DD299701A7 - Verfahren zur Lüftung in Schutzräumen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lueftung von Schutzraeumen in kleinen, ausreichend resistenten Raeumen in Bauwerken oder unterirdischen Hohlraeumen. Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der Sicherheit von kleinen und im Falle einer geschuetzten Unterbringung nicht planmaeszig mit Schutzraumlueftungsanlagen ausruestbaren Schutzraeumen. Ein physiologisch oder technologisch notwendiger Auszenluftstrom wird in einem Einwegregime mit einer Mittelluftrate von 1,5 bis 9 m3/h Person ueber ein tief im Erdreich angeordnetes, entsprechend dimensioniertes und strukturiertes sowie eine polytrope Zustandsaenderung des Auszenluftstromes bewirkendes Schuettschichtenfilter von einem Einfachventilator angesaugt und frei, diagonal kolbenfoermig durch den Schutzraum gefuehrt. UEber eine weitere Schuettung ist Umluftbehandlung moeglich.{Lueftung; Schutzraum; Einweganlage; Schuettschichtenfilter; Einfachventilator; Auszentemperaturdaempfung; Mittelluftrate; Sommerbetrieb; Kuehlung; Entfeuchtung; Winterbetrieb; Vorwaermung; Umluftbehandlung}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lüftung in Schutzräumen findet Anwendung in kleinen, vorhandenen, ausreichend gegen mechanische Waffenwirkungen resistenten Räumen in bestehenden Bauwerken oder in Form von unterirdischen Hohlräumen, die mit den bekannten Verfahren der Schutzraumlüftung nicht erschließbar sind, da diese zum Einsatzzeitpunkt nicht bereitgestellt werden können. Weiterhin kann das Verfahren zur Lüftung in Schutzräumen zur Lüftung im Falle der Mehrzwecknutzuny Schutzräumen einschließlich unterirdischen Hohlräumen angewandt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Fs sind Verfahren zur Lüftung von Räumen und Bauwerken für die geschützte Unterbringung bekannt, die generell durch zwei oder drei Betriebsregime charakterisiert sind. Diese Verfahren werden beispielsweise in Bong/Kutsch: Raumlufttechnische Anlagen in Schutzräumen, Bonn-Bad Godesberg 1979; Projekiierungsrichtlinie Schutzraumlüftung, ILKD1973 und Pokka Laine:

Belüftungssysteme für die neuen Schutzraumtypen in Finnland CIRCA 1971 beschrieben. Das zeitlich wichtigste Betriebsregime ist dabei die Normallüftung, während der die Außenluft ungefiltert mit einer Luftrate von meist 9m³/h/Porson über einen Strömungsweg in den Aufenthaltsraum des Schutzraumes transponiert wird, der nur einen Schutz der Schutzrauminsassen gegen Luftdruckwellen garantiert. Die hohe Luftrate von 9 mVh/Person ist erforderlich, um biszum Ende der Aufenthaltszeit, die durch Betriebsregime mit reduzierter Außenluftrate unterbrochen wird, erträgliche Raumluftzustände zu erhalten, da bei den in Frage kommenden Schutzräumen keine Luftkühlung einsetzbar ist. Der dadurch bedingte hohe Gecamtvolumenstrom während der Normallüftungsphasen erfordert einen Motorantrieb des Ventilators, da bei gemischten Bevölkerungsyruppen die bereitstellbare Muskelarbeit einen Muskelantrieb über mehrere Tage ausschließt.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösungen ist, daß der motorgetriebene Ventilator, der in den bekannten technischen Lösungen mit einem Getriebe für Handantrieb verbunden sein kann, auf Grund seiner Kompliziertheit nur industriell herstellbar ist. Damit ist eine Nachrüstung von vorhandenen Schutzräumen und analogen Stollenanlagen in Spannungsperioden nicht mehr möglich. Diese Schutzräume können damit nur noch mit reduzierter Belegungsdichte maximal über 10h als Strahlenschutzraum genutzt werden.

Die Normallüftungsperiode wird in den bekannten technischen Lösungen durch ein oder zwei Betriebsregime unterbrochen, während denen die Außenluft durch unterschiedliche Filter geleitet wird.

Diese Betriebsporioden können bei den anteilmäßig am stärksten vertretenen Schutzräumen mit Schutzraumlüftungsanlagen ohne thermische Luftaufbereitung im Interesse der Aufrechterhaltung erträglicher Raumluftzustände nur kurzzeitig aufrechterhalten werden.

