Europäisches Institut für postgraduale Bildung GmbH Ein Unternehmen der TUDAG Technische Universität Dresden AG 4.3 Ausführungsdetails von Lüftungsanlagen Zusatzvortrag Kaltentrauchung Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 1
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Was ist Kaltentrauchung? Der Begriff Kaltentrauchung ist technisch nicht definiert. Im Brandfall erfolgt die Rauchabführung aus Räumen mittels der maschinellen Abluftanlage einer allgemeinen Lüftungsanlagen (zum Beispiel im Zeitraum des Schwelbrandes und nach Auslösung von Sprinkleranlagen). Die Zuluftanlage wird in diesem Falle abgeschaltet. Charakteristisch: Rauchgastemperatur wird durch gezielte Maßnahmen vermindert. Die Rauchgastemperaturminderung kann durch: Die Beimischung von kalter Luft zum Brandgas und/oder durch Abkühlung der Rauchgase im Zusammenspiel mit Sprinkleranlagen erfolgen. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 3
Wo ist die Kaltentrauchung möglich und bauordnungsrechtlich zulässig? Im Industriebau In Verkaufsstätten mit Sprinklerschutz In Versammlungsstätten mit Sprinklerschutz (in geschlossenen Großgaragen) Generell: Die so genannte Kaltentrauchung mit allgemeinen oder punktuell ertüchtigten Lüftungsanlagen ist überall dort möglich, wo durch saugseitige Beimischung von kalter Luft zu Brandgasen oder eine Abkühlung von Rauchgasen durch Löschmittel, z.b. Wasser, infolge einer Sprinklerung, eine Abkühlung der Rauchgase erreicht wird, die ausreichend ist, den Weiterbetrieb dieser Anlagen zu ermöglichen. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 4
Wo wird die Kaltentrauchung ausgelöst? Derartige Anlagen sind Lüftungsanlagen, die bis zu ihrem Versagen eine unbestimmte Zeit weiter betrieben werden sollen. Ein Abschalten dieser Anlagen mit anschließendem Zuschalten durch Einsatzkräfte der Feuerwehr entspricht nicht den beschriebenen Einsatzbedingungen und Möglichkeiten dieser Lüftungsanlagen. Anlagenart: Die sogenannten Anlagen zur Kaltentrauchung sind bauordnungsrechtlich grundsätzlich Lüftungsanlagen. Es handelt sich dabei ausdrücklich nicht um Entrauchungsanlagen. Daher sind diese Anlagen auch grundsätzlich prüfpflichtig durch den Prüfsachverständigen für Lüftungsanlagen und nicht durch den Prüfsachverständigen für Entrauchungsanlagen. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 5
Grundlegende Begriffsdefinitionen Brandverlauf Der Brandverlauf definiert sich mit Brandentstehung, Schwelbrandphase, Flash Over und Vollbrand bei einer maximalen Temperatur (bei ETK zum Beispiel zirka 1000 C). Einheitstemperaturzeitkurve (ETK) Die ETK ist die Standardkurve, die in der Mehrheit der Brandversuche im Bauwesen zugrunde gelegt wird. Die ETK beschreibt den Brandverlauf ab dem Flash Over, über Vollbrand und abklingenden Brand bei einer maximalen Temperatur von zirka 1000 C. siehe DIN 4102 Teil 2 Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 6
Brandphasen Zündphase Schwelbrandphase Entstehungsbrand Vollbrand Abkühlphase T im Brandraum V Rauchgase Flash-over Baustoffverhalten Bauteilverhalten zirka 18-20 Minuten Zeit t Gefahr Gebäudenutzer Rauch Brandentstehung und -weiterleitung Maximale Rauchbildung Bauteilversagen Verlust Tragfähigkeit Verlust Raumabschluss Maximale Wärmebildung Dipl. Ing. Steffen Tietze, MEng. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 7
Temperaturentwicklung beim Brand nach Einheitstemperaturzeitkurve (ETK) Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 8
