DE19825420A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Rauchgas- und Wärmeabsaugung sowie zur Betriebslüftung für Verkehrsbauten und Räume - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rauchgas- und Wärmeabsaugung sowie zur Betriebslüftung für Verkehrsbauten und Räume. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung einer Rauchgas- und Wärmeabzugsanlage sowie einer Betriebslüftung für Verkehrsbauten und Räume, die keine Rohrventilatoren zur Rauchgasabsaugung benutzt und zwecks Absaugung der Rauchgase einen Unterdruck im gesamten Abzugskanal aufbaut (Figur 1), ist dadurch gekennzeichnet, daß sich im Innern eines vorzugsweise unter der Tunneldecke 1 bzw. Raumdecke befindlichen modular aufgebauten Rauchabzugskanal 2 mit gleichmäßig verteilten großen Deckenöffnungen 2a eine Vielzahl von umsteuerbaren Jet-Ventilatoren 3 über die gesamte Länge gleichmäßig verteilt befinden, die die Luft bzw. Rauchgase 4 eines Feurs 5 auf der Fahrbahn 8 im Rauchabzugskanal durch ihre Impulswirkung 3a in kurzer Zeit in die jeweilige Richtung beschleunigen. Die dann im Brandfall hineinströmenden heißen Rauchgase werden sofort im Rauchabzugskanal indirekt durch die Wasserkühlung des Rauchabzugskanals und/oder direkt durch eine Verdampfungskühlung 6 - Wasser-Quenche - gekühlt, so daß sich das Volumen der abzuführenden Rauchgasmenge verringert, sich die Wirkung der Jet-Ventilatoren durch die Dichteänderung der Rauchgase verstärkt und die Temperatur der Rauchgase über die Verdampfungskühlung so eingestellt wird, daß - auch bei Dauerbetrieb - keine Schäden an den Bauten- und Anlagenteilen entstehen können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für Verkehrsbauten und Räume zur Rauchgas- und Wärmeabsaugung im Brandfall durch örtlich gezielte Absaugung der Rauchgase sowie der Lüftung im Betriebsfall "starker Verkehr" bzw. "schlechte Luftqualität" durch Absaugung der schadstoffbelasteten Luft oder durch gezielte Frischluftzufuhr.

Bei Bränden in Verkehrsräumen, wie z. B. Tunneln, muß über einen gewissen Zeitraum gewährleistet sein, daß sich durch die ent­ stehenden Brand- und Plumegase die Sicht nicht derart ver­ schlechtert, daß die vorgesehenen Fluchtwege nicht mehr sicher erkannt bzw. benutzt werden können.

Dieser Forderung nachkommend, werden Rauchabzugsanlagen in Ver­ kehrsbauten und Räumen eingesetzt (vgl. EP 0428 108 A2). Rauch­ abzugseinrichtungen besitzen grundsätzlich den Vorteil, daß zum einen die notwendige Sicht für Rettung von Personen und Gegen­ ständen verbessert wird und daß zum anderen die in Brandnähe herrschenden Temperaturen und Rauchgasmengen vor allem zu Beginn des Brandes wesentlich geringer sind als bei bei Nichtvorhanden­ sein einer Rauchabzugsanlage.

Für geschlossene Räume können z. B. die Rauchabzugsanlagen nach DIN 18 232 (Teil 1 - Teil 3) derart projektiert werden, daß die freie Sicht bis zu einer bestimmten Höhe bei einer angenommenen Brandlast gewährleistet ist. Diese Vorgehensweise ist i. allg. für Verkehrsbauten aus verschiedenen Gründen nicht möglich.

Für Verkehrsbauten, wie z. B. Tunnel, sind verschiedene Konzepte bekannt, um den Forderungen an den Brandschutz bzw. die Einhal­ tung der Sichtbedingungen gerecht zu werden. Im wesentlichen handelt es sich um zwei unterschiedliche Verfahren:
Es wird im Brandfall im Tunnel eine hohe Längslüftung, z. B. über große Jet-Ventilatoren, derart eingestellt, daß die Luv-Seite des Feuers in jedem Fall rauchfrei gehalten wird (kein Rück­ schlagen - Backlayering - der Rauchgase). Die dazu notwendigen axialen Strömungsgeschwindigkeiten im Tunnel sind bekannt und liegen im Bereich von bis zu 4-6 m/s. Die Lee-Seite des Feuers wird bei diesen Strömungsgeschwindigkeiten allerdings völlig verraucht und kann als Fluchtweg nicht mehr benutzt werden.

