Überdruck im Wolkenkratzer Der sichere Weg nach Draussen – auch im Brandfall

Man mag es sich nicht vorstellen: Es brennt in einem Wolkenkratzer! Wie schützt man die Personen in dem Gebäude vor Feuer, Rauch und den oftmals giftigen Gasen? Wie bringt man die Personen unversehrt nach draußen und wie die Feuerwehr und deren umfangreiches Rettungsgerät hinein? Eine auf die individuellen Anforderungen des Gebäudes und dessen Nutzung angepasste und damit hocheffektive RDA (Rauchschutz-Druck-Anlage) kann hier Leben retten.

In Europa haben die Superriesen der Hochhäuser, die sogenannte „Königsklasse“, die 200 m-Marke längst überschritten, weltweit arbeiten Investoren an Projekten, mit denen die 1 000 m-Hürde übersprungen werden soll. Gebäude dieser Art sind eine große Herausforderung auch für den Brandschutz, denn bereits in 200 m hohen Bürotürmen befinden sich tagsüber 4 000 bis 5 000 Menschen, die vor einer Katastrophe unbedingt bewahrt werden sollen.

Lebensgefährlich sind im Brandfall selten die Flammen, sondern die daraus resultierenden toxischen Gase, die zu Vergiftungen führen können. Schlimmer noch in ihren Folgen ist aber die Rauchentwicklung durch das Feuer: Erstickungsgefahr und extreme Sichtbehinderung auf den Fluchtwegen können die Folge sein, so dass chaotische Zustände und Panik in Fluren und Treppenhäusern das Ergebnis sind.

RDA für Rauch und Giftgas freie Fluchtwege

Rauchschutz-Druck-Anlagen (RDA) sorgen, im Brandfall automatisch ausgelöst, mit einem geringfügig erhöhten Luftdruck in Sicherheitstreppenräumen sowie in Feuerwehraufzugsschächten und deren Vorräumen für rauchfreie Atemluft. So ist eine sichere Evakuierung der Brandetage und der angrenzenden Stockwerke ebenso gewährleistet wie der sichere Zugang der Rettungskräfte und der Feuerwehr mit ihrem umfangreichen Gerät. Voraussetzung ist hierbei, dass ein Überdruck von 50 pa im gesamten Treppenraum bei Türgrößen bis 2 m² nicht überschritten wird, da andernfalls der zu hohe Luftdruck das Öffnen der Fluchttüren in den Etagen erschweren oder gar unmöglich machen kann.

Andererseits muss nach DIN EN 12101, Teil 6 eine Strömungsgeschwindigkeit von 2 m/s bei geöffneten Türen zu den Nutzungseinheiten erreicht werden, um das Ausströmen der Brandgase aus der Brandetage in den Treppenraum zu verhindern. Denn Rauch soll in der Etage bleiben, in der er entsteht. Sobald er in das gesamte Gebäude gelangt, ist er unkontrollierbar.

Diese Voraussetzung zu erfüllen, ist jedoch bei großen Gebäudehöhen eine technologische Herausforderung, denn witterungsbedingte und andere Faktoren verursachen verschiedene Luftdrücke in unterschiedlichen Gebäudehöhen. Deren störende Einflüsse auf die RDA müssen durch ein komplexes Zusammenwirken verschiedener aktiv geregelter RDA-Komponenten unbedingt vermieden werden, damit unter allen Klimabedingungen eine Rauch und Giftgas freie Atemluft in den Fluchträumen des Gebäudes im Brandfall über die gesamte Bauwerkshöhe sicher gestellt werden kann.

Während bei Bauwerken mit einer Höhe von max. 60 bis 65 m ohne besondere Herausforderungen durch die Baukörpergeometrie mit einer einfachen, passiven RDA mit barometrisch gesteuerten Abströmöffnungen ein konstanter Hüllflächendruck der Treppenräume erreicht werden kann, erfordern höhere Gebäude unbedingt ein aktives, Software basiertes RDA-System mit schnellen Reaktionszeiten. Nur so lässt sich sicherstellen, dass bei allen Witterungsbedingungen im Brandfall die Türöffnungskräfte 100 N nicht übersteigen und so die Evakuierung der Brandetage und der angrenzenden Stockwerke problemlos möglich ist. Führende Anbieter von RDA-Systemen erzielen dabei mit einem aktiven, Software basierten RDA-System und den mit LON-Bus vernetzten Komponenten Regelzeiten von unter 3 s, womit die Forderungen der Bauvorschriften nach DIN EN 12101 erheblich übertroffen werden.

