Integrale Planung und RDA

Dieser virtuelle Gang durch einen 3D-Entwurf erntet den begeisternden Applaus der Bauherren. Drei Tage später, bei einer Planungssitzung mit den Bauausführenden, fällt der Beifall jedoch deutlich gedämpfter aus. Schon der Hinweis des TGA-Planers, dass diese Treppenraumgestaltung wohl mehrere Einblasöffnungen für die Rauchdruckanlage (RDA) erfordern wird, projiziert nun Runzeln auf die Stirn des Architekten. Glücklicherweise früh genug, denn jetzt ist noch alles planbar …

Voraussetzungen für Rauchdruckanlagen

Diese fiktive Szene hat ausdrücklich keinen Bezug zu einem tatsächlichen Bauprojekt – kommt aber so oder ähnlich fast täglich vor. Noch häufiger ist allerdings, dass der TGA-Planer erst einbezogen wird, wenn das Treppenhaus schon gebaut ist. Deutliche Kostensteigerungen sind dann die logische Konsequenz. Denn sollen RDA in Sicherheitstreppenhäusern die Eigen- und Fremdrettung bei einem Brand ermöglichen, müssen physikalische und normative Grundvoraussetzungen erfüllt sein:

Durch diese Vorgaben der Norm DIN EN 12101-6 besteht eine direkte Wechselwirkung zwischen der Gestaltung von Treppenräumen, der Festlegung von Türgrößen und der Funktionsfähigkeit von RDA.

Wechselwirkungen mit Türengrößen

Aus Gründen der Ästhetik und des Komforts ist ein Trend zu höheren und breiteren Türen in öffentlichen Gebäuden festzustellen. Das beeinflusst maßgeblich die Druck- und Strömungsverhältnisse im Sicherheitstreppenraum: Um die geforderten Strömungsgeschwindigkeiten von 0,75 bis 2 m/s sicherzustellen, ist bei größeren Türen ein höheres Luftvolumen durch die RDA-Ventilatoren ins Treppenhaus zu fördern. Andererseits erhöht die größere Türfläche die Öffnungskräfte (Kraft = Druck x Fläche). Zwei vergleichende Beispielrechnungen verdeutlichen die Wechselwirkungen (siehe Tabelle 1).

Die Quintessenz: Je größer die Verbindungstüren zu einem Treppenhaus geplant werden, umso geringer der maximal mögliche Luftdruck im Sicherheitstreppenraum, damit die Türöffnung für flüch­tende Personen nicht gefährlich erschwert wird. Und: Mit steigenden Türengrößen wird mehr Luftvolumen benötigt, um den Rauchübertritt in den Treppenraum zu verhindern.

Diese Parameter stellen eine hohe Anforderung an die exakte Regelung des Zuluftstroms. Elektronisch gesteuerte Differenzdruckanlagen (DDA) sind deshalb vorteilhafter als mechanisch geregelte RDA (siehe Infokasten).

Wechselwirkungen mit Treppenraumgestaltung

Während die Türengrößen Einfluss auf den Differenzdruck und das Luftvolumen im Sicherheitstreppenraum nehmen, bestimmt die Bauart des Treppenraums die Strömungsverhältnisse und somit den Druckverlust über die Etagen. Die Luftströmung im Treppenraum ist also ausschlaggebend dafür, ob an den Türen der erforderliche Differenzdruck herrscht. Denn nur dann wird die benötigte Luftgeschwindigkeit erreicht, die das Rückhalten der Rauchgase gewährleistet.

Wesentliche Einflussgrößen der Treppenhausgestaltung sind aber nicht allein das Raumvolumen, sondern vor allem die Größe des Auges – also das Zentrum des Treppenraums, wo die Luft mit geringem Druckverlust über die Etagen strömen kann. Hier verändert sogar die Gestaltung des Handlaufs maßgeblich das Strömungsverhalten. In welchem Zusammenhang Türgrößen und die Gestaltung des Treppenraums für die Auslegung und Regelung der RDA stehen, zeigt ein weiteres Rechenbeispiel (siehe Tabelle 2).

