DE20113242U1

DE20113242U1 - Sicherheitstreppenraum für ein Hochhaus

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Publication number: DE20113242U1
Application number: DE20113242U
Authority: DE
Original assignee: OSTERTAG DIETER
Current assignee: OSTERTAG DIETER
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2011-08-10

Description

FC 2001/0001

Sicherheitstreppenraum für ein Hochhaus

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Treppenraum, insbesondere Sicherheitstreppenraum für ein Hochhaus, der über Schleusen mit den Geschossen des Hochhauses verbunden ist, und mit Vorrichtungen zur Überdruckbelüftung, die eine Zufuhr von Außenluft am Kn'd'Q^sjTpeppenraumes und eine Luftabfuhr aus einer geregelten Überdruckklappe am Kopf desselben umfasst, sowie mit im Brandfall sich automatisch öffnenden Fenstern oder anderen Außenöffnungen in den Geschossen.

Grundlage der Zulassiingf-^nfi^nliegender Sicherheitstreppenräume als alleinigen Rettungsweg ist die Forderung nach Rauchfreihaltung, der natürlich ein außerordentlich hoher Stellenwert zukommt. Diese Rauchfreihaltung soll und kann durch eine Überdruckbelüftung sichergestellt werden, wobei anzumerken ist, dass zunächst nicht gewisse Druckwerte an sich bedeutsam sind, sondern vielmehr die durch bestimmte Differenzdrücke ausgelösten Luftströmungen, die z.B. den Durchtritt von Brandgasen und Rauch durch geöffnete Türen verhindern sollen. Siehe hierzu die Verwaltungsvorschrift zur Landesbauordnung VVBauO NRW-v. 12. 10. 2000.

Die bloße Erzeugung eines Überdrucks im Sicherheitstreppenraum allein reicht allerdings nicht aus. Luft kann nur dann durch die Schleusen strömen, wenn im Geschoss die Möglichkeit des Weiterströmens und des Ausströmens ins Freie gegeben ist. Die &igr;-, -. einzige zuverlässige Möglichkeit hierzu stellen automatisch ·';■ sich öffnende Außenöffnungen, z.B. Fenster dar.

Bisher wurde allerdings - auch von den Bauvorschriften - ein wichtiger Effekt nicht berücksichtigt, der die Wirkung der Überdruckbelüftung ernstlich in Frage stellt. Dies ist der Einfluss der Thermik, der hier zu einem enormen Gefährdungs-

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potenzial wird. Mit zunehmender Gebäudehöhe wachsen die Druckunterschiede, die sich naturgesetzlich aus Temperaturunterschieden zwischen dem Gebäudeinneren und der Außenluft ergeben. Die geplante, übliche Überdruckbelüftung ist auf einen Überdruck am Kopf des Treppenraumes (gegenüber dem Außendruck) eingestellt. Dort, am Kopf, kann sie dann unabhängig von der Außentemperatur ihre Aufgabe ordnungsgemäß erfüllen. Je weiter aber die Höhenlage vom Kopf abweicht, umso stärker spielen thermisch bedingte Druckverschiebungen eine Rolle.

Bei einer Außentemperatur von z.B. -10°C und einer für innenliegende Treppenräume natürlich typischen Innentemperatur von +20⁰C beträgt die Differenzdruckänderung je Meter Höhenänderung gut 1,3 Pa, je Geschoss rd. 5 Pa und bei 150 m Höhe rd.

200 Pa. Die innere, leichtere Luftsäule will nach oben, so daß die Thermik den Differenzdruck von oben nach unten immer kleiner werden lässt.

Vernachlässigt man Reibungseinflüsse, dann resultieren bei

-10⁰C außen aus planmäßig 40 Pa Überdruck am Kopf des Treppenraumes am Fuß

+40.- 200 = -160 Pa.

