-
Die Erfindung betrifft eine Wirbelhaubenabsaugvorrichtung
zur Absaugung von Rauchgasen und zur Anordnung in einem langgestreckten
Bauwerk mit einer wenigstens eine Absaugöffnung aufweisenden langgestreckten,
längst
des Bauwerks in dessen Deckenbereich anzuordnenden Absaugeinrichtung,
wobei im Außenbereich
der Absaugöffnung wenigstens
eine Rauchgasschürze
vorgesehen ist, wobei die Rauchgasschürze eine Länge aufweist, die um ein Mehrfaches
größer ist
als die Breite der Absaugöffnung
und wobei die Rauchgasschürze
derart angeordnet ist, daß die
Ebene der Rauchgasschürze unter
einem Winkel von der Längsachse
der Absaugeinrichtung geschnitten wird, so daß im Brandfall aufsteigende
und durch Umlenkung an der Decke in Längsrichtung des Bauwerks beschleunigte
Rauchgase über
eine Leitfläche
der Rauchgasschürze
abgebremst und in Richtung der Absaugöffnung gelenkt werden.
-
Aus der
DE 100 09 734 A1 ist bereits
ein Verfahren und eine Absauganlage zum Entlüften bzw. zum Rauchgasabsaugen
in einem Tunnel bekannt. Die bekannte Absauganlage umfaßt einen
Abluftkanal mit mindestens einer Abluftkanalöffnung, welche mit dem Abluftkanal
verbunden ist. Der Abluftkanal erstreckt sich unter der Tunneldecke
achsparallel zum Tunnel, weist mehrere mit dem Tunnel verbundene
Abluftkanalöffnungen
sowie eine in die Umgebung mündende
Abluftöffnung
auf. Die Absauganlage umfaßt
ferner eine sich bevorzugt im oberen Drittel bis Viertel des Tunnelquerschnitts
erstreckende Trennschürze,
wobei in Längsrichtung
des Tunnels beabstandet voneinander mehrere Trennschürzen angeordnet
sind, welche diesen oberen Bereich des Tunnels in mehrere Segmente
von beispielsweise jeweils 100 m unterteilen. Sofern in einem Segment
ein Brandherd mit Rauchgasentwicklung entsteht, bleiben die an die
Tunneldecke strömenden
Rauchgase zumindest für
eine kurze Zeit auf das betroffende Segment begrenzt, da die Trennwände an der
Tunneldecke ein Überströmen in ein
benachbartes Segment des Tunnels im wesentlichen verhindern, so daß der übrige Tunnel
bzw. die übrigen
Segmente des Tunnels als Fluchtwege zunächst frei von Rauchgasen bleiben.
-
Die Trennschürzen können entweder mit einer Zwischendecke
des Tunnels oder direkt mit der Tunneldecke fest verbunden sein.
Bei Feststellung eines Brandes im Tunnel wird die Absauganlage zu einer
Rauchgasabführung,
in dem alle Abluftkanalöffnungen,
außer
der oder denjenigen benachbart zum Brandherd, geschlossen werden.
Somit steht die gesamte Absaugleistung an beispielsweise einer oder zwei
noch geöffneten
Abluftkanalöffnungen
zum Abführen
von Rauchgas zur Verfügung.
Das wahlweise Öffnen
und Schließen
der Abluftkanalöffnungen
ermöglicht
dabei, daß nicht
die gesamte Anlage für
alle Segmente gleichzeitig auf einen maximalen Volumendurchsatz
ausgelegt sein muß,
sondern daß es genügt, wenn
dieser Volumendurchsatz pro Segment bei nur einer oder zwei offenen
Abluftkanalöffnungen erreicht
wird. Unterhalb der Abluftkanalöffnung
ist eine Wirbelhaube zur Beeinflussung einer Luftströmung im
Bereich der Abluftkanalöffnung
und/oder in einem Tunnelbereich unterhalb der Abluftkanalöffnung vorgesehen,
welche einen eine stabilisierte Drallströmung wenigstens teilweise umschließenden und
diese Drallströmung
führenden
Mantel umfaßt.
-
Die Unterteilung des Tunnels in virtuelle Rauchabschnitte
bzw. Segmente durch die Trennschürzen
hat den Nachteil, daß die
Wirbelhaube bzw. der Mantel der Wirbelhaube bereichsweise durch
die Trennschürzen
unterbrochen wird. Diese Unterbrechungen wirken sich negativ auf
die Steifigkeit der Absaugvorrichtung aus. Zudem führt der
bereichsweise Einbau der Vorrichtung in die einzelnen durch Trennschürzen unterbrochenen
Tunnelsegmente zu einem Anstieg der Montagekosten.
-
Weiterhin geht aus der
DE 100 09 734 A1 hervor,
daß die
Ausbreitung von Rauchgas dadurch begrenzt werden kann, daß der Tunnel
in Tunnellängsrichtung
durch eine Mehrzahl von Trennschürzen
in Segmente aufgeteilt wird, wobei sich die Trennschürzen wiederum über den
gesamten Tunnelquerschnitt erstrecken. Im Ergebnis ist es also so, daß jedem
Segment wenigstens eine Abluftkanalöffnung mit einer Wirbelhaube
zur Beeinflussung der Luftströmung
im Bereich der Abluftkanalöffnung
zugeordnet wird. Der bereichsweise Einbau der Wirbelhaubenabsaugeinrichtung
in die einzelnen durch Trennschürzen
unterbrochenen Tunnelsegmente führt
zu einem Anstieg der Montagekosten. Darüber hinaus ist es mit viel
Aufwand und hohen Investitionskosten verbunden, nachträglich in
einem Tunnel, der bereits eine in Tunnellängsrichtung verlaufende Absaugein richtung
zur Absaugung von Rauchgasen aufweist, Trennschürzen der aus der
DE 100 09 734 A1 bekannten
Art vorzusehen, die sich über
den gesamten Tunnelquerschnitt erstrecken und daher eine bereichsweise
Unterbrechung der Absaugeinrichtung erforderlich machen
-
Brände in Gebäuden oder in langgestreckten Bauwerken,
wie einem Tunnel oder unterirdischen Verkehrsanlagen, sind durch
die behinderte Rauchabfuhr besonders gefährlich. Menschen, die dem Rauch
längere
Zeit ausgesetzt sind, schweben in Lebensgefahr. Aus diesem Grunde
werden Erfassungssysteme benötigt,
welche den Rauch zuverlässig
abführen.
