Kosten für den Kapitalersatz. Kosten der Betriebsunterbrechung.

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1 INNOVATIVE FEUERLÖSCHVERFAHREN In der Vergangenheit haben sich konventionelle Feuerlöschverfahren gut bewährt und werden auch in der Zukunft ihre Daseinsberechtigung haben. Allerdings haben sich mit der technologischen Weiterentwicklung die Brandlasten wesentlich erhöht, so dass der Einsatz von spezifischeren Löschverfahren zukünftig immer unerlässlicher wird. Die in den Schutzbereichen befindlichen Stoffe bilden mit ihrer Brandlast ein erhebliches Gefahrenpotential für Menschen, Gebäude und Umwelt. Nach der Bestimmung der Art, der Menge und der Konfiguration dieser Stoffe geht es darum, diejenigen Anwendungsmittel- und Methoden auszuwählen, die in Bezug auf das Ausmaß der zu schützenden Brandgefahren am wirkungsvollsten sind. Die Gefahreneinschätzung geschieht normalerweise wie folgt: zu schützendes Leben Kosten für den Kapitalersatz Kosten der Betriebsunterbrechung. Um diese Schutzbereiche dauerhaft nutzen zu können muss es das Ziel sein, optimale Brandlöschsysteme zur Anwendung zu bringen. Es können sich im Extremfall Brandsituationen ergeben, welches durch die sehr schnelle Brandausbreitung ein Vordringen der Feuerwehr zum Brandherd schwer oder gar nicht möglich macht. Das Brandmelde- und Feuerlöschsystem muss in der Lage sein, bereits den Entstehungsbrand zu erkennen, und durch schnelle Löschung einer Brandausbreitung entgegenzuwirken. Das heißt, hier soll auf Brandbekämpfungsmethoden orientiert werden, welche die Brandstoffe im Schutzbereich und die Gebäude- und Einrichtungsteile abschirmt, erstickt, kühlt und umgehend löscht. In den letzten Jahren wurden zahlreiche Löschverfahren entwickelt, welche durch die verschiedenartigsten Löschwirkungen das Feuer bekämpft oder dieses erst gar nicht entstehen lässt. Zu den bisherigen Kühl- und Stickeffekten mit konventionellen Löschmitteln wie, Wasser, Schaum, Gas und Pulver kommen jetzt neue Verfahren zur Anwendung, welche wirksamer im Kühl- und Stickeffekt sind oder zu molekularer Kettenabbruchreaktion führen. So setzen sich immer verstärkter wirkungsvollere und große Löschmittel einsparende Verfahren durch. So hat das Hoch- und Niederdruck - Wassernebellöschverfahren nur ca. 10 % Wasservorhaltung gegenüber einer konventionellen Sprinkleranlage, bei zusätzlichem Stickeffekt. Auch das seit ca. 20 Jahren angewendete Heißschaum Feuerlöschsystem erreicht mit einem Liter Wasser/Schaumkonzentrat ein Schaumvolumen von 650 Liter Schaum, nur mit einem Keilsiebkasten. Dabei werden gleichzeitig alle Rauchpartikel und toxischen Gase im Schaum gebunden. 1

2 Folgende neue Löschverfahren mit entsprechenden Löscheffekten sind bekannt: Tabelle 1 Neue Löschverfahren Löschverfahren Hochdrucksprinkler - Feuerlöschanlage Niederdrucksprinkler - Feuerlöschanlage One Seven - Feuerlöschanlage Stickstoff - Dauerinertisierung Vakuum - Feuerlöschanlage Heißschaum - Feuerlöschanlage PyroBubbles Feuerlöschverfahren Dampflöschverfahren Novec 1230 F 500 Löschanlagen Kalium - Löschverfahren vorrangiger Effekt Stickeffekt Stickeffekt Kühleffekt dauerhafte Sauerstoffreduzierung sofortige Sauerstoffreduzierung druckloser Stickeffekt - Rauchbindung Stickeffekt Stickeffekt Abbruch der Reaktionsketten Kühleffekt Abbruch der Reaktionsketten 2

