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Druckdifferenzsystem – Vorteile, Normen, Funktionsweise

Jedes Jahr werden auf der ganzen Welt moderne Hochhäuser für verschiedene Zwecke gebaut. In jedem von ihnen muss die Sicherheit der Benutzer im Fall eines Brandes nach strengen Vorschriften gewährleistet sein. Dies kann u. a. durch zuverlässige und hocheffektive Systeme erreicht werden, die eine ordnungsgemäße Kontrolle der Ausbreitung von Rauch und Hitze ermöglichen. Es ist zu beachten, dass die tödlichste Gefahr für Menschen bei einem Brand in solchen Gebäuden in der Regel nicht das Feuer selbst ist, sondern der Rauch und die giftigen Gase, die bei der Verbrennung entstehen.

Schutz mehrstöckiger Gebäude

Bei der Kontrolle der Ausbreitung von Rauch und Hitze während eines Brandes kann man zwischen zwei Hauptverfahren unterscheiden:

1) Entfernung des Rauchs aus Evakuierungsräumen – Rauchabzugsanlagen und -systeme,
2) Verhinderung von Rauch in Fluchtwegen – Bausätze und Druckdifferenzsysteme.
Die einzelnen Lösungen unterscheiden sich nicht nur in ihrer Funktion innerhalb der Anlage, sondern auch in den zur Verfügung stehenden technischen Mitteln und dem garantierten Sicherheitsniveau:

Abb. 1. Grundlegende Merkmale von Rauchabzugs- und Rauchvermeidungssystemen

Hochhäuser und Druckdifferenzsysteme

Im Falle von Hochhäusern sind Druckdifferenzsysteme und Bausätze die effektivste Möglichkeit, die Sicherheit zu gewährleisten. Sie bieten:
• Fluchtwegsicherung – dies ist das wichtigste Planungsziel, bei dem es darauf ankommt, dass die geschützten Räume sichere Lebensbedingungen aufweisen, die so lange aufrechterhalten werden können, wie die Räume von den Gebäudenutzern genutzt werden;
• Löschwegschutz – Schutz der Zugangswege für die Feuerwehr und deren weitgehende Rauchfreiheit. In diesem Fall muss das Differenzdrucksystem so ausgelegt sein, dass die Ausbreitung von Rauch auf den dedizierten Brandbekämpfungsweg unter normalen Brandbekämpfungsbedingungen verhindert (oder zumindest begrenzt) wird;
• Objektschutz – Verhinderung des Eindringens von Rauch in empfindliche Räume, z. B. in solche, in denen sich Gegenstände befinden, die besonders anfällig für Rauchschäden sind.

Die Auslegung von Druckdifferenzsystemen basiert auf:

• Verordnung des Ministers für Infrastruktur vom 12. April 2002 über die technischen Bedingungen für Gebäude und deren Lage;
• Verordnung des Ministers für Infrastruktur vom 12. März 2009 zur Änderung der Verordnung über technische Bedingungen für Gebäude und deren Lage;
• EN 12101-6:2007 – Rauch- und Wärmefreihaltung – Festlegungen für Druckdifferenzsysteme – Bausätze;
• Anweisung ITB Nr. 378/2002 – Entwurf von Brandlüftungssystemen von Fluchtwegen in hohen und sehr hohen Gebäuden.
Jedes System muss u. a. einen voreingestellten Überdruck, eine festgelegte Mindestfließgeschwindigkeit an der geöffneten Tür, die maximale Kraft, die zum Öffnen der Fluchttür erforderlich ist, gewährleisten.

Vorteile der Verwendung von Differenzdrucksystemen:

  • Wirksamer Schutz von Menschenleben durch Freimachen von Fluchtwegen,
  • die Möglichkeit der Durchführung einer Rettungsaktion durch die Feuerwehr,
  • höhere Gebäudesicherheit,
  • Zuverlässigkeit.

Die Funktionsweise von Druckdifferenzsystemen am Beispiel des Safety Way

Die Idee hinter dem SystemSafety Way ist, einen gerichteten Luftstrom mit kontrollierter Intensität im Treppenhausraum zu erzeugen, der mit Druckdifferenzanlagen ausgestattet ist. Das Ziel ist es, eine stabile statische Druckverteilung im gesamten Treppenhaus unter den Bedingungen des Kamineffekts zu erreichen. Dies kann erreicht werden, indem erstens die Zu- und Abluftvolumenströme und zweitens der zugehörige Luftströmungswiderstand genau geregelt werden. Es wird davon ausgegangen, dass zur Erzielung einer stabilen statischen Druckverteilung im gesamten Treppenhaus eine bestimmte Luftmenge der drucklosen Zone zugeführt und eine entsprechende Luftmenge aus der druckbelasteten Zone abgeführt werden muss.

Die Werte der Luftströme und ihre Proportionen werden jedes Mal von den SMAY-Ingenieuren anhand von Berechnungen auf der Grundlage einer Computeranalyse des Gebäudes ermittelt. Diese Werte sind abhängig von: der Höhe und Lage des Gebäudes, der Architektur des Treppenhauses und der Höhe der Gesamtluftleckage sowie den angenommenen Funktionsanforderungen des Differenzdrucksystems. Durch die Überlagerung der Druckverteilung – die auf den Kamineffekt und den Luftströmungswiderstand zurückzuführen ist – ist es möglich, eine stabile statische Druckverteilung im gesamten Treppenhaus zu erreichen. Durch die Steuerung von Druckgradienten zwischen einzelnen Räumen, die als Fluchtwege behandelt werden, kann zusätzlich eine gezielte Luftströmung an offenen Fluchttüren im Brandgeschoss erreicht werden. Mit dem Safety Way-System können daher die Nennbetriebsparameter des Differenzdrucksystems unabhängig von der Höhe des Gebäudes erreicht werden.

