Feuerlöschanlagen im Hochbau - Der neueste Trend von Dipl.-Wirt.-Ing.(FH) Günter Knopf

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1 Feuerlöschanlagen im Hochbau - Der neueste Trend von Dipl.-Wirt.-Ing.(FH) Günter Knopf Auf Grund der wachsenden Bevölkerungszahlen in Ballungsgebieten wächst auch die Bebauung in der Citylage. Die immer höher werdenden Gebäude bedeuten für die örtlichen Stadtfeuerwehren sehr große Herausforderungen. Diesem Umstand geschuldet wurde eine Hochhausrichtlinie erarbeitet, welche in Gebäuden über 60 Meter eine Sprinkleranlage fordert. Sprinkleranlagen haben sich seit über 100 Jahren bewährt und nach wie vor ihre Daseinsberechtigung. Ihr Aufbau und ihre Wirkungsweise wird in der einschlägigen technischen DIN EN Norm, den amerikanischen NFPA 13 Norm, aber auch in der versicherungsrelevanten VdS Norm CEA 4001 beschrieben. Die MHochhR (Musterhochhausrichtlinie vom Mai 1981) besagt Selbsttätige Feuerlöschanlagen mit gleichmäßig über die Fläche verteilten Sprühdüsen wie Sprinkleranlagen müssen vorhanden sein, wenn das Maß nach 2 Abs. 4 MBO mehr als 60 m beträgt. Die Forderung nur Sprinkleranlagen für den Hochhausschutz einzusetzen mag jahrzehntelang aus Ermangelung von Alternativlöschsystemen durchaus berechtigt gewesen sein. Zwischenzeitlich wurden neue Systeme entwickelt, welche mit viel weniger Löschmittel mehr Löscheffekte und somit noch größere Löschwirkungen erzielen. Entsprechend dazu minimiert sich ebenfalls die Rückhaltung von kontaminierten Löschmitteln, was im Interesse des Umweltschutzes steht, aber auch einen erheblichen Kostenfaktor bei den Entsorgungsbetrieben und in den Versicherungsbeiträgen bedeutet. Durch die neue Musterhochhausrichtlinie 4/2008 ist es nun möglich weitere mögliche Feuerlöschverfahren für den Hochhausschutz einzusetzen. Zitat: Hochhäuser müssen automatische Feuerlöschanlagen haben, die die Brandausbreitung in den Geschossen und den Brandüberschlag von Geschoss zu Geschoss ausreichend lang verhindern. Durch die nicht zwingend benannte Anwendung von Sprinkleranlagen können zusätzlich zu den bisherigen konventionellen Sprinkleranlagen nun weitere fünf Hochhaus-Löschverfahren zur Anwendung kommen: 1. Wassernebelhochdruck-Sprinklerlöschanlagen 2. Wassernebelniederdruck-Sprinklerlöschanlagen 3. Sprühnebel-Niederdruckanlagen zur Fluchtwegsicherung 4. Kompaktschaum-Löschanlagen 5. Heißschaum-Löschanlagen Wassernebelhoch- und Niederdrucksprinkleranlagen verbrauchen nur einen Bruchteil an Löschwasser. Das heißt nur etwa 10 bis 15 % im Vergleich zu konventionellen Sprinkleranlagen. Demzufolge fällt auch viel weniger kontaminiertes Wasser nach dem Löschvorgang an. Zum bisherigen Kühleffekt kommt der Stickeffekt. Die feinversprühten Tropfen gehen mit der Hitze des Feuers eine Symbiose ein. Es entsteht ein Sauerstoff verdrängender Dampf, wodurch es zur umgehenden Flammenlöschung und Rauchpartikelbindung kommt. Zum Beispiel planten wir im Bettenhochhaus der Berliner Charité eine Wasserhochdruck-Sprinkleranlage, welche zwischenzeitlich realisiert wurde.

