kunststoffe (PS, PU, etc.) Karton, Holz, Kunststoffe (PE, PP, PVC, etc.) Glas, Metall Waren, Lagergüter Aceton, Benzin, Kerosin, roter Phosphor Schwefel, Kohle, Heizöl, Reifen, Schmierstoffe Zement, Beton, Salzsäure Flüssigkeiten Flammpunkt < 55 o C Flammpunkt > 55 o C schwerbrennbar (nur mit Stützfeuer) bzw. nicht brennbar Baustoffe klassifiziert über Baustoffklasse (BSK) 2) leicht entflammbar (BSK B3) normal und schwerentflammbar (BSK B1 und B2) nicht brennbar Glas, Metall, Stein, Beton (BSK A1 und A2) 1) Es gilt: 1 t F1-Stoff entspricht 3 t F2-Stoff, F3-Stoffe tragen nicht zum Brand bei und bleiben daher bei der Aufsummierung unberücksichtigt 2) gemäß DIN 4102 bzw. DIN EN 13501-1 [10.33] <?page no="509"?> 495 Tabelle 10-10: Mengenschwellen von Materialien die im Brandfall Schadstoffe freisetzen oder sonstige Schäden setzen können - Beispiele (nach Tabelle 3 aus VdS 2557, wiedergegeben mit freundlicher Genehmigung des VdS) Betriebsstoffe Mögliche schädigende Konsequenzen Mengenschwelle pro Brandabschnitt für die Risikoabschätzung gering mittel hoch Lebensmittel (z. B. Speisefette und -öle, Honig, Milch, Speiseeis) Verstopfung der Kanalisation, Schädigung der Bausubstanz oder von Lagermaterialien, Überforderung biologischer Stufen von Abwasser- Kläranlagen (ARA), Verstärkung der Sauerstoffzehrung in Oberflächengewässern 10 t 500 t 1000 t Gummiprodukte (z. B. Reifen, Handschuhe) Freisetzung von Pyrolyseöl; Einsatz von Sonderlöschmitteln 5 t 25 t 50 t Aliphatische Kunststoffe, die nur C, H und S enthalten (z. B. PE, PP) Einsatz von Sonderlöschmitteln 25 t 100 t 500 t Kunststoffe, die Halogene und/ oder Schwefel und/ oder Stickstoff und/ oder aromatische Komponenten enthalten, (z. B. PVC, PA, PS) Freisetzung von Salzsäure, Blausäure, Schwefelwasserstoff, ggf. Dioxinen/ Furanen, Einsatz von Sonderlöschmitteln 10t 50 t 200 t Baustoffe Dämmstoffe, Dichtungen, Imprägnierungen, Beschichtungen Freisetzung von Schadstoffen, die bereits in den Baustoffen enthalten sind bzw. im Brandfall entstehen können PUR Bildung von Blausäure 10 t 50 t 200 t PS Bildung von PAK 10 t 50 t 200 t PVC Freisetzung von Salzsäure, u. U. auch Dioxinen/ Furanen 10 t 50 t 200 t Holzbaustoffe Freisetzung von schwermetallhaltigen Imprägnierungsstoffen, Belastung von Oberflächengewässern <?page no="510"?> 496 10.5.2. Sonstige Kriterien Wenn ein stoffliches Gefahrenpotential festgestellt wird, sind die sonstigen für die Brandvermeidung, Brandbekämpfung und Löschwasser-Rückhaltung relevanten Kriterien des Betriebes zu erfassen. Solche Kriterien können u. a. sein: Betriebsumgebung (Wasserschutzgebiete, offene Gewässer, etc.) Erforderliche Löschmittel nach Art und Menge (Schaummittel) Daten zum Entwässerungssystem (Größe und Ausführung des Kanalsystems, Art und Leistungsfähigkeit der Kläranlage, Vorfluter, etc.) Brandschutztechnische Infrastruktur (Feuerwehren, betriebliche Gefahrenabwehrstruktur, Löschanlagen, Branderkennung) Bauliche Voraussetzungen