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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein System für
die Absaugung und Ausleitung von Rauchgasen und heißer Luft
von einem Feuer in einem Tunnel über
eine Klappe in einen Abzugsschacht, der sich durch den Tunnel erstreckt
und durch den die Rauchgase und die heiße Luft abgeführt werden,
wobei der Schacht mit Toren in Form von schwenkbaren Türen versehen
ist, die jeweils mithilfe einer Arretierung mit einem Mechanismus
zur Wärmefreisetzung
entgegen einer Federkraft geschlossen gehalten werden, so dass ein lokaler
Temperaturanstieg in dem Tunnel automatisch die Tür oder die
Türen,
die sich über
der betreffenden Brandstelle befinden, öffnet.
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Tunnel
sind dadurch gekennzeichnet, dass sie längliche Hohlräume sind,
die eine Öffnung
an beiden Enden aufweisen und die eine Querschnittsfläche aufweisen,
die im Verhältnis
zu ihrer Länge
relativ klein ist. In den meisten Tunneln besteht häufig ein
natürlicher
Zug, der eine angemessene Zufuhr von Sauerstoff sicherstellt. Tunnel
werden häufig
für den
Transport von Gütertransporten,
Kraftfahrzeugen, Zügen,
Fahrgästen
usw. oder als Durchgänge für Kabel
und andere permanente Installierungen verwendet. Häufig enthalten
Tunnel große
Mengen brennbarer Substanzen.
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In
Verbindung mit Bränden
bedeuten der Zug in dem Tunnel und die Menge von Brennstoff, dass ein
Feuer relativ großer
Intensität
leicht auftreten kann. Die heißen
Brandgase können
in einer länglichen
Röhre lediglich über einen
relativ kleinen Querschnitt verteilt werden, wobei eine relativ
große
Menge von Luft zu bewegen ist, um Platz für die heißen Brandgase zu machen, und
als ein Ergebnis davon besteht die Gefahr, dass die Temperaturen
in dem Tunnel in Verbindung mit relativ kleinen Bränden sehr hoch
werden, die sich daher relativ schnell ausbreiten können und
sehr heftig werden können.
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Außerdem füllen Brandgase
den Tunnel schnell mit dicken und erstickenden Gasen, die es schwierig
machen, den Tunnel bei einem Feuer zu evakuieren und eine sichere
und effiziente Rettungsoperation durchzuführen.
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Löschsysteme
zur Brandbekämpfung
in Tunneln auf Basis des Versprühens
von Wasser oder Wassemebeln wurden entwickelt und sind heute in Tunneln
installiert. Diese Systeme sind relativ teuer. Sie erfordern das
Zuführen
von Löschmedium
und diese Systeme benötigen,
in Abhängigkeit
von dem erforderlichen Wasserdruck und der erforderlichen Wassermenge,
außerdem
eine relativ große
Zufuhr von Energie.
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In
Verbindung mit dem Verdampfen von Wasser in Verbindung mit dem Löschen mit
Wasser wird Wasserdampf erzeugt, das Sauerstoffpotenzial in der
Tunnelluft wird verringert, die Verbrennung der Verbrennungsgase
wird verringert und die Temperatur der Verbrennungsgase wird verringert.
Das Kondensieren von Wasserdampf in dem Tunnel bewirkt ein beträchtliches
Verringern der Sicht. Dies gilt auch für die erhöhte Menge nichtverbrannter
Brandgase, die außerdem
zu einer erhöhten
Konzentration erstickender CO- und Nx-Gase in der Tunnelatmosphäre führt, und
das Kühlen
der Brandgase bewirkt, dass der thermische Auftrieb der Gase verringert
wird, wobei diese als Folge davon selbst bei relativ kurzen Tunneln
und Korridoren den gesamten Querschnitt des Tunnels füllen.
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Tunnel
werden häufig
durch Ventilatoren, die in der Nähe
der Decke des Tunnels positioniert sind, von Kraftfahrzeugabgasen
usw. entlüftet.