Grundforderung für die Kaltentrauchung In der MVStättVO:2014 07 heißt es in 16 Rauchableitung wie folgt: (1) Versammlungsräume und sonstige Aufenthaltsräume mit jeweils mehr als 50 m² Grundfläche sowie Magazine, Lagerräume und Szenenflächen mit jeweils mehr als 200 m² Grundfläche, Bühnen und notwendige Treppenräume müssen zur Unterstützung der Brandbekämpfung entraucht werden können. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 9
Grundforderung für die Kaltentrauchung Präzisierend heißt es in der MVStättVO:2014 07 wie folgt: (4) Die Anforderung des Absatzes 1 ist auch erfüllt bei Versammlungsräumen, sonstigen Aufenthaltsräumen, Magazinen und Lagerräumen nach Absatz 2 Nrn. 1 bis 3 mit Sprinkleranlagen, wenn in diesen Räumen vorhandene Lüftungsanlagen automatisch bei Auslösen der Brandmeldeanlage, soweit diese nach 20 Abs. 1 erforderlich ist, im Übrigen bei Auslösen der Sprinkleranlage so betrieben werden, dass sie nur entlüften und die ermittelten Luftvolumenströme nach Absatz 3 Satz 1 und Satz 2 Nr. 1 einschließlich Zuluft erreicht werden, soweit es die Zweckbestimmung der Absperrvorrichtungen gegen Brandübertragung zulässt; in Leitungen zum Zweck der Entlüftung dürfen Absperrvorrichtungen nur thermische Auslöser haben. Anmerkung: Daher ist eine spätere Auslösung durch die Einsatzkräfte der Feuerwehr nicht entsprechend der Verordnung vorgesehen. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 10
Eignung von allgemeinen ist gekennzeichnet durch: Die Leistungsfähigkeit der allgemeinen Lüftungsanlage als Maß für die Wirksamkeit bezüglich des Rauch und Wärmeabtransports aus dem Brandraum Die Dauer des Betriebes der allgemeinen Lüftungsanlage als Maß für die Betriebssicherheit und Wirksamkeit Das Gefahrenpotential, das von den allgemeinen Lüftungsanlagen auf angrenzende Bereiche und Geräte ausgeht. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 11
Leistungsfähigkeit der allgemeinen Lüftungsanlage zur Kaltentrauchung Auslegungskriterien für den Außenluftvolumenstrom von allgemeinen Lüftungsanlagen: Allgemeine Lüftungsanlagen werden für Räume eingesetzt, die auf natürlichem Wege nicht oder nicht ausreichend be und entlüftet werden können. Der Luftvolumenstrom ist auf menschliche Bedürfnisse ausgelegt. in Warenhäusern: 6 m³/(h x m²) in Versammlungsstätten: 20 m³/person oder in Industriebauten: mind. 2 facher LW bzw. 6 m³/(h x m²) in Garagen geringer zu und Abgangsverkehr: 6 m³/(h x m²) nicht nur geringer Zu und Abgangsverkehr: 12 m³/(h x m²) Das heißt, es entsteht ein zirka 1,5 3facher Luftwechsel pro Stunde. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 12
Mindestaußenluftmenge von Lüftungsanlagen in Verkaufsstätten gemäß VDI 2082:2010 07 Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 13
Leistungsfähigkeit der allgemeinen Lüftungsanlage zur Kaltentrauchung Im Brandfall zu erwartende Rauchgasmengen: hängt ab von: der Brandausbreitungsgeschwindigkeit, der Brandfläche, der Art der im Brandraum vorhandenen brennbaren Stoffe und deren Menge, der Abbrandgeschwindigkeit und der Zeit bis zum Auslösen der Sprinkleranlage. Eine exakte Vorhersage bedarf umfangreicher Berechnungen. Auch dann bleiben Restrisiken. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 14
Leistungsfähigkeit der allgemeinen Lüftungsanlage zur Kaltentrauchung Im Brandfall zu erwartende Rauchgasmengen: Für lineare Brandausbreitungsgeschwindigkeit = 1 (Wohn und Geschäftshäuser) und Abbrandgeschwindigkeit = 0,7 (Möbel in Räumen) Innerhalb von 8 min entstehen ca. 2.700 m³ Rauchgase. Um diese zu 80 % abzuführen, müssten 16.200 m³/h Rauchgasvolumenstrom abgeführt werden!!! Dipl.-Ing. Karl-Heinz Quenzel Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 15
