Abnahme von Entrauchungsanlagen

Entrauchungsanlagen dienen zur Sicherstellung der Eigenrettung und zur Unterstützung der Feuerwehr bei Rettungs- und Löschmaßnahmen. Wie bei allen lufttechnischen Anlagen ist der geforderte Volumenstrom auch bei Entrauchungsventilatoren eines der wesentlichen Abnahmekriterien. Doch was ist, wenn der Volumenstrom nicht passt? Der Beitrag geht dieser Frage nach.

FeuerTrutz Spezial 2019: Abnahme von Entrauchungsanlagen
Abb. 1: Über dem Ausstellungsbereich der Messehalle 12 in Frankfurt am Main sind 36 Dachventilatoren über die Fläche gleichmäßig verteilt. (Bild: TROX)

Januar 2020 / Von Frank Wahl. Die Bemessung von Entrauchungsanlagen erfolgt in Abhängigkeit von Gebäudenutzung, Gebäudeart und gefordertem Schutzziel. Aus diesen Kriterien ergeben sich die technischen Anforderungen für die Entrauchungsanlage und letztlich auch die erforderlichen Volumenströme. Die Einhaltung dieser Anforderungen ist Bestandteil der Baugenehmigung und muss bei entsprechenden Abnahmeprüfungen nachgewiesen werden, um die Entrauchungsfunktion sicher zu gewährleisten. Aber was tun, wenn die Volumenstromanforderungen bei der Abnahme verfehlt werden? Die Gründe dafür können vielfältig sein: so zeigt die Praxis, dass im Projektverlauf die erforderlichen Volumenströme aufgrund von Änderungen relevanter Projektierungsparameter wie z.B. Brandlasten, Raumhöhen, Raumgrößen, Nutzung mehrmals angepasst werden. Auch die Druckverluste in der Anlage können eine wesentliche Rolle spielen.

Zwar lassen sich heute mit Dimensionierungstools die bauteilseitigen Druckverluste einer lufttechnischen Anlage relativ einfach und genau bestimmen; die tatsächlichen Bauteilverluste in der Anlage können aber deutlich von der ursprünglichen Dimensionierung abweichen. Grund dafür sind häufig ungleiche Strömungsgeschwindigkeitsverteilungen über den Strömungsquerschnitt und bauliche Abweichungen. Solche Effekte werden normalerweise durch das Einplanen von Sicherheitsreserven bei der Ventilatordruck­erhöhung kompensiert.

Auch die Anströmsituation vor dem Ventilator kann die Ventilatorluftleistung deutlich beeinflussen. Die für die Anlagendimensionierung verwendeten Ventilatorkennlinien sind auf Normprüfständen ermittelte Kennlinien unter optimalen Einbaubedingungen. Die Einbau- und Zuströmbedingungen in realen Anlagen entsprechen i.d.R. nicht solchen optimalen Bedingungen und können die Ventilatorkennlinien deutlich beeinflussen. In diesen Fällen spricht man von sogenannten Einbaukennlinien, die von den genormten Prüfstandkennlinien abweichen und bei der Dimensionierung im Vorfeld nicht berücksichtigt werden.

Abweichungen des Ventilatorbetriebspunktes in der Anlage gegenüber der theoretischen Planungsauslegung sind i.d.R. auf

  • strömungsbedingte Anlagendruckverluste,
  • von Prüfstandbedingungen abweichende ­Einbaubedingungen sowie
  • bauliche Abweichungen

zurückzuführen.

Gebäudetechnische Ventilatoren

In der Gebäudetechnik werden üblicherweise Serienventilatoren eingesetzt. Diese Ventilatorbaureihen, die in verschiedensten Bauarten und Baugrößen hergestellt werden, werden in größeren Stückzahlen mit hoher Fertigungsgenauigkeit industriell gefertigt. Die durch den Fertigungsprozess bedingten Bautoleranzen können aber trotz sehr guter Fertigungsgenauigkeit zu Abweichungen der spezifischen Ventilatorkenndaten führen. Diese Toleranzen sind in der DIN 24166 [1]. Darin sind, in Abhängigkeit von Ventilatoranwendung und Motorleistung, verschiedene Genauigkeitsklassen definiert, in denen zulässige Abweichungen für die typischen Ventilatorkenndaten wie Druckerhöhung, Volumenstrom, Leistungsaufnahme und Schallleistung festgelegt sind. Der Nachweis der Ventilatorkenndaten erfolgt mittels Prüfstandmessungen gemäß DIN EN ISO 5801 [2] oder im eingebauten Zustand gemäß VDI 2044 [3] oder DIN EN ISO 5802 [4].

