Knopf_Innovative Feuerl”schverfahren

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:
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zu schützendes Leben
•
Kosten für den Kapitalersatz
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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.
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Folgende neue Löschverfahren mit entsprechenden Löscheffekten sind bekannt:
Tabelle 1
Neue Löschverfahren
Löschverfahren
Hochdrucksprinkler - Feuerlöschanlage
Stickeffekt
Niederdrucksprinkler - Feuerlöschanlage
Stickeffekt
One Seven - Feuerlöschanlage
Kühleffekt
Stickstoff - Dauerinertisierung
dauerhafte
Sauerstoffreduzierung
Vakuum - Feuerlöschanlage
sofortige
Sauerstoffreduzierung
Heißschaum - Feuerlöschanlage
druckloser Stickeffekt Rauchbindung
PyroBubbles – Feuerlöschverfahren
Stickeffekt
Dampflöschverfahren
Stickeffekt
Novec 1230
F 500 – Löschanlagen
Kalium - Löschverfahren
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vorrangiger Effekt
Abbruch der Reaktionsketten
Kühleffekt
Abbruch der Reaktionsketten
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
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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 1.200°C). Man
bezeichnet deshalb dieses Verfahren als „Heißschaumverfahren“. Auch die neueste DIN
EN 13565-2:2009-09 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
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Deckenanordnung der Heißschaumgeneratoren
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.
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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.
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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
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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:
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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.
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Im Hinblick auf die Tropfengröße kann dieses WNF-Verfahren in die Reihe der
Wasserlöschverfahren wie folgt eingeordnet werden:
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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 WNFVerfahren 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 SNFAnlage kann in den meisten Bereichen (Bürohäuser; Einkaufscenter; Tiefgaragen,
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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).
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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.
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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.
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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
([email protected]); www.brandschutz-knopf.de
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