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Sonderdruck

Überarbeitung der Norm über natürliche Rauch-und Wärmeabzugsanlagen DIN 18232 Teil 2

Karl-Heinz HalfkannThomas Hegger

Bauphysik527. JahrgangOktober 2005Heft 5ISSN 0171-5445

A 1879

Wärme · Feuchte · Schall · Brand · Licht · Energie · Klima

2 © 2005 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Bauphysik 27 (2005), Heft 5

Bericht

1 Einleitung

Die im Juni 2003 veröffentlichte DIN18232-2 stieß besonders bei zweiFestlegungen auf den teilweisen Wi-derstand einiger Brandschutzplaner.Dadurch wurden teilweise Unsicher-heiten hinsichtlich der Anwendbar-keit dieser Normfassung laut undeinige Brandschutzplaner entschlos-sen sich, weiter mit der Fassung von1989 zu arbeiten. Diese war aber wie-derum in einigen Punkten nachweis-lich falsch und überholt und zudemvom DIN offiziell zurückgezogenworden.

Mit einer im Mai 2005 abge-schlossenen Überprüfung der Norm-fassung von 2003 wurden diese Unsi-cherheiten aufgegriffen und gelöst.Als Ergebnis ist vorgesehen, diese we-nigen notwendigen Anpassungen ineinem Änderungsblatt zu veröffent-lichen und damit die Unsicherheitenzu bereinigen. In diesem Beitrag wer-den die wesentlichen Grundlagenund vorgesehenen Anpassungen die-ser Norm dargestellt und begründet.

2 Historische Entwicklung der NormDIN 18232 Teil 2

Die grundsätzlichen Projektierungs-regelungen für natürliche Rauch- undWärmeabzugsanlagen basieren auflangjährigen Erfahrungen (u. a. durchdie Sachversicherer). Die erste Aus-gabe von DIN 18232-2 aus dem Jahre1984 wurde im November 1989 durcheine erste Aktualisierung ersetzt.

DIN-Normen werden im Regel-fall alle fünf Jahre überprüft und ggf.aktualisiert, um den technischenFortschritt und den Erfahrungszu-wachs zu berücksichtigen und somitweiter als anerkannte Regeln derTechnik genutzt werden zu können.

Nach weiteren ca. fünf Jahrenwurde im März 1996 ein wiederumaktualisierter Normentwurf veröf-fentlicht und einem Einspruchsver-fahren unterzogen. Leider durfte daserzielte Ergebnis dann aber nicht alsneue nationale Norm veröffentlichtwerden, da zu dieser Zeit eine Ar-beitsgruppe bei CEN mit der Erarbei-tung eines europäischen Norment-wurfs (prEN 12101-5) zur Projektie-rung von NRA beauftragt war. Dieseeuropäische Arbeit blockierte durchdie sog. „Stand-Still-Regelung“ dieVeröffentlichung der aktualisiertendeutschen Norm von 1996.

Erst nachdem im September1999 dieses europäische Normungs-vorhaben ohne Erfolg abgebrochenwurde und damit das „Stand-Still“nicht mehr griff, konnte in Deutsch-land die Arbeit an einer erneuten Ak-tualisierung der Bemessungsmetho-den für RWA wieder aufgegriffen wer-den.

Als Ergebnis wurde im Dezem-ber 2001 der Öffentlichkeit ein Norm-entwurf zur Diskussion vorgelegt [1].Dieser wurde in einem umfangrei-chen Einspruchsverfahren verbessert.Ein anschließendes Schlichtungsver-fahren überprüfte dann diese Fassungnochmals. Nachdem im Februar2003 die Schlichtung unter Zustim-mung der Antragsteller erfolgreichabgeschlossen werden konnte, wurdedie neue Fassung der Norm DIN18232-2:2003-06 veröffentlicht undgleichzeitig die 14 Jahre alte Vorgän-gerversion von 1989 zurückgezogen[2].

3 Grundlagen zu DIN 18232 aus demJahr 2003

Die neue Fassung basierte auf allenErfahrungszuwächsen, die seit der

Urfassung von 1984 abgesichert wa-ren und auf den Entscheidungen ausden Einspruchs- und Schiedsverfah-ren zum Entwurf aus dem Jahre 2001.

Die wesentlichen Änderungen inder Ausgabe 2003 sind:

A) Der Anwendungsbereich derNormist nicht mehr auf den Industrie-bau beschränkt.

Da die Rauchausbreitung und -ablei-tung weniger von der Raumnutzungabhängt, war die formelle Beschrän-kung der alten Fassung auf den Indu-striebau nicht sinnvoll. In der Praxiswurde die alte Ausgabe auch bereitsin vielen nichtindustriellen Sonder-bauten zur Projektierung der RWAangewendet.

B) Der alte Begriff „rauchfrei“ wurdedurch die Bezeichnung „rauch-arm“ ersetzt.

