Bestands- und Neuanlagen: Druckbegrenzung für die Löschwasserversorgung

Grundsätzlich sind Technologien einzusetzen, die einen definierten Mindestversorgungsdruck am hydraulisch ungünstigsten Hydranten sicherstellen und dabei den maximalen Grenzwert von 8 bar nicht überschreiten. In nahezu allen Bundesländern fällt ein Großteil solcher Gebäude und Liegenschaften unter den Geltungsbereich der Prüfverordnungen der Länder. Für diesen schreibt der Gesetzgeber vor, dass Löschwasseranlagen in regelmäßigen Abständen durch bauaufsichtlich anerkannte Sachverständige zu prüfen sind, um die Wirksamkeit der Löschwasseranlage unter Einhaltung der beispielhaft vorstehenden Grenzwerte sicherzustellen.

Ausrede „Bestandsschutz“
Werden bei der technischen Abnahmeprüfung durch den staatlich anerkannten Sachverständigen Fließdrücke an Hydranten über 8 bar vorgefunden, ist die Auffassung weit verbreitet, dass die zu prüfende Anlage doch noch Bestandsschutz genieße. Eine Interpretation, die von den allgemein anerkannten Regeln der Technik (DIN 14462) sowie vom Gesetzgeber (Musterhochhausrichtlinie) nicht getragen wird.
Hinsichtlich des maximalen Versorgungsdrucks sind die Regularien der Hochhausrichtlinie der Länder- bzw. Muster-Hochhausrichtlinie und die DIN 14462 von Bedeutung. In der Kommentierung zur Muster-Hochhausrichtlinie ist eigens ein Absatz den Bestandsanlagen gewidmet. Hier werden Aussagen zur Minderung des Mindestvolumenstroms und des Mindestversorgungsdruckes in Abstimmung mit der zuständigen Brandschutzbehörde getroffen. Eine Abweichung vom maximalen Versorgungsdruck (der auch arbeitssicherungstechnisch von Bedeutung ist) ist nicht zu finden. Vielmehr war bereits bei älteren Anlagen über die allgemein anerkannten Regeln der Technik der maximale Fließdruck auf 7 bar begrenzt. Erst mit Erscheinen der neuen Verordnung MBO (Musterhochhausrichtlinie) im Jahr 2008 wurde der vorstehende Grenzwert auf 8 bar angehoben und in die nachfolgenden Anwendungsnormen der DIN 14462 übernommen.

Ungeeigneter Lösungsansatz
Um im ersten Blick eine preiswerte Technologie einzusetzen, ist immer wieder in der Praxis vorzufinden, dass Druckminderer in Löschwasserleitungen eingesetzt werden. Vielen Anwendern ist nicht bewusst, dass vom Einsatz dieser Armaturenart in der Löschwasserversorgung ein erhebliches Gefahrenrisiko für den Ausfall der Löschwasseranlage ausgeht. Eine Installationsart, die eine Gefährdung des Personen- und Sachschutzes hervorruft. Nicht umsonst raten z.B. die DIN 1988 bzw. 14462 seit Jahrzehnten vom Einsatz der Druckminderer in Löschwasserleitungen ab.
Die bisher vertraute und unbestrittene sichere Funktion des Druckminderers in der Trinkwasserinstallation ist stark vom Schmutzeintrag in derartigen Armaturen abhängig. Aus diesem Grund schreiben führende Hersteller für Druckminderer unterschiedlichster Bauart vor, grundsätzlich die­se Armatur durch vorgeschaltete Filter zu schützen (Bild 1).

Bild 1: Geschützter Druckminderer durch Filter.

