Der vorliegende Beitrag soll Grundwissen vermitteln und die prinzipielle Vorgehensweise bei der Auswahl und Projektierung von Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (RWA) aufzeigen. Ausführlichere Darlegungen sind nur mit Fallbeispielen möglich, was nachfolgenden Fachartikeln vorbehalten bleiben soll.
1. Grundlagen Feuer und Rauch
Die Folgen eines Brandes in einem Gebäude sind grundsätzlich anders als beim Feuer im Freien. Maßnahmen des vorbeugenden Brandschutzes sind auf diesen Sachverhalt auszurichten. Jedes Feuer setzt Wärmeenergie frei. Ein geringer Anteil dieser Energie wird durch Wärmeleitung weitergegeben, das heißt der Boden rund um das Feuer wird wärmer. Ein Anteil von etwa 20 bis 30 Prozent wirkt als Strahlungswärme, die in unmittelbarer Nähe des Feuers deutlich zu spüren ist. Der Hauptanteil der Wärme, nämlich 70 bis 80 Prozent, steigt als Konvektionswärme nach oben.
1.1 Feuer im Freien
Nur unter freien Himmel und bei Windstille entwickelt sich der sogenannte Idealbrand. Mit der aufsteigenden Konvektionswärme bildet sich eine senkrechte Rauch- und Feuersäule, die im Freien auf kein Hindernis trifft. Temperaturanstieg und Druckverhältnisse sorgen für thermischen Auftrieb und reißen Rauch und Flammen steil nach oben. Die Umgebung des Feuers bleibt so rauchfrei. Am Boden entsteht Unterdruck, der frische und sauerstoffhaltige Luft nachsaugt und für einen „sauberen“ Abbrand sorgt. Die Ansammlung von Schwelgasen, die zu explosionsartigen Verbrennungen führen kann, wird somit quasi vollständig unterbunden.
1.2 Feuer im Gebäude
Innerhalb eines Gebäudes herrschen völlig andere Bedingungen. Die Rauch- und Feuersäule wird durch die Geschossdecke oder das Dach dran gehindert, ins Freie abzuziehen, das heißt Rauch und heiße Brandgase steigen zuerst zwar auf, breiten sich dann aber unterhalb der Geschoßdecke aus. Gleichzeitig füllt dieser schwarze Rauch den ganzen Raum sehr schnell aus, bis der Raum völlig verqualmt ist. Die Rettung von Menschenleben und gezielte Löscharbeiten sind – wenn überhaupt – nur unter erschwerten Bedingungen möglich. Die aufgestaute Hitze birgt zwei Gefahren: Beim Öffnen der Tür muss durch die plötzliche Sauerstoffzufuhr mit einer Durchzündung gerechnet werden. Es kommt so zu einer flash-over-Situation. Außerdem sind Dachkonstruktionen in der Regel nicht ausreichend temperatur- und druckbeständig und brechen oftmals ein. Die Rauch- und Brandgase können dann zwar entweichen, für das Gebäude und eventuell eingeschlossene Personen kommt allerdings jeder Rettungsversuch zu spät.
1.3 Rauchentstehung
Rauch- und Zersetzungsgase bilden sich während des Verbrennungsprozesses aus nicht in Wärme umgesetzten Bestandteilen der Verbrennung. Die Voraussage einer Zahlenangabe zur chemischen Zusammensetzung, optischen Dichte und auch zu den Mengen, die aus einem brennbaren Stoff freigesetzt werden, ist kaum möglich. Vom gleichen Brandgut können je nach Zustand und Umgebungsbedingungen unterschiedliche Rauchgasmengen mit unterschiedlicher Giftigkeit und Dichte ausgehen. Rauch wird mit der nach oben steigenden Konvektionswärme eines Brandes abtransportiert. Dies geschieht in der Form eines sich nach oben öffnenden Trichters, der Plume genannt wird. In diesen Trichter wird Luft aus den umgebenden Luftschichten hineingerissen (Induziert), wodurch sich das Volumen des Rauches schnell erheblich vergrößert.
