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Trinkwasser-Trennstation für Hochhäuser

Wilo-GEP Fire

Serie 300

  • Hygienische Sicherheit für Betreiber, Planer und Ausführenden
  • Aufstellung unterhalb der Rückstauebene ohne redundante Hebeanlage möglich¹
  • Eine Pumpe² – eine Leitung für das System
  • TÜV SÜD zertifiziert
  • DEKRA geprüft [172094181-02] akkreditierte Prüfgesellschaft in Deutschland
  • DVGW zertifiziert [AS-0625BT0575] akkreditierte Prüfgesellschaft in Deutschland
  • Gesamtaufstellungsfläche ab 0,64 qm

    ¹ nur mit Zusatzmodul Pumpen-Notentwässerung; ² exkl. Reservepumpe

Grenztasteranbindung CR-, VEG-Regelung und Wilo-GEP Bus-System

Größere Wandhydrantenanlagen werden zur Auslösung¹ des Löschwassermodus, der Druckregelung und zur Abwendung von unberechtigter Benutzung der Löschanlage überwacht.

Hierzu werden in der Regel kleine Schaltelemente am Schlauchanschlussventil montiert, die bei Betätigung ein Signal abgeben.

Diese Schaltelemente werden als Grenztaster bezeichnet. Das Signal der Grenztasterauslösung wird über ein elektrisches Leitungssystem zu einem Auswertegerät weiter geleitet, welches das System unter speziellen Sicherheitsanforderungen¹ auf Kurzschluss, Kabelbruch und Auslösung überprüft.

Druckregelung durch Grenztasterüberwachung
Zur Sicherstellung des Mindest- und Maximaldruckes an den Löschwasserentnahmestellen werden Liegenschaften oder Gebäude in verschiedene Druckstufen eingeteilt.
Bei Betätigung der Grenztaster¹ werden individuelle Betriebspunkte durch die Druckerhöhung bereitgestellt.
Voraussetzung für derartige Druckregelungstechnologien ist, dass neben dem entsprechend schnellen Druckaufbau ein sicherer Druckabbau unabhängig von der Leitungsnetzgröße innerhalb von 2,0 Sekunden erfolgt. Zudem sind sicherheitstechnisch Mehrfachauslösungen¹ zu berücksichtigen.

Einzel- oder Gruppenanbindung für Mess-Schleifen
Für das elektrische Leitungssystem finden klassische Messschleifen oder Sicherheits-Bus-Systeme Anwendung. Grenztaster können einzeln oder nach Rücksprache mit dem Hersteller in Gruppen zusammengefasst werden.Der von WILO IndustrieSysteme empfohlene Anschluss jedes einzelnen Grenztasters ermöglicht eine detaillierte Auslöseort-Bestimmung¹.

Anbindungsarten

Löschwasser-Hydrantensysteme

Standardfall Anbindung aller Wandhydranten

Für die Auslösemeldung¹ von Löschwasseranlagen ist eine Überwachung aller einzelnen im Gebäude integrierten Wandhydranten zu bevorzugen.

Diese ermöglicht eine speziell auf den Hydranten-
standort optimierte Löschwasserversorgung, z. B. mit 6 bar (+ / – 300 mbar), und schließt eine nicht registrierte Nutzung der Löschanlage, wie z. B. für Reinigungsarbeiten, aus.

Gruppenanbindung in Teilbereichen

Bei Bestandsanlagen ist bautechnisch eine Anbindung aller im Gebäude integrierten Hydranten nicht immer verhältnismäßig. Unter diesen Umständen kann nach Rücksprache mit dem Hersteller auf die Anbindung der geodätisch höchsten Druckzone verzichtet werden. Brandschutztechnische Anforderungen an das Kabel bestehen nicht. Erfolgt eine sicherheitstechnische Meldung¹ durch Kabelbruch, Kurzschluss oder Auslösung, wird der entsprechende Druck am Schlauchanschlussventilzur Verfügung gestellt.

Sonderlösung

Ist aus baulichen Gründen die Teilanbindung der Meldeleitung in den unteren Etagen nicht möglich, kann im Ausnahmefall auch die Anbindung der oberen Etagen in Betracht gezogen werden.

Bei vorstehender Variante ist sicherzustellen, dass bei einem Brand im Untergeschoss die Meldeleitung nicht unterbrochen wird.Um dies zu ermöglichen, ist das Brandmeldekabel in Funktionserhalt E90 auszuführen.

Einzelanbindung aller Hydranten, Meldekabel ohne brandschutztechnische Anforderungen.

Anschluss unterste Druckzone, Meldekabel ohne brandschutztechnische Anforderungen.

Anschluss oberste Druckzone, Brandmeldekabel in E90-Ausführung.