Wenn diese in Reihen in der Nähe
der Decke angeordnet werden, stellt dies sicher, dass die Gase in
der Nähe
der Decke des Tunnels weggeführt
werden, ohne sich zu stark mit der Luft zu vermischen, die auf niedrigeren Ebenen
in dem Tunnelquerschnitt vorhanden ist.
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Diese
Systeme sind relativ kostengünstig
zu installieren und sind effizient gegen Kraftfahrzeugabgase, aber
unzureichend bei Tunnelbränden
mit einer viel größeren Konzentration
von Brandgasen und Wasserdampf, bei denen, im Besonderen bei langen Tunneln,
die Gefahr besteht, dass sie mit dem Rest der Luft in dem Tunnel
vermischt werden.
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Es
wurde versucht, dies durch Installieren einer zusätzlichen
Tunneldecke über
der eigentlichen Tunneldecke zu lösen, wobei der Raum zwischen den
zwei Decken durch ein Deckensystem mit geneigten Lamellen getrennt
wird. Der Neigungswinkel der Lamellen kann auf die Richtung der
Belüftung und
in wenigen Fällen
können
außerdem der
Belüftungsdruck
und die Luftgeschwindigkeiten eingestellt werden. Rauch und Gase
usw. können
hierdurch aus dem Nutzquerschnitt des Tunnels abgeführt werden und
in den zusätzlichen
Deckenraum abgeführt
werden, ohne dass es zu einem Vermischen zwischen den Gasen, die
abgeführt
werden, und der Luft in dem Nutztunnel kommt.
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Auch
dieses Verfahren erfordert ein relativ großes Belüftungssystem und hat einen
relativ großen
Energieverbrauch auf Grund der großen Menge von Luft, die in
dem relativ großen
Querschnitt des Deckenraums zu transportieren ist. Auf Grund der Baukosten
usw. eignet sich diese Lösung
am besten für
Tunnel, die im Voraus für
diese Entlüftungslösung konstruiert
wurden.
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US 6 478 672 offenbart ein
System zum Abführen
von Rauchgasen, das einen Schacht umfasst, der mit Lamellen versehen
ist, die derart ferngesteuert werden können, dass eine Vielzahl von
Lamellen in dem Brandbereich aufgeschwenkt werden können, um
dadurch eine Verbindung zu dem Schacht bereitzustellen, durch den
hindurch die Rauchgase abgesaugt werden können.
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Zum
Betrieb dieses Systems muss ferngesteuerte Ausrüstung angebracht werden, die
Signalerzeugungseinrichtungen zum Schwenken der Klappen umfasst,
die eine Stromversorgung für
den Schwenkmechanismus der Klappen enthalten. Dies ist daher ein
System, dessen Herstellung und Installierung relativ teuer ist,
da es das Installieren von Fernsignalerzeugungseinrichtungen, Schwenkeinrichtungen
für die
Klappen und zugehöriger
Stromversorgung, Verdrahtungssystemen usw. erfordert.
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FR 2 254 245 offenbart ein ähnliches
System, bei dem die Klappen in Richtung einer geöffneten Position federgelagert
sind und durch ein Arretierungssystem, das eine Wärmefreisetzungsvorrichtung
mit schmelzfähigen
Elementen umfasst, in der geschlossenen Position gehalten werden.
Wenn die Temperatur steigt, schmelzen diese Elemente und setzen
das Arretierungssystem frei, wodurch die Klappen zu der geöffneten
Position schwenken.
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Gemäß dieser
Offenlegung wird die Klappe mithilfe von zwei Schraube-und-Mutter-Verbindungen an zwei
bogenförmigen
Schlitzen und mit einer Scheibe, die aus einem schmelzfähigen Material
hergestellt ist, bei jeder der Schraube-und Mutter-Verbindun gen
in einer geschlossenen Position gehalten. Wenn die Temperatur über einen
ausgewählten
Wert steigt, schmelzen diese Scheiben und hinterlassen die Schraube-Mutter-Verbindungen
lose und frei beweglich in den bogenförmigen Schlitzen, wobei sich die
Klappe unter dem Einfluss der Federlagerung zu der geöffneten
Position bewegt.