Eine im akademischen Sinn rauch-freie (sterile) Luftschicht wird es we-der bei der normalen Nutzung nochim Brandfall geben (können). Immerwerden einige wenige, meist unschäd-liche Rauchmoleküle in der Luft ein-gemischt vorhanden sein. Aus diesemGrund ist in der Normung auch derschon vorher ins Baurecht eingeflosse-ne Begriff der „raucharmen Schicht“verwendet worden.

Erst zum Zeitpunkt der Schlich-tung wurde von der ARGEBAU ge-wünscht, auch Regelungen für dif-ferenzierbare Anforderungen inner-halb der raucharmen Schicht zu inte-grieren. Da es zum Zeitpunkt derSchlichtung allen Beteiligten abernicht möglich war, belastbare und all-gemeinverbindliche sichere Vorher-sagemöglichkeiten für eine solcheDifferenzierung zu erarbeiten, solltedies nach einem gemeinsamen Be-schluß in der Schlichtung einer nach

Karl-Heinz HalfkannThomas Hegger

Überarbeitung der Norm über natürliche Rauch- und Wärmeabzugsanlagen DIN 18232 Teil 2

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K.-H. Halfkann, Th. Hegger · Überarbeitung der Norm über natürliche Rauch- und Wärmeabzugsanlagen DIN 18232 Teil 2

Bauphysik 27 (2005), Heft 5

Veröffentlichung der aktualisiertenNormfassung anschließenden Über-prüfung vorbehalten bleiben. In derSchlichtung wurde deshalb festgehal-ten, daß die Luftkonditionen in derraucharmen Schicht zur Zeit nichtdifferenziert betrachtet werden kön-nen und deshalb mit der Bezeich-nung „raucharm“ nahezu rauchfrei zusein hätten.

C) Die Anwendung von natürlichenRauchabzugsgeräten (RWG) inWänden wurde in einem Anhangin diese Fassung aufgenommen.

Umfangreiche strömungstechnischeUntersuchungen im Windkanal wa-ren erforderlich, um hier die notwen-dige Sicherheit für die Wirksamkeitder Entrauchung in Fassaden auchunter Windeinfluß zu erhalten. Zwi-schenzeitlich sind die dort beschrie-benen Ergebnisse durch weitere For-schung und Überprüfung weiter gefe-stigt, die Ergebnisse fließen so z. B.aktuell auch in die Überarbeitung dereuropäischen Norm EN 12101-2 [3]ein.

D) Zuluft muß gleichzeitig mit denRWG öffnen.

Um raucharme Schichten ausbildenzu können, ist eine gezielte, frühzei-tig beginnende und ausreichendeRauchableitung notwendig. Diesefunktioniert nur, wenn schon ab Be-ginn der Rauchabführung sofort bo-dennah nachströmende Zuluft zurVerfügung steht. Ohne diese Zuluftwürde der Rauch nicht (ausreichend)abgeleitet und der Raum schnell völ-lig verraucht sein. Erst zu einem spä-teren Zeitpunkt geöffnete Zuluft-flächen könnten den Entrauchungs-prozeß dann zwar noch starten, eswird aber, nachdem der Raum mögli-cherweise schon völlig verraucht ist,eher zu einer langsam einsetzendenVerdünnung der Rauchgase und nichtmehr zu einer raucharmen Schichtkommen.

E) Berücksichtigung verschiedenerPlumemodelle

Während die alte Normfassung nurauf dem Thomas-und-Hinkley-Plumebasierte, ist in der Neufassung bei et-wa 20 % der möglichen Raumhöhenund Bemessungsbrandkonstellatio-nen der Plume von Zukoski mit virtu-ellem Ursprung enthalten. Diese Ver-änderung war notwendig, damit alle

vom jeweiligen Plumemodell vorgege-benen Anwendungsgrenzen (so giltder Thomas-und-Hinkley-Plume nurfür große Räume und die Situationen,in denen die Flammenspitzen in dieRauchschicht hineinragen) eingehal-ten werden können.

F) Ergebnisse sind jetzt berechenbar.Zur Sicherstellung der Entrauchungsowohl bei hoch- als auch bei nieder-energetischen Bränden oder auchwährend der Brandentstehungsphasehöherenergetischer Brände wurdenin der Normfassung zahlreiche Rah-menparameter aus früheren Fas-sungen (z. B. mindestens 1 RWG pro200 m2 Grundfläche) übernommenoder auch die zuvor beschriebene Zu-luftregelung angepaßt. Um die in derhochenergetischen Brandphase be-sonders großen Rauchvolumen inausreichender Menge ableiten zukönnen, wurde die dafür notwendigeaerodynamisch wirksame Rauchab-zugsfläche (Aw) mit einem ebenfallsveröffentlichten Formelwerk kalku-lierbar gemacht und durch computer-gestützte Berechnungsmodelle ermit-telt. In der früheren Fassung warendie Aw-Werte dagegen durch Mehr-heit beschlossen worden.

