Teil 7. Schaumzumischsysteme

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1 Teil 7 Schaumzumischsysteme Ausgabe: 15. März 2013

2 Inhaltsverzeichnis 7 Schaumzumischsysteme Definition Begriffe Normung... 9 Seite 2 von 12

3 7 Schaumzumischsysteme 7.1 Definition Als Schaumzumischsysteme gelten Einrichtungen, die dazu dienen, dem Löschwasser zur Schaumbildung vor oder nach der Feuerlöschkreiselpumpe entweder durch Ansaugen o- der mittels Druckzuführung (Pumpe) Schaummittel oder Schaummittelkonzentrate sowie gegebenenfalls Druckluft zuzuführen. Durch den Einsatz von (Druckluft-)Schaum soll bewirkt werden, dass die Haftfähigkeit, das Eindringvermögen sowie die Verweildauer des Löschmittels auf dem Brandgut verbessert wird. Dadurch kann mehr Löschwasser verdampfen und dem Brandgut mehr Energie entzogen werden. Ebenso geht es darum, die wirksame Oberfläche des Löschmittels Wasser zu vergrößern und dieses auch auf abschüssigen Flächen des Brandgutes zu fixieren. Das Zeitintervall für einen effektiven Wärmeübergang wird dadurch vergrößert. Schaumzumischsysteme können als fest im Fahrzeug eingebaute oder als mobile oder tragbare Aggregate konzipiert sein. In der Praxis haben sich zur Schaumbildung folgende Schaumzumischsysteme durchgesetzt: - Injektorzumischer (selbstansaugend), auch Z-Zumischer genannt - Pumpen-Vormischanlage, auch Saugzumischer genannt - Druckzumischanlage (DZA) - Druckluftschaumanlage (DLS), auch CAFS-Anlage genannt Sowohl bei den verschiedenen Zumischsystemen als auch bei den Druckluftschaumanlagen haben sich in der Praxis unterschiedlichste Hersteller- und Produktspezifische Lösungen durchgesetzt, auf welche in der Folge jedoch nicht spezifisch eingegangen wird. Erläutert werden naschstehend die geläufigsten Begriffe, die generischen Funktionsweisen sowie (auszugsweise) auch die Bestimmungen der wichtigsten referenzierten Normenwerke. Das vorliegende Handbuch geht nicht auf die Thematik von Einsatztaktik und -technik im Zusammenhang mit der Verwendung von Schaum als Löschmittel, auf dessen Wirkungsweise sowie auf die Anforderungen an Schaummittel ein. Ebenso werden die Risiken und Gefahren des Schaummitteleinsatzes, insbesondere jene des Einsatzes von Druckluftschaum, in der Folge nicht weiter erläutert. Themenbezogen ist das Merkblatt Schaumstützpunkt Bern im Anhang 10 zu beachten (vgl. Teil 10 des vorliegenden Handbuchs). Kapitel- oder Abschnittsweise entstammen Texte den folgenden Quellen: Holger de Vries, Brandbekämpfung mit Schaum, Einsatzpraxis, Fachbuchreihe ecomed SICHERHEIT, Verlagsgruppe Hüthig Jehle Rehm GmbH, 2008 Ulrich Braun, Druckluftschaum, Die Roten Hefte Ausbildung Kompakt, Verlag Kohlhammer, 2008 Seite 3 von 12