Die zuständige Norm DIN 14462 verweist im Besonderen auf den Umstand, dass nur Bauteile in Löschwasseranlagen einzusetzen sind, die speziell dafür geeignet sind. Ein Einsatz derartiger Armaturen im Löschwasserleitungsnetz setzt den Nachweis der Betriebssicherheit als technisches Gutachten einer akkreditierten Prüfstelle oder die Anwendung einer Produktnorm voraus.
Filter in der Löschwasserleitung zur Funktionssicherheit der Druckminderer stellen im Einsatzfall ein hohes Hemmnis dar, das zum Ausfall der gesamten Löschwasseranlage führen kann. Folglich sind nur großkörnige Filter, die auch als Steinfänger bezeichnet werden, z.B. für Wandhydranten größer 1 mm* oder für Sprinkleranlagen größer 5 mm, zulässig. Ein Verzicht auf den Einbau von Filtern vor Druckminderern kann zum vollständigen Ausfall der Steuerarmatur bzw. zur vollständigen Wasserunterbrechung führen.
Schmutzpartikel in Löschwasserleitungen können ein extremes Ausmaß annehmen, das in der Trinkwasserinstallation in einer solchen Art nicht bekannt ist. Bedingt durch die lange Verweilzeit des Löschwassers im Leitungssystem und der damit verbundenen Korrosion treten insbesondere bei feuerverzinkten Eisenwerkstoffen erhebliche Korrosionsprodukte bzw. Inkrustationen auf, die sich bei Wasserentnahme lösen. Zusätzlich zu Ablagerungen und Korrosionsprodukten im häuslichen Leitungssystem werden Partikel über die Hausanschlussleitung eingetragen.

Bild 2: Ablagerungen und Partikel in unterschiedlichen Bestandslöschwasseranlagen für die Hydrantenversorgung. Bild: Serviceabteilung GEP Industrie-Systeme GmbH

Im Brandfall treten hohe Strömungsgeschwindigkeiten in der Hausanschlussleitung auf. Dadurch kommt es besonders bei älteren, öffentlichen Versorgungsleitungen zu einem massiven Schmutzeintrag in das Löschwasser-Leitungssystem (Bild 2).

Sichere regelkonforme technologische Ausführungen
Zielsetzung einer jeden Fachplanung bzw. Ausführung muss es sein, die maximale Versorgungsdruckgrenze von 8 bar unter allen Betriebsbedingungen sicherzustellen. Dies bedeutet, dass bei der Wasser­entnahme von einem Wandhydranten zu Beginn des Löscheinsatzes mit 24 l/min bis zur maximalen Wasserentnahme von z. B. 600 l/min der Grenzwert nicht überschritten wird.

Der aufwendige Klassiker
Der aufwendige Klassiker, der zum Beispiel in der Trinkwasserversorgung nach DIN 1988 Teil 500 üblicherweise Anwendung findet, geht von der Aufteilung der Gebäudekomplexe in Druckzonen aus (Bild 3). Diese werden dann, von je einer einzelnen redundanten Druckerhöhungsanlage mit einer eigenen Steigleitung versorgt.

Bild 3: Löschwasserversorgung über Druckzonen mit separaten Druckerhöhungen

Kommt diese zulässige Konstruktion in der Löschwasserversorgung zum Einsatz, werden zusätzliche technische Anforderungen (DIN 1088-5) gestellt. Durch den erheblichen Platzbedarf am Aufstellungsort und im Installationsschacht, der geforderten Redundanz aller Mess-, Stell- und Regelglieder und der Notwendigkeit mindestens einer zweiten Steigleitung handelt es sich um ein sehr aufwendiges Verfahren, das in der Praxis nur bedingt Anwendung findet.

Bild 4: Übersicht der häufigsten angewandten Technologien.

Praktische Lösungen
Praktisch gliedern sich die üblichen Technologien in 3 Hauptbereiche (Bild 4):

• Hochhäuser mit einem Betriebspunkt < 8 bar,
• Hochhäuser mit Betriebspunkt > 8 bar,
• größere Gebäude bzw. Liegenschaften mit verzweigten Netzen und  mehr als 50 Wandhydranten.

Hochhäuser mit Betriebspunkt ≤ 8 bar
Zur Gruppe der Hochhäuser mit Betriebs­punkt < 8 bar zählen Gebäude, die nach Baugesetz geringfügig über dem Schwellenwert von 22 m Anlegeleiterhöhe liegen und somit Kraft Gesetzes als Hochhaus deklariert werden. Die geodätische Gebäudehöhe, gemessen vom Aufstellungsort der Druckerhöhung bis zum hydraulisch ungünstigsten Wandhydranten, beträgt ca. 30 m bzw. erfordert einen Betriebspunkt der Pumpe von < 8 bar (Bild 5).

