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Kleine Multifunktionstalente verhindern die Ausbreitung von Bränden - Sprinkleranlagen: Sie sind zuverlässig und universell einsetzbar

Automatische Wasser-Löschanlagen sind zuverlässig und können Brände aktiv bekämpfen. Damit sind sie aus dem vorbeugenden Brandschutz nicht mehr wegzudenken. Teil 1 dieser Beitragsreihe behandelt Sprinkleranlagen, die am häufigsten verwendete Art von Wasser-Löschanlagen. Andere Wasser-Löschanlagen wie Sprühflut-, Wassernebel- und Schaumlöschanlagen werden in Teil 2 vorgestellt.

Stets in Löschbereitschaft: Die Sprinkler bleiben durch eine flüssigkeitsgefüllte Glasampulle solange geschlossen, bis die Lufttemperatur einen vorher festgelegten Schwellenwert durch Brandwärme überschreitet. Die Farbe der Flüssigkeit kennzeichnet dabei die Auslösetemperatur (57 - 182 &deg

Aufbau einer Sprinkleranlage am Beispiel Hochregallager, Büro und Tiefgarage. Bild: Minimax

Löscherfolg im Brandfall bei Sprinklereinsatz im Jahr 2012.

Die Rietberger Möbelwerke schützen ihre Regallager mit Sprinkler. Die Auslösetemperatur liegt bei 68 &deg

Hier schlägt das Brandschutz-Herz: In der Sprinklerzentrale laufen die teilweise kilometerlangen Rohrleitungen zusammen.

Hervorragendes Hotel mit hervorragendem Brandschutz: Im Ernstfall schützen 3450 Sprinkler die Gäste des Fünf-Sterne-Deluxe-Hotels Villa Kennedy in Frankfurt.

Atemberaubende Architektur trifft Brandschutz: Ein ausgeklügeltes Brandschutzkonzept sorgt im Militärhistorischen Museum der Bundeswehr in Dresden für die Sicherheit von Besuchern & Exponaten.

 

Stationäre Wasser-Löschanlagen sind ein fester Bestandteil von Brandschutzkonzepten. Sie entdecken ein Feuer nicht nur bereits bei seiner Entstehung, sondern können es auch selbsttätig bekämpfen. Ein Entstehungsbrand kann so im Idealfall gelöscht oder seine Ausbreitung bis zum Eintreffen der Feuerwehr verhindert werden.

Wasser als Löschmittel bietet gleich mehrere Vorteile: Es ist ungiftig, nahezu überall verfügbar und besitzt ein hohes Wärmebindungsvermögen: 1 l Wasser bindet eine Wärmemenge von ca. 2640 kJ. Dadurch wird die Verbrennungswärme abgeführt; Brandgase und der Brandherd werden gekühlt.
Stationäre Wasser-Löschanlagen arbeiten alle nach einem ähnlichen Prinzip: Bei einem Feuer wird Löschwasser über ein Rohrleitungssystem geführt und aus einer oder mehreren Düsen auf dem Brandherd verteilt. Sie unterscheiden sich vor allem in der Art der Ansteuerung. Sprinkleranlagen besitzen automatisch öffnende Löschdüsen, die nur dann auslösen, wenn eine bestimmte Temperatur erreicht ist. Sie wirken damit selektiv. Sprühwasserlöschanlagen arbeiten mit offenen Löschdüsen, die z. B. durch eine Brandmeldeanlage ausgelöst werden und dann das Löschwasser über den gesamten Löschbereich versprühen.

Aufbau einer Sprinkleranlage

Eine Sprinkleranlage besteht im Wesentlichen aus einem Rohrleitungssystem mit geschlossenen Düsen (Sprinkler), den bereichsbildenden Alarmventilstationen und Überwachungsgeräten für die einzelnen Löschbereiche sowie der Wasserversorgung. Jeder Löschbereich wird durch eine eigene Rohrleitung mit Wasser versorgt. Im Brandfall zerspringt durch die Hitzeeinwirkung direkt über dem Brandherd eine flüssigkeitsgefüllte Glasampulle und gibt die Öffnung des Sprinklers frei. Löschwasser fließt aus der Wasserversorgung über das Rohrleitungsnetz zum Sprinkler und durchströmt dabei das dem Löschbereich zugeordnete Alarmventil. Das Löschwasser wird durch den Sprinkler über den Brandherd verteilt. Da nur die durch die Hitzeeinwirkung betroffenen Sprinklerdüsen auslösen, wird direkt am Brandherd gelöscht, alle übrigen Sprinkler in der weiteren Umgebung und im restlichen Gebäude bleiben geschlossen. Ein möglicher Wasserschaden wird somit auf ein Minimum reduziert. Gleichzeitig mit der Auslösung der Sprinkleranlage erfolgt die Alarmierung der Rettungskräfte.

