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Brände entstehen durch die zeitliche und räumliche Koinzidenz von brennbaren Stoffen, Sauerstoff und Zündenergie. Wird die Zündenergie erreicht, bei gleichzeitiger ausreichender Sauerstoffzufuhr, gerät der brennbare Stoff in Brand.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt mittels einer automatisierten Feuerbekämpfungs/-Feuerlöschanlage einen derart entstandenen Brand mittels eines Löschmittels, beispielsweise Wasser oder Inertgas, zu löschen. Dabei wird der Brandherd direkt mit dem Löschmittel angegriffen oder die Umgebung des Brandherds wird beispielsweise mit einem Inertgas gefüllt (CO2-Löschanlage). Derartige Feuerbekämpfungs- bzw. Feuerlöschanlage sind jedoch sehr komplex, müssen regelmäßig überprüft werden und das verwendete Löschmittel muss gegebenenfalls ausgetauscht bzw. erneuert werden. Ferner kann das verwendete Löschmittel während des Löschvorgangs Sekundärschäden versuchen, beispielsweise Wasserschaden an Gebäudeteilen oder Zerstörung von elektronischen Geräten/Komponenten.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Brandbekämpfung bereitzustellen, welche ohne ein Löschmittel einen Brand innerhalb eines Raumes löschen können.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Brandbekämpfungsvorrichtung umfassend einen Raum, in welchem eventuell entstandene Brände bekämpft werden sollen, wobei der Raum luftdicht verschließbar ist, beispielsweise mittels Klappen und/oder Türen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung Mittel zur Branddetektion, wie z. B. Rauchmelder, Hitzemelder oder andere Geräte zur Detektion von Bränden, wobei die Mittel zur Branddetektion vorzugsweise in dem Raum der Brandbekämpfungsvorrichtung angeordnet sind. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Vakuumpumpe und/oder ein Vakuumspeicher, welche/welcher mit dem Raum der Brandbekämpfungsvorrichtung derart verbunden ist, dass im Brandfall die Vakuumpumpe bzw. der Vakuumspeicher zumindest einen Unterdruck in dem Raum der Brandbekämpfungsvorrichtung erzeugt.
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Dies wird beispielsweise mit einer Steuervorrichtung erreicht, welche bei einer Branddetektion durch die Mittel zur Branddetektion den Raum der Brandbekämpfungsvorrichtung luftdicht verschließen lässt, z. B. durch Betätigen entsprechender Klappen, und die Vakuumpumpe aktiviert und/oder ein Ventil zwischen dem Vakuumspeicher und dem Raum der Brandbekämpfungsvorrichtung öffnet.
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Erfindungsgemäß wird mittels der Vorrichtung zur Brandbekämpfung innerhalb des Raumes der Vorrichtung zur Brandbekämpfung ein Luftdruck von höchstens 50.000 Pa geschaffen. Ein derartiger Luftdruck ist für Menschen kurzfristig nicht letal, jedoch geeignet einen entstandenen Brand ohne zusätzliche Löschmittel zu löschen.
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Der Raum der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Brandbekämpfung ist beispielsweise ein Schaltschrank, elektrisches Schaltgerät, Serverschrank, spezieller Raum für Datenverarbeitungsgeräte, Operationsräume, Reinraum, Reinstraum, oder dergleichen. Bei Räumen, in denen sich (auch vorübergehend) Personen aufhalten könnten, werden durch eine der Löschung vorausgehenden Alarmierung (siehe unten) entsprechende Vorwarnzeiten eingehalten, um Personen das gefahrlose unverzügliche Verlassen des Raumes zu ermöglichen.
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Zusätzlich zu den Mittel zur Branddetektion kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Brandbekämpfung einen Handauslöser umfassen, zum manuellen Starten der Brandbekämpfung innerhalb des Raums der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Ferner kann der Raum der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Brandbekämpfung konstruktive Verstärkungen aufweisen, damit der Raum nicht durch den erzeugten Unterdruck beschädigt wird.
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Zweckmäßigerweise wird bei der Aktivierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Brandbekämpfung, also bei der Detektion eines Brandes oder der manuellen Auslösung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine optischer und/oder akustischer Alarm erzeugt. Zusätzlich und/oder alternativ kein entsprechendes Signal an Brandbekämpfer wie eine öffentliche Feuerwehr und/oder eine interne Betriebsfeuerwehr gesendet werden.