1.4 Rauchausbreitung
Über der Brandquelle steigen Rauch und Wärme in der Plume nach oben und sammeln sich zunächst an der Geschoßdecke. Ohne Entrauchungseinrichtungen zirkuliert die Raumluft und mit ihr der Rauch an der Decke entlang, die Wände herab, zurück zur Brandquelle und schichtet sich dabei schlaufen-förmig ein. Dadurch wird auch der zunächst rauchfreie Aufenthaltsbereich innerhalb weniger Minuten verraucht. Derartige Strömungsvorgänge sind aus der Raumlufttechnik bekannt und stellen im Brandfall nur hinsichtlich der Strömungsintensität eine Besonderheit dar. Die Bewertung der Rauchausbreitung kann somit direkt auf die Grundlagen und Erfahrungen der Raumlufttechnik zurückgreifen (siehe auch News Kategorie Wissen Lüftungsanlagen). In Räumen die Entrauchungseinrichtungen aufweisen, verläuft die Rauchausbreitung dagegen anders. Entweicht der im unteren Bereich entnommene Luftstrom nach außen und wir durch nachströmende Luft von außen ersetzt, bilden sich zwei Luftschichten im Raum aus: eine Rauchschicht im oberen, eine raucharme Schicht im unteren Bereich. Damit sich dieser Schichtprozess ausbilden kann, sind verschiedene Voraussetzungen zu erfüllen:
1.5 Rauchgas- und Temperaturentwicklung
Die Folgen eines Brandes hängen entscheidend von zwei sich beeinflussenden Faktoren ab: Rauchgasentwicklung und Temperaturgeschehen. Grundsätzlich gilt: je höher die Wärmefreisetzung, desto mehr Rauchgas. Aber auch Schwelbrände geben bereits sehr viel Rauch ab. So steigt die Umgebungstemperatur innerhalb der ersten Minuten eines Brandes nur geringfügig an. Das ändert sich aber schlagartig mit der Entwicklung großer Rauchgasmengen, die sich unter der Decke sammeln. Heißer Rauch und zündfähige Brandgase führen dort zu einem rapiden Temperaturanstieg. Bereits nach 15 Minuten können so erste Sekundärbrände an der Dach- beziehungsweise Deckenkonstruktion entstehen. Und schließlich führt die Zündung der Zersetzungsprodukte zum so genannten flash-over, dem schlagartigen Übergang zum Vollbrand. Ein solcher, meist nicht mehr löschbarer Brand, kann sich in weniger als 20 Minuten entwickeln. Ein völlig anderes Brandgeschehen entwickelt sich beim Einsatz von Entrauchungssystemen. Sie dienen in erster Linie dazu, Rauch und Wärme aus brennenden Gebäuden abzuführen. Rauch- und Wärmeabzugsanlagen leiten die sich an der Deckenunterseite sammelnden Rauchgase und Zersetzungsprodukte ins Freie und vermeiden so das Aufstauen explosiver Stoffe. Der Temperaturanstieg vollzieht sich dadurch weniger rasant. Die Entstehung von Sekundär- und Wipfelbränden sowie die Ausbildung des flash-over verzögern sich, sodass die Feuerwehr Zeit gewinnt und den Brand löschen kann. Und der bodennahe Bereich bleibt für die Flucht und Rettung sowie für die Erkundung und den Löschangriff ausreichend rauchfrei.
2. Auswahl und Projektierung
Als anerkannte Regeln der Technik gelten für Maschinelle Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (MRA):
und für Natürliche Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (NRA):
Darauf aufbauend ist zu prüfen, welche von der Vielzahl zu beachtender Vorschriften und Regelungen für den vorliegenden Anwendungsfall zu berücksichtigen sind:
Literatur: Informationen des Fachverbandes Tageslicht und Rauchschutz e.V.
Gastautor: Dipl.-Ing. Dieter Seyfert
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