Universell einsetzbar

Sprinkleranlagen können als Nass- oder Trockenanlagen ausgeführt werden. Bei einer Nassanlage ist das Rohrnetz vollständig mit unter Druck stehendem Wasser gefüllt. Wenn die Sprinklerampullen platzen, strömt das Löschwasser ohne Zeitverzug sofort heraus.
Eine Trockenanlage wird bei Frostgefahr oder in Bereichen mit Umgebungstemperaturen größer 95°C eingesetzt. Bei diesem Anlagentyp sind die Sprinklerrohre mit Druckluft oder Inertgas gefüllt und das Löschwasser steht nur bis zur Trockenalarmventilstation an. Ein Druckabfall beim Öffnen der Sprinkler bewirkt das Öffnen des Trockenalarmventils des betroffenen Löschbereiches und das Rohrnetz wird in kurzer Zeit geflutet.
Vorgesteuerte Trockenanlagen (Typ A) stellen eine Kombination aus Brandmelde- und Sprinkleranlagen dar. Sobald mindestens ein Brandmelder ein Feuer detektiert oder ein Handfeuermelder ausgelöst wird, wird über die Brandmelder- und Löschsteuerzentrale das Bereichsventil geöffnet. Wasser strömt in das Rohrnetz und die Sprinklerpumpe wird gestartet. Es tritt aber kein Wasser aus der Anlage aus. Lösen zusätzlich ein oder mehrere Sprinkler aus, wird das Löschwasser durch die geöffneten Sprinkler auf den Brand versprüht. Anlagen des Typs A bieten zusätzliche Sicherheit vor mechanischen Beschädigungen der Sprinklerköpfe und werden in Bereichen eingesetzt, wo es auf eine hohe Sicherheit gegen ungewollten Wasseraustritt ankommt, z. B. beim Schutz elektronischer Geräte.
Bei vorgesteuerten Trockenanlagen des Typs B wird das Bereichsventil bereits geöffnet, wenn ein Brandmelder anspricht bzw. ein Handfeuermelder betätigt wird, aber auch wenn ohne das Signal eines Melders ein Sprinkler auslöst. Diese Anlagen werden in frostgefährdeten Bereichen eingesetzt, wenn dort aufgrund des Brandgutes mit einer schnellen Brandausbreitung gerechnet werden muss.

Sprinkleranlagen: im Baurecht verankert

Sprinkleranlagen werden in Deutschland bereits in den Landesbauordnungen (LBO) und Sonderbauordnungen (SBO) berücksichtigt. So sind in Hochhäusern, Versammlungs- und Verkaufsstätten, Industrieanlagen und Tiefgaragen unter bestimmten Bedingungen automatische Löschanlagen vorgeschrieben, die häufig als Sprinkleranlagen ausgeführt werden. Die positiven Erfahrungen mit Sprinkleranlagen in den letzten Jahrzehnten haben darüber hinaus dazu geführt, dass die LBO beim Einbau einer Sprinkleranlage Erleichterungen im baulichen Brandschutz gewähren, beispielsweise beim Feuerwiderstand von Bauteilen oder bei der Dimensionierung von Rauch- und Wärmeabzugsanlagen. Dadurch können die Gesamtkosten für den vorbeugenden Brandschutz teilweise deutlich reduziert werden. Zusätzlich honorieren Feuerversicherer den Einbau einer Sprinkleranlage mit hohen Rabatten.
Sprinkleranlagen können von den Baubehörden auch in anderen Objekten bauaufsichtlich vorgeschrieben werden. Die Forderung an sich geht aus der Baugenehmigung hervor und verweist üblicherweise auf ein Brandschutzgutachten, aus dem Art und Umfang des Sprinklerschutzes hervorgehen. Das Gutachten führt die einzuhaltenden Richtlinien und Vorschriften auf.