Bild 5: Hochhaus mit einer geodätischen Höhe von weniger als 30 m.

Bei derartigen Anlagen ist lediglich zu gewähren, dass am Hydranten bei geringerer Abnahmemenge, z. B. 24 l/min, der Förderdruck der Pumpe nicht über 8 bar steigt. Hydraulisch finden hierzu zwei bekannte Systeme Anwendung: Dies ist einerseits die feste Drehzahlregelung und die Überströmtechnik, die als CR-Regelung bezeichnet wird (Bild 6).

Bild 6: Übersicht Regelungsarten für Kleine Hochhäuser.

Bei der Drehzahlregelung ermöglicht ein Frequenzumrichter durch die Veränderung der Drehzahl der Pumpe die maximale Versorgungsdruckgrenze sicherzustellen. Die Drehzahlregelung ist die energetisch günstigste Variante. Die eher klassische Variante der CR-Regelung ermöglicht es über einen Pumpenbypass im Nebenstromverfahren eine definierte Wassermenge im Kreislauf zu leiten, um die Druckgrenze von max. 8 bar sicherzustellen (Bild 7).

Bild 7: Hydraulische Darstellung CR-Regelung.

Hochhäuser mit Betriebspunkt > 8 bar
Die Gruppe der Hochhäuser mit Betriebspunkt > 8 bar hat eine geodätische Höhe – gemessen vom Aufstellungsort der Druck­erhöhungsanlage bis zum hydraulisch ungünstigsten Wandhydranten – im Mittel über 30 m (Bild 8). Somit ist eine Pumpe mit einem Betriebspunkt von über 8 bar notwendig.

Bild 8: Hochhaus mit einer geodätischen Höhe von mehr als 30 m.

Bei der weiteren Betrachtung der Technologien gilt der Grundsatz, dass in einem Gebäude zu einem bestimmten Zeitpunkt nur an einer Stelle von einem Brandereignis auszugehen ist. Dies kann dann unter Zuhilfenahme von bis zu 3 Wandhydranten bekämpft werden (z. B. Brandbekämpfung in der 22., 23. und 24. Etage). Die zeitgleiche Brandbekämpfung an unterschiedlichen Orten innerhalb eines Gebäudes ist nicht zu berücksichtigen.

Bild 9: Übersicht der Regelungsarten für mittlere Hochhäuser.

Auch bei Hochhäusern mit einem Betriebs­punkt > 8 bar kommt die Technologie der Drehzahlregelung und CR-Regelung zum Einsatz (Bild 9). Diese unterscheiden sich zur Ausführung in kleinen Hochhäusern mit einem Betriebspunkt < 8 bar lediglich dadurch, dass der notwendige Betriebsdruck in mehreren Hauptdruckstufen bereitgestellt werden kann. Hierzu ist es notwendig, dass mindestens ein Teil der Wandhydranten mit Grenztastern ausgestattet sind. Grenztaster sind kleine Schaltelemente, die beim Öffnen des Wandhydranten oder bei Betätigung des Schlauchanschlussventils ein Signal abgeben (Bild 10). Hierbei ist nach DIN 1988-5 das elektrische Leitungssystem dauerhaft auf Kurzschluss, Kabelbruch und Auslösung zu überwachen.

Bild 10: Schlauchanschlussventil mit Grenztas­ter, PN 25.

Eine elektrische Einteilung des Gebäudes in mehrere Gruppen, z.B. alle acht Etagen, ermöglicht bei Auslösung der Grenztaster individuelle Betriebspunkte durch die Druck­erhöhung bereitzustellen. Wird beispielhaft ein Wandhydrant in der 20. Etage betätigt, stellt die Pumpe einen Versorgungsdruck von 12 bar zur Verfügung. Wird hingegen ein Wandhydrant in der Tiefgarage ausgelöst, wird nur ein Versorgungsdruck von 5 bar zur Verfügung gestellt.

Druckabbau
Voraussetzung für derartige richtungsweisende Technologien ist, dass neben dem entsprechend schnellen Druckaufbau auch ein sicherer Druckabbau unabhängig von der Leitungsnetzgröße innerhalb von 2,5 Sekunden erfolgt.