2 Fluchtweg- und Treppensicherung mittels Wassernebel Das Problem Menschen aus Rauch gefährdeten Bereichen rechtzeitig zu evakuieren ist so alt, wie die Menschheit selbst. Rauchdichte Türen in Fluchtbereichen sind solange wirkungsvoll, wie sie geschlossen sind. Passieren aber Personen in Massen und unter Panik diese Türen und stürzen ggf. dabei, ist der Sinn und Zweck dieser Türen hinfällig. Der Rauch breitet sich in den fortsetzenden Fluchtbereichen aus und nachfolgende Personen haben keine Chance. Nicht so, wenn Sprühnebel-Niederdruckanlagen zum Einsatz kommen. Diese sollen nachfolgend näher erläutert werden: Wasserfeinsprüh-Niederdruck-Feuerlöschanlagen (WNF-Verfahren) existieren seit rund 40 Jahren und finden immer mehr Anwendungsgebiete. Entweder werden sie alternativ zu bisherigen Löschverfahren oder in besonderen Einzelfällen als einzig machbare Lösung angewendet. Aus der Vielzahl der vorhandenen Feuerlöschverfahren soll hier das WNF-Verfahren, mit seinen Besonderheiten und einzigartigen Einsatzmöglichkeiten, beschrieben werden. Um dies besser zu veranschaulichen, muss man seine Verfahrenszielrichtungen näher betrachten. Für die Anwendung des WNF-Verfahren sind verschiedene Zielorientierungen bekannt und möglich, wie Strahlungswärmeabsorption, Brandniederhaltung/Begrenzung der Brandausbreitung, Rauchabsorption/ -ableitung, Rauchgasneutralisierung, Brandlöschung, Gebäude-/Anlagenschutz vor Brandein-/ -auswirkungen u.a., Wobei mehrere Zielorientierungen mit unterschiedlichem Anteil/ unterschiedlicher Wirkung gleichzeitig erreicht werden. Sie weist folgende Löscheffekte auf: Kühlwirkung durch Verdampfung in der Reaktionszone und an der Grenzfläche Flammensäule/Brandgasströmung Ausbildung einer lokalen Inertisierung (Sauerstoffverdrängung) am Brandherd infolge Verdampfung mit einer entsprechenden Teilchendichte an Wassertropfen Verdünnung der Reaktionszone durch Verdampfung, Rauchpartikelbindung bis zu 97 %, Auswaschung toxischer Gase bis 75 %, Heterogene Inhibition in der Mischzone der Flamme durch die Erzeugung eines Wandeffektes mit einem Löschmittelstrahl entsprechender Tropfendichte durch Energieentzug. Dies führt zu Kettenabbruchreaktionen und zum Verlöschen der Flammen Verhinderung der Strahlungswärmerückkopplung durch Sedimentation der Wassertropfen in der Verbrennungszone oder durch Erreichen des Trenneffektes. Dieses WNF-Verfahren ist ein Wasserlöschverfahren, bei dem Wassertröpfchen mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,4 mm erzeugt und in ein zu löschendes/zu schützendes Volumen ein- und auf die Brandoberfläche (mit etwa 85 % weniger Wasser als konventionellen Sprinkleranlagen) aufgebracht wird. Im Hinblick auf die Tropfengröße kann dieses WNF-Verfahren in die Reihe der Wasserlöschverfahren wie folgt eingeordnet werden: Großtropfen > 1 mm Mittlerer Tropfendurchmesser ca. 1mm (Sprinkler-/Sprühstrahl) Feinsprühstrahl ca. 0,5 mm Vernebelung (Sprühnebel) 0,05 bis 0,4 mm Wasseraerosol < 0,05 mm Wasserdampf (Sattdampf; Trockendampf) In diesem Bereich liegend wirkt bei dieser Anwendung insbesondere der Stickeffekt, wobei bei abnehmendem Tröpfchen-Durchmesser der Stickeffekt zunimmt. Da die Kühlwirkung zur Herabsetzung der Brandtemperatur nur aus der Oberfläche des Tropfens kommt, es sich hier um ein Vielfaches an kleinsten Wassertropfen handelt, entsteht im Gegensatz zu Sprinkleranlagen eine sehr große Oberfläche, welche den Kühleffekt wesentlich erhöht. Dies bewirkt nicht nur die Kühlung der Flammenzone, sondern reduziert die Brandreaktion durch Verdünnen des Sauerstoffanteils in der Luftströmung zur Reaktionszone ( Stickeffekt ), vergrößert die Wärmeabfuhr und unterbindet die Rückkopplung der Strahlungswärme.

