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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lüfteraufsatz zur Optimierung der Mischungsventilation.
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Infolge von Schadenfeuern entsteht eine große Menge an Brandrauch, der sowohl schädlich für den menschlichen Organismus als auch für den Baukörper des Brandobjektes ist. Im Anschluss an die Brandbekämpfung von Schadenfeuern ist es auch die Aufgabe von Feuerwehren, die betroffenen Gebäude von Brandrauch zu befreien. Hierzu werden mobile Ventilatoren, entweder mit hydraulischem Antrieb, mit Elektro- oder Verbrennungsmotor verwendet, um im Objekt eine Strömung herzustellen. An einer definierten Öffnung, der Zuluftöffnung, wird der Ventilator außerhalb des Objektes positioniert und bläst Frischluft in das Objekt ein. So wird der Brandrauch zu einer weiteren Öffnung, der so genannten Abluftöffnung, beschleunigt und aus dem Gebäude gefördert. Dieses Verfahren wird als Druckventilation bezeichnet und bildet die Grundlage für das standardmäßige taktische Vorgehen von Feuerwehren.
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Die
AT 517081 A4 offenbart beispielsweise ein Lüfteraggregat für den mobilen Einsatz zur Ventilation von einem Einsatzbereich, insbesondere zur Frischluftzufuhr von mit Rauch oder Gasen kontaminierten Bereichen, welches ein Basisgestell, einen daran gelagerten Heberahmen sowie einen Axiallüfter umfasst. Im Austrittbereich des Lüftergehäuses anschließend an das Lüfterrad kann ein spiralförmig angeordnetes, durchgängiges Luftleitelement angeordnet bzw. Vorgesehen sein.
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Die
GB 2 263 401 A offenbart einen kuppelförmigen Diffuseraufsatz für einen Haartrockner. Der Diffuseraufsatz weist konzentrische Kreisöffnung im Mittelbereich, wobei die Anzahl der Öffnungen vom Randbereich zum Mittelbereich abnimmt. Ferner weist der Diffusoraufsatz zusätzlich Schlitze auf, welche sich vom Randbereich zum Kuppelbereich erstrecken.
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Bei großvolumigen Objekten, wie beispielsweise Lagerhallen, müssen jedoch sehr große Luftvolumina gefördert werden, um eine effektive Entrauchung erzielen zu können. Hier stoßen die portablen Ventilatoren mit ihrer Leistungsfähigkeit an ihre Grenzen, so dass auf spezielle Großventilatoren auf eigenen Fahrgestellen zurückgegriffen werden muss.
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Von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein leistungsfähigeres Verfahren zum Belüften und/oder Entrauchen eines Gebäudes unter Verwendung mobiler Ventilatoren entwickelt worden. Dieses Verfahren ist Gegenstand einer parallelen Patentanmeldung.
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Beschrieben wird ein Verfahren zum Belüften und/oder Entrauchen eines Gebäudes mit mindestens einer Zuluftöffnung (1) und mindestens einer Abluftöffnung (2), wobei zwischen Zuluftöffnung und Abluftöffnung ein freier Ventilationskanal (3) besteht, so dass sich zwischen Zuluftöffnung und Abluftöffnung ein Luftstrom ausbilden kann, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Lüfter (L1) innerhalb des Gebäudes, im Abstand a von höchstens 4 Metern von der Zuluftöffnung positioniert wird, und dessen Lüfterstrahl einen Winkel α zwischen 30° und 60° zu der Grundfläche des Gebäudes bildet, der von außen durch die Zuluftöffnung eintretende Frischluft unter die Dachkonstruktion befördert; mindestens ein zweiter Lüfter (L2), der innerhalb des Gebäudes im Abstand b von 2 bis 6 Metern von der Abluftöffnung positioniert wird, und dessen Lüfterstrahl einen Winkel β von nicht mehr als 30 ° zu der Grundfläche des Gebäudes bildet, Luft und/oder Rauch aus dem Gebäude durch die Abluftöffnung nach außen befördert; und mindestens ein dritter Lüfter (L3), der im Abstand c von 2 bis 6 Metern vom zweiten Lüfter innerhalb des Gebäudes, zwischen erstem und zweitem Lüfter positioniert wird, und dessen Lüfterstrahl einen Winkel γ von nicht mehr als 30 ° zu der Grundfläche des Gebäudes bildet, Luft und/oder Rauch aus dem Gebäude zum zweiten Lüfter transportiert.