Die Quintessenz: Bei einem Druckverlust von 2,5 Pa pro Etage, bedingt durch die Bauart des Treppenhauses, und einem maximal möglichen Differenzdruck von rund 21 Pa, bedingt durch die Türengröße, können die Ventilatoren über eine einzige Einblasöffnung von unten höchstens drei Etagen mit der erforderlichen Zuluft versorgen. Bei Sicherheitstreppenräumen mit mehr Geschossen sind also ein Zuluftschacht und entsprechend weitere Einblasöffnungen vorzusehen. 

Eine strömungsgünstigere Gestaltung des freien Zentrums im Treppenraum durch ein größeres Auge und als Kanal wirkende, geschlossene Handläufe reduzieren in der exemplarischen Vergleichsrechnung den Druckverlust von 2,5 auf 0,7 Pa. Durch diese wenigen Änderungen deckt eine einzige Einblasöffnung unten acht Etagen ab – ohne die Türgrößen zu reduzieren. So können u. a. Baukosten gespart werden.

Wechselwirkungen mit Türschließern 

Die Norm DIN EN 12101-6 definiert außer der Strömungsgeschwindigkeit an den Türen und den maximalen Öffnungskräften auch die Reaktionszeit der RDA bis zum Erreichen der erforderlichen Druckverhältnisse: Je nachdem, wie viele Türen wie weit zum Treppenraum hin geöffnet werden, müssen die RDA-Ventilatoren mehr oder weniger Luftvolumen fördern. Um die Eigenrettung aus einem Brandraum nicht zu gefährden, sind die Druckverhältnisse im Sicherheitstreppenraum an die wechselnden Bedingungen innerhalb von 3 s anzupassen. Dieser ohnehin kurze Zeitkorridor wird durch die Proportion der Türen häufig noch weiter eingeschränkt (siehe Tabelle 3).

Die Quintessenz: Bei gleicher Türenfläche wirken sich hohe Türen ungünstiger auf die Druckregelung im Treppenraum aus als breitere Türen. Der Grund: Je höher die Tür, umso großer die geöffnete Teilfläche in Relation zum Öffnungswinkel. Außerdem bieten hohe Türen an der Schließkante der Luftströmung eine größere Angriffsfläche. Dadurch fallen hohe Türen mit einer größeren Wucht zu. Nur hochwertige Türschließer mit zwei einstellbaren Dämpfungszonen können ein sicheres Schließverhalten gewährleisten: schnelles Schließen von 180 bis 70°, langsames Schließen von 70 bis 0°.

In der Summe dieser Einflussgrößen beträgt häufig die tatsächlich verfügbare Regelzeit der RDA, um die geforderten Druckverhältnisse im Treppenraum anzupassen, weniger als 0,5 s.

Fazit

Die erforderlichen Druckverhältnisse in einem Sicherheitstreppenraum sind durch die Norm DIN EN 12101-6 vorgegeben, um den Rauchübertritt aus einem Brandraum zu verhindern ohne dabei die Eigenrettung durch zu hohe Türbetätigungskräfte zu gefährden. Schon Details in der Gestaltung von Türen und Treppenräumen verändern das Strömungsverhalten und nehmen so gravierenden Einfluss auf die Funktion einer RDA. Werden die Wechselwirkungen schon zu Beginn der Planung berücksichtigt, lassen sich erhebliche Bau­kosten sparen – oder ein Sicherheitstreppenraum ist überhaupt erst realisierbar. Aufgrund der Regelungskomplexität sind elektronische DDA gegenüber RDA mit mechanischen Regelklappen technisch und wirtschaftlich im Vorteil.

Ein weiterer Aspekt moderner Bautechnik, der erheblichen Einfluss auf die Regelung der Druckverhältnisse im Brandfall nimmt, ist die zunehmende Dichtigkeit der Gebäude. Häufig unbeachtete Problemfelder aber auch Lösungswege hierzu zeigt ein weiterer Beitrag in einer der kommenden Ausgaben der tab – Das Fachmedium der TGA-Branche auf.