Warmrauchversuche in der Elbphilharmonie

Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit sowohl den Vorbereitungsmaßnahmen als auch mit der Durchführung und den Ergebnissen der im Großen Saal der Elbphilharmonie durchgeführten Warmrauchversuche.

Warmrauchversuche in der Elbphilharmonie
Abb.1: Hamburgs neues kulturelles Wahrzeichen eröffnete im Januar. Die Durchführung der Warmrauchversuche leistete einen Beitrag zur erfolgreichen Inbetriebnahme des Gebäudes. (Foto: Iwan_Baan)

April 2017 / Von Jörg Kasburg, Luca Dressino. Die Elbphilharmonie in Hamburg wurde am 11.01.2017 eröffnet und gilt bereits heute als Ausnahmebauwerk und Geniestreich der Basler Stararchitekten Herzog & de Meuron. Der Geschäftsbereich Brandschutz der Gruner Gruppe leistete im Auftrag der Hochtief Hamburg GmbH – in enger Zusammenarbeit mit dem zuständigen Brandschutzsachverständigen des Büros Hahn Consult – mit der Durchführung von Warmrauchversuchen einen kleinen Beitrag zur Inbetriebnahme des imposanten Gebäudes.
Die im Ergänzungsbescheid zum Baugenehmigungsverfahren für den Großen Saal der Elbphilharmonie geforderten Warmrauchversuche wurden zusammen mit der HOCHTIEF Hamburg GmbH und dem zuständigen Brandschutzsachverständigen des Büros HAHN Consult durch den Geschäftsbereich Brandschutz der Gruner AG organisiert.
Der Vorversuch, welcher am 27.05.2016 stattfand, diente als erster Test der Entrauchungsanlage im Beisein der Feuerwehr. Der Hauptversuch fand unter Anwesenheit der abnehmenden Behörden am 01.09.2016 statt.

Teil 1 des Beitrags "Warmrauchversuche in der Elbphilharmonie" zu den Vorbereitungsmaßnahmen ist in Ausgabe 1.2017 des FeuerTRUTZ Magazin erschienen (Januar 2017) .
Teil 2 zur Durchführung und den Ergebnissen ist in Ausgabe 2.2017 des FeuerTRUTZ Magazin erschienen (März 2017) .

Vorgehensweise

Warmrauchversuche in der Elbphilharmonie
Abb. 2: Letzte Vorbesprechung vor der Versuchsdurchführung (Foto: Michael Wurzbach, Photographie)

Im ersten Schritt wurden das Vorgehen und die Qualität der geplanten Warmrauchversuche mit allen relevanten Projektbeteiligten, der zuständigen Brandschutzbehörde und der Feuerwehr abgestimmt. Hierbei wurde zunächst festgestellt, dass die vorgesehene Versuchseinrichtung Smoke 3 [3] für die geforderten Abnahmeversuche der Entrauchungsanlage geeignet war. Nachdem weitere Punkte geklärt waren, konnte die Anfahrbarkeit mit der mobilen Versuchseinrichtung zum Versuchsort vor Ort verifiziert und die versuchsrelevante Umgebung einschließlich der Entrauchungsanlage in Augenschein genommen werden.
Besonders hilfreich war, dass der Auftraggeber eine Ansprechperson bestimmt hatte, die mit allen technischen Brandschutzeinrichtungen und den sonstigen Gegebenheiten vor Ort bestens vertraut war. Dadurch konnten die Anlieferung der Versuchseinrichtung über die enge Baustellenzufahrt sowie der Transport im Gebäude bis zur Stromversorgung der Nebelgeräte mit vier unabhängigen Stromquellen auf der Bühne gut vorbereitet werden. Für die Festlegung der notwendigen Schutzmaßnahmen bestand seitens der Projektbeteiligten besonderer Abklärungsbedarf. Es durfte unter keinen Umständen zu einer Beschädigung der sensiblen Bühnentechnik sowie des hochwertigen Innenausbaus kommen. Hierbei mussten diverse Fragestellungen beantwortet werden, z.B.:

  • Besteht die Gefahr, dass durch den eingesetzten Theaternebel die aus Unikaten bestehende Akustikbekleidung (sog. weiße Haut) in Mitleidenschaft gezogen wird?
  • Wie kann eine Beschädigung des bereits im Endzustand verbauten Parketts auf der Bühne ausgeschlossen werden?
  • Wie schwer ist in diesem Zusammenhang die Versuchseinrichtung?
  • Ergeben sich mit dem Versuch kritische Umgebungstemperaturen?

