14. September 2021

Druckbelüftungsanlagen sind eine smarte Lösung für die sichere Rauchfreihaltung von Sicherheitstreppenhäusern und Feuerwehraufzügen

In Deutschlands Städten wird es immer schwieriger, freie Flächen für Neubauten zu finden. Dies ist im klassischen Wohnbereich schon hinreichend bekannt. Doch auch für Unternehmen gestaltet es sich zunehmend schwerer, geeignete Nutzungsflächen aufzuspüren. Bürogebäude werden deshalb meist in die Höhe gebaut und fallen daher unter die Bestimmungen der Hochhausrichtlinie. Mit steigender Gebäudehöhe werden Fachplaner und Architekten mit hohen Brandschutzanforderungen konfrontiert. Ein Vorzeigeobjekt für sichere Rettungswege im Hochhaus ist der Neubau des Bürogebäudes der Firma Visteon in Karlsruhe. Die technische Umsetzung sämtlicher Vorgaben bietet Lösungsansätze, die auch für viele weitere Bauvorhaben angewandt werden können.

Sicherheitstreppenräume und Feuerwehraufzüge
Sicherheitstreppenräume zeichnen sich dadurch aus, dass sie im Brandfall nutzbar bleiben. Dies ist für sich rettende Personen und für die Feuerwehr lebensnotwendig. Der Feuerwehraufzug ermöglicht einen Zugang, um Ausrüstung und Personal zur Brandbekämpfung sicher und schnell in das jeweilige Geschoss zu bringen. Zusätzlich können über sichere Vorräume und den Feuerwehraufzug Personen gerettet werden. Mit insgesamt acht Etagen und einer Höhe von knapp über 25 m fällt das Bürogebäude der Firma Visteon unter die Anforderungen der Hochhausrichtlinie. Sie fordert einen Sicherheitstreppenraum und einen Feuerwehraufzug. Die Büroräume schließen über einen notwendigen Flur und über einen Vorraum in den Geschossen an den innen liegenden Sicherheitstreppenraum an. Der Vorraum des Feuerwehraufzugs mündet dabei in den Vorraum des Sicherheitstreppenraums – eine Anordnung, die von Architekten zunehmend häufiger gewählt wird, um den Raum möglichst effizient zu nutzen.

Damit bei Visteon der innen liegende Sicherheitstreppenraum, der Feuerwehraufzug und die jeweiligen Vorräume auch im Brandfall rauchfrei und dadurch nutzbar bleiben, waren die folgenden und wesentlichen Anforderungen zu beachten:

• In jedem Geschoss muss jeweils ein Vorraum vor dem innen liegenden Sicherheitstreppenraum und vor dem Feuerwehraufzug liegen.

• Die Erschließung der Nutzungseinheiten erfolgt über einen notwendigen Flur in den Geschossen.

• Vor dem Sicherheitstreppenraum und dem Feuerwehrauszug sowie zwischen Vorraum und notwendigem Flur sind jeweils T30-Türen mit Rauchschutzfunktion erforderlich.

Anlagentechnische Maßnahmen
Grundsätzlich muss der Eintritt von Rauch in innenliegende Sicherheitstreppenräumen, in Feuerwehraufzügen und in Vorräume mit Anlagen zur Erzeugung von Überdruck (Druckbelüftungsanlagen) verhindert werden. Da bei Visteon nur ein innen liegender Sicherheitstreppenraum vorhanden ist, übernehmen betriebsbereite Ersatzgeräte bei Ausfall der Anlage die Funktion für die Aufrechterhaltung des Überdrucks. Die Redundanzanforderungen betreffen die Zuluftventilatoren für den Sicherheitstreppenraum (zwei Ventilatoren, parallel). Für Feuerwehraufzüge genügt ein Zuluftventilator.