4 7.2 Begriffe Injektorzumischer (selbstansaugend) Das gebräuchlichste Zumischsystem der Feuerwehren ist nach wie vor der tragbare Z- Zumischer. Die Wirkungsweise dieses Injektorzumischers beruht auf dem "Venturi- Prinzip": Hierbei wird das sog. Treibwasser beim Durchgang durch eine Düse beschleunigt und in eine Saugkammer gespritzt. In der Saugkammer verwirbelt das Wasser und gibt einen Teil seiner Energie an das Medium in der Saugkammer (zuerst Luft, dann Schaummittel) ab, das dadurch in Fließrichtung des Treibwassers beschleunigt wird und den Zumischer verlässt. Die besondere Konstruktion der Saugkammer gewährleistet die Bildung eines Unterdruckes, durch den das Schaummittel aus dem Vorratsbehälter in den Zumischer gesaugt wird. Ein Rückschlagventil (Kugelventil) verhindert den Wasserrückfluss aus dem Z-Zumischer in den Vorratsbehälter wenn Treibwasser ansteht, aber kein Schaummittel- / Wassergemisch abgenommen wird. Z-Zumischer bestehen aus einem einfachen Metallrohr mit eingebauter Düse und einer Saugkammer, einem Kugelventil über der Saugkammer, zwei Storz-Kupplungen (55mm oder 75mm) in der Durchflussrichtung des Löschwassers (Treibwasser), einer Storz- Kupplung 25mm senkrecht zur Durchflussrichtung über dem Kugelventil zum Anschluss des Ansaugschlauchs für das Schaummittel. Darüber hinaus verfügt der Zumischer über eine Dosiereinrichtung (Handrad), mit welcher die Zumischrate des Schaummittels stufenlos einstellbar ist. Zur Gewährleistung eines festen Standes hat der Zumischer einen Fuß bzw. Ständer. Abbildung: Konstruktionsprinzip Injektor-Zumischer (Z-Zumischer) Bildquelle: Brandbekämpfung mit Wasser und Schaum Technik und Taktik, De Vries Holger, ecomed SICHERHEIT, Verlagsgruppe Hüthig Jehle Rehm GmbH, 3. Auflage 2008 Der Z-Zumischer muss immer in der richtigen Richtung (durch Pfeil gekennzeichnet) in die Druckleitung eingebaut werden und auf die Größe des angeschlossenen Schaumstrahlrohres abgestimmt sein. Am Ausgang des Z-Zumischers muss mindestens eine Schlauch- Seite 4 von 12

5 länge angekuppelt sein, damit sich Wasser und Schaummittel hinreichend vermischen können. Injektor-Zumischer arbeiten zwar nach einem einfachen Funktionsprinzip, sind in der Anschaffung und im Betrieb günstig und haben eine geringe Baugrösse. Allerdings ist der rein manuelle Betrieb nicht immer störungsfrei zu bewerkstelligen und er erfordert einen gewissen personellen Aufwand für die Bereitstellung und den Betrieb. Injektorzumischer haben zudem folgende Nachteile: - Sie arbeiten nicht mit variablen Volumenströmen. An und für sich sind nur drei Volumenströme realisierbar: 200, 400 oder 800 l/min (vgl. Ziffer 7.3, Normung). Der auf dem Zumischer angegebene Volumenstrom ist unbedingt einzuhalten - Injektorzumischer verursachen erhebliche Druckverluste (bis zu 35 %!) - Bei Zumischraten von 1% und weniger wird die Dosierung ungenau oder fällt gar aus - Ein Gegendruck (z.b. Förderung in Steigleitungen von hohen Gebäuden) von mehr als 2 bar führt ebenfalls Störungen - Eine schlagartige Unterbrechung des Förderstromes kann zum Ausfall des Zumischers führen, wenn sich dadurch die Kugel, die den Rückfluss des Schaummittels verhindern soll, im Kugelventil festsetzt - Das sog. Takten (kurze Stösse zur Abgabe eines Sprühstrahls) ist nicht möglich, die Dosierung wird dadurch unterbrochen. Pumpen-Vormischanlagen oder Saugzumischer Pumpen-Vormischanlagen oder Saugzumischer bestehen i.d.r. aus einem Venturirohr, welches zwischen Löschwassertank und der Saugseite der Feuerlöschkreiselpumpe (also vor der Feuerlöschkreiselpumpe) eingebaut wird. Im Venturirohr wird vereinfacht ausgedrückt - mittels einer Querschnittsveränderung (Verengung) ein Unterdruck erzeugt, wodurch Schaummittel angesaugt, an der engsten Stelle des Venturirohres zugemischt und vom Wasserstrom mitgerissen wird. Die Schaummittelmenge bzw. -zumischrate wird an einem Dosierventil eingestellt. Abbildung: Konstruktionsprinzip Saugzumischer Bildquelle: Brandbekämpfung mit Wasser und Schaum Technik und Taktik, De Vries Holger, ecomed SICHERHEIT, Verlagsgruppe Hüthig Jehle Rehm GmbH, 3. Auflage 2008 Seite 5 von 12