Redundantes Wilo-GEP Sicherheits-Bus-System

Highspeed-Ausführung – bis zu 256 Druckstufen je Ringleitung

Die Kabelführung¹ des redundanten Sicherheits-Bus-Systems erfolgt im Versorgungskreis in unterschiedlichen Brandabschnitten. Bei Kurzschluss, Kabelunterbrechung oder Mehrfachauslösung¹ ist die Funktionssicherheit fortlaufend sichergestellt.

Jeder Hydrant erhält einen speziellen Grenztaster, in dem ein ihm individuell zugeordneter Drucksollwert hinterlegt ist. Eine Ringleitung versorgt bis zu 256 Druckstufen.Das redundante Sicherheits-Bus-System wertet alle Betriebszustände¹ mit einer zugesicherten Highspeed-Reaktionszeit von ≤ 1 s aus. Dies ermöglicht hydraulisch, innerhalb der zulässigen Zeitspanne³ von maximal 2,0 Sekunden, die geforderten Grenzwerte⁴ durch Druckauf- oder -abbau sicherzustellen.

Technische Grenzwerte pro Highspeed-Ringleitung

  • maximale Länge der Leitung 1.000 m
  • Anbindung von bis zu 256 Wandhydranten über max. 64 Switches
  • Bus-Systemverlegung als Ringleitung mit speziellem Meldekabel
    für Highspeedverfahren


Redundantes Wilo-GEP Sicherheits-Bus-System

Sicherheitsanforderungen Grenztaster gesteuerte Anlagen

Druckregelungen mit Grenztaster bedürfen zusätzlicher sicherheitstechnischer Anforderungen, um eine sichere Löschwasserversorgung zu ermöglichen.
Gegenüber klassischen Anlagen sind zusätzliche Sicherheitsanforderungen notwendig.

  • Die Software muss auch bei Stromausfall und Unterbrechung erhalten bleiben.
  • Erfolgt eine Auslösung am Grenztaster, ist an dieser Position der geforderte Volumenstrom und Druck³ innerhalb von < 2 s sicherzustellen.
  • Werden durch einen Brand außerhalb des Aufstellungsraumes der Druckerhöhung die Meldeleitungen⁵ vollständig oder teilweise unterbrochen, ist diese Position zu detektieren und der geforderteVolumenstrom und Druck³ an der Brandstelle zu gewährleisten.
  • Werden durch einen Brand außerhalb des Aufstellungsraumes der Druckerhöhung die Meldeleitungen teilweise unterbrochen und es erfolgt eine Auslösung am Grenztaster, ist an der Brandstelle der geforderte Volumenstrom und Druck³ innerhalb von < 2 s sicherzustellen.
  • Bei Mehrfachauslösungen am Grenztaster ist an der höchstgelegenen Auslösestelle der geforderte Volumenstrom und Druck³ innerhalb von < 2 s sicherzustellen.
  • Die Detektion von Auslösung, Kurzschluss und Unterbrechung der Meldeleitung ist an eine ständig besetzte Stelle zu melden.
  • Nach Abschaltung einer Löschanforderung oder Störung muss sich die optimale Betriebsbereitschaft für das gesamte System automatisch herstellen.
  • Hinsichtlich des Arbeitsschutzes ist sicherzustellen, dass bei der Wasserabnahme sowie der Abgabe von Sprühstößen durch die Einsatzkraft der Feuerwehr und den damit verbundenen Druckstößen eine Personengefährdung ausgeschlossen ist.
  • Pumpen, die über einen Frequenzumrichter geregelt werden, dürfen auch bei Überstrom nicht abschalten, sondern diesen Fehler nur melden.
  • Die Anlagentechnik ist gemäß Muster-Hochhaus-Richtlinie (MHHR) auszuführen. Daraus folgt die Redundanz.

¹ siehe Zusatz-Sicherheitsanforderungen
² Lösung für Klemmkasten bauseits
³ siehe interdisziplinärer Forschungsbericht "Sichere Hydranten-Löschwasserversorgung in Hochhäusern"
⁴ nach DIN 14462
⁵ ausgenommen Meldeleitung mit Funktionserhalt

Verzicht auf Druckminderer

In der Muster-Hochhaus-Richtlinie und DIN 14462 wird der maximale Fließdruck am Hydranten auf 8 bar begrenzt.

WILO IndustrieSysteme setzt bewusst auf Technologien, die ein Sicherheitsrisiko, wie von Druckminderern ausgehend, ausschließen. Das Regelwerk 14462 benennt seit 2012 zur Druckregulierung nicht normativ den Einsatz von Druckminderern und Stauscheiben.

Aufgrund folgender Auffassung externer Institutionen bietet WILO IndustrieSysteme Lösungen an, um auf diese Bauteile zu verzichten. Nach Erläuterung der MHHR durch die Fachkommission Bauaufsicht sind die Komponenten redundant auszuführen. Auch bei Ausfall von Bauteilen ist die Löschwasserversorgung zu gewährleisten.