Hierbei treten aufgrund der teilweise erheblichen Brandlasten große Rauchmengen
auf. Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise eine sogenannte
Jalousienlüftung
bekannt. Sie besteht aus einem durch eine zweite Betondecke abgegrenzten
Luftkanal. Der Luftkanal ist an die Entrauchungsventilatoren angeschlossen.
In der Betondecke sind in regelmäßigen Abständen schließbare Klappen,
die Jalousien, angeordnet. Im Brandfall werden einzelne oder mehrere
Jalousien zur deckennahen Rauchgaserfassung geöffnet. Die Jalousien dienen
letztlich nur dazu, im Brandfall einen maximalen Öffnungsquerschnitt
der Absaugöffnung
zu realisieren.
-
Aus der
US 4,907,910 ist eine gerüstartige Trägerstruktur
zur Anordnung in einem Tunnel bekannt, wobei über Längs- und Querträger der
Trägerstruktur
eine Absaugung von Gasen aus dem Tunnelinnenbereich vorgesehen ist.
-
Ziel jedweden Erfassungssystems muß die möglichst
effiziente Rauchgaserfassung sein. Das bedeutet, daß bei einem
vorgegebenen Abluftvolumenstrom durch die Ventilatoren möglichst
große Rauchgasvolumenströme abzutransportieren
sind. Bestehende Systeme weisen sehr schlechte Erfassungsgrade auf,
das heißt
sie transportieren mehr Luft als ursprünglich produziertes Rauchgas.
Der Erfassungsgrad n bietet die Möglichkeit, Erfassungssysteme
hinsichtlich ihrer Effizienz zur Entrauchung nach folgender Gleichung
zu bewerten:
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es daher, eine Wirbelhaubenabsaugvorrichtung der eingangs genannten
Art zur Verfügung
zu stellen, die die zuvor genannten Nachteile nicht aufweist.
-
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe
ist bei einer Absaugvorrichtung mit den Oberbegriffsmerkmalen des
Patentanspruchs 1 vorgesehen, daß die Rauchgasschürze an der
unteren Begrenzung der Absaugeinrichtung befestigt ist und als Verstärkung dient.
Durch den Einsatz von in bestimmten Abständen vorgesehenen quer verlaufenden
Rauchgasschürzen
kann der Erfassungsgrad von Absaugvorrichtungen für Rauchgase
entscheidend verbessert werden. Bei einer Rauchgasschürze kann
es sich beispielsweise um ein ebenes Leitblech handeln. Wenngleich
die Rauchgasschürze
vorzugsweise in Form einer ebenen Platte ausgeführt werden kann, ist es auch
denkbar, daß die
Rauchgasschürze
eine Wellen- oder Bogenform aufweist.
-
Durch die erfindungsgemäß an der
unteren Begrenzung der Absaugvorrichtung befestigten Rauchgasschürzen ist
eine Beeinflussung der Luftströmung
im Bereich der Tunneldecke möglich,
ohne daß der
Tunnel in voneinander getrennte Bereiche segmentiert werden muß. Eine
räumliche
Unterbrechung der Absaugeinrichtung bzw. der zur Absaugung der Rauchgase
vorgesehenen Wirbelhaubensegmente, wie es nach dem bekannten Stand
der Technik mit an der Tunneldecke befestigten Trennschürzen notwendig
ist, entfällt.
Die Absaugeinrichtung kann sich daher durchgängig ohne Unterbrechungen entlang
des Bauwerkes erstrecken, wobei die Rauchgasschürzen nach unten von der unteren Begrenzung
der Absaugeinrichtung abstehen und in den lichten Raum des Bauwerks
hineinragen können.
Dadurch ist es möglich,
die erfindungsgemäße Wirbelhaubenabsaugvorrichtung
in einfacher Weise auch nachträglich
in bereits bestehende Tunnelanlagen zu integrieren. Darüber hinaus
kann die erfindungsgemäße Wirbelhaubenabsaugvorrichtung
in "einem Arbeitsgang" montiert werden,
was zu einer Verringerung der Montagekosten führt.
-
Schließlich ist es so, daß Systeme
wie Wirbelhaubenabsaugvorrichtungen mit einer Mehrzahl von Wirbelhaubensegmenten
aus dünnwandigem Stahl
gefertigt werden. Dabei muß die
Decke des Bauwerks, bei Tunnelanlagen oder unterirdischen Verkehrsanlagen,
zum Teil komplett von der Absaugeinrichtung überspannt werden. Hierbei können die Rauchgasschürzen neben
den strö mungstechnischen
Vorzügen
gleichzeitig die erforderliche Stabilisierung der Konstruktion der
Absaugvorrichtung bewirken. Das Flächenträgheitsmoment der Rauchgasschürzen ist
derart, daß sie
aufgrund ihres Verhältnisses
von Blechstärke
zu Höhe
die Überspannung
der Decke des Tunnels erheblich stabilisieren und somit eine leichtere
und kostengünstigere
Konstruktion ermöglichen.