3 Bild 1 Übersicht bekannter Feuerlöschverfahren Weitere Löschverfahren sind in der Ideenfindung und werden in Zukunft den Löschanlagenmarkt bereichern. Aus der Fülle der neuen Löschverfahren sollen hier das Heißschaumlöschverfahren, welches bereits mehrfach baurechtlich abgenommen wurde, erläutert werden. Auch wird die Personensicherung in Flucht- und Rettungswegen mittel Niederdruckwassernebel ausführlich beschrieben. Heißschaum Feuerlöschverfahren Herkömmliche Löschverfahren sind zum Teil sehr aufwendig im Aufbau und in der Löschmittelvorhaltung. Es gilt Löschverfahren zu nutzen, die hohe Brandrisiken auch mit viel geringerem Aufwand sicher beherrschen. Dies trifft nicht nur für Reifenlager, sondern auch für Kunststoff-, Sprayflaschen- und in Lager mit brennbaren Flüssigkeiten zu. So wurde dafür ein spezielles Löschverfahren konzipiert, welches dieses Brandrisiko unter Einsatz geringer Mengen von Löschwasser, beherrscht. Dabei kommt es besonders auf die Löschmethode und die Löschmitteleigenschaften an. So wird in einer vollständig 3

4 geschlossenen Halle, mittels dieses neuartigen Feuerlöschverfahrens nach Ausbruch eines Feuers die dabei entstandene Rauch haltige Luft in Rauch haltigen grauen Schaum 1:1 umgewandelt, und dies ohne Druckaufbau. Wie ist so etwas möglich, da doch jeder einiger Maßen versierte Feuerwehrmann weiß, dass Schaum bei Berührung mit Rauchpartikel, sofort zerstört wird. Nicht beim Einsatz von einen speziellen Schaumbildner, der beim Einschluss des Rauches stabil bleibt. Er bleibt nicht nur stabil, sondern bindet den Rauch auch bei besonders hohen Temperaturen (0 bis C). Man bezeichnet deshalb dieses Verfahren als Heißschaumverfahren. Auch die neueste DIN EN : fordert erhöhte Anforderungen an diesen speziellen Schaumbildner und des Schaumerzeugers, wenn die erforderliche Luft, also Rauch haltige Luft, aus dem zu schützenden Raum genommen wird. Zitat Punkt 9.12 Leichtschaumlöschanlagen): Leichtschaumlöschanlagen dürfen nur von außen eingeleitete Frischluft verwenden, es sei denn, die Schaumerzeuger und das Schaummittel sind speziell für andere Anwendungen unabhängig geprüft worden (siehe 7.2). Zitat Punkt 7.2: Verwenden Leichtschaumerzeuger Luft aus dem Inneren des zu schützenden Raumes, sind spezielle Schaummittel erforderlich, die für diese Anwendung einer Leistungsprüfung mit den entsprechenden Brennstoffen und den speziell einzusetzenden Schaumerzeugern unterzogen worden sind. Produziert wird dieser Heißschaum in Heißschaumgeneratoren. Bild 2 Deckenanordnung der Heißschaumgeneratoren 4

5 Diese bestehen aus einem Edelstahlblechrahmen mit Wasserschaummittel- Sprühdüsen und einem gegenüberliegenden Keilsieb. Diese Kästen hängen über den Regalgängen und verarbeiten die aufsteigende Rauch haltige Luft. Sie erzeugen ohne Fremdenergie einen ca. 650 fachen Leichtschaum (Heißschaum). Bild 3 Vollständige Rauchbindung Der so entstandene graue Heißschaum fällt aus den Heißschaumgeneratoren zum Hallenboden und füllt die Halle innerhalb weniger Minuten. Der Rauch haltige Heißschaum füllt alle Hohlräume des Lagergutes zwischen den Regalen oder Blocklager und hat durch den Rauch haltigen Schaum einen sehr hohen Stickeffekt. Man lässt den Leichtschaum über mehrere Stunden zerfallen und macht anschließend eine Restabsaugung. Mit einen sehr geringen Rohrinstallationsaufwand, Löschmitteleinsatz und ohne Eingriff in die Bauhülle hat man hier ein Löschverfahren, welches sicher und sehr wirtschaftlich ist. Um Fehlauslösungen unbedingt zu vermeiden, werden sehr hohe Anforderungen an das Brandmeldesystem gestellt. Eine Vorwarnung und eine Zweilinien-Abhängigkeit sollte unbedingt berücksichtigt werden. Wie allgemein bekannt ist, benötigt eine konventionelle Leichtschaumanlage mehrere elektrische Gebläse (Leichtschaumgeneratoren) mit Schaum- und Luftklappen und an den Decken zahlreiche Druckentlastungsöffnungen. Die umfangreiche Steuerung ist dabei auch nicht zu vernachlässigen. 5