Gründe zur Vermeidung von Druckregelarmaturen – Auszug

  • Druckminderer in europäischen Sprinkleranlagen nicht zulässig
  • seit 49 Jahren weist DIN 1988 auf Ausfallwahrscheinlichkeit von Druckminderern hin

Vermeidung von Druckminderern empfohlen

  • seit 23 Jahren in Löschanlagen, nach DIN 1988 bis 2011
  • DIN EN 806 Teil 2, 2005
  • nach Stellungnahme Fachausschuss TGA der Bauministerkonferenz, 2011
  • Landesausschüsse der Berufsfeuerwehren, 2011
  • nach internationalen versicherungstechnischen Richtlinien, FM Global
  • gesetzliches Verbot in ausgewählten Staaten der USA
  • Los Angeles-Studie, 75 % und Henderson-Studie bis 80 % der geprüften Druckminderer in Löschwasseranlagen sind nicht einsatzfähig
  • eine Sicherung der Löschwasserversorgung durch redundante Armaturen ist nur bedingt möglich
  • Stauscheiben stellen einen statischen Strömungskörper dar, eine Drucküberschreitung ist folglich

Die bisher vertraute und unbestrittene sichere Funktion des Druckminderers in der Trinkwasserinstallation ist stark vom Schmutzeintrag in derartigen Armaturen abhängig. Aus diesem Grund schreiben alle führenden Hersteller für Druckminderer unterschiedlichster Bauart vor, grundsätzlich diese Armatur durch vorgeschaltete Filter zu schützen.

Schmutzpartikel im Löschwasserssystem

Die zuständige Norm verweist im Besonderen auf den Umstand, dass nur Bauteile in Löschwasseranlagen einzusetzen sind, die speziell für die Löschwasserversorgung geeignet sind. Ein Einsatz derartiger Armaturen im Löschwasserleitungsnetz setzt den Nachweis der Betriebssicherheit als technisches Gutachten einer akkreditierten Prüfstelle oder die Anwendung einer Produktnorm voraus.
Filter in der Löschwasserleitung zur Funktionssicherheit der Druckminderer stellen im Einsatzfall ein hohes Hemmnis dar, das zum Ausfall der gesamten Löschwasseranlage führen kann. Folglich sind nur großkörnige Filter, die auch als Steinfänger bezeichnet werden, z. B. für Wandhydranten größer 1 mm¹ oder für Sprinkleranlagen größer 5 mm zulässig.

1 mm Steinfänger nach 10 Minuten Wirksamkeitsprüfung

Ein Verzicht auf den Einbau von Filtern vor Druckminderern, entgegen den Herstellerforderungen, kann zum vollständigen Ausfall der Steuerarmatur bzw. zur vollständigen Wasserunterbrechung führen.
Schmutzpartikel in Löschwasserleitungen können ein extremes Ausmaß annehmen, das in der Trinkwasserinstallation in einer solchen Art nicht bekannt ist.
Bedingt durch die lange Verweilzeit des Löschwassers im Leitungssystem und der damit verbundenen Korrosion treten insbesondere bei feuerverzinkten Eisenwerkstoffen erhebliche Korrosionsprodukte bzw. Inkrustationen auf, die sich bei Wasserentnahme lösen. Zusätzlich zu Ablagerungen und Korrosionsprodukten im häuslichen Leitungssystem werden Partikel über die Hausanschlussleitung eingetragen.

Im Brandfall treten hohe Strömungsgeschwindigkeiten in der Hausanschlussleitung auf. Dadurch kommt es besonders bei älteren öffentlichen Versorgungsleitungen zu einem massiven Schmutzeintrag in das Löschwasser-Leitungssystem.

Abb.: Filter vor Druckminderer

Bildquellen: Service WILO IndustrieSysteme

¹ Nach Auffassung des Autors sollten auch für Wandhydranten größere Durchlässigkeiten gewählt werden.

Maximaler Druck, klassische Druckegrenzung

Aufgrund vieler Sanierungen hinsichtlich der Trinkwasserhygiene in Bestandsanlagen wurden in den letzten Jahren eine Vielzahl von Löschwasseranlagen in großen Liegenschaften und Hochhäusern vom Trinkwassernetz abgetrennt. Hierbei stellt sich, bedingt durch die physikalischen Einflussgrößen wie Gebäudehöhe oder Netzgröße, für Fachplaner und Ausführende gleichermaßen die Aufgabe, wie sachgerecht zu sanieren oder neu zu bauen ist.

Es sind Technologien einzusetzen, die einen definierten Mindestversorgungsdruck am hydraulisch ungünstigsten Hydranten sicherstellen und dabei den maximalen Grenzwert von 8 bar nicht überschreiten. In nahezu allen Bundesländern fällt ein Großteil solcher Gebäude und Liegenschaften unter den Geltungsbereich der Prüfverordnungen der Länder. Für diesen schreibt der Gesetzgeber vor, dass Löschwasseranlagen in regelmäßigen Abständen durch bauaufsichtlich anerkannte Sachverständige zu prüfen sind, um die Wirksamkeit der Löschwasseranlage unter Einhaltung der beispielhaft vorstehenden Grenzwerte sicherzustellen.