Normen und Richtlinien

In den meisten Fällen ist in Deutschland die VdS-Richtlinie "VdS CEA 4001" einzuhalten, die die Anforderungen an Planung und Einbau von Sprinkleranlagen beschreibt. Sie stellt die Grundlage für die Installation von Sprinkleranlagen dar und setzt den Maßstab für den heutigen hohen Stand der Technik in Deutschland für Sprinkleranlagen nicht nur aus Sicht der Versicherungswirtschaft. Seit mehr als 100 Jahren sichern die VdS-Richtlinien das hohe technische Niveau für Planung, Einbau und Instandhaltung von Sprinkleranlagen. Zurzeit gelten diese Richtlinien daher als allgemein anerkannte Regel der Technik.
Weitere einschlägige Regeln für Planung, Errichtung und Instandhaltung von Wasserlöschanlagen sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Technische Auslegung von Sprinkleranlagen

Die Grundlage für die Planung von Sprinkleranlagen ist die Einstufung der zu schützenden Räume in eine Brandgefahrenklasse. Dadurch werden die individuellen Eigenheiten des Objektes berücksichtigt und eine optimale und wirtschaftliche Auslegung der Sprinkleranlage ermöglicht. Die VdS CEA 4001 unterscheidet zwischen:

  • kleiner Brandgefahr LH (Low Hazard),
  • mittlerer Brandgefahr OH (Ordinary Hazard),
  • hoher Brandgefahr Produktionsrisiken HHP (High Hazard Production),
  • hoher Brandgefahr Lagerrisiken HHS (High Hazard Storage).

Alle nachfolgenden Planungen orientieren sich an der Einstufung des Objektes bzw. der Löschbereiche in eine der Risikoklassen.
Nach VdS CEA 4001 werden die Sprinkleranlagen zudem in Anlagenklassen eingeteilt. Anlagen der Klassen 1 und 2 unterscheiden sich in den Anforderungen nach ihrer Zuverlässigkeit, insbesondere in der Auslegung der Wasserversorgung. Sie bieten einen Vollschutz und decken unterschiedliche Anforderungen an den Sach- und Personenschutz ab ("Hoch" bei Klasse 2 bzw. "Sehr hoch" bei Klasse 1).

Wirkfläche, Wirkzeiten und Wasserbeaufschlagung

Eine der Grundlagen für die Berechnung der Wasserversorgung der Sprinkleranlage ist die Wirkfläche. Diese Rechengröße wird in den Richtlinien festgelegt und ist umso größer, je höher das Brandrisiko ist. Es wird dabei davon ausgegangen, dass alle in der Wirkfläche installierten Sprinkler im Brandfall auslösen. Die Wasserversorgung muss in der Lage sein, alle Sprinkler in der Wirkfläche sicher mit Löschwasser zu versorgen. So beträgt die Wirkfläche für eine Nassanlage in einer Parkgarage 144 m² und in einer Altpapierverarbeitung 360 m². Bei identischen Risiken ist bei Trockenanlagen die Wirkfläche um 25 % größer als bei Nassanlagen. Die Wirkfläche hat nichts mit der Grundfläche des Objektes zu tun. Eine Sprinkleranlage, die rechnerisch für eine Wirkfläche von 150-325 m² ausgelegt wird, kann durchaus Grundflächen bis zu 100 000 m² abdecken.
Die notwendige Wasserbeaufschlagung hängt ebenfalls von der Brandgefahrenklasse ab und reicht nach VdS CEA 4001 von 2,25 mm min -1 (LH) bis zu 30 mm min-1 (HHS). Die Wasserbeaufschlagung in mm min-1 entspricht der Mindestwassermenge in Liter pro Minute, die eine Sprinkleranlage auf 1 m² Wirkfläche ausbringen muss. Sie muss für mindestens 30 min (LH) bis zu mindestens 90 min (HHS) bereitgestellt werden.
Der Nachweis, dass die Wasserversorgung einer Anlage in einem bestimmten Gebäude den erforderlichen Druck und die notwendigen Durchflussraten auch tatsächlich erbringen, ist grundsätzlich mit geeigneten EDV-Programmen zur hydraulischen Berechnung zu erbringen. Mithilfe der oben genannten Kenngrößen können die erforderliche Pumpengröße und der Wasservorrat jedoch bereits in einem frühen Planungsstadium abgeschätzt werden. Es gilt:
Pumpenförderleistung [l min -1] = Wirkfläche x Wasserbeaufschlagung x 1,4
Wasservorrat [m³] = Wirkfläche x Wasserbeaufschlagung x Betriebszeit x 1,4 / 1000
Der Faktor 1,4 ist ein Näherungswert für die sogenannte Ungleichförmigkeit des Systems. Die tatsächliche Ungleichförmigkeit nach der hydraulischen Berechnung kann hiervon abweichen.