Leistungsfähigkeit der allgemeinen Lüftungsanlage zur Kaltentrauchung Sachstand: Allgemeine Lüftungsanlagen fördern im Regelfall wesentlich weniger Abluftvolumenstrom als Rauch bei der Brandentstehung entsteht. Konsequenz: Im Brandfall bildet sich unter der Decke im Bereich der Deckenlufteinlässe eine verrauchte Schicht, die hinsichtlich Dicke ständig und hinsichtlich Temperatur zumindest bis zum Auslösen der Sprinkler schnell ansteigt. Mit einer vollständigen Verrauchung des Brandraumes ist zu rechnen! Es ist mit Ansprechen von mehr als nur dem Sprinkler im unmittelbaren Brandbereich zu rechnen. Infolge der Sprinklerung entsteht Dampf, der zusätzlich zum Rauch die Durchsichtigkeit im Brandraum behindert und zu transportierendes Gasvolumen erzeugt (der notwendige Volumenstrom steigt). Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 16
Dauer des Betriebes der allgemeinen Lüftungsanlage zur Kaltentrauchung Die Betriebsdauer der allgemeinen Lüftungsanlage zur Kaltentrauchung wird maßgeblich von der Temperaturbeständigkeit der Bauteile bestimmt. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 17
Bauteil Temperaturabhängigkeit Folge bei Übertemperatur Abluftleitung im Brandraum Hoch, - da Dehnung infolge der Temperaturerhöhung stattfindet, - da die Leitungsbefestigung einer Temperaturbelastung ausgesetzt ist - Leitungsbruch und/oder Kräfte auf verbundene Bauteile - Abriss der Befestigung mit Leitungbruch Brandschutzklappe (BSK) in der Trennwand) Abluftleitung außerhalb des Brandraumes Hoch, - da thermische Auslösung (Schmelzlot oder Thermoelement) das Schließen der BSK auslöst Mittel, - da Dehnung infolge der - Der zur "Kaltentrauchung" verwendete Rauchgasvolumenstrom wird unterbrochen - Leitungsbruch und/oder Kräfte auf verbundene Bauteile Temperaturerhöhung stattfindet Abluftklappe im Kastengerät Gering - ggf. Funktionsunterbrechung infolge Dehnung ggf. Abluftfilter Mittel, sofern der Filter nicht brennbar ist Direkt keine ABER: Verschmutzung infolge Ruß reduziert den Volumenstrom! ggf. Wärmerückgewinnung Keine Keine Ventilator Bauteile von Abluftanlagen Mittel, - da Antriebsmotor im Entrauchungsluftstrom liegt und - da ggf. Keilriemen vorhanden sind Kastengehäuse Keine Keine Fortluftleitung Mittel bis Gering - ggf. Leitungsdehnung - Funktionsunterbrechung aufgrund von Übertemperatur - Unzulässige Dehnung und Reißen des Keilriemens - Leitungsbruch bzw. unzulässige Krafteinleitung in verbundene Bauteile Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 18
Dauer des Betriebes der allgemeinen Lüftungsanlage zur Kaltentrauchung Die Brandschutzklappen, die Ausführung der Abluftleitungen und der Ventilatorantrieb einschließlich der zugehörigen elektrischen Leitungsanlagen bestimmen die Betriebsdauer der allgemeinen Lüftungsanlage im Entrauchungsbetrieb. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 19
Gefahrenpotential, das von der allgemeinen Lüftungsanlage bei der Kaltentrauchung auf angrenzende Bereiche und Geräte ausgeht Infolge von Undichtigkeiten im abluft und fortluftseitigen Leitungsnetz kann Rauch in andere Bereiche übertragen werden. Zur Entrauchung offene oder durch für Feuerwehr in der Regel unzulässig wieder geöffnete Brandabschlüsse sind Gefahrenquellen für die Brandübertragung. Bei frühzeitigem Versagen der allgemeinen Lüftungsanlage infolge eines ungünstigen Zusammentreffens von Umständen oder bei außer Betrieb befindlicher Lüftungsanlage findet keine Rauchableitung statt. Daraus folgt: Die Fremdrettung von Menschen und Tieren und insbesondere die Brandbekämpfung können behindert werden. Fazit: Eine genaue Brandschutz und Lüftungsfachplanung müssen aufeinander abgestimmt werden und die Schutzziele eindeutig benennen. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 20