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In einer Ausgestaltung des beschriebenen Verfahrens beträgt der Abstand a höchstens 3 Meter, bevorzugt höchstens 2 Meter, besonders bevorzugt höchstens 1 Meter.
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In einer weiteren Ausgestaltung des beschriebenen Verfahrens beträgt der Winkel α zwischen 35 ° und 55 °, bevorzugt zwischen 40 ° und 50 °, besonders bevorzugt 45 °.
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In einer weiteren Ausgestaltung des beschriebenen Verfahrens beträgt der Abstand b zwischen 2,5 Meter und 5,5 Meter, bevorzugt zwischen 3 Meter und 5 Meter, besonders bevorzugt zwischen 3,5 Meter und 4,5 Meter.
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In einer weiteren Ausgestaltung des beschriebenen Verfahrens beträgt der Winkel β nicht mehr als 25 °, bevorzugt nicht mehr als 20 °, besonders bevorzugt nicht mehr als 15 °.
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In einer weiteren Ausgestaltung des beschriebenen Verfahrens beträgt der Abstand c zwischen 2,5 Meter und 5,5 Meter, bevorzugt zwischen 3 Meter und 5 Meter, besonders bevorzugt zwischen 3,5 Meter und 4,5 Meter.
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In einer weiteren Ausgestaltung des beschriebenen Verfahrens beträgt der Winkel γ nicht mehr als 25 °, bevorzugt nicht mehr als 20 °, besonders bevorzugt nicht mehr als 15 °.
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Basierend auf der Annahme, dass bei dem Brand einer Lagerhalle aufgrund der Alarm- und Ausrückeordnung der zuständigen Feuerwehr im Allgemeinen von der Anwesenheit von mindestens drei Löschgruppenfahrzeugen mit jeweils einem portablen Feuerwehrlüfter ausgegangen werden kann, wurde das beschriebenen Verfahren zur Verwendung mit mindestens drei portablen Lüftern entwickelt.
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Die Idee hinter dem beschriebenen Verfahren ist das aktive Einbringen von Frischluft in die thermisch aufbereiteten Rauchgasschichten, um diese abzukühlen und absinken zu lassen (sog. Mischungsventilation). Dies wird durch die Positionierung eines ersten Feuerwehrlüfters (L1) im Inneren des Objektes in beispielsweise circa 3 m Entfernung von der Zuluftöffnung gewährleistet, der um beispielsweise circa 45° nach oben geneigt einen Frischluftstrom unter die Decke fördert. Die weiteren zwei vorhandenen Feuerwehrlüfter werden zum Austreiben des absinkenden Brandrauches an der Abluftöffnung positioniert. Der zweite Lüfter (L2) in diesem Verfahren wird beispielsweise in circa 5 m Entfernung von der Abluftöffnung positioniert und auf die untere Hälfte dieser Öffnung ausgerichtet. Dadurch wird im gesamten Strahl bis zur Abluftöffnung die Einmischung von Rauchgasen an der oberen Grenzschicht des Freistrahles des Lüfters gewährleistet. Der übrige dritte Lüfter (L3) wird beispielsweise in weiteren 2 m bis 5 m Entfernung zum zweiten Lüfter aufgestellt, so dass er den absinkenden Brandrauch in der Tiefe des Raumes zum austreibenden Lüfter fördert.
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Der zu wählende Abstand zwischen den Lüftern zwei und drei kann anhand der Tiefe des Gebäudes gewählt werden, sollte jedoch nicht weiter als 5 m entfernt sein, da sonst die Wirkung des Luftstrahles des dritten zum zweiten Lüfter zu gering wird.
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Bei Versuchen konnten mit dem beschriebenen Verfahren folgende technische Vorteile anhand von Messergebnissen belegt werden:
- Der effektive Volumenstrom, der durch das beschriebene Verfahren erzeugt wird, ist etwas mehr als doppelt so hoch als bei einem Verfahren, welches bisher als Stand der Technik angesehen wird. Das Verfahren der Mischungsventilation wirkt sich positiv auf den Temperaturabbau unter der Dachkonstruktion innerhalb des Baukörpers aus. Somit können Schäden auf die Tragkonstruktion des Bauwerkes in diesem Bereich infolge thermischer Einwirkung minimiert werden. Außerdem findet unmittelbar nach Einsatz des beschriebenen Verfahrens ein aktiver Schadstoffabbau in diesem Bereich statt. Hierdurch können bei einem realen Schadensereignis Folgeschäden, entstehend durch Ablagerungen von Brandfolgeprodukten, am Baukörper minimiert werden.
