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Die Erfindung betrifft eine Vorrrichtung
zur Sicherheitsüberwachung
von Feuerstätten.
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In vielen Gebäuden werden Feuerstätten zunehmend
auch in Wohnräumen
aufgestellt. Beim Betrieb dieser Feuerstätten, insbesondere von Feuerstätten für feste
Brennstoffe, können
sich Probleme dadurch ergeben, dass der Luftdruck im Aufstellungsraum
der Feuerstätte
zu stark absinkt.
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Feuerstätten für feste Brennstoffe arbeiten
in der Regel mit Unterdruck, der meist ausschließlich durch einen Schornstein
erzeugt wird. Diese Unterdrücke
liegen in der Regel im Bereich von sehr wenigen Pascal und weisen
relativ geringe Volumenströme
von ca. 0 bis 50 m3/h auf . Werden die Brennräume der
Feuerstätten
nicht regelmäßig gereinigt,
so kann durch die Schlackenbildung ein Abzug der Abgase durch den
Schornstein derart behindert werden, dass praktisch keinerlei Unterdruck
mehr im Feuerraum erzeugt wird. Bei bestimmten Betriebszuständen der
raumlufttechnischen Anlagen wie falsche Dimensionierung oder Fehlbedienung
können
durch die raumlufttechnische Anlage Drücke von bis zu 100 Pa und Volumenströme von bis
zu 500 m3/h erzeugt werden. Dann kann es,
wie auch bei Störfällen, dazu kommen,
dass im Aufstellraum der Feuerstätte
ein Unterdruck herrscht, der größer ist
als der im Feuerraum der Feuerstätte
mittels Schornstein oder Absauggebläse erzeugte Unterdruck. Dadurch
kann ein gefährlicher
Betriebszustand entstehen, in dem die Rauchgase zum Beispiel über Undichtigkeiten
der Feuerstätte, über den
Schornstein oder Verbindungsleitungen oder über gewollte Verbrennungsluftöffnungen
an der Feuerstätte
durch den Unterdruck im Aufstellraum in diesen Aufstellraum gesogen
werden. In einem solchen Fall entstehen Gefahren durch CO und andere
für Mensch
und Tier schädliche
Verbrennungsgase. Auch können
Flammen und Heizgase beispielsweise in den Vorratsbehälter einer
Pelletfeuerstätte
gezogen werden. Dadurch kann es zu einer Rückbrandgefahr in den Vorratsbehälter dieser
rieselfähigen
Brennstoffe kommen.
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Bei Altbauten und schlecht gedämmten Gebäuden treten
diese Problemfälle
in der Regel weniger häufig
auf, da durch die Undichtigkeiten in der Gebäudehülle genügend Frischluft nachströmen kann.
Bei gut gedämmten
Gebäuden
hingegen, insbesondere bei Niedrigenergie- und Passivhäusern, bei
denen die Feuerstätten
häufig
im Luftverbund mit raumlufttechnischen Anlagen zur Be- und Entlüftung angeordnet
sind, kann ein erheblicher Unterdruck im Aufstellraum der Feuerstätte entstehen.
Insbesondere bei Feuerstätten,
die aufgrund vorhandener Leckageraten nicht raumluftunabhängig betrieben
werden, muss daher für
diese Probleme eine nach dem Baurecht zulässige Lösung gefunden werden.
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Derzeit schreibt das Baurecht bei
Gebäuden mit
raumlufttechnischen Anlagen als erste Möglichkeit eine dauerhafte gegenseitige
Verriegelung von Feuerstätte
und raumlufttechnischen Anlagen vor. Diese Maßnahme ist aber bei Passivhäusern und Niedrigenergiehäusern nicht
anwendbar, da bei diesen Häusern
die raumlufttechnischen Anlagen zur Verteilung der Wärme eingesetzt
werden sollen und müssen.