Das zweite Verfahren beinhaltet die Rauchabsaugung über speziel­ le im Tunnel über die gesamte Länge angebrachte Rauchabzugskanä­ le. Entweder wird über alle vorhandenen Öffnungen im Rauchab­ zugskanal gleichmäßig abgesaugt (Multi-Point-System) oder es werden von den im gesamten Rauchabzugskanal gleichmäßig vorhan­ denen Brandklappen nur die in der Nähe des Brandes geöffnet, über die dann die Brandgase abgesaugt werden können (Single- Point-System). Die Single-Point-Absaugung hat sich dabei meist als die effizientere Methode herausgestellt.

In allen bekannten Fällen von Rauchabzugsanlagen kommen zur Absaugung der Rauchgase zentrale Rohrventilatoren (Portal-Venti­ latoren) zum Einsatz, die meist am Ausgang der Rauchabzugskanäle (Portal oder Kamin) angebracht sind (z. B. EP 0428 108 A2).

Diese Anlagen sind prinzipiell auch einsetzbar für die Betriebs­ lüftung, entweder durch Absaugung der schadstoffbeladenen Luft (Abluft-Halbquer-Lüftung) oder durch Zuführung von Frischluft (Zuluft-Halbquer-Lüftung), indem die Portal-Ventilatoren umge­ steuert werden.

Der wesentliche Nachteil aller bekannten Anordnungen zur Rauch­ gasabsaugung besteht in Folgendem: Zum einen muß zunächst durch den Portal-Ventilator (Rohrventilator), der sich am Ende des Absaugsystems befindet, ein Unterdruck aufgebaut werden, damit die Brandgase durch die Öffnungen (Brandklappen) in den Rauch­ abzugskanal angesaugt werden können. Der größte Druckunterschied herrscht direkt am Rohrventilator und der geringste Druckunter­ schied an der Öffnung, an der die Rauchgase abgesaugt werden sollen. Bei längeren Strecken, z. B. in Tunneln, kann die Zeit für das Aufbauen des notwendigen Unterdruckes bis zu einigen Minuten betragen. Zum anderen muß beim Single-Point-System vor­ ausgesetzt werden, daß alle Brandklappen des gesamten Rauchab­ zugskanals, die sich nicht in Brandnähe befindenden, druckdicht sind. Im Falle von Leckagen wird die Effektivität des Rohrventi­ lators und damit die Absaugleistung verringert, was bis zum Totalausfall des Systems im Brandfall führen kann. Weiterhin können in Brandnähe liegende Bauteile und Einrichtungen ein­ schließlich des Abzugskanals selbst infolge der hohen Brandtem­ peraturen in Mitleidenschaft gezogen werden. Bei Bränden in der Nähe der Portal-Ventilatoren sind solche Anlagen auf Grund der hohen Temperaturen am Rohrlüfter nicht mehr funktionstüchtig. Zudem werden meist zwei Portal-Ventilatoren eingesetzt (doppel­ te installierte Leistung), um so die Sicherheit (Redundanz) des Systems zu erhöhen. Es sind auch Anlagen bekannt, bei denen die konventionellen Rauchabzugsanlagen durch den Einsatz von Sprink­ ler-Anlagen in Brandnähe ergänzt werden (EP 0703807 A1).