G) Schnittstelle zu den Ingenieur-methoden

Die heute für spezielle Sonderbauteneingesetzten „Ingenieurmethoden fürden Brandschutz“ finden durch dieseVorgaben der Eckwerte (z. B. D, E, F,H und I) und das im Anhang B veröf-fentlichte Formelwerk und die Be-achtung der Rahmenparameter guteAnknüpfungspunkte, um die Entrau-chungsanlage auch von sehr komple-xen Raumgeometrien mit geeignetenZonen- oder besser noch mit Feldmo-dellen berechnen bzw. mit physikali-schen Modellen nachbilden zu kön-nen.

H) Konstanter Aw-Wert statt Prozentsatz

Nach dem Einpendeln der projektier-ten Rauchschichtgrenze entsprichtdie abzuleitende Rauchgasmenge ex-akt der Menge, die vom Brand (Quell-term plus induziertes Volumen) neuerzeugt wird. Dieses Rauchvolumenhängt von verschiedenen Faktoren (u. a. von der Zündung, dem Brand-gut (Stoff, Trocknungsgrad, Ober-fläche), den Raumbedingungen und

der Plumehöhe), nicht aber von derGröße des Raumes selbst ab. Da diebei den früheren Fassungen enthalte-ne Prozentsatzregel (z. B. Aw = 0,8 %der Raumfläche) die Raumfläche di-rekt proportional im Ergebnisberücksichtigte, mußte dieser Fehlerin der neuen Fassung korrigiert wer-den. Dies wurde konsequent mit ei-ner konstanten Rauchabzugsflächepro Rauchabschnitt (z. B. 8 m2 Aw füreinen Rauchabschnitt bis 1.600 m2)umgesetzt. Vergleicht man diese ak-tuelle notwendige Rauchabzugs-fläche (bei gleicher Raum- undRauchschichthöhe!) mit der jeweili-gen Angabe in der alten Fassung, soist die aktuelle notwendige Aw-Fläche– für sehr kleine Räume

(bis ca. 600 m2) meist etwas höher,– für mittlere Räume (bis ca.

1.200 m2) etwa gleichgroß und– für größere Räume (bis 1.600 m2)

meist etwas geringer.

I) Fehlerhafte Korrekturformel ersetztDie in der Fassung 1989 erstmals ver-öffentlichte Korrekturformel erlaubtebei sehr großen Räumen die Bildungvon sog. virtuellen Rauchabschnitten,d. h., hier wurden Rauchabschnitteohne körperliche Abtrennung durchRauchschürzen ermöglicht. Eine sol-che Regelung, die damals amSchreibtisch und per Abstimmungentstanden war, konnte wissenschaft-lich weder damals noch heute be-gründet oder nachgewiesen werden.In umfangreichen strömungstechni-schen Versuchen und auch Feldmo-dellstudien zeigt sich sehr deutlichdie grundsätzliche Notwendigkeitvon Rauchschürzen. In der Neufas-sung wurde deshalb die folgende Re-gelung zum Rauchabschnitt getrof-fen:

Generelle Begrenzung der Rauch-abschnittsfläche auf 1.600 m2.

Bei Räumen mit mindestens 9 mHöhe ist bei heißeren Rauchgasen(ab Bemessungsgruppe 4) auch eineRegelung für eine Rauchabschnitts-fläche von bis zu 2.600 m2 möglich(Erleichterung A).

Das Niveau dieser Festlegungliegt im Rahmen anderer nationaleroder auch europäischer Regelwerke:– VdS 2098, Mai 1990 [4]

Rauchabschnittsfläche maximal1.600 m2

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– TRVB S 125, 1997 [5]Rauchabschnittsfläche mindestens800 m2 und maximal 2.000 m2

– DIN V 18232-5:1990-12 und DIN18232-5:2003-06 [6]Rauchabschnittsfläche maximal1.600 m2

– BSI 7346-4, August 2003 [7]Rauchabschnittsfläche maximal2.000 m2

– VdS CEA 4020, November 2003 [8]Rauchabschnittsfläche maximal1.600 m2; in Räumen mit mehrerenRauchabschnitten kann ein Rauch-abschnitt maximal auf 2.000 m2

vergrößert werden.Die Streichung des Korrek-

turfaktors und die Festlegung auf1.600 m2 konnten auch mit der Er-fahrung vieler anderer Regelwerke be-stätigt werden.

Die Festlegung und Begrenzungauf 1.600 m2 (für Hallen mit einerHöhe von ≥ 9 m ab BMG 4 warenauch Rauchabschnitte bis zu2.600 m2 möglich) war in der Folge-zeit nach der Veröffentlichung derFassung 2003 für einige Brandschutz-planer einer der wesentlichsten Kri-tikpunkte an dieser Normfassung.