Es ist daher ein zeitglei cher Betrieb beider Einrichtungen notwendig,
der nur im Störfall
unterbunden werden muss. Eine weitere Möglichkeit zur Überwachung
der Sicherheit von Feuerstätten
besteht gemäß dem geltenden
Baurecht darin, den Unterdruck im Aufstellraum auf einen Wert von
maximal 4 Pa gegenüber
der Gebäudeaußenseite
zu begrenzen. Da es draußen
jedoch durch Witterungseinflüsse,
insbesondere durch Winddruck und Sturm, zu weitaus größeren Schwankungen
des Luftdrucks als der zu messende Differenzdruck zwischen der Gebäudeinnenseite
und der Gebäudeaußenseite kommt,
ist diese Möglichkeit
in der Praxis kaum umzusetzen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit der Sicherheitsüberwachung
von Feuerstätten
zu schaffen, die zuverlässig
ist und einfach in der Anwendung.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung
der eingangs genannten Art gelöst,
die mindestens eine in der Feuerstätte angeordnete Drucksonde
aufweist, die mit einer Auswerteeinrichtung mit Differenzdruckmesseinrichtung
verbunden ist, wobei die Auswerteeinrichtung aus den Werten der
Sonde den Differenzdruck bestimmt, mit dem Differenzdruck einen
Grenzwertvergleich vornimmt und bei Überschreiten des Grenzwertes
durch den Differenzdruck die Feuerstätte und/oder eine Sicherheitseinrichtung
und/oder einen Alarmgeber ansteuert. Es wird der Luftdruck innerhalb
der Feuerstätte
und der Luftdruck im Aufstellraum der Feuerstätte gemessen, die Differenz
zwischen diesen Luftdruckwerten gebildet und bei Überscheiten
eines Grenzwerts durch den Differenzdruck die Feuerstätte abgeschaltet
und/oder eine Sicherheitsvorrichtung, insbesondere eine Lüftungs-
oder Brandschutzklappe, und/oder ein Alarmgeber betätigt. Bei
Vorhandensein einer raumlufttechnischen Anlage im Luftverbund mit
der Feuerstätte
kann auch diese bei Überschreiten
des Grenzwerts abgeschaltet werden.
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Der Differenzdruck zwischen Feuerstätte und
Aufstellraum ist leichter zu erfassen und weniger störanfällig als
die Erfassung des Differenzdrucks zwischen Aufstellraum und Gebäudeaußenseite.
Die Mess- und Leitungswege sind kürzer, und Witterungseinflüsse können das
Messergebnis nicht verfälschen.
Auch die Temperaturverhältnisse
in der Feuerstätte
und im Aufstellraum sind einigermaßen konstant, was für die Druckmesstechnik
von Vorteil ist. Den baurechtlichen Vorschriften, nach denen sichergestellt
werden muss, dass keine Rauchgase in gefährdender Menge austreten können, wird
Genüge getan.
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Vorzugsweise wird dabei der Luftdruck
im Brennraum der Feuerstätte
gemessen, da dort die Rauchgase entstehen. Der einzuhaltende Grenzwert für den Differenzdruck
kann von Gebäude
zu Gebäude
variieren und wird daher zweckmäßigerweise
empirisch ermittelt.
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Für
eine zuverlässige Überwachung
können Luftdruckschwankungen
in der Feuerstätte
und/oder dem Aufstellraum aufgrund von Witterungseinflüssen, Luftbewegungen
durch Öffnen
von Fenstern und Türen
bei der Auswertung der Messergebnisse eliminiert werden.
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Befindet sich die Feuerstätte im Luftverbund mit
einer oder mehreren raumlufttechnischen Anlagen, so kann die Auswerteeinrichtung
bei Überschreiten
des Grenzwerts durch den Differenzdruck die raumlufttechnische Anlage
ansteuern.
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Die Auswerteeinrichtung kann mindestens ein
Zeitglied aufweisen, mit dem beispielsweise die unterschiedlichen
Verhältnisse
beim Starten der Feuerstätte
berücksichtigt
werden können.
Dafür lässt sich
statt des Zeitglieds auch ein Temperaturglied einsetzen. Die Auswerteeinrichtung
kann auch eine Glättung
des zeitlichen Verlaufs des Differenzdrucks vornehmen, wodurch sich
externe Störfaktoren
wie Winddruck, Druckänderungen
durch schnelles Bewegen von Türen, Öffnen von
Fenstern usw. ausschließen
lassen und auch der unterschiedliche Druck des Schornsteins im Ruhezustand
und während
des Betriebs berücksichtigt
werden kann. Die Glättung
kann beispielsweise über
ein Zeitglied oder durch Mittelwertbildung vorgenommen werden.