für die Löschwasserrückhaltung (Keller, Auffangräume, Abwasseranlagen, Kanalsystem, etc.) 10.5.3. Gefahren- und Risikoanalyse Mit den Daten aus den Punkten und kann sodann eine ganzheitliche Gefahren und Risikoanalyse für den Betrieb erstellt werden. VdS 2557 empfiehlt hierzu die Verwendung einer Matrix und stellt das hier als Tabelle 10-11 auf Seite 500 aufgeführte Muster zur Verfügung. Diese Mustermatrix ist entsprechend der örtlichen Gegebenheiten zu modifizieren und/ oder zu ergänzen. Sofern die Gefahren- und Risikomatrix des Betriebes ergibt, dass Maßnahmen zur Rückhaltung kontaminierten Löschwassers erforderlich sind (dies kann z. B. schon bei einem stofflichen Gefahrenpotential R3 und Überforderung der ARA der Fall sein), sind die erforderlichen Rückhaltevolumina nach Punkt 10.5.4 zu berechnen. 10.5.4. Abschätzung des Löschwasser-Rückhaltevolumens Aus der Literatur (z. B. Halpapp [10.34]) werden für Industriebrände mittleren Ausmaßes Löschwasserbeaufschlagungen von 3.200 m³/ min und 14000 m³/ min genannt. Die abhängige Löschwasserversorgung in Industriegebieten ist i. A. für 3200 l/ min dimensioniert (Punkt 4.4). Für einen Standard-Brandabschnitt von 1600 m² stehen somit 2 l/ min m² zur Verfügung. Hiervon verdampft die Hälfte, so dass VdS 2557 von einer spezifischen Wasserbeaufschlagung von 1 l/ min m² ausgeht. Die angenommene Löschzeit beträgt 4 Stunden. Es wird davon ausgegangen, dass innerhalb dieser Zeit etwa erforderlich werdenden weitere Auffangvolumina durch mobile oder nicht betriebsinterne Rückhalteund/ oder Entsorgungseinrichtungen bereit gestellt werden können. Somit ergibt sich für die Löschwasser- Rückhaltung nach VdS 2557 eine zu erwartende Spezifische Wasserleistung von 0,24 m³ je m² des Brandabschnittes. <?page no="511"?> 497 Tabelle 10-11 Matrix zur Gefahren- und Risikoanalyse (gemäß VdS 2557 A.1.1, wiedergegeben mit freundlicher Genehmigung des VdS) Musterbetrieb Risikoindices RI Kriterium R1 - niedrig R2 - mittel R3 - hoch A Stoffliches Gefahrenpotential Wassergefährdung Betriebsstoffe WGK 1 Äquivalent bzw. gesundheitsschädliche Menge >1 t WGK 1 Äquivalent bzw. gesundheitsschädliche Menge >10 t o. giftig > 1 t WGK 1 Äquivalent bzw. gesundheitsschädliche Menge >100 t o. giftig > 10 t o. sehr giftig > 1 t Wassergefährdung Verbrennungsprodukte (Betriebsstoffe und Baustoffe) WGK 1 Äquivalent bzw. gesundheitsschädliche Menge >1 t WGK 1 Äquivalent bzw. gesundheitsschädliche Menge >10 t oder giftig > 1 t WGK 1 Äquivalent bzw. gesundheitsschädliche Menge >100 t o. giftig > 10 t o. sehr giftig > 1 t Wassergefährdung Löschmittel WGK 1 Äquivalent bzw. gesundheitsschädliche Menge >1 t WGK 1 Äquivalent bzw. gesundheitsschädliche Menge >10 t o. giftig > 1 t WGK 1 Äquivalent bzw. gesundheitsschädliche Menge >100 t o. giftig > 10 t o. sehr giftig > 1 t Sonstige gefährliche Eigenschaften von Betriebs- und Lagergütern, Vorräten und Verbrennungsprodukten nach Mengenschwellen (Tabelle 10-10) gering - weniger gefährlich mittel - gefährlich hoch - sehr gefährlich B Brandeigenschaften Brennbarkeit und Menge Betriebsstoffe und Betriebshilfsstoffe schwer brennbar - F3 > 0,1 t/ m² F1-Äquivalent entzündlich - F2 > 1 t/ m² F1-Äquivalent hoch entzündlich - F1 > 10 t/ m² F1-Äuquivalent Brennbarkeit und Menge Baustoffe schwer entflammbar B1 > 1 t F1-Äquivalent normal entflammbar - B2 > 10 t F1-Äquivalent leicht entflammbar - B3 > 100 t F1-Äquivalent Brandlast von Betriebsstoffen, Betriebshilfsstoffen und Baustoffen gering / niedrig < 30 kWh/ m² mittel 30 kWh/ m² bis 200 kWh/ m² hoch > 200 kWh/ m² C Sonstige Kriterien Brandabschnitte < 1600 m² 1600 m² bis 6400 m² > 6400 m² Umgebung Gewerbe- und Industriegebiet Wohngebiete, Vogelschutzgebiete nach Natura-2000-RL Wasserschutzgebiet Zonen 1 bis 3; Flora-Fauna- Habitat-Schutz-gebiet nach Natura-2000-RL Abwasser- Reinigungsanalage ARA (Leistungsfähigkeit) ARA verkraftet kontaminiertes Löschwasser ARA verkraftet kontaminiertes Löschwasser n. Absprache mit zusätzlichen Maßnahmen ARA ist i. d. R. überfordert Brandschutztechnische Infrastruktur BS 4 BS 3 BS 2 Bauliche Voraussetzungen externe, dichte Auffangmöglichkeit Flüssigkeitsdichte Bodenflächen nicht flüssigkeitsdichte Bodenflächen Vorschäden, Beinahe- Unfälle und Bagatellereignisse i. Z. mit kontaminietem Löschwasser Keine geringfügige Auswirkungen gravierende Auswirkungen <?page no="512"?> 498 Auf der Grundlage dieser Spezifischen Wasserleistung SWL kann das erwartete kontaminierte Löschwasservolumen wie folgt berechnet werden: Gleichung 10-1: V = [(A tat * SWL * BAF * BBF) + M] / BSF mit: V = Löschwasservolumen [m³] A tat = tatsächliche Fläche des Brandabschnittes [m²] SWL = Spezifische Wasserleistung [m³/ m²] BAF = Brandabschnittsflächenfaktor [-] BBF = Brandbelastungsfaktor [-] M = Menge aller flüssigen Produktions, Betriebs- und Lagerstoffe [m³] mit oder ohne WGK im Brandabschnitt BSF = Brandschutzfaktor [-] Anmerkung: Es wird für M pauschal 1 t = 1 m³ angesetzt. Wenn im Brandabschnitt auch Tanks vorhanden sind, ist für M der Inhalt des größten Tanks zu 100% und der der übrigen Tanks zu 10% zu berücksichtigen. Im übrigen sind alle vorhandenen flüssigen (ggf. auch bei Erwärmung flüssig werdenden) Stoffe vollständig anzurechnen (z. B. auch der Inhalt von Rohrleitungen, Reaktoren, Kühlern etc.) BAF, BBF und BSF ergeben sich nach folgenden Gleichungen: Gleichung 10-2: BAF = 0,25 + (2500 / A tat ) * (0,8 + A tat / 10000) Gleichung 10-3: BBF = 4 / (BBK + 0,1 * BBK²) mit: BBK = Brandbelastungsklasse Gleichung 10-4: BBK = 7 - (0,1 m²/ kWh * q R ) 1/ 2 mit: q R = Brandlast [kWh/ m²] Die Ermittlung der Brandlast kann analog des in DIN 18230 beschriebenen Verfahrens, näherungsweise nach Gleichung 10-5 erfolgen oder für bestimmte Betriebsarten aus Tabellen (z. B. in VdS [10.31]) entnommen werden. Gleichung 10-5: q R = 600 * RAF * AbS [kWh/ m²] mit: RAF = Raumausnutzungsfaktor [-] AbS = Anteil brennbarer Stoffe [-] Der Raumausnutzungsfaktor RAF ist abhängig von der Betriebsart, der AbS vom prozentualen Anteil brennbarer Stoffe am vorhandenen Inventar. Beide Faktoren wurden anhand von Praxisbeispielen für VdS 2557 wie in Tabelle 10-12 aufgeführt festgelegt. <?page no="513"?