Entrauchungssysteme haben die Aufgabe, im Brandfall eine raucharme Schicht über dem Boden sicherzustellen. Dadurch sollen Sichtverhältnisse gewährleistet werden, die die Evakuierung von Mensch und Tier sowie eine aktive Brandbekämpfung durch die Feuerwehr ermöglichen. Die Schaffung raucharmer Bereiche reduziert auch die Gefahr der Einatmung von toxischen Brandgasen und die damit verbundene Gefährdung von Leib und Leben.
Nach DIN 18232 werden Entrauchungsanlagen in drei Kategorien unterteilt:
NRA: Natürliche Entrauchungs-Anlagen
MRA: Maschinelle Entrauchungs-Anlagen
RDA: Rauchschutz-Druck-Anlagen
Maschinelle Entrauchungsanlagen
Ist aus baulichen Gegebenheiten der Einsatz einer natürlichen Entrauchungsanlage (NRA) nicht möglich (z. B. mehrgeschossige Gebäude, innenliegende Bereiche), so wird eine maschinelle Entrauchungsanlage (MRA) verwendet. Maschinelle Entrauchungsventilatoren werden aber nicht nur aus baulichen Gründen anstatt einer natürlichen Entrauchung vorgesehen, sondern oft spricht ein Investitionskostenvergleich für ein maschinelles Entrauchungssystem.
Bei einer maschinellen Entrauchungsanlage erfolgt der Abtransport der Rauchgase mittels geeigneter Ventilatoren. In Abhängigkeit der verbrennenden Materialien bildet sich im Brandfall in kurzer Zeit toxischer Rauch. Aufgrund des thermischen Auftriebs staut sich das Brandgas unterhalb der Decke und bildet ein Rauchgaspolster, das sich im weiteren Verlauf des Brandes nach unten ausweitet. Eine maschinelle Entrauchungsanlage verfolgt das Schutzziel, im unteren Bereich dauerhaft eine raucharme Schicht zu schaffen. Diese ermöglicht die Selbstrettung der sich im Gebäude befindenden Personen sowie die Durchführung von Rettungs- und Brandbekämpfungsmaßnahmen durch die Feuerwehr. Über ausreichend dimensionierte Nachströmöffnungen (Nachströmgeschwindigkeit < 1 m/s) wird aufgrund des durch den Brand entstehenden Unterdrucks im unteren Gebäudebereich ausreichend Frischluft eingebracht. Im Idealfall stellt sich daher ein Gleichgewicht zwischen nachströmender Luft und Rauchgasabfuhr ein (siehe Bild 1).
Bemessung von maschinellen Entrauchungsanlagen
Die Bemessung von maschinellen Entrauchungsanlagen ist in der DIN 18232 Teil 5 festgelegt. Andere Bemessungs- und Auslegungsvarianten sind möglich, sofern diese begründet sind. Es empfiehlt sich, bereits in der Planungsphase die Methodik der Bemessung einer maschinellen Entrauchungsanlage mit den baurechtlich relevanten Stellen (Brandschutzsachverständige, Behörden, örtliche Feuerwehr etc.) zu koordinieren. Die nachfolgend aufgeführten Berechnungsschritte können daher nur als Vorschlag verstanden werden. Eine endgültige Festlegung ist in Konformität mit den geltenden Gesetzen und Normen in Übereinstimmung mit der zugehörigen Behörde zu treffen.
Anwendung der DIN 18232-5
Eine Auslegung nach DIN 18232-5 kann erfolgen, wenn es sich bei dem zu entrauchenden Bereich um einen großflächigen Raum mit einer lichten Höhe von > 3 m handelt. Zunächst ist zur weiteren Dimensionierung die Bemessungsgruppe zu ermitteln. Hierbei handelt es sich um eine rechnerische Brandfläche, welche von der Brandentwicklungsdauer und der Brandausbreitungsgeschwindigkeit abhängt (siehe Tabelle 1).
Die anzusetzende Brandentwicklungsdauer ist abhängig von dem zeitlichen Eintreffen der Feuerwehr. Sie beschreibt die Zeit von der Brandentstehung bis zum Beginn der Brandbekämpfung. Üblicherweise ist eine Zeit von 10 min anzusetzen. Bei sehr günstigen Randbedingungen (Werkfeuerwehr) kann die Zeit auf 5 min reduziert werden. Bei ungünstigen oder gar außergewöhnlichen Umständen ist der Wert auf 15 bzw. 20 min zu erhöhen. Die Brandausbreitungsgeschwindigkeit ist abhängig von der Brennbarkeit der Brandlast. Im Normalfall ist hier der mittlere Wert anzusetzen. Geringe Brandausbreitungsgeschwindigkeiten können bei brennbaren Stoffen in nicht brennbarer Verpackung angenommen werden. Große Brandausbreitungsgeschwindigkeiten sind anzusetzen, wenn Stoffe mit hoher Flammenausbreitungsgeschwindigkeit vorhanden sind.
