Lüftung im Sicherheitstreppenraum

Definition einer klassischen RDA

Eine konventionelle Rauchschutz-Druckanlage hat im Havariefall zwei unterschiedliche Aufgaben zu erfüllen:

Unmittelbar nach der Erkennung eines Brandereignisses hat die RDA auszulösen und muss zeitnah (meist 60 s) ihren Betrieb sicherstellen. Durch die Einbringung eines Luftvolumenstroms wird das Treppenhaus mit einem definierten Überdruck beaufschlagt, so dass Rauch durch Leckageöffnungen und andere Un­dich­tig­keiten nicht in diesen Fluchtweg eindringen kann. Nicht wie oft irrtümlich angenommen und teilweise in unzureichenden Brandschutzkonzepten beschrieben, ist ein Überdruck von 50 Pa aufzubauen, sondern vielmehr darf der Überdruck nur so groß sein, dass – gemessen am Türgriff – eine maximale Türöffnungskraft von 100 N vorliegt. Bei übergroßen Türen kann der Überdruck durch­aus nur bei 30 bis 35 Pa liegen. Der projektspezifische maximale Überdruck muss anhand der tatsächlichen Gegebenhei­ten berechnet werden und berücksichtigt dabei die Größe der Tür und insbesondere die Schließ- bzw. Öffnungsmomente des zu­gehörigen Türschließers.

Öffnet nun ein Flüchtender die Türe vom Brandgeschoss ins Treppenhaus, so bricht dieser Überdruck unmittelbar zusammen und es entsteht ein isobares Verhältnis zwischen diesen Gebäudeteilen. Um dennoch einen Raucheintritt in den Rettungsweg zu verhindern, muss die offene Tür in kurzer Zeit mit ausreichend Zuluft durchströmt werden. Diese Zulufteinbringung erfolgt durch den Zuluftventilator einer RDA. Der Türdurchdringungsvolumenstrom richtet sich nach der geforderten Türdurchströmungsgeschwindigkeit. Hier sind Werte von 0,75, 1,0 und 2,0 m/s gängige Praxis. Die Türdurchströmungsgeschwindigkeit hängt von der Schutzzielforderung ab:

Aufgrund der heutigen sehr dichten Bauweise kann diese Strö­mungsgeschwindigkeit nur sichergestellt werden, wenn der Zu­luftvolumenstrom über eine geeignete Abströmfläche entweichen kann. Diese Abströmung kann über Fenster oder einen richtig dimensionierten Abströmschacht erfolgen. Die Projek­tie­rung muss sicherstellen, dass die Abströmung automatisch in Abhängigkeit des Brandortes gewährleistet ist. Dies geschieht in der Regel durch eine brandortselektive Erkennung mittels einer Brandmeldeanlage und durch ein daraus resultierendes Aktionsszenario der RDA-Steuerung. Es wird demnach in einem mehrgeschossigen Gebäude lediglich die Abströmung in der Brandetage sichergestellt. Durch unterschiedliche Fluchtzeiten der einzelnen Nutzer ist im Unglücksfall davon auszugehen, dass ein stetiger Wechsel beider Zustände vorherrscht. Deshalb muss ein geeignetes RDA-System den Lastwechsel in einem raschen Zeitraum ausregeln. Hierbei werden in der Praxis häufig die Forderung der DIN 12 101-6 gestellt, welche eine Ausregelung innerhalb von nur 3 s mit einer Genauigkeit von +/- 10 % vorsieht.

Auf dem deutschen Markt haben sich zwei unterschiedliche Systeme zur Ausregulierung der zwei Lastgänge etabliert:

Bei den aktiven Systemen handelt es sich um elektronisch ge­re­gel­te Differenzdruckanlagen. Hier wird über eine Drucksensorik die tatsächlichen örtlichen Gegebenheiten gemessen und mittels Drehzahlregulierung am Zuluftventilator durch einen Frequenzum­richter (FU) auf die tatsächlichen Anforderungen reagiert. Im Falle der geschlossenen Fluchttür wird der Zuluftventilator anhand des gewünschten Differenzdruckes und der Abhängigkeit des gemessenen Differenzdruckes mittels FU auf eine bestimmte Drehzahl gefahren. Bei Öffnen der Tür und Abfall des Differenzdrucks erhöht der Ventilator mittels elektronischer Steuerung seine Drehzahl, um die geforderte Überströmgeschwindigkeit sicherzustellen.