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Diese
Konfiguration ist kompliziert und das Rücksetzen des Systems ist ein
schwerer Prozess, da jede Schraube-Mutter-Verbindung entfernt und mit
einer neuen schmelzfähigen
Scheibe versehen werden muss.
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Aufgabe der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System der vorgenannten
Art herzustellen, das weniger kompliziert ist und bei dem das Rücksetzen
zu der geschlossenen Position nach dem Freisetzen zu der geöffneten
Position leicht zu vollziehen ist.
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Dies
wird erfindungsgemäß dadurch
erfüllt, dass
die Arretierung ein Sperrsystem mit zumindest einer Sperrklinke
umfasst, die zwischen einer ersten Position, die die Sperrklinke
mit dem Endbereich der Klappe gegenüber dem Scharnier verbindet,
um die Klappe geschlossen zu halten, und einer zweiten Position,
die die Sperrklinke oder Sperrklinken aus der Verbindung mit der
Klappe löst,
verschiebbar ist, so dass die Klappe in ihrer geöffneten Position frei schwenkbar
ist, wodurch das Sperrsystem in die Richtung der zweiten Position
federgelagert ist und durch ein Wärmefreisetzungselement entgegen
der Federlagerungskraft in der ersten Position gehalten wird.
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Dieses
System ist einfach, da es lediglich wenige Teile umfasst. Es ist
nach dem Betrieb einfach zurückzusetzen,
da lediglich das Sperrsystem gegen die Federkraft zurückgedrückt werden
und ein neues Wärmefreisetzungselement
in Position platziert werden muss, wobei dies leicht und schnell
vollzogen werden kann, ohne dass etwas zerlegt werden muss. Darüber hinaus
kann die Bewegung des Sperrsystems verwendet werden, um andere Funktionen,
wie zum Beispiel Belüftungs-
oder Feuerlösch- oder
Wassersprühnebelsysteme,
zu betreiben oder zu aktivieren, da das Sperrsystem eine einfache
lineare Bewegung während
des Betriebs durchführt.
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Die
Funktion des Öffnens
der einzelnen Klappenplatten ist autonom, da sich lediglich die wichtigsten
Klappen öffnen
und dies lediglich in Abhängigkeit
von der Temperatur erfolgt, die um die betreffenden Klappen herum
besteht.
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Dies
stellt sicher, dass Absaugung immer in dem heißesten Bereich stattfindet
und dass außerdem
die Belüftung,
d. h. die Absaugung, wirksam ist, da die Kapazität vollständig verwendet wird, um die betreffenden
gefährlichen
Gase und die Wärme,
die von einem Feuer erzeugt werden, zu entfernen.
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Wenn,
wie in Anspruch 2 angegeben, die Freisetzungsmechanismen in den
einzelnen Klappen außerdem
die Belüftung
steuern, kann die Absaugung in Reaktion auf den Bedarf optimiert
werden.
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Wenn,
wie in Anspruch 3 angegeben, die Freisetzungsmechanismen zum Signalisieren
zur Brandbekämpfung
verwendet werden, wie Aktivierung von Sprinkler- und Sprühnebeldüsen, wird
die Brandbekämpfung
auf die Zonen konzentriert, in denen der Brand zu bekämpfen ist.
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Wenn,
wie in Anspruch 4 angegeben, Wassernebel den heißesten und am stärksten mit
Rauch gefüllten
Stellen in dem Schacht zugeführt
werden, kühlen
diese die Gase und die Belüftungskapazität wird hierdurch
erhöht,
und ebenso findet ein bestimmtes Präzipitieren der Rauchteilchen
in dem Wassernebel statt.
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Wenn,
wie in Anspruch 5 angegeben, der Schacht in der heißen Zone
mithilfe von Wassernebel von außen
gekühlt
wird, kann die Temperatur in dem Schacht niedrig gehalten werden.