Volumenstrombestimmung
Der für den Rauchabschnitt (1 600 m²) abzuführende Volumenstrom ist nach Tabellen zu ermitteln. In Abhängigkeit der Dicke der raucharmen Schicht, Wärmefreisetzungsrate und Bemessungsgruppe ist der Entrauchungsvolumenstrom vorgegeben. Die Norm unterscheidet hierbei zwei Wärmefreisetzungsraten:
600 kW/m²
300 kW/m² (siehe Tabelle 2)
Der Rauchgasvolumenstrom muss über temperaturbeständige Ventilatoren abgeführt werden. Zum Einsatz können nachfolgende Typen verwendet werden:
Dachventilatoren
Wandventilatoren
Zentralventilatoren
Zuluftnachströmung / Zuluftnachströmöffnung
Eine funktionstüchtige Nachströmöffnung ist für den funktionierenden Betrieb einer maschinellen Entrauchungsanlage unerlässlich. Die Zuluft muss bodennah innerhalb der raucharmen Schicht mit einer maximalen Strömungsgeschwindigkeit von1 m/s einströmen. Bei der Planung ist darauf zu achten, dass die Oberkante der Nachströmöffnung mindestens 1 m unterhalb des Rauchgaspolsters liegt. Haben die Nachströmöffnungen eine maximale Breite von 1,25 m, so kann der minimale Abstand auf 0,5 m reduziert werden. Kann die Forderung im Hinblick auf die maximale Nachströmgeschwindigkeit nicht erfüllt werden, so können in Absprache mit dem zuständigen Sachverständigen folgende Kompensationen möglich sein:
Einbau offenporiger Prallplatten
Reduzierung oder Verzicht von Brandlasten im Nachströmbereich
Geringe Wirktiefe bzw. Auswirkung der Nachströmöffnung
Rauchabschnittsflächen
Die DIN 18232-5 setzt in ihrer Anwendung voraus, dass die zu entrauchenden Räume eine maximale Größe von 1 600 m² aufweisen. Größere Räume sind mittels Rauchschürzen in maximal 1 600 m² große Rauchabschnittsflächen zu unterteilen. Bei Erhöhung des Volumenstroms der Entrauchungsventilatoren kann die Rauchabschnittsfläche auf bis zu 2 600 m² erhöht werden. Hierzu sind die in der Tabelle 2 angegebenen Werte für jeden ab 1 600 m² angefangenen 100 m² um 10 Prozent zu erhöhen.
Mittlere Rauchschichttemperatur und Temperaturklassen
In Tabelle 3 kann, unter Berücksichtigung der gleichen Parameter wie bei der Vorgehensweise zur Volumenstromermittlung (Tabelle 2), die mittlere Rauchschichttemperatur in °C abgelesen werden. Dieser Wert ist unter anderem für die Ermittlung der Anzahl der Absaugstellen sowie für das eventuelle Volumenstromkorrekturverfahren notwendig.
Tabelle 4 gibt die Temperaturkategorie der Entrauchungsventilatoren nach DIN EN 12101-3 wieder. Hier gelten die gleichen Projektierungsparameter wie in der Tabelle 2 und 3. Diese Temperaturanforderungen gelten auch für alle notwendigen Zubehörteile der Entrauchungsventilatoren wie:
Schalldämpfer
Elastische Stutzen
Schwingungsdämpfer
Rohrverschlussklappen
Ansaugdüsen
etc.
Volumenstromkorrekturverfahren
In der alltäglichen Praxis bei Entrauchungsprojekten stellen die großen Entrauchungsvolumenströme alle Projektparteien vor große Herausforderungen. Das in der Norm angegebene Korrekturverfahren für die Reduzierung der Entrauchungsvolumenströme nach Tabelle 2 kann hierbei die oft notwendige Abhilfe schaffen.
Hierbei finden die tatsächlichen auftretenden Wärmeverluste der Rauchschicht ihre Berücksichtigung. Im Entrauchungsfall kommt es aufgrund der hohen Temperaturdifferenz zwischen Rauchgasschicht und der Umgebung zu einer hohen Wärmetransmission. Dieser Verlustwärmestrom hat eine deutliche Abkühlung des Rauchgaspolsters zur Folge. Aus der Abkühlung der Rauchgasschicht resultiert eine deutliche Reduktion des Rauchgasvolumens. Diese Reduzierung hat verminderte Anforderungen an den abzuleitenden Rauchgasvolumenstrom und die Temperaturanforderungen der Entrauchungsprodukte zur Folge.