Die nachfolgenden Informationen sollen einen Überblick über die zurzeit möglichen hydraulischen einsetzbaren Technologien aufzeigen.

Ausrede "Bestandsschutz"

Werden bei der technischen Abnahmeprüfung durch den staatlich anerkannten Sachverständigen Fließdrücke an Hydranten über 8 bar vorgefunden, ist die Auffassung weit verbreitet, dass die zu prüfende Anlage doch noch Bestandsschutz genieße. Eine Interpretation, die von den allgemein Anerkannten Regeln der Technik sowie vom Gesetzgeber nicht getragen wird. Hinsichtlich des maximalen Versorgungsdrucks sind die entsprechenden Regularien der Hochhausrichtlinie der Länder bzw. Muster-Hochhausrichtlinie und die DIN 14462 von Bedeutung. In der Kommentierung zur Muster-Hochhausrichtlinie ist eigens ein Absatz den Bestandsanlagen gewidmet, indem Aussagen zur Minderung des Mindestvolumenstroms oder des Mindestversorgungsdruckes in Abstimmung mit der zuständigen Brandschutzbehörde getroffen werden. Hinsichtlich des maximalen Versorgungsdruckes, der auch arbeitssicherungstechnisch von Bedeutung ist, ist eine Abweichung vom Grenzwert nicht zu finden. Vielmehr war bereits bei älteren Anlagen über die allgemein Anerkannten Regeln der Technik der maximale Fließdruck auf 7 bar begrenzt. Erst mit Erscheinen der neuen Verordnung MBO in 2008 wurde der vorstehende Grenzwert auf 8 bar angehoben und in die nachfolgenden Anwendungsnormen der DIN 14462 übernommen.

Ungeeigneter Lösungsansatz / Druckminderer

Um im ersten Blick eine preiswerte Technologie einzusetzen, ist immer wieder in der Praxis vorzufinden, dass Druckminderer in Löschwasserleitungen eingesetzt werden. Vielen Anwendern ist nicht bewusst, dass vom Einsatz dieser Armaturenart in der Löschwasserversorgung ein erhebliches Gefahrenrisiko für den Ausfall der Löschwasseranlage ausgeht. Eine Installationsart, die eine Gefährdung des Personen- und Sachschutzes hervorruft. Nicht umsonst raten die entsprechenden Anwendungsnormen, z. B. die DIN 1988 bzw. 14462, seit Jahrzehnten vom Einsatz der Druckminderer in Löschwasserleitungen ab.

Die bisher vertraute und unbestrittene sichere Funktion des Druckminderers in der Trinkwasserinstallation ist stark vom Schmutzeintrag in derartigen Armaturen abhängig. Aus diesem Grund schreiben alle führenden Hersteller für Druckminderer unterschiedlichster Bauart vor, grundsätzlich diese Armatur durch vorgeschaltete Filter zu schützen.

Die zuständige Norm verweist im Besonderen auf den Umstand, dass nur Bauteile in Löschwasseranlagen einzusetzen sind, die speziell für die Löschwasserversorgung geeignet sind. Ein Einsatz derartiger Armaturen im Löschwasserleitungsnetz setzt den Nachweis der Betriebssicherheit als technisches Gutachten einer akkreditierten Prüfstelle oder die Anwendung einer Produktnorm voraus. Filter in der Löschwasserleitung zur Funktionssicherheit der Druckminderer stellen im Einsatzfall ein hohes Hemmnis dar, das zum Ausfall der gesamten Löschwasseranlage führen kann. Folglich sind nur großkörnige Filter, die auch als Steinfänger bezeichnet werden, z. B. für Wandhydranten größer 1 mm¹ oder für Sprinkleranlagen größer 5 mm zulässig. Ein Verzicht auf den Einbau von Filtern vor Druckminderern, entgegen den Herstellerforderungen, kann zum vollständigen Ausfall der Steuerarmatur bzw. zur vollständigen Wasserunterbrechung führen. Schmutzpartikel in Löschwasserleitungen können ein extremes Ausmaß annehmen, das in der Trinkwasserinstallation in einer solchen Art nicht bekannt ist.

Bedingt durch die lange Verweilzeit des Löschwassers im Leitungssystem und der damit verbundenen Korrosion treten insbesondere bei feuerverzinkten Eisenwerkstoffen erhebliche Korrosionsprodukte bzw. Inkrustationen auf, die sich bei Wasserentnahme lösen. Zusätzlich zu Ablagerungen und Korrosionsprodukten im häuslichen Leitungssystem werden Partikel über die Hausanschlussleitung eingetragen. Im Brandfall treten hohe Strömungsgeschwindigkeiten in der Hausanschlussleitung auf. Dadurch kommt es besonders bei älteren öffentlichen Versorgungsleitungen zu einem massiven Schmutzeintrag in das Löschwasser-Leitungssystem.

