Virtuelle Brand- und Rauchabschnitte

Der Besucher muss nur ein paar Meter weiter einige Treppenstufen hinabsteigen, um zeitgleich auf die Bau- und Technikgeschichte der vergangenen Jahrhunderte sowie der Moderne zu treffen: Vor fast 50Jahren wurde der komplette „Römer“ mit einer rund 20.000 m² großen, zweigeschossigen Tiefgarage „unterkellert“.

Die wurde für rund 14 Mio. € kernsaniert – und sollte den projektleitenden Architekten Steinhauser nicht zuletzt bei der Frage des Brand- und Rauchschutzes vor ganz besondere Herausforderungen stellen:

Von dieser Gemengelage ausgehend war ein Jahr Planungsarbeit notwendig, bis unter der Federführung der DomRömer GmbH Fach- und Lüftungsplaner, Bauaufsicht, Branddirektion und Brandschutzsachverständige gemeinsam die Sanierung der Tiefgarage unter dem „Römer“ zu einem auch sicherheitstechnisch baugenehmigungsfähigen Projekt entwickelt hatten.

Denn die 20.000 m² Parkfläche über zwei Geschossebenen schlicht und einfach über selbst auslösende Tore zu schotten und so die gewohnten Brandschutzabschnitte zu bilden, war vor dem Hintergrund „verbauter“ Flächen mit ihren hohen statischen Lasten durch die aufstehenden Objekte nicht möglich. Unterzüge oder tragende Wände standen dem allerorten im Wege.

Unter Einbindung des Herstellers Systemair wurde stattdessen ein Lüftungs- und Entrauchungskonzept entwickelt, das von virtuellen Brandschutzabschnitten ausgeht:

Genau nach diesem Prinzip hat sich Systemair in enger Abstimmung mit den Bauverantwortlichen auch bei der Auslegung des Belüftungs- und Entrauchungssystems unter dem „Römer“ gerichtet:

Energiesparende Detailbetrachtung

Systemair hat die virtuellen Rauchabschnitte über eine CFD-Analyse (Computational Fluid Dynamics) entwickelt. Ausgehend von den nach Aufmaß zusammengestellten, exakten CAD-Daten der Tiefgarage und zentralen Parametern wie „Dauer bis zum Vollbrand mit maximaler Rauchgasentwicklung“ oder „Quantifizierung der Rauchgas- und Wärmeentwicklung“ werden dazu mithilfe einer speziellen Software Brandszenarien am Rechner durchgespielt und das Strömungsverhalten des Brandrauches und der Zu-/Abluft (hier: unter Einsatz von Jetventilatoren) simuliert. „Eine hochauflösende Simulation, wie sie in diesem Fall eingesetzt wurde, ist zwar extrem zeitaufwendig und beansprucht sehr viel Rechnerleistung“, so Systemair Techniker Tobias Wetz, „doch als Ergebnis entstehen auch absolut praxisgerechte Szenarien. Der für den Brandschutz verantwortliche Fachplaner kann also auf der Basis dieser Daten und Grafiken dann genau das Lüftungs- und Entrauchungskonzept anbieten, das für diesen Anwendungsfall am wirtschaftlichsten und sichersten ist.“

In der Tiefgarage unterhalb des „Römers“ gehörten dazu 54 Jetventilatoren, überwiegend vom Typ „AJ8 400-2/4“, sowie zwei Dutzend Zu- und Ablüfter vom Typ „AXC 630-9“ mit Leistungen zwischen 3 und 11 kW pro Ventilator. Um die Anlagen mehrstufig so energiesparend, leise und materialschonend wie möglich zu fahren, sind die Zu- und Ablüfter durchweg mit Frequenzumformern ausgestattet. Die Jetventilatoren werden bedarfsbezogen zweistufig auf Teillasten oder auf Volllast angesprochen. Reversibel geschaltet, sorgen sie für die tägliche Bedarfslüftung inklusive Abführung der CO-Lasten, die – auf jeweils 400 m² Fläche bezogen – von CO-Sensoren erfasst werden. Im Brandfall aber dienen die Jetventilatoren mit teilweise umgekehrter Laufrichtung zur Abfuhr der Rauchgase und damit auch zur geforderten Rauchfreihaltung der Rettungswege.

Dass es sich auszahlt, eine derart komplexe Planung aber nicht nur unter dem Gesichtspunkt der Funktionssicherheit im Brandfall zu betrachten, sondern möglichst detailliert auch in Bezug auf Investitions- und Betriebskosten, zeigt dabei ein Blick auf die Installationen zur Steue­rung und zum Funk­tionserhalt der Systemair-Ventilatoren und -Lüfter. Durch die vergleichsweise geringe Leistungsaufnahme der Geräte reicht für jeden virtuellen Brandschutzabschnitt ein kleiner Schaltschrank für die Verdrahtung inklusive Frequenzumrichter und letztlich auch die Aufschaltung auf die Gebäudeleittechnik der Park­raum­bewirt­schaf­tung sowie die ergänzenden Leitungen beispielsweise für Fluchtschilder, CO-Warnanlage und Ähnliches völlig aus.

Einer der Schaltschränke dient dabei als Master, die weiteren fünf als Slaves, was den Installationsaufwand der Verkabelung nochmals verringerte.

Rauchgas-Versuch bestätigt Konzept

Virtuelle Brand- und Rauchabschnitte zu bilden und dann technisch beispielsweise im Tunnel der Zufahrt oder an Übergängen einzelner Zonen durch besonders flach bauende Jetventilatoren entsprechend umzusetzen, ist allerdings – zumindest in Frankfurt – das eine.

Den Praxisbeweis in „Mainhatten“ anzutreten aber etwas ganz anderes. Denn in der Großstadt mit ihren markanten Bankentürmen schauen die Brandschutzverantwortlichen erfahrungsgemäß besonders genau hin, wenn es darum geht, die Folgen eines Schadensfeuers vorausschauend schon in der Planungsphase möglichst gering zu halten. Bezogen auf das Parkhaus unter dem „Römer“ bedeutet das: Das virtuelle Entrauchungskonzept von Systemair musste unter Realbedingungen im Warmrauchgas-Versuch seine Praxistauglichkeit beweisen.

Zusammenfassung

Das Ergebnis ist rasch zusammengefasst: Die tatsächliche Luft- und Rauchströmung entsprach mit nur geringfügigen, baulich bedingten Abweichungen (die zuvor nicht über die CAD-Planung erfasst waren) exakt der am Rechner aufgestellten Simulation. Die CFD-Analyse hatte also nicht nur die laminaren Luftströmungen der Jetventilatoren passgenau abgebildet, sondern genauso die in Folge über Induktion entstehenden turbulenten, über die in der Praxis letztlich auch die kleinsten Winkel in der Tiefgarage noch durchströmt und entlüftet werden.