> 499 Tabelle 10-12: Raumausnutzungsfaktor und Anteil brennbarer Stoffe Betriebsart RAF Anteil brennbarer Stoffe AbS Hochregallager (> 7,5 m OK Lagergut): 1,0 > 75 % 1,0 Regallager (bis 7,5 m OK Lagergut) 0,85 > 50 % 0,7 Bereitstellungs- und Kommissionierungslager 0,7 > 30 % 0,5 Produktion mit dichter Belegung 0,5 > 10 % 0,3 Produktion mit geringer Belegung 0,2 < 10 % 0,1 Der Brandschutzfaktor BSF bestimmt sich aus dem Brandschutzstandard des Betriebes gemäß: Gleichung 10-6: BSF = 0,85 * 1,4 0,27 * BS * BS mit: BS = Brandschutzstandard [-] Der Brandschutzstandard BS ist inhaltlich nahezu identisch definiert wie die Sicherheitskategorien SK der LöRüRL, jedoch sind zusätzliche Anforderungen an die Eingreifzeit festgelegt. Es gilt: Tabelle 10-13: Brandschutzstandards in VdS 2557 Brandschutztechnische Infrastruktur BS BSF Keine besonderen Anforderungen, Öffentliche Feuerwehr 1 0,93 BMA mit automatischen Brandmeldern und Aufschaltung zu einer ständig besetzten Stelle, Öffentliche Feuerwehr, Eingreifzeit < 10 Minuten 2 1,22 BMA mit automatischen Brandmeldern und Aufschaltung zu einer ständig einsatzbereiten Werkfeuerwehr, Eingreifzeit < 3 bis 5 Minuten 3 1,93 Automatische Löschanlage mit Aufschaltung auf eine ständig besetzte Stelle der Feuerwehr 4 3,64 Für die Berechnungen des Löschwasser-Rückhaltevolumens nach VdS 2557 steht ein automatisiertes Berechnungsblatt VdS 2557a zur Verfügung [10.32], das aus dem Internet herunter geladen werden kann. Anmerkung: Wenn die Berechnung erforderliche Rückhaltevolumina > 1000 m³ ergibt, sollte eine Verringerung der Brandabschnittsgröße erwogen werden. Die Berechnung nach VdS 2557 führt in der Regel zu geringeren Auffangvolumina als jene nach LöRüRL. Einige Beispiele sind in Abbildung 10-2 dargestellt. <?page no="514"?> 500 Abbildung 10-2: Beispiele für erforderliche Auffangräume für kontaminiertes Löschwasser nach VdS 2557 bei Stoffdichte M/ A von 1 t / m² = 1 m³ / m² Nomenklatur: q R [kWh/ m²] - M/ A tat - BS Anwendungsbeispiel: Es sind insgesamt 1000 t flüssige oder bei Erwärmung flüssig werdende Rohstoffe, Produkte und Betriebsstoffe im Brandabschnitt von 1000 m² vorhanden. Die Gesamtbrandbelastung beträgt 200 kWh/ m². Bei Brandschutzstandard 1 sind dann 1400 m³ Löschwasser-Rückhaltevolumen erforderlich. Bei Brandschutzstandard 4 veringert sich das Rückhaltevolumen auf 360 m³. 10.6 Löschwasserrückhaltung außerhalb von Anlagen Die Löschwasser-Rückhalterichtlinie behandelt ausdrücklich nur die Anforderungen an Anlagen zur Lagerung wassergefährdender Stoffe, wenn diese als Folge eines Brandes freiwerden können. VdS 2557 behandelt auch Nicht-Lager sowie Fälle, bei denen wassergefährdende Stoffe oder sonstige umweltschädliche Stoffe durch den <?page no="515"?