Das bedeutet, dass bei einem unten angenommenen Brandgeschoss im Sicherheitstreppenraum ein Unterdruck dieser Größe gegenüber dem Brandgeschoss, das infolge des geöffneten Fensters etwa Außendruck aufweist, ansteht. Die Schutzfunktion der Überdruckbelüftung wird nicht nur nicht erfüllt, vielmehr werden massiv Brandgase in den Treppenraum gesaugt. Die Schleusentüren, die jetzt in Richtung des umgekehrten Druckgefälles öffnen, werden nicht mehr schließen. Der Treppenraum wird zum Schornstein. Flüchtende haben dann keine Chance mehr im einzigen Rettungsweg.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen schädlichen Einfluss der Thermik auszugleichen und Treppen-

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räume, insbesondere Sicherheitstreppenräume im Brandfall zu wirklich sicheren Fluchtwegen zu machen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einem Treppenraum, insbesondere Sicherheitstreppenraum der eingangs genannten Art dadurch dass erfindungsgemäß zur Zufuhr der Außenluft eine bezüglich der Luftleistung regelbare Zuluftzufuhrvorrichtung vorgesehen ist und dass die Zuluftzufuhr und die Luftabfuhr mit Hilfe der regelbaren Zuluftzufuhrvorrichtung und der geregelten Überdruckklappe derart erfolgt, dass an den Schleusen im gesamten Treppenraum einerseits ein das Öffnen der Schleusentüren erlaubender Maximalluftdruck nicht überschritten wird, andererseits ein das Eindringen von Rauchgasen in den Treppenraum verhindernder Minimalluftdruck nicht unterschritten wird.

Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung beruht darauf, daß bei der Durchströmung des Treppenraumes von unten nach oben naturgesetzlich sich ergebende Druckgewinne (innen wärmer als außen, Kamineffekt) durch Reibungsdruckverluste bei der Durchströmung des Treppenraumes kompensiert werden.

Vorzugsweise regelt eine Regelvorrichtung den Eingangsluftdruck an der Zuluftzufuhrvorrichtung und den Ausgangsluftdruck an der Überdruckklappe auf in Abhängigkeit von der Außentemperatur festgelegte Sollwerte ein. Für die Bestimmung der maximal notwendigen Zuluftleistung und der Sollwerte muss selbstverständlich der Widerstandsbeiwert des Treppenraumes (Widerstand vorrangig bedingt durch Treppenpodeste und Treppenläufe) bekannt sein.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht die Anordnung einer oder mehrerer weiterer Zuluftzufuhrvorrichtungen zwischen Kopf und Fuß, insbesondere in der unteren Hälfte des

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Treppenraumes vor. Hiermit kann die Druckkonstanz in Abhängigkeit von der Höhe verbessert werden und die Ansprechgeschwindigkeit beim Öffnen und Schließen der Schleusentüren erhöht und damit das Sicherheitsniveau verbessert werden.

Alternativ kann man auch einen Luftkanal vorsehen, der vom Fuß des Treppenraums nach oben geführt ist und kalibrierte oder gesteuerte Auslässe in verschiedenen Höhen aufweist und dem durch eine Ventilatoranlage Außenluft zugeführt wird. Auch hierdurch wird eine höhere Druckkonstanz über die Höhe und eine verbesserte Ansprechgeschwindigkeit erzielt.

Hat ein Treppenraum eine Außenwand, dann lassen sich dort im Fassadenbereich Lüfter anordnen. Diese können mit hilfskraftlos regeldenen Überdruckklappen kombiniert werden. Hierdurch lässt sich die vorliegend Erfindung in besonders einfacher Weise realisieren. Diese Lösungsvariante ist auch bei völlig innen liegenden Treppenräumen anwendbar, wenn ausreichende Kanalquerschnitte zur Fassade untergebracht werden können.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die im Folgenden an Hand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung Bezug genommen.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 zeigt den Druckverlauf über die Gebäudehöhe im Winter; Fig. 3 zeigt den Druckverlauf über die Gebäudehöhe im Sommer; Fig. 4 zeigt den Verlauf von Druck und Temperatur bei -10⁰C außen und Brand im 30. Obergeschoss;

Fig. 5 zeigt den Druckverlauf bei -10⁰C außen und Brand in beliebigem Geschoss;

Fig. 6 zeigt eine zweite vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 zeigt eine dritte vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung;

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Fig. 8 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung.