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Das beschriebene Verfahren wird anhand der 1 näher beschrieben. Hierzu dient auch die nachfolgende Bezugszeichenliste.
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1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus des beschriebenen Verfahrens der Mischungsventilation in Seitenansicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zuluftöffnung
- 2
- Abluftöffnung
- 3
- Ventilationskanal mit Angabe der Strömungsrichtung als Vektor
- L1
- Lüfter Nr. 1
- L2
- Lüfter Nr. 2
- L3
- Lüfter Nr. 3
- a
- Abstand a des Lüfters Nr. 1 zur Zuluftöffnung
- b
- Abstand b des Lüfters Nr. 2 zur Abluftöffnung
- c
- Abstand c des Lüfters Nr. 3 zu Lüfter Nr. 2
- α
- Winkel des Lüfterstrahls des Lüfters Nr. 1 zur Grundfläche des Gebäudes
- β
- Winkel des Lüfterstrahls des Lüfters Nr. 2 zur Grundfläche des Gebäudes
- γ
- Winkel des Lüfterstrahls des Lüfters Nr. 3 zur Grundfläche des Gebäudes
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Das beschriebene Verfahren alleine zeigt zwar schon die beschriebenen positiven Effekte. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, das beschriebene Verfahren noch weiter zu optimieren.
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Hierzu wurde ein Lüfteraufsatz konzipiert, der in vorteilhafter Weise auf den Lüfter L1 aufgesetzt wird. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Lüfteraufsatzes werden die Austrittsfläche vergrößert und die einzelnen Strahlen fächerartig aufgeweitet. Zudem wird der Lüfterstrahl in Form der Strömungsnadel im Abstand von circa 1 m Entfernung durch den Aufsatz abgelenkt. Daraus resultiert bei voller Drehzahl des Lüfters ein gleichmäßig hoher Volumenstrom über mehrere einzelne Strahlen bei niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit.
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Erfindungsgemäß kann die 1,5-fache Vergrößerung der Austrittsfläche des Lüfters an der Oberfläche des Lüfteraufsatzes erzielt werden. Dadurch wird auf eine größere Fläche bei konstant hohem Volumenstrom die kältere Frischluft in die Rauchgasschicht unter der Gebäudedecke eingebracht. Dies führt zu einer effektiveren Kühlung und Strömungserzeugung unter der Dachkonstruktion.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Aufsatz für einen Lüfter umfassend einen kreiszylinderförmigen Stülpkörper (1) mit einem Durchmesser a und einer Breite b sowie einen mit diesem verbundenen kreiskegelförmigen Luftkörper (2) mit einem Durchmesser c und einer Mantellinie d, wobei der Luftkörper (2) an der von dem Stülpkörper (1) abgewandten Seite mit einer kreisrunden Austrittsfläche mit einem Durchmesser c abgeschlossen ist, und wobei die Austrittsfläche mehrere kreisrunde Öffnungen mit einem Durchmesser e aufweist.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aufsatzes beträgt der Durchmesser a 500 mm, die Breite b 200 mm, der Durchmesser c 1250 mm, die Mantellinie d 650 mm und der Durchmesser e 100 mm.
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In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aufsatzes beträgt der Durchmesser a 580 mm, die Breite b 200 mm, der Durchmesser c 1400 mm, die Mantellinie d 700 mm und der Durchmesser e 120 mm.
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In weiteren alternativen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Aufsatzes unter Verwendung anderer Lüftergrößen und der damit verbundenen Anpassung des Durchmessers a ergeben sich aus den konstruktiven Merkmalen des erfindungsgemäßen Lüfteraufsatzes die entsprechenden übrigen Werte.
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Bei dem erfindungsgemäßen Lüfteraufsatz handelt es sich um ein Anbauteil für einen Feuerwehrlüfter, welches im Aussehen einem großen Brauseaufsatz einer Gießkanne ähnelt. Der Anbau erfolgt durch das Überstülpen und Fixieren des Aufsatzes beispielsweise mit einer Spannvorrichtung am Gehäuse des Lüfterrades, so dass am verwendeten Feuerwehrventilator keine An- oder Umbauten für eine Verwendung erfolgen müssen.
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Der Stülpkörper ist beispielsweise aus einem reißfesten Nylon-Gewebe gefertigt und hat eine Breite von beispielsweise 200 mm. Der Radius der Öffnung orientiert sich an der Modellgröße für die jeweilige Lüftergröße, an dem der erfindungsgemäße Lüfteraufsatz verwendet werden soll und kann aus der nachfolgenden Maßtabelle entnommen werden. Von den dortigen Modellen abweichende Maße zur Verwendung im Zusammenhang mit anderen Lüftergrößen ergeben sich aus den konstruktiven Merkmalen des Lüfteraufsatzes.
