Rauch- und Wärmeabzugsanlagen: Brandrauchschäden vermeiden

Laut Deutschem Feuerwehrverband brennt es alle drei Minuten, öfter als alle fünf Minuten ist laut Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft ein Unternehmen betroffen. Das bedeutet laut Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes volkswirtschaftliche Brandschäden in der Höhe von sechs Milliarden Euro pro Jahr.

Die gravierendsten Brandschäden entstehen meist aber nicht durch die Flammen an sich, sondern durch den giftigen Rauch. Über 90 % der Brandopfer sterben an einer Rauchvergiftung. Der Rauch kontaminiert sämtliche Gegenstände wie auch die Gebäudehülle weit über direkt vom ursprünglichen Brandereignis betroffene Räume hinaus. Selbst wenn das Feuer nur einen Brandschaden von einigen tausend Euro verursacht, übersteigen laut Versicherungswirtschaft die Kosten zur Behebung der Rauchschäden häufig die Millionengrenze.

Junge Technik

Schon mit der ersten Nutzung des offenen Feuers in Innenräumen war für unsere Vorfahren klar, dass neben den nutzbaren und gewollten Eigenschaften des kontrollierten Feuers – Wärme und Licht – auch der gefährliche Rauch entsteht, der eine Nutzung eines Raums ohne Öffnung im Dach und ohne eine dadurch erfolgte Ableitung des Rauchs unmöglich machte. Später nutzten die Menschen Kamine und verbaute Feuerstellen, um die Innenräume rauchfrei zu halten.

Diese Maßnahmen waren natürlich wirkungslos bei unkontrollierten Feuern. Menschen, die einen von Brand betroffenen Raum nicht rechtzeitig verlassen konnten, fielen und fallen oft dem giftigen Rauch zum Opfer. Da auch für die frühen Feuerwehren der Rauch zum Verhängnis wurde, versuchten die Feuerwehrleute teilweise mit Spitzhacke und Axt, Öffnungen in Dächer von betroffenen Häusern zu schlagen, um den Rauch abzuführen. Durch diese gefährliche Tätigkeit ging oft wertvolle Zeit verloren und wurden Feuerwehrleute in hohem Maße gefährdet.

Im Jahre 1953 wurde dann die erste automatisch öffnende Entrauchungsvorrichtung gebaut. 1963 fanden die ersten von P. H. Thomas und P. L. Hinkley vorgestellten Versuchsergebnisse und Theorien zur Rauchausbreitung weltweit Beachtung. Anfang der 1970er-Jahre stellte man dann fest, dass die Schadenhöhe von Brandereignissen in Gebäuden, die mit ausschmelzbaren Oberlichtern oder Lichtkuppeln ausgestattet waren, tendenziell niedriger war als bei Gebäuden ohne diese Maßnahmen. Dadurch und durch die erstmals flächendeckend eingebauten, automatisch öffnenden Lichtkuppeln wurden Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (RWA) von da an wichtige Bestandteile von Brandschutzkonzepten.

Gesetzgeberforderung

Rauch- und Wärmeabzugsanlagen haben einen hohen Stellenwert in modernen Brandschutzkonzepten, da sie den Personenschutz sicherstellen. Aber auch der Sachwertschutz, z. B. der Gebäudekonstruktion oder des Gebäudeinhalts, bedarf der Entrauchung. Aus diesem Grund können Versicherer betriebsbereite und wirksame RWA-Anlagen in ihre versicherungstechnische Bewertung mit einbeziehen. Aber auch die Gesetzgeber fordern vermehrt RWA-Anlagen, insbesondere in Veranstaltungsräumen, Verkaufsstätten ab einer gewissen Größe und Beschaffenheit und bei Fluchtwegen.

Aufgabe von Rauch- und Wärmeabzugsanlagen

Thermischer Auftrieb sorgt dafür, dass große Rauchgasmengen aufsteigen und das Gebäude oder den Raum mit Rauch ausfüllen. Die große Rauchausbreitungsgeschwindigkeit und die hohe Rauchentwicklung stellen die höchsten Anforderungen an eine Rauchabzugsanlage. Eine schnelle Aktivierung der Anlage ist erforderlich.