Nur in der Schutzlüftungsperiode ist jedoch ein vollständiger Schutz der Personen gegen Schadstoffe in der Außenluft gesichert.

Ein wesent. eher Nachteil der bekannten technischen Lösungen besteht also in der zeitlich stark begrenzten Schutzwirkung. Ein weiterer Nachteil besteht in der Unsicherheit bezüglich des Zoitpunktes der Umschaltung von Normallüftung auf Schutzlüftung.

Die Umschaltarmaturen selbst bringen in das System einen zusätzlichen Unsicherheitsfaktor, da sie infolge Korrosion, Waffenwirkungen und anderer Schädigungsmechanismen ausfallen können, wodurch die Realisierung der Außenlui'tversorgung im konkret erforderlichen Betriebsregime in Frage gestellt ist. Darüber hinaus bergen alle Armaturen die Möglichkeit der falschen Bedienung durch menschliches Versagen in sich.

Die in den bekannten Lösungen eingesetzten Luftleitelemente wie Schnellschlußklappen, Überdruckklappen, Luftleitungen und -kanäle können nur industriell gefertigt werden.

Das Schüttschichtenfilter dient nur der Reinigung der Außenluft von bestimmten Schadstoffen. Dieses Verfahrenselement ist deshalb in den bekannten technischen Lösungen so gestaltet, daß bei einer minimalen Filteroberfläche die Abscheidewirkung erzielt wird, wodurch sich ein relativ hoher Druckverlust ergibt, der einen qualitativ hochwertigen Ventilator erfordert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Sicherheit von kleinen, nicht planmäßig mit Schutzraumlüftungsanlagen ausrüstbaren Schutzräumen, -bauwerken oder analog einzuordnenden unterirdischen Hohlräumen für den Fall einer geschüttten Unterbringung von Personen zu erhöhen.

Diesos Ziel soll mit minimalem Aufwand an Materialien oder Bauteilen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit in unmittelbarer Nähe derartiger Bauwerke vorhanden sind, in kürzester Zeit errichtbar sein, wobei die Mißerfolgswahrscheinlichkeit infolge menschlichen Versagens bei Herstellung, Montage und Betrieb der EinfachlüfUingsanlage minimal sein muß.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Lüftung von kleinen und gegliederten dezentralen Schutzräumen oder analogen unterirdischen Hohlräumen zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst:

Ein physiologisch und/oder technologisch notwendiger Außenluftstrom wird durch Luftansaugöffnungen an der Oberseite eines Schüttschichtenfilters derartig angesaugt, daß bei geringem Strömungswiderstand eine gleichmäßige Anströmung der gesamten Oberfläche erfolgt. Der Schüttschichtenfilter wird ständig vom gesamten Außenluftstrom, der zwischen einem minimalem Wert von 1,5m³/h/Person und einem maximalem Wert von 9,0 m'/h/Person um eine Mittelluftrate variiert werden kann, durchströmt. Auf Grund der Struktur der Schüttschichten auf Brechsand und Schotter bzw. Waschkies werden im Schüttschichtenfilter Luftdruckwellen gedämpft.

Das wird durch die Erhöhung des Strömungswiderstandes bei infoige von Druckwellen erhöhter Luftgeschwindigkeit in den kleinen unregelmäßigen Strömungskanälen der Schüttschichten bewirkt.

Der Schüttschichtenfilter wird so strukturiert, daß alle Schichten homogen durchströmt werden und sich innerhalb einer Schicht die Strömungsgeschwindigkeit der Luft nicht ändert. Damit wird ein minimaler Druckverlust bei Durchströmen des Schüttschichtenfilters im Normalfall bewirkt.

Weiterhin bewirken die Schüttschichten eine Filterung der Außenluft, wobei durch die erfindungsgemäße gleichmäßige Beaufschlagung der gesamten Filterfläche über den gesamten Strömungsweg durch den Filter eine Optimierung der Filterwirkung erzielt wird.

Durch die Wärmespeicherkapazität der Schüttstoffe des Filters werden tägliche Außenlufttemperaturschwankungen so stark gedämpft, daß im Sommerfall die Aufheizung des Schutzraumes am Tage vermieden wird. Da das Verfahren vorzugsweise im Einwegregime realisiert wird, kann damit eine maßgebliche Verlängerung der Aufenthaltsdauer im Schutzraum während der Sommerzeit bewirkt werden.