Schmutzpartikel im Löschwasserleitungssystem

¹ Nach Auffassung des Autors sollten auch für Wandhydranten größere Durchlässigkeiten gewählt werden.

Umstrittene Verwendung von Stauscheiben in Hydranten

Was ist eine Stau- oder Drosselscheibe?

Stauscheiben sind strömungstechnisch feste Baukörper, die in Leitungssystemen zur statischen Druck- und Volumenstromminderung eingesetzt werden.

Bildhaft sind Stauscheiben wie große Unterlegscheiben zu betrachten, die inmitten eines Rohr- oder Kanalsystems zur Querschnittsverengung dienen und somit zur festen Druck- und Mengenreduzierung beitragen.

Die strömungstechnische Berechnung der Bohrung in der Mitte der „Unterlegscheibe“ erfolgt nach der Bernoulli-Gleichung.

In Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit vor dem Baukörper kann durch Reduzierung des Leitungsquerschnittes nach diesem ein fester Druck bzw. eine feste Wassermenge erzeugt werden.

Stauscheibe DN 50 zur Reduzierung des Fließdruckes von 12 auf 6 bar (200 l/min)

Beispielhaft ist bei einem Fließdruck von 12 bar in einer Leitung DN 50 mit einer Durchmesserverengung auf ca. 11 mm ein Druck an der Rohrwandung von 6 bar bei 200 l/min zu erzielen. Durch die feste Leitungs-Querschnittsverengung ist es physikalisch nach Bernoulli gegeben, dass bei Erhöhung des Volumenstromes der Druck sinkt und entgegengesetzt bei Reduzierung der Menge der Fließdruck steigt.

Auswirkung auf die brandschutztechnische Verwendung durch die Einsatzkräfte der Feuerwehr

Nur für festen Abnahmewert
Werden in Löschwasseranlagen Stauscheiben zur Querschnittsreduzierung eingesetzt, werden diese auf die feste Wassermenge von 3 x 200 l/min bei einem Fließdruck zwischen 4,5 bis 8,0 bar dimensioniert. Folglich kann entgegen den geforderten Grenzwerten nach MHHR physikalisch bei einer Löschwasserentnahme am Wandhydranten unter 200 l/min der Fließdruck erheblich auf über 8,0 bar ansteigen und entgegengesetzt bei einer Wasserentnahme (soweit überhaupt noch möglich) über 200 l/min der Fließdruck von 4,5 bar nicht mehr zur Verfügung stehen.

Vermeidung von Überdruck durch Sicherheitsventil
Im Einsatzfall ist das Schließen des Strahlrohres langsam zu realisieren, um Druckstöße über 30 bar und das Platzen des Schlauches zu vermeiden. Der Einsatz von Stauscheiben oder Druckminderern kann einen Druckabbau durch Druckstöße nicht realisieren, lediglich behindern.

Um unzulässige Drücke auszuschließen, sind geeignete Sicherheitsventile nach der Stauscheibe einzusetzen.
Bei Ansprechen des Sicherheitsventils ist durch die Verwendung einer Armatur mit linearem Regelverhalten die Sicherstellung der Löschwassermenge von 3 x 200 l/min zu gewähren. Um Wasserschäden im Gebäude zu vermeiden, ist die Abblasleitung des Sicherheitsventils an eine geeignete Entwässerung anzuschließen. Die Abwasserleitung muss vollständig die anfallenden Wassermengen aufnehmen.

Herausforderung durch Druckdifferenz zwischen Pumpen-Ein- und Ausschaltdruck
Praktisch stellt sich bei der Technologie der Stauscheiben auch die Dimensionierung dieser in Verbindung mit direkt eingeschalteten Pumpen als nahezu unlösbare Herausforderung dar. Durch die Druckdifferenz zwischen Ein- und Ausschaltdruck der Löschwasserpumpe kann meist kein einheitlicher Wert für die Bohrung in der Stauscheibe festgelegt werden. Dies hat eine Abweichung der Sollwerte zur Folge.

Umstrittene Verwendung von Stauscheiben in Hydranten – Löschwasseranlagen zur Druckminderung
Aufgabe ist es eine sichere Löschwasserversorgung unter den normativen Vorgaben hinsichtlich Druck und Wassermenge sicher zu stellen. „Der vorgeschriebene Druck muss jederzeit auch bei Ausfall von Komponenten der Druckerhöhung gewährleistet sein (redundante Ausführung).“¹

In Verbindung mit Hochhäusern regelt die MHHR und DIN 14462, dass bei einer gleichzeitigen Nutzung von drei Wandhydranten Typ F an jedem einzelnen Wandhydranten eine Wassermenge von 200 l/min bei einem Fließdruck von 4,5 bis 8,0 bar bereit zu stellen ist.
Diese Technologie der Stau- und Drosselscheiben reduziert nach Auffassung von WILO IndustrieSysteme die Löschwasserversorgung erheblich und sollte vermieden werden.