Als Ergebnis wurde z.B. festgelegt, dass die automatische Löschanlage deaktiviert wird und ein schützendes zusätzliches Parkett auf der Bühne verlegt wurde.

Planung des Warmrauchversuchs

Warmrauchversuche in der Elbphilharmonie
Abb. 3: Letzte Kontrolle vor der Versuchsdurchführung (Foto: Michael Wurzbach, Photographie)

Um möglichste viele Erkenntnisse aus dem Versuch gewinnen zu können, musste der Warmrauchversuch eine hohe Qualität aufweisen. So galt es zunächst sicherzustellen, dass die entrauchungstechnisch relevanten Komponenten (Brandmeldeanlage, Brandgasventilatoren, Entrauchungsklappen, Nachströmöffnungen usw.) sowie deren richtige Ansteuerung am Versuchstag auch so funktionierten, wie diese geplant und mit den Behörden abgestimmt worden waren. Aus diesem Grund mussten am Versuchstag die Errichter der Brandmeldeanlage sowie der Rauch- und Wärmeabzugsanlage anwesend sein, um die Anlagen fachgerecht bedienen und zurückstellen zu können. Darüber hinaus galt es, weitere Aufgaben und Verantwortlichkeiten in Abhängigkeit von einem engen Zeitplan vorausschauend zu planen. Im Vordergrund standen dabei eine möglichst kurzzeitige Unterbrechung der sonstigen Arbeiten im Großen Saal sowie eine möglichst ungestörte Weiterarbeit in den übrigen Bereichen. Dementsprechend wurden z.B. die Brandfallsteuerungen so programmiert, dass nur die im Großen Saal installierten Brandfallsteuerungen ausgelöst wurden. Die restlichen Ansteuerungen, wie z.B. die Blockierung der Warenlifte, wurden deaktiviert, sodass in den weiteren Bereichen der Baustellenablauf ungestört fortgeführt werden konnte.
Hierbei wurde auch darauf geachtet, dass die planmäßige Dichtheit der Gebäudehülle zum Versuchstag hergestellt war, um Rauchgasverschleppungen in andere Bereiche des Entrauchungsabschnittes zu verhindern und die im Brandfall zu erwartenden Strömungsverhältnisse z.B. nicht durch fehlende Türen, Fenster oder sonstige Öffnungen zu verfälschen.
Auch die anschließende Dokumentation der Versuche wurde ausführlich im Vorfeld geregelt. So wurden z.B. auf Wunsch der Behörde die Nachströmgeschwindigkeiten an den Türen und Fenstern vor Ort durch einen Sachverständigen der DEKRA gemessen. Darüber hinaus wurde vereinbart, die Detektionszeit der Brandmeldeanlage sowie die Zeitspanne der Entrauchungsventilatoren bis zum Erreichen der vollen Leistung von den Errichtern dokumentieren zu lassen.
Die hier auszugsweise beschriebenen Themen erforderten einen großen Koordinationsbedarf, der in einem Koordinationspapier festgehalten und laufend fortgeschrieben wurde. Aufbauend auf diesem Dokument wurde am Versuchstag selbst eine Vorbesprechung mit allen relevanten Beteiligten (Behörden, Bauherr, Generalplaner, Verantwortliche der Haustechnik, usw.) durchgeführt. Dabei wurde noch einmal über die Versuchsziele, den Versuchsort, das Entrauchungskonzept, die Versuchseinrichtung, die Versuchsdauer, den zeitliche Ablauf sowie die Verantwortlichkeiten gesprochen.
Nach anschließender Rückmeldung durch die Verantwortlichen, dass alle Anlagen testbereit seien und die Versuchseinrichtung aufgebaut und auch betriebsbereit sei, endete die Vorbereitung und der Warmrauchversuch konnte beginnen.