Große Gebäude, verzweigte Netze
Komplexere Hochhäuser oder umfangreiche Liegenschaften erfordern neben der standortspezifischen Betriebspunktzuordnung der Pumpe in Abhängigkeit der geo­dätischen Höhe auch eine automatische Überwachung der Löschwasserhydranten bzw. Brandschutzanlage (Bild 11).

Bild 11: Übersicht Regelungsarten in großen Gebäuden oder Liegenschaften.

Liegenschaften bzw. Hochhäuser sind in dieser Gruppe im Allgemeinen dadurch gekennzeichnet, dass durch verzweigte Netze mehr als 50 Hydranten mit Löschwasser über größere Distanzen zu versorgen sind.

Bild 12: Hochgeschwindigkeits-Bussystem

In dieser Gebäude- und Liegenschaftskategorie, gleich welcher Größe oder Ausdehnung, findet das Realdruckverfahren Anwendung. Ein spezielles, elektronisches Bussystem mit unbegrenzter Leitungslänge und zugesicherten Reaktionszeiten < 1 sec ermöglicht es, hunderte und im gesamten Objekt verteilte Hydrantenanlagen zu überwachen und den notwendigen standortspezifischen Hydranten-Fließdruck mit nur einem hydraulisch wie elektrischen Leitungssystem zur Verfügung  zu stellen (Bild 12). Beispielhaft werden in einem der höchsten Gebäude Deutschlands, der Zentrale der Deutschen Bank Frankfurt am Main, ca. 200 Wandhydranten mit nur je einer Steigleitung pro Gebäude überwacht und mit nur einer Pumpe zuzüglich Reservepumpe sicher versorgt (Bild 13).

Bild 13: Das Realdruckverfahren wurde in der Zentrale der Deutschen Bank realisiert.

Ein anderes Beispiel bietet die Liegenschaft des Rhön-Klinikums (Bild 14). Das gesamte Areal erstreckt sich über mehrere Hektar Grundfläche. Auf dieser befinden sich neben unterschiedlichen Verwaltungsgebäuden, Bettenhäuser, Hochhäuser und anderweitige Objekte, die mit Löschwasser zu versorgen sind. Eine klassische Lösung hätte die Versorgung über mehrere Druck­erhöhungsanlagen im gesamten Gelände zur Folge. Durch die Verwendung des Realdruckverfahrens kann mit nur einer Pumpen- und Leitungsanlage die gesamte Löschwasserversorgung einschließlich der Außenhydranten sichergestellt werden.

Bild 14: Luftaufnahme des Rhön-Klinikums. Bild: Rhön-Klinikum

Zusammenfassung
Nach den allgemein Anerkannten Regeln der Technik und länderspezifisch nach den gesetzlichen Baugrundlagen sind Drücke über 8 bar in Löschwasseranlagen auszuschließen. Druckminderer gefährden nach Auffassung des Autors die Löschwasserversorgung für Personen- und Sachschutz. Dieser Umstand ist bedingt durch die massive Belastung der Armatur durch Schmutz und Partikelfracht im Löschwasserleitungssystem gegeben.

Weiterführende Informationen können mit der Broschüre „Leitfaden Trinkwasser-Trennstation Löschwasserversorgung für Hochhäuser und Liegenschaften“ kostenlos angefordert werden oder stehen als Download unter www.GEP-H₂O.de zur Verfügung.

Nach den allgemein Anerkannten Regeln der Technik ist zum jetzigen Zeitpunkt der Einsatz von Druckminderern in Löschwasseranlagen zu umgehen. Bekannte Technologien der Pumpen-Drehzahlregelung oder CR-Regelung bieten sichere, kostengünstige und regelkonforme Lösungen für Neubau und Bestandsanlagen.

*) Auch für Wandhydranten sollten größere Durchlässigkeiten gewählt werden, z.B. 5 mm.

Autor: Enrico Götsch, GEP Industrie-Systeme GmbH

Bilder: Wenn nicht anderes angegeben: GEP

www.gep-h2o.de