7. April 2023

Interview mit Thomas Volle über zentrale Herausforderungen bei der Planung und Installation von Druckbelüftungsanlagen für Sicherheitstreppenräume

Ein Brand in einem Gebäude ist immer mit einem gewissen Gefahrenpotenzial für die Menschen, die sich darin aufhalten, verbunden. Gerade hohe Gebäude bergen aufgrund langer Fluchtwege besondere Risiken. Deshalb verlangt das deutsche Recht bauliche Voraussetzungen, damit Menschen gefahrlos ins Freie flüchten können – selbst aus dem obersten Geschoss: Die Gebäude müssen einen oder – je nach Brandschutzkonzept – mehrere Sicherheitstreppenräume haben, die per Druckbelüftungsanlage rauchfrei gehalten werden. Detlev Knecht, stv. Chefredakteur der IKZ, sprach mit Thomas Volle von Helios Ventilatoren GmbH + Co KG über zentrale Herausforderungen, mit denen TGA-Planer und SHK-Installateure zu tun haben, wenn sie Druckbelüftungsanlagen planen oder installieren.

IKZ-HAUSTECHNIK: Bauland in wirtschaftlich attraktiven Städten ist rar. Das ist ein Grund, warum Gebäude i. d. R. in die Höhe gebaut werden. Was versteht man unter einem Hochhaus und welche Anforderungen werden hinsichtlich des anlagentechnischen Brandschutzes an die Sicherheitstreppenräume gestellt? 

Thomas Volle: Im Baurecht spricht man immer dann von einem Hochhaus, sobald der Fußboden einer Nutzungseinheit höher als 22 Meter über der Geländeoberfläche liegt. Begründet wird dies damit, dass eine Drehleiter, wie sie als Hubrettungsgerät von der Feuerwehr eingesetzt wird, über eine Normrettungshöhe von 23 Metern verfügt. Addiert man zu den 22 Metern nun noch die Brüstungshöhe, entspricht das genau der genormten Rettungshöhe. 

Verfügen Gebäude über noch höher gelegenere Stockwerke, können diese von der Feuerwehr mit solch einer Drehleiter nicht mehr erreicht werden – weder als Rettungs- noch als Angriffsweg. Deshalb fallen jene Bauten in den Geltungsbereich der Hochhausrichtlinie, welche spezielle Anforderungen an die Rettungswege stellt.

Der Sicherheitstreppenraum oder auch die Sicherheitstreppenräume sowie der Feuerwehraufzug müssen im Brandfall vor Rauch geschützt werden, um eine Eigenrettung der Personen zu ermöglichen, und gleichzeitig der Feuerwehr einen rauchfreien Angriffsweg bieten zu können. Hierfür werden bei innenliegenden Sicherheitstreppenräumen Druckbelüftungsanlagen eingesetzt. Diese erzeugen im Brandfall in dem zu schützenden Bereich einen Überdruck und bilden damit eine Druckkaskade hin zur verrauchten Nutzungseinheit. So wird ein eventueller Raucheintrag in den Sicherheitstreppenraum effektiv verhindert. 

Selbst wenn Türen vom Sicherheitstreppenraum in den Vorraum und in den notwendigen Flur oder direkt in die Nutzungseinheit hinein geöffnet werden, darf es keinen Raucheintrag geben. Die Druckbelüftungsanlage fördert deshalb eine so hohe Luftmenge in den Sicherheitstreppenraum, dass der gesamte Türquerschnitt entgegen der Rauchausbreitung mit frischer Luft durchströmt wird. 

IKZ-HAUSTECHNIK: Ihre Antwort hat es schon in etwa ausgedrückt: Mit der Höhe der Gebäude steigen auch die Anforderungen an den Brandschutz. Mit welchen unrealistischen Wünschen werden die TGA-Planer und das SHK-Handwerk vonseiten der Architekten/Bauträger häufig konfrontiert? 