Die Geschwindigkeit der Luft in der Schüttung wird dazu so gewählt, daß die Wärmeübergangsverhältnisse eine maximale Temperaturamplitudendämpfung ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird der Schüttschichtenfilter außerhalb von Bauwerken im thermisch weitgehend unbeeinflußten Erdreich unisoliert möglichst tief im Erdreich angeordnet. Damit wird eine weitere Abkühlung der Außenluft durch den Kontakt des Teilluftstromes erreicht, der an der erdreichangrenzenden Außenkontur den Filter durchströmt.

Neben der Temperaturamplitudendämpfung bewirken die Schüttschichten auf Grund der erfindungsgemäßen möglichst tiefen Anordnung im Erdreich und des dadurch bedingten niedrigen Anfangstemperaturpotentials infolge der thermischen Kopplung mit dem Erdreich eine Abkühlung des Außenluftstromes unter den Tagesmittelwert im Sommerfall. Dieser Effekt wird maximiert durch eine möglichst große Umfangsfläche des Schüttschichtenfilters, die an das Erdreich grenzt. Die große Umfangsfläche bewirkt einen für das Verfahren maßgeblichen Temperaturausgleich zwischen der Schüttung und dem angrenzenden Erdreich.

Der folgende Verfahrensschritt besteht in der flächigen Absaugung der Außenluft unter der Filterschüttung durch die unterste Schüttschicht. Dadurch wird die gleichmäßige Durchströmung aller Filterabschnitte erreicht, wodurch ein minimaler Druckverlust in allen Schüttschichten und bei der Absaugung selbst sowie eine zeitliche Vargleichmäßigung der Kühlwirkungen während der Nutzung des Schutzraumes bewirkt werden.

Nach der Absaugung strömt die so behandelte Luft turbulent um die Elemente der untersten Schüttschicht parallel zur gesamten Bodenfläche. Infolge des vorhandenen Temperaturpotentials des Erdreiches wird eine für das erfindungsgemäße Verfahren maßgebliche zusätzliche Abkühlt mg des Außenluftstromes bewirkt. Dieser Effekt ist insbesondere für Außenluftzustände mit hohen Temperaturen von Relevanz, da die erzielte Kühlleistung einen flacheren Verlauf des Anstieges des Raumluftzustandes über die Belegungszeit des Schutzraumes mit Personen zur Folge hat. Dies bewirkt wiederum eine Verlängerung des Zeitraumes mit für Personen erträglichen Raumlufttemperaturen.

Neben der Kühlwirkung wird in der warmen Jahreszeit durch die erfindungsgemäße Anordnung, Dimensionierung und StruJrturierung des Schüttschichtenfilters mit einer Wahrscheinlichkeit, die mit der statistischen Häufigkeit hoher Außenluftzustände korreliert und weiterhin von den Temperaturen im Schüttschichtenfilter und des angrenzenden Materials abhängt, durch Taupunktunterschreitung eine Entfeuchtung der Außenluft insbesondere während schwülwarmer Außenluftzustände erreicht. Diese Wirkung ist für Schutzraumlüftungsanlagen besonders relevant, da diese nach kritischen Außenluftzuständen und physiologischen Erträglichkeitskriterien bemessen werden.

Im Winterbetrieb werden ebenfalls die Verfahrensschritte Druckwellendämpfung und Filterung realisiert. Auf Grund der vorhandenen Temperaturpotentiale wird beim Durchströmen der Schüttschichten und bei der Strömung entlang der Außenkontur sowie der Bodenfläche eine Erwärmung der Außenluft erzielt. Damit ist eine maßgebliche Reduzierung der Temperaturdifferenz zwischen Raum- und Zuluft erzielbar, wodurch Zugerscheinungen wesentlich gedämpft werden bzw. die notwendige Aufheizspanne zur Vermeidung von Zugerscheinungen infolge der Aufnahme der Erdwärme und der Temperaturschwingungsdämpfung stark vermindert wird.

Im Filter sind damit die Verfahrensschritte Filterung, Druckwellendämpfung, Luftheizung im Winter, Luftkühlung im Sommer und Luftentfeuchtung im Sommer integriert. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird somit ein mehrtägiger ununterbrochener Schutzluftbetrieb erreicht, der einen Aufenthalt von Personen über diese Zeitdifferenz bei erträglichen Raumluftzuständen ermöglicht. Die für den Lufttransport nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderliche Antriebsleistung ist im Vergleich zu den bekannten technischen Lösungen auf ein Maß reduziert, daß ein Muskelantrieb während