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Abschließend ist
es zweckmäßig, wie
in Anspruch 6 angegeben, Axialventilatoren in dem gesamten Querschnitt
des Schachtes zu befestigen, da dies ermöglicht, einen geringen Überdruck
zu erzeugen, um die Gase wirksam durch den Schacht hindurch zu treiben.
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Zeichnung
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Beispiele
für erfindungsgemäße Systeme werden
im Folgenden ausführlicher
beschrieben, wobei Bezug auf die Zeichnung genommen wird, bei der
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1 eine
Perspektivansicht eines Tunnels mit einem erfindungsgemäßen Absaugungssystem zeigt;
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2 einen
Abschnitt des Schachtes mit einer Klappe mit einem Freisetzungsmechanismus zeigt;
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3b–e
Beispiele für
erfindungsgemäße Freisetzungsmechanismen
zeigen;
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4 eine
Perspektivansicht eines Systems mit Brandbekämpfungsausrüstung zeigt; und
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5 ein
System mit Wassersprühnebelausrüstung zeigt.
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Beschreibung beispielhafter
Ausführungen
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1 zeigt
ein Beispiel für
einen Tunnel 1, bei dem ein erfindungsgemäßes Absaugungssystem an
dem oberen Teil angebracht ist, wobei das System einen Schacht 2 umfasst,
der mit einer Vielzahl von Öffnungen
mit Klappen 3 versehen ist und der mit Entlüftungsöffnungen 4 versehen
ist, die jeweils mit Absaugventilatoren (nicht gezeigt) versehen
sind.
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2 zeigt
einen Abschnitt des Schachtes 2 in der Form einer Schnittansicht
mit einer Klappe 3, die an der Seite des Schachtes 2 befestigt
ist.
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Die
Klappe 3 ist mit einem Winkelstück 7 mit Federung
befestigt, die mit einer konstanten Federkraft zum Öffnen auf
die Klappe wirkt, die die Klappe geöffnet halt, wenn sie nicht
von einem Arretierungsmechanismus zurückgehalten wird, der bei einer
vorgegebenen Temperatur durch Warme freigesetzt wird, um sich zu öffnen, so
dass sich die federgelagerte Klappe 3 zum Durchgang zu
dem Inneren des Schachtes automatisch öffnet.
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2 zeigt
ein Beispiel für
einen Arretierungsmechanismus, der aus einem Sperrsystem 10 besteht
und durch ein Freisetzungselement 11 in seiner arretierten
Position gehalten wird und wobei Federn 9 derart befestigt
sind, dass diese Federn die Sperrklinken 10 zurückziehen,
wenn das Wärmefreisetzungselement 11 freigesetzt
wird, wobei sich die Klappe automatisch öffnet.
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Das
Wärmefreisetzungselement 11 kann eine
mit Flüssigkeit
gefüllte
Glasampulle, ein schmelzfähiges
Element, ein Bimetallelement oder ein Stück legiertes Material und Ähnliches
sein.
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Der
Schacht 2 ist derart wärmeisoliert 8, dass
eine Erwärmung
durch die heißen
Brandgase innen und außen
und im Besonderen eine Erwärmung
der Luft in dem Schacht verringert wird.
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3b zeigt ein Beispiel für eine Ausführung des
Arretierungsmechanismus, bei der zum Freisetzen eine Druckfeder 15 auf
ihn wirkt.
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3c zeigt ein Beispiel für einen
Mechanismus, der bei Wärme
durch ein Wärmefreisetzungselement
freigesetzt wird, das mithilfe eines Detonators 12 elektrisch
aktiviert wird, der aus einer pyrotechnischen Ladung besteht, die
auf einen Kolben oder eine andere Vorrichtung wirkt, die das Wärmefreisetzungselement 11 entfernt,
wenn die pyrotechnische Ladung durch einen elektrischen Impuls gezündet wird,
wobei die arretierende Sperrklinke 10 freigesetzt wird.
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3d zeigt ein Beispiel für einen
Mechanismus, der einen elektrischen Schalter 13 aktiviert, wenn
das Wärmeelement 11 freigesetzt
wird, so dass er zum elektrischen Steuern z. B. von Ventilatoren
in dem Schacht oder ähnlicher
Zusatzausrüstung,
die später
beschrieben wird, verwendet werden kann.