3 Betrachtet man speziell die Brandlöschung bei vorrangiger Ausnutzung des Stickeffektes bzw. der Volumen- und Flammenlöschung so sind deren Grenzen abhängig von Brandstoff, Brandwärmestrom, Tropfen- sowie Raumgröße. Diese Grenzen müssen sehr genau definiert und in der Anwendung akribisch ausgelegt werden, um letztendlich eine schnelle und effektive Brand- und Rauchbekämpfung erreichen zu können. Dabei sollten ihre Besonderheiten, wie sehr geringer Wasserbedarf (sehr geringe Wasserschäden), nicht elektrisch leitend, große Rauchpartikelbindung, Rauchgasrückhaltung und Temperaturabsenkung unter 40 C eine große Entscheidungshilfen sein. All diese Eigenschaften werden in verschiedenen Anlagenkonfigurationen genutzt. Je nach Brandgefahr oder örtlichen Gegebenheiten kommen die unterschiedlichsten WNF-Verfahren zum Einsatz. Hierbei werden diese WNF-Verfahren in zwei Hauptkategorien unterschieden: Kategorie A Kategorie B Sprinklerfeinsprüh-Niederdruck-Feuerlöschanlage (SNF) Feinsprüh-Niederdruckanlage-Feuerlöschanlage (FNF) Die Kategorie A ist eine sinnvolle Alternative zu der seit 100 Jahren bestehenden Sprinkleranlage. Die Auslösung erfolgt ebenfalls thermisch über das Glasfass oder Schmelzlot. Der dabei ausgebrachte Schwebnebel verteilt sich gleichmäßig im Schutzraum bzw. am Schutzobjekt. Mit nur ca. 15 % Wasseranteil, gegenüber konventionellen Sprinkleranlagen, reduziert sich der Wasser-, Vor- und Rückhalteanteil entsprechend. Auch die Wasserschäden werden dadurch wesentlich in Grenzen gehalten. Hinzu kommt, dass hierbei nicht nur der Kühleffekt, sondern hauptsächlich der Stickeffekt ausschlaggebend ist. Der Brand wird in Sekundenschnelle gelöscht. Die SNF-Anlage kann in den meisten Bereichen (Bürohäuser; Einkaufscenter; Tiefgaragen, Hochhäuser, historische Bauwerke u.v.m.) eingesetzt werden, welche bisher durch konventionelle Sprinkleranlagen geschützt wurden. Außer den o.g. Anwendungen des WNF-Verfahren als SNF Löschsystems gibt es weitere prädestinierte Einsatzmöglichkeiten, welche bei der Bestimmung in Betracht gezogen werden sollten. Es handelt sich hierbei um das Feinsprüh-Niederdruckanlage-Feuerlöschanlage (FNF) (Kategorie B). Dies wären zum Beispiel die Rauchabschnittsbildungen nicht brandschutzmäßig verschließbarer Bereiche/Öffnungen Bild 1 Vergleich: Brandschutzverglasung (links) und Wassernebelrauchsperre bzw. Fluchtwege in stark personenfrequentierten Gebäuden (Denkmalsschutz), Sicherung von Fluchttreppen als Kompensationsmaßnahme für eine zweite Fluchttreppe (mehrstöckige offene historischen Treppenhäuser). Bild 2 Fluchttreppen-Sicherung mittels Wassernebelrauchsperre

4 Bei der Bauplanung kommt dem anlagentechnischen Brandschutz in zunehmenden Maß eine zentrale Bedeutung zu. In den vergangenen Jahren zeigten die Analyse der Brandereignisse und Brandkatastrophen eindeutig, dass Brandrauch die Hauptursachen für Todesfälle ist. Eine gesicherte Rauchableitung oder Rauch- und Rauchgastrennung kommt also bei der Erarbeitung von Brandschutzkonzepten eine zentrale Bedeutung zu. Bild 3 Rauch-, Gas- und Hitzeabsperrung mittels Wassernebel Daher wird