der Aufenthaltszeit möglich ist. Bei Anwendung des Verfahrene mit motorgetriebenem Ventilator wird eine wesentliche Leistungsreduzierung des Motors erreicht. Das Verfahren ist damit anwendbar zur Lüftung von analogen Räumen (z. B. Stollen) im Falle einer Mehrzwecknutzung bei Vermeidung der Außenluftheizung bzw. -kühlung. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird damit durch Reduzierung der Lufttransportleistung und die Außenluftkühl- bzw. -heizleistung bei Anwendung des Verfahrens in Mehrzwecknutzungsfällen eine wesentliche Senkung des Primärenergieaufwandes erzielt. Im Falle der Anwendung des Verfahrens zur Schutzraumlüftung sind durch den Einweg-Lufttransport keine Umschaltarmaturen notwendig. Damit wird die Schutzwirkung gegenüber Waffenwirkungen erhöht, da ständig über die mehrtägige Aufenthaltszeit gefilterte Außenluft in den Aufenthaltsbereich gefördert und die Unsicherheit des Umschaltzeitpunktes von Normal- auf Schutzlüftungsbetrieb bei den bekannten technischen Lösungen ausgeschaltet wird. Weiterhin erhöht sich die Anlagenzuverlässigkeit durch Wegfall der Umschaltarmaturen.

Der Filter der erfindungsgemäßen Lösung vereinigt in sich die Verfahrensschritte einer instationären polytropen Zustandsänderung.

Zur Abscheidung von Aerosolen sieht das Verfahren die Anordnung einer Aerosol abscheidenden Filterschicht im Schüttschichtenfilter vor.

Damit erzielt das erfindungsgemäße Verfahren eine Erhöhung der Sicherheit für die in Frage kommenden kleinen und dezentral gelegenen Schutzräume sowie unterirdischen Hohlräume, die klein sind oder bei größerer Grundfläche eine mittlere Belegung aufweisen werden, da für diese Objekte nur eine Hermetisierung ohne Zwangsbelüftung mit gefilterter Außenluft praktisch realisierbar wäre. '

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefilterte und teilklimatisierte, durch den einfachen, vorzugsweise mit Muskelkraft angetriebenen Ventilator angesaugte Außenluft wird mit einfachen vorhandenen Rohren (z. B. Ofenrohre), die mit als Luftauslässe dienenden Schlitzen oder Löchern zu versehen sind, oder durch Realisierung einer freien turbulenten Kolbenströmung durch den Aufenthaltsbereich geführt. Diese Kolbenströmung wird durch oinen leicht verwirbelten Luftstrahl vom Ventilatorauslaß aus durch Induktion der erwärmten und mit CO₂ sowie Ekelstoffen angereicherten Luft über die gesamte Breite vorzugsweise im Deckenbereich des Raumes führend erzielt. Zur Erreichung einer hohen Effektivität der Induktionswirkung wird die Strömung diagonal durch den Raum vom Ventilator zur Überströmklappe geführt. Da bei Nutzung der in Frage kommenden Schutzräume nur eine Belegung ohne zwischenzeitliche Schleusung von Personen stattfindet, kann die Schleuse entfallen. Dadurch ist nur eine Abluftarm Jtur notwendig. Als Abschluß des Schutzraumes sieht das Verfahren eine behelfsmäßige gasdicht zu fertigende Tür vor. In diese Tür wird im Gegensatz zu den bekannten technischen Lösungen die Überströmklappe integriert.

Das ist in kürzerer Zeit als bei Einbringung von Überdruckklappen in die Außenmauer möglich. Weiterhin wird die Entstehung von Undichtheiten für den Schutzraum reduziert.

Die Integration der Überströmklappe in die Tür hat den Vorteil, daß die druckwellensichernde Aufgabe durch die natürliche Elastizität der Tür verbessert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht weiterhin vor, daß die physiologischen Aufenthaltsbedingungen durch einen im Umluftbetrieb geschalteten zusätzlichen außerhalb des Bauwerkes oder Raumes im Erdreich angeordneten Schüttschichten-Wärme-Stoff-Übertrager verbessert werden. Dieses Verfahrenseloment hat die Aufgabe, Wärme und Luftfeuchtigkeit aus dem zu lüftenden Raum abzuführen, indem die Speicherfähigkeit, die Wärmeabführung an das Erdreich und die Feuchtigkeitsabscheidung durch Taupunktunterschreitung in der Schüttschicht in der komplexen Funktionsweise des Wärme-Stoff-Übertragers genützt wird.

Ausfuhrungsbeispiel Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.