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3e zeigt einen Mechanismus, bei dem das
Sperrsystem 10 auf ein hydraulisches oder pneumatisches
Ventil 14 wirkt, so dass sich dieses automatisch öffnet oder
schließt,
wenn die Sperrklinke aktiviert wird. Dies kann verwendet werden,
um Löschsysteme
und/oder Kühlsysteme
unabhängig
von elektrischen Verbindungen automatisch zu aktivieren, wie später beschrieben
wird.
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4 zeigt
ein Beispiel für
einen Tunnel 1, in dem ein Entlüftungsschachtsystem, das dem
in 1 gezeigten entspricht, und ein Brandbekämpfungssystem,
das ein Sprinklersystem auf Wasser- und/oder Schaumbasis mit offenen
Sprinklern oder ein Wassersprühnebelsystem
mit oder ohne Hinzufügung
von Zusatzmitteln zu der Wasserzufuhr sein kann, installiert sind.
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Das
Brandbekämpfungssystem
besteht aus einer Wasserzufuhr, die, in dem gezeigten Fall, die Form
eines Vorratsbehälters 18,
eines Pumpsystems 17 und eines oder mehrerer Zuführrohre 16 aufweist, die
mit einem Zweigrohr 19 verbunden sind, das über ein
Ventil 21 mit einem oder mehreren Düsenrohren mit offenen Düsen 20 verbunden
ist, wobei dies für
jedes Zweigrohr einen vorgegebenen Bereich des Tunnels abdeckt,
in der die Brandzone vorhanden ist.
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Zuführrohre
und Zweigrohre können
unter Druck stehen und die Ventile 21 verhindern, dass Flüssigkeit
die Düsen
erreicht, oder Zweigrohre und Zuführrohre können drucklos sein und lediglich
dann unter Druck gesetzt werden, wenn die Wärme von einem Feuer einen oder
mehrere der Arretierungsmechanismen freisetzt und dadurch einen
Schalter aktiviert, der die Klappen 3 über dem Feuer öffnet und gleichzeitig
das der geöffneten
Klappe 21 am nächsten
gelegene Ventil und die zwei benachbarten Ventile 21 öffnet und
die Pumpe 17 startet, falls sie nicht durch einen Druckabfall
in dem Zuführrohr 16 automatisch
gestartet wird.
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5 zeigt
einen Tunnel 1, der dem in 1 gezeigten
entspricht, wobei ein Wasserkühlsystem und
ein Abzugssystem für
die Anlage installiert sind. Das Wasserkühlsystem ist typischerweise
ein Wassersprühnebelsystem,
das einen Wassernebel 23 in dem Schacht 3 verteilt.
Das Wasserkühlsystem
umfasst eine Wasserzufuhr 28 für eine oder mehrere Düsenrohre 27,
an denen eine Vielzahl von Wassersprühnebeldüsen 32 innerhalb des
Schachtes 2 befestigt sind und die über die gesamte Länge des Schachtes
verteilt sind.
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Das
Wasserkühlsystem
kann Düsen
aufweisen, die durch ein Wärmefreisetzungselement
geschlossen sind und die sich einzeln öffnen, wenn es einer Temperatur
ausgesetzt wird, die höher
ist als eine vorgegebene Freisetzungstemperatur des Freisetzungselementes,
oder es kann aus offenen Düsen bestehen,
die automatisch Wassernebel verteilen, wenn sie mit Wasser unter
Druck gesetzt werden. Die Ventile und die Wasserzufuhr für das Wasserkühlsystem
können
automatisch aktiviert werden, wenn ein Arretierungsmechanismus,
wie in den 2 und 3 gezeigt,
aktiviert wird.