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Rauchgas- und Wärmeabzugsanlage sowie eine Betriebslüftung für Verkehrsbauten und Räume zu bauen, die nach dem Einschalten ohne wesentliche Verzögerung wirkt, durch Leckagen am Rauchgaskanal nicht unwirk­ sam wird, den Anlagenteilen selbst (Rauchabzugskanal und Tunnel­ wand) sicheren Schutz auch bei großen Brandlasten bietet und die die Funktion der Betriebslüftung als Abluft-Halbquer-Lüftung, als Zuluft-Halbquer-Lüftung sowie-deren Kombination realisiert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprü­ che 1, 6 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im folgendem wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in den Fig. 1 und 2a, b und c erläu­ tert.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung einer Rauch­ gas- und Wärmeabzugsanlage sowie einer Betriebslüftung für Ver­ kehrsbauten und Räume, die keine Rohrventilatoren zur Rauchgas­ absaugung benutzt und zwecks Absaugung der Rauchgase einen Unterdruck im gesamten Abzugskanal aufbaut (Fig. 1), ist da­ durch gekennzeichnet, daß sich im Innern eines vorzugsweise unter der Tunneldecke 1 bzw. Raumdecke befindlichen modular aufgebauten Rauchabzugskanal 2 mit gleichmäßig verteilten großen Deckenöffnungen 2a eine Vielzahl von umsteuerbaren Jet-Ventila­ toren 3 über die gesamte Länge gleichmäßig verteilt befinden, die die Luft bzw. Rauchgase 4 eines Feuers 5 auf der Fahrbahn 8 im Rauchabzugskanal durch ihre Impulswirkung 3a in kurzer Zeit in die jeweilige Richtung beschleunigen. Die dann im Brandfall hineinströmenden heißen Rauchgase werden sofort im Rauchabzugs­ kanal indirekt durch die Wasserkühlung des Rauchabzugskanals und/oder direkt durch eine Verdampfungskühlung 6 - Wasser-Quen­ che - gekühlt, so daß sich das Volumen der abzuführenden Rauch­ gasmenge verringert, sich die Wirkung der Jet-Ventilatoren durch die Dichteänderung der Rauchgase verstärkt und die Tempe­ ratur der Rauchgase über die Verdampfungskühlung so eingestellt wird, daß - auch bei Dauerbetrieb - keine Schäden an den Bau­ ten- und Anlagenteilen entstehen können. Durch die Wasserkühlung des Rauchabzugskanals und durch die Wasser-Quenchen erfolgt somit ein Bautenschutz.

Durch die gleichmäßige Anordnung der Jet-Ventilatoren wird die gesamte Rauch-/Luft-"Säule" 4 im Rauchabzugskanal gleichzeitig in die jeweilige Richtung schnell beschleunigt (vgl. Fig. 1). Anzahl und Leistung der Jet-Ventilatoren 3 sind abhängig vom Querschnitt des Rauchabzugskanals 2 und von der zu projektieren­ den Absaugleistung der Anlage (Rauchgasmenge), die sich aus der zu beherrschenden Brandlast ableiten läßt.

Die Absaugung nach dem Single-Point-System wird durch die um­ steuerbaren Jet-Ventilatoren derart erreicht, daß alle Jet-Ven­ tilatoren rechts vom Feuer nach rechts und die links vom Feuer befindlichen nach links in Betrieb gehen, woraus eine örtlich begrenzte Absaugung der Rauchgase im Bereich des Feuers resul­ tiert (vgl. auch Fig. 1). Im Bereich des Brandes selbst sind keine Jet-Ventilatoren eingeschaltet; hier wird die Temperatur der Rauchgase vor allem über die Verdampfungskühlung gesenkt.

Bei diesem System ist - im Gegensatz zu allen bekannten Sy­ stemen - der größte Unterdruck und somit die größte Absauglei­ stung an der Stelle, wo die Rauchgase in den Rauchabzugskanal eintreten; der Unterdruck baut sich bis zum Ende des Rauchab­ zugskanals über die jeweilige Anzahl von Jet-Ventilatoren gleichmäßig ab, wodurch auch bei Ausfall eines oder mehrerer Jet-Ventilatoren die Systemleistung nur unwesentlich sinkt. Damit unterscheidet sich dieses Verfahren und die Vorrichtung zur Rauch- und Wärmeabsaugung sowie zur Betriebslüftung in Verkehrsbauten und Räumen grundsätzlich von allen bisher Bekann­ ten.

Der Eintritt der Rauch- und Plumegase im Bereich der Öffnungen des Rauchabzugskanals wird durch die Thermik des Feuers selbst unterstützt. Da sich die statischen Drücke umgekehrt proportio­ nal zu den Geschwindigkeiten verhalten, wirkt permanent ein Unterdruck in Richtung Rauchabzugskanal, womit sichergestellt ist, daß vagabundierende Rauchgase erfaßt werden und auch bei Undichtheiten des Kanals keine Rauchgase zurück in den Verkehrs­ raum austreten können.