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Maßtabelle
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| Maß |
„Modell 18“ |
„Modell 21“ |
| a: Ø Stülpkörper [mm] |
500 |
580 |
| b: Breite Stülpkörper [mm] |
200 |
200 |
| c: Ø Austrittsfläche [mm] |
1250 |
1400 |
| d: Stegmaß / Mantellinie [mm] |
650 |
700 |
| e: Ø Austrittsöffnung [mm] |
100 |
120 |
| Anzahl Austrittsöffnungen |
30 |
30 |
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lüfteraufsatzes ist außen auf dem Stülpkörper eine Spannvorrichtung im Abstand von beispielsweise 50 mm vom Rand angebracht. Die Spannvorrichtung ist fest am Stülpkörper angenäht, während der Gurt umlaufend durch Schlaufen beweglich in seiner korrekten Position gehalten wird. Das Gurtende ist in mehreren Lagen zusammengenäht, um zum einen als Griff zum Festziehen des Gurtes bei der Anlage des erfindungsgemäßen Lüfteraufsatzes zu dienen. Zum anderen verhindert es das Herausrutschen des Gurtes aus der Spannvorrichtung.
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Der Luftkörper des erfindungsgemäßen Aufsatzes wird beispielsweise aus einem Polyester-Gewebe gefertigt, welches beim Bau von Lenkdrachen zum Einsatz kommt. Vom Stülpkörper aus weitet sich der Öffnungsdurchmesser beispielsweise im 35 °-Winkel bis zum erforderlichen Maß der Austrittsfläche auf. Die entsprechenden Maße für das jeweilige Modell sind der Maßtabelle zu entnehmen. Von den dortigen Modellen abweichende Maße zur Verwendung im Zusammenhang mit anderen Lüftergrößen ergeben sich aus den konstruktiven Merkmalen des erfindungsgemäßen Lüfteraufsatzes.
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Um ein Flattern oder Zusammenfallen des Luftkörpers zu verhindern, kann umlaufend um die Austrittsfläche beispielsweise eine Fiberglasstange in den Luftkörper eingenäht sein. Diese ist elastisch und biegsam, so dass ein Zusammenfalten des erfindungsgemäßen Lüfteraufsatzes für die Unterbringung in einer Transporttasche möglich ist.
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Auf der Austrittsfläche verteilt sind die Luftaustrittsöffnungen angeordnet. Der Radius und die Anzahl der Öffnungen richten sich nach der jeweiligen Größe des Modells und kann entsprechend aus der Maßtabelle entnommen werden. Von den dortigen Modellen abweichende Maße zur Verwendung im Zusammenhang mit anderen Lüftergrößen ergeben sich aus den konstruktiven Merkmalen des erfindungsgemäßen Lüfteraufsatzes.
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Auf der Höhe der Rundung, an der die Spannvorrichtung des Spanngurtes auf dem Stülpkörper vernäht ist, wird in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aufsatzes am Luftkörper an der Kante zur Austrittsfläche eine Griffschlaufe angebracht, die das Anbringen des erfindungsgemäßen Lüfteraufsatzes erleichtern soll und zum Hochhalten des Luftkörpers bei der Positionierung des Ventilators im Einsatzfall dienen soll.
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Der erfindungsgemäße Lüfteraufsatz wird anhand der 2 und 3 näher beschrieben. Hierzu dient auch die nachfolgende Bezugszeichenliste.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Lüfteraufsatzes in Seitenansicht.
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3 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Lüfteraufsatzes in Frontansicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stülpkörper
- 2
- Luftkörper
- 3
- Spannvorrichtung zur Befestigung
- 4
- Griffschlaufe
- a - e
- Maße aus Maßtabelle
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Für den Transport und die platzsparende Lagerung des erfindungsgemäßen Lüfteraufsatzes auf einem Feuerwehrfahrzeug kann eine runde Tasche beispielsweise aus Nylon-Gewebe vorgesehen werden, die zur Aufnahme des ein- oder zweimal gefalteten Lüfteraufsatzes geeignet ist.