Um für diese Begrenzung bzw.deren Lockerung noch mehr Sicher-heit zu erhalten, wurde u. a. in derSchlichtung festgelegt, daß weitereForschung zu betreiben sei, um dieAussagen in der Norm zum Rauchab-schnitt nochmals zu überprüfen.

J) Rauchmeldung bevorzugtIn der aktualisierten Neufassung wur-de nicht nur der automatischenBrandmeldeanlage, sondern auch derautomatischen Öffnung der Rauchab-zugsanlage über einzelne Rauchmel-der ein Bonus zuerkannt. Somit wirddie sehr frühzeitige Öffnung derRauchabzugsanlage positiv unter-stützt, denn damit wird die Rauch-schicht sich weniger stark ausbilden.Besonders für Flucht- und Rettungs-wege ist die möglichst frühzeitig be-ginnende Entrauchung wesentlich. Eswird deshalb in der Norm empfohlen,solche Flächen möglichst über auto-matische Rauchmelder zu aktivieren.

K) Kombinierter Sprinkler- undRWA-Einsatz

Der früher oft geäußerten Befürch-tung, daß zu früh geöffnete Rauchab-züge den Auslösezeitpunkt vonSprinkleranlagen verzögern oder ge-

fährden, konnte mit durchgeführtenGrundlagenarbeiten begegnet wer-den. Im Gegenteil wurde festgestellt,daß i. d. R. durch geöffnete Rauchab-züge die Heißgasschicht wesentlichstärker in Bewegung gerät und somitder Wärmeübergang in die Glas-fäßchen der Sprinkleranlage bessererfolgt und diese schneller auslösen.Nachdem auch durch den VdS Scha-denverhütung in VdS 2815 diese Zu-sammenhänge veröffentlicht wurden,konnte dies in der Neufassung positivberücksichtigt werden und bei vor-handener Sprinkleranlage ein ent-sprechender Bonus für die Entrau-chung zuerkannt werden. DieserBonus unterscheidet sich allerdingsvon den in der Muster-Industrie-baurichtlinie veröffentlichten Vorga-ben, wo bereits das Vorhandenseineiner Sprinkleranlage (ohne Rück-sicht auf deren Auslösezeitpunkt undderen zeitdifferenzierte Wirkung aufdie Rauchfreihaltung) positiv bewer-tet wird. In dieser Normfassung wirddagegen eine Sprinkleranlage erstdann positiv in die Bewertung derRauchabzugsanlage aufgenommen,wenn die Sprinkleranlage sich für dieAufgabe der Entrauchung positiv ver-hält. D. h., hier muß erst eine be-stimmte Zeit verstrichen bzw. eineentsprechende Temperatur erreichtsein.Zusammengefaßt konnte in DIN18232-2 Ausgabe Juni 2003 das abge-sicherte Wissen zur Projektierung vonRWA festgeschrieben werden unddurch die aktive Mitwirkung und dasabschließende Einverständnis der be-teiligten Fachöffentlichkeit der aner-kannte Stand der Technik dargestelltwerden.

Die Wünsche nach– einer zusätzlichen Differenzie-

rungsmöglichkeit der Qualität in-nerhalb der raucharmen Schichtund

– einer generellen Vergrößerung derRauchabschnittsfläche

konnten in dieser Neufassung nichtberücksichtigt werden, weil dazu inerheblichem Umfang notwendigeweiterführende, abgesicherte Nach-weise nicht vorlagen.

4 Überprüfung von DIN 18232 aus dem Jahr 2003

Der Normenausschuß beauftragteentsprechend dem Schlichtungser-

gebnis eine Arbeitsgruppe mit derÜberprüfung der Normfassung vomJuni 2003. Bei der Überprüfung wirk-ten Vertreter der ARGEBAU, der Wis-senschaft/Forschung, der Prüfanstal-ten, der (industriellen) Bauherren,der Brandschutzgutachter/-planer, derHersteller und der Versicherungswirt-schaft mit.

In den Jahren 2003 und 2004wurden Untersuchungen und Grund-lagenarbeiten durchgeführt, um fürdie Überprüfung auf entsprechendfundierte neue Erkenntnisse zurück-greifen zu können.

4.1 Überprüfung der Rauchabschnitts-fläche anhand von Versuchen

Begrenzte Rauchabschnitte sind er-forderlich, um das Einfließen vonKaltluft durch weiter vom Brandherdentfernt liegend geöffnete RWG we-gen der bei horizontaler Rauchaus-breitung am seitlichen Rand (noch)fehlenden, ausreichend heißen Gas-schicht unter diesen Geräten bei be-stimmten Wetterbedingungen zu ver-hindern, da dies in Verbindung mitder auf den Brandherd zulaufendennachströmenden Luft zur Rauchver-wirbelung/Rauchwalze führt (Bild 1).