In den Öffnungen des Rauchabzugskanals 2a befinden sich entweder festgestellte Luftleitbleche 7 (Lamellen), vorzugsweise mit einem Anstellwinkel von 60 Grad in Strömungsrichtung bzw. 90 Grad, oder in mehreren Stellungen steuerbare Luftleichtbleche 7, mit denen die Öffnungen auch zugesteuert 2b werden können. Auf Grund der Unterschiede in den Strömungsgeschwindigkeiten der Gase zwischen dem Verkehrsraum (z. B. Tunnel) und dem Rauchab­ zugskanal (dynamische Druckkomponente), wird ein Rückströmen der Rauchgase aus dem Rauchabzugskanal in den Verkehrsraum verhin­ dert. Soll oder kann im Rauchabzugskanal nur in einer Richtung abgesaugt werdend so müssen jeweils nur die Jet-Ventilatoren einer Seite eingeschaltet werden, um die Single-Point-Absaugung der Rauchgase zu erreichen. Bei der Betriebslüftung nach dem Prinzip der Abluft-Halbquer-Lüftung können die Jet-Ventilatoren wie im Falle eines Brandes arbeiten: Die rechts von der Absaug­ öffnung 2a liegenden Jet-Ventilatoren 3 arbeiten also nach rechts, während die links von der Öffnung liegenden Jet-Ventila­ toren nach links eingeschaltet sind. Soll die Betriebslüftung nach dem Prinzip der Zuluft-Halbquer-Lüftung arbeiten, müssen die rechts von der Absaugöffnung 2a liegenden Jet-Ventilatoren 3 nach links arbeiten und die links von der Öffnung liegenden Jet-Ventilatoren sind nach rechts eingeschaltet. Aus energeti­ schen Gründe reicht es aber für die Betriebslüftung aus, jeweils nur eine Richtung - die Zuluft oder die Abluft - mit Jet-Venti­ latoren entsprechend Fig. 2a und 2b zu steuern: Für die Zuluft- Halbquer-Lüftung werden alle rechts vom Lüftungspunkt liegenden Jet-Ventilatoren nach links eingeschaltet und nur ein auf der linken Seite befindlicher Jet-Ventilator arbeitet nach rechts, wodurch sichergestellt ist, daß die Frischluft 9 am Lüftungs­ punkt vom Rauchabzugskanal 2 in den Verkehrsraum tritt. Die Abluft 10 strömt durch den Verkehrsraum und den Rauchabzugska­ nal. Bei der Abluft-Halbquer-Lüftung nach Fig. 2b werden nur die Jet-Ventilatoren 3 nach links eingeschaltet, die links von der Öffnung/Lüftungspunkt 2a liegen, woraus sich eine Single- Point-Absaugung der Abluft ergibt. Die Frischluft 9 wird über den Verkehrsraum und den Rauchabzugskanal 2 mit entsprechend angestellten Luftleitblechen in den Öffnungen 2a zugeführt.

Möglich ist auch für eine Betriebslüftung die Kombination aus Abluft-Halbquer-Lüftung und Zuluft-Halbquer-Lüftung entspre­ chend Fig. 2c.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen vor allem darin,

• - daß im Brandfall eine schnelle Reaktion des Systems erfolgt (hohe Absaugleistung im Single-Point-System unabhängig von der Lage des Brandes),
• - Leckagen auf Grund des Funktionsprinzip keinen Einfluß auf die Absaugleistung besitzen,
• - daß durch die direkt und/oder indirekt gekühlten Rauchgase keine Schäden (auch über eine längere Betriebszeit der Anlage) entstehen,
• - daß die Vorrichtung durch entsprechende Ansteuerung der Jet- Ventilatoren eine Betriebslüftung als Abluft-Halbquer-Lüftung wie auch als Zuluft-Halbquer-Lüftung realisiert und
• - daß sich durch den eventuellen Ausfall einiger Jet-Ventilato­ ren die Systemleistung nur unwesentlich verringert.

Das Verfahren und die Vorrichtung zur Rauchgas- und Wärmeabsau­ gung sowie zur Betriebslüftung für Verkehrsbauten und Räume entsprechend den Patentansprüchen 1 - 10 kann vorteilhaft in dem bereits vorgeschlagenen Verfahren zur Reinigung der Abluft von Partikeln und Gasen nach DE 196 46 766.7 integriert werden.

Im folgendem wird noch einmal der Inhalt der Figuren zusammen­ fassend genannt.

Fig. 1 stellt schematisch den Betriebsfall "Brand" im Tunnel mit beidseitiger Absaugung dar: Im Bereich des detektierten Feuers 5 bleiben die Jet-Ventilatoren 3 ausgeschaltet, die Was­ ser-Quenche 6 (Verdampfungskühlung) wird hier eingeschaltet. Rechts und links vom Feuer 5 bis zum Ende des Rauchabzugskanals werden alle Jet-Ventilatoren 3 eingeschaltet und die Decken­ öffnungen vorzugsweise über steuerbaren Luftleitbleche 7 ge­ schlossen, woraus eine Single-Point-Absaugung im Bereich des Feuers 5 resultiert.