FeuerTrutz Spezial 2019: Abnahme von Entrauchungsanlagen
Abb. 2: Nachweis vereinbarter Betriebswerte unter Berücksichtigung von Mess- und Bautoleranzen (Bild: TROX)

Zur Bestimmung der leistungsspezifischen Kenndaten von Ventilatoren sind Messgrößen wie

  • Drehzahl,
  • Differenzdruck,
  • Luftgeschwindigkeit,
  • Temperatur und
  • Luftfeuchte

sowie für die Wirkungsgradbestimmung elektrische Daten wie

  • Stromaufnahme,
  • Spannung,
  • Leistungsfaktor

notwendig. Dabei handelt es sich um physikalische Messgrößen, die mit entsprechenden Messgeräten ermittelt werden. Die dabei gewonnenen Messergebnisse (z.B. Ventilatordruckerhöhung und Ventilatorluftleistung) können aufgrund des Messverfahrens, des Messorts, verschiedener Umweltbedingungen und nicht zuletzt auch aufgrund der verwendeten Messgeräte eine Messunsicherheit aufweisen.

Abnahme von Entrauchungsanlagen: Grenzabweichungen der vereinbarten Betriebswerte gemäß DIN 24166
Tabelle 1: Grenzabweichungen der vereinbarten Betriebswerte gemäß DIN 24166

Umgibt man den vertraglich festgelegten Betriebspunkt (Druck und Volumenstrom) mit einem Bautoleranzfeld, ergibt sich ein möglicher zulässiger Betriebspunktbereich allein aufgrund der Bautoleranzen. Wird der Betriebspunkt dieses Ventilators nun im eingebauten Zustand gemessen und die erwartete Messtoleranz als Toleranzfeld um den messtechnisch ermittelten Betriebspunkt berücksichtigt, so gilt der Nachweis der technischen Spezifikation als erbracht, wenn sich beide Toleranzfelder mindestens berühren (s. Abbildung 2). Gebäudetechnische Ventilatoren werden gemäß DIN 24166 leistungsabhängigen Genauigkeitsklassen zugeordnet (s. Tabelle 1). Das bedeutet z.B. für Motorleistungen <10 kW eine zulässige Abweichung im Druck von ±10 % und im Volumenstrom von ±10 %. Berücksichtigt man nun noch die Messtoleranzen (s. Tabelle 2), können z.B. beim Volumenstrom zulässige Abweichungen zwischen Messung und Auslegungspunkt bis zu ±15 % auftreten. Die Toleranzen für die Betriebswerte werden üblicherweise nach dem quadratischen Fehlerfortpflanzungsgesetz der einzelnen Messgrößen bestimmt. Für die Volumenstrom- und Druckbestimmung sind hier z.B. neben den Messgrößen Druck oder Luftgeschwindigkeit auch die Erfassung der Geometrie, der Luftfeuchte und der barometrische Druck relevant.

Abnahme von Entrauchungsanlagen: Tabelle Messtoleranzen
Tabelle 2: Messtoleranzen