Thomas Volle: Diese Art der Anlagentechnik benötigt natürlich einen gewissen Platz innerhalb des Gebäudes. Die erforderlichen Flächen für einen Aufstellraum der Druckbelüftungsanlage oder auch für Zuluft- beziehungsweise Abluftschächte müssen bei der Planung frühzeitig berücksichtigt werden – das geht nicht einfach noch schnell im Nachhinein. Hierfür sind Informationen zur Ausführung und Dimensionierung der Anlage bereits zwingend erforderlich. 

Hinzu kommt, dass der Differenzdruck im Treppenraum im Brandfall so geregelt werden muss, dass sich die Türen von den sich rettenden Personen problemlos öffnen lassen. Hierfür ist eine maximale Tür-Betätigungskraft von 100 Newton am Türgriff einzuhalten. Gerade bei sehr großen Türen, die meist besonders schön in die Architektur passen und deshalb sehr beliebt sind, werden die TGA-Planer vor eine große Herausforderung gestellt: Denn die Türgröße und auch damit das Drehmoment eines Türschließers beeinflussen und limitieren den maximal möglichen Differenzdruck im Sicherheitstreppenraum. Hierfür ist eine genaue Betrachtung der Momentenbilanz erforderlich, um die größtmögliche Dimension der Türen, unter Einhaltung der maximalen Tür-Betätigungskraft, klar festlegen zu können.

IKZ-HAUSTECHNIK: Sicherheitstreppenräume müssen also im Falle eines Brandes mit Luft, sehr viel Luft, beaufschlagt werden. Hier kommt die Technische Gebäudeausrüstung zum Zuge. Welche technischen Möglichkeiten eröffnen sich ihnen?

Thomas Volle: Die Zulufteinbringung erfolgt mittels Ventilator. Dieser saugt Außenluft an und fördert sie in den Sicherheitstreppenraum hinein. Dabei ist darauf zu achten, dass die Außenluftansaugung so gestaltet wird, dass das Ansaugen von Rauchgasen auszuschließen ist. 

Die Zulufteinbringung in den Sicherheitstreppenraum erfolgt bei niedrigen Gebäuden meist an einer Stelle, oftmals im Untergeschoss. Bei sehr hohen Gebäuden geschieht dies oftmals in jeder dritten oder fünften Etage mittels Zuluftschacht. Damit spielen Druckverluste bei der Durchströmung des Treppenraums keine große Rolle. 

Das Herzstück der eigentlichen Anlage ist die Differenzdruckregulierung, die auf verschiedene Situationen im Sicherheitstreppenraum reagieren kann: Öffnen sich beispielsweise Türen, so hat das einen direkten Einfluss auf die Druckverhältnisse im zu schützenden Bereich. Die Differenzdruckregulierung sorgt dann dafür, dass der Überdruck dennoch aufrechterhalten bleibt und auch die angesprochene Tür-Durchströmungsgeschwindigkeit entgegen der Rauchausbreitung realisiert wird. 

Sehr häufig kommen hier aktiv geregelte Druckbelüftungsanlagen zum Einsatz. Das bedeutet, dass an mehreren Stellen im Treppenraum der Überdruck gegenüber der Atmosphäre mittels Differenzdrucksensoren stetig erfasst wird. Somit erfolgt ein permanenter Abgleich zwischen dem dortigen Ist- und Soll-Druck. Der Zuluftventilator fördert dann den jeweils erforderlichen Volumenstrom in den Sicherheitstreppenraum hinein und kann im Falle einer geöffneten Türe binnen kürzester Zeit reagieren. Aber auch passive Systeme mittels selbsttätig regelnder Differenzdruckklappen kommen zum Einsatz. 

IKZ-HAUSTECHNIK: Bei einem Brand zählt mitunter jede Sekunde. Welches Szenario wird durchlaufen, wenn ein Brand detektiert wird?