6 Pumpen-Vormischanlagen sind zwar konstruktiv einfach und sicher im Betrieb, haben jedoch den Nachteil, dass am Fahrzeug entweder nur Wasser oder nur Schaum abgegeben werden kann. Da die Feuerlöschkreiselpumpe zudem mit Schaummittel in Berührung kommt, gelten bezüglich des Korrosionsschutzes und dem Pumpenverschleiss erhöhte Anforderungen an die Materialisierung und die funktionellen Einrichtungen (Spüleinrichtung) der Feuerlöschkreiselpumpe. Pumpenvormischer können alternativ wie folgt konstruiert sein: Ein Teil des Löschwassers wird am Pumpenausgang abgezweigt und durch einen Bypass dem Zumischer zugeführt. Wiederum wird durch Erzeugung von Unterdruck Schaummittel angesaugt und dem sog. Treibwasser beigemischt. Der Ausgang des Zumischers ist an die Pumpensaugleitung angeschlossen, so dass das angereicherte Schaummittel- / Wassergemisch dem angesaugten Wasser zugeführt wird. Über ein Regelventil in der Schaummittelsaugleitung zum Zumischer kann die Zumischrate eingestellt werden. Es entsteht kein Druckabfall durch die Zumischung und eine zusätzliche Kraftversorgung ist nicht notwendig, da die Energie aus dem Treibwasser genommen wird. Nachteilig wirken sich die Entnahme des Treibwassers auf die verfügbare Förderleistung der Pumpe aus, da das entnommene und im Kreis gefahrene Treibwasser Teil der Gesamtfördermenge (bis zu 10 %) ist und somit die für Löschzwecke zur Verfügung stehende Wassermenge verringert. Dies ist bei der Pumpenauslegung zu berücksichtigen. Zusätzlich muss der Pumpeneingangsdruck unter einem bestimmten Wert liegen (max. 0,5 bar), da sonst das Druckgefälle zwischen Eingang und Ausgang des Zumischers nicht ausreicht, um eine korrekte Funktion des Zumischers zu erreichen. Daneben wird auch das gesamte System mit Schaummittel/Wassergemisch beaufschlagt und muss anschließend gereinigt werden. Druckzumisch- und Druckluftschaumanlage Bei Druckzumisch- (DZA) und Druckluftschaumanlagen (DLS) werden dem Löschwasser nach der Feuerlöschkreiselpumpe unter Druck Schaummittel sowie gegebenenfalls Druckluft (bei DLS) zur Schaumbildung zugeführt. Die Anlagen können als fest eingebaute, mobile oder tragbare Aggregate konzipiert sein. Im internationalen Sprachgebrauch werden DZA oft auch als Class-A-Foam-Anlagen bezeichnet, die Anlagen können grundsätzlich aber mit jedem geeigneten Schaummittel betrieben werden. Die Zuführung des Schaummittels erfolgt i.d.r. mittels elektrisch oder mechanisch angetriebenen, über entsprechende Mess- und Steuereinrichtungen geregelte Schaummittelpumpen. DLS werden im internationalen Sprachgebrauch als sog. CAFS-Anlagen (Compressed-Air- Foam-Systems) bezeichnet. Die Druckluftzuführung erfolgt i.d.r. über einen fest im Fahrzeug eingebauten Druckluftkompressor oder über mitgeführte Druckgasflaschen. Ein von der Löschwirkung her mit einem DLS praktisch vergleichbares System stellen die sogenannten Hochdruck-CAFS-Pistolen dar. Speziell dafür konstruierte Hochdruck- Sprühpistolen werden dabei von einer Hochdruckpumpe mit Schaumzumischsystem (DZA) mit einem Wasser-/ Schaumgemisch gespiesen. Direkt in der Hochdruck-CAFS- Pistole wird Luft angesaugt, komprimiert und dem Wasser- /Schaumgemisch vor dem Pistolenabgang zugeführt. Die Druckluftaufbereitung erfolgt somit in der Pistole selbst, es ist weder ein Kompressor noch sind Druckluftflaschen nötig. Seite 6 von 12