Sprinklercharakteristika

Sprinklerköpfe sind in vielen verschiedenen Ausführungen erhältlich und decken damit nahezu jede Anwendung ab. Sie können stehend oder hängend ausgeführt sein. Unterschiedliche Sprühteller realisieren verschiedene Sprühprofile. Bei speziellen Lagergeometrien kann der Einbau von Regalsprinklern in Zwischenebenen notwendig sein. (Deren Auslöseelemente sind durch Prallbleche vor einer ungewollten Kühlung durch benachbarte oder oberhalb installierte Sprinkler geschützt.) Spezielle ESFR-Sprinkler zur schnellen Brandbekämpfung ("Early Suppression Fast Response") sind durch hohe Wasserbeaufschlagungen, große Tropfendurchmesser und kleine Wirkflächen gekennzeichnet und werden für bestimmte Lageranordnungen eingesetzt.
Die Wasserleistung von Sprinklern wird durch den Düsenkennwert K beschrieben. Er gibt den Wasserauslass des Sprinklers bei einem Druck von 1 bar an. Die tatsächliche Durchflussmenge Q [l/min] ist vom Druck p [bar] am Sprinkler abhängig.

Ein Sprinkler mit K = 80 liefert bei 1 bar Druck 80 l/min, bei 2 bar 113 l/min. Gebräuchliche K-Werte sind 57, 80, 115 oder 160 bis hin zu 360.
Die Auslösetemperatur der Sprinkler sollte immer mindestens 30°C über der Umgebungstemperatur liegen. Es sind Sprinklerköpfe mit verschiedenen Auslösetemperaturen erhältlich, die durch eine bestimmte Farbe der Glasampulle gekennzeichnet sind.
Eine weitere wichtige Charakteristik der Sprinkler ist ihre Ansprechempfindlichkeit, die durch den RTI-Wert (Response Time Index) ausgedrückt wird. Je niedriger der RTI-Wert ist, desto rechnerisch schneller erfolgt die Auslösung. So wird es zwischen Fast Response-Sprinkler mit RTI-Wert < 50 und Standard Response mit RTI-Wert > 80 - 200 unterschieden. Sprinkler mit schnellerem Ansprechverhalten werden für Bereiche mit hoher Personengefährdung oder mit schneller Brandausbreitung eingesetzt.
Die tatsächliche Ansprechzeit der Sprinkler hängt von den Bedingungen vor Ort ab, z. B. von deren Abständen, der Raumhöhe und vor allem dem Brandverlauf.

Wasserversorgung

Eine zuverlässige Wasserversorgung ist für das Funktionieren einer Sprinkleranlage im Brandfall unabdingbar. Die Wasserversorgung kann aus dem öffentlichen Wasserleitungsnetz, einer Pumpenanlage mit Wasserbehälter, einem Druckluftwasserbehälter oder einer Kombination aus mehreren Quellen sichergestellt werden. Der über die gesamte Wirkdauer erforderliche Druck wird entweder durch Sprinklerpumpen, einen Hochbehälter, den Druck der öffentlichen Trinkwasserversorgung oder durch den Druckluftwasserbehälter sichergestellt. Dessen Luftdruck muss ausreichen, um das gesamte Wasser mit dem erforderlichen Wasserdruck abgeben zu können. Höhere Brandrisikoklassen wie HHS oder HHP erfordern redundante (mehrfache) Wasserversorgungen mit unterschiedlichen Energiequellen.
Anschlüsse an die Trinkwasserversorgung sind rückwirkungsfrei auszuführen, um diese nicht zu gefährden.

Fachgerechte Instandhaltung ist Pflicht

Sprinkleranlagen funktionieren nur dann einwandfrei, wenn sie fachgerecht kontrolliert, gewartet und instandgesetzt werden. Die VdS CEA 4001 stellt hohe Anforderungen an die Planung, Errichtung und Instandhaltung von Sprinkleranlagen. Neben dem Einbau zertifizierter Produkte müssen auch die beteiligten Unternehmen die notwendigen Fachkenntnisse für die Errichtung einer bestimmten Anlagenart (z. B. Sprinkleranlagen) durch Zertifikate von geeigneten Stellen nachweisen. Der bvfa (Bundesverband Technischer Brandschutz e. V) hat die Instandhaltung von stationären Löschanlagen - auch mit den Inspektionspflichten der Betreiber - im "Brandschutz Kompakt" Nr. 44 (Wartung und Instandhaltung von stationären Löschanlagen) zusammengefasst.