Bei der in Fig.l dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der mit konstanter Drehzahl betriebene Zuluftventilator 1 für eine erheblich höhere Luftleistung bemessen, als sie zur Abschirmung einer offenen Schleuse nötig ist. Eine Zuluftregelklappe 2 regelt den tatsächlich eingeführten Volumenstrom. Stehen im Brandgeschoss 3 beide Türen der Schleuse 4 offen, dann wird ein Teilvolumenstrom ins Brandgeschoss 3 abgezweigt, wo die nachgeführte Luft Brandgase aus dem geöffneten Fenster ins Freie drückt. Der Rest der Luft strömt weiter zum Kopf des Treppenraumes, wo er über eine geregelte Überdruckklappe 5 ins Freie entlassen wird. Beide Regelklappen 2,5 regeln über hochwertige, &ldquor;schnelle" Regelkreise den Überdruck im Fuß- und Kopfbereich des Treppenraumes, z.B. auf jeweils 50 Pa.

Fig. 2 zeigt qualitativ den Druckverlauf über die Gebäudehöhe für den Fall geschlossener Schleusentüren (keine Abströmung, durchgezogene Linie). Bedingt durch die oben höheren thermischen Druckgewinne wird diese Linie am Kopf und am Fuß zwar dem eingestellten Sollwert entsprechen, dazwischen aber niedrigere Differenzdrücke gegenüber außen aufweisen. Werden nun beide Schleusentüren des Brandgeschosses (hier etwas oberhalb der mittleren Gebäudehöhe angenommen) geöffnet, dann kommt es zu der gewünschten Abströmung, die automatisch dazu führt, dass der Zuluftstrom - geregelt über die Zuluftregelklappe 2 ansteigt, während der Abluftstrom - geregelt über die geregelte Überdruckklappe 5 - niedriger wird. Gleichzeitig sinkt der Druckverlauf (strichlierte Linie) weiter ab. Der verbleibende Überdruck muss aber groß genug sein, um die Druckverluste bei der Strömung in den Brandraum zuzüglich der Druckverluste, die beim Ausströmen der heißen Brandgase durchs geöffnete Fenster entstehen, zu überwinden.

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Fig.3 zeigt schließlich die Situation im Sommer (z.B. + 32 ⁰C außen, +26 ⁰C innen). Jetzt wirkt die Thermik naturgemäß bremsend auf die Durchströmung. Die Soll-Überdruckwerte unten/oben müssen soweit verändert werden, daß deren Differenz ausreicht, Thermik und Reibungsdruckverluste zu überwinden.

Fig.4 zeigt beispielhaft den berechneten Druckverlauf über die Gebäudehöhe für den Winter-Auslegungsfall (-10 ⁰C außen) bei Brand im 30. OG. Dabei beträgt die Abströmung ins Brandgeschoss 9700 m³/h, die Zuluftleistung ergibt sich zu rd.

35000 m³/h. Der berechnete Temperaturverlauf zeigt deutlich, daß selbst diese hohen Zuluftmengen bereits im 10.OG auf +10⁰C aufgewärmt sind und damit die Thermik gegenüber dem Anfangszustand nur wenig gemindert wird.

Fig.5 zeigt den Druckverlauf bei Brand in einem beliebigen Geschoss. Dabei liegt der Druck im Brandgeschoss jeweils auf der dicken Hüllkurve, während der Druckverlauf darunter und . darüber den zugehörigen dünnen Linien folgt. Die Rechenergebnisse zeigen, dass der Druck im &ldquor;worst case", bei Brand etwa im 17.0G, auf rd. 12 Pa abfällt.. Dies bedeutet, dass in dem hier betrachteten Beispielfall der Überdruck an Kopf und Fuß des Treppenraumes über das Wunschmaß 50 Pa hinaus auf etwa 63 Pa angehoben werden muss, um im Brandgeschoss die für die Abströmung notwendigen 25 Pa zur Verfügung zu haben. Dies gilt freilich nur bei den extremen -10⁰C Außentemperatur.

Bei der in Fig.6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist zusätzlich im Vergleich zu der Ausführungsform nach Fig.l ein zweiter Zuluftventilator 6 und eine zweite Zuluftregelklappe 7 in mittlerer Höhe vorgesehen. Hierdurch kann die Druckkonstanz über die Höhe verbessert werden und damit auch die Anwendung der Erfindung für noch höhere Hochhäuser ermöglicht werden. Ferner erreicht man eine höhere Schutzwirkung durch höhere Abströmleistung ins Brandgeschoss.