Ab Gebäudehöhen von ca. 200 bis 250 m wird eine vertikale Aufteilung der RDA auf mehrere Systeme notwendig. Die Trennung erfolgt durch einen oder mehrere Aufenthaltsräume, die gleichzeitig als Druckschleuse dienen. Indem nicht beide Zugänge eines Raumes gleichzeitig geöffnet werden können, werden die Luftsäulen sowohl über also auch unter der Trennetage stabil gehalten. Die vertikale Trennung gilt aber auch für die Einlassöffnungen: je mehr regelbare Einlassöffnungen vorhanden sind, umso genauer kann ein gezielter Hüllflächendruck in der Brand­etage erreicht werden. Anders als bei kleineren Gebäuden ist es bei Hochhäusern nicht mehr möglich, über die gesamte Bauhöhe vom UG bis zur obersten Etage einen konstanten Hüllflächendruck im Sicherheitstreppenraum sowie im Feuerwehrfahrstuhlschacht und deren sämtlichen Vorräumen zu erhalten. Jedoch wird in der Brandetage der Aufzugsvorraum durch die Druckbelüftung des Feuerwehraufzuges rauchfrei gehalten, um eine Evakuierungszone für zu bergende Personen sicherzustellen.

Architektonische und klimatische Herausforderungen

Auch die Gebäudegeometrie und Windverhältnisse müssen als architektonische Randbedingungen in der Abströmung über die Fassade oder den Schacht berücksichtigt werden. Bei einer Fassadenabströmung ist ein Windgutachten notwendig, denn entsprechende Windverhältnisse können zu einer Umkehr der Strömungsrichtung führen. D. h., dass die Luft durch den Wind zurück in den Treppenraum gedrückt wird und die RDA ihr Ziel verfehlt.

Ebenso wirken thermische Einflüsse bei unterschiedlichen Außentemperaturen auf die RDA ein und müssen entsprechend berücksichtigt werden, um Fluchtwege, unter allen klimatischen Bedingungen, rauchfrei zu halten. Im Winter ist auf Grund geänderter Temperaturverhältnisse mit einem größeren Dichteunterschied der beiden Luftsäulen von Außenfassade und Sicherheitstreppenraum zu rechnen. Daraus resultiert ein beschleunigter Abbau der Druckdifferenz und entsprechend erhöhter Auftrieb, was zu un­überwindbaren Türöffnungskräften im Sicherheitstreppenraum führen kann. Diese Druckdifferenzen müssen geregelt werden, um die geforderten Türöffnungskräfte, Volumenströme und Strömungsgeschwindigkei­ten für die RDA einhalten zu können. Im Brand­fall darf die Druckdifferenz auf keine der angrenzenden Türen eine größere Kraft als 100 N (diese entspricht 50 pa bei einer 2 m² großen Tür) ausüben. Sonst besteht das Risiko, dass die Tür im Brandfall nicht mehr zu öffnen ist.

Aber auch die mögliche, wenn auch nicht wünschenswerte Verwendung von Personenaufzugsschächten zur Abströmung erfordern erweiterte technische Lösungen bei der Konzeption einer wirkungsvollen RDA. Da Aufzüge in der Regel im EG offen stehen und einen freien Zugang zum Atrium haben, entstehen dadurch Nachströmungen. Die Druckerzeugung und -regelung der RDA ist hier schwieriger, da der Aufzugs­eingang einen nicht unerheblichen Bypass darstellt.

Hilfestellung für Architekten und Planer

Architekten und Planern stehen RDA-Planungsmaterialien zur Verfügung. Grundlagen für kleinere Gebäude enthält der RDA-Anwenderleitfaden, für höhere Gebäude ist das Hinzuziehen eines Brandschutz- und/oder Lüftungssach­verständigen in der frühen Planungsphase zu empfehlen. Auch eine frühzeitige Simulation der verwendeten RDA-Komponenten kann zu Kosten- und Platzeinsparungen führen, ohne die angestrebten Ziele zu gefährden. Außerdem helfen RDA-Hersteller mit ihren Praxiserfahrungen in der Entwicklung auch komplexer RDA-Systeme bereits im frühen Planungsstadium, um eine kostengünstige, effiziente und Platz sparende RDA für die individuellen Anforderungen eines Gebäudes zu liefern.

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