Die Aufgabe von Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (RWA) wird in der ÖNORM EN 12101-2 [1] folgendermaßen definiert: „RWA- Anlagen haben die Aufgabe, im Brandfall Rauch und Wärme abzuführen. Sie tragen dazu bei, die Brandbeanspruchung der Bauteile zu vermindern.“ Rauch- und Wärmeabzugsanlagen müssen aus diesem Grund folgende Aufgaben erfüllen:

• Sicherung der Fluchtwege durch Schaffung einer raucharmen Schicht in Bodennähe
• dadurch Ermöglichen eines schnellen und gezielten Löschangriffs der Feuerwehr
• Schutz der Gebäudekonstruktion vor thermischer Belastung (Verhindern des Feuerübersprungs)
• Reduzierung der Brandfolgeschäden auf Einrichtungen und Lagergut („Rauchschäden“)

Arten, Aufbau und Funktion

Man unterscheidet grundsätzlich zwischen natürlich wirkenden RWA (genannt NRA) und maschinell betriebenen RWA (MRA). Beide Arten unterscheiden sich aufgrund ihrer Wirkungsweise: Die Wirkprinzipien von NRA sind:

• Aufbau einer Druckdifferenz zwischen innen und außen
• hohe Wirksamkeit bei hohen Temperaturen, allerdings
• geringere Rauchgasabfuhr in der Brandentstehungsphase und bei Bränden mit geringer Wärmeentwicklung
• Branderkennung z. B. durch Thermomaximalmelder an das RWG

Die Wirkprinzipien von MRA sind:

• motorisch betriebene Ventilation
• Rauchabzug über Düsen und Kanäle
• hohe Wirksamkeit auch bei niedrigen Temperaturen, jedoch
• geringere Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen
• Branderkennung durch Rauchmelder
• in mehrgeschossigen Gebäuden auch unter Erdgleiche einsetzbar
• keine eindeutige Schichtung
• Durchmischung der Atmosphäre mit Brandgasen

Darüber hinaus finden sich auch andere Arten von „Entrauchungsanlagen“, z. B. Entrauchungsanlagen in Treppenräumen, Rauchschutzdruckanlagen, Rauchspülanlagen, Drallentlüftung und dergleichen.

Grundlagen für die Planung und Ausführung

Nach dem Gesetz ist der Planer für eine fachlich korrekte Rauchabzugsanlage verantwortlich und entscheidet damit im Ernstfall über Menschenleben. In Österreich gilt die TRVB 125 Rauch- und Wärmeabzugsanlagen und Rauchableitungsanlagen (Ausgabe 2015). Darüber hinaus können u. a. die in der Bundesrepublik Deutschland genormte

• DIN 18232-2:2007-11 Rauch- und Wärmefreihaltung – Teil 2: Natürliche Rauchabzugsanlagen (NRA); Bemessung, Anforderungen und Einbau oder die
• VdS 2098 Planung und Einbau von Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (Ausgabe 2013), die auf der DIN 18232-2 aufbaut,

Anwendung finden. Als europäisches Papier gibt es die TR EN 12101-5 [2], die allerdings kaum Anwendung findet. Die Planung erfolgt europaweit in Normalfall mittels nationaler Richtlinien und Normen. Unabhängig von diesen bestehenden Regelwerken kann der Nachweis einer passenden Entrauchung grundsätzlich auch durch Brandsimulationsverfahren erfolgen. Die genannten Richtlinien gelten grundsätzlich für eingeschossige Gebäude oder für das oberste Geschoss mehrstöckiger Gebäude, bei denen die Decke gleichzeitig das Dach ist.

DIN 18232-2 und VdS 2098 gelten nicht für Gebäude mit Gaslöschanlagen. Gaslöschanlagen dienen dazu, einen Brand z. B. durch Sauerstoffreduktion zu löschen. Undichtigkeiten in einem Gebäude könnten dazu führen, dass das Löschgas vor Eintreten der Löschwirkung entweicht und eine Rückzündung stattfindet. Dies gilt es, unter allen Umständen zu verhindern. Daher wird danach getrachtet, die Undichtigkeiten eines Raums möglichst gering zu halten. Für RWA heißt das, dass sie in Räumen mit Gaslöschanlagen nicht automatisch auslösen sollen. Selbst bei einer manuellen Auslösung ist Vorsicht geboten, sie ist nur bei eindeutiger Einweisung der Rettungskräfte sinnvoll.

Sowohl VdS 2098 als auch DIN 18232-2 gelten nicht in Treppenhäusern. Dies ist deshalb der Fall, weil die Wirkweise einer Treppenraumentrauchungsanlage anders ist als die einer RWA: Bei Ersterer werden keine Schichten ausgebildet, bei Letzterer ist die Schichtenbildung Ziel der Bemessung. Für die Planung von Entrauchungsanlagen in Treppenräumen wird auf die VdS 2221 Planung und Einbau von Entrauchungsanlagen in Treppenräumen verwiesen.