> 501 Brand erst entstehen und die Umwelt beeinträchtigen. Das Freiwerden wassergefährdeter Stoffe als Folge eines Transportunfalls, bei dem es zum Brand kommt und Gefahrstoff freiwird oder entsteht und durch das Löschwasser verbreitet wird, bleibt ungeregelt. Weiter ist zu berücksichtigen, dass die Feuerwehr unter Umständen durch den Einsatz von Löschschaum - z. B. zur Brandbekämpfung bei Transportzwischenfällen - selbst wassergefährdende Stoffe in die Umwelt bringt (siehe z. B. bei de Vries et. al. [10.24], [10.25], Höllemann [10.26] Klein [10.27] oder VdS [10.31]). Es ist daher zu überlegen, ob nicht Löschwasser zunächst grundsätzlich zurückgehalten, und vor dem Einleiten in Gewässer auf Schadstoffe überprüft werden sollte. Bei Bränden in baulichen Anlagen die über keine Einrichtungen zur Löschwasser- Rückhaltung verfügen und Bränden außerhalb von baulichen Anlagen muss dies als Teil der Einsatztaktik der Feuerwehr von diesen stets mit bedacht werden. Herweg beleuchtet in [10.36] diesen Aspekt der Löschwasserrückhaltung als Bestandteil des von den Feuerwehren zu praktizierenden vorbeugenden Umweltschutzes. Melcher et. al. [10.37] untersuchen das Versickern kontaminierten Löschwassers und empfehlen eine Differenzierung der Einsatztaktik und des Löschmitteleinsatzes nach den vohandenen hydrogelogischen Verhältnissen. Sie halten ggf. sogar ein Entzünden auslaufender Gefahrstoffe durch die Feuerwehr für ratsam, wenn die Umweltbelastung insgesamt (Luft, Boden, Grund- und Oberflächenwasser) dadurch verringert werden kann. 10.7 Literaturverzeichnis zu Kapitel 10 [10.1] Sandoz/ Schweiz: Großbrand verursachte Umweltkatastrophe, 112-Magazin der Feuerwehr, 3/ 1987, S. 98 [10.2] Gesetz zur Ordnung des Wasserhaushaltes (Wasserhaushaltsgesetz -WHG) i. d. F. vom 31.08.2015 (BGBl. I S. 1474) [10.3] Die Lehren aus Sandoz; 112-Magazin der Feuerwehr, 8/ 1987, S 388 [10.4] Widetschek, Dr. O.: Die Lehren aus Sandoz, VB Vorbeugender Brandschutz 1988 S. 49 [10.5] Richtlinie zur Bemessung von Löschwasserrückhalteanlagen beim Lagern wassergefährdender Stoffe - Löschwasser-Rückhalte-Richtlinie (LöRüRl) - Einführungserlasse der Bundesländer [10.6] Günther, K.-P., Thon, W., Bockwoldt, M.: Löschwasserrückhaltung als Beitrag zum Umweltschutz, in: Brandschutz - Forschung und Praxis, Braunschweiger Brandschutz Tage 1989, Tagungsband, vfdb-Zeitschrift 1/ 1990 [10.7] Fuchs, P.: Brandversuche in natürlichem Maßstab, Forschungsstelle für Brandschutztechnik der Universität Karlsruhe 1977, Forschungsbericht Nr. 31 [10.8] Temme, H.-G.: Erläuterungen der Projektgruppe „Brandschutz im Industriebau“ zum Muster einer Richtlinie zur Bemessung von Löschwasser-Rückhalteanlagen beim Lagern wassergefährdender Stoffe (LöRüRl), Mitteilungen IfBt 5/ 1992 <?page no="516"?