Weiter sind begrenzte Rauchab-schnitte erforderlich, damit sich dieunter der Decke seitlich abströmendeHeißgasschicht nicht (durch Wärme-abgabe an die Bauteile, durch Zumi-schung von Umgebungsluft in denStrahl usw.) soweit abkühlt, daß de-ren thermische Auftriebskräfte klei-ner werden als der zum Bodenzurückführende Strömungsimpuls.Um dies zu verhindern, sind ebenfallsRauchschürzen erforderlich (Bild 2).

Zur Überprüfung der maximalmöglichen Rauchabschnittsflächewurden verschiedene mathematischeund physikalische Modelle einge-setzt.

Zonenmodelle wurden zwar an-gewendet, letztlich aber zur Beurtei-lung der maximal möglichen Rauch-abschnittsgröße nicht eingesetzt, dadiese u. a. die Erhaltungsgleichungenzum Impuls und die besonders in derBrandentstehungsphase dominieren-den Strömungsverhältnisse nicht(ausreichend) berücksichtigen.

Feldmodelle zeigten erwartungs-gemäß unterschiedliche Ergebnisse,je nach Anzahl der Gitterpunkte unddem verwendeten Turbulenzmodell.

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Physikalische Modelle wurden indem unkritischen Maßstab von 1:20untersucht, wobei der betrachteteRaum im Original von 40 m Breite,130 m Länge und 9 m Höhe auch imModellmaßstab schon ein sehrgroßvolumiger Körper war (Bild 3).

Das Brandszenario wurde mit einer Brandherdsimulationsanlagenachgebildet. Die im Dach vorgese-henen Rauchabzugsflächen bestan-den in den Versuchen aus gleich-mäßig verteilten Rechtecköffnungen,die jeweils bei einem bekannten cv-Wert von 0,7 eine aerodynamischwirksame Fläche von 2,8 m2 proRWG nachbildeten. Durch teilweisesAbdecken konnten diese Öffnungenauch in ihrer Fläche oder Anzahl ver-ändert werden. Die Zuluftöffnungenan der Rückseite des Modells wurdenin der Gesamtheit durch 216 m2 (imOriginalmaßstab) vorhandene Wand-öffnungen nachgebildet. Die Zuluft-öffnungen ließen sich im richtigenZuluft-Abluft-Flächenverhältnis insechs Abschnitte unterteilen.

Die untersuchten Brandszena-rien, die sich aus Tabelle B.1 in DIN18232-2 ergaben, wurden für die Be-messungsgruppen 1 und 3 untersucht.Die damit überprüften geringen bismittleren Wärmefreisetzungsratenstellen aufgrund der geringen Tem-peraturunterschiede zwischen derRauchschicht und der raucharmenSchicht grundsätzlich für die Entrau-chung den kritischeren Fall dar. Des-halb brauchten die Bemessungsgrup-pen 4 und 5 nicht untersucht werden.

Entsprechend den DIN-Vorga-ben wurden zwei Brandereignisse miteiner maximalen Wärmefreisetzungs-rate von 1,5 MW (Bemessungsgruppe1) und einem Brandrauchvolumen-strom von 6,6 m2/s bzw. von 6 MW(Bemessungsgruppe 3) und 25,2 m2/ssimuliert.

In drei Versuchsreihen wurdenzuerst die Aw-Werte gemäß DIN18232-2 für den Rauchabschnitt von 1.600 m2 überprüft und an-schließend wurden Rauchabschnittevon 3.200 m2 bzw. 2.400 m2 Größeuntersucht. Eine vierte Versuchsreihebetrachtete die Rauchgasausbreitungfür den Fall, daß eine Rauchschürzedurch eine linienförmige Anordnungvon Dachöffnungen (dies zu untersu-chen, wurde z. B. in der Schlichtungvorgeschlagen) ersetzt werden soll. Injeder der Versuchsreihen wurden Pa-

Bild 1. Kurz nach Brandbeginn wirdder Plume an der Decke umgelenkt undes beginnt die Ausbreitung einer Heiß-gasschicht unter der Decke (a). NachÖffnung der Rauchabzugsgeräte fließenüber diese Rauchmengen ab, wobei es,wenn der seitlich sich ausbreitendeStrahl nicht begrenzt wird, zu einer wei-teren Ausbreitung kommt (b). Weitervom Brandherd entfernt liegende geöff-nete Rauchabzugsgeräte werden jedoch,je nach Witterungs- und Temperaturbe-dingungen, Frischluft in den Raum ein-leiten. Wenn diese in die sich seitlichausbreitende Rauchgasschicht hineinge-langt, kommt es zur Rauchverwirbelungund zur Absenkung der Rauchgase. Ge-langen die Rauchgase in Bodennähe,werden sie spätestens dann von der zumFeuer gewandten Zuluftströmung erfaßtund mitgerissen – die typische Rauch-walze entsteht. Verhindert werden kanndieses Phänomen nur durch die Begren-zung der Rauchabschnitte und durchdie körperliche Zurverfügungstellungvon Rauchschürzen (e).