insbesondere bei der Planung von Sonderbauwerken im Rahmen der Baugenehmigung der Nachweis verlangt, dass die Flucht- und Rettungswege über einen hinreichend langen Zeitraum raucharm bleiben. Diese Forderung ist nur dann zu erfüllen, wenn eine effektive Rauchableitung oder Trennung gegeben ist. Mittels des FNF-Verfahren (offene Düsen mit Staubkappen) können in den Fluchtwegen und Fluchttreppen beim anfallenden Rauch die Rauchpartikel bis 97% gebunden werden. Die toxischen Gase werden durch den Wassernebel bis zu 75 % ausgewaschen bzw. neutralisiert. Auch die Temperatur im Fluchtbereich wird unter 40 C gesenkt, so dass dieser Bereich passiert werden kann. Über die Lautsprecheranlage sollten die Personen wie folgt informiert werden: Bitte verlassen Sie das Objekt durch die Wasser vernebelte Treppe bzw. den Fluchtgang. Die diesen Wassernebel erzeugenden Düsen befinden sich bündig in den Wänden und Decken und sind durch ihre farbgleichen Staubkappen optisch kaum von der Schutzbereichsdecke zu unterscheiden. Praktisch sind alle Fluchtwegauflagen erfüllt, ohne dass der bauliche optische Zustand sich ändert. Fazit: Besonders eignet sich dieses System zur Rauch-, Hitze- und toxische Gasfreihaltung in Flucht- und Angriffswegen, wobei der historische Charakter optisch bewahrt bleibt.

5 Auch das Kompaktschaum Löschverfahren ist auf Grund seine spezifischen Eigenschaften für die Löschung in besonderen Höhen geeignet. Hier wird in der Löschmittelzentrale im Erdgeschoß ein fertiger Schaum (0,5 mm Schaumblasen) erzeugt, welchen man rund 400 Meter in die Höhe oder Meter horizontal drücken kann, ohne dass deren Schaumkonsistenz zerstört wird. Über offene Etagensektionsventile wird der Schaum in den Räumen gleichmäßig auf den Brandherd aufgetragen. Sein sehr hoher Oberflächenkühleffekt führt zur sofortigen Löschung. Zurzeit werden diese Systeme u.a. in Tunnel, Recyclinghallen, Hubschrauber - Landeplätzen und auf einer Bohrinsel angewendet. Wenn die bisherig beschriebenen Löschverfahren durch ihre besonderen Eigenschaften sicher anwendbar sind, so birgt das vor ca. 20 Jahren endwickelte Heißschaum Feuerlöschverfahren weitere Vorteile, welches dieses Löschverfahren nahezu prädestiniert zukünftig in Hochhäuser eingesetzt zu werden. Bei einem Raumbrand werden alle in der Etage befindlichen Personen durch die Ela (Lautsprecheranlage) gewarnt die Etage innerhalb von 5 Minuten zu verlassen. Anschließend erfolgt ein 1:1 Austausch der rauchhaltigen Luft zu rauchhaltigem Schaum, ohne Druckaufbau. Dabei wird aus einem Liter Wasser mit 2 % Schaumkonzentrat etwa 650 Liter Heißschaum erzeugt, und dies bei Temperaturen von 0 bis C. Es kommt zur sofortigen großvolumigen Löschung in den betreffenden Räumen, so dass der Brand nicht zu weiteren Etagen übertragen werden kann. Welches Löschverfahren jeweils zur Anwendung kommt bestimmt die Spezifik des Bauwerkes und die Höhe der Brandlast. Kein Löschverfahren kann von sich behaupten ein Allrounder zu sein. Ein Beitrag von Dipl.-Wirt.-Ing.(FH) Günter Knopf - Fachplaner für Sonderlöschsysteme, - Ingenieurbüro für Anlagentechnischen Brandschutz in Berlin