Thomas Volle: Nachdem der Rauch eines Feuers detektiert wurde, muss die Druckbelüftungsanlage innerhalb von 60 Sekunden starten und nach spätestens 120 Sekunden voll funktionsfähig sein und im sogenannten Druckregelbetrieb arbeiten. Diese Anforderung stellt an eine moderne Anlagentechnik keine besondere Herausforderung dar: In kürzester Zeit werden die Klappen und Öffnungen aufgefahren und der Zuluftventilator in Betrieb genommen. So kann innerhalb von wenigen Sekunden ein Spülbetrieb realisiert und der Sicherheitstreppenraum mit einem maximal möglichen Volumenstrom durchströmt werden. Eventuell eingedrungene Rauchgase werden dadurch verdünnt und ausgespült, die maximal zulässige Tür-Betätigungskraft jedoch nicht überschritten. 

Öffnet sich in der Brandetage die Türe vom Sicherheitstreppenraum in den Vorraum und in den notwendigen Flur, so besteht die Gefahr der Rauchausbreitung in den Sicherheitstreppenraum. Die Druckbelüftungsanlage muss dann innerhalb von fünf Sekunden den erforderlichen Volumenstrom zur Verfügung stellen, um den gesamten Türquerschnitt mit frischer Luft zu durchströmen und damit den Raucheintrag zu verhindern. Gelegentlich finden sich noch Anforderungen, die hier eine maximale Regelzeit von drei Sekunden vorgeben.

IKZ-HAUSTECHNIK: Das technische Konzept hört sich sehr überzeugend an. Aber auch eine Druckbelüftungsanlage, insbesondere der Ventilator, kann aufgrund einer technischen Störung ausfallen oder die Stromversorgung ist unterbrochen …

Thomas Volle: Sofern in dem Gebäude nur ein innenliegender Sicherheitstreppenraum vorhanden ist, müssen die Komponenten für die Zulufteinbringung redundant ausgeführt werden. Hier spricht man dann von parallel angeordneten Zuluftventilatoren und auch redundanten Frequenzumrichtern für deren Ansteuerung und Regelung. Weitere Bauteile, beispielsweise die Differenzdrucksensoren oder die Außenluftansaugung, können ebenfalls redundant ausgeführt werden – die genauen Anforderungen sind meist im Brandschutzkonzept beschrieben. 

Grundsätzlich verfügen die Druckbelüftungsanlagen nicht nur über eine Redundanzumschaltung vom Primär- auf das Sekundärsystem, sondern auch über Havariefall-Steuerungen oder Notlauf-Programme, um auf entsprechende Situationen reagieren zu können. Der Schutz von Menschenleben steht hier natürlich über dem Materialschutz. So verfügen beispielsweise die Frequenzumrichter, die in diesen Anlagen zum Einsatz kommen, über eine spezielle Betriebsart. Interne Schutzeinrichtungen werden dabei überbrückt, um eine möglichst lange Laufzeit der Anlagentechnik, auch bei eventuellen Störungen, sicherzustellen. Die Druckbelüftungsanlagen in Hochhäusern werden bei einem Stromausfall zuverlässig von der Sicherheitsstromversorgungsanlage mit Strom versorgt.

IKZ-HAUSTECHNIK: Die Druckbelüftung von Treppenräumen erfordert also sehr viel Know-how und Erfahrung. Die hat aber nicht jeder TGA-Planer oder SHK-Handwerker. Sie können dabei helfen.

Thomas Volle: Unsere TGA-Fachberater sind permanent im Einsatz und leisten bei dieser Art der Anlage eine besonders hohe Planungsunterstützung. Denn gerade, wenn es um die Klärung wichtiger Punkte geht, spielen hier Erfahrungswerte eine sehr große Rolle. Bei der Auslegung der Druckbelüftungsanlage unterstützen wir die Planer und Anlagenbauer beispielsweise mit einem Auslegungstool. Und für eine größtmögliche Planungssicherheit kommen CFD-Simulationen zum Einsatz. 

Auch bei der Errichtung der Anlage stehen die Anlagenbauer oftmals vor großen Herausforderungen, da sich immer wieder Situationen in der Bauphase ergeben, auf die reagiert werden muss. Deshalb stehen die Projektleiter ihnen hier ebenfalls vor Ort zur Seite – sogar bis hin zur Begleitung der Sachverständigenabnahme.

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