Veranstaltung: Brandschutzforum 2017
Am 8. und 9. November 2017 findet in Köln das Brandschutzforum 2017 statt. Dort hält Michael Juch einen Vortrag zu Rauch- und Evakuierungsversuchen in der Hamburger Elbphilharmonie.
Hier finden Sie weitere Informationen zum Brandschutzforum 2017

Versuchseinrichtung Smoke3

Warmrauchversuche in der Elbphilharmonie
Abb. 4: Entzündung der Brennerringe – Start der Warmrauchversuche (Foto: Michael Wurzbach, Photographie)

Mit der im vorliegenden Fall eingesetzten Versuchseinrichtung Smoke 3 [3] können Brand-Szenarien unterschiedlicher Größe skaliert dargestellt werden. Sie entspricht zudem den Anforderungen nach VDI 6019 [1] sowie dem vfdb-Leitfaden zu Rauchversuchen [2] und wurde in der Materialprüfanstalt in Braunschweig kalibriert. Mit der Versuchseinrichtung wird ein impulsarmer Auftrieb allein durch Erhitzen der Raumluft erzeugt. Als Wärmequellen werden drei übereinander angeordnete Gas-Brennerringe unterschiedlicher Größe verwendet. Um die Rauchgasausbreitung möglichst realitätsnah zu visualisieren, wird der erhitzten Raumluft oberhalb der Brennerringe Theaternebel zugeführt. Dieses Nebel-Heißluftgemisch wird im Folgenden als Rauchgas bezeichnet.

Entrauchungsanlage

Der Große Saal der Elbphilharmonie verfügt über eine maschinelle Rauch- und Wärmeabzugsanlage (MRWA). Dabei können im Brandfall rund 520.000 m3/Std. über Abströmöffnungen im zentralen Bereich am Reflektor sowie weitere 130.000 m3/Std. über Schattenfugen am äußeren Rand der Unterdecke abgesaugt werden. Die Ersatzluft wird sowohl natürlich über Öffnungen in der Fassade als auch maschinell über Drallauslässe, die sich unter jedem Stuhl im Großen Saal befinden, sichergestellt.

Versuchsdurchführung

Warmrauchversuche in der Elbphilharmonie
Abb. 5: Schnitt durch den großen Saal mit schematischer Darstellung des Entrauchungskonzepts. Die blauen Pfeile symbolisieren die Nachströmung der Ersatzluft, die orangen Pfeile die Abströmwege. (Quelle: Auszug aus dem Architektenplan 15. OG, Herzog De Meuron Architekten)

Um die eingangs formulierten Versuchsziele zu erreichen, wurden zwei Varianten untersucht. Als Versuchsort wurde jeweils unter Berücksichtigung des baugenehmigungsrelevanten Nachweises mittels Brandsimulationen der Orchesterbereich – mittig im Großen Saal – gewählt. Bei der ersten Versuchsvariante wurde die Entrauchungsanlage nach erfolgter Detektion durch die Brandmeldeanlage automatisch in Betrieb genommen. Dieser Versuch diente in erster Linie dazu, die Strömungsverhältnisse im Ereignisfall bzw. die Ergebnisse der Brandsimulationen zu plausibilisieren. Gleichzeitig wurde die richtige Ansteuerung der einzelnen Entrauchungskomponenten getestet.

In einem weiteren Versuch wurde der Große Saal 10 Min. bei voller Leistung der Versuchseinrichtung mit Rauchgas gefüllt. Anschließend wurde die Entrauchungsanlage manuell über das MRWA-Bedientableau in Betrieb genommen. Dieser Versuch diente primär der Überprüfung der Wirksamkeit der installierten Entrauchungstechnik. Nachfolgend wird dieser zweite Versuch stichpunktartig beschrieben.

Übergeordnet lagen zu Beginn des Versuchs folgende Rahmenbedingungen vor:

  • Außentemperatur: ca. 18 °C
  • Innentemperatur: ca. 20 °C
  • Versuchsbeginn: 13:25 Uhr
  • Versuchsdauer: ca. 22 Min.
  • Versuchseinrichtung: Alle Brennerringe aktiv (volle Leistung)

Versuchsablauf zur Überprüfung der Wirksamkeit der installierten Entrauchungstechnik