Fig. 2a, 2b und 2c stellen den Betriebszustand "Lüftung" mit den Funktionen Zuluft-Halbquer-, Abluft-Halbquer-Lüftung und die Kombination beider Lüftungsarten zur Zuluft-Halbquer- und Abluft-Halbquer-Lüftung dar.

Claims (10)

1. Verfahren zur Rauchgas- und Wärmeabsaugung sowie zur Be­ triebslüftung in Verkehrsbauten und Räumen mittels eines vorzugsweise an der Decke befindlichen Deckenkanals mit nach unten zum Verkehrsraum vorhandenen verschließbaren Öffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß im Brand-/Lüftungsfall der Rauch/die Luft im Inneren des Deckenkanals (2) beginnend vom Brandherd/Lüftungspunkt bis Ende des Kanals gleichmäßig über die gesamte Länge durch die Impulswirkung von im Kanal an­ geordneten Jet-Ventilatoren (3) derart beschleunigt wird, daß an den Öffnungen (2a) in Brandherdnähe/am Lüftungspunkt, an der die Jet-Ventilatoren (3) nicht in Betrieb sind, der größ­ te Unterdruck bzw. die größte Absaugleistung erzeugt wird und eine Single-Point-Absaugung erfolgt.

2. Verfahren zur Rauchgas- und Wärmeabsaugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase im Deckenkanal (2) derart beschleunigt werden, daß auf Grund der höheren Strö­ mungsgeschwindigkeit der Gase im Deckenkanal (2) gegenüber dem Verkehrsraum ein permanenter dynamischer Druck in Rich­ tung des Deckenkanals (2) erzeugt wird.

3. Verfahren zur Rauchgas- und Wärmeabsaugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Brandfall die heißen Rauchgase im Eintrittsbereich der Öffnungen (2a) durch im Innern des Deckenkanals (2) angeordnete, über die gesamte Länge des Deckenkanals verteilte Wasser-Quenchen (6) (Verdampfungsküh­ lung) heruntergekühlt werden, wobei die Regelung der Wasser- Quenche (6) auf eine Kühlendtemperatur derart erfolgt, daß sich kein Kondensat bildet und ein Dauerbetrieb der gesamten Anlage bei einer gegebenen projektierten Wärmemenge (maximale Brandlast) möglich ist.

4. Verfahren zur Rauchgas- und Wärmeabsaugung sowie zur Be­ triebslüftung in Verkehrsbauten und Räumen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise eine beidseitige Ab­ saugung oder eine Absaugung in einer Richtung durch Umsteue­ rung der Jet-Ventilatoren im Deckenkanal (2) erfolgt.

5. Verfahren zur Rauchgas- und Wärmeabsaugung sowie zur Be­ triebslüftung in Verkehrsbauten und Räumen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Ansteuerung der im Deckenkanal (2) befindlichen umsteuerbaren Jet-Venti­ latoren (3) eine Betriebslüftung mit den Funktionen Zuluft- Halbquer- oder Abluft-Halbquer-Lüftung sowie die Kombination beider Lüftungsarten zur Zuluft-Halbquer- und Abluft-Halb­ quer-Lüftung realisiert werden kann.

6. Vorrichtung zur Rauchgas- und Wärmeabsaugung sowie zur Be­ triebslüftung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Deckenkanals (2), über die gesamte Länge ver­ teilt, steuerbare bzw. umsteuerbare Jet-Ventilatoren (3) angeordnet sind.

7. Vorrichtung zur Rauchgas- und Wärmeabsaugung sowie zur Betriebslüftung in Verkehrsbauten und Räumen mittels eines an der Decke befindlichen Deckenkanals, dadurch gekennzeich­ net, daß der Deckenkanal (2) wassergekühlt ist und im Decken­ kanal, über die gesamte Länge verteilt, Wasser-Quenchen (6) angeordnet sind.

8. Vorrichtung zur Rauchgas- und Wärmeabsaugung sowie zur Be­ triebslüftung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Öffnungen (2a) des Deckenkanals (2) festgestellte und/oder umsteuerbare Lamellen (Luftleitbleche) (7) angeord­ net sind.

9. Vorrichtung zur Rauchgas- und Wärmeabsaugung sowie zur Be­ triebslüftung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Single-Point-Absaugung bei Absaugung in nur eine Richtung im Deckenkanal (2) zuschaltbare, steu­ erbare Jalousien/Schotten angeordnet sind.

10. Vorrichtung zur Rauchgas- und Wärmeabsaugung sowie zur Be­ triebslüftung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckenkanal (2) mit Jet-Ventilatoren (3) und weiteren Einrichtungen modular aufgebaut ist.