Die Richtung des mit dem Safety Way-System erzeugten Luftstroms hängt von der aktuellen Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenluft ab. Im Winter, wenn die Außenlufttemperatur niedriger ist als die Lufttemperatur im Treppenhaus des beheizten Gebäudes, wird die Luft in den unteren Stockwerken zugeführt und in den oberen Stockwerken abgeführt. Im Sommer, wenn die Umgebungstemperatur höher ist als die Lufttemperatur im Treppenhaus des klimatisierten Gebäudes, wird die Luft in den oberen Stockwerken zugeführt und in den unteren Stockwerken abgeführt.

Das Safety Way-System wurde als vollautomatische Lösung für Hochhäuser und Industriegebäude entwickelt, in denen erhebliche interne Wärmegewinne im Zusammenhang mit dem technologischen Prozess anfallen. Die Grenzhöhe des Gebäudes, ab der das Durchflusssystem unter polnischen Klimabedingungen eingesetzt werden soll, kann in Abhängigkeit von dem vom Planer gewählten Dokument bestimmt werden:

  • 30 m – für PN-EN 12101-6:2007 – Rauch- und Wärmeausbreitungsbegrenzungssysteme – Teil 6: Technische Anforderungen für Differenzdrucksysteme – Gerätesätze;
  • 55 m – für ITB-Instruktion Nr. 378/2002 – Entwurf von Brandlüftungssystemen von Fluchtwegen in hohen und sehr hohen Gebäuden;
  • 65 m – gemäß der US-Norm NFPA 92A Standard for Smoke-Control Systems Utilizing Barriers and Pressure Differences.

Safety Way besteht aus mindestens zwei kompakten iSWAY-FC-R Belüftungseinheiten, die sich in den äußersten Etagen des Gebäudes befinden. Die iSWAY-FC-R Belüftungseinheiten sind mit umkehrbaren Axialventilatoren ausgestattet, die es ermöglichen, die Luftströmungsrichtung im Treppenhausraum entsprechend den aktuellen Anforderungen zu ändern. Das Safety Way-System ist standardmäßig eine kanalfreie Lösung und erfordert nicht die Installation von Sammellüftungsschächten.

Für Hochhäuser können zusätzliche (Booster-) iSWAY-FC-D-Belüftungseinheiten erforderlich sein, die aktiviert werden, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Treppenhaus und dem Referenzraum unter einen voreingestellten Wert (normalerweise 30 Pa) fällt. Es wird davon ausgegangen, dass alle 10-12 Stockwerke ein zusätzlicher Luftzufuhrpunkt zum Treppenhaus vorgesehen werden sollte. Bei der Entwicklung des Lösungskonzepts ist auch zu beachten, dass es notwendig ist, Sets von zwei Zu- und Abluftpunkten anzunehmen, die sich im unteren und oberen Stockwerk befinden. Dies liegt daran, dass die Luftgeschwindigkeit an den Abschlusselementen der Anlage begrenzt werden muss. Die MAC-FC-Steuerung des ISWAY-FC-R-Gerätes bestimmt die richtige Luftstromrichtung im geschützten Raum anhand der aktuell gemessenen Lufttemperaturdifferenz im Treppenhaus und der Umgebungsluft. Wichtig ist, dass das Safety Way-System keine zusätzlichen Druckregelelemente oder Entlüftungsöffnungen in Treppenhäusern benötigt, was besonders in bestehenden Gebäuden oft ein Problem darstellt.

Safety Way wird als komplettes Druckdifferenzsystem geliefert, das für den Einsatz in einem bestimmten Gebäude optimiert ist. Es erfüllt nicht nur die Anforderungen der aktuellen Gesetzgebung, sondern ermöglicht als aktive Lösung eine deutliche Verkürzung von Abnahmeprüfungen und wiederkehrenden technischen Prüfungen.

Ein Diagramm der Funktionsweise des Durchflusssystems Safety Way  für die beiden Vertragszeiträume des Jahres, Winter und Sommer, ist in den folgenden Abbildungen dargestellt.

Abb. 1. Stabilisierung des Überdrucks im Treppenhaus eines beheizten Gebäudes während des Winters mit dem Durchflusssystem Safety Way

Abb. 2. Stabilisierung des Überdrucks im Treppenhaus eines klimatisierten Gebäudes im Sommer mit dem Durchflusssystem Safety-Way

Abb. 3. Implementierung einer gezielten Luftströmung durch eine offene Fluchttür mit dem Durchflusssystem Safety Way

Das System Safety Way ermöglicht nicht nur die Einhaltung des Druckkriteriums, sondern hält auch die erforderliche Geschwindigkeit und Richtung des Luftstroms durch die offene Fluchttür aufrecht. Wenn sich die Fluchttür öffnet und der Druck im druckgesicherten Treppenhaus abfällt, wird die Entlüftung abgeschaltet. Dabei erhöht die Zuluft ihre Leistung auf den Auslegungswert, der sich aus der Undichtigkeit im Treppenhaus und den Abmessungen der Fluchttüren ergibt.