7 Abbildung: Grundsätzlicher Aufbau einer Druckluftschaumanlage Bildquelle: Brandbekämpfung mit Wasser und Schaum Technik und Taktik, De Vries Holger, ecomed SICHERHEIT, Verlagsgruppe Hüthig Jehle Rehm GmbH, 3. Auflage 2008 Schaumstrahlrohr Schaumstrahlrohre sind speziell zur Herstellung von Löschschaum konzipierte Strahlrohre. Die Schaumstrahlrohre sind in der DIN-Norm (vgl. Ziffer 7.3) genormt, dabei werden zwei Strahlrohrtypen unterschieden: - Schwerschaumstrahlrohr - Mittelschaumstrahlrohr Neben den aufgeführten normierten Schaumstrahlrohrtypen gibt es auch Kombischaumstrahlrohre, die beide Varianten in sich vereinigen, indem das Schwerschaumstrahlrohr im Mittelschaumstrahlrohr angebracht ist. Über einen Hebel kann zwischen beiden Funktionen umgeschaltet. werden. Während mit Schaumstrahlrohre nur Mittel- und Schwerschaum produziert werden kann, benötigt man zur Herstellung von Leichtschaum Leichtschaumgeneratoren. Verschäumungszahl Löschschäume werden primär nach der sog. Verschäumungszahl (VZ) in drei Kategorien eingeteilt: Schwerschaum, Mittelschaum und Leichtschaum. Als Verschäumungszahl versteht man das Verhältnis (den Quotienten) zwischen dem Volumen des fertigen Schaums und dem Volumen des ursprünglichen Wasser-Schaummittel-Gemisches. Die Verschäumungszahl hängt grundsätzlich vom verwendeten Schaumstrahlrohr ab und kann nicht verändert werden: Schaumart Verschäumungszahl Löschwirkung Schwerschaum 4 bis 20 Kühl- und Trenneffekt Mittelschaum über 20 bis 200 Trenn-, Kühl- und Verdrängungseffekt Leichtschaum über 200 Verdrängungseffekt Seite 7 von 12

8 Schwerschaum Schwerschaum ist ein relativ nasser Schaum, mit dem man gute Wurfweiten erzielen kann. Er wird bei Bränden von Feststoffen oder Flüssigkeiten (Brandklassen A und B) eingesetzt. Die wichtigsten Effekte, die zur Brandbekämpfung beitragen, sind hier die Kühlwirkung und der Trenneffekt. Schwerschaum kann zudem bedingt an senkrechten Flächen kleben bleiben (abhängig von Schaummittel, Verschäumung und nicht zuletzt der Struktur der Oberfläche). Mittelschaum Durch die höhere Verschäumungszahl ist der Mittelschaum deutlich leichter als Schwerschaum und kann (sofern der Schaum nicht abfließen kann) bis zu 5 Meter hoch aufgeschichtet werden. Seine Haftfähigkeit an Oberflächen ist gering, wodurch er zum Fluten von Objekten eingesetzt werden kann. Neben dem Verdrängungseffekt gehören Trennund untergeordnet Kühleffekt zu den Löschwirkungen des Mittelschaums. Leichtschaum Diese Schaumart kann nicht geworfen werden, da sie so leicht ist, dass sie bereits vom Wind weg geweht wird. Der Haupteinsatzort ist daher in geschlossenen Räumen. Zudem ist im Gegensatz zu den bisherigen Schaumarten für Leichtschaum ein besonderer Generator (Leichtschaumgenerator) zur Herstellung notwendig. Als Hauptlöschwirkung gilt der Verdrängungseffekt. Daneben zerfällt der Schaum unter Hitzeeinwirkung auch sehr schnell zu feinsten Wasser-tröpfchen und wirkt damit kühlend. Netzmittel Das Netzmittel stellt eine Besonderheit dar, denn es besteht zwar aus Wasser und Schaummittel, wird jedoch unverschäumt über Mehrzweck- oder Hohlstrahlrohre abgegeben (ist also kein Löschschaum). Durch die Schaummittelzugabe wird die Oberflächenspannung des Wassers herabgesetzt, was es dem Gemisch ermöglicht, besser und tiefer in (brennende) Objekte einzudringen. Seite 8 von 12