Bei passiven Systemen werden mittels einer feder- oder ge­wichts­belasteten Regelklappe die Druckanforderungen der RDA erfüllt. Zur Zulufteinbringung wird ein konstant laufender Venti­lator installiert. Der Auslegungsvolumenstrom stellt unter Berücksichtigung von Leckage und anderen Einflüssen den Volu­men­strom zur Erreichung der Überströmgeschwindigkeit sicher. Im Falle einer geschlossenen Fluchttür agiert die mechanische Differenzdruckklappe wie ein Ventil. Der zuvor berechnete und im Herstellerwerk justierte Überdruck wird mittels Öffnen und Schließen der Lamellenklappen ausgeregelt.

Beide Systeme sind in der Praxis erprobt und bei gewissenhafter Projektierung und Ausführung dauerhaft funktionssicher. Die Unterschiede sind jedoch deutlich, nicht nur in der jeweiligen Technik, sondern auch in ihrem Marktimage. Aktive Systeme können auf die tatsächlichen Projektgegebenheiten sehr gut reagieren. Sehr häufig stehen wichtige Kriterien zur Auslegung einer RDA zum Zeitpunkt der Projektierung noch nicht endgültig fest bzw. ändern sich ständig. Der für die Anlagenart notwendige Drucksensor wird an einem zuvor festgelegten Referenzort montiert und erfasst fortlaufend die tatsächlichen lokalen Gegebenheiten. In Abhängigkeit der stetigen Messung wird der Zuluftventilator mittels Frequenzumrichterregelung auf die notwendige Drehzahl gebracht. Ändern sich die örtlichen Gegebenheiten, z.B. durch bauliche Veränderungen, Änderungen der Leckage oder andere Umstände reagiert das RDA-System automatisch. Das Toleranzband der Funktionalität ist bei aktiven RDA-Systemen auch bei veränderten Umständen ungleich höher als bei passiven Systemen. Bei passiven Systemen erfolgt die RDA-Funktionsweise mittels konstanter Zulufteinbringung und Druckregelung durch eine mechanische Klappe. Um hier die tatsächliche Funktion zu gewährleisten, sind bereits in der Planungsphase alle dafür notwendigen Parameter zu ermitteln und sicherzustellen. Nachträgliche Änderungen führen unweigerlich in der Planungsphase zu Veränderungen in der Systemtechnik, und sei es nur, dass der justierte Regeldruck angepasst werden muss. Abweichungen zwischen Theorie und Praxis oder gar spätere bauliche Veränderungen können kaum ausgeglichen werden und bedürfen zeit- und kostenintensiver Umbauten. Nachträgliche Schaufelwinkelverstellungen bei den axialen Zuluftventilatoren oder aufwendige Nachjustierungen an der Klappenmechanik sind hier nicht unbekannt.

Jedoch hat das passive mechanische System den Vorteil, dass der Lastgangwechsel nahezu zeitgleich erfolgt. Das Öffnen bzw. Schließen der Regelklappe funktioniert im oft zitierten Wimpernschlag ohne elektrische Antriebsenergie. Die Drehzahlanpassung bei aktiven Systemen kann trotz moderner Elektronik diesen Zeitvorteil nicht wettmachen. Zwar liegen aktive Systeme innerhalb der nach Norm geforderten Höchstzeit zur Ausregelung, jedoch sind sie dabei im Vergleich zu passiven Systemen deutlich langsamer. Weiterhin benötigen passive Systeme zur Ausregelung keinerlei Hilfsenergie.

Die Schnelligkeit der Klappe und die nicht notwendige Hilfs­energie stellen für viele Projektentscheider klare Vorteile dar. Jedoch wäre die Definition, dass passive Systeme die besseren Differenzdruckanlagen sind eine eindimensionale Sichtweise. Nachweislich gibt es nicht nur in Deutschland Projekte, die nur mit einer aktiven Regelung über­haupt funktionieren.

Die Entscheidung, welches System zum Einsatz kommt, sollte nicht nur aufgrund der zuvor beschriebenen Unterscheidungen erfolgen. Vielmehr macht es Sinn, die Technik anhand der projektspezifischen Gegebenheit auszurichten.

Gemäß VDMA Einheitsblatt 24 188 unterscheidet man bei Differenzdruckanlagen vier Typen.

1.) Treppenhausspüllüftungsan­lage,

2.) Treppenhausspüllüftungsanlage mit geregelter Druckhal­tung,

3.) Rauchschutz-Druckanlage mit gesicherter Geschossabströ­mung,

4.) Rauchschutz-Druckanlage mit gesicherter Geschossabströ­mung und redundanter Betriebsweise.