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Das
Systemrohr ist mit Entwässerungsrohren 25 versehen,
an denen ein Entwässerungsventil befestigt
ist, das aus einer Klappe 29 bestehen kann, auf die eine
Feder 30 derart wirkt, dass die Klappe gegen das Entwässerungsrohr 25 geschlossen
gehalten wird, wobei die Zufuhr von Luft zu dem Schacht aus dem
Entwässerungsrohr
verhindert werden kann. Wenn das Entwässerungsrohr 25 mit
Wasser gefüllt
ist, wird die Kraft F an der Klappe 29 größer als
die Schließkraft
und das Wasser kann aus dem Entwässerungsrohr
abgelassen werden, wobei das Wasser zu der gleichen Zeit dient,
zu der ein Stopfen verhindert, dass Luft aus den Entwässerungsrohren in
den Schacht 2 hineingelassen wird.
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Es
wird nun die Arbeitsweise beschrieben.
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Bei
einem Feuer in dem Tunnel steigen die heißen Rauchgase nach oben und
umgeben den Schacht über
der Brandstelle. Wenn die Temperatur der heißen Brandgase lokal die Freisetztemperatur der
Wärmefreisetzungselemente 11 erreicht,
wird das wärmeempfindliche
Freisetzungselement oder werden die wärmeempfindlichen Freisetzungselemente 11 lokal
freigesetzt, wobei sich der Arretierungsmechanismus für die Klappen
automatisch an den Klappen öffnet,
die in dem von der Wärme
betroffenen Bereich vorhanden sind.
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Die
Ventilatoren, die in dem Schachtsystem vorhanden sind und die im
Inneren des Schachtes in sehr langen Tunneln befestigt sind, werden
zur gleichen Zeit gestartet. Eine besonders effiziente Belüftung kann
durch Installieren von Axialventilatoren erreicht werden, die die
gesamte Querschnittsfläche des
Tunnels abdecken, wodurch die Effizienz erhöht wird und ermöglicht wird,
dass in dem Schacht ein geringer Überdruck zum wirksamen Hinaustreiben der
Rauchgase hergestellt werden kann.
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Die
Ventilatoren können
mithilfe eines Schalters, der an der Wärmearretiervorrichtung an den
einzelnen Klappen befestigt ist, automatisch aktiviert werden.
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Ein
einfaches Absaugungssystem zum Befestigen in Tunneln wird auf die
gleiche Weise hergestellt. Das System leitet lediglich die heißen Rauchgase
von der Brandstelle aus, wobei dies die Anforderung in Bezug auf
die Kapazität
der Belüftung
und damit außerdem
den Stromverbrauch des Systems verringert.
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Die
Erfindung stellt darüber
hinaus physikalische Trennung zwischen den heißen Brandgasen und der Nutzluft
in dem Tunnel sicher. Daher kann sie auf vorteilhafte Weise mit
einem aktiven Wassersprühnebel-
oder Sprinklerlöschsystem
kombiniert werden, um dadurch bei einem Feuer verbesserte Sicht
und Luftqualität
in dem Tunnel sicherzustellen.
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Dies
erleichtert die Evakuierung und die Brandbekämpfungsarbeiten. Das System
verringert außerdem
die Möglichkeiten
eines Durchzündens und
damit eine Tendenz eines Ausbreitens von Feuer in dem Tunnel, da
die heißen
Brandgase hinausgetrieben und gekühlt werden.
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Eine
spezielle Variante der Erfindung besteht darin, dass das System
ein internes Wasserkühlsystem
umfasst, bei dem die heißen
Gase in dem Entlüftungsrohr
durch einen Wassernebel gekühlt
werden, der die Teilchen der Brandgase an das Wasser bindet, wobei
dieses Wasser automatisch über
Entwässerungsrohre
abgelassen werden kann, an denen Entwässerungsventile zum automatischen
Entwässern
des Systems befestigt sind.
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In
Verbindung mit langen Tunneln ist eine spezielle Variante der Erfindung
ein System mit interner Wassersprühnebelkühlung und Reinigung der Brandgase,
das mit Axialentlüftung
in der Tunneldecke derart kombiniert werden kann, dass die Einzellänge der
Schachtabschnitte verringert werden kann und das Entlüften dieser
zum Teil von bereits installierten Entlüftungssystemen übernommen
wird.