Alternative Technologien, die bewusst auf Druckminderer und Stauscheiben verzichten, werden seit den 50er Jahren von den verschiedensten Herstellern verwendet und haben sich bewährt:

  • Drehzahlregelung / CR-Regelung
  • Eine Steigleitung
  • Keine Leitungsreduzierung
  • Keine Druckschläge
  • Wasserentnahme von 0 bis 600 l/min
    mit mind. 4,5 bis 8 bar
  • Keine Druckminderer
  • Keine Stauscheibe
  • Eine Pumpe exkl. Redundanz

Fließdruckreduzierung am Schlauchanschlußventil zur Montage an der 2" C-Kupplung
Ist entgegen der Empfehlung keine CR- oder Drehzahlregelung ausdrücklich erwünscht, bietet WILO IndustrieSysteme zur Reduzierung des Fließdruckes bis 0-Forderhöhe 12,00 bar Stauscheiben mit folgenden Durchmesserverengungen an:

4,0 mm / 6,0 mm / 8,5 mm / 11,0 mm / 12,0 mm / 15,5 mm

¹ Quelle: Erläuterung; Fachkommission Bauaufsicht zur MHHR, April 2008

Der aufwendige Klassiker – Druckzonen

Der aufwendige Klassiker, der zum Beispiel in der Trinkwasserversorgung nach DIN 1988 Teil 500 üblicherweise Anwendung findet, geht von der Aufteilung der Gebäudekomplexe in Druckzonen aus.
Diese werden dann, von je einer einzelnen redundanten Druckerhöhungsanlage mit einer eigenen Steigleitung versorgt. Kommt diese zulässige Konstruktion in der Löschwasserversorgung zum Einsatz, werden zusätzliche technische Anforderungen gestellt.
Durch den erheblichen Platzbedarf am Aufstellungsort und im Installationsschacht, der geforderten Redundanz aller Mess-, Stell- und Regelglieder und der Notwendigkeit mindestens einer zweiten Steigleitung handelt es sich um ein sehr aufwendiges Verfahren, das in der Praxis nur bedingt Anwendung findet.

Abb.: Löschwasserversorgung über Druckzonen mit separaten Druckerhöhungen

Praktische Lösungen

Praktisch gliedern sich die üblichen Technologien in drei Hauptbereiche:

  • Hochhäuser mit einem Betriebspunkt ≤ 8 bar
  • Hochhäuser mit einem Betriebspunkt > 8 bar
  • Größere Gebäude bzw. Lilegenschaften mit verzweigten Netzen und mehr als 50 Wandhydranten

Zusammenfassung

Nach den allgemein Anerkannten Regeln der Technik und länderspezifisch nach den gesetzlichen Baugrundlagen sind Drücke über 8 bar in Löschwasseranlagen auszuschließen.

Druckminderer gefährden nach Auffassung des Autors die Löschwasserversorgung für Personen- und Sachschutz. Dieser Umstand ist bedingt durch die massive Belastung der Armatur durch Schmutz und Partikelfracht im Löschwasserleitungssystem gegeben. Nach den allgemein Anerkannten Regeln der Technik ist zum jetzigen Zeitpunkt der Einsatz von Druckminderern in Löschwasseranlagen seit Jahrzehnten zu umgehen.

Bekannte Technologien der Pumpen-Drehzahlregelung oder CR-Regelung bieten sichere, kostengünstige und regelkonforme Lösungen für Neubau und Bestandsanlagen.

Muster-Hochhaus-Richtlinie (MHHR)

Übersicht Hochhaus-Richtlinien Bundesrepublik Deutschland

Die Anforderungen an den baulichen Brandschutz ergeben sich in Deutschland aus den Landesbauordnungen, da das Bauordnungsrecht in der Bundesrepublik Deutschland Länderrecht ist.

Bedauerlicherweise beinhalten die Landesbauordnungen und die zugehörigen Ausführungsbestimmungen zum Teil unterschiedliche Anforderungen für den baulichen Brandschutz, die sich auch auf die brandschutztechnischen Anforderungen in Hochhäusern auswirken können. Diese Unterschiede sind vorhanden, obgleich sich die Landesbauordnungen immer stärker an der MBO bzw. an Muster-Richtlinien (Muster-Hochhaus-Richtlinie) orientiert.

Die MHHR wurde teilweise in den einzelnen Ländern als separate Sonderbaurichtlinie übernommen. Andere Bundesländer wie z. B. Nordrhein-Westfalen haben spezielle Anforderungen für Hochhäuser in Ihren allgemeinen Baurichtlinien integriert. Das Bundesland Bayern hingegen setzt seit 1982 klassisch auf eine eigene Hochhausrichtlinie, die unverändert auf Anforderungen der ARGE Bau aus dem Jahr 1980 beruhen. Die ARGE Bau ist Ersteller der Muster-Hochhaus-Richtlinie.