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Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Brandbekämpfung in einem Raum, wobei der Raum luftdicht verschließbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst den Schritt des Überwachens des Raums hinsichtlich der Entstehung eines Brands. Dazu wird der Raum beispielsweise mit Mitteln zur Branddetektion, z. B Rauchmelder, Feuermelder, oder ähnlichem, überwacht. Wird ein Brand in dem Raum erkannt, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der Raum luftdicht verschlossen, dies wird beispielsweise mittels Klappen vor Öffnungen, wie z. B. Lüftungsöffnungen, und/oder Türen oder ähnlichen Verschlüssen, erreicht. In dem darauffolgenden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem Raum zumindest ein Unterdruck erzeugt, vorzugsweise wird in dem Raum ein Luftdruck von weniger als 50.000 Pa erzeugt. Dazu kann mittels einer Vakuumpumpe Luft aus dem luftdicht verschlossenen Raum abgepumpt werden. Alternativ ist der Raum mit einem Vakuumspeicher verbunden, vorzugsweise über ein Ventil. Sobald der Raum luftdicht verschlossen ist, wird das Ventil zwischen dem Raum und dem Vakuumspeicher geöffnet und durch den entstehenden Druckausgleich wird in dem Raum ein Unterdruck erzielt. Zweckmäßigerweise ist der Vakuumspeicher derart ausgestaltet, dass sich in dem Raum ein Luftdruck von weniger als 50.000 Pa ausbildet. Die vorbeschriebenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vorzugsweise von einer Steuereinrichtung ausgeführt.
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Aufbau/Schema gemäß beigefügter Skizze:
Eine Vakuumlöschanlage ist wesentlich einfacher aufgebaut als eine Sprinkleranlage.
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Wirkungsweise:
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Brände entstehen durch die zeitliche und räumliche Koinzidenz von brennbaren Stoffen, Sauerstoff und Zündenergie (die meisten exothermen Reaktionen benötigen diese Zündenergie). Bei einem Entstehungsbrand wird nun mittels einer Vakuumlöschanlage in einem definierten Raumvolumen (Inneres eines Schaltschrankes/Serverracks) kleiner Serverraum, OP, Rein(st)raum ein Teil (etwa 50%) der Luft bzw. des atmosphärischen Luftdrucks (1000 hPa bzw. 100000 Pa) entfernt, so dass nur noch ein Teildruck von etwa 50000 Pa bleibt. Dieser Luftdruck entspricht einer atmosphärischen Höhe von ca. 6000 m und reicht nicht mehr zur Aufrechterhaltung einer exothermen Oxidationsreaktion aus. Die Oxidation kommt mangels Sauerstoffnachschub zum Stillstand. Somit wird auch keine Wärme mehr produziert. Der Brand erlischt augenblicklich.
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Besonderheiten:
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Schaltschränke und Serverracks müssen für den Anschluss an ein Vakuumlöschsystem konstruktiv ausgebildet sein, um einerseits überhaupt ein (Teil)vakuum bilden und halten zu können und andererseits um der Belastung des Luftdruckunterschiedes Stand zu halten. Lüftungsöffnungen sind also mit Klappen versehen sein, die sich im Brandfall bzw. Vakuumfall schließen und durch den Luftdruckunterschied selbstabdichtend abgepresst werden. Die Gehäuse werden durch Querversteifungen ausreichend stabilisiert. Das Innere eines einfachen Haushaltsstaubsaugers z. B. (engl. = vacuum cleaner) hat im Betrieb unter Volllast auch ein etwa 50%-iges Teilvakuum.
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Bei sehr großen Raumvolumina (z. B. Hochregallager) kann mit Hilfe von 1–2 Gasturbinen (modifizierte Turbofan-Triebwerke) das entsprechende Luftvolumen in wenigen Minuten bewältigt werden und der Luftdruck auf die Hälfte des Normalluftdrucks abgesenkt werden. Dass ein Flugzeugtriebwerk dazu fähig ist beweist die Tatsache, dass die Luftdruckerhöhung für die Druckkabine (in ca. 12000 m Höhe herrscht während des Fluges ein Luftdruck wie in ca. 3000 m) bei den meisten Flugzeugen aus der Zapfluftleitung des Niederdruck-Axialverdichters entnommen wird.