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Die bisherige Bauform der portablen Feuerwehrventilatoren sieht keine Positionierung im 45°-Winkel nach oben geneigt vor. Daher müssen die Lüfter manuell nach hinten gekippt werden und auf eine Auflage gelegt werden. Hierzu kann ein Stativ als Zubehör verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung wird mit Hilfe der nachfolgenden experimentellen Daten näher erläutert.
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Es wurden Messwerte zum Volumenstrom, zur Strömungsrichtung, Temperatur und Schadstoffabbau erhoben. Die Beurteilung des Schadstoffabbaus erfolgte durch die Messung von CO2 als Referenzgas.
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In den nachfolgenden Versuchen wurden die benötigten Zeiten der verschiedenen Verfahren zur Entrauchung ermittelt und verglichen.
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Die Messergebnisse werden im Folgenden mit Hilfe von Tabellen und Diagrammen erläutert. Tabelle 1: Strömungsgeschwindigkeiten, effektive Volumenströme und Luftwechselraten
| Versuch | v Zuluft [m/s] | v Abluft [m/s] | Veff [m3/h] | Luftwechsel [1/h] |
| Druckbelüftung portable Lüfter | 1,8 | 0,3 | 13.928 | 1,6 |
| Druckbelüftung Großlüfter | 8,7 | 2,1 | 101.056 | 11,0 |
| Mischungsventilation | 0,6 | 0,8 | 28.386 | 3,2 |
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4 zeigt den CO2-Ausstoß an der Abluftöffnung in parts per million (ppm). Hier ist deutlich der kontinuierliche und hoch konzentrierte Ausstoß von CO2 bei der Mischungsventilation zu erkennen. Dies spricht dafür, dass bei diesem Verfahren aktiv Schadstoffe während der Ventilationsmaßnahme aus dem Objekt abgeführt werden.
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5 - 8 zeigen den CO2-Abbau innerhalb des Objektes, gemessen über verschiedene Höhen in ppm. Die Diagramme zeigen die Messergebnisse der CO2-Messstellen von 4,2 - 7,0 Metern Höhe. Bei den Druckbelüftungsverfahren findet der Schadstoffabbau in diesem Höhenbereich passiv statt. Dies bedeutet, dass hier nicht unmittelbar ein Abbau über den Luftstrahl, sondern über den fortschreitenden Luftwechsel im Objekt stattfindet. Somit geschieht dies zeitlich verzögert über die Höhe, wie vor allem an den Graphen der Druckventilation mit portablen Lüftern zu erkennen ist. Bei der Mischungsventilation wird aktiv durch den Deckenlüfter Frischluft in die höher gelegenen Rauchgasschichten eingebracht, was zu einem zügigerem Schadstoffabbau führt. An den zwei oberen Messstellen findet der Abfall der Konzentration nicht so zügig statt wie in den tieferen Lagen. Dies ist bedingt durch die Tatsache, dass selbstverständlich auch Rauchgase mit dem Frischluftstrahl unter die Hallendecke des Objektes gefördert werden.
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Nicht sichtbar in diesen Diagrammen ist die kurze Verweildauer der Schadstoffe unter der Hallendecke, resultierend aus der konstanten Strömung im Deckenbereich. Dies bedeutet, dass sie immer in Bewegung sind und daher nicht von einer Ablagerung aufgrund zu langer Aufenthaltsdauer auszugehen ist. Dies verdeutlichen besser die 9 - 13, die den Schadstoffabbau in Prozent wiedergeben.
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14 - 23 zeigen den Temperaturabbau innerhalb des Objektes, gemessen über verschiedene Höhen in Grad Celsius.
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24 - 33 zeigen den Temperaturabbau innerhalb des Objektes, gemessen über verschiedene Höhen in Prozent und unter Berücksichtigung der Ausgangstemperatur T0 im Versuchsobjekt vor Versuchsbeginn.
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Bei den prozentuellen Angaben wird in den Diagrammen der Effekt des Deckenlüfters sehr deutlich. Dieser resultiert aus dem aktiven Einbringen von kalter Frischluft in die thermisch aufbereitete Rauchgasschicht und der damit verbundenen Kühlung.
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An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass es im Verlauf der durchgeführten Versuche mit dem Verfahren der Mischungsventilation zehn Minuten nach Beginn der Ventilation zu einem temporären Ausfall des Deckenlüfters kam. Das dadurch resultierende Ausbleiben des Frischluftstromes als Kühlmedium ist in den Diagrammen mit einem deutlichen Abflachen, teilweise sogar Ansteigen des Graphen zu erkennen. Somit ist dieser Verlauf nicht als zu 100 % repräsentativ für das Verfahren anzusehen.