-
Nachfolgend wird die physikalische
Wirkung der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung
am Beispiel einer Wirbelhaubenabsaugvorrichtung erläutert. Gleichwohl
können
Rauchgasschürzen
der zuvor beschriebenen Art auch bei weiteren, üblichen und aus dem Stand der
Technik an sich bekannten Absaugvorrichtungen zur Steigerung des
Erfassungsgrades vorgesehen werden. In Kombination mit der Wirbelhaubentechnologie
ist ihr Einsatz jedoch besonders vorteilhaft.
-
Es wurde festgestellt, daß sich das
Rauchgas während
seiner Ausbreitung im Bauwerk mit der Umgebungsluft vermischt und
der abzusaugende Gasvolumenstrom deutlich ansteigt. Der höhere Rauchgasvolumenstrom
muß durch
die Absaugvorrichtung abgeführt
werden können,
so daß die
Betriebs- und Investitionskosten der Absaugvorrichtungen mit wachsender
Ausbreitung und Vermischung des Rauchgases ansteigen. Dabei ist
es nun so, daß hohe
Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen einer deckennahen Rauchgasschicht
und der Luft die unerwünschte
Vermischung zwischen dem Rauchgas und der Umgebungsluft beschleunigen.
Im Brandfall steigen Rauchgase aufgrund ihrer Thermik auf und werden
an der Decke des Bauwerkes umgelenkt. Handelt es sich bei dem Bauwerk
um einen Tunnel oder dergleichen, wird das Rauchgas in beide Verkehrsrichtungen
umgelenkt. Hierbei treten Geschwindigkeiten von bis zu 4 m/s. In
langgestreckten Bauwerken wie Tunneln oder dergleichen treten Längsgeschwindigkeiten
auf, die zum einen die Rauchgasgeschwindigkeit und damit die Vermischung
des Rauchgases mit der Umgebungsluft erhöhen, zum anderen zur Ausbildung
turbulenter Strömungsprofile
beitragen, die zu einer intensiven Vermischung des Rauchgases mit
der Umgebungsluft führen.
Es werden daher Rauchgasschürzen
zur Verlangsamung der deckennahen Rauchgasschicht in Fahrtrichtung
bei gleichzeitiger Umlenkung vorgesehen. Darüber hinaus werden durch die
Rauchgasschürzen
Längsströmungen,
die in langgestreckten Bauwerken wetterbedingt oder durch Höhenunterschiede
auftreten, abgesenkt, so daß es
zwischen den Rauchgasschürzen
zur Ausbildung geschwindigkeitsarmer Zonen kommt. In diesen Zonen
ist die Vermischung der Rauchgase mit der Umge bungsluft verlangsamt.
Dies wirkt sich positiv auf die Leistungsfähigkeit der deckennahen Absaugvorrichtungen aus,
da Längsströmungen in
der Regel zu einem Abfall des Wirkungsgrades der Absaugvorrichtung
führen.
-
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung
können
wie folgt zusammengefaßt
werden:
- – Umlenkung
oder Lenkung der deckennahen Absaugströmung in Richtung der Absaugöffnung der Absaugvorrichtung,
- – Verzögerung des
Längstransports
abzusaugender Rauchgase entlang der Längsrichtung langgestreckter
Bauwerke,
- – Reduzierung
der Wärmeverluste
an der Decke durch Reduktion der wandnahen Geschwindigkeiten,
- – Wirkungsgradsteigerung
deckennaher Absaugvorrichtungen und
- – Versteifung
der Konstruktion.
-
Die erfindungsgemäße Rauchgasschürze bewirkt
zunächst
einen Anstieg des Erfassungsgrades. Dem Erfassungsgrad kommt dabei
vor allem in Verkehrsanlagen und Tunneln eine wesentliche Bedeutung
zu. Begrenzte Querschnitte in Verkehrsanlagen erlauben ohne Umbaumaßnahmen
und somit ohne zusätzliche
Kosten keine nennenswerte Steigerung der mittels einer Absaugvorrichtung
absaugbaren Abluftvolumenströme.
Somit kann ein erhöhtes Maß an Sicherheit
bei akzeptablen Investitionskosten nur durch Steigerung des Erfassungsgrades
erfolgen. Durch den höheren
Erfassungsgrad kommt es zusätzlich
zu einer Gewichts- und
Kostenreduktion der Erfassungs- und Kanaltechnik bzw. der Absaugvorrichtung
als solcher.
-
Wird die erfindungsgemäße Absaugvorrichtung
in einen Tunnel oder dergleichen eingebaut, ergeben sich weitere
Vorteile. Der obere Tunnelbereich wird in der Regel durch eine Zwischendecke
oder dergleichen von dem darunter befindlichen lichten Fahrraum
getrennt. Da der lichte Fahrraum nicht eingeschränkt werden darf, reduziert
der Einbau einer erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung
mit Rauchgasschürzen
den verfügbaren
Raum über
dem Fahrraum. Durch die Steigerung des Erfassungsgrades bei Einsatz
der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung
können
jedoch die Abluftvolumenströme
und damit die Querströme
der Absaugvorrichtung reduziert werden. Die Steigerung des Erfassungsgrades durch
die erfindungsgemäßen Rauchgasschürzen wirkt
sich bei großen
Tunnelanlagen stärker aus
als die Beschränkung
des oberen Tunnelbereiches durch den Einbau der Rauchgasschürzen. Somit kann
bei einem vorgegebenen Tunnelquerschnitt bei Einsatz der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung sowohl
ein größerer Brand
beherrscht, als auch die Absaugvorrichtung insgesamt verkleinert
werden. Bei kleineren Tunnelanlagen liegt die Einsparung des erforderlichen
Abluftvolumenstroms in Bezug zur verringerten verfügbaren Querschnittsfläche näherungsweise
auf gleichem Niveau. Bei diesen Tunnelanlagen besteht der Vorteil
in der leichteren Konstruktion der Absaugvorrichtung, den kleineren
Ventilatoren, den damit verbundenen geringeren Investitionen und der
verbesserten Effizienz bei Längsdurchströmung der
Tunnelanlage.