Der unter Berücksichtigung der Wärmeverluste reduzierte Volumenstrom errechnet sich nach:
Dabei ist:
mit:
= Strahlungsfaktor = 0,031 3(AR)
TRS = Mittlere Rauchschichttemperatur nach Tabelle 3 in absoluter Angabe (K), Wert + 273 K
T = Umgebungs- bzw. Zulufttemperatur [K] = 293 K
V.RS = Rauchgasvolumenstrom (m3/s) nach Tabelle 2
cp = Spezifische Wärmekapazität des Rauchgases = 1 010 J/(kg K)
Ui = Wärmedurchgangskoeffizient des in der Rauchschicht liegenden Bauteils [W/(m2 K)]
Ai = Fläche des in der Rauchschicht liegenden Bauteils (m2)
AR = Rauchabschnittsfläche (m2)
Anzahl der Absaugstellen
Als Absaugstellen sind im Sinne der Norm alle Absaugstellen in einer Entrauchungsleitung und direkt wirkende Entrauchungsventilatoren (z. B. Dachventilatoren mit direkter Ansaugung, Wandventilatoren) zu verstehen. Die Anzahl der notwendigen Absaugstellen kann Tabelle 5 entnommen werden. Hier kann (unter Berücksichtigung der Dicke der Rauchschicht an der Absaugstelle und der mittleren Rauchschichttemperatur) der maximal zulässige Rauchgasvolumenstrom abgelesen werden. Die Dicke der Rauchschicht an der Absaugstelle ergibt sich gemäß Bild 2, die mittlere Rauchschichttemperatur ist Tabelle 3 zu entnehmen.
Zwischen den Entrauchungsöffnungen sind Mindestabstände einzuhalten. Die vorgegebenen Abstände beziehen sich auf den Abstand der jeweiligen Außenkanten. Der Mindestabstand (m) errechnet sich nach:
mit:
V.i = Rauchgasvolumenstrom der Absaugstelle (m3/h)
Einbau von Entrauchungsventilatoren
Der Einbau von Ventilatoren wird im VDMA-Einheitsblatt 24177 2009-12 geregelt. Es stehen drei unterschiedliche Aufstellarten zur Verfügung.
Aufstellung des Ventilators außerhalb des Rauchabschnitts und außerhalb des Gebäudes (Bild 3).
Aufstellung des Ventilators außerhalb des Rauchabschnitts, innerhalb von Gebäuden im ausreichend belüfteten Raum (Bild 4).
Aufstellung des Ventilators innerhalb des Rauchabschnitts (Bild 5).
Entrauchungsventilatoren müssen grundsätzlich zur Kompensation der Wärmeausdehnung über temperaturbeständige und elastische Stutzen (mit Eignungsnachweis) an das Leitungsnetz angeschlossen werden. Dachventilatoren, welche auf Dachsockeln montiert werden, und Wandventilatoren ohne Kanalanschluss sind hiervon ausgenommen.
Sonstige planerische Hinweise
Entrauchungsventilatoren können zur normalen Lüftung des Gebäudes verwendet werden. Der Lüftungsbetrieb kann regelbar ausgeführt werden. Die Regelung erfolgt durch:
Frequenzumrichter (FU)
polumschaltbare Motoren
Im Entrauchungsfall darf keine Regelung des Ventilators mittels Frequenzumrichter oder anderer Regeleinrichtungen erfolgen. Bei Auslösung des Entrauchungsventilators (Brandfall) muss Nachfolgendes gewährleistet sein:
Einschaltung des Ventilators
Überbrückung der thermischen und elektrischen Überwachungselemente
Betrieb in der projektierten Drehzahl
Sicherstellung des Betriebs durch Verhinderung von unbefugtem Ausschalten
Ansaugrauchmelder unterscheiden zwischen Rauch und Staub
Ansaugrauchmelder (Aspirating Smoke Detector, ASD) FDA221 und FDA241 von Siemens nehmen kontinuierlich Luftproben aus den zu überwachenden Bereichen und überprüfen diese auf Rauchpartikel. Die optische Dual-Wellen-Detektion der Geräte erhöht die Detektionssicherheit. Die Ansaugrauchmelder erkennen die Größe von Partikeln und deren Konzentration. Zur Erkennung nutzen sie zwei Lichtwellenlängen – blaue und infrarote. Damit können sie exakt zwischen Rauch, Staub und Dampf unterscheiden und Brände frühzeitig sowie täuschungssicher erkennen. Das Modell FDA221 kann eine Fläche bis 500 m² mit einer parametrierbaren Empfindlichkeit von 0,14 bis 20 Prozent/m detektieren. Der Ansaugrauchmelder FDA241 überwacht bis zu 800 m² mit einer Empfindlichkeit von 0,03 bis20 Prozent/m. Beide Modelle lassen sich einfach installieren und über das Bussystem FDnet in bestehende Siemens-Brandmeldesysteme (Sinteso FS20) integrieren.
Dipl.-Ing. Markus Best,
Helios Ventilatoren GmbH, Villingen-Schwenningen