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Anwendungen:
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Eine Vielzahl von Anwendungen ist vorstellbar:
- – Inneres von Schaltschränken
- – Inneres von Serverracks
- – Kleine Serverräume
- – OP-Räume
- – Rein(st)räume
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Vorteile:
- • Die Löschung hinterlässt ABSOLUT KEINE SCHÄDEN, ganz egal um welche Objekte es sich handelt ☐
- • Minimierung von Nutzungs- und Produktionsausfällen und/oder Lagerverlusten und damit verbundenen wirtschaftlichen Konsequenzen, ☐
- • Ist für Menschen nicht gefährlich, wenn Vorwarnzeiten eingehalten werden, der Luftdruck von 50000 Pa ist kurzfristig nicht letal. ☐
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Funktionsweise:
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Bei der Entstehung eines Brandes an Feststoffen wird auch in der frühen Schwelbrandphase immer Rauch freigesetzt. Dieser Brandrauch wird von einem stationären optischen Rauchmelder detektiert oder von einem sog. Ansaug-Rauchmelder (saugt Luft auch aus schwer zugänglichen Bereichen an und detektiert darin enthaltenen Rauch mit Hilfe eines eingebauten optischen Rauchsensors).
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Der Rauchmelder gibt sein Signal weiter an die Brandmelderzentrale (BMZ), wo es ausgewertet wird und nach einer Brandfallsteuermatrix eine Reaktion auslöst – in diesem Falle die Öffnung des Auslöseventils (7). Jedes Auslöseventil ist mit eine Ventilüberwachung (6) ausgestattet. Nach der Öffnung des Auslöseventils steht das zu löschende Volumen des Schutzobjektes (9) über das Rohrleitungssystem in direkter Verbindung mit dem Vakuumtank (5) und der Luftdruck in dem Gesamtvolumen, welches sich zusammensetzt aus dem zu löschenden Volumen, den Rohrleitungen von ebendiesem bis zum Vakuumtank und dem Volumen des Vakuumtanks stellt sich auf einen Wert ein, der dem Quotienten aus dem Betriebsluftdruck des Vakuumtanks mal dem Volumen des Vakuumtanks geteilt durch das Gesamtvolumen.
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Mittels des jeweiligen Unterdruck-Sicherheitsventils (8) vor dem Schutzobjekt (9) wird verhindert, dass der Luftdruck im Gesamtsystem, also insbesondere im zu löschenden Volumenbereich zu niedrig wird, was zu strukturellen Verformungen bzw. Schäden führen könnte.
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Betrieb der Anlage
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In dem Vakuumtank (5) wird über die gesamte Betriebsdauer der Anlage hinweg mittels einer oder zweier redundanter Vakuumpumpen (1), welche über eine Saugrohrleitung mit einem Sicherheitsventil (4) mit dem Vakuumtank verbunden sind, ein ca. 60–90 prozentiges Teilvakuum vorgehalten. Der Luftdruck in der Saugrohrleitung ist über ein Manometer (3) ablesbar. Der Betriebsluftdruck im Tank (10.000–40.000 pa) wird kontinuierlich gemessen und elektronisch überwacht. Sobald der Betriebsluftdruck (z. B. durch technisch bedingte Gasdiffusion) einen voreingestellten Schwellenwert übersteigt, wird bzw. werden die Vakuumpumpe(n) eingeschaltet und erst dann wieder abgeschaltet, wenn der Druckschalter (2) meldet, dass Betriebsluftdruck in der Saugrohrleitung zum Vakuumtank den voreingestellten unteren Schwellenwert erreicht hat. Durch die Vorhaltung eines Teilvakuums im Tank kann im Brandfall bei Öffnung eines der Auslöseventile sehr rasch im zu löschenden Volumenbereich ein ausreichend niedriger Luftdruck erzielt werden, der den Entstehungsbrand augenblicklich erlöschen lässt. Auch eine manuelle Auslösung, die einen optischen und/oder Akustischen Alarm auslöst, ist jederzeit möglich. Über die Brandmelderzentrale wird im Brandfall, also nach Auslösen eines Rauchmelders die Feuerwehr alarmiert und im Störungsfall, beispielsweise bei einem Verlust des Vakuums, der Stördienst angerufen.