Hochhäuser Betriebspunkt ≤ 8 bar

Zur Gruppe der Hochhäuser mit Betriebspunkt ≤ 8 bar zählen Gebäude, die nach Baugesetz geringfügig über dem Schwellenwert von 22 m Anlegeleiterhöhe liegen und somit kraft Gesetzes als Hochhaus deklariert werden.

Die geodätische Gebäudehöhe, gemessen vom Aufstellungsort der Druckerhöhung bis zum hydraulisch ungünstigsten Wandhydranten beträgt ca. 30 m bzw. erfordert einen Betriebspunkt der Pumpe von ≤ 8 bar.

Bei derartigen Anlagen ist lediglich zu gewähren, dass am Hydranten bei geringerer Abnahmemenge, z. B. 24 l/min der Förderdruck der Pumpe nicht über 8 bar steigt.

Hydraulisch finden hierzu zwei bekannte Systeme Anwendung. Dies ist einerseits die feste Drehzahlregelung oder die Überströmtechnik, die als CR-Regelung bezeichnet wird.

Abb.: Hochhausanlagen mit einem Betriebspunkt ≤ 8 bar; Δhgeo < 30 m

CR-Regelung

Die eher klassische Variante der CR-Regelung ermöglicht es über einen Pumpenbypass im Nebenstromverfahren eine definierte Wassermenge im Kreislauf zu leiten um die Druckgrenze von maximal 8 bar sicherzustellen.

VE-Regelung

Bei der Drehzahlregelung ermöglicht ein Frequenzum­richter durch die Veränderung der Drehzahl der Pumpe die maximale ­Versorgungsdruckgrenze sicherzustellen.

Die Drehzahlregelung ist die energetisch günstigste Variante.

Abb.: Hydraulische Darstellung einer CR-Regelung

Alle Angaben sowie Abbildungen unverbindlich, vorbehaltlich Änderungen.

Hochhäuser Betriebspunkt > 8 bar

Die Gruppe der Hochhäuser mit Betriebspunkt > 8 bar ist dadurch gekennzeichnet, dass die geodätische Höhe vom Aufstellungsort der Druckerhöhungsanlage bis zum hydraulisch ungünstigsten Wandhydranten im Mittel über 30 m liegt und somit ein Betriebspunkt der Pumpen über 8 bar notwendig ist.

Bei der weiteren Betrachtung der Technologien findet der baurechtliche Grundsatz Anwendung¹, dass in einem Gebäude nur zu einem Zeitpunkt an einer Stelle von einem Brandereignis auszugehen ist.

Dieses kann dann unter Zuhilfenahme von bis zu drei Wandhydranten bekämpft werden (z. B. Brandbekämpfung in der 22., 23. und 24. Etage). Die zeitgleiche Brandbekämpfung an unterschiedlichen Orten innerhalb eines Gebäudes ist nicht zu berücksichtigen¹'².

Abb.: Hochhäuser mit einem Betriebspunkt ≥ 8 bar und weniger als
50 Wandhydranten; Δhgeo >30 m

Auch bei Hochhäusern mit einem Betriebspunkt > 8 bar kommt die Technologie der CR-Regelung und VEG-Regelung zum Einsatz. Diese unterscheiden sich zur Ausführung in kleinen Hochhäusern mit einem Betriebspunkt ≤ 8 bar lediglich dadurch, dass der notwendige Betriebsdruck in mehreren Hauptdruckstufen bereitgestellt werden kann.

Bei der VEG-Regelung ermöglicht ein Frequenz­umrichter durch die Veränderung der Drehzahl der Pumpe die maxi­male Versorgungsdruckgrenze sicherzustellen.

Die VEG-Regelung ist die energetisch günstigste Variante.

Die eher klassische Variante der Mehrfach-CR-Regelung ermöglicht es über einen Pumpenbypass im Nebenstromverfahren eine definierte Wassermenge im Kreislauf zu leiten um die Druckgrenze von max. 8 bar sicherzustellen.

Im vorstehenden Verfahren ist die maximale Anzahl auf drei Hauptdruckstufen begrenzt.


Abb.: Hydraulische Darstellung Mehrfach-CR-Regelung

Grenztaster

Bei Hochhäusern mit einem Betriebspunkt > 8 bar ist es notwendig, dass mindestens ein Teil der Wandhydranten mit Grenztastern ausgestattet sind. Grenztaster sind kleine Schaltelemente, die beim Öffnen des Wandhydranten oder bei Betätigung des Schlauchanschlussventils ein Signal abgeben. Hierbei ist das elektrische Leitungssystem dauerhaft auf Kurzschluss, Kabelbruch und Auslösung zu überwachen.

Informationen zum Schlauchanschlussventil

Eine elektrische Einteilung des Gebäudes in mehrere Gruppen, z. B. alle 8 Etagen, ermöglicht bei Auslösung der Grenztaster individuelle Betriebspunkte durch die Druckerhöhung bereitzustellen.