-
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe
ist bei einer alternativen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Wirbelhaubenabsaugvorrichtung
der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die Rauchgasschürze seitlich
von der Absaugeinrichtung absteht und daß die Rauchgasschürze Unterbrechungen
aufweist und den Deckenbereich des Tunnels nur zum Teil überspannt.
Durch die erfindungsgemäß seitlich
von der Absaugeinrichtung abstehend angeordneten Rauchgasschürzen, die
sich nicht über
den gesamten Deckenbereich des Tunnels erstrecken, ist es möglich, eine
unterbrechungslose Anordnung der Absaugeinrichtung in Längsrichtung
eines Tunnels vorzusehen. Dies spart Montagekosten und erleichtert
den Wartungs- und Instandhaltungsaufwand. Die erfindungsgemäße Wirbelhaubenabsaugvorrichtung kann
auch in bereits bestehende Tunnelanlagen integriert werden, ohne
daß hierzu
der Tunnel als solcher baulich verändert bzw. mit Trennwänden ausgestattet
werden muß.
Im übrigen
kann durch die seitliche von der Absaugeinrichtung abstehende Anordnung der
Rauchgasschürzen
die Bauhöhe
bzw. Einbautiefe der Gesamtanordnung aus Absaugeinrichtung und Rauchgasschürzen deutlich
reduziert werden, was den lichten und damit fir den Verkehr nutzbaren Querschnitt
des Tunnels vergrößert.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte
Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtungen werden
nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt
-
1 eine
schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem Tunnel mit
einer Wirbelhaubenabsaugvorrichtung ohne Rauchgasschürzen,
-
2 eine
perspektivische Querschnittsansicht einer Absaugeinrichtung der
in 1 dargestellten Wirbelhaubenabsaugvorrichtung,
-
3 eine
Seitenansicht eines Tunnels mit einer Absaugvorrichtung gemäß 1 mit in Längsrichtung
des Tunnels quer angeordneten Rauchgasschürzen,
-
4 eine
Draufsicht auf die in 3 dargestellte
Ausführungsform
einer Absaugvorrichtung mit in Längsrichtung
des Tunnels quer angeordneten Rauchgasschürzen,
-
5 eine
Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer in einem Tunnel
angeordneten Absaugeinrichtung mit zwei im Bereich der Mittellängsachse
des Tunnels gegenüberliegend
angeordneten Wirbelhauben,
-
6 eine
Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform einer in einem Tunnel
angeordneten Absaugeinrichtung mit zwei im Bereich der Mittellängsachse
des Tunnels gegenüberliegend
angeordneten Wirbelhauben,
-
7 eine
Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform einer in einem Tunnel
angeordneten Absaugeinrichtung mit zwei im Bereich der Mittellängsachse
des Tunnels gegenüberliegend
angeordneten Wirbelhauben und
-
8 ein
Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit
der Absaugleistung einer Wirbelhaubenabsaugvorrichtung von der Anordnung
der Rauchgasschürzen.
-
In 1 ist
eine Absaugeinrichtung 1 dargestellt, die Teil einer nicht
im einzelnen dargestellten Absaugvorrichtung für einen Tunnel 2,
insbesondere für
einen Autotunnel ist. Die Absaugvorrichtung umfaßt neben der Absaugeinrichtung 1 zumindest
ein ebenfalls nicht dargestelltes Absauggebläse. Es versteht sich, daß der Begriff "Tunnel" sehr weit zu verstehen
ist, also auch Flure oder ähnliche
tunnelartige Bauten umfaßt.
Im wesentlichen beschreibt der Begriff "Tunnel" jegliche Form eines langgestreckten Bauwerks
oder Gebäudes,
ohne hierauf nachfolgend näher
einzugehen.
-
Die Absaugeinrichtung 1 dient
zur Absaugung von Rauchgasen 4 oder dergleichen, die bei
einem Brand innerhalb des Tunnels 2 freigesetzt werden.
Die 1 zeigt die Rauchgasentwicklung
beim Brand eines LKW 3 in dem Tunnel 2. Die Rauchgase 4 steigen
infolge ihrer geringen Dichte zur Tunneldecke 5 auf und
werden an dieser umgelenkt. Gemäß der 1 ist nun eine Absaugvorrichtung,
nämlich eine
Wirbelhaubenabsaugvorrichtung zur Absaugung der Rauchgase 4 vorgesehen.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen
Rauchgasschürzen
können bei
allen gattungsgemäßen Ausführungsformen
von Absaugvorrichtungen vorteilhaft eingesetzt werden.
-
Zur Absaugung der Rauchgase 4 weist
die in der 1 dargestellte
Absaugeinrichtung 1 einen Kanal 6, 7 auf,
der von einer oberen Begrenzung 8 und einer unteren Begrenzung 9 begrenzt
ist. Des weiteren weist die Absaugvorrichtung 1 zwei Wirbelhauben 10, 11 auf.
Nicht dargestellt ist, daß die
von dem brennenden LKW 3 ausgehenden Rauchgase 4 durch
die Absaugöffnungen 12, 13 der
Wirbelhauben 10, 11 durch die Kanäle 6, 7 aus
dem Tunnel 2 abgeleitet werden.
-
Anhand der 2 soll der Aufbau der Absaugeinrichtung 1 näher erläutert werden.