Volumenströme mit Entrauchungsanlagen nachweisen

Sehr häufig werden Entrauchungsanlagen als kanalgeführte Anlagen realisiert. Dabei spielt die Ausführung der Kanäle eine besondere Rolle, da Entrauchungskanäle aus Kalziumsilikat in der bauseitigen Ausführung nicht unerhebliche Formabweichungen ggü. den Plangeometrien aufweisen können. Auch die zulässige Leckage dieser Kanäle, die gemäß DIN 13501-4 [5] z.B. 10 m2/h bzw. 5 m2/h je 1 m2 innerer Oberfläche betragen darf, kann zu erheblichen Abweichungen der Sollluftmenge an den Absaugstellen führen. Zum Nachweis der notwendigen Entrauchungsvolumenströme sind die tatsächlichen Volumenströme an den vorgesehenen Absaugstellen relevant. Der Nachweis kann durch Volumenstrommessungen im Kanalsystem oder an den Absaugstellen erfolgen. In Mehrbereichsanlagen, in denen Entrauchungsklappen eingesetzt werden, ist auf deren korrekte Verschaltung und Ansteuerung zu achten. Eine besondere Herausforderung für den Nachweis der Volumenströme sind Entrauchungsanlagen, bei denen kein Kanalnetz vorgesehen ist. Bei diesen Anlagen werden Wand- oder Dachventilatoren, die die Rauchgase direkt auf kürzestem Wege aus dem Gebäude führen, direkt an den Absaugstellen installiert. Der Vorteil dieser Anlagen: es treten keine Leckagen auf; zudem müssen keine Druckverluste, außer bei den zum Ventilator gehörigen Zubehörbauteilen, berücksichtigt werden.

Allerdings ist der messtechnische Volumenstromnachweis bei diesen Ventilatoren schwierig, da meistens keine geeigneten Messflächen zu Verfügung stehen. Zudem sind die üblichen Messverfahren nur mit zusätzlichen Hilfseinrichtungen oder nur mit komplexen Messmethoden möglich. Für Radialventilatoren im RLT-Bereich sind Verfahren bekannt, mit denen der Volumenstrom relativ einfach direkt am Ventilator durch eine Differenzdruckmessmethode ermittelt ­werden kann. Die direkt im/am Ventilator installierte Messeinrichtung muss vom Hersteller bezüglich Genauigkeit und Anwendungsgrenzen untersucht sowie kalibriert werden. Für Axialventilatoren und Dachradialventilatoren wurden von der TROX X-FANS GmbH iN DEM Ventilator integrierte Messeinrichtungen entwickelt. Die auf einEM Differenzdruckverfahren basierenden Systeme wurden für die einzelnen Ventilatorbauarten und Betriebsparameter kalibriert. Die Kalibrierparameter fließen in den Auswertealgorithmus für die Erstellung der Auswertekurven ein; der Ventilatorvolumenstrom kann somit mittels einer einfachen Differenzdruckmessung und der bauart- und baugrößenabhängigen sowie der betriebsabhängigen Kalibrieparameter ermittelt werden. Diese Kalibrierparameter sowie die grafische Auswertekurve werden bereits bei der Konfigurierung des gewünschten Ventilators erstellt. Der Volumenstrom kann bei optionaler Anwendung eines geeigneten Anzeigegeräts oder des Ventilator-Diagnosesystems auch direkt am Gerät angezeigt werden.

Die Anwendungsgrenzen und Genauigkeiten des Messsystems sind abhängig von der Einbausituation und den tatsächlichen Betriebsparametern des Ventilators. Bei guten Zuströmbedingungen, d.h. bei relativ gleichmäßiger Geschwindigkeitsverteilung und ungestörter drallfreier Zuströmung sowie ausreichend großem messbarem Differenzdruck am Messsystem, sind Genauigkeiten von ±5 % erreichbar. I.d.R. liegt die Genauigkeit des Systems anlagen- und anwendungsbedingt in einem Bereich von besser als ±10 %. Leider sind die Möglichkeiten solcher Systeme auch begrenzt. Bei sehr kleinen Strömungsgeschwindigkeiten oder sehr drallbehafteter und ungleichförmiger Zuströmung können auch diese an sich recht genauen Systeme keine verwertbaren Messergebnisse liefern.

Eine pauschale Aussage bezüglich der Anwendungsgrenzen ist aufgrund der Vielzahl von baulichen Gegebenheiten nicht möglich. Ein fachgerechter Einbau der Ventilatoren unter Beachtung der Herstellereinbauhinweise minimiert das Risiko von Fehlfunktionen und Minderleistung der Ventilatoren deutlich.

Projektebeispiel Messehalle 12, Frankfurt a. M.

Beim Errichten lüftungstechnischer ­Anlagen wächst mit näher rückendem Abnahme­termin der zeitliche Druck. Bis zur ersten Inbetriebnahme einer Anlage sind alle Beteiligten schon mal beruhigt, wenn die Anlage störungsfrei läuft und alle Betriebsfunktionen wie gewünscht auslösen.