6 Aufbau Bild 4 Aufbau - Heißschaumfeuerlöschanlage Anwendungsbeispiele: Nicht nur Räume mit erhöhten Brandlasten (Reifen, Kunststoffe, brennbare Flüssigkeiten, Chemikalien) können mit diesem Verfahren sicher, schnell und wirtschaftlich gelöscht werden. Auch Apparate- oder Kesselhäuser, mit ihren umfangreichen Rohren, Pumpen und Behältern werden durch die vollständige Füllung der Zwischenräume beherrscht. Berücksichtigt man den Rauchbindeeffekt und das nicht Druck aufbauende Verfahren, so können jetzt auch damit die in den Untergeschossen liegenden Räume, wie Hydraulikkeller, Tiefgaragen, Archive, Tresorräume, Labore, Bunker, Versorgungskeller u.s.w ohne Entrauchung mit diesem Löschverfahren geschützt werden. 6

7 Wasserfeinsprüh - Niederdruck - Feuerlöschanlage Wasserfeinsprüh Niederdruck Feuerlöschanlagen (WNF-Verfahren) existieren seit ca. 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 Zielrichtungen bekannt und möglich, wie Strahlungswärmeabsorption, Brandniederhaltung/Begrenzung der Brandausbreitung, Rauchabsorption/- ableitung, Rauchgasneutralisierung, Brandlöschung, Gebäude-/Anlagenschutz vor Brandein-/- auswirkungen u.a., Wobei mehrere Zielrichtungen 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 ca. 85 % weniger Wasser als konventionellen Sprinkleranlagen), aufgebracht wird. 7

8 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 wirken bei dieser Anwendung insbesondere der Stick- effekt, wobei bei abnehmendem Tröpfchendurchmesser 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 um ein Wesentliches 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. Betrachtet man speziell die Brandlöschung bei vorrangiger Ausnutzung des Stickeffektes bzw. der Volumen- und Flammenlöschung so sind deren Grenzen abhängig vom Brandstoff, vom Brandwärmestrom, von der Tropfengröße, sowie der 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 Sprinklerfeinsprüh-Niederdruck-Feuerlöschanlage (SNF) Kategorie B 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, 8

9 Hochhäuser, historische Bauwerke u.v.m. eingesetzt werden, welche bisher durch konventionelle Sprinkleranlagen geschützt wurden. Außer den o.g. Anwendungen des WNF-Verfahren gibt es weitere prädestinierte Einsatzmöglichkeiten, welche bei der Bestimmung in Betracht gezogen werden sollten. Diese wären zum Beispiel die Rauchabschnittsbildungen nicht brandschutzmäßig verschließbarer Bereiche/Öffnungen Bild 5 Vergleich: Brandschutzverglasung (links) und Wassernebelrauchsperre bzw. Fluchtwege in stark Personen frequentierten Gebäuden (Denkmalsschutz), Sicherung von Fluchttreppen als Kompensationsmaßnahme für eine zweite Fluchttreppe (mehrstöckige offene historischen Treppenhäuser). 9

10 Bild 6 Fluchttreppensicherung mittels Wassernebelrauchsperre 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. 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 Rauch arm bleiben. 10

11 Bild 7 Aula- und Galerietrennung mittels Wassernebelrauchsperre Diese Forderung ist nur dann zu erfüllen, wenn eine effektive Rauchableitung oder Trennung gegeben ist. Mittels des WNF-Verfahren 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. 11

12 Praktisch sind alle Fluchtwegauflagen erfüllt, ohne dass der bauliche optische Zustand sich ändert. Fazit Kein Feuerlöschverfahren kann von sich behaupten allround zu sein! Wir dürfen weiterhin gespannt sein! Dipl.-Wirt.-Ing.(FH) Günter Knopf Ingenieurbüro für anlagentechnischen Brandschutz Berlin 12