Die in 2 dargestellte
Absaugvorrichtung 1 weist zwei Wirbelhauben 10, 11 auf,
die zwischen der oberen Begrenzung 8 und der unteren Begrenzung 9 angeordnet
sind. Die Kanäle 6, 7 werden
von je einer Wirbelhaube 10, 11, das heißt von der
Wandung des Gehäuses
der jeweiligen Wirbelhaube 10, 11 begrenzt. Die
Absaugeinrichtung 1 kann eine Vielzahl der in 2 dargestellten Baueinheiten
aufweisen, bei denen es sich um einzelne Segmente handelt, die modulartig
an die Länge
des Tunnels 2 angepaßt
aneinander gereiht werden können.
Die obere Begrenzung 8 kann auch von der Tunneldecke 2 gebildet
werden, die untere Begrenzung 9 kann auch durch eine in
den Tunnel 2 eingebaute Zwischendecke gebildet werden.
-
Jede der Wirbelhauben 10, 11 weist
eine Mehrzahl von Absaug- oder Stützrohren 14 auf, die aus
der jeweiligen Wirbelhaube 10, 11 unmittelbar
in die Kanäle 6, 7 hineinragen.
Wird über
die Kanäle 6, 7 abgesaugt,
bilden sich zwischen benachbarten Absaugrohren 14 Wirbel
mit einer hohen Umfangsgeschwindigkeit aus, die zu einem hohen dynamischen und
damit geringen statischen Druck im Bereich der jeweiligen Wirbelhaube 10, 11 führen, so
daß Abgase dementsprechend
abgesaugt werden können.
Die Kanäle 6, 7 werden
durch eine Trennwand 15 voneinander getrennt. Die Aufteilung
der Wirbelhaubenabsaugeinrichtung 1 in zwei Kanäle 6, 7 ermöglicht es, einerseits über einen
Teilkanal Zuluft zuzuführen
und über
den anderen Teilkanal Abluft abzuführen, und andererseits selektiv
nur auf einer Seite abzusaugen oder Luft einzublasen. Darüber hinaus
ist eine Verschlußeinrichtung 16 zum
bedarfsweisen Verschließen
und Öffnen
der Absaugrohre 14 vorgesehen.
-
In der 3 ist
eine Seitenansicht durch einen Tunnel 2 mit einer Absaugeinrichtung 1 dargestellt.
In dem Tunnel 2 befindet sich ein brennender LKW 3,
wobei ausgehend von dem Brandherd Rauchgase 4 in Richtung
zur nicht im einzelnen dargestellten Tunneldecke strömen. Der
Tunnel 2 wird nach oben durch die untere Begrenzung 9 der
Absaugeinrichtung 1 begrenzt, wobei es sich bei der Absaugeinrichtung 1 wiederum
um einen Teil einer Wirbelhaubenabsaugvorrichtung handeln kann.
Diese ist nur schematisch dargestellt, wobei im wesentlichen die
Absaugrohre 14 sowie Rauchgasschürzen 17 dargestellt
sind. Die Rauchgasschürzen 17 sind vorzugsweise
unterhalb der Absaugeinrichtung 1 angeordnet, stehen nach
unten ab und ragen in den unterhalb der Absaugeinrichtung 1 bzw.
unterhalb der unteren Begrenzung 9 befindlichen Bereich
des Tunnels 2 hinein. Die aufsteigenden Rauchgase 4 strömen infolge
ihrer im Vergleich zur Umgebungsluft geringeren Dichte zur nicht
dargestellten Tunneldecke. Bei Erreichen der unteren Begrenzung 9 werden
die Rauchgase 4 abgebremst und umgelenkt, wobei Geschwindigkeiten
von bis zu 4 m/s auftreten können. Durch
die Anordnung der Rauchgasschürzen 17 im Außenbereich
der nicht im einzelnen dargestellten Absaugöffnung der Absaugeinrichtung 1 werden
die im Brandfall aufsteigenden und durch Umlenkung an der Decke
in Längsrichtung
des Tunnels 2 beschleunigten Rauchgase 4 über eine
nicht im einzelnen dargestellte Leitfläche der Rauchgasschürze 17 abgebremst
und in Richtung der Absaugöffnung
der Absaugeinrichtung 1 umgelenkt. Dies führt zu den
eingangs genannten Vorteilen, wobei es infolge der Rauchgasschürzen 17 zu
einer deutlichen Steigerung des Erfassungsgrades der Absaugeinrichtung 1 kommt.
-
Gemäß der 3 wird die Ebene der Rauchgasschürze 17 in
einem in Bezug auf die in 3 dargestellte
Seitenansicht horizontal aufgespannten Winkel von ca. 90° zu der Längsachse 18 der
Absaugeinrichtung 1 angeordnet. Grundsätzlich kann die Ebene der Rauchgasschürze 17 jedoch
in einem horizontalen Winkelbereich von 15° bis 165°, vorzugsweise von 45° bis 135° zu der Längsachse 18 der
Absaugeinrichtung 1 angeordnet sein. Die vorgenannten Winkelbereiche
stellen lediglich Grenzwerte dar, wobei jeder Winkel innerhalb der
genannten Bereiche grundsätzlich
möglich
ist und eine bevorzugte Ausführungsform
darstellen kann. Der Einfachheit halber wird daher auf eine Aufzählung im
einzelnen verzichtet.