Die Durchströmungsgeschwindigkeit der Luft muss durch eine geöffnete Tür eines Sicherheitstreppenraums zum Vorraum und von der Türe eines Vorraums zum notwendigen Flur mindestens 2,0 m/s betragen. Durch die geöffnete Vorraumtüre eines Feuerwehraufzugs muss sie mindestens 0,75 m/s betragen. Die maximale Türöffnungskraft an den Türen von innen liegenden Sicherheitstreppenräumen und der Vorräume darf, gemessen am Türgriff, höchstens 100 N betragen. Ein Mindestdruck von 15 Pa darf in Sicherheitstreppenräumen und Feuerwehraufzügen nicht unterschritten werden.

Eine Druckbelüftungsanlage wird beispielsweise durch die Brandmeldeanlage automatisch ausgelöst. Sie muss den erforderlichen Überdruck nach Auslösung umgehend aufbauen. Das Gebäude benötigt eine Sicherheitsstromversorgungsanlage. Bei Ausfall der allgemeinen Stromversorgung übernimmt sie den Betrieb der sicherheitstechnischen Gebäudeausrüstung – insbesondere der Druckbelüftungsanlage.

Aufbau und Funktionsweise der Druckbelüftungsanlagen
Bei Visteon sind die Zuluftventilatoren und die beiden Schaltschränke der Druckbelüftungsanlagen in der Technikzentrale im Untergeschoss angeordnet. Es handelt sich hierbei um einen gesonderten Raum mit F90-Wänden. Bei Rauchdetektion werden die beiden Druckbelüftungsanlagen durch die Brandmeldeanlage automatisch ausgelöst. Die Zuluftventilatoren befördern daraufhin frische Luft in den Sicherheitstreppenraum und in den Feuerwehraufzug.

Sicherheitstreppenraum
Im Untergeschoss des Sicherheitstreppenraums befindet sich eine Einblasstelle für die Zuluft. Dank der großflächigen Treppenraumgeometrie und des vorhandenen Treppenauges ist keine weitere Einblasstelle in anderen Geschossen notwendig. Über diese Einblasstelle wird im Brandfall ein Zuluftvolumenstrom von ca. 22 000 m3/h in den Sicherheitstreppenraum befördert. Über die automatisch geöffnete Lichtkuppel im obersten Geschoss erfolgt eine konstante Durchströmung des Treppenraums mit frischer Luft zur Verdünnung und Ausspülung eventuell eingedrungener Rauchgase. Der sich im Treppenraum aufbauende, geregelte Überdruck verhindert bereits in einer sehr frühen Phase eine Raucheindringung und sorgt für die Rauchfreihaltung des Rettungswegs.

Die Druckbelüftungsanlage öffnet zudem automatisch eine kontrollierte Abströmöffnung im Brandgeschoss, über die die Zuluft ins Freie entweicht. In diesem Bürogebäude wurde hierfür aus Platzgründen ein aktiv geregelter Abströmschacht eingesetzt. Die erforderliche Differenzdruckregulierung im Sicherheitstreppenraum erfolgt hierbei durch ein aktiv geregeltes System. Differenzdrucksensoren sorgen für eine permanente Aufnahme der Drucksituation im zu schützenden Bereich. Dadurch kann die Anlage auf sich verändernde Bedingungen reagieren und eine geordnete Rauchfreihaltung realisieren. Die zulässigen Tür-Öffnungskräfte werden dadurch nicht überschritten.

Die Druckbelüftungsanlage passt den Zuluftvolumenstrom der jeweiligen Situation an. Dies erfolgt durch eine Ansteuerung des Ventilators über einen Frequenzumrichter. Flüchtende Personen oder ein Feuerwehrangriff bedingen das Öffnen und Schließen von Türen. Dies führt zu ständig wechselnden Druckverhältnissen im Treppenraum. Auf diese muss jede in Deutschland installierte Druckbelüftungsanlage innerhalb kürzester Zeit (3 Sekunden) mit einer Differenzdruckregulierung reagieren.