> 502 [10.9] Allgemeine Verwaltungsvorschrift über die nähere Bestimmung wassergefährdender Stoffe und ihre Einstufung entsprechend ihrer Gefährlichkeit (VwVwS) vom 09.03.90, i. d. F. vom 17. Mai 1999 BAnz. Nr. 98a vom 29. Mai 1999 [10.10] ARGEBAU: Muster-Richtlinie über den baulichen Brandschutz im Industriebau (Muster-Industriebaurichtlinie MIndBauRL) - Fassung Juli 2014 und Erläuterungen hierzu [10.11] DIN 18230-1: 2010-09 Baulicher Brandschutz im Industriebau - Teil 1 Rechnerisch erforderliche Feuerwiderstandsdauer [10.12] DIN 1045-2: 2008-08: Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton - Teil 2: Beton: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität [10.13] Verordnung über Anlagen zur Lagerung, Abfüllung und Beförderung brennbarer Flüssigkeiten zu Lande (Verordnung über brennbare Flüssigkeiten - VbF) vom 13. Dezember 1996 (BGBl. I 1996 Nr. 65 S. 1938), i. d. F.vom 24. Februar 1997 (BGBl. I 1997 Nr. 15 S. 447) [10.14] Muster-Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen und über Fachbetriebe - (VAwS) vom 17. Dezember 1997, Einführungserlasse der Bundesländer [10.15] Rossmann, G.: Löschwasser-Rückhalteanlagen - Bemessungsgrundlagen und technische Möglichkeiten, vfdb-Zeitschrift 4/ 2002 [10.16] Technische Regeln für brennbare Flüssigkeiten (TRbF); TRbF 20 - Läger, Ausgabe April 2001 (BArbBl. Nr. 4/ 2001 S. 59) i. d. F. v. 15. Mai 2002 (BArbBl. Nr. 6/ 2002 S. 63) [10.17] Albert Ziegler: Umweltschutz - Firmenbroschüre [10.18] DIN EN 1568-3: 2018-05 Feuerlöschmittel - Schaummittel - Teil 3: Anforderungen an Schaummittel zur Erzeugung von Schwerschaum zum Aufgeben auf nichtpolare (mit Wasser nicht mischbare) Flüssigkeiten; Deutsche Fassung EN 1568- 3: 2008 [10.19] DIN 14495: 1977-07: Berieselung von oberirdischen Behältern zur Lagerung brennbarer Flüssigkeiten im Brandfalle [10.20] De Vries; H.: Brandbekämpfung mit Wasser und Schaum; ecomed verlag, Augsburg 200, ISBN 3-609-68740-1 [10.21] DIN EN 13565-2: 2009-09 Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen - Schaumlöschanlagen - Teil 2: Planung, Einbau und Wartung [10.22] VdS 2564-1: 2004-10 VdS Richtlinien für Löschwasser-Rückhalteanlagen - Bauteile und Systeme - Anforderungen und Prüfmethoden - Teil 1: Stationäre Löschwasserbarrieren [10.23] Koppe, A.: Die Löschwasser-Rückhalte-Richtlinie: Ist es höchste Zeit für eine Aktualisierung? , vfdb-Zeitschrift 4/ 2008, S. 175 ff [10.24] De Vries; H.: Toxikologische Bewertung des Einsatzes von Schaum, in: Brandbekämpfung mit Wasser und Schaum, Handbuch Brandschutz, ecomed-Verlag 2002 [10.25] De Vries, H., Höllemann, H., Wienecke A.: Toxikologische Bewertung des Einsatzes von Class-A-Foam, in vfdb-Zeitschrift 2/ 2001, S. 62 ff <?page no="517"?