Bild 2. Die vom Brandherd aufwärtsgerichtete Strömung nimmt im Volu-men durch Diffusion und Turbulenz zuund kühlt sich dadurch bereits beimAufstieg leicht ab. An der Decke umge-lenkt, wird die sich seitlich ausbreiten-de Heißgasschicht durch Abkühlungan die Bauteile oder Umgebungsluftweiter abkühlen, und wenn die thermi-schen Auftriebskräfte kleiner werden,wird die Rauchschicht entsprechendabsinken. Trifft diese dann auf die demBrandherd zugerichtete nachströmendeLuft, wird es zu einer Rückführung derHeißgasschicht als Rauchphase zumFeuer kommen. Nur durch entspre-chend kleine Rauchabschnitte und ihreBegrenzung durch körperliche Rauch-schürzen kann dieses Phänomen ver-hindert werden.

a)

b)

c)

d)

e)

a)

b)

c)

d)

e)

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rameter wie z. B. die Anzahl undFläche der Rauchabzugsöffnungenentsprechend DIN 18232-2 variiert.

Rauchabschnitt 1.600 m2

In dieser Versuchsreihe wurden eini-ge der in Tabelle 3 DIN 18232-2 ange-gebenen raucharmen Schichthöhenmit den ausgewiesenen Rauchab-schnittsflächen simuliert und so derVersuchstand validiert. Es konnte ei-ne gute Übereinstimmung zwischenden Versuchen und den in der Norm

veröffentlichten Werten erzielt wer-den.


Zur Untersuchung, ob grundsätzlichRauchabschnittsflächen auch von3.200 m2 oder mehr möglich seinkönnten, wurden Versuche nach Be-messungsgruppe 3 durchgeführt. Da-bei konnte in keiner der untersuchtenVarianten eine zufriedenstellendeRaucheinschichtung mit der Bildungvon raucharmen Schichten festge-

stellt werden. Aufgrund der deutlichvergrößerten Rauchabschnittsflächeund der größeren Lauflänge für dasRauchgas erfolgte hier auf dem Strö-mungsweg vom Brandherd zumäußeren Rand eine zu große Abküh-lung innerhalb der Rauchgasschicht.Die daraus resultierende geringereTemperaturdifferenz zwischen derraucharmen und der verrauchtenSchicht hat bei einem geringeren Auf-trieb zur Folge, daß die Rauchschichtnach unten sinkt. Das Rauchgaskonnte daher bis auf die Höhe derZuluftöffnung absinken, um von de-ren Strömung in Richtung Brandherdzurücktransportiert zu werden. Dabeischichtete sich in den Versuchen dasRauchgas nahezu schlaufenförmigein (Bild 4).


In der dritten Versuchsserie wurdendie Rauchabschnitte auf 2.400 m2 be-grenzt. Dabei konnten gute Überein-stimmungen mit den in DIN 18232-2in der Erleichterung A veröffentlich-ten Regelungen festgestellt werden.

Linienförmig angeordnete NRAFür diesen Versuch wurde die von derDeckenseite in den Raum hineinra-gende Rauchschürze zwischen denRauchabschnitten 1 und 2 durch imDach eingebaute linienförmig ange-ordnete NRA ersetzt. Zusätzlich stan-den für jedes der beiden Raumseg-mente in der Dachfläche verteilteRauchabzugsöffnungen mit einer Ge-samtfläche von 15,4 m2 zur Verfü-gung. Die Gesamtfläche des so erziel-ten Rauchabschnitts betrug damit3.200 m2. In der ersten Versuchsreihewurden zehn der Rauchabzugsgeräteüber die Gebäudebreite so angeord-net, daß alternierend jeweils eine 2 mlange Rauchabzugsfläche einem 2 mlangen geschlossenen Dachsegmentfolgte. Der Brandherd wurde in derMitte eines Raumsegments positio-niert, die anschließende Brandsimu-lation zeigte ein deutliches Überströ-men des Brandrauches aus dembrandbeaufschlagten Raumsegmentüber die geschlossenen Dachsegmen-te in das benachbarte Raumsegmenthinein. In diesem Fall ist also der Ein-satz von linienförmig angeordnetenRauchabzügen kein Ersatz einerRauchschürze.