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Um im Störfall die erforderlichen Maßnahmen
durchführen
zu können,
kann die Auswerteeinrichtung mit der elektronischen Regelung einer
Feuerstätte
für Gas, Öl oder feste
Brennstoffe mit oder ohne automatischer Bestückung verbunden sein. Feuerstätten mit
automatischer Beschickung und Regelung sind schnell regelbar und
daher abschaltbar. Bei ihnen ist in aller Regel ein Gebläse vorgesehen, sodass
hier die Unterdrücke
im Feuerraum größer sind
als bei Öfen
mit manueller Beschickung. Aufgrund der automatischen Beschickung
und integrierter Vorratsbehälter
ist jedoch die Leckagerate in der Regel deutlich höher als
bei Feuerstätten
mit manueller Beschickung.
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Feuerstätten mit manueller oder chargenweiser
Bestückung
können
nicht abgeschaltet werden, da immer der komplette Ausbrand einer
Charge stattfindet. Diese Feuerstätten sind jedoch besonders
kritisch zu betrachten, da hier der gesamte Unterdruck in der Feuerstätte ausschließlich über den
Schornstein erzeugt wird und naturgemäß nur kleine Unterdrücke erzeugt
werden können.
Ein Gebläse
ist in diesen Feuerstätten
nämlich
nicht vorgesehen.
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Die Auswerteeinrichtung kann auch
mit dem Antrieb einer Lüftungs-
oder Brandschutzklappe oder einer anderen Sicherheitseinrichtung
verbunden sein. Es ist dann unter Umständen gar keine Abschaltung
der Feuerstätte
oder der raumlufttechnischen Anlage erforderlich. Es wird einfach
für eine ausreichende
Frischluftzufuhr und damit einen Druckausgleich gesorgt.
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Zweckmäßigerweise kann die gesamte
Sicherheitsüberwachung
elektronisch durchgeführt werden.
Aber auch eine rein mechanische oder eine hydraulische oder pneumatische Überwachung
ist denkbar. Dementsprechend können
die Druckmesseinrichtungen mechanische oder elektrische Einrichtungen
sein.
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Um die abweichenden Bedingungen beim Anheizen
einer Feuerstätte
berücksichtigen
zu können,
ist es außerdem
von Vorteil, wenn die Auswerteeinrichtung mit einem in der Feuerstätte angeordneten
Temperaturfühler
verbunden ist.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand
der Zeichnungen näher
beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Raumes mit einer Feuerstätte und
einer raumlufttechnischen Anlage im normalen Betriebszustand;
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2 eine
der 1 entsprechende
Ansicht im Störfalle;
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3 eine
schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung.
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1 zeigt
eine Aufstellraum 10 für
eine Feuerstätte 11,
der außerdem
mit einer raumlufttechnischen Anlage 12, beispielsweise
einer Klimaanlage oder einer Dunstabzugshaube oder dergleichen,
versehen ist. Die Feuerstätte 11 ist über ein
Ofenrohr 13 mit einem Schornstein 14 verbunden.
Im normalen Betriebszustand erzeugt der Schornstein 14 einen Unterdruck,
der sich durch das Abzugsrohr 13 ins Innere der Feuerstätte 11 fortsetzt,
was durch die eingekreisten Minuszeichen angedeutet ist. Der Luftdruck
im Aufstellungsraum 10 ist gegenüber dem Luftdruck in der Feuerstätte 11 positiv,
was durch ein eingekreistes Pluszeichen symbolisiert wird. Aufgrund
des durch den schwarzen Pfeil 17 symbolisierten Luftdruckgefälles zwischen
Aufstellraum 10 und Feuerstätte 11 findet ein
Zuströmen
von Luft 15 durch interne Verbrennungsluftansaugungen oder
Leckageströme
sowie durch externe Verbrennungsluftansaugungen 16 in das
Innere der Feuerstätte 11 statt. Innerhalb
der raumlufttechnischen Anlage 12 ist der Luftzustrom 18 größer als
der Abluftstrom 19, wodurch das positive Luftdruckgefälle zwischen
Aufstellraum 10 und Innerem der Feuerstätte 11 aufrechterhalten
wird. Die Rauchgase 20 strömen daher durch das Ofenrohr 13 in
den Schornstein 20 und durch diesen nach außen.