-
Gemäß der 3 weist die Rauchgasschürze 17 im
Bereich einer langgestreckten, längs
des Tunnels 2 in dessen Deckenbereich anzuordnenden Absaugeinrichtung 1 stets
die gleiche Höhe
b auf. Vorzugsweise sollte die Höhe
b einer Rauchgasschürze 17 stets
weniger als 1 m, vorzugsweise zwischen 0,3 bis 0,6 m betragen. Grundsätzlich kann
die Höhe
b der Rauchgasschürze 17 aber
jeden beliebigen Wert unterhalb von 1 m annehmen, ohne daß an dieser
Stelle im einzelnen darauf eingegangen wird. Bei unterschiedlichen
Ausprägungen
der deckennahen Rauchgasströmung
bzw. bei unterschiedlich starken Absaugleistungen der Absaugeinrichtung 1 ist
es jedoch auch denkbar, daß einzelne
Rauchgasschürzen 17 im
Tunnel 2 unterschiedliche Höhen b in Längsrichtung des Tunnels 2 aufweisen.
Die Höhe
b der Rauchgasschürze 17 wird
dabei neben der entstehenden Rauchgasmenge auch durch die durch den
Verkehr oder Temperaturunterschiede aufgeprägte Längsströmung in dem Tunnel 2 bestimmt.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht
gemäß der 3 vor, daß in Längsrichtung
des Tunnels 2 eine Mehrzahl von in unregelmäßigen Abständen angeordneten
Rauchgasschürzen 17 vorgesehen
sind. Auch hier gilt wiederum, daß der Abstand a der Rauchgasschürzen 17 voneinander
in erster Linie durch den entstehenden Rauchgasvolumenstrom und
die Absaugleistung der Absaugeinrichtung 1 festgelegt wird,
und zwar für
jeden Anwendungsfall bedarfsweise. Besonders hohe Steigerungen des
Erfassungsgrades können
dann erreicht werden, wenn der Abstand a zwischen zwei Rauchgasschürzen 17 zwischen
1 bis 7 m, vorzugsweise zwischen 2,5 bis 5 m beträgt. Selbstverständlich kann
der Ab stand a zwischen zwei Rauchgasschürzen 17 auch jeden
beliebigen Wert innerhalb der genannten Bereiche annehmen, ohne
daß in
diesem Zusammenhang explizit darauf eingegangen wird.
-
Gemäß der 3 ist weiterhin vorgesehen, daß in Bezug
auf die in 3 dargestellte
Seitenansicht die Rauchgasschürzen 17 im
wesentlichen senkrecht zur Fahrbahnoberfläche 19 bzw. zur unteren
Begrenzung 9 angeordnet sind. Ein Großteil der deckennahen Längsströmung der
Rauchgase 4 wird dabei senkrecht zur Fahrtrichtung umgelenkt.
Dadurch werden die Rauchgase 4 auf kürzestem Weg in den Bereich
der nicht dargestellten Absaugöffnungen der
Absaugeinrichtung 1 geleitet. Durch die vorzugsweise orthogonale
Anströmung
der Absaugöffnungen
der Absaugeinrichtung 1 kann der Wirkungsgrad der Absaugeinrichtung 1 verbessert
werden. Die orthogonale Ausrichtung der Rauchgasschürzen ist hier
beispielsweise aufgeführt.
Auch Bleche in einem Winkel von kleiner als 90° zur Senkrechten können signifikant
die Erfassungseffizienz der Absaugeinrichtung 1 verbessern.
So sind beispielsweise bei einer 45°-Anordnung sehr gute Ergebnisse
erzielt worden. Die Ausrichtung, der Abstand, und die Höhe der Rauchgasschürzen kann
für jede
Aufgabenstellung optimiert werden.
-
Systeme wie Wirbelhaubenabsaugvorrichtungen
mit einer Mehrzahl von Wirbelhaubensegmenten werden aus dünnwandigem
Stahl gefertigt. Dabei muß die
Decke des Bauwerks, zum Beispiel bei Tunnelanlagen oder unterirdischen
Verkehrsanlagen komplett von der Absaugeinrichtung 1 überspannt
werden. Hierbei erfüllen
die Rauchgasschürzen 17 neben
den strömungstechnischen
Vorzügen gleichzeitig
die erforderliche Stabilisierung der Konstruktion der Absaugvorrichtung.
Das Flächenträgheitsmoment
der Rauchgasschürzen 17 ist
derart, daß sie
aufgrund ihres Verhältnisses
von Blechstärke zur
Höhe b
die Überspannung
der Decke des Tunnels 2 erheblich stabilisieren und somit
eine leichtere und kostengünstigere
Konstruktion ermöglichen.
Von Vorteil ist in diesem Zusammenhang, wenn die Rauchgasschürze 17 aus
einem Material hoher Biegesteifigkeit besteht. Da die bei einem
Brand entstehenden Rauchgase 4 eine hohe Temperatur aufweisen,
bietet es sich weiterhin an, daß die
Rauchgasschürzen 17 aus
einem hitzebeständigen
Material bestehen.
-
In der 4 ist
nun die in der 3 dargestellte
Absaugeinrichtung 1 von oben dargestellt. Die Absaugeinrichtung 1 entspricht
im wesentlichen der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform. Dabei
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß der
Abstand a der Rauchgasschürzen 17 im
mittleren Bereich des Tunnels 2 geringer als im Eingangs-
und Ausgangsbereich ist. Strömungsverluste
im mittleren Bereich des Tunnels können dazu führen, daß die Absaugleistung in diesem
Bereich absinkt und daher ein geringerer Abstand a der Rauchgasschürzen 17 von
Vorteil ist. Die Absaugöffnungen 12, 13 sind
dabei den Längsseiten 20, 21 der
Absaugeinrichtung 1 zugeordnet.
-
Die 5 zeigt
eine Querschnittsansicht durch einen Tunnel 2 mit einer
im Deckenbereich angeordneten Absaugeinrichtung 1. Die
Absaugeinrichtung 1 weist wiederum zwei in Längsrichtung
des Tunnels 2 angeordnete Wirbelhauben 10, 11 auf.
