Maschinelle Rauchabzugsanlagen

Maschinelle Entrauchungsanlagen

Ist aus baulichen Gegebenheiten der Einsatz einer natürlichen Entrauchungsanlage nicht möglich (z. B. mehrgeschossige Gebäude oder innenliegende Bereiche), kommt eine maschinelle Ent­rau­chungsanlage (MRA) mit Ent­rauch­ungs­ventilatoren zum Einsatz. Maschinelle Entrauchungsanlagen werden aber nicht nur aus baulichen Gege­ben­heiten an Stelle einer natür­lichen Entrauchungs­anlage vorgesehen, häufig spricht ein Investitionskos­ten­ver­gleich für ein maschinelles Entrauchungssystem. Bei einer MRA erfolgt der Abtransport der Rauchgase mittels geeigneter Entrauchungs­ventilatoren. In Abhängigkeit der verbrennenden Materialien bildet sich im Brandfall in kurzer Zeit toxischer Rauch. Auf­grund des thermischen Auftriebs staut sich das Rauchgas unterhalb der Decke und bildet ein Rauchgaspolster, das sich im weiteren Verlauf des Brandes horizontal ausbreitet. 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 der Absaugung der heißen Brandgase und 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 (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.) abzustimmen und 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 mindestens 3 m handelt und die Bemessungsgrundlagen der Norm erfüllt sind:

Zunächst ist zur Dimensionierung der MRA die Bemessungsgruppe zu er­mitteln. Hierbei handelt es sich um eine rechnerische Brandfläche, welche von der Brandentwicklungsdauer und der Brand­ausbreitungsgeschwindigkeit abhängt (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 Flammausbreitungsgeschwindigkeit vorhanden sind.

Volumenstrombestimmung

Der für den Rauchabschnitt (Standard ≤ 1600 m², erweiterbar auf max. 2600 m²) abzuführende Volumenstrom ist nach Tabellen zu ermitteln. In Abhängigkeit der Höhe der raucharmen Schicht, Wärmefreisetzungsrate und Bemessungsgruppe ist der Entrauchungsvolumenstrom darin vorgegeben. Die Norm unterscheidet hierbei zwei Wärmefreisetzungsraten (Tabelle 2) 600 kW/m² und 300 kW/m².

Der Rauchgasvolumenstrom muss über temperaturbeständige Ventilatoren abgeführt werden. Zum Einsatz können nachfolgende Typen verwendet werden:

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 von

1 m/s einströmen. Bei der Planung ist darauf zu achten, dass die Oberkante der Nachströmöffnung mindestens 1,0 m unterhalb des Rauchgaspolsters liegt. Haben die Nachströmöffnungen eine maximale Breite von 1,25 m, kann der minimale Abstand auf 0,5 m reduziert werden. Kann die Forderung im Hinblick auf die maximale Nachströmgeschwindigkeit nicht erfüllt werden, können in Absprache mit dem zuständigen Sachverständigen folgende Kompensationen möglich sein:

Rauchabschnittsflächen

Die DIN 18232-5 setzt in ihrer Anwendung voraus, dass die zu entrauchenden Räume eine maximale Größe von 1600 m² aufweisen. Größere Räu­me sind mittels Rauchschür­zen in maximal 1600 m² große Rauchabschnittsflächen zu unterteilen. Bei Erhö­hung des Volumenstroms der Entrauchungsventilatoren kann die Rauchabschnittsfläche auf bis zu 2600 m² erhöht werden. Hierzu sind die in der Tabelle 2 angegebenen Werte für jede ab 1600 m² angefangenen 100 m² um 10 % 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 u.a. 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:

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.

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.

Einbau von Entrauchungsventilatoren

Der Einbau von Ventilatoren wird im VDMA Einheitsblatt 24177 geregelt. Es stehen drei unterschiedliche Aufstellarten zur Verfügung

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 beispielsweise durch Frequenzumrichter (FU) und polumschaltbare Motoren

Im Entrauchungsfall darf keine Regelung des Ventilators mittels Frequenzumrichter oder anderer Regeleinrichtungen erfolgen. Bei Auslösung des Entrauchungsventilators (Brandfall) muss nachfolgendes gewährleistet sein:

Zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit im Brandfall sind Entrauchungsanlagen in regelmäßigen Abständen in Funktionsprüfungen und Wartungen durch den Hersteller oder qualifiziertes Fachpersonal auf Funktionalität und Beschaffenheit zu überprüfen. In Abhängigkeit von Verschleiß, Produktlebensdauer oder geleisteten Betriebsstunden sind beispielsweise die Lager in einem Antriebsmotor des Entrauchungsventilators nachzufetten oder komplett auszuwechseln. Systeme zur Zustandsdiagnostik der Motorlager (Bild 4) können hierbei einen wichtigen Beitrag leisten.