> 503 [10.26] Höllemann, H.: Environmental Problems caused by fire-fighting and fire-fighting agents, International Association for Fire Safety Science, Proceedings of the Forth International Symposium, 1995, S. 61 ff [10.27] Klein, R.: Foam on fire - on the cusp of change, Fire & Rescue October 2004 [10.28] Umweltministerium Hessen: Handlungsempfehlung Vollzug des Gebotes zur Rückhaltung verunreinigter Löschmittel im Brandfall vom 17.11.2011 https: / / umweltministerium.hessen.de/ sites/ default/ files/ HMUELV/ handlungsempfe hlung_loeschmittel_im_brandfall.pdf [10.29] Umweltamt Luxemburg: EXP-136-LW Notwendigkeit und Gestaltung von Löschwasserrückhaltungseinrichtungen, Mai 2003 http: / / www.environnement.public.lu/ guichet_virtuel/ etabl_classes/ index_formulair es/ EXP-136-LW.pdf [10.30] Global Harmonisiertes System (GHS) zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien; nach Verordnung (EG) Nr. 1272/ 2008 (CLP-VO) http: / / www.baua.de/ de/ Publikationen/ Poster/ GHS-02.pdf? __blob=publicationFile http: / / www.baua.de/ de/ Publikationen/ Poster/ GHS-03.pdf? __blob=publicationFile [10.31] VdS 2557: 2013-03 Planung und Einbau von Löschwasser- Rückhalteeinrichtungen http: / / vds.de/ fileadmin/ vds_publikationen/ vds_2557_web.pdf [10.32] VdS 2557a: 2013-07 Berechnungsblatt Löschwasser-Rückhaltevolumen http: / / vds.de/ fileadmin/ vds_publikationen/ vds_2557a_web.pdf [10.33] DIN EN 13501-4: 2015-12 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten Teil 4: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Feuerwiderstandsprüfungen von Anlagen zur Rauchfreihaltung [10.34] Halpapp, W.: Die Bedeutung der örtlichen Brandbekämpfungsvoraussetzungen im Baugenehmigungsverfahren, vfdb Zeitschrift 3/ 78 [10.35] Verband der Sachversicherer: VdS 2357: 2002-10 - Richtlinien zur Brandschadensanierung, Köln 2002 [10.36] Herwig, H.: Konzepte für den vorbeugenden Umweltschutz, iBMB Weiterbildungsseminar Brandschutz im Industriebau, Braunschweig 1990, Referateband [10.37] Melcher, C., Göbel, P., Schäfer, K.: Entwicklung eines Konzeptes zur Bewertung der Umweltgefährdung während des Feuerwehreinsatzes aus hydrogeologischer Sicht, in: vfdb-Zeitschrift 3/ 2004, Seite 143 ff. <?page no="518"?> 504 11 Anlagentechnischer Brandschutz für Aufzüge Aufzüge sind eigentlich Teil der Gebäudetechnik. Jedoch müssen für den Brandfall im Gebäude bestimmte Sicherheitseinrichtungen bzw. Anlagenkomponenten an Aufzügen realisiert werden, um deren Stillsetzung einerseits bzw. sichere Nutzbarkeit andererseits zu gewährleisten. Im Folgenden werden die wichtigsten brandschutztechnischen Anforderungen an die Brandfallsteuerung von Standardaufzügen Sicherheitsaufzüge mit verlängerter Betriebszeit im Brandfall Evakuierungsaufzüge Feuerwehraufzüge dargestellt. Brandschutztechnische Anforderungen an die Ausführung des Gebäudes (Fahrschacht, Vorräume, etc.) werden dargestellt, wo sie über jene an allgemeine Aufzüge hinausgehen. 