  • 13.25 Uhr: Versuchsbeginn:
    - Alle drei Brennerringe werden innerhalb einer Minute nacheinander gezündet.
  • Ca. 1 Min. nach Versuchsbeginn:
    - Die Theaternebelproduktion wird gestartet. Eine relativ ungestörte Rauchgassäule steigt auf.
  • Ca. 2 Min. nach Versuchsbeginn:
    - Die Rauchgase umströmen den Reflektor. Die obere Galerieebene verraucht leicht diffus.
  • Ca. 3 Min. nach Versuchsbeginn:
    - Die oberste Galerieebene ist über die gesamte Höhe diffus verraucht.
    - Die Rauchgase senken sich weiter in Richtung der zweiten Galerieebene ab.
  • Ca. 5 Min. nach Versuchsbeginn:
    - Die Rauchgasschicht senkt sich weiter ab.
  • Ca. 10 Min. nach Versuchsbeginn:
    - Die MRWA inkl. aller dazugehörigen Komponenten wird manuell aktiviert.
    - Die maschinelle Nachströmung via Drallauslässe unterhalb der Sitze läuft an.
    - Die natürlichen Nachströmöffnungen öffnen sich.
  • Ca. 12 Min. 30 Sek. nach Versuchsbeginn:
    - Die Entrauchungsventilatoren laufen an.
    - Die Entrauchung entlang der Schattenfuge ist augenscheinlich sehr wirksam.
  • Ca. 15 Min. nach Versuchsbeginn:
    - Alle Entrauchungsventilatoren mit den dazugehörigen Komponenten laufen.
    - Die Galerieebenen sind nur noch leicht diffus verraucht.
    - Die Rauchgase unterhalb des Reflektors werden effektiv über die Absaugstelle entraucht.
  • Ca. 20 Min. nach Versuchsbeginn:
    - Die Rauchgas- und Wärmeproduktion wird gestoppt, da sich ein stationärer Zustand zwischen dem simulierten Volumenstrom und der Absaugleistung einstellt.
  • Ca. 22 Min. nach Versuchsbeginn:
    - Der Saal ist nahezu rauchfrei.

Fazit

Mit den Warmrauchversuchen zur Inbetriebnahme der Elbphilharmonie wurde im Beisein der genehmigenden Brandschutzbehörde die im Zuge des Baugenehmigungsverfahrens postulierte Wirksamkeit der Entrauchungsanlage plausibilisiert. Nicht zuletzt aufgrund des wertvollen Erkenntnisgewinns durch diesen "Brandschutz zum Anfassen" wurden die Warmrauchversuche im Großen Saal von allen Beteiligten als eine Bereicherung wahrgenommen.

Dank der Autoren:
Abschließend bedanken wir uns bei allen Beteiligten für die konstruktive Zusammenarbeit und dafür, dass wir einen kleinen Beitrag zur Inbetriebnahme dieses spektakulären Projekts leisten durften. Den Betreibern der Elbphilharmonie wünschen wir trotz leistungsstarker Entrauchungsanlage stets rauchfreie Spielzeiten.

Autoren

  • Dipl.-Ing. Jörg Kasburg: Leiter Geschäftsbereich Brandschutz in der Gruner Gruppe, vertreten an den Standorten Basel, Zürich, Stuttgart, Köln, Hamburg und Wien
  • Luca Dressino: Senior-Projektleiter, Abteilung Brandschutz, Ingenieurmethoden in der Gruner Gruppe

Literatur

[1] VDI 6019 Blatt 1:2006-05 "Ingenieurverfahren zur Bemessung der Rauchableitung aus Gebäuden – Brandverläufe, Überprüfung der Wirksamkeit"

[2] vfdb-Richtlinie "Grundsätze für Rauchversuche in Gebäuden" vom Sept. 2000

[3] Kirchner, U.: "Kalibrierte Rauchversuche zur realistischen Prüfung von Entrauchungskonzepten", Tagungsband 23 zu den Braunschweiger Brandschutz-Tagen im Jahr 2009

Teil 1 des Beitrags "Warmrauchversuche in der Elbphilharmonie" zu den Vorbereitungsmaßnahmen ist in Ausgabe 1.2017 des FeuerTRUTZ Magazin erschienen (Januar 2017). Teil 2 zur Durchführung und den Ergebnissen ist in Ausgabe 2.2017 des FeuerTRUTZ Magazin erschienen (März 2017). 

Hier finden Sie weitere Informationen zum FeuerTRUTZ Magazin

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