In der zweiten Versuchsreihewurden 20 solcher linienförmig ange-

Bild 3. Grundriß des physikalischen Modells zur Validierung des Prüfstandes

Bild 4. Schlaufenbildung innerhalb der Rauchgasschicht bei Rauchabschnittenvon 3.200 m2 Größe

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ordneten Rauchabzüge nebeneinan-der so positioniert, daß sie im Dacheine ununterbrochene Linie vonRauchabzugsöffnungen bildeten. AlsErgebnis der Brandversuche ließ sichfeststellen, daß ein Überströmen derRauchgase bei unveränderter Brand-position durch die linienförmigenRauchabzüge zwar im Versuch ver-mieden werden konnte. Bei einer po-tentiellen Brandherdposition in derNähe der linienförmigen Rauchab-zugsgeräte erhöhte sich jedoch dieGefahr des Rauchübertritts und da-mit die einer Rauchverschleppung ge-genüber einer Rauchschürzenlösungbeträchtlich. Darüber hinaus istgrundsätzlich bekannt, daß es in der

kalten Jahreszeit innerhalb von sogroßflächigen linienförmig angeord-neten Dachöffnungen zu einerundefinierten Strömungsbewegungkommt, die zu einem massiven Kalt-lufteinfall in das Gebäude führt. Beieiner so erfolgten Abkühlung derRauchgase in diesem Kaltluftbereichwird dann ein Raucheintrag in denAufenthaltsbereich des Menschenunvermeidlich werden.

4.2 Entscheidung zurRauchabschnittsfläche

Der Arbeitskreis konnte nach intensi-ven Diskussionen und Beratungenschließlich im Mai 2005 einen einver-

nehmlichen Beschluß erzielen, der imOktober 2005 durch den Hauptaus-schuß 00.35.00 zu bestätigen ist.

Es sollen in einem Änderungs-blatt zu DIN 18232-2 die in derNormfassung Juni 2003 veröffentlich-ten Erleichterungen A und B so ver-ändert werden, daß die dort beschrie-bene Vergrößerung der Rauchabzug-fläche auf bis zu 2.600 m2 nicht erstab 9 m, sondern bereits ab 7 m Raum-höhe und nicht erst ab der Bemes-sungsgruppe 4, sondern bereits ab derBemessungsgruppe 3 gewählt werdenkann.

Nach dieser vorgesehenen Ver-änderung der Norm wäre es für dieMehrzahl der großflächigen Hallenmöglich, Rauchabschnittsflächen vonbis zu 2.600 m2 Größe zu konzipie-ren. Eine Vielzahl dieser Hallenkönnte damit auch ohne Rauchab-schnittsbildung ausgeführt werden(Bilder 5 und 6).

Weitere Anpassungen der NormMit dem vorgesehenen Änderungs-blatt zur Norm sollen noch einige re-daktionelle Veränderungen umge-setzt sowie die zwischenzeitlich fort-geschrittene europäische Normung(mit Anforderungen an das „Baupro-dukt Rauchabzug“) berücksichtigtwerden.

5 Zur Qualität der raucharmen Schicht

Um Vorhersagen über das Auftretenund die Tolerierbarkeit von Rauch-gaskonzentrationen in der rauchar-men Schicht abgeben zu können, sindausreichend sichere Grundlagen zumindestens drei Themenkreisen er-forderlich:

a) Welche Rauchgasvolumen(Art, Konzentration und Zusammen-setzung) sich aus welchem Brandgut(Menge, Oberfläche, Trocknungsgradund Stoffzusammensetzung) in wel-cher Zeit entwickeln, hängt u. a. abvon der Zündenergie und der räumli-chen Anordnung, aber auch von denTemperatur-, Druck-, Strömungs- undLüftungsverhältnissen im Raum, vonder Raumhöhe und der Lage desBrandherdes im Raum, von den che-misch-physikalischen Reaktionen derBrandlasten untereinander und mitdem Gebäude. Aus diesem Komplexsind erst wenige Werte von meist rei-nen Stoffen bekannt, die unter Labor-bedingungen verbrannt wurden.

Bild 5. Die im Ingenieurbüro Halfkann und Kirchner von 1990 bis 1998 erstell-ten Brandschutzkonzepte für ca. 3.000 Industriegebäude zeigten, daß die dort vor-handenen Raumgrößen in den meisten Fällen unter 2.600 m2 lagen.

Bild 6. Die im Ingenieurbüro Halfkann und Kirchner von 1990 bis 1998 erstell-ten Brandschutzkonzepte für ca. 3.000 Industriegebäude zeigten, daß die dort vorhandenen Raumhöhen zu ca. 70 % bei mindestens 7 m Raumhöhe lagen.

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Die Festlegung allgemein ver-bindlicher Größen unter allgemeinverbindlichen Raumbedingungen füreine differenzierbare Betrachtung istzur Zeit nicht möglich.

b) Die Ausbreitung und Vertei-lung dieser Rauchgasvolumen in denRäumen hängt unter anderem ab vonden Temperatur-, Druck-, Strömungs-und Lüftungsverhältnissen im Raum,von der Anordnung und Größe dernachströmenden Luft (von Toren,Türen und Fensterflächen), von derWindrichtung und -stärke, der Raum-höhe, der Lage des Brandherdes imRaum, von der Art, Anordnung undLage von Rauchabzugsöffnungen, Zu-luftöffnungen und Rauchschürzen.