Wird beispielhaft ein Wandhydrant in der 20. Etage betätigt, stellt die Pumpe einen Versorgungsdruck von 12 bar zur Verfügung. Wird hingegen, ein Wandhydrant in der Tiefgarage ausgelöst, wird nur ein Versorgungsdruck von 5 bar zur Verfügung gestellt.


Abb.: Schlauchanschlussventil mit Grenztaster, PN 25

Druckabbau

Voraussetzung für derartige richtungsweisende Technologien ist, dass neben dem entsprechend schnellen Druckaufbau auch ein sicherer Druckabbau, unabhängig von der Leitungsnetzgröße innerhalb von 2,5 s erfolgt. Um unzulässige Drücke sicherzustellen, ist die vorstehende Reaktionszeit mit einem Sicherheitsfaktor belegt. Dieser ergibt sich aus der kleinsten notwendigen Zeitspanne um ein Schlauchanschlussventils zu öffnen und den angeschlossenen formstabilen Schlauch zu füllen.

Notlaufleitung

Um einen sicheren Pumpenbetrieb zu gewährleisten, darf nach DIN 14462 die Mindestfördermenge nicht unterschritten werden. Diese beträgt je nach Pumpenhersteller zwischen 10 und 20 Prozent der Nennfördermenge.

Bei der kaskadengesteuerten Trinkwasser-Trennstation von WILO IndustrieSysteme wird dies über eine Bypassleitung sichergestellt. Im Allgemeinen wird sie als Notlaufleitung bezeichnet und ist in der Trinkwasser-Trennstation integriert.


¹ Musterbauordnung
² Stellungnahme Feuerwehr Frankfurt 2010

Alle Angaben sowie Abbildungen unverbindlich, vorbehaltlich Änderungen.

Große Gebäude, größere Liegenschaften mit verzweigten Netzen

Wilo-GEP Bus-System

Komplexere Hochhäuser oder umfangreiche Liegenschaften erfordern neben der standortspezifischen Betriebspunktzuordnung der Pumpe in Abhängigkeit der geodätischen Höhe auch eine automatische Überwachung der Löschwasserhydranten bzw. Brandschutzanlage.

Liegenschaften vorstehender Größe bzw. Hochhäuser sind in dieser Gruppe im Allgemeinen dadurch gekennzeichnet, dass durch verzweigte Netze mehr als 50 Hydranten mit Löschwasser über größere Distanzen zu versorgen sind.

Vorteile

  • Eine Steigleitung
  • Keine Druckminderer
  • Energetisch günstig
  • Eine Pumpe exkl. Redundanz

VE-Regelung

Die Drehzahlregelung ermöglicht für jeden einzelnen Hydrantenstandort einen beliebigen und frei wählbaren Fließdruck sicherzustellen.

Diese Anwendung wird als Realdruckverfahren bezeichnet.

Redundantes Sicherheits-Bus-System

Wilo-GEP Bus-System

In dieser Gebäude- und Liegenschaftskategorie, gleich welcher Größe oder Ausdehnung, findet das Realdruckverfahren Anwendung.

Ein spezielles elektronisches Bussystem mit bis zu 1.000 Meter Leitungslänge und zugesicherten Reaktionszeiten < 1 Sekunde ermöglicht es, hunderte und im gesamten Objekt verteilte Hydrantenanlagen zu überwachen und den notwendigen standortspezifischen Hydranten-Fließdruck mit nur einem hydraulisch wie elektrischen Leitungssystem zur Verfügung zu stellen.

Technische Grenzwerte pro System-Ringleitung

  • maximale Länge der Leitung 1.000 m
  • Anbindung von bis zu 256 Wandhydranten
  • Bus-Systemverlegung als Ringleitung mit Brandschutzmeldekabel für Highspeedverfahren

Beispielhaft werden in einem der höchsten Gebäude Deutschlands, der Zentrale der Deutschen Bank Frankfurt am Main, ca. 200 Wandhydranten mit nur je einer Steigleitung pro Gebäude überwacht und mit nur einer Pumpe zuzüglich Reservepumpe sicher versorgt.

Ein anderes Beispiel bietet die Liegenschaft des Rhön-Klinikums. Das gesamte Areal erstreckt sich über mehrere Hektar Grundfläche. Auf dieser befinden sich neben unterschiedlichen Verwaltungsgebäuden, Bettenhäuser, Hochhäuser und anderweitige Objekte, die mit Löschwasser zu versorgen sind. Eine klassische Lösung hätte die Versorgung über mehrere Druckerhöhungsanlagen im gesamten Gelände zur Folge.

Durch die Verwendung des Wilo-GEP Bus-Systems kann mit nur einer Pumpen- und Leitungsanlage die gesamte Löschwasserversorgung einschließlich der Außenhydranten sichergestellt werden.

Alle Angaben sowie Abbildungen unverbindlich, vorbehaltlich Änderungen.