Anforderungen an allgemeine Lüftungsanlagen, die zur Kaltentrauchung genutzt werden sollen Die Abluftanlage einer allgemeine Lüftungsanlage ist seitens des Volumenstromes und an den temperaturempfindlichen Bauteilen besonders zu ertüchtigen. Dies ist möglich durch: Erhöhung der Förderleistung: Ventilatoren, die zur Entrauchung einen höheren Volumenstrom fördern können. Besser: separate Ventilatoren höherer Luftleistung für die Entrauchung Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 21
Anforderungen an allgemeine Lüftungsanlagen, die zur Kaltentrauchung genutzt werden sollen Verbesserung der Temperaturbeständigkeit: Brandschutzklappen nur in Ausnahmefällen besser Entrauchungsklappen mit Lüftungsfunktion (Kombiklappen), Lage der Antriebe an Brandschutzklappen auf der brandabgewandten Seite des raumabschließenden Bauteils Dafür ausreichend lange (mind. 10 m), feuerbeständige Leitungsabschnitte bei Querungen von Trennwänden, Konsequente Vermeidung der Querung von Brandwänden, durch brandabschnittsweise Rauchableitung Keine Ventilatorantriebe mit Keilriemen, nur direkt getriebene Ventilatoren mit Temperatureignung (z.b.: durch Kapselung des Antriebes) einsetzen; Ventilatoren mit höherer Temperaturbeständigkeit (z.b. Kategorie I bis 300 C); Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 22
Anforderungen an allgemeine Lüftungsanlagen, die zur Kaltentrauchung genutzt werden sollen Verbesserung der Temperaturbeständigkeit (Fortsetzung) Zwangsweise Zuschaltung des Entrauchungsbetriebes bei Rauchdetektion in der Entstehungsbrandphase, in besonderen Fällen in Verbindung mit der Sprinkleranlage (z.b. über die Alarmventilstation oder Strömungsschalter) organisieren und nur zusätzlich Handschaltung durch Feuerwehr vorsehen; Keine brennbaren Materialien in der allgemeinen Lüftungsanlage verwenden, Luftleitungsbefestigungen mit Metalldübeln, beidseitige Gewindestangen und Traversen für Luftleitungsbefestigungen (Dimensionierung in Anlehnung an Entrauchungsleitungen), Dehnungsmöglichkeiten für Lüftungsleitungen im Brandraum schaffen, Lüftungsleitungen mit höherer Dichtheit und Druckfestigkeit verwenden. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 23
Anforderungen an allgemeine Lüftungsanlagen, die zur Kaltentrauchung genutzt werden sollen Erhöhung der Funktionssicherheit und des Funktionserhalt: Die Stromversorgung der allgemeinen Lüftungsanlage ist direkt von der Gebäudeeinspeisung abzunehmen (früher sogenannte Sprinklerschaltung heute vorrangiger Stromkreis). Weitere Verbraucher sind nicht an diesen Abgang anzuschließen. Sofern eine Sicherheitsstromversorgung vorhanden ist, sollte die allgemeine Lüftungsanlage zur Kaltentrauchung mit angeschlossen werden. Elektrische Leitungsanlagen für die allgemeine Lüftungsanlage sollte von der Niederspannungshauptverteilung (NSHV) zum Ventilator so verlegt werden, dass sie nicht durch den Brandraum führen (Funktionserhalt). Schaltschränke für allgemeine sollten nicht im oder in der Nähe von zu entrauchenden Brandräumen aufgestellt werden. Achtung: Dies ist mehr als die bauordnungsrechtliche Mindestforderung. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 24
Mögliche Anforderungen an eine Entrauchung mit einer Lüftungsanlage Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. Dipl. Ing. (FH) Frank Lucka, MEng. 2018 Folie 25