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Anders sieht dagegen die Situation
im Störfall
aus, wie sie in 2 dargestellt
ist. Der Schornstein 13 produziert nach wie vor einen leichten
Unterdruck. Die raumlufttechnische Anlage 12 weist nun jedoch
aufgrund einer Störung
einen geringeren Zuluftstrom 18' als einen Abluftstrom 19' auf,
wodurch sich allmählich
im Inneren des Aufstellraums 10 ein negativer Luftdruck
aufbaut was durch das eingekreiste Minuszeichen in 2 angedeutet ist. Dieser Unterdruck ist
nun größer als
der im Innenraum der Feuerstätte 11 herschende
Unterdruck. Es kommt somit zu einem Luftdruckgefälle 17' zwischen dem Feuerstätteninnenraum
und dem Aufstellraum 10. Die Abgase 20 strömen nun
nur noch zu einem kleinen Teil durch den Kamin nach außen. Ein
großer
Teil 20' jedoch gelangt durch Leckageöffnungen oder auch durch normale
Verbrennungsluftöffnungen
aus der Feuerstätte 11 in
den Aufstellraum 10 und kann dort zu gesundheitlichen Schäden bei
Mensch und Tier führen.
Auch ohne raumlufttechnische Anlage 12 kann eine solche
Situation beispielsweise durch Verschlackung der Feuerstätte entstehen.
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Zur sicheren Detektion des in 2 gezeigten Störfalles
kann eine in 3 gezeigte
Vorrichtung 30 eingesetzt werden. Sie weist eine Auswerteeinrichtung 31 mit
Differenzdruckmessaufnehmer auf, die mit einer ersten Sonde 32 im
Inneren der Feuerstätte 11 und
einer zweiten Sonde 33 in einem hier nicht näher dargestellten
Aufstellungsraum für die
Feuerstätte 11 verbunden
ist. Die Sonden 32 und 33 liefern die gemessenen
Luftdruckwerte PA und PF an
die Auswerteeinrichtung 31, die aus diesen beiden Drücken PF und PA den Differenzdruck
dP bestimmt. Diese Bestimmung kann durch eine von außen beeinflussbare
Software 34 gesteuert werden. Die Einrichtung 31 kann
außerdem
ein Zeitglied 35 zur Glättung
des Differenzdrucks oder aber auch zur Verzögerung der Sicherheitsüberwachung,
bis die Anheizphase der Feuerstätte 11 vorüber ist,
aufweisen.
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Der ggf. geglättete Verlauf des Differenzdrucks
wird in einer Einheit 36 der Einrichtung 31 einem
Soll-Ist-Wertvergleich unterzogen. Überschreitet der Differenzdruck
dP einen vorgegebenen Grenzwert, so kann die Einrichtung 31 eine
raumlufttechnische Einrichtung 12 abschalten oder auch
die Feuerstätte 11,
wozu sie mit der internen Regelung 37 der Feuerstätte 11 verbunden
ist. Es kann jedoch auch eine Sicherheitseinrichtung 38,
beispielsweise eine Brandschutzklappe oder Lüftungsklappe, oder auch ein
Alarmgeber durch die Auswerteeinrichtung 31 beeinflusst
werden.
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Um Fehlfunktionen der Überwachung
ausschließen
zu können,
kann auch das Zeitglied 35 mit der internen Regelung 37 verbunden
sein. Zusätzlich kann
an der Feuerstätte 11 ein
Temperaturfühler
Tα, angeordnet
sein, der ebenfalls mit dem Zeitglied 35 der Einrichtung 31 verbunden
ist. Damit wird sichergestellt, dass in der Anheizphase der Feuerstätte 11 nicht
bereits grundlos ein Störfall
erkannt wird.