11.1 Brandfallsteuerung für Standardaufzüge Im Brandfall können Aufzüge für darin befindliche Personen zur tödlichen Falle werden (siehe z. B. [11.1]). Daher müssen Aufzüge bei einer Branddetektion unmittelbar in einen sicheren Bereich gesteuert und dort mit offenen Türen stillgesetzt werden (Evakuierungsfahrt). Die technischen Anforderungen an die Brandfallsteuerung von Aufzügen enthält DIN EN 81-73 [11.2]; VDI 6017 [11.3] enthält weitergehende Regelungen zur Umsetzung der Vorgaben der DIN EN 81-73 sowie Hinweise, wie automatische Brandfallsteuerungen für Aufzugsanlagen in Gebäuden ohne flächendeckende Brandmeldeanlage realisiert werden können. Brandfallsteuerungen sollen grundsätzlich getrennt von der betrieblichen Aufzugssteuerung realisiert werden, und müssen letztere im Brandfall übersteuern können. Alle der Brandfallsteuerung entgegen wirkenden Fahrbefehle (aus dem Fahrkorb und den Haltestellen) müssen im Brandfall unwirksam sein. Statische Brandfallsteuerung Grundsätzlich ist im Brandfall der Aufzug in der Bestimmungshaltestelle mit geöffneten Türen stillzusetzen (bei Durchladeaufzügen sind nur die Türen in Fluchtrichtung zu öffnen). Diese statische Brandfallsteuerung bedingt jedoch, dass mindestens an der Bestimmungshaltestelle ein sicherer Aufzugsvorraum vorhanden ist, in den Feuer und Rauch nicht eindringen können und von welchem aus ein Ausgang ins Freie er- <?page no="519"?> 505 reicht werden kann. Sofern ein solcher sicherer Vorraum nicht realisiert werden kann, ist in der Regel eine dynamische Brandfallsteuerung erforderlich. Dynamische Brandfallsteuerungen Dynamische Brandfallsteuerungen sind Entscheidungsalgorithmen, die auch die Bedingungen an der Bestimmungshaltestelle bei der Steuerung von Aufzügen berücksichtigen, d. h. mindestens zwei brandortabhängig definierte Bestimmungshaltestellen haben. Je nach Konzeption des Gebäudes können auch mehrere Ausweichhaltestellen definiert werden. Im Brandfall in der primären Haltestelle wird der Fahrkorb entsprechend in ein Geschoss gesteuert, aus dem keine Brandmeldung vorliegt. Dynamische Brandfallsteuerungen bedingen daher mindestens Rauchschalter im Fahrschacht und an den Haltestellen, eine flächendeckende Brandmeldeanlage ist aus brandschutztechnischer Sicht vorzuziehen. Die Verknüpfung der Brandfallsteuerung von Aufzügen und Rauchschalter / Brandmeldeanlage erfolgt mit Hilfe einer Brandfall-Steuermatrix (Punkt 5.8.7). Selbstverständlich muss die Erreichbarkeit eines sicheren Ausganges ins Freie von allen definierten Brandfall-Haltestellen gewährleistet sein. 11.2 Sicherheitsaufzüge Sicherheitsaufzüge ermöglichen einen begrenzten Weiterbetrieb im Brandfall, wenn sie durch dieses Ereignis nicht selbst gefährdet sind (Fahrkorb, Fahrschacht, Maschinenraum etc.). Die Anforderungen an Sicherheitsaufzüge enthält die VDI- Richtlinie 6017. Sicherheitsaufzüge sind so zu konstruieren und zu betreiben, dass Beeinträchtigungen durch übliche Gefahrenquellen technisch weitgehend ausgeschlossen werden. Sie ermöglichen damit eine Selbstrettung auch mobilitätseingeschränkter Personen. Sicherheitsaufzüge haben folgende wesentliche Merkmale: geeignet für mobilitätseingeschränkte Personen gemäß DIN EN 82-70 [11.4], d. h.: Mindestgröße 1,0 m x 1,25 m, Türbreite mindestens 0,8 m Erreichbarkeit der Bedienungseinrichtungen auch durch Rollstuhlfahrer gewähr