Gemäß der 5 ist weiterhin vorgesehen,
daß die
untere Begrenzung 9 der Absaugeinrichtung 1 als
Zwischendecke des Tunnels 2 dient. Die Zwischendecke unterteilt
den Tunnel 2 in einen unterhalb der Zwischendecke befindlichen
lichten Raum 22 und in einen oberhalb der Decke befindlichen
Absaugraum 23. Grundsätzlich
kann die Zwischendecke auch unabhängig von der Absaugeinrichtung 1 ausgebildet werden,
wobei die Absaugeinrichtung 1 vorzugsweise in Richtung
der Längsachse
des Tunnels 2 im wesentlichen mittig unterhalb der Zwischendecke
angeordnet sein kann und/oder die Zwischendecke in zwei zur Längsachse
spiegelsymmetrische Bereiche unterteilen kann. Hierbei ist von Bedeutung,
daß die
Anordnung der Absaugeinrichtung 1 in jedem Fall eine ausreichende
Absaugung der bei einem Brand entstehenden Rauchgase aus dem lichten
Raum 22 des Tunnels 2 gewährleisten muß.
-
Ist die Unterseite der Zwischendecke
bzw. die untere Begrenzung 9 nach oben hin in Richtung der
Absaugöffnungen 12, 13 geneigt,
so steigt der Erfassungsgrad der Wirbelhaubenabsaugvorrichtung an.
Das bei einem Brand im Tunnel 2 entstehende Rauchgas wird
beim Auftreffen auf die untere Begrenzung 9 umgelenkt,
wobei sich die Geschwindigkeitskomponente der umgelenkten Strömung und
die Geschwindigkeitskomponente der Auftriebsströmung überlagern und die Rauchgase
noch schneller und gezielter zu den Wirbelhauben 10, 11 transportiert
werden. Die in der 5 dargestellte
platzsparende Ausführungsform
der Absaugvorrichtung 1 eignet sich besonders für kleine
Tunnelquerschnitte.
-
Von Vorteil ist bei der in der 5 dargestellten Ausführungsfonn,
daß die
Rauchgasschürzen 17 seitlich
von der Absaugeinrichtung 1 abstehen und in den unterhalb
der unteren Begrenzung 9 befindlichen lichten Raum 22 des
Bauwerks hineinragen. Deutlich erkennbar ist hierbei, daß die Rauchgasschürzen 17 eine
Länge aufweisen,
die um ein Mehrfaches größer ist
als die Breite der Absaugöffnungen 12, 13 der
Wirbelhauben 10, 11. Dadurch wird sichergestellt,
daß eine
in Längsrichtung
des Tunnels 2 verlaufende deckennahe Strömung nahezu
vollständig
erfaßt
und zu den Absaugöffnungen 12, 13 der
Absaugeinrichtung 1 geleitet wird.
-
In Kombination mit einer angestellten
unteren Begrenzung 9 bzw. einer geneigten Zwischendecke
ist weiterhin von Vorteil, daß die
Rauchgasschürzen 17 auf
der den Absaugöffnungen 12, 13 zugewandten
Seite mit dem Gehäuse
der Absaugeinrichtung 1 ausgefluchtet sind. Dies dient
dem Ziel, den lichten Raum 22 des Tunnels 2 möglichst
wenig durch die Rauchgasschürzen 17 einzuschränken. Dadurch
kann ein größerer Bereich
des Tunnels 2 für den
Verkehr genutzt werden. Um den lichten Raum 22 noch weniger
durch die Rauchgasschürzen 17 einzuschränken und
einen im wesentlichen vollständigen
Raumabschluß zur
unteren Begrenzung 9 zu ermöglichen, ist bei einer bevorzugten
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung 1 vorgesehen,
daß die
Rauchgasschürzen 17 mit
ihrem oberen Rand 26 an die Neigung der Zwischendecke bzw.
der unteren Begrenzung 9 angepaßt sind.
-
Die in der 5 dargestellte Wirbelhaubenabsaugvorrichtung 1 weist
vorliegend zwei vorzugsweise spiegelsymmetrisch zur Längsachse
des Tunnels 2 angeordnete Wirbelhaubenbereiche mit jeweils
einer Wirbelhaube 10, 11 auf. In Kombination mit
einer geneigten Zwischendecke bzw. einer geneigten unteren Begrenzung 9 der
Absaugeinrichtung 1 wird dadurch sichergestellt, daß von beiden Fahrbahnseiten
ausgehende Rauchgase im Deckenbereich unmittelbar durch die Wirbelhauben 10, 11 erfaßt und aus
dem Tunnel 2 abgeleitet werden können.
-
Aus der 5 ist weiterhin erkennbar, daß die Rauchgasschürzen 17 sich
im wesentlichen im Deckenbereich von den Seiten 24, 25 des
Bauwerks bis zu den Absaugöffnungen 12, 13 der
Wirbelhauben 10, 11 erstrecken. Dadurch können nahezu
alle im Deckenbereich auftreffenden Rauchgase erfaßt und zu
den Absaugöffnungen 12, 13 geleitet
werden.
-
Nicht dargestellt ist in der 5 im übrigen, daß zur Verstellung und/oder
Steuerung des Winkels zwischen der Ebene der Rauchgasschürzen 17 und der
Längsachse 18 der
Absaugeinrichtung 1 und/oder des Winkels der Rauchgasschürzen 17 zur Senkrechten
ein Stellantrieb und/oder eine Steuereinrichtung vorgesehen sein
können.
Der Stellantrieb und/oder die Steuereinrichtung können die
gleichzeitige Verstellung bzw. die Steuerung der Stellung aller innerhalb
eines Tunnels 2 angeordneten Rauchgasschürzen 17 bewirken.