9 7.3 Normung DIN Selbstansaugende Schaummittel-Zumischer Klassifizierung der selbstansaugenden Schaummittel-Zumischer nach DIN Zumischer Nennvolumenstrom Löschmittel [l/min] Z2 200 Z4 400 Z8 800 DIN Druckzumischanlagen und Druckluftschaumanlagen Die DIN-Norm gilt für Anlagen, in denen dem Löschwasser nach der Feuerlöschkreiselpumpe je nach System nur Schaummittel (DZA) oder Schaummittel und Druckgase (im Normalfall Druckluft, DLS) jeweils unter Druck zugeführt werden. Die Anlagen können im Feuerwehrfahrzeug fest eingebaut oder als mobile oder tragbare Aggregate konzipiert sein. DZA werden nach den folgenden Kriterien klassifiziert: Kurzbezeichnung Nennvolumenstrom Löschmittel [l/min] bei Nennzumischrate von 1% DZA DZA DZA DZA DZA Nennvolumenstrom Löschmittel [l/min] bei Nenn-Zumischrate von 0.5% DZA, die der DIN-Norm entsprechen, sind wie folgt bezeichnet: a) Benennung b) Nummer der Norm DIN c) Kurzbezeichnung d) Zumischbereich von Löschmittelzusätzen, (1) entweder durch Angabe einer minimalen und maximalen Zumischung (2) oder als fester Wert für die Zumischung Beispiel: Druckzumischanlage DIN DZA 24 / Bezeichnung einer Anlage, die einen Nennvolumenstrom von l/min Wasser-/ Schaummittelgemisch bei einer einstellbaren Zumischrate zwischen 0.1 und 1 % erzeugen kann. Seite 9 von 12

10 In der DIN-Norm werden verschiedene technische Anforderungen definiert, von welchen nachfolgend lediglich eine Auswahl wiedergegeben ist: - Die DZA muss vollständig druckentlastet werden können - Die DZA muss in Werkstoffen ausgeführt und mit Dichtungssystemen ausgestattet sein, die mit den geförderten Medien uneingeschränkt verträglich sind und zudem geeignet sind, Gefährdungen zu vermeiden, die durch Entweichen dieser Medien entstehen können - Die Schutzart von Steuer- und Regeleinrichtungen muss mindestens IP 54 nach DIN EN entsprechen - Konstruktiv ist durch die Art des Einbaus zu verhindern, dass Wasser, Schaummittel und / oder deren Gemische auch beim Befüllen von Tanks auf Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen einwirken können - Bei fest eingebauten Anlagen muss der Schaummittelbehälter betriebsbereit mit der Anlage verbunden werden - Eine ungewollte Vermischung von Schaummitteln aus unterschiedlichen Behältern muss ausgeschlossen sein, Leitungen, in denen es zu einer Vermischung kommen kann, müssen gespült werden können - Der mitzuführende Vorrat an Schaummittel soll einen autonomen Dauerbetrieb von 20 Minuten bei Nennförderstrom und 1% Zumischung sicherstellen - Schaummittel dürfen dem System erst zugeführt werden können, wenn Löschwasser gefördert wird - Bei Verwendung von aussen liegenden Behältern für Schaummittel (z.b. Bidons) darf durch das Wechseln von Behältern die Gemisch-Erzeugung nicht unterbrochen werden - Ein Zuschalten der Anlage bei laufender Feuerlöschkreiselpumpe muss ohne Unterbrechung der Wasserförderung möglich sein - Sind die Zumischraten von Schaummittel und / oder das Volumenverhältnis Gas zu Löschmittel einstellbar, müssen die gewählten Einstellungen geeignet angezeigt werden. Bei einstellbaren Zumischraten ist in der technischen Beschreibung anzugeben, ob die Zumischung im gesamten Bereich stufenlos (Stufungen bis maximal 0.1%) und / oder in definierten Stufen erfolgt. Die Stufungen sind dabei zu nennen - Die maximale Abweichung von vorgewählten Zumischraten bei einem Förderdruck des Löschmittels von 4 bar bis 10 bar darf dabei betragen: - bis zu 1% Zumischrate: ±20% - grösser 1% Zumischrate: 0 30% - Innerhalb des angegebenen Bereiches muss ein gleichmässiges, Volumenstromproportionales Zumischen auch bei Veränderung des Volumenstromes sichergestellt sein - Die Rüstzeit vom Einschalten der Anlage bis zum Erreichen eines Schaumes am Druckabgang darf max. 10 s betragen. Die Rüstzeit ist bei wasserfördernder Pumpe und betriebsbereiter Druckzumischanlage zu messen. Seite 10 von 12