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Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem wiederum gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile wie in den Figuren 1 und 6 bezeichnen, ist parallel zum Treppenraum ein Luftkanal 8 vom Fuß bis z.B. mittlerer Höhe vorgesehen, der kalibrierte oder auch gesteuerte Auslässe 9 in verschiedenen Höhen aufweist. Der Zuluftventilator 1 führt dem Luftkanal 8 Außenluft zu, die von der Zuluftregelklappe 2 geregelt wird. Hiermit erreicht man die bereits in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß Fig. 6 beschriebenen Vorteile.

Fig. 8 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mit besonders wenig aufwändigen Mitteln die Erfindung realisiert. Dieses Beispiel geht zunächst davon aus, dass der Treppenraum an einer Außenwand angeordnet ist. In der Außenwand ist in verschiedenen Höhen eine Reihe von Lüftern eingebaut, die in Verbindung mit einfachen, hilfskraftlos regelnden Überdruckklappen 11 als Zuluftzufuhrvorrichtung wirken, während die Luftabfuhr über die geregelte Überdruckklappe 5 erfolgt.

Eine nicht in den Figuren dargestellte Variante der Ausführungsform der Fig. 8 besteht darin bei einem Treppenraum, der nicht an einer Außenwand anschließt, zwischen den an der Fassade angeordneten Lüftern 10 und dem Treppenraum Luftkanäle ausreichenden Querschnitts vorzusehen.

Claims

1. Treppenraum, insbesondere Sicherheitstreppenraum für ein Hochhaus, der über Schleusen mit den Geschossen des Hochhauses verbunden ist, und mit Vorrichtungen zur Überdruckbelüftung, die eine Zufuhr von Außenluft am Fuß des Treppenraumes und eine Luftabfuhr aus einer geregelten Überdruckklappe am Kopf desselben umfasst, sowie mit im Brandfall automatisch offenbaren Fenstern oder anderen Außenöffnungen in den Geschossen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zufuhr der Außenluft eine bezüglich der Luftleistung regelbare Zuluftzufuhrvorrichtung (1, 2, 6, 7, 8, 9, 10,11) vorgesehen ist und dass die Zuluftzufuhr und die Luftabfuhr mit Hilfe der regelbaren Zuluftzufuhrvorrichtung (1, 2, 6, 7, 8, 9, 10, 11) und der geregelten Überdruckklappe (5) derart erfolgt, dass an den Schleusen (4) im gesamten Treppenraum einerseits ein das Öffnen der Schleusentüren erlaubender Maximalluftdruck nicht überschritten wird, andererseits ein das Eindringen von Rauchgasen in das Treppenraum verhindernder Minimalluftdruck nicht unterschritten wird.

2. Treppenraum nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelvorrichtung den Eingangsluftdruck an der Zuluftzufuhrvorrichtung (1, 2, 6, 7, 8, 9, 10,11) und den Ausgangsluftdruck an der Überdruckklappe (5) auf in Abhängigkeit von der Außentemperatur festgelegte Sollwerte ein regelt.

3. Treppenraum nach Schutzanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere weitere Zuluftzufuhrvorrichtungen (6, 7, 8, 9, 10,11) zwischen Fuß und Kopf des Treppenraumes vorgesehen sind.

4. Treppenraum nach Schutzanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Zuluftzufuhrvorrichtungen (6, 7, 8, 9, 10,11) in der unteren Hälfte des Treppenraumes angeordnet sind.

5. Treppenraum nach Schutzanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftkanal (8) vom Fuß des Treppenraumes nach oben geführt ist, der kalibrierte oder gesteuerte Auslässe (9) in verschiedenen Höhen aufweist und dem durch eine Ventilatoranlage (1, 2), vorzugsweise im unteren Gebäudebereich, Außenluft zugeführt wird.

6. Treppenraum nach Schutzanspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Zuluftzufuhrvorrichtung im Fassadenbereich eingebaute Lüfter (10) vorgesehen sind.

7. Treppenraum nach Schutzanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Lüftern (10) und dem Treppenraum Luftkanäle entsprechenden Querschnitts vorgesehen sind.

8. Treppenraum nach Schutzanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfter (10) in Kombination mit hilfskraftlos regelnden Überdruckklappen (11) verwendet werden.