Dies erleichtert die Handhabung der Absaugvorrichtung und die Absaugung
von Rauchgasen im Brandfall, wobei die Rauchgase gezielt zu bestimmten
Absaugstellen der Absaugeinrichtung 1 geleitet werden können. Statt
der Verstellung kann aber auch vorgesehen sein, die Rauchgasschürzen 17 fest
mit der Absaugeinrichtung 1 zu verbinden, insbesondere
zu verschrauben oder zu verschweißen. Schließlich können die Rauchgasschürzen 17 und
die Wirbelhauben 10, 11 auch einteilig hergestellt
werden.
-
Die vorgenannte Steuereinrichtung
kann darüber
hinaus zur Steuerung der Absaugleistung von einzelnen Bereichen
und/oder von in Längsrichtung
des Bauwerks angeordneten vorzugsweise einzeln ansteuerbaren Segmenten
der Absaugvorrichtung vorgesehen sein. Damit wird die Zielstellung verfolgt,
im Brandfall die Absaugleistung in bestimmten Bereichen der Absaugvorrichtung
an die entstehenden Rauchgasmengen anzupassen bzw. im Brandfall
nur die im unmittelbaren Brandbereich angeordneten Segmente der
Absaugvorrichtung zu aktivieren und dadurch die Rauchgase abzusaugen.
-
Während
gemäß der 5 vorgesehen ist, daß die Absaugöffnungen 12, 13 der
Wirbelhauben 10, 11 unten, das heißt seitlich,
der Fahrbahnoberfläche 19 benachbart
angeordnet sind, ist bei der in der 6 lediglich
schematisch dargestellten Ausführungsform
einer Absaugeinrichtung 1 vorgesehen, daß die Absaugöffnungen 12, 13 der
Wirbelhauben 10, 11 oben das heißt, der
unteren Begrenzung 9 zugewandt angeordnet sind. Dadurch
werden besonders günstige
Strömungseffekte
erzielt, da im Brandbereich aufsteigende, an der Neigung der unteren Begrenzung 9 umgelenkte
und an der unteren Begrenzung 9 in Richtung der Absaugöffnungen 12, 13 entlangströmende Rauchgase 4,
in der 6 lediglich als
Strömungspfeil
dargestellt, unmittelbar von den innerhalb der Wirbelhauben 10, 11 erzeugten Wirbelströmungen 27 erfaßt werden,
wodurch Strömungsverluste
weitgehend reduziert werden können.
-
In 7 ist
eine weitere Ausführungsform
einer Absaugeinrichtung 1 dargestellt, wobei die Absaugeinrichtung
1 im wesentlichen den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen
entspricht, jedoch lediglich schematisch dargestellt ist. Von Bedeutung
bei der in der 7 dargestellten
Ausführungsform
ist, daß die
Rauchgasschürze 17 unterhalb
der Wirbelhauben 10, 11 angeordnet ist. Die Rauchgasschürze 17 kann
dabei unmittelbar an den Wirbelhauben 10, 11,
oder auch an einer nicht im einzelnen dargestellten Zwischendecke
oder einer unteren Begrenzung 9 der Absaugeinrichtung 1 befestigt sein.
Auch hier ist es so, daß zur
Erfassung nahezu aller deckennahen Strömungen die Rauchgasschürze 17 den
Deckenbereich des Tunnels 2 im wesentlichen vollständig quer
zur Längsrichtung
des Tunnels 2 überspannt.
Selbstverständlich
ist es jedoch bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung
grundsätzlich auch
möglich,
daß die
Rauchgasschürzen 17 Unterbrechungen
aufweisen oder den Deckenbereich des Tunnels 2 nur zum
Teil überspannen,
was allerdings die Effektivität
beeinträchtigt.
-
Die 8 zeigt
eine Darstellung eines Diagramms, aus dem die Auswirkungen unterschiedlicher
Anordnungen der Rauchgasschürzen
auf die erforderliche Absaugleistung im Brandfalle entnommen werden
können.
Auf der Ordinate ist die erforderliche Absaugleistung in Bezug zur
Konstellation ohne Leitbleche angegeben. Auf der Abszisse sind unterschiedliche
Segmentlängen
in Bezug zur optimierten Segmentlänge aufgetragen. Die optimierte
Segmentlänge
bezieht sich auf einen definierten Längenabschnitt einer Absaugeinrichtung
einer Wirbelhaubenabsaugvorrichtung, die unter strömungstechnischen, konstruktiven
und ökonomischen
Gesichtspunkten optimiert worden ist.
-
Die Kurven I. bis IV. zeigen:
- I. Absaugeinrichtung ohne Rauchgasschürzen,
- II. Absaugeinrichtung mit Rauchgasschürzen, Höhe 40 cm, Abstand 5 m,
- III. Absaugeinrichtung mit Rauchgasschürzen, Höhe 40 cm, Abstand 2,5 m,
- IV. Absaugeinrichtung mit Rauchgasschürzen, Höhe 55 cm, Abstand 2,5 m.
-
Es wird deutlich, daß die beispielhaft
untersuchten Varianten eine Reduktion der Absaugleistung bzw. eine
Erhöhung
der Brandleistung bei konstanten Absaugvolumenstrom von bis zu circa
35% ermöglichen.
Da der Zusammenhang zwischen Brandleistung und erforderlichem Absaugvolumenstrom
mit zunehmender Brandleistung degressiv verläuft, wird durch Steigerung
der Effizienz die maximal zulässige
Brandleistung überproportional
angehoben. Die Absaugung der Rauchgase durch die Absaugeinrichtung
erreicht in Kombination mit Rauchgasschürzen damit eine höhere Effizienz
und kann deswegen größere Brände beherrschen.