11 DLS werden nach dem angegebenen Gasnennvolumenstrom klassifiziert: Kurzbezeichnung Nennförderstrom Luft [l/min] DLS DLS DLS Da eine Druckluftschaumanlage immer auf einer Druckzumischanlage basiert, ist die Bezeichnung mit in die Bezeichnung einer Druckluftschaumanlage, die der DIN-Norm entspricht, einzubeziehen. Druckluftschaumanlagen sind wie folgt bezeichnet: e) Benennung f) Nummer der Norm DIN g) Kurzbezeichnung von DLS und DZA h) Zumischbereich von Löschmittelzusätzen Beispiel: Druckluftschaumanlage DIN DLS 2400 / DZA 8 / Bezeichnung Anlage, die einen Nennvolumenstrom Gas (Druckluft) von min l/min, einen Nennvolumenstrom von min. 800 l/min Wasser-/Schaummittelgemisch bei einer einstellbaren Zumischrate zwischen 0,5% bis 2% erzeugen kann. An DLS werden zusätzlich zu den oben bereits aufgeführten Punkten folgende technischen Anforderungen gestellt: - Druckluft darf erst zugeführt werden können, wenn dem Wasser ein ausreichend hoher Anteil an Schaummittel beigemengt ist und ein Anlageneingangsdruck von mindestens 1 bar vorhanden ist - Am Ausgangsquerschnitt darf es auch beim Ein- und Ausschalten der Anlage zu keinen Druckgasimpulsen kommen - Wird die Zuführung von Schaummittel unterbrochen oder der notwendige Anlageneingangsdruck unterschritten, muss die Zuführung von Druckluft sofort zwangsweiseabgeschaltet werden - Der maximale Druck an den Festkupplungen der Druckschaumanlage darf 10 bar nicht überschreiten können DIN Tragbare Schaumstrahlrohre Klassifizierung von Schaumstrahlrohren nach deren Kenngrössen: Typ Bezeichnung Durchflussmenge [l/min] ** Mindest Verschäumungszahl nach DIN resultierende Schaummenge [m 3 /Min] Mindestwurfweite [m] S2 Schwerschaumrohr S4 Schwerschaumrohr S8 Schwerschaumrohr Seite 11 von 12

12 M2 Mittelschaumrohr 200 > M4 Mittelschaumrohr 400 > M8 Mittelschaumrohr 800 > M2W* Mittelschaumrohr 200 > M4W* Mittelschaumrohr 400 > M8W* Mittelschaumrohr 800 > * Mittelschaumrohre mit dem Zusatz W haben eine besonders hohe Wurfweite, dafür jedoch eine geringere Verschäumung ** Die Durchflussmenge bezieht sich auf einen Eingangsdruck am Schaumrohr von 5 bar Seite 12 von 12