Bei Visteon hat die Ausgangstüre im Erdgeschoss einen besonderen Einfluss auf die Funktionsfähigkeit der Anlage. Sie ist mit einem Obentürschließer ausgerüstet um sicherzustellen, dass sie bei Betrieb der Rauschschutz-Druckanlage auch entgegen dem Überdruck sicher schließt. Dadurch wird eine unnötige Leckagefläche verhindert und der Überdruck kann im Sicherheitstreppenraum hergestellt werden. Die integrierte Lüftungsfunktion der Druckbelüftungsanlage erlaubt zusätzlich eine bedarfsgerechte Lüftung des Treppenraums bei hohen Temperaturen. Diese Funktion ist insbesondere bei innen liegenden Sicherheitstreppenräumen zu empfehlen, da sie durch die Druckbelüftung über keine öffnenden Fenster verfügen.

Feuerwehraufzug
Die Druckbelüftungsanlage für einen Feuerwehraufzug hat die Aufgabe, durch den geregelten Aufbau von Überdruck das Eindringen von Rauchgasen in den Fahrschacht vom Feuerwehraufzug sowie in dessen Vorraum zu verhindern. Die Differenzdruckregulierung und die Zuluft von ca. 10 000 m3/h erfolgen bei Visteon analog der beschriebenen Technik des Sicherheitstreppenraums. Die Druckbelüftungsanlage öffnet automatisch eine Überströmöffnung im Brandgeschoss, sodass eine lufttechnische Verbindung zwischen Fahrschacht und Vorraum entsteht, über die der Zuluftvolumenstrom aus dem Fahrschacht in den Vorraum strömen kann. Die Überströmöffnung wurde mit einer Entrauchungsklappe ausgeführt, um eine Luftmenge von ca. 6000 m3/h – selbst bei geschlossener Fahrschachttüre im Brandgeschoss – in den Vorraum hineinströmen zu lassen.

Die Druckbelüftungsanlage stellt beim Öffnen der Vorraumtüre eine Tür-Durchströmungsgeschwindigkeit von mindestens 0,75 m/s her. Hierfür ist eine kontrollierte Abströmöffnung unabdingbar. Eine Rauchausbreitung in den Vorraum des Feuerwehraufzugs wird effektiv verhindert und der komplette Feuerwehraufzug und dessen Vorräume rauchfrei gehalten.
Clever gelöst: Abströmung durch aktiv geregelten Abströmschacht

Insbesondere bei hohen oder frei stehenden Objekten, komplexen Gebäudegeometrien sowie bei Gebäuden in Regionen mit starkem Windaufkommen kann die kontrollierte Abströmöffnung nur selten über Fenster als Fassadenabströmung realisiert werden. In diesen Fällen ist ein Abströmschacht bei der Planung zu berücksichtigen. Dieser wird exklusiv für die Abströmung der Druckbelüftungsanlage genutzt und funktioniert unabhängig von Windeinflüssen. Der Zuluftvolumenstrom wird bei dieser Form der Abströmung unmittelbar nach erfolgter Tür-Durchströmung mittels vertikal verlaufendem Abströmschacht abgeführt. Die Gebäudegeometrie bei Visteon und die innen liegende Anordnung des Flurs erforderten auch einen vertikalen Abströmschacht. Dieser ist in direkter Angrenzung zum notwendigen Flur angeordnet. Zwingend erforderlich war hierbei, dass der Abströmschacht in entsprechendem Feuerwiderstand ausgeführt wird. Die Einströmung der Luft erfolgt durch Entrauchungsklappen in den jeweiligen Geschossen. Dabei muss die Anlage sicherstellen, dass lediglich die Entrauchungsklappe im Brandgeschoss geöffnet wird. Alle sonstigen Szenarien, die ein Öffnen von weiteren Entrauchungsklappen in anderen Geschossen zur Folge hätten, sind in der Steuerung gesperrt.