Eine allgemein verbindlicheFestlegung von Größen für eine diffe-renzierbare Betrachtung ist zur Zeitnicht möglich.

c) Die Wirkung der Rauchgaseauf den Menschen hängt u. a. ab vonAlter und Gesundheit, physischer undpsychischer Belastbarkeit, von Men-ge, Zusammensetzung und Dichte derRauchgase, von der Beleuchtung undder Art, Kennzeichnung und Längedes Fluchweges. Auch hierüber sindnur wenige Werte meist reiner Stoffe,die unter Laborbedingungen ver-brannt wurden, bekannt. Die Reak-tionen einzelner Stoffe zueinanderund daraus entstehender neuer Stoffesind i. d. R. unbekannt.

Eine Festlegung allgemein ver-bindlicher Grenzwerte für eine diffe-renzierbare Betrachtung ist zur Zeitebenfalls nicht möglich.

Der Arbeitskreis im Normenaus-schuß sah sich deshalb außerstande,(abgesicherte) Anforderungen zur

raucharmen Schicht mit differenzier-ten Vorgaben festzulegen.

Erste Ansätze dazu sind aus demneuen vfdb-Leitfaden [9] ersichtlich.Die wissenschaftliche Auswertungverschiedener Brandversuche, ausden Jahren 1993 bis 2000 kann denForschungsberichten 79 und 89 derForschungsstelle für Brandtechnik ander Universität Karlsruhe entnom-men werden [10, 11].

Für die Beantwortung der Frage,ob es abgesicherte und allgemein gül-tige Differenzierungsmöglichkeitenfür die Qualität der raucharmenSchicht geben kann, ist weiterführen-de Forschung unverzichtbar. DerNormenausschuß bietet an, solcheDaten kontinuierlich zu sammeln.

Literatur

[1] DIN 18232-2:2001-12 Rauch- undWärmefreihaltung – Teil 2: NatürlicheRauchabzugsanlagen (NRA); Bemes-sung, Anforderungen und Einbau(Norm-Entwurf).

[2] DIN 18232-2:2003-06 Rauch- undWärmefreihaltung – Teil 2: NatürlicheRauchabzugsanlagen (NRA); Bemes-sung, Anforderungen und Einbau. Ber-lin: Beuth-Verlag, 2003.

[3] DIN EN 12101-2 Rauch- und Wär-mefreihaltung – Teil 2: Bestimmungenfür natürliche Rauch- und Wärmeab-zugsgeräte; Deutsche Fassung EN12101-2:2003.

[4] VdS 2098:1990-05: Rauch- und Wär-meabzugsanlagen – Richtlinien fürPlanung und Einbau.

[5] Technische Richtlinien Vorbeugen-der Brandschutz TRVB S 125:97Rauch- und Wärmeabzugsanlagen: inÜberarbeitung.

[6] DIN 18232-5:2003-04 Rauch- undWärmefreihaltung – Teil 5: Maschinel-le Rauchabzugsanlagen (MRA); Anfor-derung, Bemessung. Berlin: Beuth-Ver-lag, 2003.

[7] BS 7346-4: Components for smokeand heat control systems – Functionalrecommendations and calculation me-thods for smoke and heat exhaust ven-tilation systems, employing steady-sta-te design fires – Code of practice.

[8] VdS CEA 4020: Natürliche Rauch-und Wärmeabzugsanlagen (NRA) –Planung und Einbau.

[9] vfdb-Leitfaden: Ingenieurmethodendes Brandschutzes, 2005.

[10] John, R.: Rauchabführung aus ho-hen und weitläufigen Bauwerken imBrandfall für den Personenschutz. For-schungsbericht Nr. 79, Forschungsstel-le für Brandschutztechnik des Engler-Bunte-Instituts, Universität Karlsruhe(TH), 1991.

[11] John, R.: Rauchabführung aus ho-hen und weitläufigen Bauwerken imBrandfall für den Personenschutz(Fortsetzung des ForschungsberichtesNr. 79). Forschungsbericht Nr. 89, For-schungsstelle für Brandschutztechnikdes Engler-Bunte-Instituts, UniversitätKarlsruhe (TH), 1994.

Autoren dieses BeitragesKarl-Heinz Halfkann, SachverständigenbüroHalfkann + Kirchner, Richard-Lucas-Str. 4,41812 Erkelenz. [email protected]

Thomas Hegger, Fachverband Lichtkuppel,Lichtband und RWA e. V. (FVLR), Ernst-Hilker-Straße 2, 32758 Detmold,[email protected]

5 Bauphysik - fvlr.de · Sonderdruck Überarbeitung der Norm über natürliche Rauch-und...

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