Die Planungs- und Einbaurichtlinien gelten auch nicht für sehr hohe Gebäude (z. B. Hochregallager). Grund dafür ist, dass ab einer gewissen Höhe nicht mehr 100%ig davon ausgegangen werden kann, dass der Thermikstrom die Decke des Raums rechtzeitig erreicht. Auch zu diesem Thema wurden entsprechende Richtlinien aufgestellt.

Eingangsgrößen für die RWA‑Bemessung

Rauch- und Wärmeabzugsanlagen bestehen i. d. R. aus

• Branderkennungseinrichtung(en),
• (Hand-)Ansteuereinrichtungen,
• Energieversorgungseinrichtung(en),
• Auslöseeinrichtung bzw. Antrieben,
• Rauch- und Wärmeabzugsgeräten bzw. Ventilatoren und
• Zuluftöffnungen.

Die Größe der RWA-Öffnungsfläche bzw. die Abzugsleistung ist abhängig von der abzuführenden Rauchgas-/Luftmenge und kann berechnet werden. Sie wird beeinflusst durch:

• Brennbarkeit und Menge des Lagerguts
• zu erwartende Brandentwicklungsdauer (Zeit bis zum Löschangriff)
• Deckenhöhe
• Höhe der angestrebten rauchfreien Schicht

Zuerst muss also geklärt werden, was brennt, wie schnell das Lagergut brennt und in welcher Menge es vorhanden ist. Anschließend gilt es zu klären, wie groß der Rauchabschnitt bzw. wie hoch der Raum ist, also das Volumen, das – von oben nach unten – theoretisch verraucht werden kann.

Zuletzt ist es wichtig zu klären, wie lange – in der Theorie – der Brand unbekämpft brennen kann. Hierzu ist die Zeit bis zum Ergreifen von Löschmaßnahmen durch die Feuerwehr zu bestimmen. In der Theorie geht man davon aus, dass Sprinkleranlagen sofort reagieren, danach würden Werkfeuerwehren eingreifen. Später erst könnten Berufsfeuerwehren zum Brandherd stoßen, und Freiwillige Feuerwehren würden am längsten benötigen, um Löschmaßnahmen einleiten zu können. Zuvor müssen die Löschkräfte aber alarmiert werden, wobei Brandmeldeanlagen in der Theorie als erstes reagieren. Mit diesen Eingangsgrößen kann dann die Bemessung vorgenommen werden.

Öffnungsfläche und Abzugsleistung

Das vorhandene Brandgut wird in Abhängigkeit von der zu erwartenden Brandentwicklungsdauer in Bemessungsgruppen eingeteilt. Eine Rauchabschnittsfläche ist i. d. R. auf 1.600 m² begrenzt, größere Räume sollten in Rauchabschnitte eingeteilt werden. Dies erfolgt mit Rauchschürzen.

Eingangsgröße für die Berechnung der Öffnungsfläche und Abzugsleistung ist die minimale Höhe der raucharmen Schicht. Diese beträgt grundsätzlich 2,5 m. Sie sollte jedoch so hoch sein, dass brandempfindliche oder brennbare Lagergüter nicht in der Rauchgasschicht verbleiben. Dementsprechend ist die Berechnung anzupassen. Der heiße Rauch steigt thermikbedingt vom Brandherd nach oben und breitet sich von dort aus, bis er an Grenzen stößt oder erkaltet und nach unten sinkt. Ist eine NRA richtig dimensioniert, entsteht eine Rauchschicht, die immer dicker wird, bis sie schließlich wohldefiniert die errechnete Rauchschichtdicke/Höhe der raucharmen Schicht erreicht. Dies bedeutet: Je schneller ein Raum verqualmt bzw. je länger die Feuerwehr zum Löscheinsatz benötigt, umso größer müssen die Öffnungen im Dach sein, um die Mindesthöhe der raucharmen Schicht über den gesamten Zeitraum sicherzustellen.

Einbauhinweise

Für die angestrebte Funktion von RWA sind ausreichende Zuluftöffnungen vorzusehen, also Flächen im unteren Bereich von Wänden, die möglichst zeitnah mit der Auslösung der Rauch- und Wärmeabzugsanlage öffnen. Nur so können Brandgase, Wärme und Rauch natürlich abgeleitet werden. Wird dem System nicht ausreichend (kalte, rauchfreie) Zuluft zugeführt, kann eine Entrauchung nicht funktionieren. Für maschinelle Rauchabzugsanlagen bieten sich maschinelle Zuluftführungen an.