Fazit

Sprinkleranlagen sind zuverlässig und wirtschaftlich, wenn sie nach den einschlägigen Richtlinien wie der VdS CEA 4001 errichtet sind und regelmäßig instand gehalten werden. Die über 130-jährige Anwendungserfahrung und die stetige Weiterentwicklung machen sie zu einem festen Bestandteil des vorbeugenden Brandschutzes in vielen unterschiedlichen Objekten. Der bvfa gibt im „Brandschutz Spezial Feuerlöschanlagen“ zahlreiche Beispiele und Case Studies.


Wasserlöschanlagen

Wasser-Löschanlagen decken ein breites Anwendungsspektrum ab. Grundsätzlich bringen sie das Wasser über ein Rohrleitungsnetz zum Einsatzort und verteilen es über geeignete Düsen über den Brandherd. Unterscheiden lassen sie sich vor allem über die Art und Weise, wie bzw. wo das Wasser aufgebracht wird.

Sprinkleranlagen

Sie eignen sich unter anderem zum Schutz großer Gebäudeflächen wie Einkaufszentren, Messehallen oder Hotels. Die zu schützenden Gebäudeteile sind mit einem Rohrnetz durchzogen, an das die Sprinkler angeschlossen sind. Die Sprinkler bleiben durch eine flüssigkeitsgefüllte Glasampulle solange geschlossen, bis die Lufttemperatur durch Brandwärme einen vorher festgelegten Schwellenwert überschreitet. Dann dehnt sich die Flüssigkeit in der Ampulle aus, sprengt sie und löst den Sprinkler aus. Das Löschwasser wird dann über den Sprühteller gleichmäßig auf der Brandfläche verteilt. Dabei löschen Sprinkleranlagen nur in den Bereichen, in denen es auch tatsächlich brennt. Weiter entfernt installierte Sprinkler bleiben geschlossen und führen so zu einem geringen Löschwassereinsatz.

Sprühwasser-Löschanlagen

Sie bieten einen wirkungsvollen Brandschutz für Bereiche mit hoher Brandausbreitungsgeschwindigkeit und werden überwiegend für den Objekt- oder Raumschutz eingesetzt, z.?B. bei Transformatoren, Kabelschächten oder Müllbunkern. Im Brandfall wird das Löschmittel im gesamten Schutzbereich verteilt. Während die Löschdüsen bei Objektschutzanlagen direkt auf das Objekt gerichtet sind, sind sie bei Raumschutzanlagen im gesamten Löschbereich gleichmäßig verteilt.

Wassernebel-Löschanlage

Eine solche Anlage erzeugt sehr kleine Wassertropfen mit einer Größe von unter 1 mm, wodurch sich die spezifische Oberfläche der Wassermenge um ein Vielfaches vergrößert. Dem Feuer wird schnell eine große Energiemenge entzogen und der Kühleffekt des Löschmittels Wasser damit optimal genutzt. Die eingesetzte Löschwassermenge und mögliche Schäden durch das Löschmittel werden reduziert. Einsatzbereiche von Wassernebel-Löschanlagen sind z.B. Archive oder Räume mit Gasturbinen und Generatoren.

Schaumlöschanlagen

Sie kommen unter anderem bei Bränden flüssiger Stoffe der Brandklassen B zum Einsatz. Bei Bränden fester Brandstoffe – auch bei Sprinkleranlagen – wird durch Zumischen von Schaummittel eine höhere Löschleistung erzielt. Anwendungsgebiete sind beispielsweise die Mineralölindustrie, Laboratorien, chemische Industrie, Müllverbrennungsanlagen oder Flughafeneinrichtungen. Zur Schaumerzeugung wird dem Wasserstrom ein Schaummittel zugeführt. Das so entstehende Wasser-Schaummittel-Gemisch wird in nachgeschalteten Schaumerzeugern mit Luft verschäumt. Löschschaum nutzt die unterschiedlichen Löscheffekte Kühlen, Ersticken, Trennen, Abdecken, Dämmen und Verdrängen. Die am häufigsten verwendeten Schaummitteltypen sind filmbildende und alkoholbeständige Schaummittel.


Autor: Dr. Wolfram Krause, Geschäftsführer bvfa - Bundesverband Technischer Brandschutz e.V.

Bilder, wenn nicht anders angegeben: bvfa

 


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