Erst dann geht der Blick auf die gewünschten Luftleistungen, und alle für die Inbetriebnahme relevanten Daten können überprüft werden. Gerade bei Projekten wie z.B. der Messehalle 12 in Frankfurt a. M. wird der Aufwand für die Inbetriebnahme und den lufttechnischen Nachweis deutlich.

Im Hallenbereich sind über 36 Dachventilatoren auf der Dachfläche verteilt (s. Abbildung 1).

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Abb. 3: Diagnosesystem mit Volumenstromanzeige und Vergleichswert des Mikromanometers (Bild: TROX)

Die Ventilatoren saugen direkt unterhalb der Dachfläche frei an (s. Abbildung 5), und es besteht keine Möglichkeit, in einem Kanalnetz Luftmengenmessungen durchzuführen. Zudem sind die Kanäle, wenn überhaupt, nur schwer über Bühnen erreichbar (s. Abbildung 4). Die an den Dachventilatoren installierte Volumenstrommesseinrichtung mit Anbindung an das Ventilator-Diagnosesystem (s. Abbildung 3) ermöglicht das direkte Ablesen des Abluftvolumenstroms. Bei komplexen Gruppenschaltungen können so verschiedenste Entrauchungsszenarien schneller überprüft und auch Anpassungen vorgenommen werden.

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Abb. 4: Wartungssteg in der Messehalle12 in Frankfurt am Main. Die Entrauchungsdachventilatoren sind in die Dachkonstruktion integriert. (Bild: TROX)

Die Abnahme der Entrauchungsanlage wird keine unangenehmen Überraschungen ans Tageslicht bringen, da bereits im Vorfeld alle lufttechnischen Anlagendaten bekannt sind und dokumentiert werden können. Dies gilt insbesondere auch für Anlagen, bei denen man ohne ein solches System kaum eine Luftmengenmessung hätte durchführen können. Auch die Volumenströme der kanalgeführten Anlagen bieten einen enormen Vorteil: Bereits im Vorfeld kann der am Ventilator angezeigte Volumenstrom einen Hinweis darauf geben, dass der Luftvolumenstrom passt oder kanalseitig Probleme vorliegen, die dann bereits vor der Durchführung aufwendiger kanalseitiger Messungen beseitigt werden können.

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Abb. 5: Einzelabsaugstelle eines Entrauchungsdachventilators (Bild: TROX)

Schließlich kommt es in der Bauphase immer wieder vor, dass im Kanalnetz Klappen nicht richtig öffnen oder Bauschutt, Schalungsbretter und Baufolien das Kanalnetz blockieren – und dann passt auch der Volumenstrom am Ventilator nicht. Hilfseinrichtungen wie integrierte Volumenstrommesssysteme können somit einen deutlichen Beitrag leisten, die gewünschten Volumenströme bei der Abnahme zu erreichen.

Anlagenerrichter und Betreiber können somit sicher sein, dass die Anlage das gewünschte Schutzziel erfüllt, der Prüfsachverständige die Anlage hinsichtlich Luftleistung abnimmt und dass vor dem Abnahmetermin kein unnötiger Stress entsteht.

Autor

Dipl.-Ing. Frank Wahl: Leiter Forschung und Entwicklung; TROX X-FANS GmbH

Literatur

[1] DIN 24166 Ventilatoren

[2] DIN EN ISO 5801 Ventilatoren – Leitungsmessung auf genormten Prüfständen

[3] VDI 2044 Abnahme- und Leistungstests an Ventilatoren

[4] DIN EN ISO 5802 Industrieventilatoren – Leistungsmessung im Einbauzustand

[5] DIN EN 13501-4 Industrieventilatoren – Leistungsmessung im Einbauzustand

Der Artikel ist im FeuerTrutz Spezial - Band 10: Entrauchung und Evakuierung (November 2019) erschienen.
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FeuerTrutz Spezial 2019: Entrauchung und Evakuierung

Das FeuerTrutz Spezial 2019 "Entrauchung und Evakuierung" enthält vertiefende Beiträge zur Planung und Umsetzung von Entrauchungsmaßnahmen sowie zu Aspekten der Evakuierung im Brandfall. Sie erhalten zudem einen Überblick zu neuen Entwicklungen und Trends im vorbeugenden Brandschutz.

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Letzte Aktualisierung: 08.01.2020

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