Eine Anlage nach Typ 1 findet man sehr häufig bei nachträgli­chen Einbauten, Bestandssanie­run­gen und Nutzungsän­de­run­gen. Hier wird eine Anlage ein­gebaut, die mit einem konstanten Volumenstrom den Trep­pen­raum kontinuierlich aus­spült und etwaige Rauchkon­ta­minationen auf ein Minimum reduziert. Meist wird dabei mit einem Durchströmungsvolumenstrom von 10 000 m³/h geplant. Abweichende Vorgaben können vorkommen. So gibt es vereinzelt abweichende Dimensionierungsvorgaben, wie z. B. ein Spülvolumenstrom in Höhe des zwanzigfachen Luftwechsels. Bei diesem Anlagentyp erfolgt keinerlei Druckregelung und auch die Abströmung im Brandge­schoss ist nicht notwendig, da keinerlei Anforderungen an die Durchströmungsgeschwindigkeiten gestellt werden. Der Spülluftvolumenstrom wird im Treppenhauskopf zumeist über eine konventionelle und durch die RDA Regelung aufgefahrene Lichtkuppel ausgeblasen.

Typ 2 hat einen ähnlichen Aufbau, jedoch erfolgt hier eine Druckregelung. Diese Regelung kann aktiv als auch passiv geschehen. Eine gesicherte Abströmung im Brandgeschoss ist nicht erforderlich. Häufig kommt dieser Anlagentyp zur Anwendung, wenn aufgrund der baulichen Gegebenheiten (z. B. Wohnungsbau) eine gesicherte Abströmung nicht oder nur unverhältnismäßig hergestellt werden kann.

Typ 3 stellt die klassische Dif­fe­renzdruckanlage dar. Typ 4 erhält additiv eine redundante Betriebsweise.

In der Technik wird die Redun­danz als das mehrfache Vor­han­densein funktional gleicher oder vergleichbarer technischer Ressourcen (meist aus Sicherheitsgründen) bezeichnet, wenn diese für den störungsfreien Normalbetrieb nicht benötigt werden. Während in der allgemeinen TGA (z. B. Kälte und Klimatechnik) – die Redundanz ziemlich klar im Markt definiert ist, herrscht bei der RDA-Projektierung sehr schnell Unklarheit, was genau mit Redundanz gemeint ist. Häufig ver­steht man darunter einen zwei­ten Zuluftventilator und einen zweit­en Lastteil für den Ventilator im Schaltschrank. Wichtige, zur Funk­tion nicht vernachlässigbare Einbauelemente wie z. B. Rege­lungs­teil im Schaltschrank, Abströmklappen oder Fensterantriebe, Regelklappen oder Sensorik werden aber allzu oft nicht zweifach ausgeführt. Im Projekt ist deshalb nichts so unklar, wie die Frage der Redundanz. Je nach Brandschutzkonzeptersteller, HLS-Planer oder Prüfsachverständigem können je nach Projekt völlig unterschiedliche Ausführungen zum Einsatz kommen. Dabei stellt die Redundanzfrage keinen Einzelfall dar. Die Summe der Unklarheiten bei der RDA-Planung scheint nahezu grenzenlos. Werden im Ansaugkanal Kanalrauchmelder verlangt und welche Funktion sollen diese erfüllen? Je nach Projekt sind diese zulässig oder verboten. Gar werden manchmal zwei Luftansaugungen verlangt und der Kanalrauchmelder ist das Feldgerät für die dann notwendige Klappensteuerung. Für die Ermittlung des Zuluftvolumenstroms ist die Anzahl der gleichzeitig geöffneten Türen maßgebend. Zudem ist die Frage entscheidend, ob die Ein­gangs­tür als offen oder stetig geschlossen zu betrachten ist. Die Unterschiede im Zuluftvolumenstrom sind enorm. Welche Anforderungen sind an den Ventilator gestellt? Ist ein Kunststoff­lauf­rad möglich oder muss ein Laufrad aus Aluminium oder gar Stahl eingesetzt werden?

Kaum eine Technik ist so projektindividuell wie ein RDA-System. Sowohl die Systemfrage als auch wichtige Auslegungs- und Ausführungsparameter unterscheiden sich von Projekt zu Projekt gravierend und sind von zahlreichen Faktoren abhängig. Gebaute, geprüfte und abgenommene Systeme des einen Projektes werden bei anderen Realisierungen gleich anfänglich in Frage gestellt.

Fazit

Differenzdrucksysteme und Spüllüftungsanlagen sind gängige Praxis zur Realisierung sicherheitstechnischer Anforderungen in Neubau und  Sanierung. Die Verbreitung der Systeme wird zunehmen und somit die Erfahrung in Fragen der Planung, Realisierung und Anpassung. Eine bei der Realisierung dieser Anlagen unumgängliche Beratung durch einen Hersteller sollte projekt- und nicht produktorientiert erfolgen, um den gemeinsamen Projekterfolg sicherzustellen. Anforderungen an diese Lüftungstechnik sind verschieden und unterscheiden sich je nach Region und Projektpartnern.