Auch die Aufteilung im Dach von NRA ist normentechnisch bestimmt: So sind definierte Abstände zu Außenwänden, benachbarten Geräten und Brandwänden einzuhalten.

Einbauhinweise für NRA

Im Folgenden werden einige Einbauhinweise der VdS 2098 für NRA besonders vorgestellt. Die brennbaren Teile des Dachaufbaus müssen gegenüber der Dachöffnung geschützt werden. Dies kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, wie beispielsweise durch Dachabdichtungen aus nichtbrennbaren Baustoffen oder alternativ eine Abdeckung mindestens 1 m rund um das RWG mit nichtbrennbaren Baustoffen (z. B. Betonplatten, Kies).

Ebenso muss eine mögliche Entzündung des Dachaufbaus durch die Laibung verhindert werden, z. B. durch nichtbrennbare Dämmstoffe mindestens 0,5 m rund um die Dachöffnung, den Einbau von Einfassprofilen aus nichtbrennbaren Baustoffen in Verbindung mit Holzrahmen oder Blenden aus nichtbrennbaren Bauplatten (mindestens 20 mm). Ein Beispiel für den Einbau einer NRA zeigt die Abbildung oben links. Die geometrische Öffnungsfläche des Rauch- und Wärmeabzugsgeräts (RWG) muss frei gehalten werden, d. h., es dürfen insbesondere nachträglich keinerlei Lüftungsschächte und andere Einbauten unterhalb des RWG eingebaut werden, die die Abluftleistung vermindern könnten.

Für die Zwischendeckenbereiche gilt (nachzulesen in VdS 2098 oder VdS VdS CEA 4020 [3]) Abbildung oben rechts.

Sonstige Anforderungen

Die Funktion von Rauch- und Wärmeabzugsanlagen darf nicht durch den Seitenwind negativ beeinflusst werden. Hierzu sind unter Umständen konstruktive Maßnahmen wie Windleitwände notwendig. So verhindern etwa Verriegelungseinrichtungen das Zuschlagen der Rauch- und Wärmeabzugsklappe nach Auslösung (Abbildung rechts). Es dürfen nur geprüfte Geräte eingebaut werden: Geprüfte und anerkannte Geräte besitzen ein Zertifikat. Alle eingebauten Geräte weisen CE-Kennzeichen auf, die seit September 2006 verpflichtend sind.

Bei der Errichtung von RWA müssen die Planungs- und Einbauvorschriften beachtet werden. Ein „Mischen“ von Richtlinien ist grundsätzlich nicht gestattet.

Resümee

Rauch- und Wärmeabzugsanlagen haben die negativen Folgen von Bränden deutlich gemildert. Seit ihrer Entwicklung in den 1970er-Jahren konnten ihretwegen viele Menschenleben gerettet und Sachschäden reduziert werden. Sie sorgen dafür, dass die giftigen Rauchgase abgeleitet werden und die Gebäudekonstruktion (länger) erhalten bleibt. Bei der Brandschutzertüchtigung ist daher ratsam, Rauch- und Wärmeabzugsanlagen vorzusehen. Oft schreibt sie der Gesetzgeber vor, doch sollte allein das Argument, im Brandfall Menschenleben retten und Sach- wie auch Umweltschäden reduzieren zu können, den Einbau rechtfertigen.

Bei bereits vorhandenen Anlagen bietet es sich an nachzuprüfen, ob die ursprünglich vorgesehenen Gegebenheiten noch aktuell sind, also ob sich z. B. die Brandlasten in Art und Masse geändert haben seit Einbau der RWA. In diesem Fall ist eine Nachrüstung sinnvoll und angebracht.

Literatur

[1] ÖNORM EN 12101-2: 2017-09-01 Rauch- und Wärmefreihaltung – Teil 2: Natürliche Rauch- und Wärmeabzugsgeräte

[2] CEN/TR 12101-5:2005 10: Rauch- und Wärmefreihaltung – Teil 5: Anleitung zu funktionellen Empfehlungen und Rechenverfahren für Anlagen zur Rauch- und Wärmefreihaltung

[3] VdS CEA 4020 – Natürliche Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (NRA), Planung und Einbau

Die Autorin

Alwine Hartwig
Seit 2000 ist Alwine Hartwig bei der VdS Schadenverhütung GmbH in Köln in Sachen Brandschutz und Sicherheitstechnik, für Entrauchung sowie baulichen Brandschutz und Errichteranerkennung zuständig. Sie arbeitet in nationalen und internationalen Gremien im Bereich Entrauchung/Rauchschutz und betreut das VdS-Richtlinienwerk für Rauch- und Wärmeabzugsanlagen.

www.vds.de