Durch die geringen Platzverhältnisse für die Anlagentechnik und die Abströmschächte wurden die Fachplaner und Architekten vor eine besondere Herausforderung gestellt: Abströmschächte müssen in der Regel mit Querschnitten von bis zu 1,50 m2 ausgeführt werden, da für die Abströmung der gesamten Luftmenge nach der erfolgten Türdurchströmung lediglich der geringe Überdruck aus dem Treppenraum bzw. Feuerwehraufzug zur Verfügung steht. Um die Anforderungen an eine maximale Tür-Öffnungskraft von 100 N einhalten zu können, werden hierbei meist Drücke von lediglich 30 – 40 Pa eingestellt. Dieser Überdruck muss ausreichen, um den Tür-Druchströmungsvolumenstrom von ca. 18 000 m3/h durch den Abströmschacht zu befördern. Große Schachtquerschnitte sind meist die unangenehme Folge. Um sie in diesem Bürogebäude nun deutlich kleiner ausführen zu können, kam ein aktiv geregelter Abströmschacht zum Einsatz. Die Abströmung erfolgt hierbei mittels einem vertikal verlaufendem Abströmschacht. Dabei werden die Druckverluste der Luft durch einen Ventilator überwunden. Dieser ist auf dem Schacht positioniert und saugt die Luft aus dem Brandgeschoss ab.

Durch den Einsatz dieser Technologie kann ein Abströmschacht (auch mit geringem Querschnitt) selbst in hohen Gebäuden vorgesehen werden. Eingesetzt wurde in dem Karlsruher Bürogebäude ein Ventilator der Temperaturklasse F300, der je nach Druckverhältnissen und Brandgeschoss mittels Frequenzumrichter geregelt wird. Zur präzisen Steuerung der Absaugung erfolgt die Differenzdruckmessung unmittelbar vor der Absaugstelle im notwendigen Flur. Daher wurde in jedem Geschoss ein Differenzdrucksensor mit Druckabnahmestelle im notwendigen Flur installiert (Anbringung des eigentlichen Sensors jedoch im Vorraum). Von der Druckbelüftungsanlage wird im Brandfall nur der relevante Sensor im Brandgeschoss ausgewertet. Um Druckspitzen bei sich öffnenden und schließenden Türen zuverlässig vermeiden zu können, ist eine schnellregelnde Bypassklappe zwischen Ventilator und Abströmschacht angeordnet. Die Steuerung vom aktiv geregelten Abströmschacht ist in einem separaten Schaltschrank untergebracht. Bei der Einregulierung ist eine sorgfältige Abstimmung vom Zuluftventilator und dem Ventilator auf dem Abströmschacht notwendig, um stets die maximal zulässige Tür-Öffnungskraft einhalten zu können. Die Abströmung aus dem Ventilator ist frei von brennbaren Gegenständen und für Personen unzugänglich, da unter gewissen Bedingungen mit erhöhten Temperaturen an der Luftaustrittstelle zu rechnen ist.

Fazit
Druckbelüftungsanlagen haben sich in den letzten Jahren als zuverlässige Technik für die Rauchfreihaltung in Sicherheitstreppenräumen und Feuerwehraufzügen bewährt. Die genauen Anforderungen unterscheiden sich meist für die jeweiligen Gebäude, sind jedoch vorrangig z. B. in der Hochhausrichtlinie und der Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB) beschrieben.

Meistens sind individuelle Lösungen für eine optimale Anforderungserfüllung erforderlich. Daher sollten alle beteiligten Personen sich bereits in einer sehr frühen Planungsphase verständigen. Lösungen, wie beispielsweise der aktiv geregelte Abströmschacht, bieten Planern und Architekten viele Möglichkeiten und halten den Platzbedarf für die Anlagentechnik gering. Eine zuverlässige Anlagentechnik für ein hohes Maß an Sicherheit kann dadurch dezent, kostengünstig und unauffällig in das Gebäude integriert werden. Futuristische, kreativ gestaltete Gebäude und die sicherheitstechnischen Anforderungen können clever kombiniert werden und sind kein Widerspruch in sich.

Autor: Thomas Volle, Bereichsleiter Vertrieb TGA/Industrie bei Helios Ventilatoren

Bilder: Helios Ventilatoren

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