In der Zeichnung ist der Grundriß eines unterirdischen kleinen Hohlraumes 1 mit dem erfindungsgemäßen schematisch dargestellten Verfahren zur Lüftung für den Fall der geschützten Unterbringung von ca. 50 Personen dargestellt. Die Außenluft wird mit einer Rate von etwa 4m³/h/Person über das Schüttschichtenfilter 2 mittels des Einfachventilators 3 angesaugt. Dieser Einfachventilator 3 wird mit Hilfe einer bekannten Vorschrift mit einfachen technologischen Mitteln und vorhandenem Material hergestellt. Auf Grund dessen ist sein Wirkungsgrad gering, und es können nur Volumenströme von etwa 20OmVh und Druckverluste von etwa 200 bis 300Pa überwunden werden. Der Schüttschichtenfilter 2 ist deshalb so gestaltet, daß ein minimaler Druckverlust beim Durchströmen der Außenluft durch die Schüttung auftritt. Im Gegensatz zu den bekannten technischen Lösungen wird das Filter so bemessen, daß in seiner Schüttung die Strömung mit minimalem Druckverlust verläuft.

In den bekannten Lösungen wird die Filterfläche nach der Schutzluftrate bemessen. Für 50 Personen ergibt sich damit eine Filterfläche von ca. 1,9m². Da nach der erfindungsqemäßen Lösung der Außenluftstrom während der gesamten Schutzraumbelegungszeit überden Schüttschichtenfilter 2 geführt wird, ergibt sich gemäß dieser Berechnungsvorschrift fürdie Filteransaugfläche im Ausführungsbeispiel ein Wert von >3,3 m². Bei einer vorgeschriebenen Schütthöhe im Filter von insgesamt 1,2m ergibt sich ein Volumen des Füllmaterials von ca. 4m³. Durch diese Volumenvergrößerung erhöht sich neben der Reduzierung des Druckverlustes gleichzeitig die Wärmespeicherkapazität des Schüttschichtenfilters 2. Der Filter ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglichst tief im Erdreich anzuordnen. Damit liegt seine maximale Temperatur im Sommer bei etwa 17⁰C. Es ergibt sich somit, bezogen auf den gemäß der geltenden Richtlinien für die Auslegung der Schutzraumlüftungsanlsgen zu verwendenden Außenluftzustand, eine maximale Kühlkapazität des Schüttschichtenfilters 2 von etwa 17kWh über eine definierte Zeitdifferenz von 144 h. Bei gleichmäßiger Abkühlung des Außenluftstromes von 200m³/h über diese Zeit ist eine Kühlkapazität von ta. 9kWh/K erforderlich.

Damit kann mittels des Schüttschichtenfilters 2 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Zusammenwirken mit dem Einfachventilator 3, der Einfachüberströmklappe 5 und infolge des Weglassens einer Schleuse eine schutzwirksame Aufenthaltszeit im Schutzstollen 1 erzielt werden, ohne daß die physiologischen Grenzwerte überschritten werden.

Durch den Wegfall von Schleuse, Druckdämpfungseinrichtung, Motor für Ventilatorantrieb und den Linsatz der einfach herstellbaren, effektiv einsetzbaren Vorfahrenselemente Einfachfilter-Kühler, Einfachventilator, Luftverteilungsleitung und Einfachüberströmklappe ist eine Kostensenkung im Vergleich zu Kombinationsventiiatoranlagen auf ca. 30% möglich. Mit dem erfindungsgemäßon Verfahren ist eine Erhöhung der Sicherheit, bezogen euf die Belegungszeit in einem in Frage kommenden Schutzraum, um das 7- bis 14fache möglich, wenn man davon ausgeht, daß in einem ungelüfteten Strahlenschutzraum eine Aufenthaltszeit von etwa 10h gefordert wird.

Claims (2)

1. Verfahren zur Lüftung in Schutzräumen, dadurch gekennzeichnet, daß ein physiologisch oder technologisch notwendiger Außenluftstrom mit einer Mittelluftrate von 1,5 bis 9m³/h/Person in einem Einweg-Regime während des Betriebes ununterbrochen über einen tief im Erdreich angeordneten, entsprechend dimensionierten und strukturierten sowie eine polytrope Zustandsänderung des Außenluftstromes bewirkenden Schüttschichtenfilter aus Brechsand und Schotter bzw. Waschkios von einem Einfachventilator angesaugt, durch eine freie, diagonal durch den Raum geführte Kolbenströmung aus einer Zuluftverteilungsleitung mit Schlitzen oder Löchern verteilt und die Abluft über eine Überdruckklappe abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft als Umluft geführt wird.